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Stufen des automatisierten Fahrens

Erstellt am: 01.06.2017 | Stand des Wissens: 28.12.2023
Synthesebericht gehört zu:

Die Zuverlässigkeit automatisierter Fahrzeuge unterscheidet sich nach dem Grad der Übernahme der Fahraufgabe durch die Fahrzeugsysteme. Der Übergang vom selbstständigen Führen eines Fahrzeugs durch den Menschen hin zur vollständigen Übernahme der Aufgabe durch das Fahrzeug erfolgt in mehreren Stufen. Die Vorstufe zum automatisierten Fahren ist dabei der Einsatz von Fahrerassistenzsystemen, welche den Fahrenden informieren, warnen, ihm oder ihr zusätzlichen Komfort bieten oder in Notfallsituationen vollständig Fahraufgaben übernehmen [GSW2015].
Innerhalb der Entwicklung der Fahrzeugautomatisierung werden die Begriffe automatisiertes Fahren und "autonomes Fahren" unterschieden. Als automatisiertes Fahren werden die Stufen bezeichnet, bei denen der Mensch bis zu einem bestimmten Grad noch Fahraufgaben übernimmt. Beim autonomen Fahren werden schließlich alle Fahraufgaben vom Fahrzeug übernommen (vgl. Abbildung 1).
Stufen_aut_Fahren.pngAbbildung 1: Stufen der Fahrzeugautomatisierung [BMVI15r; Gass12]
Die genaue Definition der einzelnen Stufen kann sich dabei zwischen einzelnen Organisationen - zum Beispiel von der Society for Automobile Engineers (SAE) und der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) - unterscheiden. Die Definition der SAE unterteilt in die in Abbildung 1 dargestellten 6 verschiedenen Felder. Die BASt hingegen, unterscheidet für eine einfachere Nutzerkommunikation nur zwischen 3 verschiedenen Modi. Diese lassen sich ebenfalls in Abbildung 1 erkennen. Die Felder, die innerhalb des blauen Kastens liegen, fallen nach der BASt in den Automatisierten Modus, während die Felder links des Kastens dem Assistierten Modus und die rechts des Kastens dem Autonomen Modus entsprechen.
Die in den Definitionen genutzten Kriterien zur Unterscheidung der einzelnen Stufen, sind im Folgenden gelistet [Fraun15]:
  • Übernahme der Längs- und Querführung Beschleunigung/Verzögerung und Lenkung,
  • Dauer der Automatisierung,
  • Überwachung des Systems durch den Fahrenden,
  • Möglichkeit von Nebentätigkeiten,
  • Rückfallebene bei Erreichen der Systemgrenze,
  • Übernahmebereitschaft,
  • Erkennen von Systemgrenzen,
  • Überführung in den risikominimalen Zustand durch das System,
  • Übergang Fahrender Nutzender.
Die dreistufige Unterteilung der BASt unterscheidet zwischen verschiedenen Rollen, die der Fahrende eines Fahrzeugs einnimmt [BASt21g]:

Assistierter Modus:
Es gibt bereits zahlreiche Funktionen, die den Fahrenden beim Ausüben seiner Fahraufgabe unterstützen. Fahrerassistenzsysteme wie ein Abstandsregeltempomat oder ein Spurhalteassistent sind zwar in der Lage die vom Fahrenden gewünschte Quer- und Längsführung des Fahrzeuges zu übernehmen, jedoch muss das System jederzeit vom Fahrenden überwacht und situationsgerecht korrigiert werden. Das FAS selbst ist nicht in der Lage die gesamte Fahrsituation zu verstehen und muss daher vom Fahrzeugführenden eingesetzt und überwacht werden.
Die vermehrte Implementierung verschiedenster Fahrassistenzsysteme hat bereits einen Einfluss auf das subjektive Fahrgefühl. Die teilweise - kontinuierliche Übernahme der Fahrzeugführung durch FAS erzeugt beim Fahrenden ein falsches Sicherheitsgefühl. Die Verantwortung für die Fahraufgabe liegt noch immer beim Fahrenden, auch wenn FAS permanent unterstützen.
Automatisierter Modus:
Dieser Modus zeichnet sich in erster Linie durch die geänderte Rolle des Fahrenden aus. Innerhalb der Verkehrssituation, für welche das System entworfen wurde, ist das System in der Lage stets sein Umfeld zu erkennen und sich der Verkehrssituation entsprechend anzupassen. Ein Beispiel für ein solches System ist ein Stauassistent. Dieser soll, sobald das System des Fahrzeuges einen Stau erkennt, dem Fahrenden eine Aktivierung des Systems anbieten und dann, solange sich das Fahrzeug noch im Stau befindet, die Fahraufgabe gänzlich übernehmen. In der Zeit der Übernahme der Fahraufgabe, ist der Fahrende seiner aktiven Rolle als Fahrender entbunden und wird zum Nutzenden des Systems. Die Fahrverantwortung befindet sich nun in den Händen des FAS.
Derartige Systeme müssen den Nutzenden über die eigenen Systemgrenzen im Fall des Stauassistenten die Auflösung des Staus informieren und dem Nutzenden klar machen ab welchem Zeitpunkt der Nutzende wieder zum Fahrenden wird. Mit der Wiederaufnahme der Fahraufgabe übernimmt der Fahrende auch wieder die Verantwortung zum Fahren.
Im Automatisierten Modus ergibt sich damit eine neue Rolle: die des passiven Nutzendens. Dieser muss jedoch stets so aufmerksam bleiben, dass er eine Aufforderung des Systems zur Übernahme der Fahraufgabe wahrnehmen würde. Somit ist der Nutzende dazu verpflichtet ein gewisses Maß an Aufmerksamkeit nicht zu unterschreiten z. B. Schlaf während der Übernahme nicht erlaubt.
Autonomer Modus:
Der autonome Modus übernimmt sämtliche Fahraufgaben. Alle Personen an Bord des Fahrzeuges sind Passagiere und haben keinerlei fahrbezogene Aufgaben. Es ist denkbar das derartige Fahrzeuge über keine Lenkvorrichtung verfügen, da sie den autonomen Modus niemals verlassen und keine Fahraufgaben an Menschen abgeben.

