Internationales Verkehrswesen (70) 3 | 2018 77 Automatisiertes Fahren TECHNOLOGIE Platooning - Chancen und Herausforderungen für den Güterverkehr Platooning, automatisiertes Fahren, Gütertransport, Automatisierung Das Wachstum des Straßengüterverkehrs hat neben den positiven Effekten auf die Wirtschaftsleistung auch negative Auswirkungen auf die Umwelt. So erhöhen sich Kraftstoffverbrauch und Umweltbelastungen. Beim teilautomatisierten Kolonnenfahren, Platooning genannt, werden mehrere LKW digital vernetzt und fahrtechnisch gekoppelt. Dadurch ist es etwa möglich, durch Fahren im Windschatten den Luftwiderstand und in der Folge auch Kraftstoffverbrauch und CO 2 -Emissionen zu reduzieren. Dieser Beitrag gibt einen Überblick zum Stand der Technik und nennt Chancen und Herausforderungen. Dieter Uckelmann, Marisa Saturno, Mandy Schweikardt Z ukünftig ist aufgrund des Onlinehandels und der steigenden Nachfrage an Waren ein wachsender Bedarf an Transporten zu erwarten. Das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung prognostiziert bis 2030 einen Anstieg der Güterverkehrsleistung von 28,5 % gegenüber 2010. Diese Entwicklung zeigt, dass innovative Lösungen gefunden werden müssen, um den Güterverkehr zu optimieren und die Umwelt zu entlasten [1]. Platooning ist ein Verfahren, das seit einigen Jahren Forschungsgegenstand vieler Automobilhersteller ist. Kraftstoff und CO 2 sollen eingespart, dem Berufskraftfahrermangel soll entgegengewirkt werden [2]. Die aktuelle Problematik ergibt sich daraus, dass auf einer deutschen Autobahn ein Lastwagenfahrer 50 m Sicherheitsabstand zum vorausfahrenden LKW einhalten muss [3]. Aktueller Einsatz in der Praxis Die Firma MAN und DB Schenker beispielsweise arbeiten beim Thema Platooning zusammen. Im Februar 2018 hat MAN die Pilotfahrzeuge an DB Schenker übergeben. […] „Mit dem Projekt testen wir Platooning erstmals im Logistikalltag.“ […] berichtet Ewald Kaiser, Chief Operating Officer von DB Schenker [4]. Bereits im Mai 2017 wurde die Zusammenarbeit zwischen DB Schenker, MAN Truck & Bus und der Hochschule Fresenius vereinbart. Im Rahmen dieser Kooperation sollen LKW-Platoons von DB Schenker über einen Zeitraum von mehreren Monaten im öffentlichen Straßenverkehr auf der A9 zwischen Nürnberg und München getestet werden. Hierbei wurden erstmals Berufskraftfahrer von DB Schenker eingesetzt. Endziel ist die Durchführung von realen Linienfahrten mit beladenen Fahrzeugen [5]. Ziele des Platooning Chancen und Ziele sieht das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur in der Steigerung der Verkehrseffizienz, da Staus vermieden werden können, und in der Verkehrssicherheit, welche durch das Verhindern von Unfällen gesteigert werden soll. Des Weiteren werden die verkehrsbedingten Emissionen reduziert sowie der Innovationsstandort Deutschland gestärkt [6]. Weitere Ziele sind die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und die verbesserte Nutzung der Verkehrsfläche [7]. Technologie für Platooning Beim Platooning werden technische Fahrassistenz- und Steuersysteme genutzt, um mindestens zwei LKW in geringem Abstand voneinander zu koppeln. Die Systeme gewährleisten, dass die Fahrzeuge automatisiert und sicher im Windschatten mit Abständen von etwa 15 m fahren können (Bild- 1). Diese Entfernung ist optimal, da man den Windschatten nutzen kann und bei Bremsmanövern dennoch ausreichend Sicherheitsabstand hat. Ein geringerer Abstand könnte zudem zu Problemen bei der Motorkühlung führen [3]. Alle Fahrzeuge im Platoon sind digital miteinander verbunden und können miteinander kommunizieren. Der