Audi RS 7 piloted driving concept auf der Rennstrecke

Audi hat das sportlichste pilotiert fahrende Auto der Welt entwickelt. Nach der Aufsehen erregenden Fahrt des Audi RS 7 piloted driving concept beim Saisonfinale der Deutschen Tourenwagen Masters (DTM) in Hockenheim startet der innovative Technikträger nun auf der anspruchsvollen Strecke des Ascari Race Resort – im Renntempo, ohne Fahrer.

"Mit den technischen Lösungen zum pilotierten Fahren treiben wir einen der wichtigsten Trends in der automobilen Welt weiter voran", sagt Prof. Dr. Ulrich Hackenberg, Vorstand für Technische Entwicklung der Audi AG. "Beim DTM-Rennen in Hockenheim haben wir die ganze Faszination dieser Entwicklung gezeigt. Nun demonstrieren wir die Fähigkeiten des Technikträgers auf einer Strecke, die sich durch ein nochmals anspruchsvolleres Profil mit sehr unterschiedlichen Kurvenradien und Schikanen auszeichnet. Dadurch wird die Entwicklungsleistung der Audi-Ingenieure nochmals deutlich unterstrichen. "

Auf dem Gebiet des hochautomatisierten Fahrens ist Audi schon lange eine treibende Kraft. Die Entwicklungsarbeit der Marke gipfelte bereits mehrfach in spektakulären Aktionen – wie im Jahr 2010, als ein fahrerloser Audi TTS* die Bergrennstrecke am legendären Pikes Peak in Colorado/USA bewältigte. Immer wieder hat Audi mit Demonstrationen am Limit das Potenzial der Technologie dargestellt. Der 560 PS starke und bis zu 305 km/h schnelle Audi RS 7 piloted driving concept steht dabei mustergültig für "Vorsprung durch Technik".

Der Audi RS 7 piloted driving concept auf der Rennstrecke

Der Audi RS 7 piloted driving concept ist ein Technikträger, mit dem Audi die Möglichkeiten des pilotierten Fahrens ins seiner ganzen Dynamik auslotet. Das große 5-türige Coupé entspricht weitgehend dem Serienstand; seine elektromechanische Servolenkung, die Bremsen, die Drosselklappe und die Achtstufen-tiptronic, die die Kräfte auf den mechanischen quattro-Antrieb leitet, werden automatisiert angesteuert.

Technologisch müssen beim pilotierten Fahren am physikalischen Limit zwei Schwerpunkte berücksichtigt werden: zum einen die hochpräzise Orientierung des Autos auf der Strecke und zum anderen die exakte Fahrzeugbeherrschung im Grenzbereich.

Für die Orientierung auf der Piste nutzt der Technikträger speziell korrigierte GPS-Signale. Diese zentimetergenauen Differenzial-GPS-Daten werden per WLAN nach dem Automotive-Standard und redundant per Hochfrequenzfunk ins Auto übertragen. Parallel dazu werden in Echtzeit 3D-Kamerabilder mit onboard-hinterlegten Bildinformationen abgeglichen. Dabei sucht das System in jedem der zahllosen Einzelbilder nach mehreren hundert bekannten Merkmalen, etwa nach Bebauungsmustern hinter der Strecke, die dieses dann als zusätzliche Ortungsinformation nutzt.

Die Fahrzeugbeherrschung im Grenzbereich ist eine weitere herausragende Eigenschaft des Audi RS 7 piloted driving concept. Die umfassende Onboard-Vernetzung gekoppelt mit einer hochpräzisen Steuerung aller fahrrelevanten Aktoren ermöglicht es, dass der Technikträger am physikalischen Grenzbereich fährt. Das pilotierte Fahren am Limit haben die Audi-Ingenieure mit den Technikträgern auf mehreren tausend Testkilometern und auf verschiedenen Strecken intensiv untersucht.