Die sechsstufige Unterteilung der SAE-Standards differenziert wie folgt [SAE14]:

Stufe 0: Der Fahrende übernimmt alle dynamischen Fahraufgaben. Die unterstützenden Systeme nehmen nur eine warnende, z. B. Spurwechselwarnung kurzfristige z. B. Notbremsassistent oder passive z. B. ABS -Rolle ein. Der Fahrer oder die Fahrerin ist verantwortlich.

Stufe 1: Das automatisierte System ist in der Lage entweder die Quer- oder die Längssteuerung des Fahrzeugs zu übernehmen. Alle weiteren dynamischen Fahraufgaben werden weiterhin vom Fahrenden ausgeführt. Der oder die Fahrende ist verantwortlich und muss das unterstützende System verstehen und überwachen.

Stufe 2: Das automatisierte System kann die Quer- und die Längsführung übernehmen. Ansonsten unterscheidet sich diese Stufe nicht von Stufe 1.

Stufe 3: Bei dieser Stufe der Automatisierung ist das Fahrzeug in der Lage in festgelegten Verkehrssituationen alle Aspekte der dynamischen Fahraufgabe zu übernehmen. Das System erkennt die Verkehrssituation, bietet die Übernahme der Fahraufgaben an, erkennt seine Systemgrenze und informiert den Nutzenden, sobald diese erreicht ist und Fahraufgaben wieder vom Fahrenden übernommen werden müssen. Das System ist außerdem jederzeit in der Lage das Fahrzeug in einen Risiko-minimierenden Zustand zu überführen, wenn Nutzende bei Aufforderung nicht wieder die Rolle des Fahrenden übernehmen. Der oder die Fahrende muss jederzeit bereit sein alle dynamischen Fahraufgaben zu übernehmen.

Stufe 4: Die Automatisierungssysteme sind in der Lage alle Aspekte der dynamischen Fahraufgabe zu übernehmen. Es wird nicht erwartet, dass Nutzende die Rolle des Fahrenden jederzeit übernehmen können. Das System ist außerdem in der Lage seine Systemgrenze zu erkennen und überführt das Fahrzeug bei Erreichen der Grenze in den risikominimierenden Zustand. Fahrzeuge, die über derartige Systeme verfügen können auch ohne Komponenten zur Steuerung durch Menschen eingesetzt werden.

Stufe 5: Diese Stufe unterscheidet sich nur in einem Aspekt von Stufe 4. Das System hat keine Systemgrenze und ist jederzeit in der Lage jede Verkehrssituation zu lösen. Eine potenzielle Übernahme der dynamischen Fahraufgaben durch einen Menschen ist hier nicht mehr von Nöten.

Auch wenn der Stufencharakter der Fahrzeugautomatisierung einen funktional aufeinander aufbauenden Charakter impliziert, so können sich die Stufen je nach Anwendungsfeld unterscheiden.

