Der Staupilot im neuen Audi A8

Als erstes Serienautomobil der Welt ist der neue A8 zum hochautomatisierten Fahren fähig: Auf Autobahnen und mehrspurigen Kraftfahrstraßen mit baulicher Trennung übernimmt der Audi AI Staupilot im zähfließenden Verkehr bis 60 km/h und im Stau die Fahraufgabe. Das System managt Anfahren, Beschleunigen, Lenken und Bremsen, ohne dass es der Fahrer dabei dauerhaft überwachen muss – er kann in dieser definierten Situation die Hände vom Lenkrad nehmen und sich entspannen. Wenn der Staupilot an seine Betriebsgrenzen stößt, fordert er den Fahrer auf, die Fahraufgabe wieder selbst zu übernehmen. Hinter dem Staupilot stehen innovative Technologien von Audi, darunter das neue Sensor-Set mit dem Laserscanner und das zentrale Fahrerassistenzsteuergerät (zFAS). Entscheidend für die Einführung des Systems ist die Gesetzeslage. In vielen Ländern existieren die rechtlichen Rahmenbedingungen dafür noch nicht, deshalb bringt Audi den Staupilot im neuen A8 sukzessive in Serie.

Die Funktion

  • Für die Nutzung des Audi AI Staupilot müssen bestimmte Umgebungsbedingungen herrschen:
  • Der A8 befindet sich auf einer Autobahn oder einer mehrspurigen Kraftfahrstraße mit baulicher Trennung zur Gegenfahrbahn und einer Randbebauung wie Leitplanken.
  • Es herrscht zähfließender Kolonnenverkehr auf allen Nachbarspuren.
  • Die Eigengeschwindigkeit beträgt maximal 60 km/h.
  • Es befinden sich keine Ampeln oder Fußgänger im relevanten Sichtbereich der Fahrzeugsensorik.

Sind diese Voraussetzungen erfüllt, erhält der Fahrer optische Hinweise, dass das System verfügbar ist: Zum einen leuchtet die Audi AI-Taste auf der Konsole des Mitteltunnels weiß. Zum anderen erscheint im Audi virtual cockpit eine Text-Information sowie ein pulisierender, weißer Lichtstreifen an seinem linken und rechten Rand. Das AI-Symbol im digitalen Kombiinstrument leuchtet ebenfalls weiß.

Sobald der Fahrer den Staupilot durch Drücken der AI-Taste aktiviert hat, leuchtet diese grün auf. Das Audi virtual cockpit zeigt in einer stilisierten Darstellung das eigene Auto von hinten und wischende Markierungen auf der Straße. Das gefahrene Tempo erscheint digital und in Form eines Bandes am unteren Rand des digitalen Kombiinstruments. Eine grüne Randbeleuchtung und das grüne AI-Symbol symbolisieren die Funktion.

Während der hochautomatisierten Fahrt führt der Audi AI Staupilot den neuen A8 in der eigenen Spur. Das System managt das Anfahren, Beschleunigen, Lenken und Bremsen – der Fahrer kann sich entspannen. Er kann in dieser definierten Situation den Fuß vom Gaspedal und die Hände dauerhaft vom Lenkrad nehmen und sich in Übereinstimmung mit den geltenden Landesvorschriften einer Beschäftigung widmen, die vom bordeigenen Infotainmentsystem unterstützt wird. In Deutschland wird er beispielsweise die Möglichkeit haben, TV-Programme und DVDs auf dem 10,1 Zoll großen Display in der Mittelkonsole zu verfolgen und die Audi connect-Dienste in vollem Umfang zu nutzen. Er darf sich vom Verkehrsgeschehen und der Fahrzeugsteuerung abwenden und beispielsweise seine E-Mails beantworten, SMS schreiben, den Terminkalender bearbeiten, Nachrichten lesen oder die weitere Reiseplanung für den Urlaub vornehmen.

