Autonomes Fahren 2024: Alles über SAE-Level, Technologien & Zukunft

Was bedeutet autonomes Fahren? Wie unterscheiden sich die fünf SAE-Level? Wann kommt das selbstfahrende Auto ohne Fahrer, Lenkrad und Pedale?

Über Elektroautos, die fahrerlos durch Innenstädte fahren, wird derzeit viel berichtet. Autonomes Fahren ist einer der wichtigsten Zukunftstrends der Automobilbranche. Der Autopilot aus dem Flugzeug wird quasi auf selbstfahrende Autos oder LKWs übertragen – doch, bis die höchste Stufe autonomen Fahrens (SAE-Level 5) erreicht ist, wird es noch dauern. Zu unterscheiden sind Fahrassistenzsysteme einerseits und solche Technologien, die vollständig autonomes Fahren ermöglichen sollen anderseits.

Dieser Artikel liefert alles Wissenswerte über SAE-Level, Selbstfahr-Technologien und die Zukunft des teilautomatisierten, hochautomatisierten und autonomen Fahrens. Wann ist mit dem Durchbruch zu rechnen?

Was ist autonomes Fahren?

Systeme für autonomes Fahren ermöglichen es Fahrzeugen und anderen Transportmitteln, sich ohne menschliche Eingriffe sicher im Straßenverkehr zu bewegen. Dabei ist die Haftungsfrage bei Unfällen noch nicht abschließend geklärt, in Deutschland wird jedoch diskutiert, ob bei eingeschaltetem autonomen System der Hersteller haftet.

Die Zukunftstechnologie gibt den Besitzern oder Insassen eines selbstfahrenden Autos Zeit zurück – Zeit, die bislang damit vergeudet wurde, sich auf den Verkehr in der Stadt, auf der Landstraße oder der Autobahn zu konzentrieren. Statt dies zu tun, versprechen autonome Autos neue Freiräume zum Arbeiten, Diskutieren, Spielen, Lesen oder Entspannen.

Gerade für Pendler, die jeden Tag zwei Mal lange strecken fahren, womöglich im Stau feststecken, kann Fahr-Autonomie ein Heilsbringer sein. Findige Ingenieure beschäftigen sich schon seit den 50er Jahren mit der Idee des autonomen Fahrens – aber schafft das selbstfahrende Auto jetzt in Verbindung mit Digitalisierung und dem Elektroantrieb den Durchbruch?

Die Wahrscheinlichkeit, dass es bald gelingen wird, autonome Autos auf die Straße zu bringen, steigt durch die Erfolge der Künstlichen Intelligenz in jüngster Vergangenheit – damit wird es möglich, neuronale Netze so zu trainieren, dass selbstfahrende Autos möglich werden.

Dabei werden insgesamt fünf Autonomiestufen unterschieden.

Stufe 1 bis 5: Selbstfahrendes Auto Schritt für Schritt erklärt

Es gibt fünf SAE-Level, die die Industrie festgelegt hat. Diese erklären im Grunde den Übergang vom „automatisierten“ zum „autonom“ fahrende Auto. „Automatisiert“ meint eher Fahrassistenzsysteme, während „autonom“ das Transportmittel meint, das Mobilität ganz ohne Fahrer, Sicherheitsfahrer und womöglich auch technische Überwachung umfasst.

Stufe 1 (SAE-Level): Assistiertes Fahren

Fahrassistenzsysteme haben die meisten Autos – ganz gleich ob Benziner, Diesel oder Elektro – schon heute verbaut. Dazu zählen etwa ein Tempomat, der die Geschwindigkeit hält und gleichzeitig den Abstand zum Vordermann kontrolliert. Dabei soll der Fahrer das Lenkrad immer festhalten und den Verkehr im Blick behalten – denn diese Systeme funktionieren oft bei schlechten Wetterbedingungen nicht zuverlässig.

Stufe 2: Teilautomatisiertes Fahren

Während viel über Level-4- oder gar Level-5-Autonomie diskutiert wird, sind, einige Autos auf Stufe 2 oder SAE-Level 3 des autonomen Fahrens angekommen. Hierzu zählen etwa einzelne (Oberklasse)-Fahrzeuge von Mercedes, BMW, Audi, Volkswagen oder Tesla mit seinen Autopilot bzw. Full Self Driving-Funktionen. Aber: Mittlerweile sind entsprechende Systeme (Fahrassistenzsysteme zum automatisierten Fahren) auch in erschwinglicheren Elektroautos verbaut – etwa im Nissan Leaf, dem Hyundai Kona oder dem Kia eNiro.

Typischerweise können solche Autos auf der Autobahn autonom geradeaus fahren, haben einen Spurassistent, regeln den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug. Dabei übernimmt das Level-2-Fahrzeug im Stau teilweise das komplette Handling. Entscheidend bei einem solchen System ist aber: Der Fahrer – ganz gleich, ob in einem BMW, einem Volkswagen oder einem BYD – ist voll verantwortlich. Die Haftung liegt also bei Level 2 nicht beim Hersteller.

