Prof. Stephan Reuter zu autonomen Fahrzeugen speziell im Stadtverkehr „10 Jahre könnte das schon noch dauern“ - AutomobilKONSTRUKTION

Prof. Stephan Reuter zu autonomen Fahrzeugen speziell im Stadtverkehr

„10 Jahre könnte das schon noch dauern“

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Speziell in den teils unübersichtlichen deutschen Innenstädten ist das automatisierte Fahren wesentlich schwerer umzusetzen als in US-Städten oder auf der Autobahn. Der Ulmer Professor Stephan Reuter arbeitet deshalb an der Multi-Objekt-Verfolgung in komplexen Szenarien. Ziel ist, auch die kaum kalkulierbaren Fußgänger und Fahrradfahrer sicher zu erkennen. Mindestens 10 Jahre würden bis dahin aber noch vergehen, so Reuter.
Interview: Wolfgang Hess, Redaktionsdirektor Sonderprojekte der Konradin Mediengruppe
KEM Konstruktion: Professor Reuter, welcher Aufgabenstellung widmen Sie sich derzeit im Zusammenhang mit dem autonomen Fahren?
Reuter: Wir beschäftigen uns mit dem ‚Multi-Objekttracking mit gleichzeitiger Zustands- und Existenzschätzung unter Verwendung von Random Finite Sets‘ – es geht um mathematische Ansätze, die Lösungen für das automatisierte Fahren liefern. Um das verkehrssicher zu regeln, muss man wissen, wo sich Fahrzeuge, Fußgänger und alle anderen Verkehrsteilnehmer befinden. Wir brauchen dazu Informationen, mit welcher Geschwindigkeit sie sich wohin bewegen. Dazu setzen wir mehrere Sensortypen – Video, Laser, Radar – ein. Durch die Modellierung mit Random Finite Sets können wir gleichzeitig abschätzen, wie sicher das Objekt existiert. Darüber hinaus ermöglicht die Methode die Modellierung von Abhängigkeiten im Verhalten der Verkehrsteilnehmer, beispielsweise das frühzeitige Vom-Gas-Gehen eines vorausschauenden Fahrers.
KEM Konstruktion: Heißt das, dass Sensoren manchmal falsche Messungen liefern?
Reuter: In der Tat bekommen wir mitunter Messergebnisse für Objekte, die gar nicht da sind. Auch das Gegenteil passiert: Im Nebel liefern Kameras oftmals kein Ergebnis für real existierende Objekte. Die angesprochene Methode berechnet für jedes Objekt eine Existenzwahrscheinlichkeit. Je höher die ist, desto entschiedener wird ein automatisiertes Fahrzeug reagieren. Das grundsätzliche Verfahren der Objektverfolgung ist der sogenannte Kalman-Filter – ein Bestandteil vieler Ausbildungen; den Umgang mit Random Finite Sets vermitteln dagegen nur wenige Universitäten auf der Welt, etwa die in Ulm. Zusammen mit zwei Forschern in Australien habe ich eine neue Methode gefunden, die Labeled-Multi-Bernoulli-Filterung – damit lassen sich die Messwerte mehrerer Objekte mathematisch so rasch berechnen, dass wir in Echtzeit in unseren Versuchsträgern Lösungen bekommen.
KEM Konstruktion: Wie stark hängt all das von den Umgebungsbedingungen ab?
Reuter: Auf der Autobahn ist die Umgebung überschaubar: Links und rechts haben wir Leitplanken. Auf der Straße fahren die Objekte in der Regel geradeaus. Außer Pkw gibt es fast nur Busse, Motorräder und Lkw. Das heißt: In vielen Fällen braucht man zum automatisierten Fahren lediglich zu wissen, wie schnell der Vordermann gerade fährt. Und das können die bestehenden Tracking-Verfahren sehr gut. Anders sieht es im Stadtverkehr aus. Fußgänger und Fahrradfahrer sind kaum kalkulierbar. Überdies wird dort das Blickfeld der Sensoren oft verdeckt. Das heißt: Messergebnisse und deren einfache Verarbeitung reichen nicht aus, sondern man muss pro Objekt gleich mehrere Messungen vornehmen. Unser Random-Finite-Sets-Tracking berechnet über die zeitliche Abfolge, welche Messungen zusammengehören.
