Neuland

Sensibler Small Talk auf der Straße

Professor Dr. Frank Gauterin gestaltet mit seinem Forscherteam und regionalen Partnern die autonome Zukunft der Automobilität und stellt die Vision des autonomen Fahrens auf den Prüfstand.

So gut wie jeder hat es schon erlebt: Man gerät unverschuldet in einen Autounfall. Laut Statistischem Bundesamt passieren jährlich auf deutschen Straßen etwa 2,5 Millionen Unfälle. Einer der Hauptgründe für diese Unfälle ist menschliches Versagen des Unfallverursachers, wie etwa Unaufmerksamkeit, falsches Fahrverhalten oder Reaktionsunfähigkeit durch akute Gesundheitsprobleme. Die Automobilindustrie hat im Lauf der Jahre technische Lösungen entwickelt, um Unfälle zu vermeiden oder zumindest Unfallfolgen zu minimieren: von Sitzgurten und Knautschzonen über elektronische Stabilitätssysteme und Parksensoren bis hin zur automatisierten Bremsunterstützung oder Distanzregelung. Trotz ausgefeilter Assistenzsysteme stagnieren die Unfallstatistiken seit einigen Jahren, die Zahl der Unfälle geht nicht weiter zurück. Hier stößt die Technik an ihre Grenzen, denn der Mensch hinter dem Lenkrad bleibt als Unsicherheitsfaktor bestehen.

„Statt sich nur auf den Menschen zu verlassen, werden Fahrzeuge – Autos, Busse, Bahnen und Nutzfahrzeuge – miteinander sprechen. Nicht nur untereinander, sondern auch mit der gesamten Infrastruktur. Solch eine Maschinenkommunikation sorgt letztlich für mehr Sicherheit im Straßenverkehr, weniger Staus und energieeffizienteres Fahren.“ Dieses Bild hat Prof. Dr. Frank Gauterin, Leiter des Instituts für Fahrzeugtechnik am KIT, für die mobile Zukunft vor Augen. Er beschreibt damit die Grundidee des autonomen Fahrens, bei der ein Fahrzeug Daten über seine Umgebung sammelt, mit anderen Automobilen austauscht und auf Basis der Datensammlung selbstbestimmt Fahrentscheidungen trifft. Was für einige ein verunsicherndes Zukunftsszenario ist, gilt für viele andere als die unangefochtene Evolution der Mobilität. Dabei geht es jedoch nicht nur um automatisiertes Steuern eines Fahrzeugs. Vielmehr bedeutet es ein Umdenken in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens, in denen der Verkehr oder Transport eine Rolle spielt.

„Mit dem Aufbau und dem Betrieb des Testfelds Autonomes Fahren können wir einen wesentlichen Beitrag für die Mobilität der Zukunft leisten. Mobilität braucht intelligente, umweltschonende und soziale Lösungen und die Region von Karlsruhe über Bruchsal bis Heilbronn bietet für deren Entwicklung beste Voraussetzungen.“

Dr. Frank Mentrup

Im öffentlichen Personennahverkehr, bei Transport- und Lieferservices oder Parkplatzangeboten gibt es bereits viele Ideen, wie autonomes, automatisiertes Fahren zur Verbesserung eingesetzt werden könnte. Vorstellbar sind beispielsweise autonome Minibusse von der Endhaltestelle des Linienverkehrs bis vor die eigene Haustür, die automatisierte Paketlieferung über Nacht oder eigen-initiatives Auftanken von Elektroautos bei niedrigem Akkustand. Doch was nützen gute Ideen auf dem Papier, wenn man sie nicht unter realen Bedingungen ausprobieren kann – besonders bei einem Thema, dem viele Menschen das Vertrauen noch versagen. Die Autobahnen rund um Karlsruhe aber auch die innerstädtischen Verkehrsachsen sind bekannt für ihr hohes Verkehrsaufkommen und so geradezu ein Hotspot für Unfallgefahr. In Kombination mit den urbanen Strukturen der Stadt wird Karlsruhe zu dem Ort, an dem Prof. Gauterins Ideen vom Papier zur Wirklichkeit werden. Gemeinsam mit seinem Forscherteam und regionalen Partnern aus Forschung, Städten und Wirtschaft erhielt das Konsortium die einzigartige Chance, ein umfangreiches Testfeld aufzubauen. Die Region von Karlsruhe über Bruchsal bis Heilbronn wurde vom Land als Pionierregion für autonomes Fahren ausgewählt: „Im Projekt Testfeld für Autonomes Fahren Baden-Württemberg arbeiten wir gemeinsam an technischen Lösungen, einer intelligenten Infrastruktur und neuen Mobilitätskonzepten unter Realbedingungen“, erklärt Prof. Gauterin.