Stufe 3: Hochautomatisiertes Fahren

Bei der Level 3-Autonomie übernimmt das Auto die Fahrt fast komplett alleine. Insbesondere auf der Autobahn können Überholmanöver selbständig durchgeführt werden, um auf der bevorzugten Geschwindigkeit im Verkehr mit schwimmen zu können. Gibt es ein Problem, muss der Fahrer allerdings jederzeit übernehmen können. Ab Stufe 3 beginnt das Auto, mit seiner Umwelt zu kommunizieren.

Technologisch sind mehrere Autobauer längst an diesem Punkt angekommen. Es gibt unzählige Videos, die etwa Autobahnfahrten des Tesla Model S oder des Tesla Model III zeigen. Aber auch Mercedes-Autos oder Audi-Fahrzeuge sind teilweise darauf vorbereitet. Die Grenze sind aber noch die Autobahn-Abfahrten: Spätestens dann muss der Fahrer wieder das Zepter in die Hand nehmen.

Stufe 4: Voll-Autonomes Fahren

In Kürze wird der Sprung zu Stufe 4 erwartet. Eigenständiges Einparken ist dann kein Problem mehr – sowohl auf der Landstraße als auch in der Stadt ist das Auto quasi alleine unterwegs. Dem Fahrer wird die Zeit geschenkt – er kann arbeiten, einen Film schauen oder sich mit den Kindern beschäftigen. Genau diese Möglichkeiten sind der Grund, warum viele Elektroautos inzwischen eher einem Wohnzimmer oder einer Lounge gleichen: Beispielsweise mit Vordersitzen, die gedreht werden können.

Das Auto Level 4 ist mit seiner Umwelt verbunden, meldet also beispielsweise Rot- und Grünphasen von Ampeln an andere Automobile oder kündigt Spurwechsel an.

Stufe 5: Fahrerloses Auto

Das Nonplusultra ist mit Stufe 5 erreicht. Es sind PKW oder LKW, die keinen Fahrer mehr benötigen. Die Fantasie, wie solche Fahrzeuge den Alltag erleichtern können, ist beinahe grenzenlos: Innenstadt-Geschäfte mit eigenen Flotten können ihre Kunden mit solchen Funktionen in den Shop holen und auf dem Weg dorthin bereits die passenden Produkte anzeigen.

Insbesondere der „Letzte-Meile“-Transportverkehr wird durch Transporter ohne Fahrer revolutioniert. Touren können ganz anders disponiert werden, es muss keine Rücksicht auf den frierenden Fahrer genommen werden. Heute gibt es bislang kleine Roboter, die in der Lage sind, Bürgersteige zu überwinden und etwa eine Pizza oder ein anderes Mittagessen auszuliefern.

Die größte Hürde für Level-5-Autonomie ist, dass GPS-Daten nicht mehr ausreichen, weil diese nur eine Auflösung von zwei bis zehn Metern liefern. Kartenhersteller wie Here, TomTom oder Google arbeiten daher daran, die Städte auf den Zentimeter genau zu vermessen bzw. reale Abbilder der Städte zu erstellen. Alle öffentlichen Straßen müssen erfasst werden.

Eine weitere Voraussetzung für selbstfahrende Autos ohne Fahrer ist die flächendeckende Verfügbarkeit der 5G-Funktechnologie. Denn im Straßenverkehr der Zukunft werden Ampeln, Straßenlaternen und andere Fahrzeuge miteinander vernetzt, um miteinander kommunizieren zu können. Das erzeugt gigantische Datenmengen, die nur über den schnellsten Mobilfunkstandard 5G abgedeckt werden können.

Sensoren für entsprechende Autos

Beim autonomen Fahren ist den Einbau verschiedener Sensoren im Automobil Voraussetzung. Dabei sind vor allem folgende Sensoren zu unterscheiden:

• LiDAR (Light Detection and Ranging): Diese LiDAR-Sensoren dienen zur Messung von Abständen und Relativgeschwindigkeit, basierend auf ultravioletten oder infraroten Strahlen oder sichtbarem Licht.
• Radar: Messung von Abstand und Relativgeschwindigkeit, basierend auf Mikrowellen.
• Ultraschallsensoren: Abstandsmessung für den Nahbereich.
• Infrarot-Kamera: Nachtsichtsysteme mit Personen- und Wildtiererkennung.

Rechtliche Situation des unabhängig lenkenden Autos

Aus rechtlicher Sicht sind vor allem Haftungsfragen und ethische Fragen zu klären: Wer trägt die Schuld, wenn autonomes Fahren zu einem Unfall führt? Grundsätzlich wird die Datensammlung dazu führen, dass die Schuldfrage leichter geklärt werden kann als durch Zeugenbefragungen durch die Polizei oder einen Gutachter. Allerdings sind hier viele Fragen noch nicht geregelt, was in den kommenden Jahren passieren muss.

