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Digitaler Knoten 4.0: Auto und Ampel im Austausch

Auf der Autobahn klappt das autonome Fahren schon recht gut. In der Stadt brauchen die Autos jedoch Unterstützung. In Braunschweig testet das DLR die Vernetzung von Autos und Infrastruktur, damit die autonom fahrenden Autos im fließenden Verkehr links abbiegen können.

Ein Bericht von veröffentlicht am
Grün, sagt die Ampel dem Auto.
Grün, sagt die Ampel dem Auto. (Bild: knuton/CC-BY 2.0)

"Nächste Ampel grün", sagt die Maschinenstimme. Wir sitzen in einem Audi und fahren auf den Tostmannplatz in Braunschweig zu. Zwar sitzt ein Fahrer im Auto. Doch seine Hände sind nicht am Lenkrad, die Füße nicht auf den Pedalen - das Auto fährt autonom, und es wird gleich autonom abbiegen. Vor dem Beifahrersitz ist ein Display mit einer digitalen Karte und dem Ampelstatus, der gerade auf Grün umgesprungen ist. Das Auto kann also links abbiegen.

Inhalt:
  1. Digitaler Knoten 4.0: Auto und Ampel im Austausch
  2. Die Ampel sendet Nachrichten
  3. Grundlagen geschaffen

Dabei werden wir die Kreuzung für uns haben. Denn die Ampel sortiert vor: in normale, manuell gesteuerte und in automatisierte Fahrzeuge. Jede Klasse bekommt eine eigene Ampelphase. Ziel dieser Vorsortierung sei, dass die automatisierten Fahrzeuge den gesamten Kreuzungsbereich für sich hätten und ungestört von manuell gesteuerten Fahrzeugen agierten, erklärt Felix Grün vom Institut für Regelungstechnik (IfR) der Technischen Universität Braunschweig Golem.de.

Die Ampel ist Teil des Projekts Digitaler Knoten 4.0, das vom Institut für Verkehrssystemtechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt koordiniert wurde. Die Vorführung am Tostmannplatz fand bei der Abschlussveranstaltung statt. Ziel ist, mit automatisierten Fahrzeugen sowie mit Kommunikation zwischen Verkehrsinfrastruktur und automatisierten Fahrzeugen (Vehicle-to-Infrastructure, V2I) sowie den Fahrzeugen untereinander (Vehicle-to-Vehicle, V2V, zusammengefasst: Vehicle-to-everything, V2X) den Verkehr effizienter zu machen. Die dafür nötige technische Referenzarchitektur sei in dem zweieinhalbjährigen Projekt entwickelt worden, sagt Projektleiter Robert Kaul Golem.de. "Über die Verkehrsinfrastruktur können wir auch Fußgänger, Fahrradfahrer und nicht automatisierte Fahrzeuge in diese Architektur einbinden."

Dazu wurden Ampeln am Tostmannplatz und der Kreuzung Rebenring/Hans-Sommer-Straße, der sogenannten Forschungskreuzung, mit diverser Technik ausgestattet: Die Ampeln bekamen verschiedene Kamerasysteme - normale und Stereokameras für das sichtbare Spektrum sowie das Infrarotkameras. Außerdem wurden sie für die Kommunikation über den WLAN-Standard 802.11p mit Road Side Units ausgestattet.

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Schwieriger hat es das automatisierte Fahrzeug an der anderen Kreuzung, die zum Projekt gehört, der Forschungskreuzung Rebenring/Hans-Sommer-Straße: Dort muss es sich den Weg durch den Verkehr selbst suchen. Das heißt, es ordnet sich auf der Abbiegespur ein, fährt in die Kreuzung ein, stoppt, um den Gegenverkehr passieren zu lassen, und biegt schließlich ab.

Für solche Manöver brauchen die Autos ebenfalls einiges an Technik. Neben der ohnehin verbauten Sensorik wie dem Radar des Abstandsregeltempomaten setzen die Forscher ein Lidar ein, welches das Umfeld des Fahrzeugs abtastet und daraus eine Punktwolke erzeugt. Diese wird darauf analysiert, wo sich andere Verkehrsteilnehmer befinden.