Dank seines umfangreichen Sensor-Sets beherrscht der Staupilot auch anspruchsvolle Situationen wie nah einscherende Fahrzeuge. Erkennt das System ein Hindernis vor dem Auto, weicht der A8 ihm aus, falls der Platz in seiner Spur dafür ausreicht. Andernfalls bremst er bis zum Stillstand.

Dank seines umfangreichen Sensor-Sets beherrscht der Staupilot auch anspruchsvolle Situationen wie nah einscherende Fahrzeuge. Erkennt das System ein Hindernis vor dem Auto, weicht der A8 ihm aus, falls der Platz in seiner Spur dafür ausreicht. Andernfalls bremst er bis zum Stillstand.

Die Fahrweise des Staupiloten ist gleichmäßig und kooperativ. Bei der Entwicklung des Systems standen insbesondere Sicherheit und Komfort im Vordergrund. Versuche mit zahlreichen Probanden führten zu einem einheitlichen Ergebnis: Wer den Staupilot nutzt, weiß ihn schnell zu schätzen. In Verkehrssituationen, in denen Autofahren keine oder nur mäßig Freude bereitet, lässt sich der Fahrer entspannt chauffieren. Er legt keinen Wert auf hektische Spurwechsel. Dafür ist das System auch nicht ausgelegt: Sobald der Fahrer den Blinker setzt, reagiert der Staupilot mit einer Übernahmeaufforderung. Der Bordmonitor schaltet das Bild ab, das Infotainmentsystem reduziert die Lautstärke. Der Fahrer signalisiert die Übernahme der Fahraufgabe zum Beispiel durch Umfassen des Lenkradkranzes, was von einem Kapazitätssensor erkannt wird. Der Lenkmomentensensor, das Gas- und das Bremspedal registrieren ebenfalls Aktivität.

Zur Übernahme bereit? Die Fahrerverfügbarkeitserkennung

Der A8 ist mit einer Fahrerverfügbarkeitserkennung ausgestattet. Sie überprüft, ob der Fahrer auch bei aktiviertem Staupilot bereit ist, gegebenenfalls das Steuer wieder zu übernehmen. Das System nutzt eine Kamera, die im oberen Bereich der Instrumententafel verbaut ist. Sie analysiert verschiedene Kriterien wie etwa Position und Bewegung des Kopfes sowie den Lidschlag. Sind beispielsweise die Augen des Fahrers längere Zeit geschlossen, fordert das System ihn zur Übernahme der Fahraufgabe auf. Nicht bordgestützte Nebentätigkeiten wie das Lesen einer Zeitung sind allgemein nicht erlaubt. Hier kann die Sicht der Kamera auf den Kopf des Fahrers verdeckt sein, was wiederum zu einer Übernahmeaufforderung führt.

Die von der Bildbewertungssoftware generierten technischen Messgrößen sind anonymisiert, lassen keine Rekonstruktion des Gesichts des Fahrers zu und können keiner Person zugeordnet werden. Die Verarbeitung der Daten erfolgt lokal im Auto. Eine Speicherung der Kamerabilder sowie eine automatische Datenübermittlung an die AUDI AG oder andere Dritte finden nicht statt.

Drei Phasen: die Übernahmeaufforderung

Fordert der Staupilot den Fahrer zur Übernahme der Fahraufgabe auf, hat er dafür situationsabhängig etwa 10 Sekunden Zeit. In Phase 1 pulsiert an den Rändern des Audi virtual cockpit ein rotes Licht, das AI-Symbol im digitalen Kombiinstrument und die LED auf der Audi AI-Taste leuchten ebenfalls rot, dazu ertönt ein dezenter Warnton.

Ignoriert der Fahrer diese erste Aufforderung, folgt Phase 2, die so genannte Akutwarnung. Der Warnton wird markanter, die Audio-Lautstärke abgesenkt, im Audi virtual cockpit erscheint der Text „Staupilot: wird beendet. Bitte vollständig übernehmen!". Parallel dazu verzögert der A8 erst sanft, dann ruckartig, und der Fahrer spürt einen dreifachen leichten Ruck am Sicherheitsgurt.