Das gesamte Testfeld erstreckt sich über innerstädtische Gebiete, Strecken außerhalb der Stadt sowie Schnellstraßen, Tunnelstraßen und Autobahnen im Gebiet von Karlsruhe über Bruchsal bis Heilbronn. Nach erfolgreichem Aufbau des Testfelds bis 2018 soll es auch als Anlaufstelle für etablierte Unternehmen und junge Gründungen offenstehen – neue Technologien und Geschäftsmodelle können am lebenden System erprobt werden. „Es geht nicht nur darum, Fahrzeuge zu verbessern und zu testen, sondern auch das gesamte Mobilitätssystem weiterzuentwickeln – von der technischen Infrastruktur über den öffentlichen Nahverkehr bis hin zu neuen Logistikkonzepten.“

Prof. Gauterin sieht es jedoch realistisch: „Die Umstellung auf automatisiertes Fahren geht nicht von heute auf morgen – das wird eine stufenweise Entwicklung, für die noch nicht alle technischen Fragen gelöst sind. Mit dem Testfeld Karlsruhe haben wir jedoch die Möglichkeit, Innovationen vorzubereiten“, bekräftigt Prof. Gauterin.

Pioniere im Testfeld für Autonomes Fahren

Seit 2016 fördert das Land Baden-Württemberg das Testfeld für Autonomes fahren mit 2,5 Millionen Euro. Das Projektkonsortium besteht aus den Städten Karlsruhe, Bruchsal und Heilbronn sowie den Forschungseinrichtungen FZI Forschungszentrum Informatik am KIT (Konsortialführer), Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft, dem Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) und der Hochschule Heilbronn. Ziel aller Partner ist die Inbetriebnahme des Testfelds bis Ende 2017. Unterstützt wird der Aufbau des Testfelds durch eine Vielzahl von Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft in Baden-Württemberg und darü- ber hinaus. Der Betrieb mit Sicherheitsleitzentrale, IT-Administration, Vertrieb, Accounting und Controlling wird über den Karlsruher Verkehrsverbund (KVV) als externe und neutrale Betreibergesellschaft ermöglicht. Das Konsortium selbst sowie die Partner bringen zusätzlich Eigenmittel von rund 4,2 Millionen Euro in das Vorhaben ein.

Die Pionierregion Karlsruhe lässt fahren

Seit 2013 ist Dr. Frank Mentrup Oberbürgermeister der Stadt Karlsruhe. Im Projekt „Testfeld Autonomes Fahren Baden-Württemberg“ engagierte er sich in der Antragsphase sehr und verbuchte es als persönlichen Erfolg, dass der Zuschlag dann gegen starke Konkurrenz nach Karlsruhe ging.

Dr. Frank Mentrup (Foto: Michael Bohnert)

Herr Dr. Mentrup, was fasziniert Sie persönlich an der Zukunftsvision des autonomen Fahrens?

Die Hände vom Steuer zu nehmen, ist natürlich erst einmal ungewohnt. Aber als der aus Karlsruhe stammende Automobilpionier Carl Benz 1886 seinen ersten Patent-Motorwagen anmeldete, waren auch viele Menschen skeptisch angesichts dieses lauten und stinkenden Gefährts. Jetzt befindet sich die Entwicklung der Mobilität wieder an einem wichtigen Wendepunkt. Vieles ist revolutionär neu und verspricht ein Plus an Sicherheit, Komfort und Zeitgewinn, aber vieles muss auch noch weiter getestet und geklärt werden. Bundesrat und Bundestag diskutieren ja gerade einen Gesetzesentwurf zum automatisierten Fahren. Noch sind die Autopiloten nicht so weit, dass kein Fahrer mehr erforderlich ist und alle Menschen im Auto nur Passagiere sind. Außerdem gehören zum Stadtverkehr ja auch Straßenbahnen, Fahrräder oder Fußgängerinnen und Fußgänger. Und sie alle müssen sich sicher fühlen können.

