Die autonome Revolution: Wie selbstfahrende Autos unsere Welt erobern - Andreas Herrmann - E-Book

Die autonome Revolution: Wie selbstfahrende Autos unsere Welt erobern E-Book

Andreas Herrmann

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Beschreibung

Autonomes Fahren – die Mobilität der Zukunft? Unsere Städte ersticken am Verkehr, die Autobahnen sind überfüllt. Ob Stadt oder Land: die Prognosen zum Verkehrsaufkommen verheißen nichts Gutes. Die Frage, wie wir in Zukunft mobil sein wollen, muss dringend beantwortet werden. Andreas Herrmann und Walter Brenner haben das erste umfassende Fachbuch zum Thema "Autonomes Fahren" geschrieben. Sie fassen für uns den Stand der technischen Entwicklung zusammen, geben einen Überblick über die Pro- und Contra-Argumente und zeigen, wohin die Reise gehen kann: •Warum die Diskussion um Diesel und Verbrennungsmotoren fast unerheblich ist •Sensoren, Algorithmen und maschinelles Lernen: Fahrerassistenzsysteme und die Technik der fahrerlosen Autos •Selbstfahrende Autos und Mensch-Maschine-Interaktion: die fünf Level des autonomen Fahrens •Nachhaltige Mobilität: die Bedeutung von autonomen Fahrzeugen für Stadtentwicklung, Verkehrsplanung, Gesellschaft und Wohlstand •Was muss getan werden? Zukunftsszenarien und 10-Punkte-Plan für Politik und Verwaltung Roboter-Taxis, autonome Busse und selbstfahrende LKWs Fahrerassistenzsysteme und Apps wie Android Auto, ÖPNV on demand mit selbstfahrenden Bussen und Teststrecken für LKWs ohne Fahrer: Die Mobilität der Zukunft entsteht jetzt, vor unseren Augen. Doch wie wird sie unser Leben verändern und welche regulatorischen Aufgaben kommen auf die Politik zu? Welche Konsequenzen hat all das für die klassischen und neuen Player der deutschen und weltweiten Automobilindustrie? Die Recherchen der Autoren zeigen: Nur selbstfahrende Autos lösen unsere gesellschaftlichen, ökologischen und ökonomischen Anforderungen. Jetzt ist der Zeitpunkt gekommen, um sich mit der autonomen Mobilität zu befassen, sie auf die Bühne des sozialen Diskurses zu befördern und damit einen Beitrag zu leisten, dass sie unser Leben zum Besseren verändert!

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Andreas Herrmann und Walter Brenner

Die autonome Revolution

Wie selbstfahrende Autos unsere Straßen erobern

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über

http://dnb.d-nb.de abrufbar.

Copyright: FAZIT Communication GmbH

Frankfurter Allgemeine Buch, Frankenallee 71 – 81,

60327 Frankfurt am Main

Umschlaggestaltung: Christina Hucke, Frankfurt am Main

Coverillustration: © Macrovector/shutterstock.com

Satz: Wolfgang Barus, Frankfurt am Main

Druck: CPI books GmbH, Leck

Printed in Germany

1. Auflage, Frankfurt am Main 2018

ISBN 978-3-96251-004-6

eISBN 978-3-96251-053-4

Alle Rechte, auch die des auszugsweisen Nachdrucks, vorbehalten.

Inhalt

Vorwort

Geleitwort

Teil 1Revolutionen in der Mobilität

1Autonomes Fahren ist Realität

2Fakten zum manuellen Fahren

3Megatrends

4Disruptionen

5Robo-Taxis

Teil 2Perspektiven des autonomen Fahrens

6Geschichte

7Levels

8Visionen

9Spielfelder

10Ökonomie

11Zeitplan

Teil 3Technologie des autonomen Fahrens

12Umgebungsmodell

13Digitalisiertes Fahrzeug

14Vernetztes Fahrzeug

15Datensicherheit

Teil 4Der Kunde und sein Mobilitätsverhalten

16Das Dilemma mit der Mobilität

17Mobilität als soziale Interaktion

18Erwartungen der Kunden

19Anwendungen und Beispiele

20Kann das autonome Fahren scheitern?

21Neue Typen, neue Segmente

Teil 5Rahmenbedingungen des autonomen Fahrens

22Recht und Haftung

23Normen und Standards

24Ethik und Moral

Teil 6Auswirkungen für die Fahrzeuge

25Das Fahrzeug als Ökosystem

26Design der Fahrzeuge

27Mensch-Maschine-Interaktion

28Zeit, Kosten und Sicherheit

Teil 7Auswirkungen für die Unternehmen

29Geschäftsmodelle

30Wertschöpfungsketten

31Ökonomie des Teilens

32Versicherungswirtschaft

Teil 8Auswirkungen für die Gesellschaft

33Arbeit und Wohlstand

34Wettbewerbsfähigkeit

35Aufstrebende Nationen

36Stadt- und Raumentwicklung

Teil 9Was muss getan werden?

37Agenda für die Automobilindustrie

38Zehn-Punkte-Plan für Regierungen

Nachwort

Schöne neue Welt – Versuch einer Annäherung

Literatur

Index

Die Autoren

Vorwort

Ein Buch über autonomes Fahren zu schreiben, stellt eine besondere Herausforderung dar, da jeden Tag immer wieder neue, häufig auch widersprüchliche Erkenntnisse zu diesem Thema erscheinen. Überall auf der Welt entstehen permanent Ideen, Konzepte, Technologien und Projekte rund um selbstfahrende Autos. Sie alle zu überschauen und zu durchdringen, ist gar nicht mehr möglich. So liefert dieses Buch keinen in sich stimmigen und in allen Details ausgearbeiteten Entwurf, sondern entspricht eher den gesammelten „Tagebüchern“ einer Reise, die noch nicht abgeschlossen ist und deren Ziel bestenfalls vage am Horizont erscheint. Gleichwohl ist es lohnenswert, diese Reise anzutreten, da kaum eine andere Technologie das wirtschaftliche und gesellschaftliche Leben so gravierend verändern dürfte. Jetzt ist der Zeitpunkt gekommen, um sich mit der autonomen Mobilität zu befassen, sie auf die Bühne des sozialen Diskurses zu befördern und damit einen Beitrag zu leisten, dass sie unser Leben zum Besseren verändert.

Die Auseinandersetzung mit dem Thema hat auch uns Autoren bewegt, vor allem deswegen, weil es nur auf den ersten Blick um Sensoren, Algorithmen und maschinelles Lernen geht. Viel spannender sind die Geschichten dahinter über die neuen Chancen, aber auch Risiken, die fahrerlose Autos den Menschen bieten.

Andreas Herrmann hat in den Slums von Sao Paulo erfahren, dass Mobilität eine wichtige Voraussetzung für Arbeit und Wohlstand ist. Wenn es uns gelingt, durch autonomes Fahren die Menschen schneller und weiter zu transportieren, dann erhöhen sich ihre Chancen, eine bessere Arbeit zu bekommen, dem Elend zu entgehen und ihr Leben zu meistern. Walter Brenner ist fasziniert von der Geschwindigkeit und Intensität, mit denen Fahrzeuge derzeit digitalisiert werden. Er hat bei Gesprächen auf der Consumer Electronics Show in Las Vegas, bei Unternehmen im Silicon Valley und mit Kollegen an der Stanford University erlebt, dass nicht mehr die Informationstechnologie (IT) um das Auto, sondern das Auto um die IT gebaut wird.

Dieses Buch basiert auf einer im April 2018 publizierten englischen Version, die gemeinsam mit Rupert Stadler entstanden ist. Viele seiner Gedanken sind auch in das vorliegende Werk eingeflossen, das jedoch etwas andere Schwerpunkte setzt. So wurde auf eine Beschreibung der Akteure und Anspruchsgruppen verzichtet, um stattdessen den Roboter-Taxis mehr Aufmerksamkeit widmen zu können. Wir sind der Überzeugung, dass sich das autonome Fahren auf der ersten und letzten Meile im Zusammenspiel mit dem öffentlichen Verkehr durchsetzen könnte. Viele Mobilitätsprojekte, die etwa den Weg von zu Hause zum Bahnhof oder Arbeitsplatz und wieder zurück mit selbstfahrenden Fahrzeugen bewältigen, sind bereits in zahlreichen Städten überall auf der Welt auf den Weg gebracht worden.

Dieses Buch hätte nie geschrieben werden können ohne die inspirierenden und erhellenden Gespräche mit den Mitarbeitenden der Audi AG. Sie alle sind herausragende Experten, die in den nächsten Jahren die vielfältigen Facetten des autonomen Fahrens prägen werden. Mit ihren Erfahrungen und ihrem Wissen tragen sie maßgeblich dazu bei, dass selbstfahrende Autos ihren Weg auf die Straßen finden werden. Unser Dank gilt ihnen allen, dass sie sich Zeit genommen haben, um mit uns ihre Erkenntnisse und Überzeugungen zu teilen. Darüber hinaus sind wir auch dankbar für das wertvolle Bildmaterial, das uns zur Verfügung gestellt wurde.

Viele Mitarbeiter, Kollegen, Experten und herausragende Persönlichkeiten aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft haben uns Anregungen und Impulse vermittelt. Unser Dank gilt ihnen allen für die Bereitschaft, all ihr Wissen und alle ihre Erfahrungen einzubringen. Besonders wertvoll waren auch die Kommentare unseres Kollegen Professor Hubert Österle und die vielfältigen Recherchen zu Bildern und Texten von Nicola Schweitzer, Cynthia Sokoll, Barbara Rohner und Manuel Holler. Ganz besonders danken wir Bianca Labitzke vom Verlag Frankfurter Allgemeine Buch für Ihre Unterstützung. Sie konnte sich von Anfang an für dieses Projekt begeistern.

Wir hoffen, dass ein Buch entstanden ist, das dieses Thema aus vielfältigen Perspektiven beleuchtet und dazu beiträgt, eine offene, ehrliche, vielschichtige und differenzierte Diskussion über die Chancen und Risiken des autonomen Fahrens zu führen. Wir Autoren sind euphorisch und von den Möglichkeiten dieser Technologie überzeugt. Aber auch uns bewegen Zweifel und Sorgen, die in diesem Buch ebenso zum Ausdruck kommen.

