Selbstfahrendes Kraftfahrzeug

Gegenstand und Funktionsweise

Ein selbstfahrendes Kraftfahrzeug ist ein Auto oder anderes Kraftfahrzeug, das ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers fahren, steuern und einparken kann. Dazu zählen auch Lastkraftwagen, landwirtschaftliche Zugmaschinen und Militärfahrzeuge, wenn sie ohne Fahrereinfluss oder ganz ohne Fahrer unterwegs sind. Ein unbemanntes Fahrzeug, das von Menschen ferngesteuert werden muss, gilt dagegen nicht als autonomes Landfahrzeug. Wenn keinerlei manuelles Steuern nötig ist, wird auch der Begriff Roboterauto verwendet; der Fahrersitz kann dann leer bleiben und Lenkrad, Brems- oder Gaspedal können fehlen.

Autonome Kraftfahrzeuge sind kognitive Systeme. Mithilfe verschiedener Sensoren nehmen sie ihre Umgebung wahr, bestimmen ihre eigene Position sowie die Position anderer Verkehrsteilnehmer und steuern gemeinsam mit Navigationssoftware ein Fahrziel an. Dabei sollen sie Kollisionen vermeiden. Seit den 2010er Jahren entwickeln große Autohersteller, die Elektronikindustrie und die Halbleiterindustrie entsprechende Technologien.

Der Ausdruck „selbstfahrendes Automobil“ ist genaugenommen eine Tautologie, weil „Automobil“ bereits aus griechisch autós („selbst“) und lateinisch mobilis („beweglich“) gebildet ist.

Automatisierungsgrade

Bis zur vollständigen Fahrautomatisierung werden international abgestimmte Stufen unterschieden:

• Stufe 0: „driver only“; ein Mensch übernimmt sämtliche Fahraufgaben.
• Stufe 1: Assistiert; der Fahrer führt dauerhaft die Lenkbewegungen aus. Das System kann beispielsweise bremsen, blinken oder beschleunigen.
• Stufe 2: Teilautomatisiert; ein Sicherheitsfahrer muss das System dauerhaft überwachen und im Zweifelsfall eingreifen.
• Stufe 3: Hochautomatisiert; ein Sicherheitsfahrer muss am Platz sein, aber keine dauerhafte Überwachung ausführen.
• Stufe 4: Vollautomatisiert; das System kann in speziellen Situationen alle Fahranforderungen selbstständig bewältigen.
• Stufe 5: Fahrerlos; das System erledigt alle Fahraufgaben ohne Fahrer, und die Insassen können sich anderen Tätigkeiten widmen.

Die Stufen beschreiben vor allem, wer für die Fahraufgabe verantwortlich ist und unter welchen Bedingungen das System selbstständig handeln darf. Ein Stauassistent, der nur bis 60 km/h funktioniert, ist beispielsweise noch kein fahrerloses Fahrzeug.

Entwicklung und Erprobung

Forschung an selbstfahrenden Fahrzeugen begann nicht erst mit den heutigen Robotaxis. Die Carnegie Mellon University baute bereits in den 1980er Jahren führerlose Fahrzeuge, ab Mitte der 1980er Jahre besonders im von der DARPA geförderten Autonomous Land Vehicle project. In den 1990er Jahren ließ die Münchener Universität der Bundeswehr im EUREKA-PROMETHEUS-Projekt Fahrzeuge führerlos über Autobahnen fahren. Sie nutzten ausschließlich visuelle Informationen mehrerer Kameras, die von 70 parallel arbeitenden Mikroprozessoren verarbeitet wurden.

Weitere Hochschulprojekte waren 2011 Stadtpilot an der TU Braunschweig und Spirit of Berlin am Forschungsbereich Künstliche Intelligenz der Freien Universität Berlin. Im September 2011 fuhr das autonome Fahrzeug MadeInGermany der FU Berlin mehrere Kilometer durch den Berliner Innenstadtverkehr, darunter Kreisverkehre und Ampeln. Die Strecke war zuvor gemeinsam mit dem TÜV Nord erarbeitet und durch ein Sicherheitskonzept abgesichert worden.