Wann werden die ersten autonomen Automobile im Karlsruher Stadtbild zu finden sein?

Sie sind schon unterwegs. Das FZI Forschungszentrum Informatik testet hier seit vielen Jahren Assistenzsysteme, die etwa das Einparken unterstützen oder Routinesituationen selbstständig meistern. Mit seinen drei autonom fahrenden Fahrzeugen gehört das FZI mittlerweile zur Weltspitze der Forschung. Aber natürlich ist immer ein Sicherheitsfahrer an Bord. Das gilt übrigens auch für alle Fahrzeuge, die im Bereich des Testfelds von Forschungseinrichtungen oder Unternehmen erprobt werden. Fahrzeuge mit Autopilot für jedermann – etwa von Tesla oder Mercedes – sind ja seit vorigem Jahr auf dem Markt und auch schon auf unseren Straßen unterwegs. Deshalb ist es wichtig, möglichst bald auf Bundesebene zu klären, wie das Zusammenwirken von Fahrer und hoch- oder vollautomatisierten Fahrfunktionen geregelt werden soll. Wer oder was ist letztendlich verantwortlich? Die Themen Sicherheit, Rechtsrahmen und Datenschutz beschäftigen uns natürlich auch beim Aufbau des Testfelds.

Wie sah Ihre Unterstützung während der Antragsphase aus?

Welche Hebel haben Sie mit dem Zuspruch des Gemeinderats in Bewegung gesetzt? In der Region Karlsruhe arbeiten schon lange zahlreiche Forschungseinrichtungen und Unternehmen an Lösungen für eine umweltfreundliche, schnelle und sichere Mobilität. Das waren ideale Voraussetzungen, um sich an der Ausschreibung des baden-württembergischen Finanz- und Wirtschaftsministerium zum Aufbau eines Testfelds zum vernetzten und automatisierten Fahren zu beteiligen. Ich habe mich sehr gefreut, dass wir schon im ersten Monat der Ausschreibung alle Akteure – auch aus Bruchsal und Heilbronn – an einen Tisch bringen und somit bereits Anfang 2016 ein Bewerber-Konsortium bilden konnten. Als Karlsruher Oberbürgermeister war es mir auch wichtig, unseren Gemeinderat einzubeziehen. Der hat im April vergangenen Jahres – kurz vor der Abgabe unserer Bewerbung – zugestimmt, dass die Stadt für das Projekt insgesamt 190.000 Euro zur Verfügung stellt. Karlsruhe unterstützt den Aufbau des Testfelds durch die spezielle Ausrüstung von Ampelsystemen, durch Personalressourcen und durch den Ausbau des kostenlosen Internetangebots KA-WLAN. Außerdem stellen wir als Mitgesellschafterin des Karlsruher Verkehrsverbunds den Betrieb des Testfelds sicher, indem wir ein eventuelles Defizit sowie das Haftungsrisiko für die Laufzeitgarantie von fünf Jahren übernehmen. Im Zuge der Bewerbung sind wir schließlich alle – unter anderem Vertreter der Forschungseinrichtungen, des KVV und ich als Stadtoberhaupt ¬– nach Stuttgart gefahren, um unser Projekt im Ministerium vorzustellen. Erfolgreich, denn wir konnten mit unseren Ideen überzeugen.

Welche Chancen eröffnet das Testfeld aus Ihrer Sicht der gesamten Region Karlsruhe, oder sogar dem Land Baden-Württemberg?

Der Aufbau und der Betrieb des Testfelds Autonomes Fahren Baden-Württemberg leisten einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Mobilität. Denn die Digitalisierung eröffnet viele Chancen, um Mobilität umweltfreundlicher, schneller und sicherer zu machen. Das ist entscheidend für die Zukunft unserer Städte und Regionen. Firmen und Forschungseinrichtungen können auf dem Testfeld zukunftsorientierte Technologien und Dienstleistungen rund um das vernetzte und automatisierte Fahren technologieoffen und unternehmensunabhängig erproben. Dabei richten wir den Blick nicht nur auf den Individualverkehr, sondern auch auf Busse oder Nutzfahrzeuge wie Straßenreinigung oder Zustelldienste. Denn Autonomes Fahren soll nicht zu mehr Individualverkehr sondern zu mehr öffentlichem Verkehr führen sowie zu einer positiven Umweltbilanz beitragen. Außerdem werden durch das Testfeld auch kleinere und mittlere Unternehmen profitieren und die Niederlassung von Firmen aus dem Mobilitäts- und IKT-Sektor wird begünstigt.

