09/2019, VW Technik-Workshop autonomes Fahren Portimao Volkswagen / Martin Meiners
09/2019, VW Technik-Workshop autonomes Fahren Portimao
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09/2019, VW Technik-Workshop autonomes Fahren Portimao 13 Bilder

Zukunft des autonomen Fahrens

Lenken per Gamepad und Smartphone

Das autonome Fahren wird heiß diskutiert und die Hersteller entwickeln mit Hochdruck daran. Wir haben den Volkswagen-Ingenieuren über die Schulter geschaut und erlebt, woran die Konzernforschung derzeit arbeitet.

Sachte, aber etwas ruckelig rollt der Tiguan los. Erst ein paar Meter geradeaus, dann um die Pylonen. Von Slalomfahrt kann allerdings keine Rede sein, wir eiern eher ungelenk nach rechts und links. Selbst ein angetrunkener Fahranfänger bekäme das wohl besser hin. Aber haben Sie schon einmal ein Auto per Gamepad oder gar Smartphone vom Beifahrersitz aus gesteuert? Da sucht die eigene Koordination ganz verzweifelt nach den richtigen Finger-Bewegungen in der passenden Dosierung.

Lenkung ohne mechanische Lenkstange

Was diese Spielerei soll? Sie zeigt mögliche Anwendungen eines Steer-by-wire-Lenksystems, das ohne mechanische Lenkstange auskommt. Stattdessen erzeugt hier ein so genannter Force-Feedback-Aktuator hinter dem Lenkrad das gewohnte Lenkgefühl für den Fahrer und übersetzt per Software die Befehle an die Zahnstange. Lenkcharakteristik und Übersetzung lassen sich dabei natürlich variabel verändern, womit das komfortable Kurbeln vom knackigen Gokart-Feeling mit ultradirekter Übersetzung nur einen Klick entfernt ist. Außerdem ist es möglich, das Lenkrad vollständig von der Lenkung zu entkoppeln – damit es sich beim autonomen Fahren entweder nicht mehr mitbewegt oder sich beispielsweise im Armaturenbrett versenken lässt.

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Die Rechentechnik im Kofferraum stellt sicher, dass die autonomes Systeme auch funktionieren.

Noch einen Schritt weitergedacht, kann man natürlich auch ganz auf das Lenkrad verzichten und eben Signale des Gyrometers im Smartphone oder eines separaten Controllers in Lenkbefehle übersetzen. Das könnte sogar schon vor dem vollautonomen Fahren interessant werden, beispielsweise um das Auto mit einem Einparkassistenten auch von außerhalb steuern zu können.

Von der Konzernforschung in die Vorentwicklung

Doch die tatsächliche Umsetzung in serientaugliche Funktionen interessiert die Ingenieure hier vorerst nicht. Die Konzernforschung entwickelt nur aus ersten Ideen die grundlegenden Technologien. Etwa 70 bis 80 Prozent aller Projekte werden dann an die Abteilungen der Vorentwicklung abgegeben und dort weiter konkretisiert.

So wie künftig auch die Strategien zu Übernahme und Übergabe der Lenkung beim autonomen Fahren. Wir sitzen jetzt in einem Golf und lassen zunächst das Fahrzeug über die Strecke steuern, dabei ruht das Lenkrad still. Entscheiden wir uns zwischendurch jedoch, spontan die Richtung selbst bestimmen zu wollen, müssen Lenkwinkel, Lenkmoment und die Radbewegungen möglichst unbemerkt innerhalb weniger Sekunden aufeinander abgestimmt werden, damit der Wagen wie gewünscht reagiert. Das kann beispielsweise in einem festgelegten Zeitfenster oder abhängig vom eingeschlagenen Lenkwinkel geschehen. Auch hier sind es wieder ein paar Klicks und veränderte Code-Zeilen in der Software, die den Fahreindruck verändern.

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Das Fahrverhalten wird nicht an der Hardware verändert, sondern digital per Laptop.

Spielwiese für Programmierer

Fahrzeugentwicklung ist also eine große Spielwiese für Nerds geworden. Denn das Feintuning und Zusammenspiel aller Komponenten wird per Software gesteuert. Bevor eine der Funktionen oder ein System in der Praxis ausprobiert wird, sind Programmierer viele Stunden damit beschäftigt, die nötigen Skripte zu tippen und in Simulationen zu testen. Erst danach treffen sich in größeren Abständen die verschiedenen Abteilungen, um die Ergebnisse auf abgesperrten Strecken in den Fahrzeugen zu erproben.

