TÜV SÜD auf Expedition zur automatisierten Automobil

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Seit Oktober 2017 ist im bayerischen Bad Birnbach der autonom fahrende Kleinbus EasyMile EZ10 unterwegs. Der TÜV SÜD hat die technischen Komponenten überprüft und jeden Zentimeter der Fahrtstrecke genau unter die Lupe genommen. TÜV SÜD-Projektleiter Robert Matawa und der Sachverstän­dige Benjamin Koller geben einen Einblick.

Dieser Beitrag ist zuerst in eMobilJournal 01/2018 erschienen.

Vorwort

Fünf Sachverständige, drei Experten für Funktionale Sicherheit und ein fünfköpfiges TÜV SÜD-Testteam mit Spezialisten unter anderem für Themen wie Elektromagnetische Verträglich­keit oder Fahrdynamik haben die Grundlagen für die Zulassung eines automatisiert fahrenden Busses erarbeitet und damit komplett neues Terrain betreten. Die Ingenieure haben bei ihrer Arbeit wichtige Erkenntnisse für die zukünftige Zulassung solcher Fahrzeuge gewonnen und mit detaillierten Gutachten erste Richtlinien erarbeitet, wie zukünftig automatisiertes Fahren ganz grundsätzlich auf die Straße gebracht werden kann.

Herr Koller und Herr Matawa, der Bus ist jetzt seit zehn Wochen auf der Straße. Sind Sie schon einmal im Regelbetrieb damit ge­fahren?

Matawa: Ja, mit der ganzen Familie. Und wir mussten eine Stunde warten, weil der Andrang so groß war.

Koller: Ein Riesenerfolg, die Leute wollen ausprobieren, wie diese Technologie funktioniert. Automatisiertes Fah­ren zum Anfassen – sozusagen. Wir freuen uns, dass der Bus so gut angenommen wird.

Das liegt sicher auch daran, dass sich die Fahrgäste dank Ihrer Arbeit absolut sicher sein können. Was war die Aufgabe des TÜV SÜD in diesem Projekt?

Koller: TÜV SÜD war für die Gutachten zur Ausnah­megenehmigung und die Einzelbetriebserlaubnis zu­ständig – als einzige unabhängige Sachverständigen­organisation übrigens. Denn im Gegensatz zu unseren Mitbewerbern waren nur wir bereit, die Strukturen zu schaffen und uns mit neuen Prüfmethoden und -mitteln hier einzubringen.

Was waren die größten Herausforderungen?

Matawa: Die größte Herausforderung war, dass wir ­quasi in vielen Bereichen bei null anfangen mussten. Wie bei einer Südpol-Expedition haben wir die Flagge in die Hand genommen und uns auf den Weg gemacht – das Ziel der Zulassung im Visier, aber das Ergebnis offen. Bis auf unsere Er­fahrungen hatten wir kei­nerlei andere Grundlagen, schließlich wurde ein solches Fahrzeug noch nie für die Straße zugelassen. Strecke, Geschwindigkeit, noch nicht einmal beim Bus selbst konnten wir von vornherein sa­gen, dass alle Vorgaben erfüllt sind, weil der Hersteller kein traditioneller Autobauer ist, und wir es auch hier mit einem Prototypen zu tun hatten.

Fest stand aber, nach welchen Vorgaben ein solches Fahrzeug zu begutachten war, richtig?

Matawa: Sicher. Zur Anwendung kommen die Vorschrif­ten der Straßenverkehrsordnung und hier insbesondere die Gefährdungsentkräftung des § 30. Für die tatsäch­liche Zulassung dann die § 21 und 70 der Straßenver­kehrszulassungsordnung für die Einzelbetriebserlaubnis beziehungsweise die Ausnahmegenehmigung. Dazu – wie bei einer Pyramide – eine Vielzahl von Einzelgut­achten, beispielsweise für die Bremse, die elektromag­netische Verträglichkeit (EMV), Fahrdynamik oder die Längs- und Querführung bei der die ISO 26262 zur funk­tionalen Sicherheit anzuwenden war. Eine Norm übri­gens, deren neue Fassung die Fachleute von TÜV SÜD maßgeblich mitgestaltet haben.

