Tokios erster Test eines autonomen Busses der Stufe 4 auf öffentlichen Straßen

Tokios erster Test eines autonomen Busses der Stufe 4 auf öffentlichen Straßen

Ein Forschungsteam der Universität Tokio hat am Dienstag erstmals damit begonnen, einen autonomen Bus der Stufe 4 auf öffentlichen Straßen im Großraum Tokio zu testen. Dies ist ein bedeutender Meilenstein für die Entwicklung autonomer Verkehrsmittel in Japan, denn das Land sucht nach innovativen Lösungen für den Fahrermangel und die demografischen Herausforderungen.

Der Versuch baut auf früheren Tests auf derselben Strecke auf. Dort ist seit Ende 2019 ein autonomer Bus der Stufe 2 im Einsatz, bei dem das Fahren teilweise automatisiert ist. Die Strecke verbindet den Kashiwa-Campus der Universität mit der Station Kashiwanoha-Campus und ist rund 2,6 Kilometer lang (2,3 km auf öffentlichen Straßen und 0,3 km auf dem Campus).

Professor Yoshihiro Suda vom Institut für Industrielle Wissenschaften der Universität Tokio, Vorsitzender des Kashiwa ITS Promotion Committee, erläuterte die Bedeutung dieses Fortschritts:

Der Übergang von Autonomie der Stufe 2 zu Stufe 4 bedeutet einen grundlegenden Wandel in unserem Umgang mit Verkehr. Auf Stufe 4 kann das Fahrzeug alle Fahraufgaben innerhalb seines festgelegten Einsatzgebiets übernehmen, einschließlich der Reaktion auf unerwartete Situationen. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten für den öffentlichen Verkehr, der nicht auf menschliche Fahrer angewiesen ist, und der akute Fahrermangel in Japan lässt sich angehen.

Das Projekt wurde in enger Zusammenarbeit zwischen der Universität Tokio, staatlichen Stellen, Privatunternehmen und verschiedenen Organisationen entwickelt. Es ist Teil des Kashiwanoha Smart City Consortium, das vom japanischen Ministerium für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus als Smart-City-Projekt und fortschrittliches Modellprojekt ausgewählt wurde.

Die Stufen des autonomen Fahrens

Der Automatisierungsgrad wird auf einer Skala von 1 bis 5 angegeben. Jede Stufe steht für einen höheren Grad an Fahrzeugautonomie. Stufe 1 umfasst Technologien, die den Fahrer unterstützen, etwa einen adaptiven Tempomaten. Stufe 5 steht für vollständige Automatisierung unter allen Bedingungen.

Bei der Automatisierung der Stufe 2, die der vorherige Bus nutzte, übernimmt das System in einem begrenzten Gebiet sowohl Teilaufgaben der Längsführung (Beschleunigen und Bremsen) als auch der Querführung (Lenken). Es ist jedoch weiterhin eine menschliche Überwachung erforderlich. Die Automatisierung der Stufe 4, auf die sich der neue Versuch konzentriert, ist ein bedeutender technologischer Sprung. Auf dieser Stufe übernimmt das System alle Fahraufgaben und reagiert innerhalb eines begrenzten Gebiets auf während des Betriebs auftretende Schwierigkeiten, ohne dass ein Mensch eingreifen muss.

Der Kashiwa ITS Promotion Council, der das Projekt seit Dezember 2009 koordiniert, definiert die Stufen klar: Systeme der Stufe 1 übernehmen in einem begrenzten Gebiet Teilaufgaben der Fahrzeugführung entweder in Längs- oder in Querrichtung. Systeme der Stufe 2 übernehmen Teilaufgaben der Fahrzeugführung sowohl in Längs- als auch in Querrichtung. Systeme der Stufe 3 führen alle dynamischen Fahraufgaben innerhalb eines begrenzten Gebiets aus, fordern aber bei auftretenden Schwierigkeiten zum Eingreifen auf. Systeme der Stufe 4 übernehmen alle dynamischen Fahraufgaben und reagieren innerhalb eines begrenzten Gebiets auf Schwierigkeiten. Systeme der Stufe 5 schließlich führen alle dynamischen Fahraufgaben ohne Einschränkungen aus.

Die Entwicklung des autonomen Busprojekts in Kashiwa

Das autonome Busprojekt in Kashiwa hat sich seit seinem Beginn deutlich weiterentwickelt. Die erste Phase startete im November 2019 mit Tests eines autonomen Busses der Stufe 2, die bis März 2020 dauerten. Zum Einsatz kam ein serienmäßiger Bus mit einem autonomen Fahrsystem von Advanced Smart Mobility Co., Ltd.; betrieben wurde er von TOBU BUS EAST CO., LTD. Als Basis diente ein Hino Motors Liesse mit 17 Sitzplätzen.