Auch militärische Einrichtungen entwickelten autonome Fahrzeuge. In Österreich forscht das Amt für Rüstung und Wehrtechnik seit 2011 gemeinsam mit der Technischen Universität Wien, dem Technikum Wien, dem Austrian Institute of Technology und privaten Partnern an einem selbstfahrenden Lastwagen. Der Prototyp X58 SafeCon („Save Convoying“) war mindestens seit Anfang 2014 voll funktionsfähig. Er fuhr ohne Funk und GPS, orientierte sich mit mehreren Stereokameras sowie Wärmebildkameras und erstellte ein 3D-Modell seiner Umgebung. Als mögliche Einsatzbereiche wurden verminte Gebiete und die Landschaftspflege auf Artillerieübungsplätzen genannt.

Google arbeitete mit Autoherstellern und Universitäten zusammen und engagierte 2003 den Informatiker Sebastian Thrun. Viele frühe Vorhersagen zum Markteintritt erwiesen sich als zu optimistisch: Sergey Brin nannte 2014 für die USA das Jahr 2017 als Ziel, Elon Musk prognostizierte 2015 ein voll autonomes Fahrzeug für 2018/19, und BMW sowie Ford kündigten 2016 autonome Serienfahrzeuge für 2021 an. Die angekündigten Zeitpläne wurden teilweise nicht eingehalten; auch Teslas für Ende 2017 angekündigte unbemannte Fahrt von San Francisco nach New York fand nicht statt.

Weltweite Erprobung und Beispiele

In den USA, Großbritannien, Deutschland, Frankreich, Japan, China und weiteren Ländern wird an fahrerlosen Fahrzeugen und ihrer Gesetzgebung gearbeitet. In China entwickeln mehrere Unternehmen Navigation-on-Autopilot-Dienste (NOA). Haomo.AI wollte den Dienst bis Dezember 2024 in 100 chinesischen Städten anbieten; Huawei nannte 45 Städte bis Ende 2023, Li Auto, Xpeng und NIO planten zwischen 100 und 200 Städte bis 2024.

In den USA testet Daimler seit Mai 2015 selbstfahrende Lastwagen auf öffentlichen Straßen in Nevada. Ende 2017 begann Waymo in der Nähe von Phoenix mit vollständig autonom fahrenden Autos ohne Sicherheitsfahrer am Steuer. Anfangs konnte ein Mitarbeiter vom Rücksitz aus eingreifen. Waymo ordnete das System der Stufe 4 zu. Im August 2023 erhielten Waymo und Cruise die Genehmigung, in San Francisco uneingeschränkte autonome Taxifahrten ohne Begleitfahrer anzubieten. Tesla stattete seit Oktober 2016 seine Fahrzeuge mit Hardware aus, die später autonomes Fahren nach SAE-Stufe 5 ermöglichen sollte. Das System sollte zunächst im Schattenmodus Daten sammeln, ohne in den Fahrbetrieb einzugreifen.

In Europa gibt es seit April 2014 das Projekt Volvo Drive Me in Göteborg. Serienfahrzeuge von Daimler, Honda und Nissan konnten auf Autobahnen mit Stauassistenten selbst fahren, allerdings in der Regel höchstens mit 60 km/h und ohne selbstständigen Spurwechsel. In der Schweiz wird seit Juni 2016 ein experimenteller Regelbetrieb mit dem autonomen Shuttlebus Arma von Navya durchgeführt, seit September 2016 auch in Lyon.

In Deutschland fuhr 2013 eine Mercedes S-Klasse die historische Bertha-Benz-Strecke von Mannheim nach Pforzheim autonom, mit zwei menschlichen Eingriffen. 2014 legte ein Audi-Fahrzeug rund 900 Kilometer vom Silicon Valley nach Las Vegas autonom zurück. Seit Mitte April 2022 war der Mercedes Drive Pilot für EQS- und S-Klasse als Option der Stufe 3 verfügbar. Zunächst war er unter anderem nur bei Tageslicht, über 3 °C, auf trockener Autobahn ohne Baustelle oder Tunnel, mit hochauflösenden Karten und einem vorausfahrenden Fahrzeug einsetzbar. Das Fahrzeug wechselte die Spur nicht und folgte höchstens mit 60 km/h. 2024 wurde die zugelassene Höchstgeschwindigkeit auf 95 km/h erhöht; ab Frühjahr 2025 sollte dies für alle Modelle mit Drive Pilot erhältlich sein. In Berlin plante die BVG gemeinsam mit TU Berlin und IKEM ab 2025 Tests mit selbstfahrenden Kleinbussen. Ein Versuch auf dem Gelände der Charité war 2017 wegen technischer Probleme abgebrochen worden.

