Intelligente Fahrzeuge

Ein Tempomat ist eine feine Sache. Seit drei Jahren fahre ich ein Auto mit Automatikgetriebe, da gehört er praktisch zur Serienausstattung. Man stellt ihn auf eine Geschwindigkeit ein, die etwas niedriger ist als die des durchschnittlichen Verkehrs, dann kann man es auf längeren Strecken einfach rollen lassen.

Mir ist aufgefallen, dass der Benzinverbrauch mit Tempomat vor allem in hügeligem Gelände höher ist als ohne, zunächst war mir nicht klar warum. Aber nach einigem Nachdenken kam ich darauf, dass bei gleichbleibender Geschwindigkeit der Benzinverbrauch beim Bergauffahren stärker steigt, als er sich beim Bergabrollen verringert.

Ein Mensch, der ohne Tempomat fährt, verhält sich offenbar anders. Bergauf fährt er etwas langsamer, entweder weil er das Gaspedal nicht stärker durchdrückt oder weil er unbewusst das Brummen des Motors auf einem gleichbleibenden Niveau halten möchte. Bergab wird er dann automatisch schneller.

Mit einer intelligenteren Programmierung des Tempomaten könnte man ein ähnliches Verhalten erzielen. Man würde dann nicht mehr eine Geschwindigkeit einstellen, die von der Technik zu jedem Zeitpunkt eingehalten werden soll, sondern man würde eine Durchschnittsgeschwindigkeit wählen, an der sich das Auto orientieren soll. Da sowieso laufend die gefahrene Strecke, der Benzinverbrauch und die Motorleistung gemessen werden, ließe sich das im Bordcomputer relativ leicht programmieren. Kosten für den Hersteller entstünden keine, der Nutzer hätte den Vorteil eines geringeren Benzin- oder Dieselverbrauchs.

Ein weiteres Ärgernis für den Tempomatliebhaber sind andere Fahrzeuge, die ohne Tempomat gesteuert werden und deren Geschwindigkeit leicht unter oder über der eigenen liegt. Man rollt Zentimeter um Zentimeter auf den vor einem Fahrenden zu und überlegt, ob man jetzt überholen soll (Stress!) oder den Tempomaten um ein oder zwei km/h abregelt.

In einigen modernen Autos sind Bremsassistenten eingebaut. Diese messen den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug und warnen entweder bei zu großer Annäherung oder können sogar selbstständig den Bremsvorgang einleiten. Auch diese Sensoren könnte man mit dem "intelligenten" Tempomaten kombinieren. Stellt dieser fest, dass sich die eingestellte gewünschte Durchschnittsgeschwindigkeit nur unwesentlich von der des Vorausfahrenden unterscheidet, wird entsprechend auf- oder abgeregelt. Auch dieses Fahren im Windschatten spart Energie.

Mit ein bisschen zusätzlicher Elektronik an Bord könnten sich die beiden Fahrzeuge sogar miteinander unterhalten. Hätte zum Beispiel das erste Fahrzeug ebenfalls eine Bremselektronik, könnte der Abstand zwischen beiden verringert werden - auch auf ein Maß, dass für einen menschlichen Fahrer nicht mehr erträglich wäre. Denn das erste Fahrzeug würde beim Feststellen eines Hindernisses bzw. beim Einleiten des Bremsvorgangs zugleich praktisch verzögerungsfrei diese Informationen an das zweite Fahrzeug übermitteln.

Solche On-Board-Units (OBUs) wurden bereits vor etwa fünfzehn Jahren in einem Feldversuch zur Autobahnmaut untersucht. Damals war das politisch nicht opportun und die entsprechenden Konzepte wurden schnell wieder beerdigt. Als Jahre später doch ein Mautsystem eingeführt wurde, kam nicht das technisch sinnvollste System zum Einsatz, sondern das, bei dem sich die kooperierenden Großkonzerne durch intensive Lobbyarbeit im Verborgenen am besten bei den regierenden Politikern durchsetzen konnten. Denen verdanken wir jetzt die kostenintensiven und technisch nicht notwendigen Mautbrücken über die Autobahn.

