Einführung in die Funktionsweise von fahrerlosen Autorennen

Hohe Stadionlichter leuchten durch Schwärme fliegender Insekten und beleuchten die Rennstrecke in einer warmen, schwülen Nacht. Tausende Menschen füllen die Stände. Ihre Köpfe schwenken als Rennwagen um die Kurven, sausen vorbei und machen es dann noch einmal. Ein leises Murmeln aus der Menge explodiert in rauen Jubel, als ein Auto an einem anderen vorbeifährt und einen Zusammenstoß knapp vermeidet. Es ist nur eine weitere actiongeladene Nacht auf der Rennstrecke – oder doch nicht?

Noch eine Runde. Die Fans sind auf den Beinen und schreien laut, während die Autos um ihre Position ringen. Als die Führenden um die letzte Kurve brausen und auf die Zielgeraden zusteuern, ist klar, dass es ein Fotofinish geben wird. Nur Zentimeter trennen den Sieger vom Zweitplatzierten, wenn sie unter der Zielflagge segeln. Die Menge tobt!

Da bemerkst du etwas Seltsames. Als das Auto auf dem ersten Platz langsamer wird, um seine Ehrenrunde zu fahren, wird deutlich, dass niemand auf dem Fahrersitz sitzt. Ist das Auto ferngesteuert? Ist der Fahrer abgesprungen? Nö. Unglaublich, das Auto fährt von alleine.

Obwohl sich dieses Szenario noch nicht im wirklichen Leben abgespielt hat, ist es nur eine Frage der Zeit, bis dies der Fall ist. Seit der Einführung der ersten Prototypen in den 1970er Jahren haben Ingenieure unglaubliche Fortschritte bei der Entwicklung und Erprobung fahrerloser Autos gemacht. Am bemerkenswertesten ist vielleicht, dass Googles Projekt für selbstfahrende Autos 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 Einzelzeitfahren, nicht direkt gegeneinander.

Wie sind also fahrerlose Autorennen entstanden? Inwiefern ist es anders, diese Autos auf einer Strecke zu fahren, als sie auf der Autobahn zu fahren ? Werden fahrerlose Autorennen professionelle Fahrer irgendwann arbeitslos machen? Wir werden diese Fragen und mehr durchgehen, aber das Fahren überlassen wir Ihnen. Also schnapp dir die Maus und klicke auf!

1. Ursprünge des fahrerlosen Autorennens
2. Technologie für fahrerlose Rennwagen
3. Fahrerlose Autorennen
4. Die Zukunft des fahrerlosen Autorennens

Offensichtlich wurden fahrerlose Autos nicht nur erfunden, damit wir sie auf einer Strecke fahren konnten. Sicher, das ist ziemlich großartig, aber der wahre Grund war eher praktisch. Wenn Autos selbst fahren würden, könnten Menschen, die sich aufgrund ihres Alters oder einer Behinderung auf andere für den Transport verlassen, viel unabhängiger sein, ganz zu schweigen von Ihrem 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 lässt sich bis zu Leonardo da Vinci zurückverfolgen , der 1478 einen vorprogrammierbaren Karren entwarf (im Ernst, woran dachte dieser Typ nicht?). Aber erst mit der Premiere des Ausstellungsstücks „Futurama“ von General Motors auf der Weltausstellung 1939 erlangten fahrerlose Autos wirklich öffentliche Aufmerksamkeit. Die Ausstellung war ein maßstabsgetreues Modell dessen, wie die Welt im Jahr 1960 aussehen könnte, wie sie sich GM vorstellte, und auf den winzigen Autobahnen waren Autos zu sehen, die sich selbst fuhren. Frühe Versuche, diese Technologie in den 1950er Jahren tatsächlich zu entwickeln, konzentrierten sich auf sogenannte intelligente Autobahnen, bei denen es sich um Straßen handelte, die mit Stahlseilen eingebettet waren, die Autos erkennen und ihnen folgen konnten [Quellen: Vanderbilt und Weber ].

Die heutigen fahrerlosen Autos, die mithilfe von Sensoren und Computern auf den Straßen navigieren, um die Umgebung zu scannen und zu interpretieren, stammen aus den 1970er Jahren. Damals programmierten Ingenieure des japanischen Tsukuba Mechanical Engineering Laboratory erfolgreich ein Auto, das mit zwei Kameras und einem analogen Computer ausgestattet war, um weißen Straßenmarkierungen mit einer atemberaubenden Geschwindigkeit von 18,6 Meilen pro Stunde (30 Kilometer pro Stunde) zu folgen, obwohl ihm eine Stahlschiene half [ Quelle: Weber ]. In den nächsten Jahrzehnten nutzten Universitäten und Unternehmen auf der ganzen Welt jedoch die Verbesserungen in der Computertechnologie, um fahrerlose Autos zu entwickeln, die in realen Straßentests recht gut abschneiden.

