Fahren in der Zukunft - Die Stufen autonomer Fahrzeuge erklärt

Das autonome Fahren verändert die Mobilität, macht die Straßen sicherer und den Verkehr intelligenter. Der SAE J3016-Rahmen definiert 6 Automatisierungsstufen, von fahrerunterstützenden Funktionen bis hin zur vollständigen Selbstfahrfähigkeit. In diesem Leitfaden werden die einzelnen Stufen, ihre wichtigsten Merkmale und der künftige Weg für autonome Fahrzeuge erläutert

Die Sicherheit im Straßenverkehr liegt in der gemeinsamen Verantwortung aller in der Automobilindustrie Tätigen. Von den Fahrzeugherstellern über die Technologieentwickler bis hin zu den politischen Entscheidungsträgern spielt jeder Beteiligte eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung von Unfällen und der Erhöhung der Sicherheit auf den Straßen für alle.

Die Gesellschaft der Automobil-Ingenieure (SAE), ein Berufsverband mit mehr als 128.000 Ingenieuren und technischen Experten im Bereich der Mobilitätstechnik, hat zusammen mit der Internationalen Organisation für Normung (ISO TC204/WG14)einen Rahmen für die Fahrzeugautomatisierung entwickelt, der als SAE J3016 bekannt ist und von Automobilherstellern weltweit übernommen wurde. Dieser Rahmen definiert sechs Automatisierungsstufen für Autos, die von Stufe 0 (keine Automatisierung des Fahrens) bis Stufe 5 (Vollautomatisierung) reichen, die von "Fahrerassistenzfunktionen" zu "automatisierten Fahrfunktionen" übergeht.

Auf dem Weg zum vollständig autonomen Fahren hilft das Verständnis dieser Stufen, die technologischen, rechtlichen und gesellschaftlichen Veränderungen, die mit selbstfahrenden Fahrzeugen einhergehen, in einen Kontext zu setzen. Wir tauchen tief in die Stufen des automatisierten Fahrens ein und geben Beispiele für die einzigartigen Merkmale der einzelnen Autonomietypen.

Stufen der Automatisierung

Stufe 0
Keine Automatisierung

Der Fahrer hat die volle Kontrolle über das Fahrzeug. Die Fahrzeugfunktionen beschränken sich auf Warnungen und kurzzeitige Hilfestellungen, wie z. B. Anti-Schleuder-Bremsen, Toter-Winkel-Warner oder Spurhalteassistent.

Stufe 1
Fahrerassistenz

Der Fahrer hat die Kontrolle über das Fahrzeug. Fahrzeugassistenzfunktionen können den Fahrer bei der Lenkung ODER beim Bremsen/Beschleunigen unterstützen, z. B. bei der Fahrspurzentrierung ODER dem adaptiven Tempomat.

Stufe 2
Teilweise Automatisierung

Der Fahrer hat die Kontrolle über das Fahrzeug. Die Teilautomatisierung des Fahrens bietet Lenkung UND Bremse/Beschleunigung zur Unterstützung des Fahrers, wie z. B. die Spurzentrierung UND den adaptiven Tempomat gleichzeitig.

Stufe 3
Bedingte Automatisierung

Wenn die bedingte Fahrautomatisierung aktiviert ist, steuert der Fahrer das Fahrzeug nicht, sondern muss bereit sein, die Kontrolle zu übernehmen, wenn das System dies verlangt. Diese Automatisierung funktioniert nur unter bestimmten Bedingungen, z. B. bei langsam fließenden Verkehrsstaus.

Stufe 4
Hohe Automatisierung

Der Fahrer muss das Fahrzeug nicht steuern, weshalb Pedale oder Lenkräder vorhanden sein können oder auch nicht. Die hohe Fahrautomatisierung übernimmt unter bestimmten Bedingungen, z. B. in geografisch abgegrenzten Gebieten, die volle Kontrolle über das Fahrzeug.

Stufe 5
Vollständige Automatisierung

Bei dieser Funktion muss der Fahrer überhaupt nicht die Kontrolle übernehmen. Die Fahrzeuge sind unter allen Bedingungen völlig autonom und in der Lage, auf jeder Straße und in jeder Umgebung ohne menschliches Zutun zu navigieren.