Andreas Herrmann

Walter Brenner

Geleitwort

Zur Bedeutung von Software in der Automobilindustrie

Professor Dr. Manfred Broy

Technische Universität München

Die rasanten Fortschritte der digitalen Technologie resultieren sowohl aus einer stetigen Verbesserung der Leistung der Hardware als auch aus der neue Rolle der Software – sie ist umfassend und vielfältig. Beide Entwicklungen führen zu dramatischen Veränderungen in der Automobilindustrie, die im Folgenden ausgeführt werden sollen: Bisher sind es die Innovationen im Fahrzeug, wie etwa durch eingebettete Software, neuartige Mensch-Maschine-Interaktionen bis hin zu Assistenzfunktionen. Hinzu kommen vielfältige softwaregestützte Funktionen sowie digitale Werkzeuge, Kommunikations- und Automatisierungstechnik in der Forschung, Entwicklung und Produktion. Aufgrund der rasant wachsenden Bedeutung des Internets und des Smartphones dominieren digitale Techniken inzwischen auch das Marketing und Customer-Relationship-Management. Eine weitere Welle der Veränderung ergibt sich aus der umfassenden Vernetzung der Fahrzeuge bis hin zum autonomen Fahren.

Die Digital Natives verkörpern einen neuen Kundentypus, der sich wie ein Fisch im Wasser in sozialen Netzwerken bewegt und für den die allgegenwärtige Verfügbarkeit digitaler Dienste über die Grenzen des Fahrzeugs hinaus selbstverständlich ist. Faszinierend ist dabei das Wechselspiel zwischen dem Fortschritt der Technik, neuen Geschäftsmodellen und veränderten Kundenanforderungen und -erwartungen.

Ein entscheidender Wettbewerbsvorsprung der US-Internet-Giganten besteht in ihrer einzigartigen Kundennähe, die es ihnen erlaubt, tagtäglich mit den Abnehmern zu interagieren, deren Verhalten zu beobachten und zu analysieren, in Echtzeit die erforderlichen Daten zu erfassen und blitzschnell neue Innovationen umzusetzen. Auch für die Fahrzeughersteller dürfte sich mit Blick auf diese Entwicklungen einiges verändern: Ein markantes Beispiel ist das automatisierte Fahren. Gelingt es, dass in zehn bis 15 Jahren Autos in vielfältiger Umgebung bedingt automatisiert oder sogar schon hoch- und vollautomatisiert fahren können? Damit würden Ride- und Carsharing-Projekte besonders attraktiv werden, da man auf den Kostentreiber „Fahrer“, aber auch auf die Unbequemlichkeit, das Fahrzeug am Standort abzuholen – es kommt von alleine – verzichten könnte. Dies erlaubt völlig neue Geschäftsmodelle und illustriert eindrucksvoll die intensive Wechselwirkung zwischen der Beherrschung der Technologie und der Entwicklung neuer Geschäftsmodelle sowie einer schnellen und nachhaltigen Veränderung des Marktes und der Kundenbedürfnisse.

Vor diesem Hintergrund muss in der Automobilindustrie die Zukunft völlig neu gedacht werden. Eine ganze Reihe von Kernkompetenzen sind zu entwickeln, die demnächst ausschlaggebend dafür sind, dass die heute führenden Hersteller auch weiterhin eine entscheidende Rolle spielen können. Dabei sind insbesondere die Fragen zu beantworten, welche Rolle Automobilunternehmen vor dem Hintergrund der digitalen Revolution spielen wollen und können und welche Maßnahmen erforderlich sind, damit sich Hersteller eine herausragende Rolle im Markt sichern.

Für die Bewältigung der Herausforderungen sind eine Reihe von Fähigkeiten zwingend erforderlich. Dazu gehören unter anderem:

•Human-Centric Engineering bedeutet, Produkte und Dienste auf die Bedürfnisse der Kunden auszurichten.

•Vernetzte Dienste zuverlässig zu gestalten und mit anderen Diensten zu kombinieren, erfordert Softwaretechniken, die ein rasches Time-to-Market sicherstellen.

•Die Beherrschung der Kosten, Qualität, Time-to-Market von Software dürfte der entscheidende Wettbewerbsfaktor werden.

•Die Marktdurchdringung verlangt Partnerschaften mit anderen Firmen, damit individuelle Stärken zu Synergien führen. Neue und schnelle Innovationen – auch unter Einbeziehung kleiner Unternehmen und Open-Innovation-Ansätzen – müssen mit traditionellen Fähigkeiten kombiniert werden. Kritisch ist dabei stets die Frage, wer letztlich diese Partnerschaften dominiert.

•Im Vordergrund muss eine konsequente Kundenorientierung stehen mit Angeboten, die ein Bündel von Kundenbedürfnissen adressieren. Dazu gehören internetbasierte Dienste im Auto, multimodale Mobilitätsdienste und die durchgängige Kombination von virtueller mit physischer Mobilität.

•Neue Geschäftsmodelle und die bessere Marktdurchdringung ergeben sich aus der Fülle von Nutzerdaten. Hieraus lassen sich innovative Dienste entwickeln. Gerade die Nähe und der Zugang zum Kunden durch eine tagtägliche und beständige Interaktion bieten beachtliche Chancen.

•Besondere Bedeutung besitzen die Techniken der Künstlichen Intelligenz, insbesondere das maschinelle Lernen. Diese betrifft insbesondere die Auswertung von Massendaten im Rahmen des autonomen Fahrens.

Neben den aus der digitalen Transformation resultierenden Veränderungen für das Auto selbst steht auch der gesamte Markt und Wettbewerb vor einem substanziellen Wandel. Ein Beispiel hierfür ist der Eintritt von Internetfirmen, die nicht notwendigerweise selbst Fahrzeuge herstellen, aber mit ihren Ride- und Carsharing-Angeboten die Regeln des Marktes verändern. Hinzu kommen alle möglichen Daten aus den Fahrzeugen, die völlig neue Geschäftsmöglichkeiten eröffnen.

Ein weiteres Schlüsselthema ist der durch Software ermöglichte Zugang zu den Kunden, die immerhin beträchtliche Zeit in den Fahrzeugen verbringen. Dazu braucht es Ideen, damit die Kundenansprache nicht nur einen lästigen Aspekt einer Public Relations-Aktivität darstellt. Nur jene Dienste können sich dauerhaft durchsetzen, die den Kunden einen echten Mehrwert bieten. Dies erfordert zwingend, Softwareexperten in die Führungsebene der Automobilunternehmen aufzunehmen. Diese Personen können aus einer Hand und umfassend sowohl die technischen als auch die betriebswirtschaftlichen Aspekte berücksichtigen.

Die Autohersteller benötigen eine konsequente Ausrichtung auf Softwarebefähigung und Softwaresouveränität. Nur so kann die Industrie im Wettbewerb mit den neuen Technologiefirmen bestehen. Hierzu müssen das Software-Know-how auf allen hierarchischen Ebenen verankert und die Softwareprozesse mit besonderer Kompetenz gestaltet werden. An der Fähigkeit, das Thema Software zu beherrschen, dürfte sich die Zukunft der traditionellen Automobilindustrie entscheiden.

Teil 1Revolutionen in der Mobilität

Kapitel 1Autonomes Fahren ist Realität

Faszination

Schon immer hat das Automobil die Menschen fasziniert. Seit seiner Erfindung im Jahr 1886 durch Carl Benz in Mannheim gilt es als Inbegriff des technisch Machbaren, aber auch des gesellschaftlich Wünschenswerten. An den Generationen von Fahrzeugen kann man nicht nur den technischen Fortschritt feststellen, sondern auch die ästhetischen, sozialen und kulturellen Veränderungen, die im Fahrzeugdesign und in den Materialien zum Ausdruck kommen. Am Auto, so scheint es, lassen sich über mehr als hundert Jahre hinweg die Errungenschaften aus der Elektronik, der Informatik, dem Maschinenbau, der Kunst, dem Design und vielen anderen Disziplinen besonders gut erkennen. Im Kern reflektiert ein Fahrzeug mit allen seinen Funktionen, seiner Anmut und Ästhetik die Vorstellung vieler Menschen davon, was eine Gesellschaft zu leisten im Stande ist. Die Faszination für das Automobil resultiert aber auch aus den Chancen, die es den Menschen bietet. Mobilität, Freiheit, Unabhängigkeit, aber auch sozialer Aufstieg und gesellschaftliche Anerkennung sind Empfindungen, die viele Fahrer mit ihren Fahrzeugen verbinden.

Die Erwartungen an das Auto sind dabei durchaus zwiespältig. Es verleiht den Menschen einerseits Kontrolle und Macht über eine Maschine und gibt ihnen dadurch ein Gefühl von Freiheit und Stolz. Andererseits kam auch immer wieder der Wunsch auf, ein Computer möge dem Menschen die Verantwortung für das Steuern der Maschine abnehmen: Hier kommt die Sehnsucht nach dem autonomen Fahren ins Spiel. Schon seit Jahrzehnten sind fahrerlose Autos zunächst in Science-Fiction-Romanen, später in wissenschaftlichen Veröffentlichungen umfassend beschrieben. Die Fantasien der Autoren reichen in einigen Filmen sogar so weit, dass selbstfahrende Autos ein Eigenleben führen und menschliche Züge annehmen. Das Auto legt selbstständig Routen fest und drückt eigene Stimmungen aus. Wie auch immer man Ideen zur modernen Mobilität konkretisiert: Autonome Fahrzeuge sind der logische Endpunkt einer Entwicklung, die mit der Motorkurbel im Patent-Motorenwagen von Carl Benz begonnen hat und inzwischen bei modernsten Fahrerassistenzsystemen angelangt ist, wie etwa Vorwärtskollisionswarnung, Toter-Winkel-Überwachung, Spurverlassenswarnung oder adaptive Geschwindigkeitsregelung. Die uralte Vision, dass alle Insassen eines Fahrzeugs nur noch Passagiere sind, hat inzwischen die Forschungs- und Entwicklungsabteilungen vieler Fahrzeughersteller, aber auch einiger Technologieunternehmen wie etwa Google, Nvidia, Qualcomm, Mobileye, Apple erreicht und dürfte in den nächsten Jahren umgesetzt werden. Dieser letzte Schritt, dass ein Fahrzeug ganz ohne Fahrer auskommt, ist inzwischen keine Fiktion mehr. Die zugrunde liegende Technologie ist auf dem besten Weg dazu, Wirtschaft und Gesellschaft von Grund auf zu verändern.

Große Ideen sind so alt wie die Menschheit. Was viele Menschen davon abhält, besondere Ideen umzusetzen, sind die vermeintlichen Gewissheiten darüber, was machbar ist und vor allem: was nicht geht. So verhielt es sich auch bei der Entwicklung des Solarflugzeugs Solar Impluse 2, das eine Flügelspannweite von 72 Metern bekommen sollte. Ingenieure und Experten aus der Luft- und Raumfahrttechnik erläuterten durchaus überzeugend, dass eine solche Flügelspannweite technisch nicht machbar sei. Selbst eine Boeing 747 besitze keine solche Flügelspannweite, hieß es. Wie sollte es bei einem Flugzeug mit dem Gewicht eines Mittelklassefahrzeugs funktionieren?

