Autonome E-Mobilität – geht das?

Die Weiterentwicklung des autonomen Fahrens und der E-Mobilität liegt vielleicht gar nicht so weit in der Zukunft wie gedacht: Aktuell arbeitet unter der Leitung der RWTH Aachen ein Zusammenschluss deutscher Hochschulen an der Kombination beider Themen. Welcher Fokus im Projekt UNICARagil gesetzt wird und wie die Forscher an die Herausforderung herantreten, berichtet Prof. Lutz Eckstein.

Prof. Eckstein – autonomes Fahren und E-Mobilität sind die wichtigsten Themen der Mobilität. Warum kommt es erst jetzt zu einem Projekt, das beides miteinander kombiniert?
Beide Technologien könnten weiterhin unabhängig voneinander erforscht werden. Die Kombination der beiden mit dem Ziel, eine emissionsfreie, autonome und urbane Mobilität darzustellen, ist aber sehr sinnvoll. Das E-Fahrzeug eignet sich aufgrund der sehr guten Regelbarkeit elektrischer Antriebe besonders gut für die Automatisierung. Das Projekt UNICARagil bietet uns die Möglichkeit, das volle Potenzial der Kombination dieser Technologien zu erforschen und neue Ansätze für die Entwicklung solcher automatisierter Elektrofahrzeuge zu verfolgen.

Wie gehen die Projektmitarbeiter nun an diese ehrgeizige Aufgabe heran?
Die Zukunft unserer Mobilität aktiv mitgestalten zu können, motiviert unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, in den kommenden Jahren für das automatisierte elektrische Fahren Technologien zu erforschen und erlebbar zu machen. Die fachbereichsübergreifende Zusammenarbeit der Projektmitarbeiter wird anhand der Arbeitspakete, aber auch der zu gestaltenden Domänen strukturiert und durch den Projektleiter, Herrn Woopen, koordiniert, der sich eng mit dem Steuerkreis und mir abstimmt. Bereits im ersten Jahr wird die Konzeption des Gesamtsys­­tems abgeschlossen sein.

Das Projekt wird in einem Hochschulnetzwerk durchgeführt: Welche Hochschule hat dabei welche Aufgabe übertragen bekommen?
In einem Projekt dieser Größenordnung fallen zahlreiche Aufgaben an, an denen die verschiedenen Hochschulen, aber auch die beteiligten Unternehmen gemeinsam arbeiten. So ist die RWTH Aachen neben der Leitung des Projekts maßgeblich für die Realisierung der Fahrzeugplattform, der Ausprägung des AUTOshuttle und für die Einbindung und Entwicklung der Cloud zuständig. Die TU Darmstadt ist gemeinsam mit der TU Braunschweig für die AUTOelfe verantwortlich. Die TU Braunschweig bearbeitet dabei das Thema funktionale Sicherheit. Die TU Darmstadt beleuchtet die IT-Sicherheit und die Bewegungsregelung sowie die Absicherung der Fahrfunktionen. Das Karlsruher Institut für Technologie realisiert das „AUTOliefer“ genannte Lieferfahrzeug, das einer mobilen Packstation gleicht. Zentraler Bestandteil der Karlsruher Forschung ist außerdem die Entwicklung der autonomen Fahrfunktion gemeinsam mit der Universität Ulm, welche unter anderem die Sensormodule für die autonomen Funktionen entwickelt.

Die TU München verantwortet neben der Ergonomie, der Mensch-Maschine-Interaktion und der Leitwarte den Aufbau der vierten Ausprägung, des AUTOtaxi. Die Universität Stuttgart hat im Projekt die Verantwortung für die mechatronische Architektur in allen Fahrzeugen. Die Industriepartner ATLATEC GmbH, flyXdrive GmbH, iMAR Navigation GmbH, IPG Automotive GmbH, Schaeffler Technologies AG & Co. KG und VIRES Simulationstechnologie GmbH unterstützen die Universitäten in zahlreichen Aufgabengebieten und tragen modernste Technologien bei.

Da Sie nun an der Zukunft der autonomen E-Mobilität arbeiten: Welche Nachteile hat das Konzept aktuell?
Wir denken die Zukunft der Mobilität neu. Daher lösen wir uns von bewährten Prinzipien der Automobilentwicklung und nehmen Anleihen aus der IT-Industrie, um eine möglichst einfache Aktualisierbarkeit und Erweiterbarkeit der automatisierten Fahrfunktionen zu erreichen. Mit der Modularität des Konzepts adressieren wir maßgeblich das Thema der Absicherung der Fahrfunktionen. So ist es momentan üblich, das gesamte Fahrzeug mittels vieler Hunderttausend Versuchskilometer abzusichern. Ziel unseres Ansatzes ist es, einzelne Module separat absichern zu können, sodass ein Austausch und die Ergänzung einzelner Software- und Hardwarekomponenten möglich ist, ohne das Gesamtfahrzeug viele Millionen Kilometer testen zu müssen, wie es auf Grundlage statistischer Betrachtungen eigentlich erforderlich erscheinen würde.