Bleibt der Fahrer daraufhin weiter passiv, etwa aufgrund eines gesundheitlichen Problems, kommt es zum Noteingriff, der letzten Phase. Der Warnton wird durchdringend, der Sicherheitsgurt voll gestrafft. Der A8 verzögert in seiner Fahrspur bis zum Stillstand und schaltet gleichzeitig das Warnblinklicht ein. Nachdem die Limousine zum Stehen gekommen ist, aktiviert sie die Parkbremse, legt Stufe P der tiptronic ein, entriegelt die Türen, schaltet das Innenlicht ein und setzt anschließend einen Notruf über das Mobilfunknetz ab, sofern keine weitere Reaktion des Fahrers erkennbar ist. Ein solcher Nothalt im zähfließenden Autobahnverkehr ist ein sinnvolles Manöver, weil es unkontrolliertes Fortbewegen des A8 verhindert.

Bei den Probandenversuchen von Audi hat sich herausgestellt, dass die meisten Fahrer bereits in der ersten Phase der Übergabeaufforderung reagierten. Auch nach der Übernahme bleibt der Staupilot in Bereitschaft, solange der Fahrer ihn nicht mit der Audi AI-Taste ausschaltet. Sind die Voraussetzungen für den erneuten Einsatz gegeben, zeigt das System seine Verfügbarkeit im Audi virtual cockpit an. Jetzt muss der Fahrer nur noch die Hände vom Lenkrad nehmen, um den Staupilot von Neuem zu aktivieren.

Beim hochautomatisierten Fahren ist die Geschwindigkeit des Audi A8 auf 60 km/h beschränkt. Wenn sich der Stau auflöst und der Vorausfahrende beschleunigt, bleibt das System noch einige Sekunden aktiv, bis der Fahrer nach einer Übernahmeaufforderung die Fahraufgabe wieder übernommen hat.

Die Technik

Rundum vernetzt: die Sensoren im neuen Audi A8

Die grundlegende Voraussetzung für den Einsatz des Staupilot im Audi A8 ist die hochdetaillierte Erfassung der Umwelt durch das Auto. Dafür erhält das Flaggschiff ein neues, umfangreiches Set an Sensoren:

  • zwölf Ultraschallsensoren an Front, Flanken und Heck,
  • vier Umgebungskameras an Front, Heck und Außenspiegeln, - eine Frontkamera am oberen Rand der Windschutzscheibe, - vier Mid-Range-Radare an den Fahrzeugecken, - ein Long-Range-Radar an der Front,
  • ein Laserscanner an der Front,
  • Fahrerbeobachtungskamera im oberen Bereich der Instrumententafel.

Hightech-Rechenzentrale: das zentrale Fahrerassistenzsteuergerät (zFAS)

Die Daten des Laserscanners und aller anderen Systeme laufen im zentralen Fahrerassistenzsteuergerät, kurz zFAS, zusammen. Der etwa Tablet-große Rechner bereitet die Signale permanent auf und erstellt aus ihnen ein Abbild der Fahrzeugumgebung. In Summe hat das Steuergerät mehr Rechenpower als das A8-Vorgängermodell mit all seinen Systemen. Die Sensordaten werden in der sogenannten Fusionsschicht im zFAS eingelesen und zu einem differenzierten Umgebungsmodell kombiniert. Um die Sicherheit beim pilotierten Fahren weiter zu erhöhen, hat Audi das System redundant ausgelegt: Es nutzt eine zweite Datenfusion, die im Steuergerät des Long-Range-Radar stattfindet. Hier werden außerdem die Messwerte der weiteren Sensoren verarbeitet.

Die Rechtssituation

Die Einführung des Audi AI Staupilot erfordert für jedes einzelne Land neben der Klarheit über die gesetzlichen Rahmenbedingungen eine spezifische Anpassung und Erprobung des Systems. Darüber hinaus sind weltweit unterschiedliche Zulassungsverfahren und ihre Fristen zu beachten. Aus diesen Gründen bringt Audi den Staupilot im neuen A8 Schritt für Schritt in Serie.

