Einfach Technik: Hochautomatisiertes Fahren mit dem DRIVE PILOT

Teilautomatisiertes Fahren gehört für viele längst zum Alltag: Der Fahrer hat stets die volle Kontrolle über das Fahrzeug, kann sich aber durch Fahrassistenzsysteme unterstützen lassen. Ein Beispiel ist der Aktive Abstands-Assistent DISTRONIC, der den Abstand auf vorausfahrende Fahrzeuge regeln und in einem Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 210 km/h automatisch bremsen und beschleunigen kann. „Beim hochautomatisierten Fahren gehen wir einen Schritt weiter, denn hier übernimmt das System DRIVE PILOT unter bestimmten Bedingungen die Fahraufgaben. Als Fahrerin muss ich aber jederzeit übernahmebereit bleiben, insbesondere um bei einer Übernahmeaufforderung des Fahrzeugs die Fahraufgabe wieder zu übernehmen“, erklärt Maria Bergmann und nimmt bei Tempo 50 entspannt die Hände vom Lenkrad. Die Entwicklungsingenieurin achtet nicht mehr auf die Straße, sondern konzentriert sich auf unser Interview. Sie könnte aber auch mit Kollegen via In-Car-Office online kommunizieren, Mails beantworten und im Internet surfen oder entspannt eine Sitzmassage genießen.

Wir sind mit einem Erprobungsfahrzeug auf einer Teststrecke in Immendingen unterwegs. Für Maria Bergmann ein ganz normaler Arbeitstag. Sie ist Funktionsentwicklerin und Teil jenes Teams, das einen Meilenstein in der Fahrzeugentwicklung von Mercedes-Benz Wirklichkeit werden lässt. Hochautomatisiertes Fahren mit dem DRIVE PILOT soll noch in diesem Jahr in Serie gehen und als Sonderausstattung in der neuen S-Klasse für Kunden angeboten werden. Auch im EQS, der vollelektrischen Luxuslimousine von Mercedes-EQ, wird der DRIVE PILOT optional bestellbar sein.

Die sechs Level auf dem Weg zum selbstfahrenden Auto

Welche Aufgaben erfüllt der Fahrer, welche übernimmt das Fahrzeug? Auf dem Weg zum selbstfahrenden Auto sprechen Experten von sechs Stufen des automatisierten Fahrens.

Level 0 wird als Fahren mit Assistenzsystemen definiert, die bei Bedarf eingreifen und den Fahrer punktuell unterstützen. Wie zum Beispiel der Aktive Brems-Assistent, der Kollisionsgefahren erkennen und eine autonome Notbremsung einleiten kann, um Auffahr- und Fußgängerunfälle zu vermeiden.

Level 1 geht einen Schritt weiter: Der Fahrer wird nicht nur punktuell, sondern kontinuierlich unterstützt. Zum Beispiel von einem Assistenzsystem wie dem Aktiven Abstands-Assistenten DISTRONIC, der den Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen regeln und die Geschwindigkeit sowohl an das geltende Geschwindigkeitslimit als auch vorausschauend vor Kurven, Kreuzungen oder Kreisverkehren anpassen kann.

Bei Level 2 spricht man bereits vom teilautomatisierten Fahren. Dabei kann sich der Fahrer kontinuierlich sowohl bei der Längsregelung als auch der Querregelung des Fahrzeugs unterstützen lassen. Wie zum Beispiel bei der Kombination aus Aktivem Abstands-Assistent DISTRONIC (Längsregelung) und dem Aktiven Lenk-Assistent (Querregelung), der den Fahrer im Geschwindigkeitsbereich bis 210 km/h beim Folgen der Fahrspur unterstützen kann. Die Kontrolle über die Fahraufgabe liegt in Level 1 und 2 aber noch voll und ganz beim Fahrer.

