Autonomes Fahren: Hände weg vom Lenkrad - der Lkw steuert selbst
Mitten auf der Autobahn nimmt Martin Zeilinger, Leiter Vorentwicklung bei der Lkw-Sparte von Daimler, die Hände vom Lenkrad und stellt die Füße neben die Pedale. "Wir sind jetzt im automatisierten Betrieb" , sagt er, während sich der Lkw selbst steuert. Das macht der Highway Pilot, der erstaunlich nah an heute üblichen Seriensystemen ist.
Seit Anfang Oktober dürfen die Stuttgarter mit dem modifizierten Serien-Lkw auf der Autobahn fahren . Golem.de ist eingestiegen und hat sich auf der Autobahn erklären lassen, wie das System funktioniert und worin sich assistiertes Fahren im Lkw und Pkw unterscheidet.
Daimler darf automatisiert auf der Autobahn fahren
Kurz nachdem wir vom Rastplatz auf die Autobahn nahe Stuttgart aufgefahren sind, erschien in der Instrumentenanzeige der Schriftzug "Highway Pilot Available". Zeilinger hat einen kleinen Knopf auf dem Lenkrad gedrückt. Ein kleines blaues Autobahnsymbol leuchtet, und der Highway Pilot hat die Kontrolle über den Mercedes Benz Actros(öffnet im neuen Fenster) übernommen.
Der Unterschied zum Fahren mit Fahrer ist kaum zu merken. Nach wie vor fährt der Actros seine 85 km/h. Einzig das Lenkrad bewegt sich leicht hin und her – so hält das Auto die Mitte der Fahrspur. Das, sagt Zeilinger, sei das Neue: "Wir haben einen zusätzlichen elektrischen Eingriff in die Lenkung, ein Elektromotor, der angebaut ist. Über diese elektronische Schnittstelle können wir die Querregelung vom Fahrzeug übernehmen."
In der Längsregelung wird assistiert
In der Längsregelung helfen dem Fahrer heute schon eine Reihe von Assistenzsystemen: Der Spurhalte-Assistent etwa hilft zu verhindern, dass das Fahrzeug unkontrolliert die Spur wechselt. Eine Stereokamera beobachtet die Straße und warnt, wenn das Fahrzeug die Fahrbahnmarkierung überfährt, ohne den Blinker gesetzt zu haben. Der Bremsassistent, Active Brake Assist (Aba), misst per Radar den Abstand zum vorhergehenden Fahrzeug und bremst im Notfall den Lkw. Viele Spediteure ordern Fahrzeuge mit diesen Systemen.
Der Tempomat sorgt für eine gleichmäßige Geschwindigkeit. Der Fahrer regelt die Geschwindigkeit auf 85 km/h, und der Lkw hält diese ein. Predictive Powertrain Control (PPC) heißt dieser vorausschauende Tempomat. Integriert sind digitale Landkarten, in denen Steigungen und Gefälle, Kurvenradien, Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Kreisverkehre verzeichnet sind.
Das System beschleunigt prophylaktisch
In Kombination mit den Positionsdaten, die das Satellitennavigationssystem Global Positioning System (GPS) liefert, plant das PPC die Fahrt: Kommt etwa eine Steigung, beschleunigt es rechtzeitig, damit der Lkw auch bergauf die gewählte Geschwindigkeit beibehält.
Dann piepst es.
Pkw und Lkw unterscheiden sich
"Das System fordert mich auf, wieder zu übernehmen" , erklärt Zeilinger. "Ich betätige den dafür vorgesehenen Schalter und übernehme das Fahren wieder manuell" . Wir sind kurz vor der Autobahnabfahrt, und die Fahrt geht wieder zurück zum Ausgangspunkt.
Das automatisierte Fahren ist nur für die Autobahn gedacht. Sobald der Lkw die wieder verlässt oder wenn eine ungewöhnliche Situation auftaucht wie eine Baustelle, muss der Fahrer übernehmen. Teilautomatisiertes Fahren heißt das in der Fachsprache(öffnet im neuen Fenster) . Bei diesem Grad der Automatisierung muss der Fahrer zu jedem Zeitpunkt die Kontrolle über das Fahrzeug übernehmen können.
Die assistierte Querlenkung ist neu
Dass zu den Systemen für die Längsregelung nun auch noch die Querregelung, also die Lenkung, hinzugekommen ist, ist für Zeilinger nur konsequent. "Für uns ist damit die Geschichte unserer aktiven Sicherheitssysteme fortgeschrieben" , sagt er. Er arbeite seit 28 Jahren in der Nutzfahrzeug-Entwicklung. "Als ich dort angefangen habe, gab es kaum automatisierte Systeme. Wir haben damals mit der EPS, der elektropneumatischen Schaltung, angefangen, um das Schalten im Doppel-H zu vereinfachen." Und jetzt fährt sich der Actros auf der Autobahn unter gewissen Bedingungen quasi selbst.