In China entwickelte das 2019 gegründete Beijing Entwicklungszentrum für autonomes Fahren in Yizhuang ein stadtweites Testgebiet von rund 225 km² sowie 143 km Schnellstraßen. Sensorbrücken und ein 5G-Netz liefern den Fahrzeugen Daten. Im Dezember 2022 waren rund 200.000 Versorgungsfahrten durchgeführt worden. Das Zentrum testete unter anderem Kleinwagen, 300 Taxis, Lieferfahrzeuge, Busse, Lastwagen, Straßenreinigungs-, Sanitäts- und Streifenfahrzeuge. Die Taxis waren fahrerlos; bei anderen Tests war meist eine Kontrollperson an Bord. Für Robotaxis wurden Smartphone-Apps oder WeChat genutzt. Nach einer Angabe sollen bis Herbst 2023 bereits drei Millionen problemlose Fahrten stattgefunden haben. Nissan testet in Japan seit Oktober 2015 ein gemeinsam mit der NASA entwickeltes Fahrzeug auf Basis des Nissan Leaf, mit Laserscanner und einer Achtfachkamera mit 360-Grad-Sicht. Toyota und Softbank gründeten 2018 das Joint Venture Monet Technologies.

Auch Zulieferer entwickeln Komponenten und Teilsysteme. Continental arbeitet mit Partnern an einem Pilotprojekt, Bosch forscht seit 2014 an selbstfahrenden Fahrzeugen, und Delphi kündigte 2016 gemeinsam mit Mobileye Testfahrten auf einer rund 10 Kilometer langen öffentlichen Strecke in Las Vegas an. 2024 kündigte Bosch an, stärker auf Fahrzeugsoftware und automatisiertes Fahren zu setzen.

Recht, Sicherheit und ethische Fragen

Die Wiener Straßenverkehrskonvention der UNO von 1968 verlangt in Artikel 8 Absatz 1, dass jedes Fahrzeug und miteinander verbundene Fahrzeuge, wenn sie in Bewegung sind, einen Führer haben. Deshalb sind selbstfahrende Kraftfahrzeuge in den Staaten, die die Konvention ratifiziert haben, grundsätzlich unzulässig; Fahrerassistenzsysteme sind seit 2014 erlaubt. Die deutsche und schweizerische Fassung ist jedoch nicht völlig eindeutig, weil „Führer“ auch eine nicht steuernde verantwortliche Person bedeuten kann. Die österreichische Fassung spricht ausdrücklich von „Lenker“. Die USA und die Volksrepublik China haben die Konvention nicht unterschrieben; in Europa hat nur Spanien sie nicht ratifiziert. Außerdem muss im EU-Bereich besonders die Produkthaftungsrichtlinie an die technische Entwicklung angepasst werden.

Als Vorteile gelten eine höhere Verkehrssicherheit, bessere Mobilität und möglicherweise weniger Fahrzeuge. Nach einer Studie der RAND Corporation sind 90 Prozent aller Unfälle auf menschliches Versagen zurückzuführen; dadurch könnten allein in den USA volkswirtschaftlich über 400 Milliarden US-Dollar eingespart werden. Peter Fuß von Ernst & Young hielt sogar eine Reduktion der Verkehrstoten auf null für möglich. Daniel Göhring von der FU Berlin schätzte, dass Robotertaxis in Städten nur 20 Prozent der heutigen Autos erfordern könnten. Weniger Fahrzeuge und kürzere Abstände könnten Emissionen und Staus verringern. Eine Studie des Lawrence Berkeley National Laboratory prognostizierte, dass ein autonomes elektrisches Robotertaxi 2030 etwa 90 Prozent weniger Kohlendioxid ausstoßen könnte als ein heutiges Auto mit Verbrennungsmotor. Bei Stufe 4 könnten sich Fahrzeuginsassen beispielsweise dem Lesen widmen; ältere Menschen könnten durch günstige Mobilität stärker am gesellschaftlichen Leben teilnehmen.

