Wenn das Auto zum Roboter wird
Drei Laserscanner, Pentium-M-Rechner sowie ein Embedded Windows XP reichen, um ein Auto autonom fahren lassen zu können. Damit schaffte es das Fahrzeug LUX der deutschen Firma Ibeo immerhin bis in den prestigeträchtigen Wettbewerb DARPA Urban Challenge. Bis autonom agierende Autos auf heimischen Straßen fahren, werden laut Holger Salow von Ibeo aber noch mindestens 20 Jahre vergehen.
Von außen sieht es wie es ganz normaler VW Passat aus, abgesehen von einer tellergroßen GPS-Antenne auf dem Dach. Selbst innen weist auf den ersten Blick nichts darauf hin, dass es sich bei dem LUX um ein vollkommen autonom agierendes Auto handelt. Erst der Notfallknopf im Cockpit, ein paar bunte Knöpfe in der Mittelkonsole und die aktenkoffergroße Stromverteilung im Kofferraum lassen erahnen, dass an diesem Kombi doch etwa mehr dran ist.
"Sie können hinten oder vorne sitzen, suchen Sie es sich aus", erklärt Holger Salow zu Beginn der Testfahrt. Wenn schon, dann fällt die Entscheidung natürlich auf den Rücksitz. Salow nimmt ebenfalls auf der Rückbank Platz. Er legt einen kleinen Kippschalter um und das Auto setzt sich in Bewegung. Zügig dreht der Kombi völlig ohne menschliche Hilfe auf dem Parkplatz hinter der Grazer Messe seine Runden.
Der Mensch sieht beim Fahren zu
Ein bewusst gesetztes Hindernis auf der Straße fährt das Auto langsam an, bleibt dann stehen und umrundet es schließlich, ein anderes Mal fährt es in einem Zug daran vorbei. Auch die Kurven werden jedes Mal anders angeschnitten und ausgefahren. "Das Auto agiert völlig autonom und sucht sich, je nach Gegebenheit, also auf Basis seiner Informationen, die am besten passende Fahrweise aus", erklärt Salow. Schon nach wenigen Runden stellt sich ein unerwartetes Gefühl ein: Eigentlich sollte man in einem fahrerlosen, aber rollenden Auto auf der Rückbank sitzend umgehend in Panik verfallen. Doch der Kombi meistert die Strecke souveräner als erwartet.
Schon keimt der dringende Wunsch auf, das System für die nächste lange Autofahrt umgehend zu ordern, doch Salow dämpft den Enthusiasmus: "Das Auto hat zwar eine Straßenzulassung, ganz alleine darf es aber trotzdem nicht fahren." Für die offizielle RoboCup-Eröffnung fuhr der Wagen zwar vom Software-Institut der TU Graz durch die Stadt zum Messegelände, der Weg dorthin war allerdings von der Polizei abgesperrt. Grund dafür seien die fehlenden Gesetze: "Wer ist schuld, wenn alle hinten sitzen und Marke A fährt gegen Marke B? Solche Situationen wollen die Firmen natürlich vermeiden."
Laserscanner tasten den Weg ab
Es sei auch nie geplant gewesen, das System in dieser Form zum Kauf anzubieten. Ibeo habe bei der vom US-Militär veranstalteten DARPA Urban Challenge einfach zeigen wollen, dass man den Wettbewerb auch mit wenig Hard- und Software und nur mit den eigenen Laserscannern schaffen kann. Und das ist grundsätzlich gelungen: Drei Ibeo-LUX-Laserscanner, je einer bei den Nebelscheinwerfern und einer in der Mitte der hinteren Stoßstange eingebaut, tasten die Umgebung in 0,1-Grad-Schritten alle 80 Millisekunden auf bis zu 250 Meter Distanz ab.
Vier Rechner an Bord
Der erste Rechner verarbeitet die Daten der Laserscanner, der zweite ist das "Hirn" des Systems und berechnet zum Beispiel die Karte und die Route, der dritte ist der Monitor und der vierte gibt nach einem Plausibilitätscheck das endgültige Go, damit das Auto sich auch wirklich in Bewegung setzt.
Die dabei entstehenden Daten werden von einem Pentium-M-Rechner mit 512 MB Arbeitsspeicher und einer Compact-Flash-Karte mit 128 MB Kapazität als Massenspeicher verarbeitet. Als Betriebssystem kommt ein abgespecktes und laut Salow "unverwüstliches" Embedded Windows XP zum Einsatz, das 110 MB groß ist. Die Entscheidung für Windows sei bewusst gefallen, denn "wir wollten zeigen, dass das System auch mit niedrigen Update-Raten und ohne Echtzeitsystem zuverlässig funktioniert".
Im toten Winkel
Im Gegensatz zu anderen Teilnehmern der DARPA Urban Challenge ist der Kofferraum des Ibeo-Fahrzeugs erstaunlich leer und aufgeräumt. Die insgesamt vier Recheneinheiten sind unter dem Einlegeboden versteckt, im Kofferraum liegt nur die Powerbox, die die Stromversorgung regelt. Dafür reicht die vorhandene Lichtmaschine: Die ersten drei Rechner brauchen ungefähr so viel Strom wie zwei Bremsleuchten, der vierte ist ein ohnehin genügsamer Mikroprozessor.
Der vordere Scanbereich des Ibeo LUX. Die Scanner messen, wie lange der Lichtstrahl braucht, um von den Objekten reflektiert zu werden. Darüber kann die genaue Distanz errechnet werden.