Der Audi RS 7 piloted driving concept fährt zur Demonstration der Fähigkeiten auf der Rennstrecke eine saubere Ideallinie – mit Vollgas auf den Geraden, mit exakt dosierter Verzögerung am optimalen Bremspunkt vor den Kurven, mit präzisem Einlenken und mit perfekt dosiertem Gaseinsatz am Kurvenausgang. Beim Abbremsen liegen die Kräfte über 1,3 g, in den Kurven erreicht die mögliche Querbeschleunigung bis zu 1,1 g. Auf der Strecke in Hockenheim erreichte der RS 7 piloted driving concept bis zu 240 km/h. In Ascari liegt der Topspeed bei 205 km/h. Dabei stellt die Ascari Rennstrecke mit ihren anspruchsvollen Kuppen und Senken, engen Schikanen und der Steilkurve eine nochmals größere HerausForderung an die Technologie des Audi RS 7 piloted driving concept dar. Zu den hohen Längs- und Querbeschleunigungen kommen hier dynamisch wechselnde Achslasten hinzu.

Auch beim pilotierten Fahren ist die Rennstrecke das härteste Testfeld für die Serie. Die künftigen Systeme müssen auch in kritischen Situationen hochpräzise und fehlerfrei arbeiten. Deshalb müssen sie in der Lage sein, die aktuelle Situation auch am physikalischen Limit richtig einzuschätzen. Die Audi-Ingenieure leiten aus diesem Testfeld verschiedene Erkenntnisse für die Serienentwicklung ab, wie zum Beispiel bei der Entwicklung von automatischen Ausweichfunktionen in kritischen Fahrsituationen.

Pilotiertes Fahren – die Highlights

Audi beschäftigt sich schon seit vielen Jahren intensiv mit dem Themenkomplex "pilotiertes Fahren". Die Entwicklung hat mehrfach zu spektakulären Fahraktionen geführt – auf öffentlichen Straßen, auf der Rennstrecke und sogar auf einem Salzsee.

2009: Bonneville Salt Flats

Im Herbst 2009 nahm Audi mit einem fahrerlosen Audi TTS die Bonneville Salt Flats im US-Bundesstaat Utah unter die Räder. Das weiß lackierte Coupé, zeichnete in exakter Kurvenfahrt die Vier Ringe der Marke auf den Salzsee. Zugleich stellte es mit 130 mph (ca. 210 km/h) einen neuen Geschwindigkeitsweltrekord für pilotiert fahrende Autos auf.

Als kleine Hommage an die frühere Audi-Rallyefahrerin Michèle Mouton wurde der Versuchsträger "Shelley" genannt. Seine spezifische Datentechnik war eine Gemeinschaftsentwicklung von Audi, Volkswagen und dem Center for Automotive Research an der kalifornischen StanFord University.

2010: Pikes Peak

Im folgenden Jahr bezwang die pilotiert fahrende "Shelley" die legendäre Bergrennstrecke am Pikes Peak im US-amerikanischen Colorado. Für den 20 Kilometer langen Kurs mit insgesamt 156 Kurven benötigte der Versuchsträger etwa 27 Minuten, sein Topspeed lag bei 45 mph (72 km/h). Die Navigation erfolgte bereits per Differenzial-GPS – mit einer Genauigkeit von wenigen cm.

2012: Thunderhill Race Track

2012 sammelte Audi mit dem Audi TTS zum ersten Mal Erfahrungen auf einer Rennstrecke – dem Thunderhill Race Track nördlich von Sacramento/Kalifornien. Die Rundenzeit auf dem etwa drei Meilen (knapp 5 Kilometer) langen Kurs lag unter 2:30 Minuten. Im Mittelpunkt des Tests stand die Frage, wie sich ein pilotiert fahrendes Auto unter hohen Belastungen und extremen Bedingungen verhält.

