Wie fahrerloses Autorennen funktioniert

"Junior", ein 2006er Volkswagen Passat, der von einem Team der Stanford University stark modifiziert und robotisiert wurde, überquert die Ziellinie während der DARPA Urban Challenge 2004 in Victorville, Kalifornien. Die Autos hatten keine Fahrer und waren nicht ferngesteuert. TANGI QUEMENER / AFP / Getty Images

Hohe Stadionlichter leuchten durch Schwärme fliegender Insekten und beleuchten den Speedway in einer warmen, schwülen Nacht. Tausende Menschen packen die Tribünen. Ihre Köpfe drehen sich, während Rennwagen um die Kurven fahren, vorbeirasen und es dann noch einmal machen. Ein leises Murmeln aus der Menge explodiert in lautem Jubel, als ein Auto an einem anderen vorbeifährt und eine Kollision knapp vermeidet. Es ist nur eine weitere actionreiche Nacht auf der Rennstrecke - oder doch??

Noch eine Runde. Die Fans sind auf den Beinen und schreien laut, während die Autos um ihre Position kämpfen. Während die Führenden in der letzten Kurve brüllen und in die Zielgerade fahren, ist klar, dass es ein Fotofinish geben wird. Nur wenige Zentimeter trennen den Sieger vom Zweitplatzierten, wenn er unter der Zielflagge segelt. Die Menge wird wild!

Dann fällt dir etwas Seltsames auf. Als das Auto mit dem ersten Platz langsamer wird, um seine Siegesrunde zu fahren, wird deutlich, dass niemand auf dem Fahrersitz sitzt. Wird das Auto ferngesteuert? Ist der Fahrer rausgesprungen? Nee. Unglaublich, das Auto fährt selbst.

Während sich dieses Szenario im wirklichen Leben noch nicht abgespielt hat, ist es nur eine Frage der Zeit, bis es funktioniert. Seit der Einführung der ersten Prototypen in den 1970er Jahren haben Ingenieure unglaubliche Fortschritte bei der Entwicklung und Erprobung von fahrerlosen Autos erzielt. Am bemerkenswertesten ist vielleicht, dass Googles selbstfahrendes Autoprojekt von 2009 bis Dezember 2015 mehr als 1,3 Millionen Meilen softwaregesteuertes Fahren zurückgelegt hat [Quelle: Google]. Und weil dies Amerika ist, haben Ingenieure bereits versucht, ihre Kreationen zu fahren, wenn auch in einzelnen Zeitfahren, nicht direkt gegeneinander.

Wie hat das fahrerlose Autorennen angefangen? Wie unterscheidet sich das Fahren dieser Autos auf einer Strecke von dem Fahren auf der Autobahn? Werden fahrerlose Autorennen irgendwann Berufskraftfahrer arbeitslos machen? Wir werden diese und weitere Fragen beantworten, aber wir überlassen das Fahren Ihnen. Also schnapp dir die Maus und klicke auf!

Inhalt

1. Ursprünge des fahrerlosen Autorennens
2. Fahrerlose Rennwagentechnologie
3. Fahrerlose Autorennen
4. Die Zukunft des fahrerlosen Autorennens

Hat Leonardo da Vinci das erste fahrerlose Auto gezeichnet? SSPL / Getty Images

Offensichtlich wurden fahrerlose Autos nicht erfunden, nur damit wir sie auf einer Strecke fahren konnten. Sicher, das ist ziemlich großartig, aber der wahre Grund war praktischer. Wenn Autos selbst fahren würden, könnten Menschen, die aufgrund ihres Alters oder ihrer Behinderung auf andere angewiesen sind, viel mehr Unabhängigkeit haben, ganz zu schweigen von einem durchschnittlichen Pendler, der mehr Zeit zum Entspannen haben könnte. Als zusätzlichen Bonus könnten fahrerlose Autos Staus verringern, Unfälle reduzieren, den Kraftstoffverbrauch senken und sogar die Nachfrage nach Parkplätzen verringern.