Wie sind Sie genau vorgegangen?

Koller: Zu Beginn steht die Machbarkeitsstudie. Auf­grund der gesetzlichen Anforderungen war schnell klar, dass das Fahrzeug nur innerhalb eines definierten Rahmens – Strecke, Anwendungsfall und Fahrzeugspe­zifikationen – betrieben werden kann, wie beispiels­weise auf einer genau festgelegten GPS-geführten Strecke. Außerdem musste die Höchstgeschwindigkeit in unserem Sicherheitskonzept von vornherein auf 15 Stundenkilometer begrenzt werden. Auch stellte sich schnell heraus, dass die Fahrstrecke dreieinhalb Meter breit sein muss. Zudem gibt das Wiener Übereinkom­men von 1968 über den Stra­ßenverkehr im­mer noch vor, dass ein „Fahr­zeugführer“ mit an Bord sein muss. In unserem Fall ist das der verantwortliche Sicherheitsoperator, der jeder­zeit einschreiten kann, wenn auf der Fahrt irgend­etwas Unvorhergesehenes geschieht.

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    Prüfung elektrischer und elektronischer Sicherheit (Hochvolt) in der technischen Prüfstelle der TÜV SÜD Auto Service GmbH in Straubing. (Quelle: TÜV SÜD)

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    Im Ladebetrieb – EMV-Prüfung beim EZ10. (Quelle: TÜV SÜD)

  • Ioki Easymile 3

    Prüfung zur Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) des EZ10 in der Absorber-Kammer des EMV-Labors von TÜV SÜD Senton in Straubing. (Quelle: TÜV SÜD)

  • Ioki Easymile 4

    Das Shuttle wird verschiedenen Emissionen (Frequenzen) ausgesetzt und die Störaussendung sowie Störfestigkeit gemessen. (Quelle: TÜV SÜD)

    Trotzdem ist der Bus automatisiert unterwegs.

    Matawa: Genau. Und um hier die Sicherheit zu ge­währleisten, mussten wir detaillierte Gefährdungs- und Risiko­analysen durchführen, für die Technik, bezüglich der Strecke und der jeweiligen Anwendung – also dem kompletten Use Case.

    Wie muss man sich das vorstellen?

    Koller: Fangen wir mit der Technik an. Wie gesagt, han­delt es sich beim EZ10 um einen Prototypen; der Hersteller EasyMile kommt nicht aus dem Automotive-Bereich. Wir hatten es also nicht mit einem umgebauten Setra S 431 oder MAN LION‘S CITY zu tun, dessen Straßenzulassung wir zugrunde legen konnten. Wir mussten das Fahrzeug selbst und alle Kompo­nenten ins Visier nehmen und für den Betrieb vom Hersteller auch Umbauten verlangen – klassische Sachver­ständigenarbeit übrigens.


    Zum Beispiel?

    Koller: Der EZ10 hatte ursprünglich eine Straßenbahn­klingel statt einer Hupe. Das musste geändert werden, weil laut StVZO hier eine solche Vorschrift besteht. Zu­dem war das Fahrzeug nur mit einem kleinen Schei­benwischer ausgerüstet, um das Blickfeld der Kamera freizuhalten – auch hier musste im Sinne der StVZO nachgerüstet werden. Außerdem mussten wir das Fahrzeug lichttechnisch für den Verkehr abrüsten. Zusätzliche Sicherheitstests haben wir beispielsweise für die Türschließkraft oder die Aus­fahrrampe für den barrierefreien Zugang durchgeführt.