2013: Las Vegas

Als erster Automobilhersteller der Welt hatte Audi von den Behörden im US-Bundesstaat Nevada die Genehmigung erhalten, pilotiert fahrende Autos im öffentlichen Verkehr zu bewegen. Im Rahmen der International Consumer Electronics Show (CES) in Las Vegas präsentierte die Marke im Januar 2013 und 2014 die neuen Systeme zum pilotierten Fahren im Stau und zum pilotierten Parken. Mit an Bord waren jeweils internationale Fachjournalisten.

2014: Florida und Kalifornien

Audi baut seine Test-Kompetenz zum pilotierten Fahren in den USA in großen Schritten aus. Daher unternahm die Marke im Sommer – erneut als erster Automobilhersteller der Welt – einen öffentlichen Test auf dem Lee Roy Selmon Expressway bei Tampa/Florida. Im Herbst erhielt das Unternehmen die erste Testlizenz im Rahmen der neuen Regelungen in Kalifornien; generell sind dort inzwischen Erprobungsfahrten auf den Freeways erlaubt.

Pilotiertes Fahren – die künftigen Serientechnologien

Die Serien-Technologien zum pilotierten Fahren, die Audi gerade entwickelt, werden noch in diesem Jahrzehnt in Autos eingesetzt werden. Die neuen Systeme übernehmen dann das Fahren in bestimmten Situationen – etwa im Stau oder beim Einparken – und machen es noch komfortabler und sicherer.

Pilotiertes Fahren im Stau

Der so genannte "Staupilot" entlastet Audi-Fahrer künftig im zäh fließenden Verkehr, indem es im Geschwindigkeitsbereich zwischen 0 und 60 km/h die Lenkarbeit abnimmt und darüber hinaus selbstständig beschleunigt und verzögert.

Das neue System wertet dafür den Zustand des eigenen Autos und den des gesamten Umfelds aus. Aktiviert der Kunde das System, übernimmt das Auto nun vollständig die Längs- und Querführung, wenn es in einem Geschwindigkeitsbereich unter 60 km/h auf einer Schnellstraße eine Stausituation erkennt.

Wenn der Staupilot seine Grenzen erreicht – etwa, wenn sich der Stau auflöst oder das Ende der autobahnähnlichen Straße erreicht wird – Fordert er den Fahrer auf, wieder das Lenkrad zu übernehmen.

Eine wichtige Komponente der Sensorik ist das Radarsystem – wie bei der heutigen adaptive cruise control mit Stop&Go-Funktion erfasst es das Vorfeld des Autos in einem Bereich von 35 Grad und bis zu 250 m Entfernung. Eine Videokamera mit breitem Öffnungswinkel erkennt die Fahrbahnmarkierungen ebenso wie Fußgänger und Objekte, beispielsweise andere Fahrzeuge und Leitplanken. Bis zu 12 Ultraschall-Sensoren überwachen den Nahbereich rund um das Auto.

Neu im Portfolio der Sensoren ist der Laserscanner – er liefert hochpräzise Daten bis zu 80 m Entfernung. Seine Laserdiode sendet pro Sekunde fast 100.000 Infrarot-Lichtimpulse aus, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Auf sechs Ebenen deckt der Laserscanner einen Bereich von 145 Grad ab. Aus den Lichtreflexionen errechnet das Steuergerät ein Umgebungsprofil, das sowohl andere Fahrzeuge als auch Leitplanken abbildet.

Der Laserscanner weist große Stärken auf. Aufgrund seines breiten Öffnungs-winkels erkennt er einscherende Fahrzeuge sehr früh und arbeitet auch im Dunklen ohne Einschränkung. Dabei kann er beliebige Objekte erkennen – auch solche, die ein gleichmäßiges Muster aufweisen, etwa Zäune, oder die keine sichtbare Struktur haben, wie beispielsweise weiße Wände.

Pilotiertes Fahren für Parkvorgänge

Parkvorgänge in beengten Situationen sind unkomfortabel – in engen Parklücken oder Garagen kann der Fahrer oft nur noch mühsam ein- oder aussteigen. Mit dem System "Parkpilot" von Audi kann er künftig das Auto bequem von außen mit dem Funkschlüssel oder Smartphone fernsteuern. Es nutzt dieselbe Sensorik wie der Staupilot und generiert darüber hinaus mit seinen vier Umgebungskameras weitere wichtige Umfeldinformationen.

