11.02.2016, 14:16  von Herbert Geyer / Bloomberg

Selbstfahr-Autos und der Heilige Gral im Schneegestöber

Ford hat für seine Selbstfahrer das Geheimnis der unsichtbaren Leitlinien gelöst / Bild: Ford

Unter normalen Witterungsbedingungen funktionieren selbstfahrende Autos bereits fast besser als ihre menschlich gesteuerten Gegenstücke. Die echte Herausforderung ist aber das Fahren unter winterlichen Bedingungen.

“Da gibt es seine ziemliche Hype in den Medien und im öffentlichen Bewusstsein”, konstatiert Ryan Eustice, Professor der Ingenieurtechnik an der University of Michigan, der mit Ford in der Entwicklung selbstfahrender Autos zusammenarbeitet, „dass die Technologie für autonomes Fahren nahezu gelöst ist.“ Aber noch fehlt es nicht an offenen Problemen: „Ein Auto, das überall im Land, bei jedem Wetter und unter allen äußeren Bedingungen fahren kann, ist nach wie vor der Heilige Gral.“

Nach dem bekanntlich immer noch gesucht wird.

Die Entwickler selbstfahrender Autos sind allerdings jenen, die nach dem heiligen Gral suchen, schon ein paar Schritte voraus. Gerade jetzt in der Wintersaison arbeiten sie fieberhaft an Lösungen für das Problem, das am schwersten zu lösen ist: den Umgang mit Schnee. Gelöst werden muss dieses Problem, wenn selbstfahrende Autos je eine wirtschaftliche Chance am Markt haben sollen: In den USA wohnen 70 Prozent der Bevölkerung in Breiten, in denen zumindest manchmal mit Schnee zu rechnen ist. In Europa dürften es noch mehr sein.

„Wenn Ihre Sicht als Mensch durch starkes Schneegestöber beeinträchtigt wird, dann haben Sicht-Sensoren die gleichen Hindernisse“, weiß Jeremy Carlson, Auto-Analyst bei IHS, der sich auf Automatisierung spezialisiert hat.

Die Hindernisse sind sogar deutlich größer. Denn während sich der Mensch beim Fahren im Schnee auf seine einigermaßen ungetrübte Sicht durch die von Scheibenwischern gereinigte Windschutzscheibe verlassen kann, braucht das selbstfahrende Auto eine Vielzahl von Sensoren, um sich in einer fremden Welt überhaupt zurechtfinden zu können. Um autonom fahren zu können, erfassen Kameras, Radar- und Lidar-Sensoren (pulsierende Laser-Strahlen, die die gesamte Umgebung abtasten, um Form und Ort möglicher Hindernisse festzustellen) permanent einen 360-Grad-Rundumblick, der in Echtzeit verarbeitet werden muss, um dem Computer die Entscheidungsgrundlagen fürs Fahren zu liefern. Andere Verkehrsteilnehmer, Fußgänger, Verkehrstafeln, Ampeln und allfällige Hindernisse auf der Fahrbahn müssen geortet, identifiziert und ihre mögliche Reaktion laufend einberechnet werden. Und jeder der dafür eingesetzten Sensoren wird durch Schnee auf der Fahrbahn, auf der umgebenden Landschaft und ganz besonders durch fallenden Schnee in der Luft mehr oder weniger beeinträchtigt.

Radar arbeitet robust

Am leichtesten tut sich noch Radar mit dem Schnee, seine Sicht wird dadurch kaum behindert. „Wenn alles andere ausfällt, kann ich mit Radar dem vorausfahrenden Verkehr nachfahren“, sagt Kay Stepper, Vizepräsident und Chef der Selbstfahr-Abteilung bei Robert Bosch. „Dafür ist Radar das Schlüsselelement, weil es auch bei unfreundlichem Wetter robust arbeitet.“

Ein Sensor allein genügt aber nicht. Um sich einigermaßen auf die erhoben Daten verlassen zu können, muss jedes Objekt in der Umgebung von unterschiedliche Sensoren erfasst werden. die eben bei Schnee in ihrer Wirkung beeinträchtigt werden.

Vor allem optische und Laser-Sensoren lassen sich bereits durch normalen Schneefall irritieren, den sie zunächst einmal als mögliches Hindernis identifizieren – worauf sie abrupt auf die Bremse treten. Ford hat dieses Problem gelöst, indem sie das Datenrauschen durch Schneefall aus den aufgenommenen und verarbeiteten Informationen herausrechnet. In Kombination mit den gespeicherten 3-D-Karten der Umgebung ermöglichen diese bereinigten Daten eine ungestörte Orientierung auch in der Schneelandschaft.

Wohin mit den Sensoren?

