08/16: There Will Be Clearly Fewer Accidents

Der Leiter des Instituts für Mess- und Regelungstechnik (MRT ) und Direktor des FZI Forschungszentrums Informatik, Professor Christoph Stiller, hat viele Erfahrungen im Bereich Automatisierung des Fahrens gemacht: Das MRT hat Komponenten für das Team ION entwickelt, das 2005 an der Darpa Grand Challenge teilnahm, einem über 200 Kilometer laufenden Rennen für führerlose Geländewagen. 2013 haben das MRT und das FZI gemeinsam der Daimler AG die autonome „Bertha Benz-Fahrt“ von Mannheim nach Pforzheim ermöglicht. Seit Beginn des Jahres 2016 sind das FZI und das MRT Partner im Tech Center a-drive.

lookKIT: In Kooperation mit dem KIT, dem Forschungszentrum Informatik, der Universität Ulm und der Daimler AG ist jetzt das virtuelle Tech Center a-drive gegründet worden. Dort wollen die Kooperationspartner die Forschungsaktivitäten im Bereich führerlose Fahrzeuge bündeln. Was erhoffen Sie sich von dieser Gründung?

Professor Christoph Stiller: „In meinen Augen war das eine richtige Entscheidung. Wir haben in Ulm und in Karlsruhe seit vielen Jahren intensive Forschung im Bereich des automatischen Fahrens betrieben. Jetzt werden diese Aktivitäten gebündelt, damit wir im internationalen Wettbewerb bestehen können. Die Daimler AG hat sich ebenfalls sehr intensiv für diese Gründung eingesetzt. Die Attraktivität des Tech Centers zeigt sich nicht zuletzt darin, dass derzeit weitere Unternehmen aus der Großindustrie, wie die Robert Bosch GmbH, aber eben auch kleine Innovationsschmieden wie die Karlsruher Atlatec GmbH beitreten möchten. Für unsere Forscher bedeutet das, dass Doktoranden im engen Austausch stehen werden, unter dem virtuellen Dach des Tech Centers a-drive entweder in Karlsruhe oder in Ulm beschäftigt sind und die Forschungen im Bereich der autonomen Fahrfunktionen zielgerichtet vorantreiben können.“

lookKIT: Es gibt eine ganze Reihe teilautonomer Fahrerassistenzsysteme, die in Fahrzeugen der Oberklasse bereits serienmäßig integriert sind. Das Ziel aller Anstrengungen aber ist das Fahren völlig ohne Eingreifen eines Fahrers. Wie nahe sind wir da an der Serienreife?

Christoph Stiller: „Tatsächlich gibt es schon eine ganze Reihe von automatischen Fahrfunktionen in der Serie. Das betrifft etwa das Einparken, das man heute automatisch bewerkstelligen kann. Es wäre nur eine Frage der gesetzlichen Bestimmungen, dass der Fahrer vor dem Parkvorgang aussteigen darf und sich auch nicht mehr darum kümmern muss. Vielleicht schon zu seinem Termin geht, während sein Auto im Parkhaus noch automatisch einparkt. Es gibt die automatische Notbremsung oder sogar das automatische Ausweichen, um eine Kollision mit einem Fußgänger zu vermeiden. Das alles ist in Oberklasse-Fahrzeugen schon in Serie. Bis wir aber ein Auto haben, das jede Situation erkennt und versteht, wird es sicher noch 15 Jahre dauern. Erst dann wird man ein Fahrzeug in einer Stadt wie Karlsruhe in allen Situationen und Geschwindigkeitsbereichen ohne Sicherheitsfahrer fahren lassen können.“

lookKIT: Wo sehen Sie auf dem Weg dorthin die größten Probleme?

Christoph Stiller: „Es gibt noch sehr viele Baustellen. Das fängt bei der Technologie der Wahrnehmung an. Sensoren wie Videokameras, Lidar-Sensoren, Radar-Sensoren und die Verarbeitung ihrer Signale müssen noch sehr viel sicherer werden. Sie sind heute schon gut. Fahren vielleicht 1 000, vielleicht auch 10 000 Kilometer, ohne dass ein nennenswerter Fehler auftritt. Aber dann kommt es eben zu einem Fehler. Heute fängt den noch ein Sicherheitsfahrer ab, der hin und wieder eingreifen muss. Ginge das System also ohne Sicherheitsfahrer in Serie, hätte man womöglich einen schweren Unfall. Aber die Systeme müssen wesentlich besser sein als ein durchschnittlicher menschlicher Autofahrer, bevor man es verantworten kann, sie in Serie herzustellen. Wir werden zwar laufend besser, aber es gibt immer wieder unerwartete, seltene Situationen, die das System noch nicht beherrscht. Daran arbeiten wir intensiv.