Diese ersten Tests waren wichtige Forschungsarbeiten, um die praktischen Herausforderungen eines längerfristigen Betriebs autonomer Busse zu verstehen. Die meisten früheren Versuche mit autonomem Fahren hatten nur kurze Zeiträume umfasst. Mit dem fünfmonatigen Projekt sollten deshalb Betriebsverfahren auf regulären Strecken sowie langfristige Abläufe für den Betrieb, die Inspektion und die Wartung überprüft werden.

Im Januar 2021 kam bei den Vorführungen ein neues Fahrzeug zum Einsatz. Dieser autonome Bus basierte auf einem Isuzu Elgamio und bot Platz für 56 Fahrgäste (28 Sitzplätze). Wegen der COVID-19-Schutzmaßnahmen war die tatsächliche Fahrgastzahl aus Sicherheitsgründen jedoch auf 15 begrenzt. Das aktualisierte Fahrzeug verfügte über verbesserte autonome Fahrsysteme und Sensoren sowie mehr Fahrkomfort beim Beschleunigen und Bremsen.

Auf Grundlage der Erkenntnisse aus den seit 2019 laufenden Vorführungen verbesserte Advanced Mobility Corporation das automatisierte Fahrsystem: Die Sensorik wurde erweitert, der Fahrkomfort beim Beschleunigen und Bremsen erhöht und ein größeres Fahrzeug eingesetzt. In dieser Phase soll der Bus autonom auf Stufe 2 fahren; abhängig von den Ergebnissen der laufenden Bewertungen ist später ein Übergang zu Stufe 4 geplant.

Die Technologie des autonomen Busses

Der autonome Bus der Stufe 4 verfügt über fortschrittliche Technologien, die ihm ein sicheres Fahren ohne menschliches Eingreifen ermöglichen. Dazu gehören eine Spurhaltefunktion, die Positionsbestimmung per GNSS (GPS), Magnetsensoren zur präzisen Ortung sowie eine Geschwindigkeitsregelung mit automatischer Steuerung von Gaspedal und Bremse.

Das Fahrzeug ist mit speziellen Sicherheitsfunktionen ausgestattet, darunter die SRA-Funktion zur Abstandsregelung bei allen Geschwindigkeiten und eine Ampelerkennung: Kameras erkennen die Farben der Ampeln, damit der Bus entsprechend reagieren kann. Außerdem verfügt der Bus über automatisierte Systeme zur Steuerung der Ankunft an Haltestellen und der Abfahrt.

Für den neuen Versuch mit Stufe 4 ist der Bus mit einer Plattform zur automatisierten Betriebsverwaltung von Fahrzeugen namens Dispatcher verbunden, die von BOLDLY Corporation entwickelt wurde. Die Plattform ermöglicht die Fernüberwachung des Fahrzeugstatus, die Übermittlung von Fahranweisungen, Notfallmaßnahmen, Entscheidungen über die Einsatzfähigkeit sowie eine umfassende Aufzeichnung von Fahrten und Fehlern.

Diese Technologien greifen ineinander und bilden ein umfassendes Sicherheits- und Betriebssystem. So kann der Bus autonom fahren und gleichzeitig in ständigem Kontakt mit einer Fernleitstelle bleiben, die bei Bedarf eingreifen kann. Die Dispatcher-Plattform bietet Funktionen, die aus der Ferne ausgeführt werden können, darunter die Aufzeichnung von Fahrten und Fehlern, die Überwachung des Fahrzeugstatus, die Übermittlung von Fahranweisungen, Notfallmaßnahmen sowie Entscheidungen darüber, ob eine Fahrt empfohlen oder zwingend erforderlich ist.

Das Fahrzeug nutzt eine Kombination aus Sensoren und Erkennungssystemen, um sicher auf der festgelegten Strecke zu fahren. Die Spurhaltefunktion hilft, den Bus auf der Straße zu halten, während der Magnetsensor eine präzise Ortung entlang der Strecke ermöglicht. Das System zur Geschwindigkeitsregelung steuert Beschleunigung und Bremsen und sorgt so für einen gleichmäßigen Betrieb.

Japans Herausforderungen im Verkehr angehen

Der Versuch mit dem autonomen Bus ist Teil von Japans umfassender Strategie, drängende Herausforderungen im Verkehr zu bewältigen. Das Land steht vor erheblichen demografischen Veränderungen: Die Bevölkerung altert, die Geburtenrate sinkt und es herrscht ein akuter Fahrermangel. Diese Faktoren haben dazu geführt, dass Bahn- und Busangebote in abgelegenen Gebieten zurückgefahren werden, wodurch die Mobilität der Bevölkerung eingeschränkt wird.