Fahrer im führenden Fahrzeug des Verbundes gibt die Richtung und Geschwindigkeit vor [5]. Kommuniziert wird über zwei Kanäle. Zum einen kommunizieren die Fahrzeuge miteinander - das sogenannte Car to Car (C2C) bzw. Vehicle to Vehicle (V2V) System -, zum anderen kommuniziert das Fahrzeug mit der Infrastruktur: Vehicle to Infrastructure (V2I). Durch C2C kann sich das Platoon schnell auf sich verändernde Verkehrssituationen wie Staus einstellen. Durch die Kommunikation mit der Infrastruktur können beispielsweise Geschwindigkeitsbegrenzungen erkannt werden. [8, 7] Beispiel Highway Pilot Connect Das Highway Pilot Connect-Projekt der Daimler AG nutzt zahlreiche Technologien, um bis zu drei LKW sicher zu koppeln. Basis ist auch hier die Kommunikation der Fahrzeuge untereinander, dazu genaue Kenntnisse über die Umgebung. Eine Telematikplattform an Bord jedes für Platooning geeigneten Fahrzeugs kann über den WLAN- Standard IEEE 802.11p kommunizieren. Ein Funkprozessor sowie der HF-Sendeempfänger können sicherheitskritische Informationen innerhalb von 0,1 Sekunden übermitteln. Sensoren und HD-live-Maps erfassen präzise die Umgebung, auch in schwierigen Situationen. Ein Radarkopf mit zwei Sensoren, der im unteren Bereich der Front angebracht ist, erkennt die Umgebung und misst die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs. Der Sensor für die Ferne hat einen Öffnungswinkel von 18° und kann auf eine Entfernung bis zu 250 m Situationen erfassen. Für den Nahbereich gibt es einen Sensor mit einem Öffnungswinkel von 130° und eine Reichweite von bis zu 70 m. Eine Stereokamera kann auf eine Entfernung von 100 m Schilder und Freiräume erkennen Internationales Verkehrswesen (70) 3 | 2018 78 TECHNOLOGIE Automatisiertes Fahren und zwischen ein- oder zweispurigen Fahrbahnen differenzieren. Alle Sensoren arbeiten mit einer Genauigkeit von 0,20 m bei der Entfernungsmessung und einer Abweichung von nur 0,1 km/ h bei Geschwindigkeiten. Durch Sensordatenfusion werden die Informationen der einzelnen Sensoren gesammelt und miteinander verknüpft. Eine Kamera im Führungsfahrzeug überträgt das Bild der Verkehrssituation an alle Monitore der folgenden Fahrzeuge. Durch einen Sitzbelegungssensor und Überprüfen des Gurtschlusses wird zudem sichergestellt, dass der Fahrer nach wie vor am Lenkrad sitzt, um gegebenenfalls eingreifen zu können [2; 7; 9]. Grad der Automatisierung National und international sprechen Experten von fünf Automatisierungsstufen, bei denen der Fahrer Schritt für Schritt die Verantwortung an das Fahrzeug abgibt. Platooning ist aktuell eine teilautomatisierte Fahrweise und zählt zur Stufe 2. Hierbei ist eine Überwachung des Systems durch einen Menschen notwendig, dieser kann jedoch die Lenkung für einen längeren Zeitraum abgeben [10]. Der wesentliche Unterschied der Hochautomatisierung zur Teilautomatisierung ist, dass der Fahrer das System nicht mehr konstant überwachen muss. Er muss in der Lage sein, nach einer Warnung des Systems die Führung des Fahrzeugs wieder vollständig zu übernehmen (Stufe 3). Bei der Vollautomatisierung ist ein Fahrer im Fahrzeug anwesend, er muss allerdings nicht in Situationen eingreifen (Stufe 4). Als höchste Stufe ist das autonome und fahrerlose System anzusehen, bei dem kein Fahrer benötigt wird (Stufe 5). Das Fahrzeug kann sich von einem Startpunkt selbstständig zum Zielort navigieren [8; 11]. Technische Vorteile Platooning trägt zum sicheren Fahren bei. So bremst der nachfolgende LKW mit einer Reaktionszeit von 0,2 Sekunden automatisch, nachdem der vorausfahrende LKW bremst. Der Mensch hingegen benötigt