Die Idee für ein fahrerloses Auto geht bis auf Leonardo da Vinci zurück, der 1478 einen vorprogrammierbaren Wagen entwarf (im Ernst, woran hat dieser Typ nicht gedacht?). Aber erst als die "Futurama" -Ausstellung von General Motors auf der Weltausstellung 1939 Premiere hatte, erlangten fahrerlose Autos wirklich öffentliche Aufmerksamkeit. Die Ausstellung war ein maßstabsgetreues Modell dafür, wie die Welt 1960 aussehen könnte, wie GM es sich vorgestellt hatte, und auf seinen winzigen Autobahnen standen Autos, die selbst fuhren. Frühe Versuche, diese Technologie in den 1950er Jahren tatsächlich zu entwickeln, konzentrierten sich auf sogenannte intelligente Autobahnen, Straßen, die mit Stahlkabeln eingebettet waren, die Autos erkennen und verfolgen konnten [Quellen: Vanderbilt und Weber].

Die heutigen fahrerlosen Autos, die mit Sensoren und Computern auf Straßen navigieren, um die Umgebung zu scannen und zu interpretieren, stammen aus den 1970er Jahren. Zu diesem Zeitpunkt programmierten Ingenieure des japanischen Tsukuba Mechanical Engineering Laboratory erfolgreich ein mit zwei Kameras und einem analogen Computer ausgestattetes Auto so, dass es weißen Straßenmarkierungen mit einer Geschwindigkeit von 30 km / h (18,6 Meilen pro Stunde) folgte, obwohl eine Stahlschiene ihm dabei half [ Quelle: Weber]. In den nächsten Jahrzehnten nutzten Universitäten und Unternehmen auf der ganzen Welt Verbesserungen in der Computertechnologie, um fahrerlose Autos zu entwickeln, die in realen Straßentests tatsächlich recht gut abschnitten.

Im Jahr 2003 entschied das US-Militär im Rahmen der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), dass diese Autos fahrbereit sind. Insbesondere hofften sie, dass die Herausforderung fahrerloser Autoforscher, gegeneinander anzutreten, Innovationen in einer Technologie vorantreiben würde, die möglicherweise wichtige militärische Anwendungen haben könnte. So wurde die DARPA Grand Challenge geboren. Mit einem Preisgeld von 1 Million US-Dollar versammelten sich die Teams 2004 in der kalifornischen Wüste, um ihre ultimativen autonomen Geschwindigkeitsmaschinen zu entfesseln. Die Ergebnisse waren interessant [Quelle: Shipley]. Aber bevor wir darauf eingehen, lassen Sie uns über die Technologie sprechen, die zum Bau eines fahrerlosen Rennwagens erforderlich ist.

Während der CES 2016 in Las Vegas wurde ein autonomer Fahrzeugcomputer Nvidia Drive PX 2 ausgestellt. Laut Nvidia kann die neue Drive PX 2-Plattform, die für autonome Autos entwickelt wurde, 24 Billionen Deep-Learning-Vorgänge pro Sekunde verarbeiten. REUTERS / Steve Marcus

Es ist wahrscheinlich nicht verwunderlich, dass die Technologie in fahrerlosen Rennwagen der in Ihrem normalen autonomen (oder sogar halbautonomen) Auto ähnelt. Das liegt daran, dass das Navigieren auf einer Rennstrecke und das Fahren auf einer Autobahn in vielerlei Hinsicht gleich sind: Bei beiden müssen Sie sich von anderen Autos fernhalten, auf einem bestimmten Kurs bleiben und unerwartete Hindernisse vermeiden. Noch fortgeschrittenere Rennfähigkeiten, wie eine Kurve so schnell wie möglich zu fahren, ohne durchzudrehen, können mit einer Kurve auf einer vereisten Autobahn verglichen werden. Trotzdem stehen fahrerlose Rennwagen vor einzigartigen Herausforderungen, und die Ingenieure haben sich einige ziemlich geniale Methoden ausgedacht, um mit ihnen umzugehen.

