• Hochpräzise Landkarte fürs autonome Fahren.

  • Hochpräzise Landkarte fürs autonome Fahren.

    • 14. January 2016
    • Vernetzung
    • Fotos: Daimler
    • Text: Rüdiger Abele
    • Illustration: Realgestalt

    Autonomes Fahren setzt die exakte Positionsbestimmung eines Fahrzeugs voraus. Dafür werden aktuelle, hochpräzise Karten erzeugt und online im Fahrzeug bereitgestellt.

    Das vollautonome Fahren steht derzeit stark in der Öffentlichkeit – noch in der Zukunft angesiedelt, doch die kommt ja meist schneller als gedacht. So wird beispielsweise bereits die im Jahr 2016 vorgestellte nächste Generation der Mercedes-Benz E-Klasse weitere Funktionen für das teilautonome Fahren haben: Sie folgt unter anderem auf Wunsch bis zu einer Geschwindigkeit von 200 km/h dem Vorherfahrenden, selbst in leichten Kurven, Geschwindigkeitslimits werden erkannt und eingeregelt.

    Das vollautonome Fahren ist zum einen eine weitere Assistenzfunktion, die in manchen Verkehrssituationen eine willkommene Entlastung bringen kann, etwa auf Routinefahrten oder im Stau. Zum anderen ist es gewissermaßen der Kulminationspunkt aller bisherigen Sicherheitsinnovationen mit dem Ziel des unfallfreien Fahrens, das Mercedes-Benz seit Jahrzehnten systematisch verfolgt.

    NAVIGATIONSSYSTEME REICHEN NICHT AUS

    Eine zentrale Voraussetzung für das autarke Navigieren eines Fahrzeugs sind hochgenaue Landkarten. Das Digitalmaterial aktueller Navigationssysteme reicht nicht aus: Das Auto muss tatsächlich zentimetergenau seine Position auf der Fahrbahn kennen, um sicher unterwegs zu sein. Beispielsweise beim Abbiegen darf es keinen „Ungefährpunkt“ fürs Einschlagen der Lenkung geben, den der Mensch am Volant bisher mit kundiger Hand ausglich – die digitalen Fahrbefehle müssen hochpräzise sein. Neben den Kartendaten liefern selbstverständlich auch alle Sensoren zur Umfelderkennung wichtige Informationen fürs autonome Fahren.

     

    Die Bertha-Benz-Fahrt im Jahr 2013 mit dem Forschungsfahrzeug S 500 INTELLIGENT DRIVE war ein wichtiger Schritt in Richtung Zukunft: Die Oberklasse-Limousine hat gezeigt, dass auch im Überland- und Stadtverkehr autonomes Fahren möglich ist (siehe separater Infokasten). Diese Fahrt wurde aufwendig vorbereitet – inklusive der Kartenerstellung, denn es gab kein Material mit der notwendigen Präzision. „Die hochgenaue digitale Landkarte wurde eigens für den Anlass erstellt“, erzählt Martin Haueis, Leiter Lokalisierung und Datenmanagement in der Konzernforschung und Vorentwicklung bei Daimler.

    Mercedes-Benz: Herr Martin Haueis

    Martin Haueis, Leiter Lokalisierung und Datenmanagement

    STEREOKAMERAS LIEFERN BILDINFORMATIONEN

    Das Unternehmen hat dazu mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zusammengearbeitet. „Eine Stereokamera tastete die Straßen entlang der Route ab und lieferte bildliche Streckeninformationen. Ein hochgenaues GPS legte Positionsdaten dazu. Beides zusammen ergab ein sehr präzises Straßenabbild. Es ist ein dreidimensionales Modell der Welt – wir nennen es immer noch Landkarte, aber mit einer klassischen Karte hat es nicht mehr viel zu tun. Um die Genauigkeit zu verbessern, fuhren wir die Strecke mehrmals ab und gaben dem lernfähigen System die notwendige Datendichte.“

    Diese Landkarte war eine Voraussetzung für das Gelingen der Bertha-Benz-Fahrt. Doch den Experten wurde zugleich deutlich: Nur eine kontinuierliche und dynamische Kartenerstellung ohne jegliche manuelle Nacharbeit ist wirklich praxistauglich, um jederzeit Genauigkeit und Aktualität zu gewährleisten. „Wegweisend wird sein, wenn ganz normale Fahrzeuge im Alltagsbetrieb die Straßen erfassen“, sagt Haueis, „denn sie sind ständig dort unterwegs, wo sonst zusätzlich Kartografierungsfahrzeuge rollen müssten.“ Diese haben den Nachteil, dass sie nicht die notwendige Aktualität liefern, weil sie manche Straße vielleicht erst wieder nach einem halben Jahr erneut abfahren – untauglich fürs autonome Fahren.

    Die Experten machten sich daran, die Kartengenauigkeit mithilfe von selbstlernenden Systemen weiter zu verbessern. Ziel war zunächst, dass ein Fahrzeug sich seine eigene hochgenaue Karte erzeugt. Dazu wurden Erprobungsträger mit der notwendigen Erfassungs- und Rechentechnik ausgestattet. Sie lieferten Fahrt um Fahrt die Daten, aus denen ein hochgenaues Abbild der Straße inklusive der direkten Umgebung entsteht.