Hauptmerkmale der Fahrautomatisierung

Stufe 0 - Keine Fahrautomatisierung

Das autonome Fahren der Stufe 0 bezieht sich auf ein Fahrzeug, das nicht automatisiert fährt. Auf dieser Stufe ist der menschliche Fahrer jederzeit voll für die Kontrolle des Fahrzeugs verantwortlich, aber das Fahrzeug kann über begrenzte Fahrerassistenzfunktionen wie Warnungen oder kurzzeitige Eingriffe verfügen, die nicht dauerhaft automatisiert sind. So kann beispielsweise ein Fahrzeug mit automatischer Notbremsung kurzzeitig eingreifen, um einen Unfall zu verhindern. Da der Fahrer jedoch weiterhin alle anderen Fahraufgaben übernehmen muss, bleibt es ein Fahrzeug der Stufe 0.

Hauptmerkmale von SAE Level 0:

• Keine durchgängige Automatisierung: Der Fahrer muss alle Fahraufgaben übernehmen, einschließlich Lenken, Bremsen, Beschleunigen und Beobachten der Umgebung.

• Warnungen und Alarme: Der Fahrer muss immer wachsam sein, aber das Fahrzeug kann mit Warnhinweisen ausgestattet sein, die den Fahrer unterstützen, z. B.

  • Vorwärtskollisionswarnungen

  • Warnung vor dem Verlassen der Fahrspur

  • Toter-Winkel-Warnungen

• Eingeschränkte Fahrerassistenzfunktionen - Einige Fahrzeuge der Stufe 0 können über kurzzeitige Eingriffssysteme verfügen, wie z. B.:

  • Automatische Notbremsung (AEB)

  • Adaptiver Geschwindigkeitsregler (ACC), wenn er kurzzeitig eingreifen kann

Stufe 1 - Fahrerassistenz

Das autonome Fahren der Stufe 1 bezieht sich auf ein Fahrzeug mit einer einzigen automatisierten Fahrfunktion, die entweder die Lenkung oder die Beschleunigung/Bremsung unterstützt, aber nicht beides gleichzeitig (ein Fahrzeug mit Tempomat und Spurhaltung, die gleichzeitig funktionieren, würde als Stufe 2 gelten, da zwei Funktionen, Lenkung und Geschwindigkeitsregelung, zusammenwirken). Bei Fahrzeugen der Stufe 1 muss der menschliche Fahrer nach wie vor die volle Verantwortung für die Überwachung der Umgebung übernehmen.

Hauptmerkmale von SAE Level 1:

• Einzelne automatisierte Funktion - Entweder Lenkunterstützung (z. B. Spurhalteassistent) oder Beschleunigungs-/Bremsunterstützung (z. B. adaptiver Geschwindigkeitsregler), aber nicht beides zusammen.

• Der Fahrer muss die Kontrolle behalten - Das System ersetzt den Fahrer nicht, sondern kann ihn unterstützen. Der Fahrer muss jederzeit bereit sein, die volle Kontrolle zu übernehmen.

• Keine vollständige Automatisierung - Der Fahrer ist für die Überwachung der Fahrumgebung und für komplexe Fahrentscheidungen verantwortlich.

Stufe 2 - Teilautomatisierung

Die Stufe 2 des autonomen Fahrens bezieht sich auf ein Fahrzeug, das unter bestimmten Bedingungen, z. B. im langsam fließenden Straßenverkehr, gleichzeitig lenken und beschleunigen/bremsen kann. Ein Auto mit Level 2-Automatisierung ist immer noch nicht selbstfahrend - der menschliche Fahrer muss voll einsatzbereit bleiben, um bei Bedarf sofort zu übernehmen.

Hauptmerkmale von SAE Level 2:

• Gleichzeitige Automatisierung von Lenkung und Beschleunigung/Bremsung - Im Gegensatz zu Stufe 1, bei der jeweils nur eine Funktion automatisiert wird, kann Stufe 2 beide Funktionen gleichzeitig ausführen.