Das geht aber nicht in irgendeinem Pkw, die Autos müssen dafür speziell umgerüstet werden. Zum einen werden Hardware-Komponenten wie das Steer-by-wire-Lenksystem eingebaut, zum anderen ist der Kofferraum vollgepackt mit Computern und Steuereinheiten, die auf Basis der Programme die Berechnungen ausführen und die Befehle direkt an den CAN-Bus des Fahrzeugs schicken. Je nach Rechenleistung ist dann sogar eine separate Kühlung nötig. Zudem kommt ein gesondertes GPS-Gerät zum Einsatz, mit dem sich das Auto bis auf wenige Zentimeter genau auf der Strecke orientieren kann. Das reduziert die Komplexität, da so auf andere Sensoren zur exakten Positionsbestimmung verzichtet werden kann. Der Nachteil: Selbst in der einfacheren Ausführung kosten die Geräte um die 60.000 Euro pro Stück.

Selbstfahrende Autos mit eigenem Charakter

Doch der ganze Aufwand lohnt sich – wie dadurch aus einem ganz normalen Serien-Wagen eine Hightech-Maschine wird, ist beeindruckend. Und die ist für die Entwickler nicht einfach ein Stück Blech, ganz liebevoll sprechen wir hier von Dieter, Walter und Norbert. Auf der Rennstrecke fährt bei ihnen aus Sicherheitsgründen immer ein speziell geschulter Fahrer mit. Das ungute Gefühl, in einem Geisterauto zu sitzen, kommt also nicht auf. Im Gegenteil, die ganz eigene Charakteristik des autonom fahrenden Autos ist trotzdem spürbar. Und das ist auch das Ziel eines der Projekte. Denn auch beim autonomen Fahren ohne Lenkrad und Bremse wollen die Hersteller den Passagieren einen individuellen und zur Marke passenden Fahreindruck vermitteln. Da soll sich ein Porsche weiterhin sportlich anfühlen und darf dafür eine dynamischere Linie wählen, während beim VW Passat womöglich eher der Komfort im Vordergrund steht.

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Der Computer steuert den roten VW Golf GTI nah am Limit.

Der Weg dorthin führt mal wieder, Sie ahnen es, über die Programmierer. Die geben dem System nämlich per Software bestimmte Grenzen. Nicht nur sichtbare wie die Fahrbahnbegrenzungen, sondern auch Vorgaben zur Fahrdynamik wie Endgeschwindigkeit und maximal erlaubte Querkräfte und Beschleunigungen. Aus all diesen Werten berechnet das System dann in Echtzeit – etwa alle 100 bis 200 Millisekunden neu – die Linien, die das Auto fahren soll, inklusive optimaler Bremspunkte, Lenkwinkel und dergleichen. Wollen die Ingenieure dann die Charakteristik ändern, müssen sie im Grunde nur die Vorgabeparameter anpassen. Doch genau dafür bedarf es immenser Erfahrung, um einschätzen zu können, welcher Parameter welche Auswirkungen hat. Beim Test bedeutet das: Software aufspielen, fahren, das Popometer fühlen lassen und die Daten auswerten sowie daraufhin die Parameter neu setzen oder das Programm optimieren – und der Prozess beginnt von vorn.

Walter fährt auch mal ausgeglichen, Norbert nah am Limit

Wie viel Aufwand das ist, lässt sich nur erahnen, das Ergebnis ist aber deutlich spürbar. Während Walter, der für die Tests genutzte Audi RS7, uns in der einen Runde teils noch kräftig in die Sitze drückt, spät in die Kurven hineinbremst und ab dem Scheitelpunkt wieder ordentlich das Tempo anzieht, kutschiert er uns wenige Klicks später viel sanfter und ausgeglichener über den Kurs. Norbert dagegen, ein anderer Test-Golf, bewegt sich viel öfter am Limit und fährt uns mit etwa 95 Prozent des physikalisch Machbaren über die Strecke. Dabei tüfteln die Ingenieure an Software-Kennlinien und nutzen auch Methoden der Künstlichen Intelligenz, um die Reifen-Abnutzung in die Berechnungen mit einbeziehen können. Künftig sollen zudem auch Aspekte wie die aktuelle Gewichtsverteilung im Fahrzeug oder die Reibwerte der Straße berücksichtigt werden. Das ist vor allem in Notfallsituationen und bei Ausweichmanövern entscheidend – auch schon für künftige Fahrerassistenzsysteme.

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Fazit

Wie gut das alles schon in diesem Stadium der Entwicklung funktioniert, ist beeindruckend und schafft ein klein wenig Vertrauen in das, was uns in einigen Jahren vielleicht erwartet. Und es zeigt: Es scheint uns auch in Zukunft kein langweiliger Einheitsbrei zu erwarten.

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