Um dieses Problem zu lösen, mussten alle bisherigen Gewissheiten und Gewohnheiten über Bord geworfen werden. Es blieb Bertrand Piccard und seinem Team nichts anderes übrig, als das Bollwerk des vermeintlich gesicherten Wissens zu verlassen und ganz neue Wege einzuschlagen. Diese neuen Wege führten zu neuen Materialien, neuen Verarbeitungstechniken und letztlich auch dazu, ganz neu über die Konstruktion eines Flügels nachzudenken. Wir erkennen: Wer eine große Idee umsetzen will, darf sich nicht in der Komfortzone etablierter Überzeugungen einrichten. Das gilt auch für das autonome Fahren: Nur jene Unternehmen werden sich durchsetzen, die es schaffen, ganz neu über die Technik des Fahrens und das Verhalten der Fahrer zu reflektieren. Die ganze Mobilität muss neu gedacht werden.

Umsetzung

Die autonomen Autos einiger Hersteller haben die Konzeptphase verlassen, umfassende Tests bestanden und befinden sich bereits auf den Straßen – zwar immer noch in kontrollierter Umgebung, aber unmittelbar vor dem Einsatz im Verkehr. Inzwischen sind autonome Fahrzeuge sogar in der Lage, den sogenannten Melbourne Hook Turn zu bewältigen. Hierbei handelt es sich um ein zweistufiges Abbiegemanöver, für das die australische Metropole Melbourne bekannt geworden ist. Ein Auto, das im Linksverkehr von Melbourne rechts über eine von Stadtbussen befahrene Straße abbiegen will, muss sich zunächst links einordnen. Erst nachdem die auf der gleichen Fahrbahn geradeaus fahrenden Autos und die Stadtbusse vorbeifahren konnten, darf das Fahrzeug nach rechts abbiegen.

Abbildung 1.1. Fahrerloser Rennwagen von Audi

Quelle: Audi AG

Abbildung 1.2. Der selbstfahrende F015 von Mercedes

Quelle: Daimler AG

Es gibt mittlerweile viele Belege für den Fortschritt des autonomen Fahrens. So gelangte zum Beispiel ein Fahrzeug von Audi fahrerlos von San Francisco nach Las Vegas, ein anderes erreichte auf einer Rennstrecke eine maximale Geschwindigkeit von 240 km/h (Abbildung 1.1). Mercedes stellte den F015 vor, der vor allem durch sein futuristisches Design und die vielen innovativen Funktionen eine Vorstellung von der autonomen Mobilität der nächsten Jahre vermittelt (Abbildung 1.2). Google ist seit vielen Jahren dabei, in Kalifornien und anderen US-Bundesstaaten seine inzwischen weithin bekannten Fahrzeuge zu testen. Tesla hat bereits einige seiner Fahrzeuge mit Software, Kameras und Radar ausgerüstet, um in bestimmten Verkehrssituationen autonomes Fahren zu ermöglichen. Volvo nimmt auf einem Autobahnring rund um Göteburg Fahrzeuge in Betrieb, die autonom unterwegs sind. Viele andere Fahrzeughersteller wie Ford, BMW, Toyota, Kia, Nissan oder auch Volkswagen arbeiten an Prototypen von selbstfahrenden Autos oder haben solche Fahrzeuge bereits im Straßenverkehr eingesetzt.

General Motors will demnächst ein autonomes Fahrzeug im Verkehr testen, das weder ein Lenkrad noch Pedale oder andere manuelle Kontrollmöglichkeiten besitzt. Der Autokonzern hat das US-Verkehrsministerium bereits um eine Genehmigung gebeten, dieses Auto ohne einen Fahrer auf die Straßen bringen zu dürfen. Das elektrische Superauto NIO EP9 sorgte bereits für Aufsehen, als es auf der texanischen Rennstrecke Circuit of the Americas mit 2:11:30 Minuten einen neuen Rundenrekord für Serienfahrzeuge aufstellte. Kürzlich stellte dieses chinesische Fahrzeug einen weiteren Rekord auf, indem es im selbstfahrenden Modus die 5,5 Kilometer lange Formel-1-Rennstrecke in 2:40:33 Minuten absolvierte. Dabei betrug die Höchstgeschwindigkeit auf einzelnen Passagen dieser Rennstrecke rund 260 km/h.

Im Jahr 2011 entwickelte die National University for Defense Technology in einer Partnerschaft mit First Auto Works ein selbstfahrendes Auto auf Basis des Hongqi HQ3. Dieses Fahrzeug absolvierte die Strecke zwischen Changsha und Wuhan auf einer stark befahrenen Autobahn in drei Stunden und 20 Minuten. Bei einer Höchstgeschwindigkeit von 87 km/h überholte es 67 andere Fahrzeuge. Trotz widriger Wetterbedingungen mit Nebel und Gewittern sowie schwer zu erkennenden Straßenmarkierungen gelang eine unfallfreie Fahrt.

Wo liegen die größten Hindernisse für die Vision vom autonomen Auto? Die Ingenieure vieler Hersteller und Technologieunternehmen sind sich in einem einig: Es ist nicht besonders aufwendig, die ersten 90 Prozent des autonomen Fahrens zu beherrschen. Die größte Herausforderung sind die letzten 10 Prozent. Es geht darum, komplizierte Verkehrssituationen vor allem in den Innenstädten zu meistern. Daher müssen die Fahrzeuge in möglichst vielen Situationen im Straßenverkehr getestet werden, um Erfahrungen über das Fahrverhalten zu sammeln. Ähnlich argumentiert auch Jen-Hsun Huang, der Vorstandsvorsitzende von Nvidia, der bei der Entwicklung von autonomen Fahrzeugen eine Verlässlichkeit von 99,999999 Prozent fordert, wobei er genau weiß: Das letzte Prozent kann nur mit sehr viel Aufwand erreicht werden (Erläuterung 1.1, S. 18).

Diese Präzision ist schon deshalb erforderlich, weil Menschen die Fehler anderer Menschen eher verzeihen als die von Maschinen begangenen Fehler. Viele Verkehrsteilnehmer sind bereit, falsche oder ungeschickte Manöver anderer Fahrer zu übersehen, weil letztlich jeder um die eigene Unzulänglichkeit weiß. Begeht hingegen ein von der zentralen Steuerungseinheit manövriertes Fahrzeug einen Fahrfehler, kommen sofort grundsätzliche Zweifel über die Fahrtüchtigkeit des Gefährts und seine technischen Voraussetzungen auf. Daher bleibt bei der Entwicklung fahrerloser Autos gar nichts anderes übrig, als eine Fehlertoleranz einzufordern, die gegen Null geht.

Unter Programmierern gibt es die 90-90-Anekdote, derzufolge 90 Prozent der Codes etwa 90 Prozent der Entwicklungszeit benötigen. Für die verbleibenden 10 Prozent der Programmierzeilen sind nochmals 90 Prozent der Zeit erforderlich. In Anlehnung daran sprach Sacha Arnoud, Direktor beim Google-Unternehmen Waymo, vor Kurzem davon, dass die ersten 90 Prozent der Aufgaben für die Entwicklung eines autonomen Autos etwa 10 Prozent der gesamten Zeit in Anspruch nehmen. Die letzten 10 Prozent, um die Fahrzeugentwicklung abzuschließen, erfordert sogar das Zehnfache aller bis dahin geleisteten Arbeit.

Erläuterung 1.1. Programmiercodes und Datengenerierung im Fahrzeug

Autos sind rollende Computer

Bereits heute sind Fahrzeuge mit ihrer Umwelt (wie etwa mit dem Internet, dem Händler oder dem Hersteller) vernetzt. Autos lassen sich daher auch als rollende Computer bezeichnen, da sie ständig Daten (zum Beispiel Navigations- und Telemetriedaten) generieren. Hierzu zwei eindrückliche Zahlen:

Vernetzte Fahrzeuge weisen etwa 100 Millionen Zeilen Code auf – das ist eine enorme Menge. Man stelle sich hierfür eine ganz normale Din A4 Seite vor, die 30 Zeilen Code umfasst und 0,1 Millimeter dick ist. Sofern alle 100 Millionen Zeilen Code ausgedruckt und die Seiten aufeinandergelegt werden, entsteht ein Blätterturm, der den Eiffelturm in Paris überragt.

Jedes Auto kann abhängig von den eingebauten Sensoren und den verfügbaren Computern bis zu 300 Gigabyte (GB) Daten pro Stunde generieren. Ein durchschnittlicher Kunde einer Telekom-Firma nutzt etwa 20 GB pro Monat (Surfen im Internet, Streamen von Filmen und Serien, Kommunikation in sozialen Netzwerken).

Quelle: Eigene Darstellung

Die Fahrzeuge von Google (Waymo) haben inzwischen 8 Millionen Kilometer absolviert, was etwa 200 Umrundungen der Erde entspricht. Mit dieser Fahrleistung konnten die Autos bereits eine Vielzahl von Situationen im Straßenverkehr bewältigen. Gleichwohl ist Google weiterhin daran, nicht nur im tatsächlichen Verkehr zu testen, sondern auch Fahrten am Computer zu simulieren. Damit sollen die Steuerungssysteme ungewöhnlichen und seltenen Situationen auf den Straßen ausgesetzt werden. Dieses Simulationsprogramm entspricht den Fahrten von etwa 25.000 Autos, die pro Jahr circa vier Milliarden Kilometer meistern.

Im nächsten Schritt geht es darum, das Verhalten dieser Fahrzeuge in schwierigen Wettersituationen zu untersuchen. Regen, Nebel, Schnee – das sind die Herausforderungen, in denen sich die Autos zu bewähren haben. Hinzu kommen Verkehrssituationen, in denen die Fahrer miteinander kommunizieren müssen, um Zusammenstöße zu vermeiden. Ein Beispiel hierfür bildet der Place de l’Etoile mit dem Arc de Triomphe in Paris, auf den zwölf Straßen zuführen (Abbildung 1.3). Um diesen Platz unfallfrei zu umrunden, braucht es nicht nur Fahrkönnen, sondern auch die Fähigkeit, mit anderen Verkehrsteilnehmern zu kommunizieren – mit Händen und Füßen, mit dem Gesichtsausdruck oder sogar mit Licht und Hupe. Hinzu kommt, dass man die vielen ungeschriebenen Regeln kennen muss, um die Straßen rund um diesen Platz zu meistern. Man kann sich vorstellen, was diese Verkehrssituation für ein autonomes Fahrzeug bedeutet.

Abbildung 1.3. Verkehrssituation am Arc de Triomphe in Paris

Quelle: Alex MacLean

Von Toyota und der Rand Corporation liegen Berechnungen über die Anzahl der Kilometer vor, die selbstfahrende Autos absolvieren müssen, bevor sie als für den Straßenverkehr tauglich eingestuft werden können (Erläuterung 1.2, S. 20). Die für die Steuerung von fahrerlosen Autos verantwortlichen Algorithmen müssen durch eine Vielzahl von Anwendungen im Straßenverkehr trainiert werden. Je mehr Verkehrssituationen diese Algorithmen bewältigt haben, desto besser sind sie vorbereitet, um eine neue Situation meistern zu können. Diesen Trainingsprozess zu gestalten und damit auf die von Jen-Hsun Huang geforderte Genauigkeit zu kommen, ist wohl die entscheidende Herausforderung bei der Entwicklung autonomer Fahrzeuge.