Werden Elektroantriebe mit autonomem Fahren miteinander kombiniert, könnte der Anteil der Kabelverbindungen stark ansteigen – führt das zu Herausforderungen?
Durch die Gestaltung der neuen Elektrik-/Elektronik-Architektur wird sich die Komplexität des Datenbordnetzes und damit auch der Datenleitungen drastisch reduzieren, da die Zahl der Steuergeräte von zirka 80 bis 100 in aktuellen Personenkraftwagen auf ungefähr 10 abnehmen wird. Natürlich erhöht eine steigende Intelligenz im Fahrzeug die benötigte Rechenleistung und bedingt damit auch eine leistungsfähige Kommunikation zwischen den Recheneinheiten. Das elektrische Energiebordnetz muss neben den vier Dynamikmodulen, die das Fahrzeug lenken, bremsen und antreiben, natürlich auch die Sensoren, Steuergeräte und weitere Aktuatoren versorgen und zudem fehlertolerant sein, was dessen Umfang sicher etwas ausweiten wird. Die daraus resultierenden Herausforderungen halten wir aber für lösbar.

„Wir müssen uns von den bewährten Prinzipien der Automobilentwicklung lösen“

Aus welchem Material wird das Auto der Zukunft bestehen?
Das Auto der Zukunft wird zweifelsohne aus verschiedenen Materialien bestehen – also Multimaterialbauweise. So wird in der Struktur der Plattformen überwiegend Stahl und Aluminium verwendet werden. Für die Aufbauten kommt eine anforderungsgerechte Mischung aus Stahl, Aluminium, Kunststoffen und recyclebaren Materialien in Frage.

Batterien haben noch das Problem der Schwermetalle – steht das ebenfalls in Ihrem Fokus?
Die Zusammensetzung der Batterie und damit die Zellchemie steht nicht im Fokus des Projekts. Wir werden natürlich bei der Auswahl geeigneter Batteriezellen nicht nur auf deren Energie- und Leistungsdichte achten, sondern auch auf deren Umweltverträglichkeit.

Just vor einigen Tagen kam in Arizona eine Fußgängerin ums Leben, die von einem autonom fahrenden Kfz von Uber in einen Unfall verwickelt wurde – trotz eines Testfahrers an Bord.
Der Tod der Fußgängerin ist natürlich sehr tragisch. Zunächst müssen dort die genauen Ursachen ermittelt werden. Aus Sicht der im Projekt beteiligten Professoren war der Unfall zwar möglicherweise nicht gänzlich vermeidbar, doch hätte eine Reaktion der Sicherheitsfahrerin oder der automatisierten Fahrfunktion die Kollision stark abmildern können. Für unser Projekt zeigt es auf, dass die Sicherheit der Funktionen richtigerweise im Fokus der Entwicklung steht. Tödliche Kollisionen mit Fußgängern und Radfahrern werden durch ein autonomes Fahrzeug nicht gänzlich vermeidbar sein, da auch dieses nicht unendlich schnell und stark verzögern kann. Die Grenzen der Physik gelten sowohl für den menschlichen Fahrer als auch ein automatisiertes Fahrzeug, doch letztgenanntes wird im Regelfall schneller und stärker reagieren können, als es ein durchschnittlicher Fahrer kann. Für das Testen von automatisierten Fahrfunktionen ist eine Kombination von Methoden erforderlich: Die Simulation wird eine zunehmende Rolle spielen, aber es werden auch abgeschlossene Testareale benötigt, auf denen kritische Verkehrsszenarien realistisch aber gefahrlos dargestellt werden können. So wird in Aldenhoven das Testgelände CERMcity erbaut, welches innerstädtische Szenarien adressiert. Hier können unter sicheren Bedingungen Tests durchgeführt werden.

Müssen Fußgänger sich zukünftig an glasklare Regelungen halten, da sonst die Mustererkennung in autonome Fahrzeuge zu Unfällen führt?
Dies sollte sicherlich nicht die Folgerung aus dem Unfall sein. Autonome Fahrzeuge müssen in der Lage sein, jegliche Gefahr – auch abseits der gekennzeichneten Überwege – zu erkennen und an­gemessen zu reagieren. Die Laser- und Radar-Sensorik, die im Unfallfahrzeug installiert war, ist prinzipiell in der Lage, auch in der Nacht querende Fußgänger zu erkennen. Die Auswertung der Sen­sordaten muss mit unterschiedlichen Prinzipien und Algorithmen erfolgen – neuronale Netze sind sicher ein wertvoller Ansatz, sollten aber nur eines von mehreren Verfahren sein.


Lutz Eckstein, Autonomes Fahren und E-MobilitätProfessor Lutz Eckstein promovierte im Jahr 2000 auf dem Gebiet der Fahrzeugführung und -regelung an der Universi­- tät Stuttgart. Seit 2010 leitet er den Lehrstuhl und das Ins­titut für Kraftfahrzeuge der RWTH Aachen. Zeitgleich ist er Vorsitzender des Beirats der fka mbH (Forschungsgesellschaft Kraftfahrzeugwesen Aachen), Mitglied der VDI-Beirats Fahrzeug- und Verkehrstechnik und mehr.

Mehr Informationen zu seiner Person auf der Website der RWTH Aachen.

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