mindestens eine Sekunde, um diese Situation zu erfassen und zu reagieren. Die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen erfolgt auf einer speziellen Frequenz, die kaum störanfällig ist. Durch die Automatisierung muss das nachfolgende Fahrzeug weder beschleunigen noch bremsen, das Fahrzeug fährt automatisch „in der Spur“. Demnach überwacht der Fahrer lediglich die Instrumente und muss nicht aktiv lenken und fahren. Schert beispielsweise ein PKW in den 15 m langen Sicherheitsabstand ein, können die Systeme gegensteuern: Das Platoon öffnet sich und der in der Fahrzeugschlange folgende LKW vergrößert selbstständig den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug. Die WLAN-Verbindung geht hierbei nicht verloren; der LKW kann den Abstand wieder verringern, sobald der PKW die Spur verlässt [3]. Vorteile für Umwelt und Transport Platooning ermöglicht das Fahren im Windschatten. Dadurch wird der Kraftstoffverbrauch um 10 % reduziert. Dies führt zu Kosteneinsparungen und zur Senkung der CO 2 -Emissionen [4; 12; 13]. Dies ist insbesondere für Speditionen wichtig, da die Ausgaben für Kraftstoffe einen enormen Anteil an den Gesamtkosten ausmachen [3], bringt aber auch positive Effekte für die Umwelt. Durch Platooning kann der Verkehrsraum besser genutzt und somit der Verkehrsfluss optimiert werden. Daraus resultierend kann der Straßengüterverkehr effizienter gestaltet werden, je mehr Fahrzeuge mit dieser Technologie ausgestattet werden - ein herstellerneutrales System vorausgesetzt [1]. Technische und organisatorische Herausforderungen in der Praxis Bei der European Truck Platooning Challenge 2016 haben führende europäische Nutzfahrzeughersteller bewiesen, dass Platooning technisch funktioniert [1]. Die Herausforderung ist nun die Anpassung der Technologie an die Realität beispielsweise im logistischen Alltag [5]. So ist bisher noch offen, welche Straßen- und Wetterbedingungen für maximale Funktionssicherheit gegeben sein müssen und ob die Fahrzeuge innerhalb der Kolonne unterschiedlich stark beladen sein dürfen [12]. Ein weiteres technisches Problem ergibt sich, da unterschiedliche Hersteller im Moment eigene unabhängige technische Systeme zur Kopplung der LKW entwickeln. Wegen der unterschiedlichen Systemprotokolle kann zurzeit nicht selbstverständlich eine Kolonne aus Fahrzeugen verschiedener Marken gebildet werden [14]. Organisation und Planung von Platoons stellen ebenfalls Herausforderungen dar: Hier muss zwischen fixen und flexiblen Routen sowie beschränkten oder offenen Platoons unterschieden werden [15]. Um einen möglichst großen Vorteil aus dem Verfahren ziehen zu können, sollten Unternehmen miteinander kommunizieren, um gemeinsame Platoons zu planen. Solche Absprachen benötigen einen hohen Organisationsaufwand und Kooperationen der Unternehmen - technologische Kompatibilität der Fahrzeuge vorausgesetzt. Sicherheitsrisiken Beim aktuellen Stand der Technik - Platooning als teilautonomes System der Stufe 2 - ist der Mensch mit eingebunden. Diese Schnittstelle kann zu Komplikationen führen. Die Qualität der Interaktion von Mensch und Maschine trägt maßgeblich zur Sicherheit dieser Systeme bei [11]. Die Hochschule Fresenius untersucht in Kooperation mit DB Schenker und MAN die Auswirkungen der neuen Technologie auf die Fahrer im teilautomatisierten Platoon. Der Fokus liegt auf der Erforschung der Bild 1: Platooning, Fahren im vernetzten Verbund [9] Quelle: Daimler Internationales Verkehrswesen (70) 3 | 2018 79 Automatisiertes Fahren TECHNOLOGIE Neurophysiologie und der psychosozialen Ebene. Die Ergebnisse sollen in die