Eine Frage der Verantwortung: die Stufen zum autonomen Fahren

Bei der Klassifizierung des automatisierten Fahrens haben sich die verantwortlichen Gremien in Europa und den USA – beispielsweise die deutsche Bundesanstalt für Straßenwesen und das SAE-Institut – auf sechs Stufen geeinigt. ?

Level 0, manuelles Fahren: Der Fahrer ist permanent verantwortlich für Längs-und Querführung.

Level 1, assistiertes Fahren: Das Assistenzsystem kann entweder die kontinuierliche Längs- oder die Querführung des Autos übernehmen. Der Fahrer wird von ihm unterstützt, bleibt jedoch verantwortlich. Er muss bereit sein, bei Bedarf die Fahraufgabe sofort zu übernehmen. Ein solches Level 1-System ist bei Audi beispielsweise die adaptive cruise control (ACC).

Level 2, teilautomatisiertes Fahren: Der Fahrer kann die kontinuierliche kombinierte Längs- und Querführung in bestimmten Anwendungsfällen an das System übergeben, hat aber zu jeder Zeit die Überwachungs- und Übersteuerungsfunktion. Er bleibt daher stets in der Verantwortung. Ein Beispiel dafür ist der Stauassistent von Audi: Er verzögert und beschleunigt im zähfließenden Verkehr bis 65 km/h selbstständig und übernimmt auf gut ausgebauten Straßen temporär auch das Lenken.

Level 3, hochautomatisiertes Fahren: Der Fahrer muss die Längs- und die Querführung des Fahrzeugs nicht mehr permanent überwachen und kann bordgestützte Nebentätigkeiten ausführen. Das System erkennt selbstständig seine Grenzen, also den Punkt, an dem die Umgebungsbedingungen nicht mehr dem Funktionsumfang des Systems entsprechen. In diesem Fall fordert das Auto den Fahrer mit mehreren Sekunden Vorlauf zur Übernahme der Fahraufgabe auf. Der neue Staupilot von Audi erfüllt diese Kriterien.

Level 4, vollautomatisiertes Fahren: Systeme mit Level-4-Funktion benötigen keine Unterstützung beziehungsweise Übernahme des Fahrers mehr, sind jedoch auf einen bestimmten Funktionsbereich limitiert – etwa die Autobahn oder das Parkhaus. Hier kann der Fahrer die komplette Fahraufgabe an das System übergeben. Er übernimmt erst wieder, wenn das Auto den für das vollautomatisierte Fahren definierten Bereich verlässt. Ein weiteres Beispiel für ein solches System sind Zukunftsszenarien wie Roboter-Taxis in Innenstädten. Sie übernehmen die vollständigen Fahraufgaben in einem beschränkten Geschwindigkeitsbereich und auf einer begrenzten Strecke.

Level 5, autonomes Fahren: Das Fahrzeug übernimmt die volle Kontrolle über Längs- und Querführung. Level-5-Systeme benötigen in keiner Situation die Hilfe des Fahrers.

Die gesetzlichen Rahmenbedingungen: Zulassungsrecht und Verhaltensrecht

Die Einführung des Staupilot unterliegt weltweit heterogenen rechtlichen Rahmenbedingungen. Zahlreiche Gesetzgeber befassen sich derzeit mit dem Thema. Sie wollen Regelungen für automatisierte und autonome Systeme schaffen beziehungsweise die bestehenden Vorschriften entsprechend anpassen. Dies betrifft sowohl das Zulassungsrecht als auch das Verhaltensrecht. Ersteres regelt die technischen Anforderungen an das pilotierte System, die der Automobilhersteller erfüllen muss, um eine Genehmigung des Systems in den jeweiligen Ländern zu erhalten. Das Verhaltens- beziehungsweise Straßenverkehrsrecht regelt dagegen die Nutzung des Systems durch den Fahrer und sein Verhalten im öffentlichen Straßenverkehr.