Wichtig ist aber auch: die Zuverlässigkeit muss nachweisbar sein. Wir müssen nachweisen, dass Systemfehler nur extrem selten vorkommen. Bei einem menschlichen Autofahrer reden wir von einem Verkehrstoten, den er alle 10 Millionen gefahrene Kilometer verursacht. Die menschliche Zuverlässigkeit bildet eine Benchmark für das technische System. Wir müssen garantieren, dass es zumindest nicht weniger zuverlässig ist als der menschliche Standard. Damit man Zuverlässigkeit bei derart seltenen Ereignissen nachweisen kann, müssen ganz neue Methoden entwickelt werden, die einen solchen Nachweis ermöglichen.“

lookKIT: Was die Zuverlässigkeit der Sensoren betrifft, liegt der Schwerpunkt hier auf der Hardware oder sind es eher Probleme in der Signalverarbeitung?

Christoph Stiller: „Sowohl als auch! Die Sensoren haben heute in seltenen Fällen Unzulänglichkeiten. Beispielsweise wenn sie mit einer Videokamera gegen eine tiefstehende Sonne fahren, dann ist die gesamte Kamera geblendet. Der Mensch hat in solch einer Situation vielleicht eine schlechte Sicht im Bereich von 45 Grad. Bei einer Kamera aber ist der gesamte Sensor blind. Das kann man natürlich nicht verantworten. Man muss die Kameras segmentieren, die Sicht also auf mehrere Kameras verteilen. Man kann das Videosignal mit Radar- und Lidar-Signalen auch komplementieren, sodass man sagen kann, wir haben in dieser Situation nicht mehr drei Sensoren, die sich sicher sind, dass da kein Hindernis ist, sondern nur noch zwei. Einer ist blind. Dann fährt das System notgedrungen langsamer weiter. So ähnlich macht das auch ein Mensch, wenn er geblendet wird. Er überlegt sich, wie er trotzdem langsam und vorsichtig verantwortlich weiterfahren kann. In der Signalverarbeitung ist das Verstehen von Zusammenhängen für Computer heute eine Herausforderung. So entscheiden wir beispielsweise heute in über 97 Prozent der Kreuzungen eine Vorfahrtsituation aufgrund der Sensordaten korrekt. Im Umkehrschluss folgt daraus, dass unser Fahrzeug auf ca. jeder 33sten Kreuzung die Vorfahrt falsch einschätzt. Mit digitalen Straßenkarten lässt sich diese Problematik in Erprobungsfahrzeugen abmildern, aber auch hier benötigen wir redundante sensorische Information für die Systemsicherheit.“

lookKIT: Wie kommt ein autonomes Fahrzeug mit witterungsbedingten Behinderungen auf der Fahrbahn zurecht?

Christoph Stiller: „Verschneite oder vereiste Straßen sind ebenfalls ein Problem, das wir heute noch nicht abschließend im Griff haben. Die Lösung muss sein, dass man ähnlich wie ein Mensch auch langsamer fährt. Und es wird Bedingungen geben, unter denen das automatische Fahrzeug gar nicht fahren kann. Wenn beispielsweise tiefe Sonne, feste Schneedecke und dann noch ein Hagelschauer zusammenkommen, wird sich die Automatik verweigern müssen.“

lookKIT: Die bisherige Strategie zur Verwirklichung des autonomen Fahrens setzt ganz darauf, alle notwendigen Voraussetzungen an Bord des einzelnen Fahrzeugs zu installieren. Ließe sich aber vieles nicht auch durch die Kommunikation mit einer intelligenten Verkehrsinfrastruktur oder durch Ad-hoc-Funknetze zwischen benachbarten Fahrzeugen bewerkstelligen?

Christoph Stiller: „Das wird ablaufen wie bei vielen anderen Automatisierungsprozessen auch. Man muss zunächst einmal das System so bauen, dass es für sich allein funktionsfähig ist. Diese Sicherheit ist unerlässlich. Dann wird man in einem zweiten Schritt feststellen, dass der Verkehrsfluss verbessert werden kann, dass man noch mehr Sicherheit gewinnt, wenn man die Infrastruktur entsprechend auslegt. Wenn irgendwann einmal viele Fahrzeuge automatisch fahren, wird man die Verkehrsregelung so anpassen, dass beispielsweise Ampeln nicht nur Lichtsignale geben, sondern auch über ein Funkprotokoll verfügen. Sie senden dann zusätzlich über Funk, ob sie rot oder grün sind, und wie viel Sekunden sie noch brauchen, bis sie ihren Status ändern. Diese Entwicklung kennzeichnet viele Abläufe, die allmählich automatisiert wurden. Denken Sie an die Waschmaschine. Bevor der Waschautomat eingeführt wurde, gab es keine Schildchen in den Kleidungsstücken, auf denen die jeweils geeigneten Waschprogramme vermerkt sind. Sobald Dinge automatisiert sind, passen wir die Infrastruktur an, um möglichst alle Vorteile der Automatisierung auszuschöpfen.