Ein typisches fahrerloses Auto verwendet eine Vielzahl von Sensoren, um seine Umgebung zu beobachten. Radarsensoren, die um das Auto herum angebracht sind, können die Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Autos um das Auto herum erfassen. Videokameras helfen dabei, den Verkehr in der Nähe zu verfolgen, lesen aber auch Ampeln und Verkehrszeichen und helfen dem Auto, Hindernissen wie Fußgängern auszuweichen. Lidar - oder Lichtradar - reflektiert Lichtimpulse von der Umgebung des Autos, um eine dreidimensionale Ansicht zu erstellen, die zur Identifizierung von Fahrspurmarkierungen und Straßenrändern nützlich ist. Ein Computer zieht all diese Daten zusammen und manipuliert das Lenken, Beschleunigen und Bremsen entsprechend [Quelle: Armstrong].

Rennsport verlangt noch mehr von einem fahrerlosen Auto. Angesichts der höheren Geschwindigkeiten sind Beschleunigen und Bremsen viel schwieriger und die Reaktionszeit ist weitaus kürzer. Techniken wie das Bestimmen der besten Linie durch eine Kurve, das Kämpfen um die Position und das Kompensieren von Lastverschiebungen während des Lenkens sind ebenfalls notwendig. Viele dieser Fähigkeiten sind für Rennfahrer instinktiv, aber fahrerlose Autos können es nur richtig machen, wenn sie mit dem richtigen Algorithmus programmiert sind [Quelle: Adams].

Was kann ein rennsportgeforderter Ingenieur tun??

Sie werfen einen Blick in die Köpfe der Rennfahrer - im wahrsten Sinne des Wortes. Ein Forschungsteam in Stanford hat die Fahrer tatsächlich an Elektroden angeschlossen, die die Gehirnaktivität messen, wenn sie gegen andere Autos fahren. Die aus diesem Experiment gewonnenen Informationen halfen den Ingenieuren, die Computersysteme der fahrerlosen Rennwagen zu optimieren. Durch die Untersuchung der instinktiven Reaktion der menschlichen Fahrer beim Durchdrehen des Fahrzeugs in einer Kurve konnten die Ingenieure beispielsweise das Timing der Software verbessern, die zur Stabilisierung des Autos beiträgt [Quelle: Knapton]..

Der fahrerlose "Boss" verwendet eine Kombination aus Lidar-, Radar-, Vision- und Mapping-GPS-Systemen, um "zu sehen". Es verwendete nur Elektronik, um sich 2007 erfolgreich durch den 60-Meilen-Stadtkurs von DARPA zu fahren. David Paul Morris / Getty Images

Hat all das Gerede über fahrerloses Autorennen Ihren inneren Geek auf die grüne Flagge vorbereitet? Nun, sei nicht zu aufgeregt, denn es gibt noch einige Probleme zu lösen, bevor der Sport für die Hauptsendezeit bereit ist.

Sicher, Ingenieure fahren diese Fahrzeuge seit mehr als einem Jahrzehnt, aber es war nicht immer voller Action. Nehmen Sie am ersten offiziellen fahrerlosen Autorennen teil, einem Offroad-Wettbewerb, der als DARPA Grand Challenge 2004 bekannt ist (wir haben ihn bereits erwähnt, aber Sie haben über das Ergebnis nachgedacht). Von den 15 Teams, die gestartet sind, haben es nur sechs tatsächlich aus der Startrutsche geschafft, ohne verrückt zu werden. Diejenigen, die es geschafft hatten, konnten zwischen 1,2 und 7,4 Meilen (1,9 bis 11,9 Kilometer) zurücklegen, bevor sie auf einem Felsen stecken blieben, sich in einen Zaun stürzten oder einem anderen unrühmlichen Untergang begegneten. Diese Ergebnisse sind noch schrecklicher, wenn man bedenkt, dass der Kurs 142 Meilen lang war [Quelle: Hooper].