Das weltweit erste selbstfahrende Taxi ist seit August 2016 im Universitätsviertel von Singapur in Betrieb. Es lässt sich über eine Smartphone-App buchen und steuert ausgewählte Haltepunkte an. Schon heute berichtet NuTonomy, der Betreiber dieses Taxis, über begeisterte Passagiere. Allerdings kommt bereits Konkurrenz auf, da die Verkehrsbehörde in Singapur auch Delphi Automotive Systems und anderen Firmen ermöglicht, selbstfahrende Fahrzeuge zu testen. Der Stadtstaat gilt als ideales Testgelände für autonome Autos, allein schon weil das Wetter stets gut ist und weder Nebel oder Schnee die Orientierung beeinträchtigen. Zudem existiert eine herausragende Infrastruktur, und die Verkehrsteilnehmer halten sich im Unterschied zu anderen Ländern auch tatsächlich an die Verkehrsregeln. Singapur versteht sich als ein Testlabor für die Verbesserung autonomer Fahrzeuge und der dafür erforderlichen Infrastruktur. Die Regierung ist sich bewusst, dass diese Technologie die klassische Automobilindustrie bedroht, vielleicht sogar eine neue Industrie hervorbringt und damit auch einen Wettbewerb der Nationen initiiert: Man hat erkannt, dass es um die Arbeitsplätze und den Wohlstand von morgen geht.

Erläuterung 1.2. Bestimmung der notwendigen Testkilometer

Notwendige Testkilometer autonomer Fahrzeuge

Wie viele Kilometer müssen gefahren werden, damit man einen Vergleich zwischen maschinellem und manuellem Fahren durchführen kann, der mathematisch-statistischen Kriterien genügt? Ausgangspunkt sind die derzeitige Wahrscheinlichkeit für einen Unfall auf einem Kilometer Straße und die konservative Annahme, dass autonome Fahrzeuge eine um zwanzig Prozent geringere Unfallrate aufweisen.

Bei einer Irrtumswahrscheinlichkeit von fünf Prozent müssten etwa acht Milliarden Kilometer gefahren werden, um einen Unterschied nachweisen zu können. Diese Distanz entspricht etwa einer Reise zum Neptun und wieder zurück, was aber nicht heißt, dass man viele Jahre warten muss, bis ein entsprechender Nachweis erbracht ist. Eine Möglichkeit besteht darin, virtuelle Tests durchzuführen, Simulationen zu rechnen oder mathematisch-statistische Modelle zu entwickeln. Eine andere Option zielt darauf ab, durch Pilotstudien in kontrollierter Umgebung die Anfälligkeit von fahrerlosen Autos für Unfälle zu untersuchen. Genau diese beiden Ansätze werden derzeit vor allem vom US-Transportministerium und der National Highway Traffic Safety Administration verfolgt.

Quelle: Eigene Darstellung

Aber auch andere Unternehmen sind dabei, in verschiedenen Städten und Regionen der Welt fahrerlose Fahrzeuge auf die Straßen zu bringen. Google kooperiert mit Phoenix, um seine Autos für Taxidienste einzusetzen. Uber bebaut in Pittsburgh ein ganz neues Areal für den Einsatz von autonomen Autos. Nissan kündigte an, ganz in der Nähe des Hauptsitzes in Yokohama eine Flotte von fahrerlosen Fahrzeugen in Betrieb zu nehmen. Darüber hinaus gibt es Initiativen zum autonomen Fahren von General Motors in New York, von Bosch in Stuttgart, von Audi in Ingolstadt und von den zahlreichen chinesischen Autofirmen vor allem in und um Shanghai.

Offenbar bewegt die Vorstellung von selbstfahrenden Autos immer mehr Menschen. Dies zeigt auch eine Analyse von über 100.000 Posts auf zahlreichen sozialen Plattformen. Seitdem Google 2010 sein fahrerloses Auto präsentierte, hat sich die Anzahl der Posts zu diesem Thema von einem Jahr zum nächsten verdoppelt. Die Auswertung ergibt, dass die Menschen doppelt so viele positive wie negative Empfindungen, Meinungen und Stimmungen mit diesen Gefährten verbinden. Zu den positiven Assoziationen gehören: smart, intelligent, sicher, modern, fortschrittlich und fähig. Die negativen: gefährlich, teuer, disruptiv, langsam, komplex, unvermeidlich. Offenbar besteht auf der einen Seite Neugier, aber auch die Hoffnung, mit dieser Technologie bedeutsame Verkehrsprobleme wie Staus, Luftverschmutzung oder Unfälle lösen zu können. Auf der anderen Seite gibt es Zweifel, ob das alles wirklich so funktioniert, ob die autonomen Fahrzeuge tatsächlich sicher und bezahlbar sind und die Technologie beherrscht werden kann.

Neben Autos gibt es viele weitere Fahrzeuge, die inzwischen autonom verkehren, wobei vor allem die zahlreichen Anwendungen im militärischen Bereich zu nennen sind. Aber auch in der Landwirtschaft kommen selbstfahrende Traktoren, Mähdrescher und andere Fahrzeuge zum Einsatz, die alle miteinander kommunizieren und ihr Fahrverhalten aufeinander abstimmen. In den letzten Jahren wurden vor allem in Europa und Asien zahlreiche fahrerlose Citymobile und Stadtbusse auf die Straße gebracht, die zumeist auf definierten Routen den öffentlichen Verkehr unterstützen. Besondere Bedeutung kommt beim Transport von Fracht den autonomen Lastwagen zu, die sich zu einem Konvoi (Platoon) verknüpfen lassen. Dabei bildet ein Lastwagen, in dem sich derzeit noch ein Fahrer befindet, die Spitze, während die anderen Fahrzeuge elektronisch angekoppelt sind. In automatisierten Verladestationen kann die Fracht, ohne dass Personal involviert ist, von einem Lastwagen auf einen anderen umgeladen werden. Danach können die Fahrzeuge mittels einer elektronischen Deichsel zu neuen Platoons verknüpft werden.

Definition

Ein Blick auf die Kommunikation vieler Fahrzeughersteller, Zulieferer und Technologieunternehmen zeigt, dass zumeist vom automatisierten und nur selten vom autonomen Fahren die Rede ist. Automatisiertes Fahren, das ist der Überbegriff, der mehrere Phasen der Automation beginnend mit den Fahrerassistenzsystemen umfasst. Autonom beschreibt den Endzustand der Automation, also jene Situation, in der ein System alle Lenk-, Beschleunigungs- und Bremsmanöver übernimmt. Es benötigt dann keinen Fahrer mehr, und das Auto ist in der Lage, stets alle Fahrsituationen zu meistern. Daher sollen Fahrzeuge, die diesen Zustand erreicht haben, als autonom, fahrerlos oder selbstfahrend bezeichnet werden. Spricht man von Automation, so geht es darum, das eigenständige Agieren einer Maschine zum Ausdruck zu bringen. Autonomie geht darüber hinaus und meint das eigenständige Dirigieren eines ganzen Systems.

Bislang wurde hier nur von autonomen Autos gesprochen, also der höchsten und letzten Stufe der Fahrzeugautomation, wenn das System überall und zu jeder Zeit alle Fahraufgaben übernimmt. Bei dieser vollen Automation gibt es keinen Fahrer mehr, und alle im Fahrzeug befindlichen Personen sind Passagiere. Bis diese Fahrzeuge das Straßenbild prägen, dürfte es noch einige Jahre dauern, was aber nicht bedeutet, dass nicht heute schon Autos mit einem beachtlichen Grad an Automation ausgestattet sind.

Um die Begrifflichkeiten zu klären, hier ein Überblick über die verschiedenen Stufen der Automation:

•Ausgangspunkt ist der Zustand ohne jegliche Automation (Level 0), in dem der Fahrer das Fahrzeug ohne Unterstützung durch Systeme lenkt, beschleunigt und bremst.

•Hieran schließt sich die Fahrerunterstützung (Level 1) an, zu der etwa das Antiblockiersystem und das elektronische Stabilitätssystem zählen.

•Ab der Teilautomation (Level 2) übernimmt die Maschine immer mehr dieser Fahraufgaben, wie etwa die adaptive Geschwindigkeitsregelung. Allerdings ist der Fahrer immer noch verpflichtet, das System, den Verkehr und die Umgebung permanent zu beobachten und zu jedem Zeitpunkt das Fahrzeug steuern zu können.

•Ab der bedingten Automation (Level 3) muss der Fahrer das Auto und die Umwelt nicht mehr ständig überwachen, da ihm die Maschine ein Signal mit der Aufforderung erteilt, die Kontrolle zu übernehmen.

•Bei der Hochautomation (Level 4) bewältigt das System alle Fahraufgaben im Normalbetrieb und im definierten Umfeld, jedoch kann der Fahrer die von der Maschine getroffenen Entscheidungen überstimmen und eingeleitete Manöver abbrechen.

•Hieran schließt sich die Vollautomation (Level 5) an, die im Mittelpunkt der weiteren Ausführungen steht.

Im Sinne einer einheitlichen Sprachregelung sollen im Folgenden zwei zentrale Begriffe verwendet werden: Es ist von automatisierten Fahrzeugen die Rede, sofern die Levels 1 bis 4 gemeint sind. Geht es um Level 5, soll von autonomen, selbstfahrenden oder fahrerlosen Autos gesprochen werden.

Technologie

Die dem autonomen Fahren zugrunde liegenden Technologien lösen die Grenzen zwischen der Automobil-, der Roboter-, der Elektronik- und der Softwareindustrie auf. Die Software mit den Programmen und Algorithmen, aber auch die Kameras sowie Radar, Ultraschall und Lidar (Light Detection und Ranging) gewinnen an Bedeutung. Dagegen verliert die Hardware eines Fahrzeugs, also das Chassis, die Räder und Reifen sowie viele andere mechanische Bauteile an Wichtigkeit. Daher ist es nicht überraschend, dass sich Technologieunternehmen wie Apple, Google, Nvidia, Mobileye, NuTonomy, Qualcomm und Microsoft mit dem autonomen Fahren befassen und sogar schon eigene fahrerlose Fahrzeuge entwickelt haben. Selbst die klassischen Zulieferer wie Aisin, Delphi, Bosch, Denso, Mahle, Continental, TRW, Schaeffler oder Magna sind dabei, entweder eigene Prototypen selbstfahrender Autos zu erstellen oder zumindest an bedeutsamen Komponenten zu arbeiten. Zudem kann die Technologie des autonomen Fahrens einen wichtigen Beitrag leisten, um der Elektromobilität zum Durchbruch zu verhelfen: Mehr Automation bedeutet mehr Energieeffizienz und dadurch auch mehr Reichweite.