Sobald die Umfeldsensorik eine geeignete Parklücke oder Garage erkannt hat, bietet der Parkpilot dem Fahrer die pilotierte Parkfunktion an. Wenn er jetzt aussteigt, muss er nur den Funkschlüssel oder den entsprechenden Button auf dem Smartphone gedrückt halten, um den Vorgang zu starten.

Das System stellt sicher, dass sich der Schlüssel in der Umgebung des Autos befindet. Sollte die Onboard-Sensorik während des pilotierten Parkens Hindernisse im Fahrkorridor erkennen, hält das Auto unvermittelt an. An seiner Parkposition angekommen, stellt es den Motor ab und verriegelt die Türen; der Fahrer erhält eine Bestätigungsmeldung. Das Ausparken aus der Garage oder der Parklücke erfolgt ebenso auf Tastendruck.

Das zentrale Fahrerassistenzsteuergerät (zFAS)

Das Management der Fahrerassistenzsysteme von heute findet bislang meist in räumlich voneinander getrennten Steuergeräten statt – im Gegensatz dazu verfolgt Audi den neuartigen Ansatz einer zentralen Domänenarchitektur. Alle verfügbaren Sensorinformationen kommen künftig in einem zentralen Steuergerät (zFAS) zusammen; es errechnet ein vollständiges Modell der Fahrzeugumgebung, das von allen Assistenzsystemen genutzt wird. Die künftigen Systeme für das pilotierte Fahren werden gleichermaßen auf diese redundant berechneten Informationen zurückgreifen.

Das zFAS-Board nutzt modernste Mehrkern-Prozessoren. In der Summe erzielen sie eine Rechenleistung, die der kompletten Elektronik-Architektur eines heutigen Audi A4* entspricht. Derzeit nimmt das neue Board etwa die Fläche eines Tablet-PC ein, doch der Platzbedarf wird weiter schrumpfen. Sein modulares Konzept gewährleistet hohe Skalierbarkeit und Zukunftsfähigkeit. Audi wird das zFAS-Board noch in diesem Jahrzehnt zusammen mit den Systemen zum pilotierten Fahren in Serie bringen.

Entspannt und souverän – die Fahrerassistenzsysteme von heute

Schon heute machen die Fahrerassistenzsysteme von Audi das Fahren entspannter und souveräner. Das Angebot deckt alle Ansprüche ab; in seiner höchsten Ausbaustufe präsentiert es sich in den überarbeiteten Modellreihen Audi A6* und Audi A7 Sportback*.

Die adaptive cruise control mit Stop&Go-Funktion

Unter allen optionalen Fahrerassistenzsystemen, die Audi anbietet, ist die adaptive cruise control mit Stop&Go-Funktion inklusive Audi pre sense front das komplexeste. Sie regelt das Tempo und den Abstand zum Vorausfahrenden durch Gasgeben und Bremsen im Bereich zwischen 0 und 250 km/h, wobei sie innerhalb gewisser Grenzen selbsttätig verzögert. Über Audi drive select entscheidet der Fahrer in vier Stufen, wie komfortabel oder sportlich das System arbeiten soll.

Die ACC Stop&Go nutzt die Daten von zwei Radarsensoren, einer Videokamera, von Ultraschallsensoren und weiterer Systeme. Sie greift zudem auf die prädiktiven Streckendaten des Navigationssystems zu, so kann das System beispielsweise auf der Autobahn die Fahrspuren auch in Kurven sicher berechnen. Im Stadtverkehr verzögert die ACC Stop&Go das Auto bis zum Stillstand.