Wie könnten konkrete Anwendungen solcher automatisierten Lösungen aussehen, die den Bürgern noch mehr Lebensqualität bringen, etwa im Personennahverkehr oder in der Logistik?

Es wäre doch faszinierend, wenn wir in nicht allzu ferner Zukunft mit Hilfe unserer Smartphones entscheiden könnten, wie wir am schnellsten und umweltfreundlichsten von A nach B kommen: Ob per selbstfahrendem Elektro-Auto aus dem Sharing-Pool, per autonom fahrenden ÖPNV-Shuttle, mit Mietfahrrad und Straßenbahn oder durch eine intelligente Kombination verschiedener Verkehrsmittel. Eine App bucht und rechnet ab, vernetzte autonome Fahrzeuge aller Art warnen einander vor Kollisionen und Kontrollsysteme garantieren die Einhaltung der Verkehrsregeln. Außerdem könnten autonom fahrende Transportsysteme Lebensmittel und Waren rund um die Uhr zustellen. Automatisierte Lösungen werden also im Idealfall dazu beitragen, dass wir in Zukunft mehr freie Zeit haben, sicherer vorankommen, flexibler sind und uns auch leichter versorgen können.

Die 6 Stufen automatisierter Fahrfunktionen

Autonomes Fahren – ein Begriff, der im Automobilbereich gerade zum Technologietrend avanciert. Doch was verbirgt sich eigentlich dahinter? Ab wann ist ein Fahrzeug autonom oder automatisiert? Welche Aufgaben übernimmt das Fahrzeug selbstständig? Welche Rolle spielt dabei noch der Mensch hinterm Steuer? Diesen drängenden Fragen widmeten sich Fachleute aus Ministerien und Arbeitskreisen aufgrund der steigenden Autonomisierung im Fahrzeugbau. Im Konsens lassen sich sechs Stufen* automatisierter Fahrfunktionen zusammenfassen, von fahrergesteuert bis hin zur kompletten Autonomie des Automobils.

*Quelle: Bundesministerium für Verkehr und Digitale Infrastruktur (BMVI), Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), ADAC e. V.

Prof. Dr. rer. nat. Frank Gauterin

Professor Gauterin  ist seit 2006 am KIT tätig und leitet seitdem das Institut für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) sowie den Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik des Instituts. Darüber hinaus ist er Sprecher des Zentrums Mobilitätssysteme des KIT sowie der Profilregion Mobilitätssysteme Karlsruhe.

Der gebürtige Pforzheimer studierte Physik an der Universität in Münster und promovierte schließlich an der Universität Oldenburg. Nach fünf Jahren als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster sammelte Prof. Gauterin mehr als 15 Jahre wertvolle Erfahrungen in der Wirtschaft. Er durchlief unterschiedliche Positionen in der Forschung und Entwicklung bei der Continental AG, einem großen, international tätigen Automobilzulieferer. Zuletzt war er als Direktor im Bereich Geräusch- und Schwingungskomfort sowie Verkehrslärm mit Standorten in Deutschland, USA und Malaysia tätig.

Sein Weg führte ihn zurück in die Wissenschaft, als er 2006 zum Professor für Fahrzeugtechnik am KIT berufen wurde. In seiner Arbeit befasst er sich mit dem optimalen automatisierten Betrieb von Fahrzeugen.

Prof. Gauterin engagiert sich in einigen Verbänden und Gruppen im Kontext der Fahrzeugtechnik, wie beispielsweise der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Kraftfahrzeug- und Motorentechnik e.V. (WKM), der Arbeitsgruppe „Fahrzeug- und Verkehrstechnik“ des VDI oder die Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. (DEGA) sowie als Beirat der Landesagentur e-mobil BW GmbH.