Forschung für autonomes Fahren: Das Unvorhersehbare vorhersehen

Wie kann ein autonomes Fahrzeug für alle Eventualitäten des Straßenverkehrs gewappnet werden? Das erforschen Wissenschaftler in Reallaboren und Computersimulationen. Eine Idee: Das Auto kommuniziert direkt mit Ampeln und Objekten in seiner Umgebung.

Erste Etappen auf einer Zeitreise in die Zukunft des autonomen Fahrens: Im Fahrsimulator testen die Forschenden einen Spurhalte-Assistenten. © OFFIS/Bonnie Bartusch

Ein Ball rollt über die Straße, ein Kind springt hinter einem parkenden Wagen hervor, ein vorausfahrendes Auto bremst plötzlich: Im Straßenverkehr passiert viel Unvorhersehbares. Das ist eine Herausforderung für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die autonome Fahrzeuge entwickeln. Denn damit sich der Mensch auf sein autonomes Fahrzeug verlassen kann, müssen die Forschenden möglichst viel Unvorhersehbares vorhersehen – und es in die Algorithmen der autonomen Fahrzeuge einfließen lassen. Damit das gelingt, bauen die Wissenschaftler reale Testumgebungen auf oder simulieren typische Situationen wie Überholmanöver in Computerprogrammen. Das Bundesforschungsministerium fördert derzeit mehrere Forschungsvorhaben zur Mobilität der Zukunft. Darunter: Das Projekt „ENABLE-S3“ des Instituts für Informatik aus Oldenburg (OFFIS) sowie das Projekt „fast traffic“ des Instituts für Automation und Kommunikation (ifak) aus Magdeburg.

Spitze Winkel, steile Rampen und enge Spuren: Hindernisse für autonome Fahrzeuge?

Im Verbundprojekt „ENABLE-S3“ möchte Eckard Böde untersuchen, wie Sicherheitsüberprüfungen für selbstfahrende Autos durchgeführt werden können. Am Beispiel einer Valet-Parking Anwendung erforscht der Informatiker, wie zuverlässig das autonome Fahren im Parkhaus funktioniert – und ob spitze Winkel, steile Rampen und enge Spuren zum unüberwindbaren Hindernis für fahrerlose Autos werden. „Bisher wissen wir nicht, was die Welt an Gemeinheiten zu bieten hat, die zu Unfällen von automatisierten Fahrzeugen führen können“, sagt Böde. Um die gewaltige Menge an möglichen Szenarien überhaupt effizient untersuchen zu können, wird die Anwendung aus dem Reallabor in die virtuelle Welt übertragen. „Das Parkhaus wird dann wie in einem 3D-Computerspiel vollständig in einer Computersimulation nachgebildet“, erklärt Böde.

Neben der Testumgebung für das Einparken entwickeln die Forschenden des OFFIS Teams daher weitere „Mustertests“ für typische Situationen wie beispielsweise Überholmanöver auf der Autobahn. Dadurch bringen sie etwas Ordnung in die Welt des Unvorhersehbaren. Im Anschluss an das bis Mai 2019 laufende Projekt sollen die entwickelten Methoden gewissermaßen als Blaupausen dienen, damit entsprechende Testverfahren in der Fahrzeugentwicklung umsetzen werden können.

Die Ampel "warnt" das Auto

Am ifak in Magdeburg beschäftigen sich Forschende um Tim Ruß im Projekt „fast traffic“ mit einem anderen Szenario aus dem Alltag: Trotz roter Ampel überquert ein Fußgänger plötzlich die Straße – eine Vollbremsung muss schnellstens erfolgen. Dafür statten Ruß und Projektpartner sowohl die Ampel als auch das Auto mit modernen Sensoren aus, die miteinander kommunizieren. So kann die Ampel das Auto „warnen“. Die ifak-Forschenden wollen herausfinden, wie schnell das Fahrzeug reagiert. Bei Projektbeginn lag die Reaktionszeit des Autos bei etwa 75 Millisekunden – 20 Millisekunden streben die Forschenden an. Ein zentraler Baustein dafür ist die sogenannte „Car to X-Technologie“ zum Datenaustauch mit Objekten in der Umgebung. Das „X“ steht dabei für alle Objekte – von der Ampel bis zu Bussen und Straßenbahnen –, die am Informationsaustausch teilnehmen.

Grüne Welle für die Notfallretter

Die Vernetzung von Fahrzeugen untereinander und mit Infrastruktur-Bausteinen wie Ampeln ist eine wichtige Etappe auf dem Weg zu einer sicheren Mobilität der Zukunft. Die vernetzten Ampeln möchten die ifak-Forschenden künftig auch nutzen, um Rettungskräfte schneller an ihren Einsatzort zu bringen. Im Projekt SIRENE, das vom Bundesverkehrsministerium gefördert wird, wollen die Wissenschaftler Einsatzfahrzeuge der Feuerwehr sowie Krankenwagen mit der „Car to X-Technologie“ ausstatten. Ihr Ziel: Eine grüne Welle für die Notfallretter.

Zuse Gemeinschaft

OFFIS und ifak sind Mitglied in der Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse. Darin haben sich mehr als 70 privatwirtschaftlich organisierte, gemeinnützige Forschungsinstitute vereint, um ihre Kompetenzen zu bündeln. Viele der Partner sind Experten für neue Mobilität, so für Verkehrstechnik, E-Fahrzeuge, Brennstoffzellen und Informatik. Als praxisnahe und kreative Ideengeber des deutschen Mittelstandes übersetzen die Mitglieder der Zuse-Gemeinschaft die Erkenntnisse der Wissenschaft in anwendbare Technologien und bereiten so den Boden für Innovationen, die den deutschen Mittelstand weltweit erfolgreich machen.