KI in autonomen Fahrzeugen: Ein Überblick über aktuelle Technologien und Trends

Selbstfahrende Automobile sind eines der spannendsten und herausforderndsten Anwendungsgebiete der Künstlichen Intelligenz (KI). Sie versprechen nicht nur mehr Komfort, Effizienz und Mobilität für die Nutzer, sondern auch weniger Unfälle und Staus. Doch wie funktionieren selbstfahrende Fahrzeuge eigentlich? Welche Rolle spielt die KI dabei? Und wie kann man sicherstellen, dass sie zuverlässig und verantwortungsvoll agieren? In diesem Blogartikel werden wir uns mit diesen Fragen beschäftigen und einen Überblick über die wichtigsten Aspekte des autonomen Fahrens geben.

Für die einzelnen Aspekte des autonomen Fahrens kommen verschiedene Methoden des maschinellen Lernens zum Einsatz, um aus großen Datenmengen komplexe Muster und Zusammenhänge zu extrahieren und zu generalisieren. Beispielsweise kann die KI aus vielen Bildern von Automobilen lernen, wie ein Automobil aussieht und wie es sich von anderen Objekten unterscheidet.

Stufen autonomen Fahrens

Die Entwicklung des autonomen Fahrens wird in sechs Stufen unterteilt, die den Grad der Automatisierung beschreiben:

Stufe 0: Keine Automatisierung

Der Fahrer hat die volle Kontrolle über das Fahrzeug. Assistenzsysteme wie ABS oder ESP unterstützen den Fahrer, greifen aber nicht aktiv in das Fahrgeschehen ein.

Stufe 1: Fahrerassistenzsysteme

Assistenzsysteme wie Tempomat, Spurhalteassistent oder Einparkhilfe unterstützen den Fahrer in bestimmten Fahrsituationen. Der Fahrer behält jedoch jederzeit die Kontrolle über das Fahrzeug.

Stufe 2: Teilautomatisierung

Teilautomatisierte Systeme können unter bestimmten Voraussetzungen die Kontrolle über das Fahrzeug übernehmen, z. B. auf Autobahnen oder im Stau. Der Fahrer muss jedoch weiterhin aufmerksam sein, um jederzeit eingreifen zu können.

Stufe 3: Hochautomatisierung

Hochautomatisierte Systeme können das Fahren in vielen Situationen übernehmen, z. B. in der Stadt oder auf Autobahnen. Der Fahrer kann sich abwenden und anderen Tätigkeiten nachgehen, muss aber weiterhin bereit sein, bei Bedarf einzugreifen.

Stufe 4: Vollautomatisierung

Vollautomatisierte Systeme können das Fahren in fast allen Situationen übernehmen. Der Fahrer muss nur noch in Extremsituationen eingreifen und kann sich generell anderen Tätigkeiten widmen.

Stufe 5: Vollautonome Fahrzeuge

Vollautonome Fahrzeuge können überall ohne jegliches menschliches Eingreifen fahren. Sie können sich selbstständig in der Umgebung zurechtfinden und alle Verkehrssituationen meistern.

Aktueller Stand

Derzeit befinden wir uns im Übergang von Stufe 2 zu Stufe 3. Einige Serienfahrzeuge bieten bereits teilautomatisierte Funktionen, wie z. B. den Spurhalteassistent mit Lenkunterstützung oder den Stauassistenten. In San Francisco bieten Cruise und Waymo sogar komplett fahrerlose Taxis an, die lokal einschränkt autonom fahren können (Stufe 3).

Generell gibt es zwei Ansätze, autonomes Fahren zu entwickeln:

Hochauflösende Karten

Bei diesem Ansatz werden Straßen im Vorhinein aufwendig in hoher Auflösung gescannt. Dabei wird jedes Schild, Schlagloch, jede Linie mit der exakten Position festgehalten. Bei Veränderung der Straße muss der Scan wiederholt werden. Autonome Fahrzeuge nutzen dann Sensoren, um ihre Position mit den hochauflösenden Daten abzugleichen. Mit diesem Ansatz konnte bereits Stufe 3 erreicht werden. Allerdings ist der Einsatz sehr kostspielig und nur auf bestimme Straßen beschränkt (siehe Waymo und Cruise). Eine Ausweitung dieser Technik auf Stufe 5 und auf den globalen Einsatz ist in absehbarer Zeit nicht realisierbar.

Globales Fahren mit Sensordaten

Bei diesem Ansatz werden KI‑Systeme darauf trainiert, die Umgebung vollständig selbst wahrzunehmen und nur mit wenigen statischen Daten auszukommen. Ziel ist es, dass die Fahrzeuge auch auf dem System unbekannten Straßen fahren können, d. h. nicht im Trainingsdatensatz enthalten sind. Damit sollen Fahrzeuge auf allen Straßen ohne hochauflösende Karten autonom fahren können. Dieser Ansatz wird z. B. von Tesla und Comma AI verfolgt.