Der Audi side assist

Bei 30 km/h Geschwindigkeit nimmt der Spurwechselassistent Audi side assist inklusive Audi pre sense rear seine Arbeit auf. Zwei Radarsensoren im Heck überwachen das Geschehen hinter dem Auto. Wenn das System ein anderes, von hinten kommendes Fahrzeug im kritischen Bereich erkennt, leuchtet eine gelbe LED-Anzeige im Gehäuse des Außenspiegels auf. Falls der Fahrer trotzdem den Blinker zum Spurwechsel setzt, wird die Anzeige heller und blinkt mit hoher Frequenz – ein Impuls, der kaum zu übersehen ist.

Der Audi active lane assist

Der Audi active lane assist erfasst ab 65 km/h Tempo die Markierungen auf der Fahrbahn mit einer Videokamera. Falls sich das Auto einer Linie nähert, ohne zu blinken, hilft das System dem Fahrer über sanfte Eingriffe in die elektromechanische Servolenkung in die Spur zurückzusteuern. Im MMI legt der Fahrer fest, wie früh diese Aktion erfolgen und ob sie von einer Vibration am Lenkrad begleitet werden soll. Falls er sich für einen frühen Eingriff entscheidet, hilft ihm das System außerdem dabei, das Auto in der Mitte der Spur zu halten.

In den neuen Modellen des Audi A6 und A7 Sportback arbeitet der Audi active lane assist eng mit dem Audi side assist zusammen – sind beide aktiviert, geht die Warnung vor einem kritischen Spurwechsel mit einem gezielten Lenkeingriff einher.

Die kamerabasierte Tempolimitanzeige

Die kamerabasierte Tempolimitanzeige erkennt Geschwindigkeitsschilder am Straßenrand, ihre Zusatztafeln und Aufhebungszeichen. Sie präsentiert diese als Grafiken im Display des FIS oder im optionalen Head-up-Display. Ihre Software gleicht die Bilder, die die Videokamera liefert, mit den Kartendaten der optionalen MMI Navigation plus ab.

Der Nachtsichtassistent

Ein weiteres Highend-System ist der Nachtsichtassistent. Seine Wärmebildkamera, die bis zu 300 m vorausblicken kann, nutzt die Ferninfrarot-Technologie. In Schwarzweiß-Bilder umgewandelt, erscheinen die Informationen auf dem großen FIS-Display. Die Straße bleibt dunkel, Menschen und Tiere werden aufgrund ihrer Wärmeabstrahlung dagegen auffällig hell dargestellt. Die Software kann Menschen und größere Wildtiere erkennen und hebt sie durch gelbe Markierungen im Display hervor.

Wenn der Rechner eine gefährliche Situation voraussieht, wird die Bremsanlage automatisch vorbefüllt. Ein Warngong ertönt, im FIS-Display sowie im optionalen Head-up-Display erscheint begleitend eine rote Warnung. Wenn der Fernlichtassistent oder die Matrix LED-Scheinwerfer an Bord sind, werden die erkannte Personen außerorts mit drei kurzen Lichtimpulsen angeleuchtet.

Der Parkassistent mit Umgebungsanzeige

Für komfortables Einparken stellt Audi verschiedene Systeme zur Wahl. Der Parkassistent mit Umgebungsanzeige nutzt Ultraschallsensoren, die bei langsamer Fahrt die Parklücken am Straßenrand vermessen. Wenn eine von ihnen groß genug ist, übernimmt das System auf Tastendruck das Rückwärts-Einparken – der Fahrer muss Gas geben und bremsen.

Der Parkassistent manövriert das Auto in und aus Lücken, die sowohl parallel als auch quer zur Fahrbahn liegen können. Eine Umgebungsanzeige warnt zudem vor seitlichen Hindernissen. Als ergänzende Bausteine sind eine Front- und Rückfahrkamera erhältlich.

