Über die schwarz glänzende Rennstrecke in Form einer Acht rasen bis zu acht Autos gleichzeitig, drei davon als Geisterfahrer, doch zur Kollision kommt es nicht. Wie von Geisterhand, sprich computergesteuert, bremsen die kleinen Autos so, dass sie immer zwischen die Lücken passen und der Verkehrsfluss gleichzeitig erhalten bleibt. Hier sammelt die Technik Fahrpraxis für ein Projekt, das im kommenden Sommer in Dortmund auf die Straße kommt, wenn auch erst mal für einen kurzen Test.

Verkehr in Großstädten sicherer machen

Thomas von Schwartzenberg zeigt auf die Rennbahn: „Hier prüfen wir, ob das, was wir mit ,Inversiv‘ machen, auch funktioniert.“ Inversiv – das heißt „Intelligente Verkehrsinfrastruktur für sicheres vernetztes Fahren in der Megacity“. Bei dem Projekt geht es darum, Mobilität in Großstädten sicherer zu machen für Autofahrer, Radfahrer, Fußgänger, kurz für alle Verkehrsteilnehmer. Der Projektleiter: „Wir entwickeln hier gemeinsam mit anderen Partnern eine integrierte Lösung, die Städte in Zukunft gezielt an besonders heiklen Punkten ihrer Verkehrsinfrastruktur einsetzen können.“

Projektziel ist auf der einen Seite, die Komplexität einer Großstadt für automatisiertes Fahren beherrschbar und andererseits die Gefahren für Verkehrsteilnehmer „ohne eigene Sensorik“ frühzeitig erkennbar zu machen, damit diese angemessen reagieren können.

Die Straße wird schlauer

Das Projekt setzt dazu nicht bei den intelligenten Autos an, sondern will die Straße schlauer machen. Auf der Autobahn können Fahrzeuge bereits relativ sicher autonom fahren. Doch der dichte, hochkomplexe Verkehr in Großstädten ist für sie – wie für Autofahrer – eine große Herausforderung. Verschiedene Verkehrsteilnehmer zum Beispiel tummeln sich auf der Kreuzung, die durch Hochhäuser teilverdeckt ist, ein Lkw behindert die Sicht und von rechts kommt ein Radfahrer um die Ecke. Im schlimmsten Fall stößt er mit einem Auto zusammen.

Das will „Inversiv“ verhindern, ohne in die Fahrzeug-Elektronik einzugreifen, betont von Schwartzenberg, „der Radfahrer hat schließlich keine Elektronik.“ Aber möglicherweise ein Smartphone am Lenker mit einer App, die ihn rechtzeitig vor der Kollision warnt.

Kameras und Sensoren in Leitpfosten und Ampelmasten

Der Verkehr wird dafür detektiert, sozusagen gelesen. Dafür sammeln Kameras und Sensoren (Radar und Infrarot), die am Straßenrand in Leitpfosten, Ampelmasten und Straßenlaternen eingebaut sind, die entsprechenden Informationen und stellen den Verkehrsteilnehmern die jeweilige Situation in einer App mit einer anschaulichen Karte zur Verfügung. Alles in Echtzeit, innerhalb von 20 Millisekunden.

„Es hilft keinem, die Nachricht zu bekommen, vor 20 Sekunden hattest du einen Unfall“, erläutert von Schwartzenberg. Doch die kurze Vorwarnzeit stellt ein Problem dar. Das lösen die Forscher mit einer sogenannten Edge Cloud, einer Randwolke. Die Edge Cloud beschleunigt Datenströme. Sie bringt die Rechenkapazität und Datenverarbeitung dahin, wo sich der Verkehr befindet. Die Informationen werden zwischen den Fahrzeugen und mit den Kommunikationspunkten an der Strecke ausgetauscht.

Computer im Scheckkarten-Format

Datenspeicher an der jeweiligen Kreuzung ist ein Scheckkarten-großer Mini-Computer (Raspberry Pi), der am Ampel- oder Laternenmast installiert wird. Er sammelt die Daten, bereitet sie auf und stellt sie der App, die sie visualisiert, zur Verfügung.

Die Sensorik der digitalen Rennbahn im Labor ist deutlich eingeschränkter als die auf einer Teststrecke. Bei der Rennbahn gibt es nur einen Sensor, auf der Teststrecke drei: Kamera, Radar und Infrarot. Das Forscherteam muss das optimale Zusammenspiel der unterschiedlichen Sensortechnologien ausloten. Denn jede habe ihr Stärken und Schwächen, erklärt der Projektleiter.

Forschungsprojekt endet im Sommer 2019

So ist bei Schnee die Zuverlässigkeit des Radarsignals eingeschränkt. Wahrscheinlichkeiten lassen sich nicht mehr ausreichend berechnen. Erst wenn alle Komponenten bestens aufeinander abgestimmt sind, ist es möglich, ein umfassendes Bild der aktuellen Verkehrssituation zu gewinnen.

Das Forschungsprojekt mit einer Laufzeit von drei Jahren endet im Sommer 2019. An dem Aufbau der intelligenten Verkehrsinfrastruktur für vernetztes Fahren arbeitet ein ganzes Firmenkonsortium, gefördert mit mehr als 2,6 Mio. Euro vom Land NRW und dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung. Die Adesso AG ist Konsortialführer, Thomas von Schwartzenberg der Projektleiter. Die TU Dortmund ist mit drei Fachbereichen dabei.