In diesem Punkt geht das hochautomatisierte Fahren in Level 3 einen wesentlichen Schritt weiter: Das Fahrzeug kann unter bestimmten Rahmenbedingungen selbstständig dynamische Fahraufgaben übernehmen. Das gestattet der deutsche Gesetzgeber derzeit auf geeigneten Autobahnabschnitten bis zu einer Geschwindigkeit von 60 km/h bei hohem Verkehrsaufkommen oder in Stausituationen. Ist der DRIVE PILOT in der S-Klasse aktiv, darf sich der Fahrer auf Nebentätigkeiten konzentrieren, zum Beispiel arbeiten oder auf dem Media Display die Nachrichten lesen. Wichtig: Er muss jederzeit übernahmebereit sein, darf also beispielsweise nicht schlafen, dauerhaft nach hinten blicken oder den Fahrersitz verlassen.

Bei Level 4, dem vollautomatisierten Fahren, kann das Fahrzeug unter bestimmten Rahmenbedingungen Verkehrssituationen auch ohne einen Fahrer selbstständig meistern, zum Beispiel beim Automated Valet Parking. Mit dem INTELLIGENT PARK PILOT ist die S-Klasse für vollautomatisiertes Parken vorbereitet. Sobald es die gesetzlichen Rahmenbedingungen zulassen, kann das Auto künftig per Smartphone-Befehl fahrerlos zu einem reservierten Stellplatz fahren (Voraussetzung dafür ist ein mit der notwendigen Infrastruktur ausgestattetes Parkhaus sowie die Buchung des entsprechenden Mercedes me connect Service durch den Kunden).

Vom autonomen Fahren spricht man ab Level 5, der höchsten Automatisierungsstufe. Dabei kommt das Fahrzeug auf allen Straßentypen, in allen Geschwindigkeitsbereichen und unter allen Bedingungen ohne einen Fahrer aus, weil es nun in der Lage ist, die Verkehrsaufgaben selbstständig zu lösen.

Bereit für Level 3: Hochautomatisiertes Fahren mit dem DRIVE PILOT

Türkisblaues Licht an den beiden DRIVE PILOT-Tasten im Lenkradkranz signalisiert, dass wir den hochautomatisierten Modus aktiviert haben. Zunächst sei es etwas ungewohnt gewesen, sagt Maria Bergmann. „Aber man fasst schnell Vertrauen.“ Für die junge Ingenieurin umso leichter, da sie aus ihrer Arbeit den hohen Anspruch an Fahrsicherheit kennt, der für das Team „Funktion und Software Fahrassistenz“ selbstverständlich ist. Das Gesamtsystem besteht aus vielen einzelnen Komponenten. „Ich bearbeite das Thema Fahrzustand. Mein Modul berechnet mit den von den verschiedenen Sensoren bereitgestellten Daten, wie sich das Fahrzeug auf der Straße bewegt.“ Also beschleunigt es, bremst es, wie schnell ist es unterwegs? Dieser Zustand muss absolut genau ermittelt und dem System als Basis für dessen Fahrentscheidungen zuverlässig zur Verfügung gestellt werden.

„Logisches Denken, Anforderungen analysieren, Ideen haben, detektivisch Lösungen suchen, das macht mir Spaß.“ Seit zwei Jahren arbeitet Maria Bergmann an ihrem Code für den Fahrzustand als Teil des DRIVE PILOT in der S-Klasse. „Als Entwicklerin schätze ich zuerst ein, ob die Anforderung des Gesamtprojekts überhaupt technisch umsetzbar ist. Das hängt entscheidend von den Sensoren und der Datenqualität ab. Dann schreibe ich den Code und prüfe das Programm in virtuellen Tests. Wenn die Simulation am Rechner gut aussieht, checken wir, ob und wie es mit den Serienkomponenten im Fahrzeug funktioniert. Damit geht es zurück ins Labor zur Verbesserung des Codes und wieder in die Erprobungsschleife“, beschreibt sie den Kreislauf, um den Algorithmus immer weiter zu verbessern und zu verfeinern.