Ziel sei, Lkw-Fahrern die Arbeit zu erleichtern. "Neun Stunden hinter dem Lenkrad ist eine lange Zeit" , sagt Zeilinger. Die Assistenzsysteme unterstützten die Fahrer gerade bei monotonen Etappen auf der Autobahn oder im Stau. Der Fahrer wird so entlastet. Das soll zum einen zur Verkehrssicherheit beitragen. Außerdem soll das System durch gleichmäßigeres Fahren helfen, Kraftstoff zu sparen.
Lkw- und Pkw-Entwickler arbeiteten zusammen
Bei der Entwicklung der Assistenzsysteme und auch bei der des Highway Pilot haben die Entwickler auf der Lkw-Seite eng mit der Pkw-Entwicklung zusammengearbeitet, erzählt Zeilinger. "Bei den Sensoren sind wir nahe an der Pkw-Technologie." Auch die Verarbeitung der Sensordaten, die Erzeugung des Umgebungsbildes aus den Daten, sei sehr ähnlich.
Unterschiede gibt es aber auch, beispielsweise in der Bildverarbeitung: Das Fahrerhaus des Lkw bewegt sich, das muss in der Bildverarbeitung ausgeglichen werden. "Oder sobald es in den aktiven Part geht, also in die Fahrstrategie" , sagt Zeilinger: Durch den höheren Schwerpunkt habe ein Lkw ein ganz anderes Verhalten als ein Pkw. Auch die Ansteuerung sei ganz anders: Der Pkw bremse hydraulisch und habe ein elektrisches Lenksystem, der Lkw hingegen bremse pneumatisch und habe eine Hydrauliklenkung mit angebautem Motor.
Es gibt aber noch mehr Lkw-Hersteller als nur Daimler, die sich mit automatisiertem Fahren beschäftigen.
Volvo fährt im Konvoi
Volvo etwa. Auch der schwedische Hersteller baut auf existierenden Assistenzsystemen auf, wie etwa dem Abstandsregelungstempomaten. Anders als Daimler musste Volvo aber bei der Lenkung nicht nachrüsten: Die Schweden haben 2013 das System Dynamic Steering vorgestellt, einen Elektromotor, der mit der hydraulischen Servolenkung des Lkw zusammenarbeitet. Es soll den Fahrer bei niedrigen Geschwindigkeiten entlasten – und eignet sich natürlich für den automatisierten Betrieb.
Eine Kooperation mit der Pkw-Sparte scheint es bei Volvo allerdings nicht zu geben. Er wisse nicht, welche Systeme dort verwendet werden, schreibt Carl-Johan Almqvist, Leiter der Abteilung Verkehrs- und Produktsicherheit bei Volvo Trucks, in einer Mail an Golem.de. "Fragen Sie bei den Herstellern nach."
Volvo macht bei Sartre mit
Volvo verfolgt verschiedene Konzepte des automatisierten Fahrens. So arbeitet das Unternehmen seit einigen Jahren an dem europäischen Forschungsprojekt Safe Road Trains for the Environment(öffnet im neuen Fenster) , kurz Sartre, das eine andere, eine kollektive Form des automatisierten Fahrens bietet.
Mehrere Fahrzeuge – das können Pkw ebenso sein wie Lkw – schließen sich zu einem Konvoi zusammen . Geführt wird der von einem Lkw mit einem routinierten Fahrer am Steuer. Alle anderen Fahrer geben die Kontrolle über ihr jeweiliges Fahrzeug an den Führungs-Lkw ab, der Fahrtrichtung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Verzögerung und Lenkbewegungen vorgibt und den anderen diktiert, wie sie fahren sollen.
Nachfolger fahren im Windschatten
Vorteil ist, dass sich die Fahrer in den nachfolgenden Fahrzeugen zurücklehnen können. Außerdem können die Nachfolger sehr eng auffahren, weshalb sie im Windschatten des Lkw sind. Dadurch verbrauchen sie weniger Treibstoff – das geht, weil die nachfolgenden Fahrzeuge keine Reaktionszeit brauchen: Der Lkw sagt ihnen ja, wann sie bremsen müssen. Schließlich sollen durch die gemeinsame Fahrt Staus vermieden werden.
Die Nachfolger seien so etwas wie selbstfahrende Autos, sagt Almqvist, nur dass eben die Befehle für die Lenkung nicht vom Bordsystem kämen. "Im Sartre-Projekt übernimmt das Fahrzeug vorne die Führung" , sagt Almqvist. "Bei künftigen Systemen könnten das die Fahrbahnmarkierungen, eingebaute Magnete oder etwas Ähnliches tun."