    Matawa: Zudem haben wir eine Reihe von klassischen Sicherheitstests durchgeführt und entsprechende Prüf­protokolle erstellt. Ein Beispiel betrifft die rein elektro­nische Lenkung. Eigentlich brauchen Fahrzeuge nämlich eine durchgängig mechanische Lenkung – soweit die gesetzlichen Vorgaben. Für eine Ausnahmegenehmi­gung mussten also umfangreiche Tests durchgeführt werden, um die Sicherheit der elektronischen Lenkung zu gewährleisten. Was passiert beispielsweise, wenn – etwa aufgrund eines Defekts in der elektronischen Steuerung – die Lenkung bei Höchstgeschwindigkeit voll einschlägt. Das haben wir per Fault Injection bei Fahrversuchen überprüft und konnten dokumentieren, dass die Bremse das Fahrzeug schnell genug zum Stehen bringt, damit es die festgelegte Fahrspur nicht verlässt.

    Weitere Fragestellung: Funktioniert die mechani­sche Vorspannbremse bei einem Stromausfall, wenn das Fahrzeug mit Höchstge­schwindigkeit und vollbesetzt unterwegs ist? Werden die ge­setzlichen Vor­gaben für den Verzögerungsweg dabei eingehalten? Wir haben das im Fahrversuch erfolgreich getestet und die Sicherheit mit unserem Gutachten für diesen Fall bestätigt. Ein weiterer wichtiger Punkt betrifft die elektroma­gnetische Verträglichkeit bei einem Elektrofahrzeug mit Hochvolttechnologie. So mussten wir in unserem EMV-Labor einerseits sicherstellen, dass die Elektronik des Fahrzeugs durch magnetische Strahlung von außen nicht gefährlich beeinflusst werden kann. Andererseits darf die Strahlung des Fahrzeugs aber auch keine Schä­den verursachen.

    Matawa Koller

    "Wie bei einer Südpol-Expedition" - Sachverständiger Benjamin Koller (li.) und TÜV SÜD-Projektleiter Robert Matawa

    Wie wurden die einzelnen zu untersuchenden Szenarien festgelegt? Gab es da Vorgaben?

    Matawa: Nein – das war ebenfalls eine Herausforderung und damit kommen wir gleich zu den Punkten Strecke und Use Case: Wir haben uns jeden Meter der festgelegten und per GPS überwachten Strecke genau angesehen – virtuell und real. Dabei haben wir mögliche Szenarien und Gefahren im Team erar­beitet und detektiert und dann Lösungen erarbei­tet. Das war die Pionierarbeit, mit der wir die Grundlage für zukünftige Zulassungen dieser Art erarbeitet haben.

    Wie muss man sich das konkret vorstellen?

    Matawa: Klassisches Beispiel: Auf der Strecke muss der Bus links abbiegen. Zwar im beruhigten Verkehr, aber immerhin. Das Fahrzeug ist mit allerlei Sensorik zur Umfelderkennung ausgerüstet, um Kollisionen zu ver­meiden. Hätte er also beim Linksabbiegen keine freie Fahrt und stieße auf ein Hindernis, würde er anhalten und der Operator müsste ihn zunächst händisch wieder in Betrieb setzen. Um das zu umgehen und stets ein rei­bungsloses Linksabbiegen zu gewährleisten, haben wir verschiedene Möglichkeiten: Wir könnten in die Infra­struktur eingreifen und etwa eine Ampel errichten, die das Fahrzeug erkennt. Oder dem Bus von vornherein immer die Vorfahrt geben. Selbstverständlich könnte man das Fahrzeug technisch so konditionieren, dass es automatisiert selbst abbiegt. Oder man ändert die Strecke. Die Lösungen sind immer entweder technisch, infrastrukturell oder man muss die jeweilige Anwen­dung überdenken.

    Stichwort Umfelderkennung. Wir haben festge­stellt, dass die Sicherheitskette – also beispielsweise der automatische Stopp beim Erkennen eines Hindernisses – nicht aktiv ist, wenn der Operator das Fahrzeug ma­nuell lenkt. Deshalb mussten wir sicherstellen, dass der Fahrer immer alle Informationen hat, die er zum Führen braucht. Das hat EasyMile mit zusätzlichen Kameras ge­löst, einem Vorschlag von uns folgend.