Grundlage des autonomen Fahrens ist die Entwicklung von Fahrzeugen zu cyberphysischen Systemen, die im Kern einen Verbund aus mechanischen und elektronischen Komponenten bilden. Dabei tauschen die Hard- und Software eines Fahrzeugs bestimmte Daten über eine Infrastruktur aus, wir sprechen hier vom Internet der Dinge. Der gesamte Verbund wird überwacht und kontrolliert von einer zentralen Steuerungseinheit (Processing Unit). Sie verkörpert das „Gehirn“ des Fahrzeugs und erteilt den Antriebssystemen Anweisungen. Zudem kommuniziert zukünftig jedes Auto mit der Infrastruktur, zu der Parkhäuser, Parkplätze, Ampeln, Verkehrsschilder und die Verkehrsleitzentrale zählen (Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation, im Folgenden: V-to-I-Kommunikation). Hierbei geht es darum, alle Daten über den Verkehrsfluss, über verfügbare Parkplätze und Ampelphasen zu erfassen, damit die zentrale Steuerungseinheit im Auto die beste Route auswählen und die passende Geschwindigkeit bestimmen kann.

Bei der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (im Folgenden: V-to-V-Kommunikation) stehen die Autos im Kontakt untereinander und tauschen Daten aus. So können Autos ihr Fahrverhalten aufeinander abstimmen und sich wechselseitig zum Beispiel vor Regen, Eis, Nebel, Schlaglöchern oder Unfallstellen warnen. Es liegt auf der Hand, dass die Informations- und Kommunikationstechnologie im Fahrzeug an Bedeutung gewinnt, so dass sich ein Paradigmenwechsel in der Automobilindustrie ergeben dürfte. Der klassische Fahrzeugbau wandelt sich zu einer Industrie, die im Grunde digitalisierte Produkte erzeugt, was ganz neue Fähigkeiten erfordert. Die Fahrzeughersteller sind herausgefordert, sich in Kultur, Organisation und Prozessen den Technologieunternehmen anzunähern und den Geist dieser Industrie aufzunehmen. Es ist kein Zufall, dass in den USA die klassischen Automobilstandorte in Michigan, Ohio und Indiana in Schwierigkeiten stecken, während in Kalifornien eine ganz neue Mobilitätsindustrie entsteht.

System

Um sicher und zügig zum Fahrtziel zu gelangen, muss jeder Fahrer permanent das Verhalten der anderen Verkehrsteilnehmer einschätzen und entsprechende Entscheidungen über die Fahrmanöver treffen. Fährt das nachfolgende Fahrzeug zu dicht auf? Könnte sich hieraus ein Unfall ergeben? Reicht der Abstand zum vorausfahrenden Auto aus? Ist ausreichend freie Fahrbahn für ein Überholmanöver? Überquert das Kind die Straße oder bleibt es am Straßenrand stehen? Dabei stellt sich der Fahrer vor, wie sich die anderen Verkehrsteilnehmer verhalten werden und was abhängig von seinem eigenen Verhalten passieren könnte. Im Grunde entwickelt er aufgrund seiner Erfahrung und seiner Intuition eine beste Vorstellung über das Verkehrsgeschehen und entscheidet entsprechend.

Systeme gehen ähnlich vor, indem sie möglichst viele Daten aus dem Fahrzeugumfeld erfassen und aus diesen verschiedene Szenarien über die Verkehrssituation ableiten. Dabei erhält jedes Szenario eine Wahrscheinlichkeit zugewiesen, mit der es eintritt, und abhängig davon kann das beste Manöver eingeleitet werden. Dieser Prozess lässt sich wie folgt beschreiben: Die Sensoren und Kameras liefern eine Vielzahl von Daten über das Umfeld des Fahrzeugs, das Fahrverhalten der anderen Autos, die Beschaffenheit der Fahrbahn sowie das Wetter. Die zentrale Steuerungseinheit interpretiert diese Daten und gelangt beispielsweise zu der Einschätzung, dass das Fahrverhalten des nachfolgenden Fahrzeugs gefährlich ist oder es so heftig regnet, dass die Geschwindigkeit deutlich reduziert werden muss. Für diese Bewertung greift das System zurückliegende Ereignisse auf und vermag daraus eine Wahrscheinlichkeit abzuleiten, mit der ein bestimmtes Ereignis eintritt. So kann mit Blick auf das aggressive Fahrverhalten des nachfolgenden Autos eine Wahrscheinlichkeit für einen Unfall berechnet werden. Abhängig vom errechneten Wert können verschiedene Fahrmanöver eingeleitet werden.

Allerdings wird es mit zunehmender Daten- und Variablenmenge auch immer schwieriger, die optimale Entscheidung zu treffen. Daher muss sich die Künstliche Intelligenz im Fahrzeug entwickeln, um in Echtzeit möglichst gute Entscheidungen treffen zu können. Sofern zum Beispiel die Sensoren und Kameras auf die Fahrbahn fallende Steine nicht erfassen können, nützt der beste Algorithmus nichts, um Ausweichmanöver einzuleiten. Erkennt hingegen die Sensorik das Hindernis, aber der Algorithmus ist nicht in der Lage, die Vielzahl der Daten zu verarbeiten, kann den Steinen nicht ausgewichen werden.

Anwendung

Bei der Weiterentwicklung automatisierter Fahrzeuge kommt es entscheidend darauf an, dass sie in der Lage sind, die vielfältigen Verkehrssituationen zu beherrschen. Diese Autos sind im Grunde Roboter, weshalb die Software nur jene Situationen im Verkehr meistern kann, die zuvor programmiert oder durch Systeme (Machine-Learning-Algorithmen) erlernt wurden. Daher dürfte das autonome Fahren wohl zunächst dort zum Einsatz kommen, wo die Verkehrssituationen überschaubar sind. Ein typischer Fall hierfür ist die Stop-and-go-Situation: Fahrzeuge stehen im Stau und können immer wieder nur mehrere Meter mit sehr geringer Geschwindigkeit fahren. Dabei lässt sich der bereits heute verfügbare Stauassistent so entwickeln, dass immer höhere Geschwindigkeiten und immer schwierigere Verkehrssituationen bewältigt werden können. Ein anderes Beispiel bildet die Fahrt auf einer Autobahn, wo trotz hoher Geschwindigkeit die Verkehrssituationen meist nicht sonderlich komplex sind. In Innenstädten müsste es jedoch separate Spuren für autonome Fahrzeuge geben, da dort eine diffuse Verkehrssituation herrscht mit Fußgängern, Fahrradfahrern und vielen Richtungswechseln im Straßenverlauf.

Es ist jedoch zu erwarten, dass ausgehend von diesen einfachen Szenarien die Software im Laufe der Zeit so entwickelt werden kann, dass sich immer komplexere Situationen im Straßenverkehr erfassen und verarbeiten lassen. Schon jetzt können Algorithmen nicht nur ein Kind von einem Erwachsenen unterscheiden, sondern beispielsweise auch erkennen, dass zwei Jugendliche am Straßenrand miteinander sprechen. Dieser Befund alarmiert das System, da die beiden Personen möglicherweise abgelenkt sind und den herannahenden Verkehr nicht beachten. Je mehr solcher Situationen die zentrale Steuerungseinheit bewältigen muss, desto versierter kann sich das Fahrzeug im Straßenverkehr bewegen. Das beste Training für die Algorithmen bestünde darin, alle Sensordaten in eine gemeinsame Datenbank zu überführen, damit jedes Fahrzeug von den Lernfortschritten der anderen profitieren könnte.

Trotz dieser beachtlichen Entwicklungen beim maschinellen Lernen wird sich das autonome Fahren nicht auf einen Schlag durchsetzen, schon gar nicht in allen Ländern und Regionen gleichzeitig, sondern nur schrittweise. Ausgehend von den Fahrerassistenzsystemen, die heute schon im Einsatz sind (Park- und Stauassistent), erhält die zentrale Steuerungseinheit zukünftig immer mehr Fahraufgaben. Wie schnell die Entwicklung vorangeht, hängt von verschiedenen Faktoren ab: vor allem vom Fortschritt bei der Software inklusive der Erfassung und Identifikation von Objekten, von der Bereitschaft der Kunden zur Nutzung dieser Systeme und von den regulatorischen und gesetzlichen Rahmenbedingungen. Die Rechtsprechung muss in vielen Ländern aktualisiert werden, da sie im Kern auf dem Wiener Übereinkommen von 1968 über den Straßenverkehr basiert und zum Beispiel haftungsrechtliche Fragen beim Einsatz autonomer Autos gar nicht zu beantworten vermag. Damit sich das autonome Fahren durchsetzen kann, ist es zudem wichtig, dass in den nächsten Jahren nicht zu viele Unfälle mit selbstfahrenden Autos passieren. Meldungen über schwere Unfälle mit diesen Fahrzeugen, wie vor einiger Zeit immer wieder zu lesen war, könnten die Politik und die Öffentlichkeit verunsichern.

Fahrzeuge

Ein Blick in die Forschungs- und Entwicklungsabteilungen zeigt, dass die Technologie des autonomen Fahrens derzeit in vielerlei Richtungen weiterentwickelt wird. Da es nur noch Passagiere und keinen Fahrer mehr gibt, kommen neuartige Innenraumkonzepte in Betracht. Hierbei entstehen Konzeptfahrzeuge, die rollenden Wohn-, Schlaf- und Arbeitszimmern gleichen und mit der besten Informations-, Kommunikations- und Unterhaltungstechnologie ausgestattet sind. Bei anderen Fahrzeugkonzepten steht der innerstädtische Transport im Mittelpunkt, insbesondere die Anbindung autonomer Autos an den öffentlichen Schienenverkehr. Die autonome Mobilität bietet die Chance, die verschiedenen Transportmittel intelligent miteinander zu verknüpfen. Hierbei kommt den selbstfahrenden Fahrzeugen die Aufgabe zu, den Transport der Reisenden auf dem ersten und letzten Kilometer, also etwa von zu Hause zum Bahnhof und wieder zurück, zu übernehmen. Allerdings ist zu erwarten, dass in den nächsten Jahren nicht nur ein Typ, sondern vor allem drei Typen autonomer Fahrzeuge im Mittelpunkt stehen werden (Abbildung 1.4, S. 27).