Die Scanner können aufgrund ihrer Positionierung und ihres Radius (vorne 220 Grad, hinten 160) allerdings nicht die gesamte Umgebung des Autos erfassen: Im vorderen Bereich bleibt ein kleiner Teil "blind", und auch die gesamten Flanken des Autos werden nicht abgetastet. "Diese Lücken schließen wir durch Gedächtnis", erklärt Salow. Grundsätzlich berechnen die Scanner aus den erfassten einzelnen Punkten, was sich in ihrer Umgebung befindet, inklusive Länge, Richtung, Größe und Alter, das bedeutet, wie lange sich der Gegenstand bereits im erfassten Bereich befindet. Das werde im Gedächtnis des Autos mitgeführt.
Designziel Sicherheit
"Selbst wenn wir etwas gerade nicht sehen, wissen wir so, das es da ist. Wenn Sie zum Beispiel auf der Autobahn auf der Mittelspur fahren und das Auto links überholen will, können Sie aus der vorherigen Beobachtung des Verkehrs Schlüsse ziehen. Denn wenn ein Auto von hinten in diese Lücke hineinfährt, aber nicht wieder rausgekommen ist, können Sie daraus schließen, dass es noch links von Ihnen sein muss." Allerdings gilt das nur für den Fall, dass das Auto entsprechende Informationen auch sammeln konnte.
"Wenn wir nicht hundertprozentig wissen, was los ist, weil wir zum Beispiel das Auto gerade neu gestartet haben und die Sensoren noch nichts erfassen konnten, gehen wir zur Sicherheit davon aus, da ist jemand. Denn es sitzt ja niemand hinter dem Steuer, der das überprüfen kann." Grundsätzlich sei die Software sehr stark auf Sicherheit ausgelegt, denn es sei das erklärte Ziel gewesen, dafür die Straßenzulassung zu erhalten. Daher seien alle Systeme redundant ausgelegt, sowohl die Soft- als auch die Hardware.
Zurückhaltung als Nachteil
Probleme beim Neustart
Ibeo schaffte es bei der DARPA Urban Challenge, dem wichtigsten Wettbewerb für autonom agierende Automobile, nicht ins Finale, auch wenn das Fahrzeug bei den Vorentscheidung sehr gut abgeschnitten habe, erzählt Salow. Leider habe die Automatik in einem der besonders selten auftretenden Fälle den Motor abgewürgt: "Darauf waren wir nicht vorbereitet, das Auto konnte sich nicht selbstständig neu starten."
Das Sicherheitsdenken habe auch Nachteile: "Ich kann mir nicht vorstellen, dass das Auto im Pariser Stadtverkehr, wo es sehr eng zugeht und viel gedrängelt wird, wirklich überleben kann. Wir haben als minimalen Abstand nach links und rechts fünf Zentimeter angegeben, nach vorne drei Meter. Es würde in Paris buchstäblich verhungern", auch wenn es laut Salow so viele Möglichkeiten zum Entscheiden eingetrichtert bekommen habe, dass es selbst den Entwicklern manchmal schwer falle zu verstehen, wie das Auto auf die eine oder andere Entscheidung gekommen ist. "Das hört sich jetzt komisch an, aber manchmal glauben wir, dass er einen freien Willen entwickelt, was er natürlich nicht hat. Aber es fühlt sich so an."
Abgesehen davon gibt es noch weitere Einschränkungen: So können die Scanner zwar Linien erfassen und zwischen Hell und Dunkel unterscheiden, die Bedeutung einer Stopptafel und einer Ampel können sie allerdings nicht verstehen. Das sei bei dem Bewerb auch nicht nötig gewesen, so Salow, im normalen Verkehr sei das aber selbstverständlich notwendig. Dafür bräuchte es eine Bildverarbeitung, die zum Beispiel Farben erkennen kann, die allerdings auch deutlich mehr Rechenkapazität benötigt. Alternativ könnte eine Ampel von sich aus auch über andere Kanäle kommunizieren, ob sie nun auf Rot oder Grün steht.
Elektronische Assistenten
Grundsätzlich sei die eigentliche Technologie der Laserscanner aber ausgereift, so Salow, und komme in Fahrassistenzsystemen auch schon zum Einsatz. Autonom agieren können und dürfen diese allerdings nicht, der Fahrer sei immer "auf Loop", also in den Entscheidungsprozess eingebunden, erklärt Salow. "Der Mensch muss dabei immer noch Gas geben und bremsen. Die Assistenzsysteme heute sind so angelegt, dass immer der Fahrer schuld ist." Auf lange Sicht müsse sich das allerdings ändern, die Technik sei heute so weit, so dass sie bereits aktiv Unfälle und damit Tote verhindern könne, dazu müsse den Maschinen mehr eingeräumt werden. Entsprechende Bestrebungen gebe es bereits.
Als Beispiel nennt Salow Kollissionsvermeidungssysteme: "Wenn ein Kind auf die Straße läuft, reagiert die Technik schneller als ein Mensch, der inklusive Schrecksekunde und Entscheidungsvorgang drei Sekunden brauchen kann, bis er reagiert. Auf niedrigster Stufe macht das System eine Vollbremsung, im schlimmsten Fall knallt dann hinten einer drauf." Die Technik sei aber bereits so weit, so dass sie auch erkennen kann, ob es die Möglichkeit zum Ausweichen gibt - das erfordere allerdings einen Lenkeingriff. "Und da geht es schon los, wo man die Gesetzgebung anpassen muss."
Mindestens 20 Jahre werde es dauern, bis Autos autonom fahren könnten, meint Salow, dann könne man rein technisch wirklich sicher fahren. Rechtlich gesehen werde es aber länger dauern und auch die Akzeptanz in der Bevölkerung müsse vorher noch steigen: "Der Mensch braucht eine Weile, bis er sich daran gewöhnt und muss positive Erfahrungen damit machen."
(futurezone/Nadja Igler)