Um fair zu sein, bei der DARPA Grand Challenge geht es darum, den technologischen Fortschritt zu fördern, und durch diese Maßnahme hat das Rennen 2005 nicht enttäuscht. 23 Fahrzeuge fuhren dieses Mal ein, und vier schafften es innerhalb der 10-Stunden-Frist, den 132-Meilen-Kurs zu bewältigen. "Stanley", das Auto der Stanford University, beendete das Rennen mit einer Zeit von sechs Stunden, 53 Minuten und 58 Sekunden. Es war eine erstaunliche technologische Leistung, aber bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 30,7 km / h (19,1 Meilen pro Stunde) war es kaum das Herzklopfen, an das Fans von Action-Rennen gewöhnt sind [Quelle: Hanlon].

Das letzte fahrerlose DARPA-Autorennen war die Urban Challenge im Jahr 2007. Dieses Mal schlug das Team von Carnegie Mellon 10 andere Teilnehmer, um den ersten Preis in Höhe von 2 Millionen US-Dollar mit nach Hause zu nehmen, und absolvierte den 60-Meilen-Kurs 20 Minuten vor dem nächsten Finisher. Auch hier waren die Geschwindigkeiten langsam: durchschnittlich nur 22,5 Kilometer pro Stunde. Der vielleicht größte Nachteil für Rennfans war jedoch, dass die Autos danach beurteilt wurden, wie gut sie die Verkehrsregeln befolgten. Was ist das für ein Rennen? [Quelle: Sofge]

Rennbegeisterte werden sich freuen zu wissen, dass Ingenieure jetzt an fahrerlosen Rennwagen arbeiten, die viel, viel schneller fahren können. Das Audi TTS der Stanford University mit dem Spitznamen "Shelley" hat in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erhalten - und das aus gutem Grund. Im Februar 2015 schlug es als erstes fahrerloses Rennauto einen menschlichen Rennfahrer und schlug den Amateur-Touring-Klassenmeister David Vodden im kalifornischen Thunderhill Raceway Park um 0,4 Sekunden [Quelle: Knapton]..

Fahrerlose Autos und Rennen: Ein Match Made in Hollywood

Obwohl fahrerlose Autos noch nicht gegen andere Autos angetreten sind, hat dies Film- und Fernsehproduzenten nicht davon abgehalten, sich vorzustellen, wie das aussehen würde. In einer Folge von "South Park" aus dem Jahr 2014 wurde ein Rennen im Stil der Zeichentrickserie "Wacky Races" aus den 1960er Jahren gezeigt, und einer der Konkurrenten war ein japanisches fahrerloses Auto. Sony Pictures hat sogar einen Film mit dem Titel "Driverless Car Race" in Arbeit, der diese Fahrzeuge auf einer Strecke von Paris nach Peking zeigt [Quellen: Montgomery und Ramsey].

Die Formel E ist mit den Fahrern schon ziemlich cool. Stellen Sie sich vor, wie die Rennen aussehen würden, wenn die Autos während Roborace fahrerlos sind! Jed Leicester / LAT / Formel E über Getty Images

Nachdem Motorsportfans vom aktuellen Stand des fahrerlosen Autorennens erfahren haben, denken sie wahrscheinlich: "Das ist ziemlich cool, aber wann werden wir echte Rennen sehen?" Gute Frage. Und Sie werden froh sein zu hören, dass die Antwort bald ist.

Im November 2015 kündigte die Formel E, eine Rennklasse für Elektroautos, Roborace an, eine internationale Rennstrecke für fahrerlose Elektrofahrzeuge. Es ist geplant, diese Rennen vor jedem Formel-E-Event ab der Saison 2016-2017 abzuhalten. In Roborace werden 10 Teams mit identischen Autos eingesetzt, sodass die Konkurrenz tatsächlich auf die verschiedenen Sensoren und Computeralgorithmen zurückzuführen ist, die die Teamingenieure entwickeln, um das Auto autonom zu machen. Und die besten Nachrichten für Rennsportfans? Einer der Gründer der Veranstaltung verspricht Geschwindigkeiten von bis zu 299,3 Stundenkilometern [Quelle: Davies].