Im Jahr 2003 entschied das US-Militär unter der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), dass diese Autos rennbereit seien. Genauer gesagt hofften sie, dass die Herausforderung, Forscher für fahrerlose Autos gegeneinander antreten zu lassen, Innovationen in einer Technologie vorantreiben würde, die potenziell wichtige militärische Anwendungen haben könnte. So wurde die DARPA Grand Challenge geboren. Mit einem Preisgeld von 1 Million US-Dollar versammelten sich Teams 2004 in der kalifornischen Wüste, um ihre ultimativen autonomen Geschwindigkeitsmaschinen zu entfesseln, und 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.

Es ist wahrscheinlich nicht verwunderlich, dass die Technologie in fahrerlosen Rennwagen der in Ihrem gewöhnlichen autonomen (oder sogar halbautonomen) Auto ähnelt. Das liegt daran, dass das Navigieren auf einer Rennstrecke und das Cruisen auf einer Autobahn in vielerlei Hinsicht ähnlich sind: Beide erfordern, dass Sie sich von anderen Autos fernhalten, auf einem festgelegten Kurs bleiben und unerwarteten Hindernissen ausweichen. Noch fortgeschrittenere Rennfähigkeiten, wie z. B. so schnell wie möglich um eine Kurve zu fahren, ohne sich zu drehen, können mit einer Kurve auf einer vereisten Autobahn verglichen werden. Dennoch stehen fahrerlose Rennwagen vor einzigartigen Herausforderungen, und Ingenieure haben einige ziemlich geniale Wege gefunden, um damit umzugehen.

Ein typisches fahrerloses Auto verwendet eine Vielzahl von Sensoren, um seine Umgebung zu beobachten. Radarsensoren , die um das Auto herum angeordnet sind, können die Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Autos um es herum erkennen. Videokameras helfen, den Verkehr in der Nähe zu verfolgen, sie 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 zum Identifizieren von Fahrspurmarkierungen und dem Straßenrand nützlich ist. Ein Computer zieht all diese Daten zusammen und manipuliert Lenkung, Beschleunigung und Bremsen entsprechend [Quelle: Armstrong ].

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

Was also soll ein vom Rennsport herausgeforderter Ingenieur tun?

Sie werfen einen Blick in die Köpfe von Rennfahrern – im wahrsten Sinne des Wortes. Ein Forschungsteam in Stanford schloss Fahrer tatsächlich an Elektroden an, die die Gehirnaktivität maßen, während sie gegen andere Autos fuhren. Die aus diesem Experiment gewonnenen Informationen halfen den Ingenieuren bei der Feinabstimmung der Computersysteme der fahrerlosen Rennwagen. Durch die Untersuchung der instinktiven Reaktion des menschlichen Fahrers, wenn das Fahrzeug in eine Kurve gerät, konnten die Ingenieure beispielsweise das Timing der Software verbessern, die zur Stabilisierung des Autos beiträgt [Quelle: Knapton ].

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

Sicher, Ingenieure fahren seit mehr als einem Jahrzehnt Rennen mit diesen Fahrzeugen, aber es war nicht immer actionreich. Nehmen Sie das erste offizielle fahrerlose Autorennen, ein Offroad-Wettbewerb, der als DARPA Grand Challenge 2004 bekannt ist (wir haben es bereits erwähnt, aber Sie mit dem Ergebnis im Stich gelassen). Von den 15 gestarteten Teams schafften es nur sechs tatsächlich aus dem Startschacht, ohne durchzudrehen. Diejenigen, die es schafften, konnten zwischen 1,2 und 7,4 Meilen (1,9 bis 11,9 Kilometer) zurücklegen, bevor sie auf einem Felsen stecken blieben, gegen einen Zaun rasten oder einen anderen unrühmlichen Tod erlebten. Diese Ergebnisse sind noch erschreckender, 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 in dieser Hinsicht hat das Rennen 2005 nicht enttäuscht. Diesmal traten 23 Fahrzeuge an, und vier schafften es innerhalb des 10-Stunden-Zeitlimits die 132-Meilen-Strecke hinunter. "Stanley", das Auto der Stanford University, wurde mit einer Zeit von sechs Stunden, 53 Minuten und 58 Sekunden Erster. Es war eine erstaunliche technologische Leistung, aber bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 19,1 Meilen pro Stunde (30,7 Kilometer pro Stunde) war es kaum die herzzerreißende Action, an die Rennfans gewöhnt sind [Quelle: Hanlon ].