Audi pre sense

Beim Sicherheitssystem Audi pre sense stehen unterschiedliche Versionen zur Verfügung. Die Ausführung Audi pre sense basic ist Serie – hier greift das System ein, sobald es über die Sensoren der ESC einen instabilen Fahrzustand erkennt. Dabei werden die vorderen Gurte elektrisch gestrafft und das Schiebedach sowie die Seitenscheiben bis auf einen kleinen Spalt geschlossen. Die Warnblinkanlage warnt den nachfolgenden Verkehr.

Im Zusammenspiel mit der ACC Stop&Go ist die Version Audi pre sense front an Bord. Das System hat die Aufgabe, Auffahrunfälle zu vermeiden beziehungsweise ihre Folgen zu mindern. In einer Gefahrsituation warnt der integrierte Audi braking guard den Fahrer im ersten Schritt mit einem Gong und einem optischen Signal. Gleichzeitig wird die Bremsanlage vorgefüllt; bei der optionalen adaptive air suspension werden außerdem die Dämpfer gestrafft.

Falls der Fahrer passiv bleibt, folgt in der zweiten Stufe ein Warnruck – eine kurze Bremsung; die Gurte werden leicht gestrafft. Wenn der Fahrer jetzt auf das Bremspedal tritt, erhöht der hydraulische Bremsassistent die Bremskraft entsprechend der Situation. Sollte der Fahrer jedoch auch den Warnruck ignorieren, erfolgt eine autonome Teilbremsung – Voraussetzung ist, dass sich ein Fahrzeug vor dem eigenen Auto bewegt. Die Verzögerung beträgt 3,5 m/s². Fenster und Schiebedach werden geschlossen, die Gurte stark gestrafft und die Warnblinkanlage aktiviert.

Wenn die höchste Ausbaustufe von Audi pre sense – die Version Audi pre sense plus – an Bord ist, folgen im Notfall noch eine dritte und vierte Stufe. Das System erhöht dann die Bremskraft zunächst auf 6 m/s² und strafft die Gurte voll. Etwa eine halbe Sekunde vor einem unvermeidbaren Aufprall folgt die letzte Bremsphase mit autonomer Vollverzögerung; sie kann die Folgen einer Kollision stark vermindern.

Bei Geschwindigkeiten unter 30 km/h erfolgt die Bremsung im Notfall selbsttätig mit voller Kraft – unabhängig davon, ob das Fahrzeug vor dem eigenen Auto fährt oder steht. Unterhalb von 20 km/h vermeidet die Vollverzögerung einen Unfall häufig ganz oder setzt die Kollisionsgeschwindigkeit stark herab.

Unmittelbar nach einem Aufprall unterstützt der Bremsassistent Folgekollision den Fahrer durch eine automatisch eingeleitete Bremsung, die die Schleudergefahr und die Gefahr weiterer Kollisionen während des Unfalls reduzieren.

Das System Audi pre sense rear, eine weitere Teilfunktion von Audi pre sense, ist an den Audi side assist gekoppelt. Wenn es einen drohenden Heckaufprall erkennt, warnt es den nachfolgenden Verkehr über die Warnblinkanlage.

Verbrauchsangaben der genannten Modelle:

Audi TTS: Kraftstoffverbrauch kombiniert in l/100 km: 7,5 – 6,9**; CO₂-Emission kombiniert in g/km: 174 – 159**

Audi A4: Kraftstoffverbrauch kombiniert in l/100 km: 10,7 – 4,0**; CO₂-Emission kombiniert in g/km: 249 – 104**

Audi A6: Kraftstoffverbrauch kombiniert in l/100 km: 9,6 – 4,2**; CO₂-Emission kombiniert in g/km: 224 – 109**

Audi A7 Sportback: Kraftstoffverbrauch kombiniert in l/100 km: 9,5 – 4,7**; CO₂-Emission kombiniert in g/km: 221 – 122**

** Der Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen eines Fahrzeugs variieren aufgrund der Räder- bzw. Reifenwahl und hängen nicht nur von der effizienten Ausnutzung des Kraftstoffs durch das Fahrzeug ab, sondern werden auch vom Fahrverhalten und anderen nichttechnischen Faktoren beeinflusst.