Smart Cities Allianz

Insgesamt umfasst das Projekt sieben Arbeitspakete. Die TU ist für die Visualisierung, also die Kamera zuständig und für Radar, die Arbeit von Adesso ist die Edge Cloud, die dazu dient, Daten zu sammeln, zusammenzufassen und an die Verkehrsteilnehmer zu übertragen.

Inversiv kann auf Forschungsergebnisse aufbauen, an denen unter anderem die Fachhochschule Dortmund und der Sensorik-Hersteller Wilhelm Schröder GmbH beteiligt waren. Vorläufer sind ein Falschfahrerwarnsystem und eine Parkplatzbilanzierung, die bereits an den Westfalenhallen getestet wurde. Letztere war auch das erste Dortmunder Anwendungsbeispiel der Smart Cities Allianz, mit der 127 Partner im Zusammenspiel mit der Stadt unter anderem Schadstoff-Emissionen verringern und Elektromobilität erhöhen wollen.

Abschließender Test im Sommer im Uni-Verkehr

Dass die Inversiv-Idee funktioniert, hat das Projektteam bereits Mitte November 2017 in einem groß angelegten Feldversuch live bewiesen. Auf der abgesperrten Uni-Südtangente in Eichlinghofen bauten die Experten eine reale Kreuzungssituation nach und statteten sie mit Sensoren aus. Ebenso wurden zwei Smarts mit Sensoren ausgerüstet. In mehreren Fallbeispielen unter Verwendung von GPS-Koordinaten konnte das Forscherteam zeigen, dass die Kommunikation der einzelnen Sensoren in der Kreuzung und in den Fahrzeugen funktioniert, ebenso wie die Umfeldkarte auf dem Smartphone, auf der die Bewegung der Autos im Kreuzungsbereich zu verfolgen war. Alles allerdings noch in Schrittgeschwindigkeit.

Heute ist das Forscherteam bereits einige Schritte weiter und arbeitet an dem abschließenden Test im öffentlichen Verkehrsraum. Er soll Ende Juni/Anfang Juli des nächsten Jahres auf der Kreuzung Hauert/Emil-Figge-Straße laufen oder besser rollen. Damit den Forschern keine Baustellen dazwischenkommen, haben sie bereits Gespräche mit dem Bauamt geführt. Das verhängte eine Auflage: „Wir dürfen nicht in das Verkehrsgeschehen eingreifen“, berichtet von Schwartzenberg.

Ampeln ohne Köpfe

Zur Installation der Sensorik an der Kreuzung werden die Wissenschaftler an allen vier Ecken mobile Ampelmaste aufstellen. „Um die Autofahrer nicht zu sehr zu verwirren, müssen wir die Ampelköpfe abnehmen.“ Wieder werden zwei Smarts unterwegs sein und verschiedene Verkehrsszenarien durchspielen. Die Fußgänger werden mit gelben Warnwesten ausgestattet. Sicherheitshalber sind im Vorfeld ein paar Tests an der Kreuzung vorgesehen. Der Projektleiter: „Auch auf dem Uni-Parkplatz werden wir ein bisschen üben.“

Wie geht es weiter, wenn das Forschungsprojekt im kommenden Sommer abgeschlossen ist? Thomas von Schwartzenberg hat da eine Idee: „Die Stadt könnte zwei besonders gefährliche Kreuzungen mit dem System ausstatten, es zwei bis drei Monate mit der App laufen lassen und gucken, ob die Unfallzahlen sinken.“ Ist das der Fall, hätte sich für die Stadt die Investition schon gerechnet, so der Projektleiter: „Es gibt auch Anfragen von anderen Städten im Raum Unna, die ihr Interesse angemeldet haben.“

Auch für grüne Welle einsetzbar

Mit der der erhöhten Verkehrssicherheit wäre Inversiv noch nicht am Ende. Auch wenn es nicht direkt zum Projektumfang gehört, mit ihm könnte man auch den Verkehr etwa durch grüne Wellen effizienter machen. Autofahrer bekämen über die App Empfehlungen, mit welchen Geschwindigkeiten sie fahren müssten, um eine grüne Welle zu haben. Anwohner würden so weniger durch Abgase belastet, sagt von Schwartzenberg.

Sind Autofahrer nicht mit einer App im dichten Straßenverkehr überfordert? Es sei eine Zusatzinfo auf freiwilliger Basis, unterstreicht von Schwartzenberg, unabhängig von der Fahrzeugelektronik und dem Navi. Der Verkehrsteilnehmer bekomme nur die Informationen dargestellt, die ihm helfen. Die Autos und Fußgänger erscheinen als Symbolbilder (Icons). Die App könne gegebenenfalls auch nur akustisch warnen.

Rechtliche Fragen sind zu klären

Inversiv ist ein Zwischenschritt zum autonomen Fahren, bei dem am Ende ein Rechner den Menschen am Steuer ersetzt mit Ampeln, die mit Autos kommunizieren, Autos, die untereinander Daten austauschen und lokalen Cloud-Apps, die sich in das System einklinken. Bis das Alltag ist, gibt es neben der Technik noch viele rechtliche Fragen zu klären, etwa die, wer bei einem Unfall haftet.

Diese ernste Frage stellt sich bei der digitalen Rennbahn im Adesso-Innovationslabor nicht, wenn die Modellautos im Dienste der Forschung ihre Achten drehen.