Robo-Taxis (Roboter-Taxis) bedeuten eine technologische Revolution, da sie von vornherein als autonome Fahrzeuge konzipiert sind. Diese Autos verkehren in den Innenstädten mit geringer Geschwindigkeit in einem exakt definierten Einzugsbereich mit zuvor vermessenen Routen. Sie gehören zu einer Flotte, die zum Beispiel von einem Unternehmen, einer Bahngesellschaft oder einer Stadt betrieben wird, weshalb der Kunde ein solches Auto nicht besitzt, sondern abhängig von der Nutzung bezahlt oder eine Pauschale (flat rate) entrichtet. Diese Fahrzeuge lassen sich mit einer App reservieren und anfordern, wobei eine Verkehrsleitzentrale sie unter Berücksichtigung der Verkehrslage und der Fahrtziele navigiert. Hier könnten Google-Autos zum Einsatz kommen, die mit Blick auf ihr Design und ihre Funktionalität ideale Flottenfahrzeuge bilden. Sie sind klein und wendig und daher für den Stadtverkehr geeignet, zudem energieeffizient und können von einer Zentrale aus gesteuert werden. Auch wenn Google selbst keine fahrerlosen Fahrzeuge bauen möchte, ist dieser Begriff zur Beschreibung dieser Autos inzwischen verbreitet.

Abbildung 1.4. Beispiele für Robo-Taxis, Busse und Mehrzweckfahrzeuge

Quelle: Eigene Darstellung

Auch ist davon auszugehen, dass in den nächsten Jahren immer mehr autonome Busse zum Einsatz kommen, jedoch keine großen Reisebusse, sondern kleine Stadtbusse mit Platz für acht bis zwanzig Passagiere. Schon jetzt nutzen einige Städte solche Busse, allerdings nur auf exakt definierten Routen und mit wenigen Haltestellen. Das bekannteste Beispiel hierfür ist das CityMobil2, das in San Sebastian, Trikala und in der Nähe von Antibes zum Einsatz kommt. Auch die Stadt Zürich hat angekündigt, den selbstfahrenden Bus Self-e auf einer 1,3 Kilometer langen Strecke mit fünf Haltstellen testen zu wollen. Solche Busse eignen sich dafür, verschiedene nicht allzu weit voneinander entfernt gelegene Standorte zum Beispiel eines Unternehmens, einer Verwaltung, eines Krankenhauses oder einer Universität miteinander zu verbinden.

Mehrzweckfahrzeuge sind das Ergebnis einer Evolution: Bereits bestehende Automodelle werden um immer mehr automatisierte Funktionen ergänzt. Diese Autos besitzen zunächst noch einen Fahrersitz und sind aus der Perspektive des Fahrers aufgebaut. Es sind vor allem die Premiumhersteller wie Audi, Mercedes, BMW oder Volvo, die dieses Fahrzeugkonzept verfolgen, allein schon deshalb, um möglichst viel Wissen über den Fahrzeugbau in das Zeitalter der neuen Mobilität zu übernehmen. Dabei könnten sich im Zeitverlauf unterschiedliche Typen herausbilden wie etwa das Geschäfts-, Familien- oder Reisefahrzeug. Diese Automobile ähneln den heutigen kaum noch, da sie weder ein Lenkrad noch eine Mittelkonsole besitzen. Exterieur und Interieur sind völlig neu gestaltet und auf die verschiedenen Verwendungszwecke dieser Fahrzeuge ausgerichtet.

Das Geschäftsfahrzeug ist mit der gesamten Informations- und Kommunikationstechnologie ausgerüstet und ermöglicht es, sämtliche Büroarbeiten während der Fahrt zu erledigen. Man denke beispielsweise an einen Rechtsanwalt, der jeden Tag mehrmals zwischen seiner Kanzlei und verschiedenen Gerichten pendeln muss und sich im Auto auf die Verhandlungen vorbereitet. Das Familienauto bietet sehr viel Platz, erlaubt eine besonders flexible Anordnung der Sitze und verfügt über neueste Audio- und Videosysteme. Befindet man sich beispielsweise auf dem Weg zu Freunden, kann die Zeit im Fahrzeug genutzt werden, um mit den Kindern zu spielen, sich zu unterhalten, Musik zu hören oder Videos zu schauen. Im Reisefahrzeug ist es möglich zu schlafen und daher über Nacht zum Beispiel in die Berge oder ans Meer zu fahren. Dort angekommen, steuert man die Lounge des Herstellers an, um zu duschen und zu frühstücken, bevor man zum Skifahren oder Segeln geht.

Industrie

Weil die Grenzen zwischen den Industrien sich auflösen, treten plötzlich Akteure wie Google, Tencent, Samsung, Alibaba, Baidu, Apple im Fahrzeugmarkt auf, die keinerlei Tradition im Automobilbau besitzen. Diese Unternehmen sind nicht daran interessiert, den evolutionären Weg von den Assistenzsystemen zum autonomen Fahren zu beschreiten. Vielmehr setzen sie auf die Revolution und interessieren sich gleich von Anfang an für selbstfahrende Autos. Ausgehend von ihren Kernkompetenzen zielen sie darauf ab, nicht die Software um die Fahrzeuge, sondern die Fahrzeuge um die Software zu bauen. Diese Disruption in der Automobilindustrie bringt die etablierten Fahrzeughersteller unter Druck. Sie lässt sie als langsam und unbeweglich erscheinen, obgleich sie letztlich nur der über hundert Jahre alten Logik ihrer Industrie folgen. Hier liegt der Sprengstoff, der die Kraft besitzt, eine ganze Industrie umzustürzen. Etablierten Markt- und Industriestrukturen droht der Untergang, völlig neue Akteure könnten ein neues Zeitalter der Mobilität prägen.

Schon die Frage, was eigentlich der relevante Markt ist, zeigt gravierende Unterschiede zwischen den etablierten und den neuen Akteuren. Die Fahrzeughersteller gehen von einem Markt aus, auf dem sich weltweit betrachtet etwa 90 Millionen Fahrzeuge zu einem Durchschnittspreis von $ 23.000 absetzen lassen. Hieraus resultiert ein Umsatzerlös von circa $ 2,1 Billionen, der als Referenz für die Planung der Umsatzziele für die folgenden Jahre dient. Die Technologieunternehmen starten ihre Definition des Marktes mit der Beobachtung, dass mit allen Fahrzeugen weltweit etwa 16 Billionen Kilometer gefahren werden. Da sich die Kosten für einen gefahrenen Kilometer auf etwa $ 0,62 belaufen, beträgt das mögliche Umsatzvolumen für Mobilitätsdienste aller Art etwa $ 10 Billionen.

Die Notwendigkeit für einen Perspektivenwechsel lässt sich auch mit Blick auf den Gewinn pro gefahrenem Kilometer verdeutlichen. Ein Automobilhersteller verdient an einem durchschnittlichen Fahrzeug, das 250.000 Kilometer absolviert, etwa € 2.500. Dies entspricht ungefähr einem Cent pro gefahrenem Kilometer, was zwingend zu folgender Empfehlung führt: Ein auf dem Gewinn pro Fahrzeug beruhendes Geschäftsmodell muss durch ein Denken in Gewinn pro Fahrt ersetzt werden.

Mit der autonomen Mobilität ergeben sich zudem ganz neue Möglichkeiten für den bereits angesprochenen intermodalen Verkehr, insbesondere zwischen Auto und Bahn. Man stelle sich die erwähnten Google-Autos vor, die den Transport von Passagieren in den Innenstädten übernehmen. Per App kann der Passagier ein solches Fahrzeug aus dem Zug heraus anfordern, um sich sogleich am Bahnsteig abholen und nach Hause bringen zu lassen. Das Fahrzeug kennt den Fahrplan der Züge und das Ziel des Reisenden, deshalb kann es unter Berücksichtigung der Verkehrslage den schnellsten oder kürzesten Weg bestimmen. Vielleicht sind es zukünftig sogar die Bahngesellschaften selbst, die das Geschäft mit den autonomen Flottenfahrzeugen betreiben und damit ihre bisherige Wertschöpfung ergänzen.

Derzeit arbeiten weltweit etwa 50 Unternehmen an der Entwicklung von autonomen Fahrzeugen. Allein in der deutschen Automobilindustrie befassen sich gegenwärtig etwa 20.000 Entwickler mit dem vernetzten und automatisierten Fahren. Hersteller und Zulieferer dürften in den nächsten Jahren etwa € 16 bis 18 Milliarden in die dafür erforderlichen Technologien investieren. Allerdings ist allen Firmen bewusst: Keiner kann es alleine schaffen. Daher sind die meisten von ihnen inzwischen vielfältige Forschungskooperationen eingegangen. Universitäten, Technologieunternehmen und traditionelle Akteure bilden Netzwerke, gründen Spin-offs und Start-ups, um das Rennen um die besten Ideen zu gewinnen.

Ökosystem

Das autonome Fahren bringt nicht nur technologische Herausforderungen mit sich, sondern verändert auch das Wesen von Fahrzeugen, die seit ihrer Erfindung sogenannte Stand-alone-Produkte sind: Jedes einzelne steht für sich. Die Autos entwickeln sich nun zu Ökosystemen, was bedeutet: Sie kommunizieren mit anderen Autos, der Verkehrsleitzentrale und der Infrastruktur und sind eingebunden in ein Netz von Mobilitätsdiensten. Um diese Informations-, Kommunikations- und Mobilitätsleistungen bereitstellen zu können, braucht es Kooperationen mit Zulieferern, Kunden, Technologieunternehmen und sogar Wettbewerbern. Firmen- und branchenübergreifende Projekte gewinnen immer mehr an Bedeutung, um schnell und nachhaltig Produkte auf den Weg zu bringen. Diese Vernetzung erfolgt zumeist zeitlich begrenzt und projektbezogen, wobei die Akteure wechselnde Rollen einnehmen.

Ein Beispiel ist die Mobilitätsplattform Moovel, die für den Kunden die schnellste oder auch bequemste Verbindung von einem Ort zu einem anderen findet und dabei die verschiedenen Verkehrsmittel kombiniert. Diese und andere Plattformen siedeln sich zwischen Nachfragern und Anbietern von Mobilität an und sind nicht auf ein Fahrzeug oder einen Hersteller, sondern auf die Optimierung der Tür-zu-Tür-Verbindung ausgerichtet. Die Fahrzeuge selbst werden mit zahlreichen vernetzten Diensten ausgestattet, zu denen nicht nur alle möglichen Internetdienste zählen. Es gibt auch spezifische Verbindungen, zum Beispiel nach Hause, so dass sich die Rollläden verschließen, sofern sich das Fahrzeug entfernt. Dagegen geht das Licht im Büro an, sobald sich der Mitarbeitende im Auto nähert. In jedem Fall entwickelt sich das Gefährt zu einer Plattform, vielleicht sogar zur Schaltzentrale für jedwede Kommunikation der Menschen mit ihrem Umfeld.