Auch die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen gehört in diesen Bereich. In den USA hat man sich bereits auf einen Funkstandard geeinigt, der ab dem nächsten Jahr für Neuwagen Pflicht sein wird. Europa wird nachziehen. Es wird einen hohen Sicherheitsgewinn bringen, wenn Fahrzeuge untereinander kommunizieren können. Autos werden auch beispielsweise mit den Schultaschen oder der Kleidung von Kindern kommunizieren. Es gibt einen großen Hersteller von Schulranzen, der diese mit Transpondern ausrüsten will. Diese könnten Fahrzeugen automatisch mitteilen: Vorsicht! Hier bewegt sich ein Kind mit Schulranzen. So ein Funkchip (RFID) kostet weniger als 50 Cent. Viele Eltern werden bereit sein, dies für die Sicherheit ihres Kindes zu investieren.“

lookKIT: Stichwort Sicherheit: Da ist die Rede davon, dass durch das autonome Fahren erstaunliche 99 Prozent aller Unfälle vermieden werden könnten. Ist das realistisch?

Christoph Stiller: „Das erscheint mir in der Grundaussage richtig, im Zahlenwert aber etwas zu optimistisch. Es gibt Unfälle, die selbst bei einer flächendeckenden Einführung des autonomen Fahrens unvermeidbar bleiben. Das wird durch die physikalischen Grenzen bestimmt. Beispielsweise die Länge des Bremswegs: selbst wenn man durch die Automatisierung die Schrecksekunde des Fahrers eliminiert, gibt es Unfälle, wenn auch der so minimierte Bremswegs noch zu lang ist. Die physikalischen Grenzen bleiben. Sie werden nur effektiver genutzt, weil man die Unwägbarkeiten der menschlichen Reaktionen ausschalten kann. Aber selbst durch diese Optimierung wird man nicht alle Unfälle verhindern können. Es wird auch Fehleinschätzungen des Systems selbst geben. Wir müssen außerdem mit neuen Typen von Unfällen rechnen, die mit menschlichen Fahrern nicht auftreten. Aber unter dem Strich werden wir deutlich weniger Unfälle haben. Langfristig werden wir es wohl schaffen, dass sich die Zahl der Unfälle etwa auf ein Zehntel der heutigen reduziert.“

lookKIT: Zwischen Japan, den USA und Europa ist ein Wettlauf entbrannt, was die Einführung des autonomen Fahrens betrifft. Wie konkurrenzfähig sind wir?

Christoph Stiller: „Wir liegen nicht schlecht, aber die Amerikaner sind sehr stark und sie agieren vor allem ungeheuer aggressiv. Aus meinem Institut sind schon mehrere ehemalige Mitarbeiter ins Silicon Valley abgeworben worden. Dort kann man im Vergleich zu den Möglichkeiten in der deutschen Automobilindustrie mehr als das Doppelte verdienen. Im Sommersemester 2015 hatte ich selbst ein Forschungssemester an der Stanford University in der Nähe von San Francisco. Der Kollege, bei dem ich gearbeitet habe, ist gegenwärtig mit der wissenschaftlichen Leitung eines vier Milliarden Dollar schweren Self-Driving Car-Programms für Barack Obama beschäftigt. Dahinter stehen sehr ambitionierte und zielorientierte industriepolitische Strategien, von denen wir diesseits des Atlantiks durchaus lernen können. Da sehe ich eine Gefährdung der heute noch guten Position europäischer und deutscher Automobilhersteller. Das darf man nicht verschweigen. Auf der anderen Seite liegen deutsche Firmen gut im Rennen. Sie haben Assistenzsysteme in der Serie, die Teilaspekte des automatisierten Fahrens bereits souverän beherrschen. Aber wir müssen uns warm anziehen. Für mich sind die Elektrifizierung des Autos und die Automatisierung des Fahrens die beiden zentralen Entwicklungen individueller Mobilität, die wir unbedingt bewältigen müssen. Wenn wir da nicht vorne mit dabei sind, würde ich die Voraussage wagen, dass es in einigen Jahren keine europäische und auch keine deutsche Automobilindustrie auf heutigem Niveau mehr geben wird.“

lookKIT: Sie haben das Silicon Valley und die Stanford University als Standorte angesprochen, an denen die Entwicklung zum führerlosen Fahren besonders aggressiv vorangetrieben wird. Das heißt, da treten neue, im Automobilbau bisher unbekannte Akteure auf. Mammutunternehmen aus dem IT-Bereich entwickeln „intelligente Fahrzeuge“. Beispielsweise der „iCar“ von Apple oder das „Self-Driving-Project“ von

Google. Wird es da möglicherweise einen Verdrängungswettbewerb mit den klassischen

Automobilbauern geben?