KEM Konstruktion: Nach dem, was Sie sagen, wundere ich mich, wieso autonom fahrende Auto bereits für den Straßenverkehr zugelassen sind. Der Autohersteller Tesla ist nicht nur in den USA gut unterwegs.
Reuter: Tesla nennt das System zwar Autopilot. Doch gemäß der Betriebsanleitung muss der Fahrer das System durchgehend überwachen. Für mich heißt das eindeutig: Auch dort ist man noch nicht beim autonomen Fahren angekommen. Überdies unterscheiden sich Innenstädte in Deutschland hinsichtlich der Verkehrssituation deutlich von den US-Städten: Wir haben engere Straßen, mehr Fußgänger und Fahrradfahrer.
KEM Konstruktion: Wäre das autonome Fahren im Tesla in Deutschland gesetzeswidrig?
Reuter: Was Tesla unter autonomem Fahren verkauft, bieten deutsche Premiumhersteller auch: Abstandsregeltempomat, Spurhalteassistent, Überholassistent und so weiter. Allerdings fordern die Systeme der deutschen Hersteller häufiger dazu auf, die Hände ans Steuer zu legen. Bei Tesla erfolgt diese Anweisung, insbesondere bei langen Geradeaus-Fahrten, deutlich seltener.
KEM Konstruktion: Sie haben inzwischen zwei automatisierte Fahrzeuge am Institut – was ist das für ein Gefühl beim Fahren?
Reuter: Bei den ersten Fahrten bereitet es tatsächlich ein mulmiges Gefühl, wenn der Vordermann bremst und man darauf wartet, ob der eigene Wagen reagiert. Später wird man gelassener. Irgendwann kann man das Fahrzeug einschätzen und weiß, wie es mit einer Situation umgehen wird. Allerdings haben wir uns am Institut bewusst dagegen entschieden, auf der Autobahn zu fahren.
KEM Konstruktion: Wieso das denn?
Reuter: Weil Forscher und Entwickler von Automobilunternehmen bereits viele automatisierte Autobahnfahrten absolviert hatten, als wir das erste automatisierte Auto aufgebaut haben. Als Universitätsinstitut würden wir der Industrie in diesem Bereich nur hinterherlaufen. Deshalb haben wir uns für Fahrten auf Landstraßen und im städtischen Verkehr entschieden.
KEM Konstruktion: Sie adressieren also vor allem das Problem Stadtmitte – was fordert Sie hier heraus?
Reuter: Die ‚Neue Mitte‘ in Ulm. Das ist ein innerstädtischer Treffpunkt, an dem viele Fußgänger unterwegs sind, die sich gleichberechtigt zum Autoverkehr bewegen: Dort erwarten es die Fußgänger geradezu, dass Fahrzeuge anhalten – nicht nur vor Überwegen. Häufig gibt es Gruppen, aus denen immer mal einer herausbricht und über die Straße geht. Genau diese Situation muss ein autonomes System verstehen. Es muss jeden einzelnen Fußgänger der Gruppe erkennen. Das Fahrzeug muss sich an diese Situation anpassen – ähnlich wie es ein Autofahrer macht, indem er das Verhalten der Fußgänger im Blick hat und richtig interpretiert.
KEM Konstruktion: Menschen beherrschen solche Situationen nur unvollkommen, sonst würde es nicht immer wieder zu Unfällen kommen. Muss ein automatisiertes Fahrzeug tadellos sein oder darf es auch Fehler machen?
