Roboautos: The American vs. the European Way

Bisher kamen Nachrichten zum autonomen Fahren überwiegend von den großen Techkonzernen aus den USA. Die lassen sich bei ihrer Entwicklung kaum in die Karten schauen und stützen sich auf neuronale Netze. Eine neue Initiative aus mehreren deutschen und amerikanischen Unternehmen und Forschern hat einen eigenen Ansatz entwickelt.

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2022 sollen nach Ankündigung der Bundesregierung autonome Fahrzeuge hierzulande in Regelbetrieb gehen. Ein entsprechendes Gesetz ist vergangene Woche in Kraft getreten.

Für die Automobilhersteller ist die Entwicklung der Technologie eine große Herausforderung. Das zeigte vor wenigen Wochen VW. Als Unternehmenschef Herbert Diess seine Strategie für die nächsten Jahre präsentierte, hatte er den Umstieg auf E-Autos schon weitgehend abgehakt, die Autosoftware und autonomes Fahren waren zentrale Themen. „Die nächste, viel radikalere Veränderung wird hingehen zu sichereren, intelligenteren und autonomeren Fahrzeugen“, sagte Diess. Seiner Einschätzung nach wird der Umgang mit sicherheitsrelevanten beim autonomen Fahren ein Schlüsselthema.

Bis 2030 will VW autonome Fahrzeuge aller seiner Marken anbieten. Aber nicht nur der zweitgrößte Autobauer der Welt arbeitet daran, auch eine Kooperation aus Mittelständlern, Forschungseinrichtungen und Konzernen hat mit der Entwicklung der Technik für autonomes Fahren begonnen.

Die Initiative für autonomes Fahren „The Autonomous“ ist aus mehreren Gründen bemerkenswert. Während die US-Vorreiter Waymo (wie Google eine Alphabet-Tochtergesellschaft), Cruise (GM, Honda) oder Argo AI (Ford, VW) streng auf Geheimhaltung achten, kooperieren hier verschiedene Unternehmen und Forschungsinstitute.

Priorität: ein Sicherheitskonzept für das autonome Fahren

Die hohen Entwicklungskosten und die komplexe Technik erfordern eine Zusammenarbeit, meinen die Teilnehmer. Gestartet wurde die Initiative vom österreichischen Mittelständler TTTech Auto AG. Weitere kleinere Unternehmen sind beteiligt, neben Technologie- und Autoriesen wie ARM, Nvidia, BMW, Daimler und Cariad, der neu gebildeten Software-Sparte von VW. Die Initiative ist offen für weitere Teilnehmer. Dabei sollen im Rahmen der Kooperation zuerst grundlegende Fragen zu Sicherheitsanforderungen geklärt werden. Später soll daraus eine Entwicklungskooperation entstehen.

Ziel ist es zunächst, vorwettbewerbliche Sicherheitskonzepte für das autonome Fahren zu entwickeln. Es geht also um grundlegende Fragen: Wie müssen die Programme gestaltet sein, damit in allen denkbaren Situationen, etwa wenn Sensoren plötzlich ausfallen oder im Umfeld etwas Ungewöhnliches passiert, eine sichere Reaktion erfolgt? Wie kann das autonome Fahrzeug auch in extremen Situationen funktionieren?

Hier schafft schon teilautonomes Fahren viel höhere Ansprüche als bisher in der Autoindustrie üblich. Bei der Erfassung des Straßenverkehrs, des Umfelds eines Autos und der Verarbeitung der Daten zur Steuerung eines (teil-)autonomen Fahrzeugs durch den Verkehr müssen zahlreiche Elektronik- und Softwarekomponenten zuverlässig funktionieren und zusammenarbeiten. Dafür braucht es neue Regeln uns Standards. Aktuell vorhandene Standards regeln wesentlich weniger komplexe Systeme.

Heute schon muss zum Beispiel eine Bremse ausfallsicher konstruiert werden. Etwa, indem manche Komponenten doppelt vorhanden sind. Nach einem ähnlichen Prinzip sollen auch die autonomen Fahrzeuge konstruiert werden. „Auch Elektronik und Software für autonomes Fahren müssen im Hinblick auf etwaige Fehlfunktionen abgesichert sein“, sagt Daniel Schneider. Er ist Teil der Initiative „The Autonomous“ und forscht am Fraunhofer Institut für Experimentelles Software-Engineering (IESE) in Kaiserslautern zu autonomen Fahrzeugen. „Darüber hinaus geht es nun aber um die systematische Entwicklung einer sicheren autonomen Fahrfunktion, die den menschlichen Fahrer ersetzt“, ergänzt er. „Dies ist eine völlig neue Herausforderung.“

Die Technik der US-Konzerne hat eine entscheidende Schwachstelle

Dabei will „The Autonomous“ sowohl die einzelnen Komponenten als auch das Gesamtsystem analysieren. Am Ende wird eine Art Katalog stehen, in dem die Anforderungen für das Gesamtsystem autonomes Fahren aufgeführt sind. Diese können die Basis für Sicherheitsnormen bilden. Erarbeitet werden generische Normen, also die Ziele, die von der Technik eingehalten werden müssen, um genehmigt zu werden.