• Beaufsichtigung durch den Fahrer erforderlich - Das System überwacht die Umgebung nicht; der menschliche Fahrer muss aktiv bleiben und bereit sein, einzugreifen.

• Eingeschränkte Betriebsbedingungen - Systeme der Stufe 2 funktionieren in der Regel nur auf gut gekennzeichneten Autobahnen oder unter bestimmten Straßenbedingungen, z. B.

  • Advanced Adaptive Cruise Control mit Lane Centering - Das Fahrzeug passt die Geschwindigkeit automatisch an und hält die Spur, aber der Fahrer muss aufmerksam bleiben.

  • Tesla Autopilot (Basisversion) - Hilft beim Lenken, Beschleunigen und Bremsen auf Autobahnen, erfordert jedoch die Hände am Lenkrad.

  • Chevrolet Super Cruise (Hands-Free, but Eyes-On System) - Ermöglicht freihändiges Fahren in bestimmten kartierten Bereichen, erfordert aber die Aufmerksamkeit des Fahrers.

Stufe 3 - Bedingte Fahrautomatisierung

Die Stufe 3 des autonomen Fahrens stellt die erste Stufe dar, in der das Fahrzeug alle Fahraufgaben unter bestimmten Bedingungen ausführen kann, ohne dass eine ständige Überwachung durch den Fahrer erforderlich ist. Der Fahrer muss jedoch zur Verfügung stehen, wenn das System ihn auffordert, das Steuer zu übernehmen. Im Gegensatz zu Stufe 2 kann sich der Fahrer bei Stufe 3 von der aktiven Überwachung abkoppeln, aber das System ist noch nicht vollständig autonom, da es immer noch einen ausfallbereiten menschlichen Fahrer benötigt.

Hauptmerkmale von SAE Level 3:

• Automatisiertes Fahren unter bestimmten Bedingungen - Das Fahrzeug kann die Lenkung, die Beschleunigung und das Bremsen vollständig kontrollieren und innerhalb seiner Operational Design Domain (ODD) Fahrentscheidungen treffen, z. B. auf Autobahnen oder in Staus.

  • Honda Sensing Elite - Verfügt über einen "Stau-Piloten", der im Stop-and-Go-Verkehr auf der Autobahn die volle Kontrolle übernimmt.

  • Mercedes-Benz Drive Pilot - Ermöglicht das autonome Fahren im dichten Verkehr bis zu einer Geschwindigkeit von 65 km/h auf kartierten Autobahnen.

• Keine ständige Überwachung durch den Fahrer erforderlich - Im Gegensatz zu Stufe 2 kann der Fahrer seine Aufmerksamkeit von der Straße ablenken (z. B. ein Video ansehen oder lesen), muss aber bereit sein, die Kontrolle zu übernehmen, wenn er dazu aufgefordert wird.

• Das System fordert bei Bedarf den Fahrer zum Eingreifen auf - Wenn die Bedingungen seine Fähigkeiten übersteigen (z. B. schlechtes Wetter, Baustellen), benachrichtigt das System den Fahrer, damit er die Kontrolle übernimmt.

Stufe 4 - Hohe Antriebsautomatisierung

Nach der Norm SAE J3016 bedeutet autonomes Fahren der Stufe 4, dass das Fahrzeug alle Fahraufgaben innerhalb eines bestimmten Einsatzbereichs (z. B. bestimmte Straßen, Städte oder Wetterbedingungen) ohne menschliches Eingreifen ausführen kann. Wenn das System auf eine Situation stößt, die es nicht bewältigen kann, braucht es keinen Fahrer, um die Kontrolle zu übernehmen - es hält selbständig an oder lenkt um, weshalb diese Fahrzeuge über ein Lenkrad oder Pedale verfügen können oder auch nicht.

Hauptmerkmale von SAE Level 4:

• Kein menschliches Eingreifen erforderlich - Der Fahrer wird nicht als Rückfallebene benötigt, d. h. das Fahrzeug kann Notfallsituationen und Systemausfälle selbstständig bewältigen.