Kommunen in ganz Japan setzen zunehmend auf Technologien für autonomes Fahren, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Seit April 2023 dürfen autonome Fahrzeuge der Stufe 4 unter bestimmten Bedingungen ohne Fahrer auf Japans öffentlichen Straßen verkehren. Damit wurde ein regulatorischer Rahmen für eine breitere Einführung geschaffen.

Yuki Saji, Präsident und CEO von BOLDLY Inc., hob die Bedeutung dieser Entwicklungen hervor:

Angesichts demografischer Veränderungen wie einer alternden Bevölkerung, sinkender Geburtenraten und eines Fahrermangels steht Japans Verkehrsinfrastruktur vor Herausforderungen, da Bahn- und Busangebote in abgelegenen Gebieten zurückgehen. Um diese Mobilitätsprobleme anzugehen, setzen Kommunen in Japan zunehmend auf Technologien für autonomes Fahren.

Das Projekt in Kashiwa soll insbesondere die Straßenleistung und Sicherheit im Hinblick auf autonomes Fahren der Stufe 4 bewerten. Geplant ist, weiterhin neue autonome Busse zu entwickeln und den Betrieb auf Grundlage der Ergebnisse auszuweiten. Langfristiges Ziel ist die Zusammenarbeit mit der Stadtentwicklung im Viertel Kashiwanoha, um den Einwohnern einen sicheren, komfortablen und praktischen Service zu bieten.

Das Projekt ist Teil des Kashiwanoha Smart City Consortium, das vom Ministerium für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus als Smart-City-Projekt und fortschrittliches Modellprojekt ausgewählt wurde. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse sollen die Straßenleistung und die Sicherheit des Busses mit Blick auf autonomes Fahren der Stufe 4 oder höher bewertet werden. Außerdem soll ein neuer autonomer Bus entwickelt und der Testbetrieb fortgesetzt werden; nach diesem Versuch sollen neue Fahrzeuge eingeführt werden.

Weitere Forschung zu autonomen Fahrzeugen an der Universität Tokio

Die Universität Tokio ist führend in der Forschung zu autonomen Fahrzeugen. Die Projekte befassen sich nicht nur mit der Fahrzeugsteuerung. In einer innovativen Studie wurde untersucht, wie autonome Fahrzeuge mit Fußgängern kommunizieren könnten, um die Sicherheit zu verbessern.

Professor Takeo Igarashi von der Graduate School of Information Science and Technology leitete eine Forschungsarbeit, bei der selbstfahrende Fahrzeuge mit Roboteraugen ausgestattet wurden. Diese konnten Fußgänger ansehen, um ihre Anwesenheit zu signalisieren, oder den Blick abwenden, wenn sie keine Fußgänger erkannten. Die Studie ergab, dass diese visuellen Signale das Verhalten von Fußgängern deutlich beeinflussten und ihnen halfen, sicherere und effizientere Entscheidungen beim Überqueren der Straße zu treffen.

Professor Igarashi erklärte:

Die Interaktion zwischen selbstfahrenden Autos und den Menschen in ihrem Umfeld, etwa Fußgängern, ist bislang nicht ausreichend untersucht. Wir müssen diese Interaktion daher intensiver erforschen und uns stärker damit befassen, damit selbstfahrende Autos sicher und verlässlich in die Gesellschaft eingebunden werden können.

Die Studie zeigte interessante geschlechtsspezifische Unterschiede darin, wie Fußgänger auf die Roboteraugen reagierten. Männliche Teilnehmende trafen seltener gefährliche Entscheidungen beim Überqueren, wenn die Augen des Fahrzeugs sie ansahen. Weibliche Teilnehmende entschieden sich unter denselben Bedingungen seltener dafür, trotz sicherer Situation nicht zu überqueren.

Letztlich zeigte das Experiment, dass die Augen das Überqueren für alle flüssiger oder sicherer machten. Das Team räumt ein, dass die Studie aufgrund der geringen Teilnehmerzahl und eines einzigen durchgespielten Szenarios nur begrenzt aussagekräftig ist, doch die Ergebnisse sind vielversprechend. Der Wechsel vom manuellen zum automatisierten Fahren ist ein großer Schritt. Wenn Augen tatsächlich zur Sicherheit beitragen und Verkehrsunfälle verringern können, sollten sie nach Ansicht der Forschenden ernsthaft als zusätzliche Ausstattung in Betracht gezogen werden.

In künftigen Entwicklungen möchte das Team die Roboteraugen automatisch mit der KI des selbstfahrenden Fahrzeugs steuern lassen, statt sie manuell zu bedienen. So könnte das System auf unterschiedliche Situationen reagieren und die Kommunikation zwischen Fußgängern und Fahrzeugen verbessern.