So hat Volvo in Jukkmokk, einem Dorf nördlich des Polarkreises, sein Winter-Trainingscamp aufgebaut, wo das selbstfahrende SUV XC90 unter winterlichen Fahrbedingungen herausgefordert wird. Im weltweit ersten öffentlichen Test mit selbstfahrenden Autos können dort schwedische Durchschnittsfahrer die Selbstfahrer ausprobieren. Das aktuelle Problem: bei starkem Schneefall werden die an der Frontseite angebrachten Sensoren vom Schnee regelrecht zugebacken, sodass sogar die Radarsensoren auslassen. Das SUV ist von einem Moment zum anderen praktisch blind. „Das ist wirklich schwierig, speziell wenn du Gischt von dem Auto vor dir hast“, sagt Marcus Rothoff, der Chef des Selbstfahr-Programms von Volvo. „Ein bisschen Eis lässt sich managen. Aber wenn es beginnt sich aufzuschichten, dann verlierst du die Funktionalität.“

Nach zahllosen Versuchen, die Sensoren anderswo an der Front des Autos zu platzieren, kam die Königsidee. Für die nächste Wintersaison werden die Raqdar-Rezeptoren hinter der Windschutzscheibe angebracht, wo sie – wie die Sicht eines menschlichen Fahrers auch – von den Scheibenwischern freigehalten werden.

Wenn Leitlinien unterm Schnee verschwinden

Ford hat laut einer Presseaussendung das Problem gelöst, wie die Selbstfahrer mit verschneiten Fahrspuren umgehen sollen – bei normalem Wetter orientieren sich die Automaten ja an den Leitlinien, um die Spur zu halten, bei Schneefahrbahn werden die aber unsichtbar. Die Lösung: Die Straßen, die später benützt werden sollen, werden bei gutem Wetter exakt gescannt, sodass eine 3-D-Karte geschaffen werden kann, die wesentlich genauer ist als die üblicherweise verwendeten GPS-Bilder, die Fehlergrenzen von bis zu 10 Metern haben. Mit diesen neuen Karten kann sich das Auto auf der Straße millimetergenau orientieren und kennt daher die Fahrspur auch dann, wenn die Linien unter dem Schnee verborgen sind.

„Das ist ausreichend präzise, sodass wir genau wissen, auf welcher Fahrspur wir uns befinden“, sagt Ryan Eustice von der University of Michigan, „und es hilft dem Roboter, die Umgebung zu verstehen.“ Aber das sei bloß das halbe Problem: „Dann musst du erst entscheiden, was du tun sollst, wenn du weißt, wo du bist.“

Denn Fahrspuren verlieren unterm Schnee ihre Bedeutung – schließlich werden sie auch von menschlichen Fahrern nicht gesehen, die dann ihre eigenen Spuren ziehen. „Es wäre für die anderen Fahrer unnatürlich, wenn wir auf den exakten Fahrspuren dahinbretteln, während alle anderen Verkehrsteilnehmer die Spuren nutzen, die die Fahrer vor ihnen hinterlassen haben“, gibt Eustice zu bedenken. Ford muss daher herausfinden, wie man diese Spuren im Schnee lesen kann, um genauso fahren zu können wie eine menschliche Person. „Und das ist sehr schwierig.“

Das Auto lernt selbst

Die Lösung dafür geht in Richtung Künstlicher Intelligenz (Artificial Intelligence – AI), meint Danny Shapiro, Leiter der Abteilung Automotive bei Nividia, einem kalifornischen Zulieferer von Hochgeschwindigkeits-Prozessoren. Mit einer Prozessing-Kapazität, die der von 150 MacBooks entspricht, kann das neue Computerhirn von Nividia bis zu 24 Milliarden „Tief-Lern-Operationen“ pro Sekunde schaffen. diese Tief-Lern-Prozesse schaffen ein „übermenschliches Maß an Situations-Bewusstsein“, wie das Unternehmen in einer Aussendung wirbt. Mit diesen Prozessen kann das Auto lernen, wie es sich zu verhalten hat – basierend auf Millionen von Kilometern an Fahr-Erfahrung, die in seiner Software gespeichert sind und laufend upgedatet werden. So weiß das Auto, dass es sich in einem Schneesturm besser an die Spuren im Schnee hält als an die offiziellen Fahrspuren.

„Ein AI-Fahrzeug kann sein Verhalten in Echtzeit adaptieren“, sagt Shapiro. „Das ist sehr ähnliche dem menschlichen Lernverhalten – durch Erfahrung.“

Allzu große Hoffnungen macht der Experte allerdings nicht: „Wir sollten nicht erwarten, dass sich ein autonomes Fahrzeug in einem sichtbehindernden Schneesturm wohl fühlt.“

Das erwarten auch die Volvo-Ingenieure nicht. Obwohl sie längst die Supercomputer von Nividia einsetzen und ihre Radar-Sensoren jetzt hinter der Windschutzscheibe schützen, kann es immer noch vorkommen, dass Väterchen Frost dem selbstfahrenden Auto das Lenkrad aus der Hand nimmt. Wenn die Amateur-Fahrer im Volvo-Test in einem Schneesturm dem Automaten das Lenken überlassen wollen, erhalten sie übers Amaturenbrett die Nachricht, dass die äußeren Bedingungen das nicht erlauben.

„Wir müssen ein bisschen vorsichtig sein, wenn wir echte Kunden haben“, meint Testleiter Rothloff.

 

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