Die notwendigen Zulassungsvoraussetzungen für den Staupilot sind derzeit in vielen Ländern weltweit in Überarbeitung. Audi geht davon aus, sukzessive und länderindividuell die erforderlichen Genehmigungen für den Einsatz des Staupiloten zu erhalten.

Auch beim Straßenverkehrsrecht sind die Gesetzgeber aktiv und unterstützen die Einführung automatisierter Fahrfunktionen. Beispielsweise hat die Regierung in Deutschland Ende Juni 2017 die Regelungen so geändert, dass diese das Fahren von Autos mit hoch- und vollautomatisierten Funktionen „m Rahmen der bestimmungsgemäßen Verwendung" ausdrücklich erlauben. Audi hofft, dass weitere Länder in den nächsten Monaten folgen.

Datenaufzeichnung: Haftung bei einem Unfall Bei einem Unfall im automatisierten Fahrmodus ist zu klären, wer zum fraglichen Zeitpunkt die Fahraufgabe ausgeführt hat – der Fahrer oder das System. Beispielsweise haftet in Deutschland zunächst die Kfz-Haftpflichtversicherung gegenüber dem Unfallgegner. Im zweiten Schritt würde dann – wie auch heute schon – die Versicherung den Hersteller in Regress nehmen, sofern ein Produktfehler des Autos beziehungsweise des Systems zu dem Schaden geführt hat.

Wer die Fahraufgabe innehatte, hält im A8 mit Audi AI Staupilot der sogenannte Datenspeicher für Automatisiertes Fahren (DAF) fest. Dieser vom Gesetzgeber geforderte Datenlogger registriert bei aktiviertem Staupilot die Übergaben zwischen Fahrer und Auto sowie die Übernahmeaufforderungen. Die Informationen verbleiben – wie von Rechts wegen verlangt – für sechs Monate im Speicher. Parallel dazu zeichnet der DAF verschiedene Messgrößen aus Situationen auf, bei denen es beinahe oder tatsächlich zu Berührungen mit anderen Fahrzeugen kommt oder bei denen gewisse Beschleunigungsschwellen überschritten werden. Ein solches Ereignis kann beispielsweise eine Airbag-Auslösung oder eine automatische Notbremsung sein. Die Messgrößen werden kontinuierlich im Steuergerät aufgezeichnet. Sie lassen keinen Rückschluss auf die Identität von Personen oder Fahrzeugen zu, wie etwa Gesichter oder Kfz-Kennzeichen. Wird die Zündung ausgeschaltet, werden die Daten gelöscht.

Im Falle einer Kollision speichert der DAF das Datenpaket aus den letzten wenigen Sekunden vor dem Unfall dauerhaft. Folgende Kriterien werden hier hinterlegt:

  • Fahrerinteraktion (z.B. Bremsbetätigung des Fahrers oder Lenkwinkeleinschlag)
  • Status der Staupilot-Funktion (z.B. „taupilot war aktiviert")
  • Fahrzeugdynamik (z.B. Längs- und Querbeschleunigung)
  • Umfeld (z.B. Sensorinformationen)
  • Bei aktiviertem Staupilot: Übernahmebereitschaft des Fahrers (z.B. „ie anonymisierten Inputdaten der Kamera indizieren, dass der Fahrer übernahmebereit war")

Datenpakete zu bereits gespeicherten Unfällen können nicht überschrieben werden, jene einer automatischen Notbremsung dagegen sehr wohl. Sind die vorhandenen Speicherplätze belegt und ein weiterer Unfall oder ein anderes die Datenaufzeichnung auslösendes Ereignis tritt ein, wird stets das älteste überschreibbare Datenpaket durch das neue ersetzt.

Die Verarbeitung und Speicherung der oben beschriebenen Informationen erfolgt lokal im Auto. Eine automatische Übermittlung an die AUDI AG oder andere Dritte, etwa über die Cloud, findet nicht statt. Die Hoheit über die Daten liegt beim Halter beziehungsweise Fahrer. Die AUDI AG hat grundsätzlich keinen Zugriff darauf.