Im Zusammenhang mit der Entwicklung der Fahrzeugautomatisierung steht auch der Begriff Hybridverkehr. Dieser beschreibt (unabhängig des Automatisierungsgrads einzelner Fahrzeuge) das gleichzeitige Auftauchen und Interagieren von konventionellen und automatisierten/autonomen Fahrzeugen im Verkehr. Dabei müssen seitens der automatisierten/autonomen Fahrzeuge zusätzliche Systeme bereitgestellt werden, welche das Fahrverhalten anderer Verkehrsteilnehmenden erfassen, da eine direkte Kommunikation mit den konventionellen Fahrzeugen nicht möglich ist. Eine Diskussion des Hybridverkehrs wird im Zusammenhang mit unterschiedlichen Durchsetzungsgraden der Fahrzeugflotte mit automatisierten/autonomen Fahrzeugen geführt. Beispielsweise werden je nach Ausrüstungsgrad des Verkehrs mit automatisierten/autonomen Fahrzeugen unterschiedliche Effekte auf die Verkehrssicherheit vermutet [BFU16a].
Ansprechpartner
Institut für Mobilitäts- und Stadtplanung, Universität Duisburg-Essen, Prof. Dr.-Ing. Dirk Wittowsky
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Zuverlässigkeit und Sicherheit des automatisierten Straßenverkehrs (Stand des Wissens: 06.10.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?471810
Literatur
[BASt21g] Bundesanstalt für Straßenwesen Was heißt eigentlich autonomes Fahren? - Nutzerkommunikation, veröffentlicht in Pressemittleiungen BASt 2021, Ausgabe/Auflage 06/2021, Pressestelle BASt , 2021/03/11
[BFU16a] Andrea Uhr Automatisiertes Fahren - Herausforderungen für die Verkehrssicherheit, bfu - Beratungsstelle für Unfallverhütung, Bern, 2016, Online-Referenz doi:10.13100/BFU.2.285.01
[BMVI15r] Bundesministerium für Digitales und Verkehr (Hrsg.) Strategie automatisiertes und vernetztes Fahren -
Leitanbieter bleiben, Leitmarkt werden, Regelbetrieb einleiten, 2015/09
[Fraun15] Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation, Andrej Caclio, Florian Hermann, Oliver Sawade, Hannes Doderer, Volker Scholz Hochautomatisiertes Fahren auf Autobahnen - Industriepolitische Schlussfolgerungen, 2015/11/18
[Gass12] Tom M. Gasser, (Projektgruppenleitung), Clemens Arzt, Mihiar Ayoubi, Arne Bartels, Lutz Bürkle, Jana Eier, Frank Flemisch, Dirk Häcker, Tobias Hesse, Werner Huber, Christine Lotz, Markus Maurer, Simone Ruth-Schumacher, Jürgen Schwarz, Wolfgang Vogt Rechtsfolgen zunehmender Fahrzeugautomatisierung, veröffentlicht in Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Unterreihe "Verkehrstechnik", Ausgabe/Auflage Heft F 83, Bergisch Gladbach, 2012/01
[GSW2015] Tom Michael Gasser, Andre Seeck, Bryant Walker Smith Rahmenbedingungen für die Fahrerassistenzentwicklung, veröffentlicht in Handbuch Fahrerassistenzsysteme - Grundlagen, Komponenten und Systeme für aktive Sicherheit und Komfort, Ausgabe/Auflage 3, 2015, ISBN/ISSN 978-3-658-05733-6
[SAE14] SAE International (Hrsg.) Automated Driving -
Levels of driving automation are defined in new SAE international standard J3016, 2021/04/30
Weiterführende Literatur
[VDA15] Verband der Automobilindustrie (Hrsg.) Automatisierung - Von Fahrerassistenzsystemen zum automatisierten Fahren, 2015/09
[Mue11] Katharina Mueller, Sgouris P. Sgouridis Simulation-based analysis of personal rapid transit systems: service and energy performance assessement of the Masdar City PRT case, veröffentlicht in Journal of Advanced Transportation, Ausgabe/Auflage 45 Issue 4, 2011/01/14
Glossar
BASt Bundesanstalt für Straßenwesen
FAS Fahrerassistenzsysteme (FAS; engl.: Advanced driver assistence system (ADAS)) sind technische Ausstattungen im Fahrzeug, welche das Ziel haben, die Sicherheit, die Leistungsfähigkeit des Straßenverkehrs oder den Komfort des Fahrzeugführers zu verbessern. Dazu wird durch Informationen oder Warnungen auf den Fahrer Einfluss genommen oder den Willen des Fahrers unterstellend durch Interventionen in das Fahrzeugverhalten eingegriffen. Dabei kann auch Telematik zum Einsatz kommen.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?471276

Gedruckt am Sonntag, 19. Mai 2024 01:25:13