Damit ist das autonome Fahren nicht nur ein technisches Phänomen, sondern wohl viel mehr noch ein kulturelles, soziales und ökonomisches. Es verändert den Tagesablauf und den Arbeitstag der Menschen, den Stil und Inhalt der Kommunikation, das gesamte Mobilitätsverhalten und damit auch viele Gewissheiten über das Leben als solches. Diese Revolution in der Mobilität führt zu einem neuen Lebensrhythmus der Pendler, Käufer und Konsumenten, bringt ohne Zweifel neue Risiken mit sich, eröffnet aber auch beachtliche Chancen. Aus einem über hundert Jahre alten Produkt namens Auto wird eine Dienstleistung namens Mobilität, die in ein Ökosystem eingebunden ist. Das hat erhebliche Auswirkungen für die Organisation, Kultur und Prozesse der Fahrzeughersteller. Viele Unternehmen müssen die alles entscheidende Frage neu beantworten: Was ist eigentlich unser Produkt?

Hält man sich noch einmal die Autos von Google vor Augen, die vor allem auf dem letzten Kilometer und in den Innenstädten zum Einsatz kommen könnten, so wird deutlich: Auch der öffentliche Verkehr mit den Bahngesellschaften und den Verkehrsbetrieben spielt eine wichtige Rolle für das Mobilitätserlebnis der Kunden. Erst das Flottenfahrzeug im Zusammenspiel mit dem Zugverkehr liefert die gewünschte Mobilität, was das Produkt, um das es eigentlich geht, nochmals komplexer macht. Daher sind Unternehmen und Kunden gleichermaßen herausgefordert, ihre bisherige Sicht von Mobilität und den dazugehörigen Produkten zu überdenken. Nur so können die neuen Möglichkeiten des autonomen Fahrens ausgeschöpft werden. Deshalb geht es im Folgenden darum, alle oder zumindest möglichst viele dieser Entwicklungen aufzugreifen.

Wie verändert das autonome Fahren das Leben der Menschen? Was ergibt sich hieraus für die Unternehmen in der Automobil- und Technologieindustrie? Kann der Schutz der Umwelt verbessert werden? Welche ökonomischen Konsequenzen resultieren aus dieser Technologie? Wie müssen die rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen verändert werden? Wie kann der Verkehr vor allem in den Megacities mit dieser Technologie gestaltet werden? Lassen sich durch autonomes Fahren der Wohlstand und die Wettbewerbsfähigkeit einer Nation verbessern? Diese und weitere Fragen sind zu beantworten, damit der Wandel zur autonomen Mobilität im Sinne der Menschen, der Unternehmen, der Staaten, der Städte und der Umwelt genutzt werden kann. Zuvor jedoch interessieren einige Fakten über das manuelle Fahren, damit der Stellenwert der autonomen Mobilität sowie ihre gesellschaftlichen und ökonomischen Konsequenzen eingeschätzt werden können.

Zusammenfassung

•Autonomes Fahren ist keine Fiktion mehr, sondern wird Realität. Zahlreiche selbstfahrende Autos befinden sich bereits auf den Straßen, jedoch noch in kontrolliertem Umfeld.

•Damit sich radikal neue Ideen durchsetzen, müssen alle bisherigen Ansichten, Gewissheiten und Gewohnheiten über Bord geworfen werden. Das Bollwerk des vermeintlich gesicherten Wissens ist zu verlassen, um ganz neue Wege einschlagen zu können.

•Den Kern eines fahrerlosen Autos bilden die zentrale Steuerungseinheit und die zur Erfassung der Umwelt erforderlichen Sensoren wie Kameras, Lidar, Radar, Ultraschall. Während der Fahrt steht das Fahrzeug mit der Infrastruktur (V-to-I-Kommunikation) und anderen Fahrzeuge (V-to-V-Kommunikation) in Kontakt.

•Die ersten autonomen Taxis sind seit August 2016 im Universitätsviertel von Singapur im Einsatz. In den nächsten Jahren sollen in mehreren Städten ganze Flotten dieser Fahrzeuge aufgebaut werden.

•In den nächsten Jahren könnten sich drei Typen von selbstfahrenden Autos herausbilden: Robo-Taxis, Busse und Mehrzweckfahrzeuge. Letztere dürften sich nochmals in Geschäfts-, Familien- und Reisefahrzeuge ausdifferenzieren.

•Die Fahrzeuge werden mit einer Vielfalt von vernetzten Diensten ausgestattet und sind zukünftig Teil von Mobilitätskonzepten, zu denen auch andere Transportmittel gehören. Damit entwickelt sich das bisherige Stand-alone-Produkt Auto zu einem Ökosystem.

Kapitel 2Fakten zum manuellen Fahren

Autofahren hat für viele Menschen eine ganz besondere Bedeutung, was sich allein schon an den $ 2,1 Billionen zeigt, die weltweit jährlich für Fahrzeuge ausgegeben werden. In vielen Ländern dienen Autos nicht nur der Fortbewegung, sondern besitzen darüber hinaus einen besonderen immateriellen und emotionalen Stellenwert. Fahrzeuge sind dazu geeignet, Individualität auszudrücken und gesellschaftliche Anerkennung zu erfahren. Im Automobil, so scheint es, konkretisieren sich die Träume und Sehnsüchte vieler Menschen, was deren Bereitschaft, für Autos sehr viel Geld auszugeben, in den letzten Jahrzehnten gefördert hat. Die Hersteller und Händler befriedigen diese Wünsche, indem sie luxuriöse, sportliche, bullige, elegante, alltagstaugliche Autos oder auch reine Spaßfahrzeuge anbieten und deren Technologien, Materialien, Farben und Formen immer wieder den neuesten Trends anpassen. Die Kunden können aus einer kaum mehr überschaubaren Anzahl von Modellen, Typen, Varianten und Ausstattungen wählen, um ihr individuelles Fahrzeug zu konfigurieren. Es besteht eine enorme Vielfalt, weshalb es bei Mercedes, Audi, Volkswagen oder BMW mehrere Millionen produzierter Autos braucht, bis sich zwei in allen Details gleichen.

Autofahren kann aber auch mühsam und langweilig sein, denkt man an die vielen und langen Staus, die jeden Tag vor allem in den Metropolen dieser Welt zu beobachten sind. In den Megacities wie Sao Paulo, Kairo, Delhi, Peking oder Mumbai stehen die Menschen viele hundert Kilometer im Stau und müssen deshalb ihren Tagesablauf an der Verkehrssituation ausrichten. In Mexico City verbringt jeder Pendler durchschnittlich etwa 220 Stunden pro Jahr im Stau, und es ist keine Verbesserung in Sicht, ganz im Gegenteil. Das enorme Wachstum der Bevölkerung in diesen Metropolen paart sich mit einem immer größer werdenden Bedürfnis nach individueller Mobilität. Das führt zu noch mehr Staus, größerer Luftverschmutzung und einer vor allem in Asien und Afrika deutlich steigenden Anzahl von Unfällen.

Im November 2016 rief die Stadtregierung von Delhi den Notstand aus, weil die Luftverschmutzung einen neuen Höchststand erreicht hatte und die Sichtweite gerade noch 200 Meter betrug. Hinzu kommt die vor allem in Schwellenländern häufig ohne Augenmaß angekurbelte Überbauung von Grünflächen mit breiten Straßen und riesigen Parkhäusern. Die Lösung dieser und weiterer Verkehrsprobleme ist die zentrale Herausforderung bei der Entwicklung von Megacities. Ansonsten droht der Verkehrsinfarkt mit allen wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Konsequenzen. Können autonome Fahrzeuge helfen? Zumindest einige der aufgeworfenen Schwierigkeiten lassen sich zwar nicht sofort, aber doch schrittweise bewältigen. Die weiteren Ausführungen zeigen, dass diese Technologie den Menschen die gewünschte Mobilität wesentlich effizienter und resourcenschonender als das manuelle Fahren bereitstellt.

Tabelle 1.1 (S. 35) liefert, weltweit betrachtet, einige Fakten über das manuelle Fahren, aus denen man ablesen kann, dass die automatisierte Mobilität kein Randthema berührt, sondern in den ökonomischen und ökologischen Kern einer Gesellschaft eingreift.

Diese Zahlen signalisieren dringenden Handlungsbedarf, da mit dem manuellen Fahren erhebliche soziale Kosten verbunden sind. Vor allem ist kein Ende dieser Entwicklung in Sicht, ganz im Gegenteil, der wirtschaftliche Auf bruch vieler Schwellenländer verschärft die Verkehrsprobleme in vielen Städten noch. Selbstfahrende Autos können mit ihrem besonderen Fahrverhalten dazu beitragen, einige dieser Zahlen entscheidend zu verbessern. Hierzu einige Beispiele:

(1)Der Kraftstoffverbrauch lässt sich durch eine besonders harmonische Fahrweise, vorausschauendes Beschleunigen und Bremsen, erheblich reduzieren. Hinzu kommt die Auswahl von Routen unter Berücksichtigung der Verkehrslage, so dass Stop-und-go-Situationen mit Staus vermieden werden können. Dies wirkt sich auch auf Emissionen aus. Die Luftverschmutzung ließe sich also erheblich vermindern.

(2)Die Fahrer müssen nicht mehr das Auto steuern, sondern können sich anderen Beschäftigungen zuwenden. Zumindest einige der 400 Milliarden Stunden, die die Fahrer pro Jahr am Steuer verbringen, können für die Arbeit genutzt werden oder dienen der Entspannung und Erholung. Diese Entlastung von einer Routinetätigkeit eröffnet den Menschen ganz neue Möglichkeiten, den Tag zu gestalten.

(3)Sofern autonome Autos als Flottenfahrzeuge auf den Markt kommen, dürfte die Intensität ihrer Nutzung deutlich steigen, so dass weniger Autos benötigt werden. Auch lassen sie sich so navigieren, dass sich der Durchsatz auf einer Straße erheblich erhöht. Aufkommende Ride- und Carsharing-Offerten könnten ebenso dazu beitragen, dass Straßen zurückgebaut werden und weniger Parkplätze erforderlich sind.

(4)Mit selbstfahrenden Autos sollte sich die Anzahl der Unfälle und damit auch die Menge der Todesopfer und Verletzten im Straßenverkehr deutlich senken lassen. Das könnte die wesentliche Errungenschaft des autonomen Fahrens sein: das Leid von Unfallopfern zu vermeiden oder zu mindern. Daneben lassen sich auch die Kosten senken, die bislang für Abschleppdienste, Werkstätten, Unfallkrankenhäuser, Rehabilitationskliniken und Versicherungsprämien anfallen. Allein in den USA sind jedes Jahr Schätzungen zufolge etwa $ 500 Milliarden aufzubringen, um die Leistungen dieser Crash Industry zu finanzieren.