Aber wird es jemand sehen? Das ist die große Frage, die viele Kritiker von Roborace aufgeworfen haben. Diese Zweifler haben das Gefühl, dass wenn man das menschliche Element aus dem Rennsport herausnimmt, es weniger interessant wird und sich vielleicht nicht einmal als Sport qualifiziert. Es sind die strategischen Fehlkalkulationen und die Abstürze, auf die sich die Leute einstellen. Was passiert also, wenn Computer genau abgestimmt werden, um diese Fehler zu vermeiden? Was wird ein Rennen ohne die emotionalen Feierlichkeiten der Fahrer im Kreis der Sieger sein? Es gibt sogar Bedenken, dass fahrerlose Autos so gut im Rennsport werden, dass menschliche Fahrer obsolet werden.

Nicht alle sind sich jedoch einig. Unterstützer argumentieren, dass diese Art von Wettbewerb den Sport tatsächlich viel attraktiver machen wird, indem sie einen neuen Fan-Typ anzieht, der sich vorher nicht wirklich für Rennen interessiert hat. Und was das menschliche Element betrifft, sehen Roborace-Befürworter auch nicht, dass dies verschwindet. Sie hoffen, dass die Ingenieure diese Rolle übernehmen und endlich etwas im Rampenlicht stehen, nachdem sie sich für einen Großteil ihrer Karriere in einem Labor versteckt haben [Quelle: Fagnan].

Am Ende sieht der Chef der Formel E seinen Roborace nicht als das Ende des Motorsports. Er möchte vielmehr, dass Fans und Konkurrenten sich für Innovationen begeistern - und vielleicht ein bisschen Spaß dabei haben [Quelle: Khorounzhiy].

Witze über dich

Am 31. März 2012 gab Google eine Partnerschaft mit NASCAR bekannt, um Google Racing zu gründen, eine Rennabteilung für fahrerlose Autos. Wenn Ihnen dieses Timing nicht verdächtig ist, sollte es so sein. Am nächsten Tag kündigte der Internet-Suchriese an, das Ganze sei ein Aprilscherz [Quelle: Google].

Anmerkung des Autors: Wie fahrerloses Autorennen funktioniert

Ich habe beiläufig verfolgt, was mit fahrerlosen Autos los ist, aber der Gedanke, sie zu fahren, ist für mich ein neues und zweifellos großartiges Konzept. Während ich diesen Artikel recherchierte, wurde ich von YouTube-Videos der frühen DARPA-Rennen und anderer Abenteuer im autonomen Rennsport abgelenkt. Jetzt, da ich weiß, dass es eine neue fahrerlose Rennserie geben wird, bin ich sehr daran interessiert, sie zu sehen. Ich denke, das macht mich zu einem dieser neuen Fans, die sich für den Sport interessieren!

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Weitere großartige Links

• YouTube: 2004 DARPA Grand Challenge
• YouTube: "Shelley", Stanfords Roboterauto, kommt auf die Strecke
• TED Talk: Der zukünftige Rennwagen - 150 Meilen pro Stunde und kein Fahrer