Diese Systeme unterstützen den Fahrer. Aber machen sie ihn auch überflüssig?
Assistiert oder autonom
"Wir haben hier ein System im sogenannten Automatisierungslevel 2" , sagt Zeilinger. "Das ist auch heute zulassungsfähig." Die nächste Stufe, die folgt, ist das hochautomatisierte Fahren. Dabei muss der Fahrer das Fahrzeug nicht mehr dauerhaft überwachen und kann sich Nebentätigkeiten widmen. Technisch ist das relativ schnell umsetzbar. Allerdings wird es noch einige Zeit dauern, bis das Realität wird.
Die Stufen 4 und 5 sind vollautomatisiertes Fahren, bei dem sich das Auto weitgehend selbst steuert, und komplett autonomes Fahren, bei dem kein Fahrer mehr nötig ist. "In kontrollierten Umgebungen ist es natürlich vorteilhaft, fahrerlose Fahrzeuge zu haben" , sagt Almqvist von Volvo. "Wir glauben, dass selbstfahrende Fahrzeuge in gesperrten Gebieten wie etwa einem Hafen oder einer Mine in naher Zukunft möglich sein werden."
Daimler hat auch auf einer abgeschlossenen Teststrecke den Effekt für die Fahrer untersucht : Diese sollten während der autonomen Fahrt einer sinnvollen Nebentätigkeit nachgehen. Dabei wurden ihre Hirnströme gemessen. Laut Daimler ermüdeten die Fahrer weniger stark, wenn der Lkw autonom fuhr und sie sich unterdessen mit etwas anderem beschäftigten.
Autonome Trucks transportieren Erz
Wie das geht, zeigt Rio Tinto(öffnet im neuen Fenster) : Der britisch-australische Bergbaukonzern lässt heute seit einigen Jahren in drei Minen in der Bergbauregion Pilbara im Bundesstaat Western Australia das abgebaute Erz von autonomen Kipplastern zur Zugverladestation transportieren .
Autonomes Transportsystem(öffnet im neuen Fenster) (Autonomous Haulage System, AHS) heißen die gigantischen Fahrzeuge: Sie sind gut sieben Meter hoch und werden mit über 300 Tonnen Material beladen. Gebaut werden sie vom japanischen Baumaschinenhersteller Komatsu. Rio Tinto ist nach eigenen Angaben "der weltweit größte Eigentümer und Betreiber autonomer Transportsysteme" : 71 dieser Ungetüme sind im Einsatz – das ist etwa ein Fünftel der Lkw-Flotte in Pilbara. Im Monat transportieren sie zusammen 20 Millionen Tonnen Material.
Autonome Fahrzeuge sind sicherer und effizienter
Vorteil der AHS: Sie können rund um die Uhr eingesetzt werden und sind deshalb produktiver als bemannte. "Unsere autonome Flotte übertrifft die bemannte im Schnitt um 12 Prozent, weil sie ohne erforderliche Pausen, Fehlzeiten und Schichtwechsel auskommt" , sagt Rio-Tinto-Chef Andrew Harding. Wegen der höheren Produktivität habe das Unternehmen seine Flotte bereits verringert. Außerdem verspricht sich Rio Tinto mehr Sicherheit für seine Angestellten.
Allerdings operieren die AHS-Trucks ausschließlich in abgesperrtem Gebiet. Auf öffentlichen Straßen sei der fahrerlose Lkw jedoch schwer umzusetzen, sagt Almqvist. Dort müsse das Fahrzeug mit dem unvorhergesehenen Verhalten anderer Fahrer klarkommen, die sich nicht immer an die Verkehrsregeln hielten, mit schlecht markierten Straßen, mit dem Wetter. Es werde lange dauern, damit vollständig autonomes Fahren im normalen Verkehr sicher genug sei.
Wie viele Unfälle vermeidet der Mensch?
Mit der Fahrsicherheit autonomer Systeme ist das nämlich so eine Sache: Es sei zwar bekannt, dass Menschen 90 Prozent aller Unfälle verursachten, sagt Almqvist. "Eine Zahl, die aber nicht erforscht wird, ist, wie viele Unfälle vermieden werden, weil ein Mensch hinter dem Lenkrad sitzt."
Lkw-Fahrer brauchen also keine Angst um ihren Arbeitsplatz zu haben. "Wir sprechen ja nicht vom fahrerlosen Lkw" , sagt Zeilinger. "Sondern wir sprechen von Assistenzfunktionen, von immer weiterem Ausbau, besserer Funktionalität und Akzeptanz dieser Assistenzsysteme und von daher sage ich: Wenn ein Fahrer Angst um seinen Job hat, dann hat er unsere Strategie missverstanden, denn der Lkw-Fahrer wird noch lange der 'Chef in der Kabine' sein."
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