Vor fünfzehn Jahren gab es noch keine billigen GPS-Empfänger, kein überall verfügbares Mobilfunksystem und kein Evernet (everywhere Internet). Heute wäre also ein solches System mit viel besserer Sensorik und viel geringeren Kosten zu realisieren. Man könnte Funkbaken am Straßenrand installieren. Diese würden mit den vorbeifahrenden Autos kommunizieren. So könnten Informationen über Geschwindigkeitsbegrenzungen, über Staus (die Baken können gleichzeitig die vorbeifahrenden Autos zählen und die Informationen der nächsten Baken in Straßenrichtung empfangen) und vieles andere mehr übermittelt werden.

Man könnte die Baken sogar in die Straßen einbetonieren und sie ihre Energie aus den über sie hinweg fahrenden Autos gewinnen lassen. Denn ein großer Metallklotz, der sich schnell über einer Spule bewegt, induziert in dieser einen Strom, mit dem ein Akku aufgeladen werden kann. Die Elektronik selbst ist wartungsfrei. In einem so aufgebrezelten Straßensystem müsste der Fahrer auf der Autobahn nur noch das Lenkrad festhalten.

An Systemen, die ihm auch noch diese Aufgabe abnehmen, wird seit Jahren (eher Jahrzehnten!) geforscht. Der präferierte Ansatz ist die Verwendung einer oder mehrerer Kameras, die fortlaufend Bilder aufnehmen und die Bildinhalte mittels Bildverarbeitung zu verstehen suchen: Straßenverlauf, Verkehrsschilder. Ich arbeite in der Bildverarbeitung und ich halte diesen Ansatz für unsinnig. Ich prognostiziere, dass wir auch in den kommenden zwanzig Jahren kein System haben werden, das in einem Fahrzeug die Aufgabe des Fahrzeuglenkers übernehmen kann.

Der prinzipielle Fehler dieses Ansatzes besteht darin, dass man versucht, eine Technik zu entwickeln, die sich in eine Umwelt einpassen soll, die für Menschen gemacht wurde, eben Fahrbahnmarkierungen und Straßenschilder in ansonsten beliebig komplexen Umweltszenen. Warum schafft man nicht ein alternatives System, das für die Maschinen viel einfacher zu verstehen ist und das eben parallel zu den für unsere Augen gedachten Informationsträgern existiert?

Auch hier hat es die entsprechenden Versuche bereits gegeben. Bohrt man in die Fahrbahn alle zwei Meter ein kleines Loch und versenkt in ihm einen kleinen Magneten, hat man die für eine technische Realisierung notwendige Infrastruktur bereits geschaffen. Ein sich über den Magneten bewegendes Auto kann das Feld des Dauermagneten erkennen und darauf aufbauend genau die Spur halten.

Ein mit derartigen Sensoren ausgestattetes Fahrzeug fährt auf dieser für uns unsichtbaren Linie der Magnete wie ein Zug auf einer Schiene. Zusammen mit den eingangs vorgestellten Systemen zur Geschwindigkeitsregelung ist eine Einflussnahme des Fahrers nur noch zum Spurwechsel und zum Abbiegen notwendig.

Man kann sich jetzt die Frage stellen, warum ein derart einfaches und insgesamt sehr preiswertes System in unserer Gesellschaft bis jetzt noch nicht realisiert wurde. Die Antwort fällt recht leicht und sie hat wenig mit Technik sondern viel mit Ökonomie und Politik zu tun. Ein Fahrzeug, das mit Kameras und Software ausgestattet ist, funktioniert von der ersten Minute an für seinen Besitzer. Aus diesem Grund lohnt es sich für die Hersteller, es zu entwickeln, zu produzieren und zu verkaufen, und es lohnt sich für den Käufer, es zu erwerben.

Ein System, bei dem Kilometer für Kilometer erst die entsprechende Infrastruktur aufgebaut werden muss, und das erst einen messbaren Nutzen erbringt, wenn sehr viele Autos mit den entsprechenden Systemen ausgestattet sind, und das zusätzlich eine Verhaltensänderung seiner Benutzer erfordert, hat in unserer "Marktwirtschaft" keine Chance. Man denke sich als Analogie ein Deutschland, in dem es keine Schienen, Züge und Bahnhöfe gebe, und kalkuliere die Wahrscheinlichkeit, das alles heute einzuführen. Die Wahrscheinlichkeit ist nahe Null.

Die deprimierende Erkenntnis, die über den Einzelfall hinausreicht, ist, dass es Dinge gibt, die selbst dann nicht realisiert werden, wenn sie sinnvoll, technisch machbar und vielleicht sogar notwendig sind.

Alltag, Visionen
steppenhund - 3. Oktober, 11:45

Ich kann zwar das meiste deiner Ausführungen bestätigen. Allerdings stimmt die Geschichte mit der leichten Realisierbarkeit noch nicht so ganz.
Gerade vor drei Tagen war ich wieder bei einem Vortrag des Mitarbeiter eines Forschungsinstituts, das sich ganz stark mit dieser Thematik beschäftigt.
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ad 1) Es gibt schon bereits Testfahrten mit Autos (meistens riesige LKWs), die sich in der Stadt unbemannt zurechtfinden. Die Versuche werden natürlich minitös überwacht, um rechtzeitig eingreifen zu können. Diese Autos arbeiten auf der Basis von Sensoren, zu denen auch bilderkennende gehören.
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ad 2) Ferngelenkte Autos über Geber, die in den Straßen eingebaut sind: prinzipiell eine gute und vermutlich die richtige Idee. Doch hier müssen noch die Probleme der Malversion gelöst werden. Die Übertragung muss gegenüber Störungsaktionen geschützt übertragen. Die entsprechende Verschlüsselung benötigt aber Zeit - auch bei der Dekodierung. In den Fahrzeugen agieren getakte Protokolle mit 1ms-Takten, man forscht an 100Mikrosekunden. In dieser Zeit muss eine Einheit (z.B. auch der angesprochene Tempomat) die eigenen Pflichten übernehmen als auch das ganze Protokollhandling durchführen können. Kommt jetzt noch eine Dekodierung dazu, steht man zeitlich an. Außerdem scheint man noch nicht zu wissen, welche Dekodierung überhaupt sicher genug ist.
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Ich bekomme die ganze Technologie der "embedded systems" leider nur am Rande mit. Manchmal denke ich wehmütig daran, dass ich mich auf diesem Gebiet auch sehr wohl fühlen könnte.
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Zu einem Resümee würde ich mich aber heute hinreißen lassen: ungeachtet dessen, dass es politisch vielleicht auch sonst nicht gefördert würde, ist man technisch noch nicht so weit, wie man sein müsste.
Aber das kann in zehn Jahren schon anders sein...

Köppnick - 3. Oktober, 12:44

Das Problem der Störungen hat jedes beliebige System, das mit Sensoren die Umwelt erforscht, auch der Mensch. Montiert ein "Terrorist" vor einer Baustelle die Geschwindigkeitsbegrenzungsschilder ab, rasen auch Menschen ungebremst ins Stauende. - Manchmal tun sie das auch trotz der Schilder. Hier stellt sich für Maschinen ein neues Problem: Wer trägt die juristische Verantwortung? Daran sind zum Beispiel die Ansätze gescheitert, LKWs elektronisch aneinander zu koppeln. Es ist nämlich technisch sehr einfach, Geleitzüge aus bis zu zehn LKWs zu bilden, bei denen nur im ersten ein Fahrer sitzt. Man muss dann als Autofahrer einen mehrere hundert Meter langen Geleitzug überholen, bei denen zwischen zwei Fahrzeugen nur zwei Meter Abstand ist. Und wenn der einzige Fahrer eines solchen Geleitzugs in ein Stauende donnert, dann ist das so wie ein Zugunglück ala Eschede.

Ich würde die Ansprüche an ein solches Automatiksystem senken. In meinem Fall der Magneten würde ich z.B. nicht akzeptieren, dass die Fahrer die Hände vom Lenkrad nehmen. Aber im Normalfall würde die Automatik das Lenkrad sanft unter seinen Händen hin- und hergleiten lassen, um den Kurven auf der Autobahn zu folgen. In der Stadt mit dem ganzen Elektro- und visuellen "Smog" funktioniert kein System, kein funktechnisches, kein magnetisches, kein visuelles.
ostfriese - 3. Oktober, 14:28

Bin gespannt:

Ob wir heute noch große Infrastrukturprojekte auflegen können, wird sich z.B. am Leben oder Sterben der Firma http://www.betterplace.com/ erweisen, die in gewaltigem Maßstab Tauschstationen für die Batterien zukünftiger Elektro-Autos errichten will.
steppenhund - 3. Oktober, 14:46

@köppnick

Ich finde deine Einstellung, "nicht alles" zu verlangen, ausgesprochen vernünftig. Ich denke, dass in den meisten Fällen ein Hybridsystem aus Mensch und Maschine ein Optimum zu leisten imstande ist.
Der Vergleich mit den Schildern ist allerdings nicht ganz zugkräftig. Da kann nämlich leicht der Anschlag eruiert werden. Im Prinzip können ja auch Minen aufs Gleis gelegt werden. Die könnten aber noch entdeckt werden. Eine Überwachung einer elektronischen Information erfordert allerdings ein wesentlich stärkeres und intelligenteres Überwachungssystem als wir sie heute zur Verfügung haben. Dass die Menschen gegenüber informationstechnikbedingten Störungen und Malversationen hilflos gegenüber stehen, zeigen die Spams, die Abmahnaktionen und generell Viren und Trojanerverseuchung.
Köppnick - 3. Oktober, 15:14

@Ostfriese
Wir haben das Henne-Ei-Problem, das ziemlich unlösbar scheint, weil die unabhängig voneinander handelnden Teilnehmer klein sind gegenüber dem zu errichtenden System. Zwischenstufen (in diesem Fall des Ausbaus der Straßen bzw. der Ausrüstung der Autos) haben für die Betreffenden keinen ersichtlichen Nutzen. An diesem Problem ist DAB gescheitert. Auch bei der Verkehrsinfrastruktur müssten Voraussetzungen erfüllt werden:
  1. Man einigt sich auf einen Standard, den alle Hersteller unterstützen.
  2. Man baut die benötigten Teile in die Fahrzeuge bereits ein, ohne Mehrkosten für die Verbraucher.
  3. Der Staat baut die Verkehrsinfrastruktur.
@Steppenhund
Ein System mit Magneten auf der Autobahn hat sehr viel Redundanz: Die Magneten sind wenig störanfällig, weil sie keine bewegenden Teile enthalten. Das Auto "weiß", in welchem zeitlichen Abstand der nächste kommen muss und wo er an der Fahrzeugunterseite erwartet wird. Außerdem gibt es noch als Backupsysteme: Funkbaken, Leitplanken (diese sind metallisch, können also ebenfalls elektromagnetisch wechselwirken), Fahrbahnmarkierungen, GPS. Und der Fahrer ist auch noch da. Bei dem oben erwähnten Feldversuch wurde auch noch im Infrarotbereich kommuniziert, mit Richtstrahlen kann man also auch noch was machen, und mit Lasern. Die tatsächlichen Probleme: Siehe erster Abschnitt für den Ostfriesen.
Peter42 - 3. Oktober, 22:48

In meinem Fall der Magneten würde ich z.B. nicht akzeptieren, dass die Fahrer die Hände vom Lenkrad nehmen.
Das visuelle System von Mercedes-Benz ist nach eigenen Aussagen zu gut, da nach Tests die Gefahr besteht, dass der Fahrer anfängt Zeitung zu lesen. Um das zu verhindern, wird eine absichtliche leichte Ablenkung von der Ideallinie vorgenommen, um die Aufmerksamkeit des Fahrers zu binden. Eine 99%-Lösung gibt es wohl nicht. Entweder 100% oder ständige Aufmerksamkeit.
Köppnick - 4. Oktober, 08:02

Eine 99%-Lösung gibt es wohl nicht. Entweder 100% oder ständige Aufmerksamkeit.
Das ist in Kombination mit den Fragen nach der Interaktion mit anderen Fahrzeugen und einer Umwelt, die keine genormten Informationen zur Verfügung stellen, und der nach der der juristischen Verantwortung das zentrale Problem. Ich habe gelesen (ok, es ist schon ein paar Jahre her), dass die Entwickler sehr solz waren, dass ihr System nur etwa alle 250 km einen Fehler gemacht hat. Auf die durchschnittliche Kilometerleistung eines deutschen Autos umgerechnet, sind das 60 Unfälle pro Fahrzeug und Jahr.
Peter42 - 4. Oktober, 11:14

Hier ist die Kurzversion des Berichtes, es gab aber auch noch eine ausführlichere Version. Interessanterweise sind die Systeme mittlerweile so gut, dass sie eine Unfallsituation eindeutig vorher erkennen und verhindern könnten. Ein aktiver Eingriff ist aber aus rechtlichen Gründen nicht möglich ist, da es immer Fälle geben könnte, die eine autonome Entscheidung vom Fahrer benötigen. Daher gibt es nur eine Rückmeldung durch z.B. Lenkradrütteln und eine Strategie zur Reduktion der Unfallschäden. Nur im Stop-and-Go-Verkehr können die Systeme in Zukunft selbständig agieren.
Köppnick - 4. Oktober, 11:56

Danke für den Link.

In der Tat ist es so, dass für alle Verkehrssysteme, die ihren Verkehrsraum exklusiv nutzen können (Luft, Wasser, Schiene), die Anwesenheit eines menschlichen Entscheiders die Zahl der Unfälle objektiv vergrößert und trotzdem als unverzichtbar gilt. Es sind psychologische und juristische Gründe.

Auf der Straße sieht das anders aus, hier kreuzen sich erstens mehrere Verkehrsräume (Fußgänger, Radfahrer, Eisenbahn), die Umwelt ist weniger genormt, die Dichte der zu treffenden Entscheidungen ist höher und die Erfahrung und das Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer ist mit einer höheren Unsicherheit behaftet.
Nielsson - 8. Oktober, 08:58

Ein paar Gedanken:
Möchte man dem Menschen weiter Arbeit abnehmen?
Möchte man den Primärenergieverbrauch (durch mehr Verkehr) weiter steigern?
Möchte man die Landschaft und Gesellschaft weiter zersiedeln, weil die Menschen jetzt noch besser von A nach B kommen?
Steht der Aufwand in einem sinnvollen Verhältnis zum Nutzen? Wer bewertet den Nutzen?
Möchte man noch mehr von Technik abhängig sein? Und sei es nur gedanklich?
Mehr Technik führt zu mehr und unüberschaubaren Wechselwirkungen.

...

Köppnick - 8. Oktober, 22:19

Wir haben keine Wahl

Der Energieverbrauch ist nicht das Problem, die Sonne liefert uns hundert- oder tausendmal soviel Energie auf die Erde wie wir verbrauchen. Wir klinken uns nur in den Energiestrom ein, den die Sonne als Licht (elektromagnetische Strahlung) einstrahlt und den die Erde als Wärme (ebenfalls elektromagnetische Strahlung) wieder abgibt. Unser heutiges Problem ist das CO2, weil es die Wärmeabgabe der Erde verhindert, nicht die Energienutzung selbst.

Wir haben keine Wahl, denn unsere Infrastruktur ist auf viele Jahrzehnte bis Jahrhunderte so festgelegt und kann nur langsam geändert werden. Und auch bezüglich der Technik haben wir keine Wahl, denn heute sechs und bald zehn Milliarden Menschen können nur am Leben gehalten werden, wenn wir alle unsere Möglichkeiten ausschöpfen. Und gerade das CO2-Problem lässt sich nicht durch weniger, sondern nur durch mehr und andere Technik lösen.

Meine feste Überzeugung: Ein Verzicht auf die Weiterentwicklung der Technik richtet mehr Schaden an, als es Nutzen bringt. Es funktioniert nicht, wenn wir den vielleicht 700 Millionen Reisbauern in China und vielen Milliarden Menschen in den Entwicklungsländern sagen, dass sie nicht so leben dürfen wie wir, weil das die Lebensgrundlagen der Erde zerstört. Wir müssen stattdessen hinkriegen, dass sie denselben Lebensstandard wie wir erreichen können - und das geht nur durch die Weiterentwicklung unserer Technik.

Ein Verzicht durch uns löst keines der Probleme der Welt. Worüber man sicher diskutieren muss, ist, welche Technik man wie weiterentwickelt und von welcher man ganz die Finger lässt.
ostfriese - 10. Oktober, 14:05

Technischer Fortschritt alternativlos

Zustimmung für Köppnick. Hoffnungen, man könnte den Pro-Kopf- oder gar den Gesamt-Energiebedarf weltweit wieder senken, werden von keiner Realität gedeckt.

Beim Streit um technische Lösungen hilft ein physikalischer Erfahrungssatz als Leitgedanke: In energetischen abgeschlossenen Systemen nimmt die Entropie zu. Indem wir Quellen anzapfen, die nicht aus dem aktuellen Zustrom von Sonnenenergie gespeist werden, zerstreuen wir Ressourcenkonzentrationen und verwandeln wir nutzbare Energiereserven in nutzlose oder sogar schädliche (--> Klimawandel) Niedertemperaturwärme. D.h., wir behandeln die Erde wie ein abgeschlossenes System und erhöhen seine Entropie umso stärker, je mehr Energie wir umsetzen.

Einziger Ausweg ist der konsequente Einstieg ins Solarzeitalter. Wir müssen das System, innerhalb dessen unser Energieumsatz stattfindet, öffnen für äußeren Zustrom. Das Potenzial hierfür ist bei einer Sonneneinstrahlung in der Größenordnung von Gigawattstunden pro Quadratkilometer und Tag schier unerschöpflich. Aufgrund der alarmierenden Nachrichten aus der Klimaforschung sollten wir alle finanziellen Mittel bündeln, um diesen auf Dauer ohnehin alternativlosen Weg möglichst schnell auf breiter Front zu beschreiten.

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Kommentare hier ...

lach.... ich bin im stern...
lach.... ich bin im stern *
rosmarin - 3. Dezember, 18:48
Oje, das mit der Halswirbelsäule...
Oje, das mit der Halswirbelsäule ist an mir vorbeigegangen. Das...
steppenhund - 2. Dezember, 11:07
Denk an meine Halswirbelsäule...
Denk an meine Halswirbelsäule und meinen schmerzenden...
Köppnick - 30. November, 22:22
Nanu, gar ken Kommentar?...
Nanu, gar ken Kommentar? :)))
steppenhund - 30. November, 20:45
Fachwörter und deren...
Die Autorin präferiert eine sehr restringierte...
Count Lecrin - 30. November, 19:53
passend zu diesen erkenntnissen:
mit 3 freust du dich, wenn du keine windeln brauchst. mit...
la-mamma - 30. November, 19:43
Ich möchte Ihnen...
Ich möchte Ihnen gehörig Respekt zollen,...
Count Lecrin - 30. November, 19:34
Mail geschickt.)
Mail geschickt.)
steppenhund - 28. November, 16:28
Nein, wir haben uns noch...
Nein, wir haben uns noch nicht bemailt. Meine Adresse...
Köppnick - 28. November, 15:46
Ich bilde mir ein, dass...
Ich bilde mir ein, dass wir schon Email-Kontakt hatten....
steppenhund - 28. November, 15:02
Mit dem Schreibfehler...
Mit dem Schreibfehler hast Du vollkommen recht. Vor...
steppenhund - 28. November, 14:56
Ich nehme an, dass in...
Ich nehme an, dass in deinen beiden Listen die ersten...
Köppnick - 23. November, 10:57