• Vollautomatisierung in bestimmten Stadtgebieten - Das Fahrzeug kann ohne menschliches Zutun fahren, aber nur unter vordefinierten Bedingungen, z. B. in kartierten Stadtgebieten oder speziellen Selbstfahrerzonen.

  • Waymo vollständig selbstfahrende Taxis, die in bestimmten Gebieten in Phoenix, Las Angeles und San Francisco eingesetzt werden und keinen Fahrer im Fahrzeug benötigen.

• Geofenced-Betrieb - Fahrzeuge der Stufe 4 sind auf bestimmte Orte oder Bedingungen beschränkt, z. B. auf Stadtstraßen mit guter Infrastruktur.

  • Navya selbstfahrende Shuttlebusse, die innerhalb geofender Bereiche wie Universitätsgelände und Flughäfen eingesetzt werden -

• Kann, muss aber nicht mit manuellen Bedienelementen ausgestattet sein - bei einigen Fahrzeugen der Stufe 4 werden das Lenkrad und die Pedale entfernt. o

  • Xoox Robotaxis, die in einem eingezäunten Gebiet in Las Vegas (einschließlich des Strip und der umliegenden Gebiete) fahren, haben keinen Fahrer, kein Lenkrad und keine Pedale

Stufe 5 - Voll automatisiertes Fahren

Während Level 5 ein langfristiges Ziel bleibt, treiben Fortschritte in der KI- und Sensortechnologie den Fortschritt hin zu vollautomatisierten Fahrzeugen voran. Dies ist laut SAE die höchste Stufe des autonomen Fahrens, was bedeutet, dass das Fahrzeug unter allen Bedingungen völlig selbständig fährt und zu keiner Zeit ein menschliches Eingreifen erforderlich ist. Im Gegensatz zu Stufe 4, die nur in bestimmten Umgebungen funktioniert, können Fahrzeuge der Stufe 5 überall dort fahren, wo auch ein menschlicher Fahrer fahren könnte - auf Autobahnen, Straßen in der Stadt, auf dem Land und unter allen Wetterbedingungen.

Hauptmerkmale von SAE Level 5:

• Kein Fahrer erforderlich - Das Fahrzeug arbeitet unter allen Bedingungen und an jedem Ort ohne menschlichen Eingriff.

• Kein Lenkrad oder Pedale erforderlich - Da eine menschliche Steuerung nicht erforderlich ist, können Fahrzeuge der Stufe 5 ohne herkömmliche Bedienelemente konstruiert werden.

• Funktioniert in allen Umgebungen - Im Gegensatz zu Level 4, das geofenced ist, können Level 5-Fahrzeuge auf jeder Straße und unter allen Verkehrsbedingungen fahren.

• Kein Rückgriff auf einen menschlichen Fahrer - Das System muss in der Lage sein, alle Fahrsituationen, einschließlich Notfällen, zu bewältigen.

Autonome Fahrzeuge der Stufe 5 sind noch nicht auf dem Markt erhältlich, aber einige Unternehmen haben beeindruckende Fortschritte mit Konzeptfahrzeugen der Stufe 5 gemacht, wie z. B:

• Audi AI:CON - Der Audi AI:CON verkörpert ein Konzept der vollständig autonomen Mobilität und hat einen "dritten Lebensraum" geschaffen, in dem das Fahrzeug nicht nur mit seiner Umgebung, sondern auch mit seinen Insassen interagieren kann. So kann das Fahrzeug beispielsweise vorschlagen, im Lieblingsrestaurant des Fahrers Essen zu bestellen, bevor es selbst dorthin fährt, um es abzuholen.

• Volvo 360c - Eine futuristische Schlafkapsel auf Rädern, die sich eine Welt vorstellt, in der die Menschen selbstfahrende Autos anstelle von Flugzeugen für Kurzstreckenreisen nutzen.

• Volkswagen Sedric - Der vom Future Center des Volkswagen Konzerns entworfene, entwickelte und konstruierte Sedric ist mit zwei bequemen, einander zugewandten Sitzen im Sofastil ausgestattet und wurde dafür konzipiert, Kinder zur Schule zu fahren, ihre Eltern im Büro abzusetzen und anschließend selbstständig einen Parkplatz zu suchen.

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