Technologieentwicklung fließen, um die Sicherheit im Platoon sicherstellen zu können [4]. Soziale Akzeptanz in der Gesellschaft In Teilen der Gesellschaft besteht die Befürchtung, dass Platooning den Verkehrsfluss nicht verbessert, sondern durch PKW- Staus hinter den LKW-Kolonnen behindert wird. Fragen der Verkehrssicherheit sind hier ebenfalls von Bedeutung. Auch ist unklar, ob der Fahrerberuf durch neue und weniger belastende Aufgaben attraktiver wird als heute, wo das Fahren auf langen Strecken monoton und ermüdend ist. Könnte der Fahrer während der Kolonnenfahrt logistische Aufgaben etwa im Bereich der Tourenplanung selbst übernehmen oder stärker mit der Firmenzentrale kommunizieren, könnte dies auch dem derzeitigen Fahrermangel entgegenwirken [12]. Fehlende gesetzliche Rahmenbedingungen Eine fundierte rechtliche Grundlage ist für Hersteller, Fahrzeugführer aber auch für Versicherungen zwingende Voraussetzung. Aktuell ist in Deutschland der Einsatz automatisierter Fahrzeuge im Straßenverkehr nur bedingt erlaubt, bisherige Testfahrten benötigten Sondergenehmigungen [8; 14]. Die Zulassung und die Haftung im Schadensfall sowie die Datensicherheit gehören zu den größten Herausforderungen, die auch länderübergreifend geregelt werden müssen, um Platooning erfolgreich in Europa umsetzen zu können. In Deutschland ist auch der gesetzliche LKW-Mindestabstand von 50 m auf der Autobahn eine problematische Vorgabe [7]. Verkehr und Infrastruktur Platooning ist nicht auf jeder Straße erfolgreich umsetzbar. Auf stark befahrenen Straßen mit potenziellen Staus kommt die positive Wirkung des Verfahrensnicht zum Tragen [3]. Auf europäischen Autobahnen existieren Auf- und Abfahrten in kurzen Abständen. Es könnte sich hierbei eine Problematik ergeben, wenn PKW durch die Länge der LKW-Kolonnen nicht zügig in den Verkehr der Autobahn einfädeln können oder durch „Hineindrücken“ die Vorteile von Platoons zunichte machen würden. Auch könnte die Digitalisierung wesentlicher Teile der Infrastruktur für den Einsatz von Platooning notwendig werden. Derzeit werden Verkehrszeichen durch Kameras erfasst, die Informationen durch Bildverarbeitungssysteme ausgewertet. Bei verschmutzten Schildern kann dies zu Fehlinterpretationen führen. Funken die Verkehrsschilder die wesentlichen Informationen direkt an die Fahrzeuge, kann solchen Störungen vorgebeugt werden [14]. Laut Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur ist in der Tat eine vernetzte Infrastruktur mit High-Speed- Datenübertragung notwendig, um autonomes Fahren zu ermöglichen. Dazu gehören unter anderem Sensoren in Bauwerken und Signalanlagen, die Informationen über den Verkehr in Echtzeit übermitteln [8]. Fazit und Ausblick Platooning kann eine Lösung sein, um in den Zeiten des stark wachsenden Gütertransports eine Umweltentlastung herbeizuführen und den Transportsektor effizienter zu gestalten. Unternehmen, die platoonfähige LKW nutzen wollen, müssen sich auf einer gemeinsamen Plattform begegnen und die Bildung von Platoons gemeinsam organisieren. Nur so kann eine effiziente Anwendung sichergestellt werden. Die Entwicklung und Umsetzung der Technologie bis hin zum vollautomatisierten Fahren mehrerer Fahrzeuge in der Kolonne ohne Fahrer (Stufe 5) kann derzeit noch nicht realisiert werden. Die hierzu benötigte Hardware wie Sensoren und Kameras weist eine hohe Komplexität auf und verursacht hohe Kosten [15]. Für teilbis vollautomatisiertes Platooning ist es in Zukunft wichtig, gemeinsame Standards für die Systeme und Schnittstellen zu entwickeln, weitere Tests durchzuführen und Daten zu ermitteln. Eine