Dabei stets im Blick: die Meilensteine auf dem Weg zu einem kundenfähigen Gesamtsystem. Stresstests simulieren schwierige Situationen, auf dem Testgelände und im realen Straßenverkehr hat die S-Klasse mit dem DRIVE PILOT schon zigtausende Erprobungskilometer absolviert. „Manchmal sind wir wochenlang im Kollegenkreis bei den Tests unterwegs. Die Teamarbeit verbindet, der Erfolg schweißt zusammen.“ Unser Interview auf der Testfahrt wird jäh unterbrochen von rotem Licht im Cockpit. Was den unerfahrenen Passagier zunächst erschrecken lässt, macht Maria Bergmann keinen Stress. „Ich werde gerade aufgefordert, wieder die Kontrolle zu übernehmen, weil sich die Stausituation aufgelöst hat. Dazu habe ich jetzt zehn Sekunden Zeit. Sonst leitet das Fahrzeug einen kontrollierten Notstop ein.“

Bei der Kolonnenfahrt im Stau oder im zähfließenden Verkehr kann die S-Klasse sehr zuverlässig hochautomatisiert fahren. Der DRIVE PILOT regelt die Geschwindigkeit, den Abstand zum Vorausfahrer, und führt das Fahrzeug souverän innerhalb der Spur. Dabei können auch unerwartet auftretende Verkehrssituationen erkannt und durch Ausweichmanöver innerhalb der Spur oder durch Bremsmanöver eigenständig bewältigt werden. Zum Beispiel, wenn andere Fahrzeuge ein- oder ausscheren, wenn ein Hindernis auf der Strecke umfahren werden muss, oder wenn wegen eines anderen Fahrzeugs eine Vollbremsung erforderlich ist.

„Allerdings ist der DRIVE PILOT so konzipiert, dass er die Grenzen des hochautomatisierten Fahrens selbst erkennt“, verweist die Entwicklungsingenieurin auf das strikte Sicherheitskonzept. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn der Verkehr wieder schneller als mit Tempo 60 fließt, eine Fahrsituation zu komplex ist oder die Fahrbahnmarkierungen unklar sind. Dann signalisiert das rote Licht rechtzeitig, dass der Fahrer eingreifen und die Fahraufgabe wieder übernehmen muss.

Die technischen Voraussetzungen

Ist der DRIVE PILOT aktiv, werden der Streckenverlauf, auftretende Streckenereignisse und Verkehrszeichen permanent ausgewertet. Als Laie kann man sich kaum vorstellen, wie anspruchsvoll die Hard- und Software der S-Klasse für den Sprung auf Level 3 ausgestattet ist.

Schon das „normale“ Fahrassistenz-Paket der neuesten Generation verfügt über:

• eine Stereo-Multi-Purpose-Kamera in der Windschutzscheibe,

• einen Fernbereichsradar im Kühlergrill,

• insgesamt 4 Multimode-Radare (jeweils rechts und links in der Front- und Heckstoßstange).

Das optional erhältliche Park-Paket umfasst zusätzlich:

• eine 360°-Kamera bestehend aus 4 Einzelkameras im rechten und linken Außenspiegel sowie zusätzlich vorne im Kühlergrill und hinten im Kofferraum,

• insgesamt 12 Ultraschallsensoren (jeweils sechs in der Front- und Heckstoßstange).

Für den DRIVE PILOT sind zusätzlich zu dieser Umfeldsensorik des Fahrassistenz-Pakets viele weitere Komponenten erforderlich. Der Fernbereichsradar im Kühlergrill wird mit einem LiDAR (Light Detection and Ranging) kombiniert. Während der Radar mit Funkwellen arbeitet, sendet der LiDAR Infrarot-Lichtimpulse, um optisch den Abstand und die Geschwindigkeit eines Objekts zu bestimmen und eine hochgenaue Karte des Fahrzeugumfeldes zu erstellen. So kommen die Stärken beider Technologien zum Tragen: LiDAR-Sensoren arbeiten präziser, wohingegen ein Radar etwa bei schlechten Wetterbedingungen Vorteile hat.