Das letzte DARPA-Rennen für fahrerlose Autos war die Urban Challenge , die 2007 stattfand. Dieses Mal schlug das Team von Carnegie Mellon 10 andere Konkurrenten, um den ersten Preis von 2 Millionen US-Dollar mit nach Hause zu nehmen, und beendete die 60-Meilen-Strecke 20 Minuten vor dem nächsten Finisher. Auch hier waren die Geschwindigkeiten langsam: nur 14 Meilen pro Stunde (22,5 Kilometer pro Stunde) im Durchschnitt. Der vielleicht größte Ärger für Rennfans war jedoch, dass die Autos danach beurteilt wurden, wie gut sie die Verkehrsregeln befolgten. Was ist das für eine Rasse? [Quelle: Sofge ]

Race enthusiasts will be glad to know that engineers are now working on driverless race cars that can go much, much faster. Stanford University's Audi TTS, nicknamed "Shelley," has gotten a lot of attention lately — and for good reason. In February 2015 it became the first driverless race car to beat a human race car driver, beating out amateur touring class champion David Vodden at California's Thunderhill Raceway Park by 0.4 seconds [source: Knapton].

Driverless Cars and Racing: A Match Made in Hollywood

Even though driverless cars haven't yet raced head-to-head with other cars, that hasn't stopped movie and television producers from imagining what that would look like. A 2014 episode of "South Park" featured a race in the style of the 1960s animated show "Wacky Races," and one of the competitors was a Japanese driverless car. Sony Pictures even has a movie in the works titled "Driverless Car Race" that will depict these vehicles competing on a route from Paris to Beijing [sources: Montgomery and Ramsey].

After hearing about the current state of driverless car racing, motorsport fans are probably thinking, "That's pretty cool, but when are we going to see some REAL racing?" Great question. And you'll be glad to hear that the answer is soon.

In November 2015, Formula E , a racing class for electric cars, announced Roborace, an international racing circuit for driverless electric vehicles. The plan is to hold these races before each Formula E event, beginning with the 2016-2017 season. Roborace will feature 10 teams using identical cars, so the competition will actually come down to the different sensors and computer algorithms team engineers create to make the car autonomous. And the best news for racing fans? One of the event's founders promises speeds as high as 186 miles per hour (299.3 kilometers per hour) [source: Davies].

But will anyone watch it? That's the big question raised by many of Roborace's critics. These doubters feel that if you take the human element out of racing, it becomes less interesting and perhaps doesn't even qualify as a sport. It's the strategic miscalculations and the crashes that people tune in to see, so what will happen if computers are fine-tuned to avoid these mistakes? What will racing be without the drivers' emotional celebrations in the winner's circle? There's even some concern that driverless cars will become so good at racing that human drivers will become obsolete.

Allerdings sind sich nicht alle einig. Unterstützer argumentieren, dass diese Art von Wettbewerb den Sport tatsächlich viel attraktiver machen wird, indem sie eine neue Art von Fans anzieht, die sich vorher nicht wirklich für den Rennsport interessiert haben. Und was das menschliche Element betrifft, sehen die Befürworter von Roborace auch das nicht verschwinden. Sie hoffen, dass die Ingenieure diese Rolle übernehmen und endlich einen Teil des Rampenlichts genießen, nachdem sie sich für einen Großteil ihrer Karriere in einem Labor versteckt haben [Quelle: Fagnan ].

Schließlich sieht der Formel-E-Chef in seinem Roborace nicht das Ende des Motorsports. Vielmehr möchte er, dass Fans und Konkurrenten sich für Innovationen begeistern – und dabei vielleicht ein wenig Spaß 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 vorkommt, sollte es das sein. Am nächsten Tag verkündete der Internet-Suchgigant, das Ganze sei ein Aprilscherz [Quelle: Google ].

Anmerkung des Autors: Wie fahrerloses Autorennen funktioniert

Ich habe beiläufig verfolgt, was mit fahrerlosen Autos passiert, aber die Vorstellung, mit ihnen Rennen zu fahren, ist ein neues und zweifellos großartiges Konzept für mich. Bei der Recherche zu diesem Artikel wurde ich von YouTube-Videos der frühen DARPA-Rennen und anderen Abenteuern 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 schätze, das macht mich zu einem dieser neuen Fans, die Rennveranstalter für den Sport gewinnen wollten!

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