europaweite Regulierung sollte etabliert werden. Ist dies erreicht, kann Platooning zu Verbesserungen im Straßengütertransport beitragen [1]. ■ QUELLEN [1] Verband der Automobilindustrie (o. Datum): Automatisiertes Fahren. Abgerufen am 02.04.2018 von Verband der Automobilindustrie: https: / / www.vda.de/ de/ themen/ innovation-und-technik/ automatisiertes-fahren/ platooning.html [2] Daimler AG (2018): Daimler Trucks testet Platooning-Technologie für mehr Effizienz bei Lkws jetzt auch in Japan. Abgerufen am 20.04.2018 von http: / / media.daimler.com/ marsMediaSite/ de/ instance/ ko/ Daimler-Trucks-testet-Platooning-Technologie-fuermehr-Effizienz-bei-Lkws-jetzt-auch-in-Japan.xhtml? oid=32920883 [3] Beutelsbacher, S. (2017): 15 Meter genügen für das perfekte Truck- „Platoon“. Die Welt online. Abgerufen am 02.04.2018 von: https: / / www.welt.de/ wirtschaft/ article169037335/ 15-Meter-genuegen-fuer-das-perfekte-Truck-Platoon.html [4] DB Schenker (2018): Platooning im Logistikeinsatz: MAN übergibt Pilotfahrzeuge an DB Schenker. Abgerufen am 02.04.2018 von DB Schenker: https: / / www.dbschenker.com/ de-de/ ueber-uns/ pressecenter/ db-schenker-news/ platooning-im-logistikeinsatz--manuebergibt-pilotfahrzeuge-an-db-schenker--509942 [5] Weinzierl, S. (2018): Vernetzte LKW: Platooning im realen Logistik- Einsatz. Abgerufen am 02. 04 2018 von Produktion.de: https: / / www. produktion.de/ technik/ logistik/ vernetzte-lkw-platooning-im-realen-logistik-einsatz-109.html [6] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2017): Automatisiertes und vernetztes Fahren - Chancen und Herausforderungen. Berlin [7] W. Kok, Daimler AG (2017): Der Lkw der Zukunft: Automatisiertes Fahren bei Daimler Trucks. Esslingen [8] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (Hrsg.) (2015): Strategie automatisiertes und vernetzes Fahren. Berlin, S. 5 f./ S.14 [9] Daimler AG (Hrsg.) Global Media Site (2016): Highway Pilot Connect: Vernetzte Lkw fahren im Verbund mit mehr Sicherheit und weniger Verbrauch. Abgerufen am 30.04.2018 von http: / / media.daimler. com/ marsMediaSite/ ko/ de/ 9905211 [10] DB Schenker (Hrsg.), Johannes Reus (2016): Platooning im Landverkehr: sicherer, wirtschaftlicher, nachhaltiger. Abgerufen am 27.04.2018 von https: / / logistik-aktuell.com/ 2016/ 07/ 26/ platooningim-landverkehr [11] Maurer, C., Gerdes, C., Lenz, B., Winner, H. (Hrsg.) (2015): Autonomes Fahren - Technische, rechtliche und gesellschaftliche Aspekte. Springer Verlag Heidelberg. S. 105 / S. 385 [12] DB Schenker (Hrsg.), Johannes Reus (2017): Interview: Platooning wird Nerven und Kraft der Fahrer schonen. Abgerufen am 02.04.2018 von DB Schenker: https: / / logistik-aktuell.com/ 2017/ 02/ 23/ interview-platooning [13] DB Schenker, M. (2016): Platooning-Projekt: Erste Transporte in vernetzen Lkw. Youtube: https: / / www.youtube.com/ watch? v=dHCUec0EtLo [14] VDI Verlag GmbH (Hrsg.) (2018): Platooning. https: / / www.ingenieur. de/ technik/ fachbereiche/ verkehr/ platooning [15] A. K. Bhoopalam, N. Agatz, R. Zuidwijk (2017): Planning of truck platoons: A literature review and directions for future research. Rotterdam School of Management. S. 217ff Mandy Schweikardt, Masterstudium Umweltorientierte Logistik, Hochschule für Technik Stuttgart mandy.schweikardt@t-online.de Dieter Uckelmann, Prof. Dr.-Ing. Studiendekan Bachelor-Studiengang Informationslogistik, Leiter des Labors für Industrie 4.0, Hochschule für Technik Stuttgart dieter.uckelmann@hft-stuttgart.de Marisa Saturno, Masterstudium Umweltorientierte Logistik, Hochschule für Technik Stuttgart marisa.saturno@gmx.de