Christoph Stiller: „Der Wettbewerb hat schon begonnen und man muss ihn ernst nehmen. Die Unternehmen, die dahinter stehen, verfügen über erhebliche finanzielle Mittel und wissen auch, wie man so etwas macht. Unternehmen wie Google und Apple gehen sehr zielorientiert an solche Aufgaben heran. Sie können milliardenschwere technologische Revolutionen auch auf neuen Märkten sehr effizient umsetzen. Die klassischen deutschen Unternehmen in der Automobilbranche müssen jetzt unter Beweis stellen, dass sie das auch können. Ein Blick in die Technikgeschichte zeigt, dass das nicht selbstverständlich ist. Beim Übergang von der Dampfmaschine zum Verbrennungsmotor hat es kein einziger Hersteller von Eisenbahnlokomotiven geschafft, marktfähige Automobile zu fertigen, obwohl damals technisch alles Mechanik war. Wir müssen jetzt sehen, dass uns das nicht wieder passiert bei der jetzt bevorstehenden Revolution automobiler Technik, die in der Elektrifizierung und Automatisierung besteht.“

lookKIT: Bleibt die Frage der Kosten. Die bereits in Serie befindlichen teilautonomen Systeme findet man in der Premiumklasse. Wann wird es führerloses Fahren auch für die Budgetklasse geben?

Christoph Stiller: „Ich selbst fahre ein Fahrzeug der Golfklasse, das kann schon automatisch einparken. Typischerweise dauert es etwa fünf Jahre, bis eine Funktion von der Premiumklasse in die Mittelklasse Eingang findet.“

lookKIT: Hat man sich schon überlegt, was die Menschen machen, wenn sie sich in diesen Autos bewegen, die kein Lenkrad und kein Bremspedal mehr haben? Wird das nicht sehr langweilig werden?

Christoph Stiller: „Finden Sie Zugfahren langweilig? Das ist ja die gleiche Situation. Man kann Zeitung lesen, im Internet surfen, telefonieren, etwas essen oder trinken. Sogar schlafen wird möglich sein. Man wird sich freuen, dass man automatisch fahren kann und nicht mehr in der Anspannung einer ständigen Aufmerksamkeit verharren muss. Allerdings werden die Autos noch eine ganze Weile Lenkrad und Gas- und Bremspedal haben. Sodass jemand, der Spaß am händischen Fahren hat, das auch weiterhin genießen kann. Solange er niemand

anders gefährdet. Wenn das Fahrzeug allerdings in eine gefährliche Situation kommt, wird die Automatik dem Menschen zumindest kurzzeitig das Steuer aus der Hand nehmen, bis das Auto wieder in einen sicheren Zustand kommt. Dann erst wird sie ihn weiterfahren lassen.“

Excerpt in English

“There Will Be Clearly Fewer Accidents” – Professor Christoph Stiller about Autonomous Driving

Translation: Ralf Friese

In light of the many billions spent in the USA on funding programs for the development of autonomous vehicles, the establishment of the Tech Center a-drive is regarded by the Head of the Institute of Measurement and Control, Professor Christoph Stiller, as an important step in concentrating research activities in Germany in this area important to industrial policy. Cooperation of Daimler AG, the University of Ulm, the Research Center for Information Technology (FZI), and KIT under the umbrella of the Tech Center a-drive is to lead to mass production of autonomous driving functions step by step. Experts estimate that it will take at least another fifteen years before driverless vehicles will be approved for use in public traffic without human drivers. In special situations, like glare from a low sun or bad vision caused by fog, today’s sensors are not yet able to ensure faultless control of vehicles. Occasional misinterpretations of a traffic situation can occur even in sensor signal processing. Demonstrating the reliability of autonomous driving systems is another problem because even very rare mistakes must be excluded reliably. Nevertheless, autonomous vehicles have a high safety potential. 98 % of today’s accidents could be avoided if only autonomous vehicles were on the road. This makes the development of autonomous driving technologies indispensable to the future of the automotive industry.

Source:

The talk was held in German, an excerpt is available in English at the end of the interview.

Content within the current edition of the science magazine LookKIT on mobility at the Karlsruhe Institute of Technology, Edition 2/2016.

The interview was conducted by Dr. Stefan Fuchs.

Photos: Patrick Langer