Dem stehen Datenschutzprobleme, Cyberkriminalität, Softwarefehler und ungeklärte Haftungsfragen gegenüber. Die Deutsche Gesellschaft für Verkehrspsychologie bezweifelte, ob die Zuverlässigkeit eines Menschen durch die einer Maschine ersetzt werden könne. Nach der im Artikel genannten Statistik ereignet sich nach etwa 10 Milliarden Beobachtungen und einer Milliarde menschlicher Entscheidungen ein tödlicher Unfall. Die Kosten für die technische Anpassung des gesamten deutschen Straßennetzes waren im November 2023 weiterhin unbekannt.

Besonders schwierig sind Situationen, in denen ein Unfall mit Personenschäden unvermeidbar ist. Die moralischen Regeln eines autonomen Fahrzeugs werden vorab programmiert. Dadurch stellt sich die Frage, ob eine Maschine Situationen richtig bewerten kann, etwa den Unterschied zwischen einem Puppenwagen und einem echten Kinderwagen, und ob Menschenleben gegeneinander aufgerechnet werden dürfen. Falls eine solche Abwägung zulässig wäre, müssten Kriterien wie die Zahl oder das Alter der Betroffenen festgelegt werden. Diese Fragen sind Gegenstand aktueller Forschung.

Ein bekanntes Beispiel ist der Unfall eines Uber-Volvo-SUV am 19. März 2018 in Tempe, Arizona. Das Fahrzeug verletzte eine Fußgängerin, die ihr Fahrrad über die Straße schob, tödlich. Uber stellte die Tests ein. Zunächst wurde die Vermeidbarkeit des Unfalls auch für einen menschlichen Fahrer bezweifelt; später wurde berichtet, dass die aufsichtsführende Fahrerin möglicherweise durch eine Fernsehsendung abgelenkt war. Es war der erste tödliche Unfall mit einem Fahrzeug der Autonomiestufe 4. Bis Juni 2021 untersuchte die amerikanische NHTSA 30 Unfälle im Zusammenhang mit Teslas Autopilot; in drei Fällen konnte eine Beteiligung des Autopiloten ausgeschlossen werden.

Standards, Ressourcen und Leistungsvergleiche

Für autonome Fahrzeuge werden gemeinsame technische und sicherheitsbezogene Standards entwickelt. Die im Juni 2019 gestartete OpenADx Working Group soll Kompatibilität, Schnittstellen und Interoperabilität von Software verbessern. Automotive Grade Linux entwickelt als kollaboratives Open-Source-Projekt mit Linux-Kern einen offenen Software-Stack für vernetzte Fahrzeuge, der als De-facto-Industriestandard dienen könnte. Weitere Ansätze sind die BSI-Spezifikationen PAS 1880 und PAS 1881 zur Sicherheit automatisierter Fahrzeugentwicklung und -prüfung, der Entwurf der Norm UL 4600, C2X-Kommunikation nach dem europäischen ITS-G5-Standard, das Sicherheits-Framework der RAND Corporation sowie Safety First for Automated Driving (SaFAD) für SAE-Stufe 3/4. SaFAD wird teilweise kontrovers diskutiert. Die Association for Standardization of Automation and Measuring Systems (ASAM) arbeitet ebenfalls an Standards für autonome Fahrzeuge.

Bei einer Verbreitung selbstfahrender Autos könnte ein Teil der Besitzer auf preisgünstigere Robotertaxis umsteigen. Dadurch könnte die Gesamtzahl der Fahrzeuge sinken, während die verbleibenden Fahrzeuge häufiger unterwegs wären. Da Autos derzeit meist parken und Parkflächen beanspruchen, könnten frei werdende Flächen für Wohnungen, Parks und Fahrbahnen genutzt werden. Simulationen und Hochrechnungen untersuchen dazu Robotaxis und Carsharing-Fahrzeuge.

Zur Förderung der Entwicklung gab und gibt es Leistungsvergleiche wie den European Land Robot Trial seit 2006 und die DARPA Grand Challenge von 2004 bis 2007. Für die Formel-E-Saison 2016/17 war außerdem erstmals die autonome Elektrofahrzeug-Rennserie Roborace vorgesehen.