Fusion Processing und selbstfahrende Busse

Connector Bus, der im Cambridge-Service verwendet wird (Alle Fotos bereitgestellt von Fusion Processing)

„Das Rad bewegt sich ohne Fahrer, und die Leute finden das zunächst seltsam, aber sehr schnell wird es ganz alltäglich“, sagt Jim Hutchinson, CEO und Gründer von Fusion Processing, dem Unternehmen hinter dem automatisierten Antriebssystem CAVStar Level 4.

Das Unternehmen gab kürzlich bekannt, dass es im britischen Cambridge einen langfristigen autonomen Busservice einführen wird. Dies ist zwar der erste Service, der in einem „lebenden“ Stadtgebiet verkehrt, aber es ist nicht das erste Mal, dass das Unternehmen einen autonomen Transitservice betreibt.

Bereits 2023 startete der Busbetreiber Stagecoach den weltweit ersten regelmäßigen autonomen Busbetrieb. Das Projekt umfasste fünf selbstfahrende Fahrzeuge, die auf einer Strecke zwischen Fife und Edinburgh in Schottland unterwegs waren und dabei auch die Forth Road Bridge überquerten. Obwohl das Projekt als Erfolg galt, wurde der Betrieb im Februar dieses Jahres eingestellt.

„Als wir die Strecke in Schottland untersuchten, ergab unsere Analyse, dass es eine Kundennachfrage geben würde und sie wirtschaftlich rentabel wäre. Doch das war vor COVID; während der COVID-Zeit nutzten die Menschen keine Busse mehr, und die Fahrgäste kehrten nie wirklich zurück. Wir haben jedoch viele Daten aus dem Betrieb des Dienstes erhalten“, sagt Hutchinson.

Jim Hutchinson, Fusion Processing

Parallel zum Betrieb in Schottland setzte das Unternehmen auch Busse auf einer Route in Oxfordshire ein, wo die Fahrgastzahlen höher waren. „Das lag zum Teil daran, dass der Service kostenlos war“, sagt Hutchinson. „Außerdem fuhr er in einer Schleife um ein Gewerbegebiet, zu dem auch der Bahnhof Oxford Parkway gehörte, was viele Kunden anzog. Aber es zeigte auf jeden Fall, dass es kein grundsätzliches Problem ist, dass Menschen nicht in einen selbstfahrenden Bus einsteigen wollen.“

Hardware und Leistung

Fusion Processing arbeitete mit dem Bushersteller Alexander Dennis an der Entwicklung der autonomen Fahrzeuge für Schottland. Der Busbauer wird zwei der ersten drei Fahrzeuge liefern, die auf der Strecke in Cambridge eingesetzt werden.

Das in den Bussen eingesetzte selbstfahrende System besteht aus Kameras, LiDAR und Radar sowie zusätzlichen Ultraschallsensoren. Wie Hutchinson erklärt, hat jedes dieser Systeme seine eigenen Stärken und Schwächen. Die Kombination aller Systeme liefert daher die genaueste Darstellung des Geschehens auf der Straße.

„Das System liefert bei allen Wetterbedingungen hochpräzise Daten“, sagt Hutchinson. „Rund um das Fahrzeug herum befinden sich Sensoren, die eine 360-Grad-Rundumsicht ermöglichen. CAVStar fungiert als Gehirn des Systems. Es empfängt die Daten der verschiedenen Sensorsysteme und überlagert sie, um ein vollständiges Bild zu erhalten.“

Selbstfahrende Busse haben eine Genauigkeit zwischen einem und drei Zentimetern

Das System verfügt über eine Genauigkeit von einem bis drei Zentimetern (bis zu einem Zoll). Dies unterstützt das Fahren im laufenden Verkehr, das Befahren komplexer Straßeninfrastrukturen (wie Kreisverkehren) und ermöglicht gleichzeitig die Navigation um gefährdete Verkehrsteilnehmer wie Fußgänger und Radfahrer herum. „Im Straßenverkehr ist die Toleranz normalerweise höher, aber diese Genauigkeit ist gut“, erklärt Hutchinson.

Er sagt, dass es für den sicheren Betrieb der selbstfahrenden Busse nicht notwendig gewesen sei, Fahrbahnmarkierungen oder andere Verkehrssignale zu verbessern. „Wir mussten keine Linien neu aufmalen, aber es gibt andere Dinge, die man tun kann und die durchaus nützlich sind“, sagt er.

Das System kann beispielsweise Ampeln erkennen und weiß, wann es anhalten muss und wann es weiterfahren kann. Manche Ampeln kommunizieren direkt mit dem Fahrzeug und teilen nicht nur mit, was sie gerade tun, sondern auch, was sie als Nächstes tun werden. Mit diesen Informationen kann das Fahrzeug seine Annäherung so planen, dass es nicht anhalten muss. Das kann langfristig viel Kraftstoff sparen.