Wie nimmt ein selbstfahrendes Automobil seine Umgebung wahr?

Um autonom fahren zu können, muss ein selbstfahrendes Automobil seine Umgebung wahrnehmen und verstehen können. Dazu nutzt es verschiedene Sensoren, wie Kameras, Radar, Lidar, Ultraschall und GPS. Diese liefern eine Fülle von Daten, die in Echtzeit verarbeitet werden müssen. Die KI muss dabei gleichzeitig mehrere Aufgaben erfüllen:

• Objekterkennung: Die KI muss Objekte in den Sensordaten identifizieren und klassifizieren können, wie zum Beispiel andere Fahrzeuge, Fußgänger, Fahrradfahrer, Verkehrsschilder, Ampeln und Fahrbahnmarkierungen.
• Objektverfolgung: Die KI muss die Bewegung und Position der erkannten Objekte über die Zeit verfolgen und vorhersagen können, um mögliche Kollisionen zu vermeiden.
• Szenenverständnis: Die KI muss die Bedeutung und den Kontext der erkannten Objekte und ihrer Beziehungen zueinander verstehen können, um angemessen zu reagieren. Zum Beispiel muss die KI wissen, ob ein Fußgänger die Straße überqueren will oder nicht, oder ob eine Ampel rot oder grün ist.

Wie trifft ein selbstfahrendes Automobil Entscheidungen?

Nachdem ein selbstfahrendes Automobil seine Umgebung wahrgenommen hat, muss es entscheiden, wie es sich verhalten soll. Dabei muss es nicht nur die geltenden Verkehrsregeln einhalten, sondern auch die Absichten und Erwartungen anderer Verkehrsteilnehmer berücksichtigen. Außerdem muss es mögliche Risiken abwägen, um zu einer bestmöglichen Lösung gelangen zu können. Dazu sind folgende Schritte nötig:

• Routenplanung: Es muss eine geeignete Route von einem Startpunkt zu einem Ziel gefunden werden, die möglichst kurz, sicher und komfortabel ist. Dabei müssen auch dynamische Faktoren wie Verkehrslage, Wetterbedingungen und Baustellen berücksichtigt werden.
• Manöverplanung: Es müssen konkrete Manöver geplant und ausgeführt werden, wie zum Beispiel Abbiegen, Überholen, Spurwechseln oder Bremsen. Gleichzeitig gilt es dabei mögliche Konflikte mit anderen Verkehrsteilnehmern zu vermeiden.
• Kommunikation: Es muss mit anderen Verkehrsteilnehmern kommuniziert werden, um Absichten zu signalisieren bzw. Informationen auszutauschen. Dazu kommen wohl auch in Zukunft Bauteile wie Blinker und Hupe zum Einsatz.

Sicherheitsaspekte

Ein selbstfahrendes Automobil muss nicht nur in der Lage sein, autonom, sondern v. a. auch sicher zu fahren. Das bedeutet, dass es keine Fehler machen oder Unfälle verursachen darf, die Menschen gefährden oder Gegenstände beschädigen könnten. Dabei muss es auch mit unvorhersehbaren oder extremen Situationen umgehen, die außerhalb seiner normalen Erfahrung liegen. Dazu müssen folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Fehlererkennung: Das Automobil muss in der Lage sein, Fehler in seinen eigenen Komponenten und Sensoren zu erkennen und zu melden, um rechtzeitig Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Zum Beispiel muss es erkennen, wann eine Kamera defekt ist oder das GPS‑Signal gestört ist.
• Fehlerbehebung: Das Automobil muss in der Lage sein, Fehler in seinen eigenen Komponenten und Sensoren entweder zu beheben oder zu kompensieren, um weiterhin sicher zu fahren. Dazu kann es auf andere Sensoren ausweichen oder schlimmstenfalls auf einen Notfallmodus wie manuelle Steuerung umschalten.
• Fehlervermeidung: Das Automobil muss in der Lage sein, Fehler in seinen eigenen Komponenten und Sensoren zu minimieren, indem es sich selbst überwacht und automatisch anpasst. Beispielsweise müssen beim Treffen von Entscheidungen auch Unsicherheiten mit einberechnet werden.

Fazit

Selbstfahrende Automobile sind eine faszinierende und vielversprechende Anwendung der Künstlichen Intelligenz. Sie erfordern jedoch auch eine hohe Kompetenz und Verantwortung seitens der Entwickler. Denn ein selbstfahrendes Automobil muss in der Lage sein, sowohl seine Umgebung wahrzunehmen als auch darauf aufbauende Entscheidungen zu treffen, um letztendlich sicher zu fahren. Wir hoffen, dass dieser Blogartikel Ihnen einen Einblick in die Rolle der KI in selbstfahrenden Automobilen gegeben hat. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wei sich KI auch in Ihrem Unternehmen gewinnbringen einsetzen lässt, kontaktieren Sie uns gerne. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage!