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
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
Samstag, 03.Oktober 2009
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...
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.
Bin gespannt:
@köppnick
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.
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:
- Man einigt sich auf einen Standard, den alle Hersteller unterstützen.
- Man baut die benötigten Teile in die Fahrzeuge bereits ein, ohne Mehrkosten für die Verbraucher.
- Der Staat baut die Verkehrsinfrastruktur.
@SteppenhundEin 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.
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.