Generell sei zwar zu befürchten, dass einige Fahrbahnmarkierungen abgenutzt seien, die Bordsysteme jedoch empfindlich genug seien, um diese zu erkennen und die Informationen zu nutzen. „Bisher hatten wir keine Probleme, das Fahrzeug kommt mit den vorhandenen Markierungen und Signalen zurecht.“

Derzeit ist es in Großbritannien gesetzlich vorgeschrieben, dass ein Sicherheitsfahrer an Bord eines Busses sein muss, wenn dieser autonom auf öffentlichen Straßen unterwegs ist. Der Automated Vehicles Act, der für die Nutzung autonomer Fahrzeuge auf britischen Straßen gilt, wurde 2024 verabschiedet. Es besteht die Hoffnung, dass bis 2026 oder 2027 eine sekundäre Gesetzgebung zur Umsetzung verabschiedet wird, die die damit verbundenen Verantwortlichkeiten definiert.

Onboard-Antriebssystem

Hutchinson beschreibt das System, das die Busse physisch steuert, als „ziemlich komplex“. Er führt weiter aus, dass die Fahrzeuge durch eine Kette von Vorgängen gesteuert werden: Sensoren erfassen Daten, die dann verarbeitet werden, damit das Fahrzeug weiß, wo es sich befindet, in welche Richtung es fährt, welche Manöver anstehen usw. Ein Flottenmanagementsystem überwacht die gesamte Route des Fahrzeugs, sodass es weiß, wohin es muss und was getan werden muss, um dieses Ziel zu erreichen.

Busse mit dem autonomen Fahrsystem von Fusion Processing auf der Forth Road Bridge

Was die physische Bewegung der Fahrzeugsteuerung betrifft, so übersetzt eine Reihe von Aktuatoren die Daten in Dreh- und Druckbewegungen des Lenkrads und der Pedale. Hutchinson erklärt, dass das gesamte System über eine eingebaute Redundanz verfügt, sodass beim Ausfall eines Lenk- oder Bremsaktuators sofort die zweite Einheit übernimmt.

Bei Systemen wie Blinkern (oder Fahrtrichtungsanzeigern) muss der Lenkstockhebel nicht nach oben oder unten bewegt werden, um nach links oder rechts zu blinken. Stattdessen kann der CAN-Bus ein Signal an ein Relais senden, das den Blinker einschaltet.

„Der CAN-Bus bildet praktisch die Grenze unseres Systems“, erklärt Hutchinson. „Wir nutzen ihn, um Nachrichten an alle Aktuatoren, die zugehörigen Systeme und alles andere zu senden, was wir steuern müssen.“

Auf die Frage, ob er sich vorstellen könne, dass Lenkrad und Pedale irgendwann aus dem Fahrzeug ausgebaut würden, antwortet er, dass der Bus auch bei einer Beschädigung der selbstfahrenden Systeme noch sicher zum Stehen kommen könne. Allerdings werde er weiterhin einen menschlichen Fahrer benötigen, um den Bus wieder zum Stehen zu bringen. Daher könnten die Bedienelemente auch in Zukunft erhalten bleiben.

Hinzufügen von Hardware

Die Zusammenarbeit mit Alexander Dennis und anderen OEMs zur Platzierung der Hardware im Fahrzeug stellte vor allem aufgrund der Größe der Fahrzeuge keine größeren Schwierigkeiten dar. Hutchinson merkt an, dass dies bei einem Pkw oder Kleintransporter schwieriger wäre.

„Die Integration unseres Systems ist relativ einfach. Wir möchten eine unkomplizierte Partnerschaft ermöglichen und den Fahrzeugherstellern keine unnötigen Schwierigkeiten bereiten.“

Derzeit wird das System nachträglich hinzugefügt, Fusion Processing arbeitet jedoch mit Alexander Dennis an der Entwicklung eines Prozesses, bei dem das autonome System „eingeplant“ und während der Produktion installiert wird.

Hutchinson sagt, es gebe Pläne, die Möglichkeit einzuführen, einen Bus vom Fließband zu kaufen, der mit autonomem Fahren ausgestattet ist, bevor die britische Gesetzgebung im Jahr 2027 in Kraft tritt. Außerdem gebe es Pläne, Versionen mit Linkslenkung auszuliefern.

Kraftstoff- und Energieeinsparungen

Als das Projekt in Schottland startete, gab es keine Elektrobusse, die den erforderlichen Arbeitszyklus erreichen konnten. Interessanterweise führte der Betrieb zu einer Einsparung von 7 % Dieselkraftstoff gegenüber den Erwartungen, und das ohne spezielle Maßnahmen zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit.

Hutchinson geht davon aus, dass sich beim Einsatz des autonomen Fahrsystems in einem Elektrobus durch die Optimierung der Brems- und Beschleunigungsphasen auf einer bestimmten Strecke Energieeinsparungen von 20 % erzielen lassen. Dies könne die Gesamtreichweite verbessern. Alternativ könne auch ein kleinerer, leichterer Akku verwendet werden, was zu Kosteneinsparungen beitrage.

Schau mal, Mama! Hände weg! Sicherheitsfahrer auf der Buslinie in Schottland