Das übernehmen zwei Rechner im Kofferraum - nach Auskunft der Forscher normale Desktop-Computer. Sie werten die Punktwolke aus und erfassen darin fahrende Objekte, die auf dem Beifahrermonitor als blaue Boxen dargestellt werden. Für die Regelung wird eine spezielle Automotive-Hardware eingesetzt.

  • Das DLR hat in Braunschweig zwei Kreuzungen mit Sensoren ausgestattet und vernetzt. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Sensoren erfassen alle Verkehrsteilnehmer,  auch Radfahrer und Fußgänger. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Ein automatisiert fahrendes Auto, im Hintergrund eine der vernetzten  Ampeln, die mit dem Auto kommuniziert. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)
  • Die Autos sollen in Zukunft auch auch miteinander kommunizieren und sich an der Kreuzung koordinieren. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Der wichtigste Sensor der Autos  ist das Lidar. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)
  • Das Auto hat mehrere Rechner an Bord: zwei für die Sensordatenauswertung und einen für die Regelung. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)
  • Im Fahrzeug sind immer zwei Personen an Bord: ein Fahrer, der das Auto überwacht, und ein Beifahrer, der den Monitor im Blick behält. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)
  • Darauf ist zu sehen, was das Auto wahrnimmt. Die Autos im Straßenverkehr erscheinen als blaue Boxen. Das Fahrzeug selbst ist als weiße Silhouette am unteren Bildrand erkennbar. (Bild: Werner Pluta/Golem.de)
  • Ziel des Projekts Digitaler Knoten 4.0 ist, den Verkehr mit automatisiert fahrenden und normalen Autos sicherer und effizienter zu machen. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
Das DLR hat in Braunschweig zwei Kreuzungen mit Sensoren ausgestattet und vernetzt. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Für die Auswertung setzten sie konventionelle Algorithmen und keine Künstliche Intelligenz (KI) ein, sagt Christopher Plachetka vom Institut für Regelungstechnik (IfR) der Technischen Universität Braunschweig Golem.de, da diese schneller seien als KI-Algorithmen. In 45 Millisekunden verarbeiten sie die Rohdaten zu fahrenden Objekten.

Damit weiß das Fahrzeug aber erst, wo um es herum sich andere sich bewegende Objekte befinden. Das reicht, um nicht damit zu kollidieren, aber nicht für ein semantisches Verständnis des Verkehrs. Dafür muss das Auto wissen, mit welcher Art Objekt es zu tun hat.

Dazu werden zunächst Größe und Geschwindigkeit ausgewertet. Das übernehmen ebenfalls konventionelle Algorithmen und sind dabei recht gut: Ist das Objekt groß und schnell, ist es mit großer Wahrscheinlichkeit ein Auto, ist es klein und langsam, ein Fußgänger. Schwieriger wird es bei ähnlich großen Objekten, etwa Fahrrad- und Motorradfahrern. Fährt letzterer langsam, kann er mit ersterem verwechselt werden - was zu schwerwiegenden Fehlentscheidungen führen kann. KI-Algorithmen übernehmen deshalb die genaue Erkennung der Verkehrsteilnehmer.

Noch ist die Umfelderkennung aber nicht gut genug, um sie allein dem Fahrzeug zu überlassen. Gerade Ampeln sind zuweilen nur schwer zu erkennen.

Die Ampel sendet Nachrichten 
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m4mpf 18. Jun 2019

Das ist doch kein Problem der StVO, sondern kommt durch die diversen, zum Teil mMn...

henryanki 10. Jun 2019

Sorry aber das stimmt nicht. Pathplanning funktioniert ja gerade auch ohne Markierung...

deefens 09. Jun 2019

Im Prinzip funktioniert noch nicht mal ACC zufriedenstellend. Im Stau, ja. Aber wenn eine...

PerilOS 08. Jun 2019

Keine Sorge, dafür erkennen LIDAR Betonpoller, Menschen und Lastwagen.

senf.dazu 08. Jun 2019

Das scheint man aber im großen und ganzen auch gar nicht unbedingt wissen zu müssen...


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