    „ Mit einer klassischen Karte hat es nicht mehr viel zu tun. “

    Martin Haueis

    FAHRZEUGE ERZEUGEN KARTENDATEN

    Stereokameras erfassen dreidimensional die komplette Fahrzeugumgebung und identifizieren darüber Merkmale, die der Orientierung dienen – Häuserecken etwa oder Laternenmasten, aber auch Verkehrsschilder. Auch Spurmarkierungen, Richtungspfeile, Fußgängerüberwege, Stopplinien oder Bordsteine werden erkannt. Zusammen mit den entsprechenden GPS-Positionsdaten entsteht eine Datenbank als detailreiches Abbild der Route. Sie dient als Basis für die autonome Fahrt und ist stets offen für neuerliche Anpassungen. Wenn das Fahrzeug die Straße das nächste Mal entlang rollt, wird dann direkt verbessert.

     

    „Eine valide Datenbasis entsteht bereits während der ersten Fahrt auf einer Route. Wenn vielleicht zwei weitere Fahrten auf der gleichen Route hinzukommen, bringt das die Kartenqualität schon auf ein sehr hohes Niveau“, erläutert Christoph Keller, der sich in der Vorentwicklung bei Daimler ebenfalls mit der Fahrzeuglokalisierung befasst. Ein weiterer Vorteil: Die Karte kann nach und nach wachsen – immer dann, wenn das Fahrzeug über eine bisher nicht erfasste Straße rollt, erzeugt es die passenden Kartendaten.

     

    Was einfach klingt, barg zahlreiche technische Herausforderungen. „Denn eine gute Karte entsteht nicht einfach dadurch, dass man viele Informationen hat. Diese müssen passend verarbeitet werden, damit das gewünschte klare Abbild entsteht“, beschreibt Keller. Individuelle Algorithmen, umgesetzt in Computersoftware, brachten das gewünschte Ergebnis: Selbstlernend ist ein Fahrzeug nun in der Lage, seine eigene und hochpräzise digitale Landkarte zu erzeugen. Sie ist ein Baustein fürs autonome Fahren, aber auch für das Optimieren von Routinefahrten direkt im Daten sammelnden Fahrzeug, was als zusätzliches Komfortmerkmal empfunden wird.

    Mercedes-Benz: Herr Christoph Keller

    Christoph Keller, Vorentwicklung

    ALLE FÜR EINEN, EINER FÜR ALLE

    Die nächsten Entwicklungsschritte sind bereits vorgezeichnet: Im Sinne von Effizienz und Genauigkeit ist es sinnvoll und logisch, wenn Fahrzeuge sich gegenseitig unterstützen – die Landkarte also nicht individuell erzeugt wird, sondern zentral aufgrund einer Vielzahl von gelieferten Daten und dann wiederum sämtlichen beteiligten Fahrzeugen zur Verfügung steht. „Die Fahrzeuge liefern über mobile Datenleitungen die Routeninformationen an einen Zentralrechner, auch ‚Backend’ genannt, weil er gewissermaßen hinter den Kulissen steht. Dieser führt alle Daten zur digitalen Landkarte zusammen, die wiederum online in die Fahrzeuge zurück gelangt“, beschreibt Haueis das Szenario.

    Die Vorteile dieses Verfahrens sind vielfältig: Die autonomen Fahrzeuge profitieren von höchstem Detailreichtum und zugleich von bester Aktualität. Und Hauptressourcen wie beispielsweise Rechenleistung und Lernalgorithmen müssen nicht im Fahrzeug vorgehalten werden, sondern an einer Zentralstelle. „Die Kunst besteht auch für diese Lösung wiederum im Erstellen der notwendigen Programmcodes – wie gesagt, viele Daten allein bürgen noch nicht für ein qualitativ hochwertiges Ergebnis. Auf die Verarbeitung kommt es an.“ Noch sind die Entwickler bei der Backend-Lösung nicht ganz am gewünschten Ziel. Doch es ist bereits in Sichtweite: Die Zukunft kommt ja meist schneller als gedacht.

    Die Bertha-Benz-Fahrt 2013

    Die rund 100 Kilometer lange Route von Mannheim nach Pforzheim folgte den Spuren der Pionierin Bertha Benz, die 1888 auf dieser Strecke die erste automobile Fernfahrt gewagt hatte.

    Autonom unterwegs auch über Land und in Innenstädten – das war das Forschungsfahrzeug Mercedes-Benz S 500 INTELLIGENT DRIVE Mitte 2013. Im dichten Verkehr des 21. Jahrhunderts meisterte die selbstständig fahrende S-Klasse hochkomplexe Situationen autonom – mit Ampeln, Kreisverkehren, Fußgängern, Radfahrern und Straßenbahnen.

    Die Besonderheit: Dieser wegweisende Erfolg wurde nicht durch den Einsatz extrem teurer Spezialtechnologie, sondern mithilfe seriennaher Technik realisiert, wie sie ähnlich bereits heute in zahlreichen Fahrzeugen von Mercedes-Benz verfügbar ist.

    Damit markiert das Projekt einen Meilenstein auf dem Weg vom selbst bewegten (automobilen) zum selbstständig fahrenden (autonomen) Auto.

    Verwandte Themen.