In der Heckscheibe erfasst eine Rear-Multi-Purpose-Kamera den Bereich hinter dem Fahrzeug. Dieses Gerät hat in Verbindung mit zusätzlichen Mikrofonen unter anderem die Aufgabe, Blaulicht und Sondersignale von Einsatzfahrzeugen zu erkennen. Die Kameras vom Fahrerdisplay und MBUX-Interieur-Assistenten haben stets den Fahrer im Blick und erkennen, wenn dieser einschläft, sich zu lange nach hinten dreht, den Fahrersitz verlässt oder aus anderen Gründen nicht in der Lage ist, die Fahraufgabe wieder zu übernehmen.

Ergänzend zu den Sensordaten liefert eine hochgenaue HD-Karte online über eine Backend-Anbindung Informationen zu Straßengeometrie, Streckeneigenschaften, Verkehrszeichen sowie besonderen Verkehrsereignissen wie zum Beispiel Baustellen. Die Fahrzeugposition wird mithilfe von Differential GPS (DGPS) präzise und zentimetergenau ermittelt. Die anspruchsvollen Software-Funktionen setzt ein leistungsstarkes Zentralsteuergerät um. Im Rahmen der modernen Sicherheitsarchitektur werden alle Algorithmen doppelt gerechnet.

Redundante Systeme gewährleisten Sicherheit und Komfort

Die Schaltflächen am Lenkrad leuchten wieder türkis und für uns geht die Fahrt in Level 3 auf der Teststrecke weiter. Sicherheit und Komfort stehen in der Entwicklung ganz oben im Lastenheft. „Darum haben wir eine eindeutige Kommunikation zwischen Fahrer und Auto entwickelt. Das vermeidet Fehler. Außerdem ist unser System kooperativ ausgelegt, das heißt wir bevormunden den Fahrer nicht, sondern binden ihn ein und lassen ihn entscheiden“, erklärt Maria Bergmann. Für das Vertrauen sorgt die Tatsache, dass die sicherheitsrelevanten Lenk- und Bremssysteme sowie das Bordnetz redundant ausgeführt sind. So bleibt das Auto auch beim Ausfall eines dieser Systeme manövrierfähig, um eine sichere Übergabe an den Fahrer zu gewährleisten. Wie bei den Sicherheits- und Assistenzsystemen auf Level 2 sind die Vorteile des hochautomatisierten Fahrens klar: mit dem DRIVE PILOT wird die Fahrt in der S-Klasse noch entspannter, egal ob im Stau oder zähfließenden Stop-and-Go Verkehr.

Tatsächlich kann man sich schnell an eine Fahrt in der S-Klasse gewöhnen. Wir drehen eine letzte Runde. Zeit, um abschließend über die weiteren Perspektiven zu sprechen. Maria Bergmann ist überzeugt, dass das automatisierte Fahren erst am Anfang einer großen Entwicklung steht. Der DRIVE PILOT wird zunächst nur in Deutschland verfügbar sein, da hier 2017 die rechtliche Grundlage für Level-3 Systeme geschaffen wurde. Die Einführung in weiteren Ländern in Europa, in den USA und China soll Schritt für Schritt erfolgen, sobald auch dort die rechtlichen Rahmenbedingungen gegeben sind. „Uns wird die Arbeit nicht ausgehen“, sagt die Entwicklerin. „Wir sind ganz nah dran an der Zukunft des Autofahrens. Ein cooler Job.“ Wir verabschieden uns mit einem ausgefeilten Plan: ein Wiedersehen kurz vor der Rente (also in gut 30 Jahren), auf der Teststrecke, in einer S-Klasse. Bereit für das übernächste Level.