Quellen

• Armstrong, James. "Wie funktionieren fahrerlose Autos?" Der Telegraph. 11. Februar 2015. (15. Januar 2016) http://www.telegraph.co.uk/motoring/motoringvideo/11308777/How-do-driverless-cars-work.html
• Bogost, Ian. "Die geheime Geschichte des Roboterautos." Der Atlantik. November 2014. (15. Januar 2016) http://www.theatlantic.com/magazine/archive/2014/11/the-secret-history-of-the-robot-car/380791/
• DARPA. "Urban Challenge: Willkommen." 2007. (15. Januar 2016) http://archive.darpa.mil/grandchallenge/index.html
• Davies, Alex. "Selbstfahrende Rennautos machen Straßen für alle sicherer." Verdrahtet. 2. Dezember 2015. (15. Januar 2016) http://www.wired.com/2015/12/roborace-autonomous-vehicle-racing/
• Fagnan, Rene. "Meinung: 10 Gründe, Roborace nicht abzulehnen." Motorsport.com. 13. Dezember 2015. (14. Januar 2016) http://www.motorsport.com/formula-e/news/opinion-10-reasons-not-to-dismiss-roborace/
• Fia Formel E Meisterschaft. "Formel E und Kinetik kündigen fahrerlose Support-Serie an." 27. November 2015. (11. Januar 2016) http://www.fiaformulae.com/de/news/2015/november/formula-e-kinetik-announce-roborace-a-global-driverless-championship.aspx
• Google. "Google Racing." 31. März 2012. (13. Januar 2016) https://archive.google.com/racing/
• Google. "Monatlicher Bericht des Google Self-Driving Car Project." Dezember 2015. (15. Januar 2016) https://static.googleusercontent.com/media/www.google.com/de//selfdrivingcar/files/reports/report-1215.pdf
• Hanlon, Mike. "Die Stanford University gewinnt das DARPA Grand Challenge Race für Roboter - Fünf komplette Strecken." Gizmag. 9. Oktober 2005. (15. Januar 2016) http://www.gizmag.com/go/4720/
• Hooper, Joseph. "Von der DARPA Grand Challenge 2004 DARPAs Debakel in der Wüste." Populärwissenschaften. 4. Juni 2004. (12. Januar 2016) http://www.popsci.com/scitech/article/2004-06/darpa-grand-challenge-2004darpas-debacle-desert
• Khorounzhiy, Valentin. "Fahrerlose Meisterschaft signalisiert kein Ende des Motorsports - Agag." Motorsport.com. 27. November 2015. (14. Januar 2016) http://www.motorsport.com/formula-e/news/driverless-championship-won-t-signal-end-of-motorsport-agag/
• Knapton, Sarah. "Fahrerloses Auto schlägt Rennfahrer zum ersten Mal." Der Telegraph. 13. Februar 2015. (11. Januar 2016) http://www.telegraph.co.uk/news/science/science-news/11410261/Driverless-car-beats-racing-driver-for-first-time .html
• Montgomery, Kevin. "South Park besiegt den absurden Transportkrieg von Tech." Valleywag. 16. Oktober 2014. (15. Januar 2016) http://valleywag.gawker.com/south-park-takes-down-techs-absurd-transportation-war-1647173429
• Edel, Jonathan. "Fahrerlose Autos für Straßen ohne Rennstrecke, sagt Wolff." Motorsport.com. 26. Dezember 2015. (11. Januar 2016) http://www.motorsport.com/formula-e/news/driverless-cars-for-roads-not-race-track-says-wolff-664866/
• Ramsey, Lydia. "Fahrerloses Autorennen von Paris nach Peking 'wäre nahezu unmöglich.'" Populärwissenschaft. 19. Februar 2015. (11. Januar 2016) http://www.popsci.com/theres-going-be-movie-about-self-driving-car-races
• Shipley, Don. "DARPA plant große Herausforderung für Bodenroboter." DARPA. 2. Januar 2003. (15. Januar 2016) http://archive.darpa.mil/grandchallenge04/media/announcement.pdf
• Sofge, Erik. "Carnegie Mellon und GMs Boss gewinnen die DARPA Urban Challenge." Beliebte Mechanik. 2007. (15. Januar 2016) http://www.popularmechanics.com/technology/gadgets/a2250/4229973/
• Vanderbilt, Tom. "Autonome Autos im Wandel der Zeit." Verdrahtet. 6. Februar 2012. (13. Januar 2016) http://www.wired.com/2012/02/autonomous-vehicle-history/
• Weber, Marc. "Wohin? Eine Geschichte autonomer Fahrzeuge." Computergeschichtliches Museum. 2014. (15. Januar 2016) http://www.computerhistory.org/atchm/where-to-a-history-of-autonomous-vehicles/