Reuter: Es ist erstaunlich, mit welcher Gelassenheit Menschen Situationen einschätzen und dementsprechend mit ihrem Auto oft zu schnell unterwegs sind. Kaum jemand berücksichtigt im dichten innerstädtischen Treiben, dass ganz unvermittelt ein Radfahrer aus einer Lücke heraus schießen könnte. Autonome Fahrzeuge werden sich zunächst strikt an gesetzliche Vorgaben halten und defensiver unterwegs sein als die meisten Autofahrer. Dadurch kann es vorkommen, dass sie mitunter etwas langsamer fahren, wodurch sich die Lenker nicht automatisierter Wagen behindert fühlen könnten. Sind dann eines Tages alle Fahrzeuge automatisiert, gibt es technische Möglichkeiten, den Verkehr wieder zu verflüssigen. Ein Beispiel hierfür ist das sogenannte Platooning, bei dem Fahrzeuge mit sehr geringen Sicherheitsabständen fahren können.
KEM Konstruktion: Werden Hacker-Angriffe zum neuen Problem im Straßenverkehr?
Reuter: Was da auf uns zukommt, ist ein weites Feld. Gerade gibt es eine Ausschreibung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung zu IT-Sicherheit und automatisiertem Fahren, an der sich auch unser Institut mit einer Projektskizze beteiligt. Wir wollen untersuchen, wie man verhindert, dass Sensoren von außen gestört werden. Einfaches Beispiel: Eine Kamera kann durch einen starken Scheinwerfer geblendet werden. Anderen Sensoren könnten Objekte vorgegaukelt werden, die gar nicht existieren. Andererseits könnte jemand verfälschte Daten in den Wagen schicken. Hier die Quellen dingfest zu machen und automatisch richtig darauf zu reagieren, ist eine gewaltige Herausforderung.
KEM Konstruktion: Gegenwärtig erkennt man zwei Strategien fürs automatisierte Fahren. Konventionelle Autohersteller integrieren nach und nach immer mehr Funktionen, um das Auto evolutionär weiterzuentwickeln. Unternehmen wie Google und Apple, die bisher mit Automobilen nichts am Hut hatten, versuchen dagegen, mit revolutionären Produkten Marktanteile zu erobern. Wie beurteilen Sie diese Herangehensweisen?
Reuter: Für die Realisierung von automatisiertem Fahren auf Autobahnen ist die evolutionäre Weiterentwicklung der heutigen Fahrerassistenzsysteme aufgrund der überschaubaren Komplexität eine sinnvolle Herangehensweise. Das automatisierte Fahren im Stadtverkehr unterscheidet sich jedoch sehr stark von den Szenarios, für die heutige Assistenzsysteme optimiert sind. Da bietet es sich folglich an, disruptive Techniken zu untersuchen – also komplett neue Lösungsansätze, wie das etwa von Google gemacht wird. Wenn man sich jedoch die Studien und Veröffentlichungen der konventionellen Autohersteller ansieht, erkennt man, dass diese ebenfalls disruptiven Ansätzen nachgehen. Ich sehe deshalb weiter sehr gute Perspektiven für die deutschen Automobilbauer.
KEM Konstruktion: Wie lange dauert es, bis echtes autonomes Fahren in deutschen Innenstädten möglich ist? Was schätzen Sie?
Reuter: 10, vielleicht sogar 15 Jahre könnte das schon noch dauern.
KEM Konstruktion: Abschließend noch eine Frage – was hat Sie bewogen, an der Uni Ulm zu bleiben?
Reuter: Im Rahmen meiner Doktorarbeit haben sich viele neue Forschungsfragen aufgetan – als Juniorprofessor habe ich an der Universität Ulm die Freiheiten, darauf zusammen mit meinem Team einzugehen.

Zur Person

info

Stephan Reuter ist seit Mai 2016 Juniorprofessor am Institut für Mess-, Regel-und Mikrotechnik der Universität Ulm. Geboren in Crailsheim promovierte Reuter (*1981) an der Ulmer Uni. Im Herbst 2016 wurde er mit dem Reinhard-von-Koenig-Förderpreis für seine Forschung zu neuen Ansätzen zur Multi-Objekt-Verfolgung in komplexen Szenarien für den Einsatz in autonomen Systemen ausgezeichnet.
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