Tabelle 1.1. Fakten über das manuelle Fahren

Kennzahlen über das weltweite Fahren (Autos)

Anzahl Autos

1,2 Milliarden

Fahrleistung pro Jahr

16,093 Billionen Kilometer

entspricht etwa:

•108-mal der Distanz zwischen Erde und Sonne

•41.857-mal der Distanz zwischen Erde und Mond

Benzinverbrauch pro Jahr

1,893 Billionen Liter

Kosten des Fahrens (nur Kraftstoff)

$ 1,5 Billionen

Zeit, die pro Jahr im Auto verbracht wird

400 Milliarden Stunden (nur Fahrer)

600 Milliarden Stunden (Fahrer und andere Insassen)

Ausnutzung der Sitzplätze im Auto

Etwa 1,1 Prozent aller in den Autos verfügbaren Sitze sind über einen Tag betrachtet (24 Stunden) besetzt.

Landverbrauch

111,369 Quadratkilometer für Parktplätze

entspricht etwa:

•141-mal der Fläche von New York

•1,886-mal der Fläche von Manhattan

•mehr als 22 Millionen Fußballfelder

Anzahl Verkehrstote pro Jahr

1,25 Millionen

Anzahl Verletzte im Verkehr pro Jahr

50 Millionen

Quelle: Eigene Darstellung

Zusammenfassung

•Autos besitzen für viele Menschen einen besonderen Stellenwert, da sie auch den sozialen Aufstieg und die gesellschaftliche Anerkennung verkörpern. Gleichwohl kann das Fahren vor allem in den Megacities dieser Welt mühsam und anstrengend sein.

•Die sozialen Kosten der Mobilität (Unfälle, Kraftstoffverbrauch, Emissionen, Landverbrauch) sind enorm. Jedes Jahr sind weltweit etwa 1,25 Millionen Verkehrstote und 50 Millionen Verletzte zu beklagen. Die Auslastung der Sitzplätze im Auto ist erschreckend gering – eine Verschwendung von Ressourcen.

•Autonomes Fahren kann die sozialen Kosten der Mobilität reduzieren, vor allem auch die Kosten der Crash Industry (Reparatur der Fahrzeuge, Unfallkliniken, Rehabilitationszentren, Versicherungsprämien), die sich allein in den USA auf etwa $ 500 Milliarden pro Jahr belaufen.

Kapitel 3Megatrends

Die Entwicklung der Fahrzeuge über die verschiedenen Levels der Automation bis hin zum autonomen Fahren ist geprägt von weiteren Megatrends, die sich rund um die Mobilität entwickeln. Die Schlagworte: Vernetzung, Urbanisierung, Elektrifizierung, Nachhaltigkeit, Teilen (Sharing). All diese Megatrends stehen im Zusammenhang mit dem autonomen Fahren.

Vernetzung

Die Verbindung des Fahrzeugs mit seiner Umwelt hängt unmittelbar mit dem autonomen Fahren zusammen. Selbstfahrende Autos benötigen wie bereits angedeutet die gesamte V-to-X (Fahrzeug-zu-Umwelt)-Kommunikation, um überhaupt einsatzfähig zu sein. Zunächst ist die V-to-I-Kommunikation zu nennen, bei der Autos mit der Infrastruktur bestimmte Daten austauschen. Hierzu zählt die Kommunikation mit Ampeln und Verkehrsschildern ebenso wie das Reservieren und Bezahlen von Parkplätzen und die Navigation der Fahrzeuge im Parkhaus. Bei der V-to-V-Kommunikation treten Fahrzeuge miteinander in Verbindung, um sich vor Hindernissen zu warnen und das Fahrverhalten aufeinander abzustimmen. Dies steigert nicht nur die Verkehrssicherheit, sondern verbessert auch den Verkehrsfluss, da die Brems- und Beschleunigungsmanöver nicht mehr so abrupt erfolgen.

Ferner spielt die zentrale Steuerungseinheit eine Rolle, die jedes Fahrzeug unter Berücksichtigung der Verkehrslage zum Fahrtziel navigiert. In den Ballungsräumen ist zudem eine Verkehrsleitzentrale vorstellbar, die mit allen Fahrzeugen in Kontakt steht und Anweisungen für die Routenwahl erteilt. Auch sind die Insassen über V-to-Home- und V-to-Life-Anwendungen aus dem Auto heraus mit zu Hause verbunden oder kommunizieren mit dem Arzt, dem Restaurant oder dem Theater. Schließlich spielen auch die V-to-Händler- und V-to-Hersteller-Kommunikation eine wichtige Rolle, um etwa Software-Updates drahtlos (over the air) vornehmen zu können. Daneben ermöglicht das vernetzte Auto auch den nahezu grenzenlosen Zugang zur Welt des Infotainments. Hierzu zählen alle möglichen Internetdienste, soziale Medien wie Facebook und Twitter sowie Streaming-, Video- und Musikangebote.

Urbanisierung

Seit 2007 leben weltweit erstmals mehr Menschen in Städten als auf dem Land – ein Trend, der in den nächsten Jahren vor allem in Asien unvermindert anhalten dürfte. Bereits heute zählen die Agglomerationen von Osaka, Karachi, Jakarta, Mumbai, Shanghai, Manila, Seoul und Peking jeweils mehr als 20 Millionen Einwohner. Delhi und Tokio werden Prognosen zufolge bis zum Jahr 2025 jeweils über 40 Millionen Menschen beheimaten. Außerhalb Asiens zählen Mexico City, Sao Paulo, New York, Lagos, Los Angeles und Kairo zu den Städten, die schon bald über 20 Millionen Einwohner aufweisen. Damit bestehen weltweit etwa 600 urbane Zentren mit einem Fünftel der Weltbevölkerung, wo etwa 60 Prozent des globalen Sozialprodukts erwirtschaftet wird. Bis 2025 kommen allen Prognosen zufolge 136 neue Städte dazu, allein 100 davon in China und 13 in Indien.

Die Urbanisierung ist das Ergebnis eines enormen Bevölkerungswachstums verbunden mit einer Migration in jene Metropolen, in denen die Menschen Arbeit und Einkommen erwarten. Es bedarf einer funktionierenden Mobilität, damit die Bevölkerung in Sicherheit und Wohlstand wachsen kann. Die Menschen müssen zwischen Wohnort und Arbeitsplatz pendeln können, damit sich Wirtschaft und Gesellschaft entwickeln. Ohne entsprechende Mobilität enden Bevölkerungswachstum und Migration im Chaos, verbunden mit Armut und Gewalt. Die Platznot führt zu immer mehr und zu immer längeren Staus, und die Umweltbelastung nimmt enorm zu. Um die Urbanisierung zu bewältigen, braucht es neue Verkehrskonzepte. Das autonome Fahren mit der Chance, mehr Menschen in der gleichen Zeit zu transportieren, könnte darin eine wichtige Rolle spielen. Selbstfahrende Autos bieten zudem die Möglichkeit, dass die Passagiere die vielen Stunden im Verkehr entweder zur Erholung oder für die Arbeit nutzen.

Elektrifizierung

Schon bevor Carl Benz seinen Motorwagen präsentierte, rollten batteriebetriebene Elektrofahrzeuge auf den Straßen in Europa und vor allem in den USA. Über viele Jahre hinweg wurden Verbrennungsmotor und Elektroantrieb parallel entwickelt, bis Charles Kettering den elektrischen Anlasser für die Serienproduktion entwarf. Damit mussten die Motoren nicht mehr mühsam von Hand angekurbelt werden, so dass das Autofahren plötzlich für jedermann möglich war. Tesla begann im Jahr 2004 mit der Entwicklung von Elektromotoren für den Roadster, der 2008 auf den Markt kam. Neben Tesla gehören BMW, Renault, Volkswagen, Toyota, Kia, Nissan, aber auch die chinesischen Autohersteller BYD und BAIC zu den besonders erfolgreichen Anbietern von Elektroautos.

2015 wurden weltweit etwa 500.000 Elektrofahrzeuge abgesetzt, was zu einem derzeitigen Bestand von über zwei Millionen Fahrzeuge weltweit führt. Prognosen zufolge könnte der Absatz bis 2020 auf etwa zehn Millionen pro Jahr ansteigen, allerdings hängt vieles von der technischen Entwicklung und dem Preis-Leistungs-Verhältnis ab. Viele Kunden sind noch immer skeptisch, weil die Reichweite der E-Modelle vergleichsweise gering ist und das Laden der Batterien lange dauert. Die Technologie des autonomen Fahrens ermöglicht eine vorausschauende und harmonische Fahrweise mit sehr dosierten Brems- und Beschleunigungsmanövern, was die Reichweite deutlich vergrößert. Zudem lässt sich die Route zu einem bestimmten Fahrtziel so bestimmen, dass die Anzahl der Ladevorgänge minimiert werden kann. Aber auch im Stadtverkehr und auf dem letzten Kilometer, etwa vom Bahnhof nach Hause, könnten selbstfahrende Elektrofahrzeuge eingesetzt werden. Man kann sie per App anfordern, die Distanzen sind überschaubar, es gibt kaum Leerfahrten, und die Fahrzeuge können selbstständig zu den Landestationen gelangen.

Nachhaltigkeit

Vor allem in den Megacities Asiens und Lateinamerikas hat die Luftverschmutzung durch den Straßenverkehr in den letzten Jahren enorm zugenommen. An vielen Tagen im Jahr ist die Feinstaubbelastung so hoch, dass Straßen zeitweise geschlossen und die Anzahl der Fahrzeuge, die sich gleichzeitig im Verkehr befinden, limitiert werden muss. Auch in vielen deutschen Städten ist die Belastung mit Feinstaub, Kohlendioxid und Stickoxiden so hoch, dass Fahrverbote drohen. Der enorme Ausstoß von Abgasen beschleunigt zudem den Klimawandel mit allen daraus folgenden Gefahren. Zurecht weisen Organisationen auch auf die sozialen Kosten hin, die ein ungezügelter Verbrauch von natürlichen Ressourcen mit sich bringt. Deshalb sind die Unternehmen aufgefordert, möglichst viele Ressourcen zu nutzen, die natürlich regenerierbar sind (Sonnen-, Windenergie). Inzwischen haben einige Fahrzeughersteller das Versprechen abgegeben, die Nachhaltigkeit zu einem Handlungsprinzip zu erheben. Dies betrifft nicht nur den Kampf gegen die Umweltverschmutzung, sondern auch die Auswahl von Materialien bei der Fahrzeugherstellung und die Gestaltung der Produktionsprozesse.

Autonomes Fahren trägt unabhängig von der Motorisierung (Verbrennungs- oder Elektromotor) in vielerlei Hinsicht dazu bei, den Ausstoß von Abgasen zu reduzieren. Wie schon mehrmals angedeutet, weisen fahrerlose Autos einen besonders effizienten Fahrstil auf, da sie dosiert bremsen und beschleunigen können. Darüber hinaus kann die Routenwahl mit Blick auf einen minimalen Verbrauch gewählt werden. Mit autonomen Flottenfahrzeugen für den Stadtverkehr oder den letzten Kilometer lassen sich unterstützt durch eine App auch Fahrgemeinschaften bilden. So kommen weniger neue Autos auf die Straßen und alte können aus dem Verkehr gezogen werden.

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