Interessant wird dabei vor allem die Übergangsphase, wenn noch nicht alle Fahrzeuge miteinander vernetzt sind und sozusagen alte und neue Welt aufeinanderprallen.

Die Zahl der Sensoren- und Autohersteller, die selbstfahrende Automobile vorantreiben, ist sehr groß. Letztlich hat ein Wettrennen darum begonnen, wer zuerst sicher entsprechende Fahrzeuge anbieten kann. In den USA gibt es bereits die ersten Services mit selbstfahrenden Autos. Im deutschen Monheim soll ab Herbst 2019 ein autonomer Bus mit der Technologie des französischen Cleantech-Unternehmens Easymile fahren.

Ziel der Industrie ist es, bis 2025 Level 5-Fahrzeuge auf dem Markt zu haben. Bis ein Land mit mehr als 50 Prozent Autos mit selbstfahrenden Eigenschaften ausgestattet ist, dürften aber weitere zehn Jahre vergehen.

Wird individuelle Massenmobilität durch autonome Autos erschwinglicher?

Autonomes Fahren hat das Potenzial, die Kosten für Mobilität in Zukunft deutlich zu senken. Durch den Einsatz von selbstfahrenden Autos wie Robotaxis und Roboshuttles könnte die Mobilität bis zum Jahr 2030 wesentlich erschwinglicher werden. Dies könnte durch geringere Betriebskosten, einen reduzierten Bedarf an eigenem Autobesitz und eine effizientere Nutzung des Verkehrs erreicht werden.

Es wird prognostiziert, dass der Markt für Fahrerassistenzsysteme (automatisiertes Fahren) und vollautonome Fahrzeuge bis zum Jahr 2035 von rund 50 Milliarden US-Dollar auf 300-400 Milliarden US-Dollar ansteigen wird. Dieses Wachstum wird hauptsächlich von autonomen Funktionen der Stufe 4 erwartet, die das fahrerlose Fahren unter bestimmten Bedingungen ermöglichen.

Die Umstellung wird auch umfassende Veränderungen im Mobilitätssektor mit sich bringen. Die Entwicklung von softwaredefinierten Fahrzeugen und die Anpassung der Geschäftsmodelle werden für Automobilunternehmen entscheidend sein, um in einer autonomen Welt erfolgreich zu sein.

Während autonomes Fahren das Potenzial hat, die Kosten zu senken und die Mobilität erschwinglicher zu machen, müssen verschiedene Faktoren wie Regulierung, Sicherheit und die Integration autonomer Fahrzeuge in die bestehende Verkehrsinfrastruktur berücksichtigt werden.

Auch der Think Tank RethinkX mit Tony Seba an der Spitze geht davon aus, dass das Geschäftsmodell des Transport as a Service den Verkehrssektor vollständig umkrempeln wird.

Autonome Flottenfahrzeuge gegen den Klimawandel?

Autonomes Fahren kann eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung des Klimawandels spielen. Durch optimierte Fahrverhaltensweisen und die Reduzierung von Verkehrsstaus können autonom fahrende Fahrzeuge dazu beitragen, die Treibhausgasemissionen zu verringern. Wenn zudem elektrische Fahrzeuge mit autonomer Technologie kombiniert werden, kann dies zusätzlich zur Reduzierung von CO₂-Emissionen beitragen.

Autonome Fahrzeuge können auch zu einem effizienteren Fahrverhalten beitragen, indem sie sanfteres Beschleunigen und Bremsen ermöglichen. Dadurch wird der Kraftstoffverbrauch und damit auch die Emissionen reduziert. Zudem können autonom fahrende Fahrzeuge die Routenoptimierung verbessern und die Standzeiten verringern, was zu einer weiteren Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und Umweltauswirkungen führt.

Des Weiteren können geteilte autonome Mobilitätsdienste wie Ride-Sharing und Car-Sharing dazu beitragen, die Anzahl der Fahrzeuge auf den Straßen zu reduzieren. Dadurch werden weniger Fahrzeuge produziert und potenziell weniger Parkplätze benötigt, was wiederum zu Umweltvorteilen in Bezug auf Ressourcenverbrauch und Flächennutzung führt.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass der tatsächliche Einfluss des autonomen Fahrens auf die Umwelt von verschiedenen Faktoren abhängt, wie zum Beispiel der Energiequelle für elektrische Fahrzeuge und dem Grad der Integration autonomer Fahrzeuge in nachhaltige Verkehrssysteme. Daher ist ein ganzheitlicher Ansatz wichtig, der sowohl die Technologie als auch das gesamte Mobilitätssystem berücksichtigt, um das volle klimarelevante Potenzial des autonomen Fahrens zu nutzen.

(Dieser Beitrag über autonomes Fahren entstand am 4. April 2019. Die letzte Erneuerung ist vom 27. August 2023.)