    Welche Erkenntnisse nehmen Sie für sich mit aus dem Projekt, wenn Sie sagen, wir wollen gemeinsam mit den Herstellern auto­matisiertes Fahren sicher in den kommenden Jahren auf die Straße bringen?

    Matawa: Zusammengefasst haben wir nun erstmals eine Genehmigung zusammen mit einer Ausnahmegenehmi­gung erarbeitet. Das haben wir jetzt einmal geschafft. Die Zulassung ist aber auf unseren Use Case von A nach B und für die Parkposition und das Laden C erteilt. Für eine regel­gerechte Homologation reicht das bei Weitem nicht aus.

    Eine wichtige Erkenntnis für uns ist sicher, dass sich hier sehr viel über die funktionale Sicherheit regeln ließ. Es gibt sehr viele Regularien, die sagen: Es geht nicht. Ich kann aber viel über die funktio­nale Sicherheit lösen und darü­ber trotzdem die Sicherheit ge­währleisten. Das ist eine wichtige Erkenntnis auch in der Zusammenarbeit mit den Behörden. Das ist aber nur ein erster Schritt. Der nächste Schritt ist sicher, den Operator wegzulassen. Ein weiterer wäre dann der Betrieb auf freiem Terrain.

    Koller: Wir haben jetzt einen festen Fahrplan für die Zu­lassung weiterer Fahrzeuge. Und unsere Erkenntnisse sind nun auch im Umlauf bei den Behörden – allen voran das Bayerische Staatsministerium des Innern. Die Anfor­derungen an die Sicherheit stehen für uns dabei immer an oberster Stelle. Für uns gilt nicht – auch nicht international – die Projekte so schnell wie möglich auf die Straße zu bringen.

    Welche weiteren Anfragen gibt es?

    Koller: Herstelleranfragen, Betreiberan­fragen, beispielsweise Flughäfen, auch internationale Anfragen aus Japan, ­Singapur oder Korea. Momentan führen wir viele Gespräche. Fünf Projekte sind konkret in Planung.

    Wie geht’s in Bad Birnbach weiter?

    Matawa: Wir starten jetzt in die Phase 2. Das heißt wir gehen mit einem neuen Fahrzeug, dem Typ 2, auf eine ­erweiterte Strecke, die nun das Zentrum mit dem Bahnhof ver­bindet, also zu­sätzlich einen enormen Mehr­wert schafft. Für uns heißt das ein komplett neues Sicherheitskonzept zu er­stellen, weil die drei Parameter Technik, Strecke und Use Case vollkommen neu sind. Eine große Herausforderung wird beispielsweise ein sehr viel schnellerer Umgebungsverkehr mit bis zu 60 Stunden­kilometern sein, aktuell sind wir ja nur auf verkehrsberuhigtem Terrain unterwegs.

    Koller: Die neue Strecke geht auch über ei­nen Landwirtschaftsweg. Deswegen müssen wir von vornherein die Landwirte, die dort mit ihren Maschinen unterwegs sind, ins Boot holen und uns mit den möglichen Ge­fahren im Vorfeld genau auseinandersetzen.

    Matawa: Da werden wir sicher viele Ge­spräche führen. Die Bevölkerung zu infor­mieren und in Gesprächen mit Anwohnern ­Informationen zu sammeln, auch das gehört zu unserer Arbeit, wenn wir ein Sicherheits­konzept für eine Sonderzulassung erstellen.

    Herr Koller und Herr Matawa, vielen Dank für das Gespräch. (Marc Müller/verberei)

    • Benjamin Koller

      Interviewpartner

      Benjamin Koller

      Amtlich anerkannter Sachverständiger mit Teilbefugnissen und Prüfingenieur für den Kraftfahrzeugverkehr

      PMO Automatisiertes Fahren und Fahrerassistenzsysteme, TÜV SÜD Auto Service GmbH, Garching

    • Robert Matawa

      Interviewpartner

      Dipl.-Ing. (FH) Robert Matawa

      Leiter Fachbereich Testing autonomer Fahrfunktionen, TÜV SÜD Auto Service GmbH

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