Das klingt sehr theoretisch und so, als wären die Teilnehmer weit hinter den US-Technologie- und Autoriesen zurück. Diese erproben autonomes Fahren teilweise bereits seit einigen Jahren auf der Straße. Waymo hat schon seit Oktober 2020 einen autonomen Taxiservice in Phoenix, Arizona, auf der Straße – ganz ohne Sicherheitsfahrer, wie er hierzulande bis jetzt noch bei Shuttleprojekten vorgeschrieben war.

Die US-Unternehmen verfolgen dabei allerdings einen Ansatz als das Autonomous-Projekt. Ob dieser von den Regulierungsbehörden und den Autoherstellern weltweit angenommen wird, ist unklar. Denn ihre Technik entspricht, soweit bekannt, nicht den bisher genutzten Sicherheitsnormen.

Problem, Grenzen neuronaler Netze zu erkennen

„Was die machen, ist akademisch wahnsinnig spannend“, sagt Fraunhofer-Forscher Schneider, „denn das sind sehr komplexe KI-Systeme“. Bei Waymo werden beispielsweise, soweit das abzuschätzen ist, sowohl für die Umfelderkennung aus den Kamera- und Radarsensoren als auch für das System, das Fahrentscheidungen trifft, auf neuronalen Netzen basierende KI-Systeme genutzt. Die Grenzen derartiger Systeme, also wann es aus welchem Grund zu Fehlentscheidungen kommen kann, ist im Voraus nicht zu erkennen. „Das Problem dabei ist, dass solche KI-Systeme kaum systematisch analysiert und abgesichert werden können“, erläutert Schneider. „Wie sicher die tatsächlich sind, und wo die Grenzen der Systeme liegen, lässt sich dann nicht mit Gewissheit sagen.“

Allerdings müsse man bei Aussagen über die Technik vorsichtig sein, weil die Hersteller wenig dazu veröffentlichen und daher nicht sicher gesagt werden könne, wie die Technik funktioniere. Sofern es sich um reine, auf neuronalen Netzen basierende KI-Systeme handle, „wird es schwer, einen adäquaten Sicherheitsnachweis zu führen“, meint Schneider. Dann müsste für die autonome Steuerung eine Ausnahme von den sonst üblichen Sicherheitsanforderungen gemacht werden. Oder es müssten Unfallwahrscheinlichkeiten aus den Versuchen mit autonomen Fahrzeugen hochgerechnet und darauf ein Genehmigungsverfahren aufgebaut werden. „Das ist dann aber keine Norm, sondern ein neuartiges Verfahren“, führt der Wissenschaftler aus.

„The Autonomous“ will systematisch vorgehen

„The Autonomous“ geht umgekehrt vor: Zuerst sollen spezielle Sicherheitsanforderungen für autonomes Fahren definiert werden, dann wird die Technik konstruiert oder ein System am Markt gesucht, das den Anforderungen entspricht. Das Ergebnis wäre eine autonome Steuerung für Autos, die nachvollziehbare technische Grenzen und damit eine vorher definierte Wahrscheinlichkeit für Ausfälle aufweist. Und somit den aktuellen Normen entspricht. Dabei sind KI-Systeme nicht grundsätzlich ausgeklammert.

Einige wird es geben – allerdings für beschränkte Funktionen, etwa für die Objekterkennung in der Analyse der Fahrsituation. Derartige einzelne Systeme lassen sich besser analysieren als komplexe Gesamtsysteme. So kann dann – wie bei anderen Autoteilen wie der Bremse – ein klar definiertes Risiko erreicht werden, bevor das Teil in das Auto eingebaut wird.

„Autonomes Fahren kann erst dann zum Erfolg werden, wenn die Sicherheit gewährleistet ist. Trotz aller vollmundiger Ankündigungen, wie zum Beispiel beim Full-Self-Driving (FSD) von Tesla, ist hier auch für die US-Unternehmen noch ein sehr weiter Weg zu gehen“, meint Schneider. Das Rennen um das erste wirklich autonome Fahrzeug (im Sinne von SAE Level 5) ist also in vollem Gange, und der Ausgang ist ungewiss. Schneider: „The Autonomous“ ist eine vielversprechende Initiative, die den Teilnehmern dabei helfen kann, in diesem Rennen schneller voranzukommen.“

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