Projektpartner und Beteiligte

Der Erfolg des autonomen Busprojekts beruht auf der engen Zusammenarbeit zwischen Hochschulen, staatlichen Stellen und Privatunternehmen. Dem Kashiwa ITS Promotion Council gehören zahlreiche Organisationen an, die gemeinsam daran arbeiten, die Technologie in die Praxis umzusetzen.

Zu den an den Vorführungen mit automatisierten Bussen beteiligten Organisationen zählen die University of Tokyo Mobility Innovation Collaborative Research Organization, das Institut für Industrielle Wissenschaften der Universität Tokio, die Graduate School of Frontier Sciences der Universität Tokio, die Stadt Kashiwa, Advanced Smart Mobility Co., Ltd., TOBU BUS EAST CO., LTD., Mitsui Fudosan Co., Ltd., SB Drive Corp., Urban Design Center Kashiwanoha (UDCK), Pacific Consultants Co., Ltd., Sompo Japan Nipponkoa Insurance Inc. und Mitsubishi Auto Leasing Corporation.

Diese breit aufgestellte Partnerschaft vereint Fachwissen aus den Bereichen Verkehrstechnologie, Stadtplanung, Versicherungen und Immobilienentwicklung. So entsteht ein umfassender Ansatz, um autonome Verkehrsmittel in einer realen städtischen Umgebung einzusetzen. Der Council wurde im Dezember 2009 als Forum für die Zusammenarbeit und Abstimmung zwischen der Universität Tokio, Behörden, Privatunternehmen, verschiedenen Organisationen und Einzelpersonen gegründet. Ziel ist es, verschiedene Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zu fördern und zu ihrer Kommerzialisierung und praktischen Anwendung beizutragen.

Der Kashiwa ITS Promotion Council führt seit dem 1. November 2019 einen Versuch zum kommerziellen Betrieb automatisierter Busse auf der 2,6 km langen Strecke zwischen der Station Kashiwanoha Campus der Tsukuba Express und dem Kashiwa-Campus der Universität Tokio durch. Während dieses Zeitraums überprüft der Council Betriebsverfahren sowie Betrieb, Inspektion und Wartung im Hinblick auf einen langfristigen praktischen Einsatz. Zudem führt er Studien durch, die mit der Entwicklung neuer automatisierter Busse und der Stadtentwicklung in Kashiwanoha zusammenhängen.

Die Zukunft des autonomen öffentlichen Verkehrs in Japan

Der Versuch mit dem autonomen Bus der Stufe 4 in Kashiwa ist nur ein Teil von Japans ehrgeizigen Plänen für den autonomen öffentlichen Verkehr. Zu den weiteren Initiativen gehört die Einführung des autonomen Shuttles „MiCa“ durch BOLDLY Inc. Das von der estnischen Firma Auve Tech entwickelte Fahrzeug soll 2023 auf japanischen Straßen getestet werden.

BOLDLY ist das erste Unternehmen weltweit, das den von Auve Tech entwickelten autonomen Shuttle „MiCa“ der Stufe 4 gekauft hat. Um MiCa in Japan einzusetzen, bereitet BOLDLY Vorführfahrten vor, beantragt die erforderlichen Genehmigungen bei den zuständigen Behörden und schafft die Voraussetzungen für Tests auf öffentlichen Straßen ab Sommer 2023. Die japanische Version von MiCa wurde mit Geräten und Kameras ausgestattet, die mit der Betriebsverwaltungsplattform Dispatcher von BOLDLY kompatibel sind. Außerdem befinden sich die Türen bei dieser Version auf der linken Seite, passend für japanische Straßen. Bei der estnischen Version sind sie dagegen rechts angebracht.

Die Gemeinde Sakai in der Präfektur Ibaraki, die 2020 als erste Kommune die autonomen Fahrsysteme von BOLDLY eingeführt hat, unterzeichnete bereits eine Vereinbarung mit BOLDLY über den Kauf autonomer MiCa-Shuttles. Die Gemeinde plant, die Fahrzeuge noch im Laufe des Jahres auf ihren Straßen einzusetzen. BOLDLY will in diesem Geschäftsjahr landesweit rund zehn MiCa-Fahrzeuge in Japan einführen.

Während Japan seine Infrastruktur für autonome Verkehrsmittel weiterentwickelt, liefern diese Projekte wertvolle Daten zu Betriebsverfahren, Wartungsanforderungen und der Akzeptanz bei Fahrgästen. Der Versuch in Kashiwa soll insbesondere die Straßenleistung und Sicherheit mit Blick auf autonomes Fahren der Stufe 4 bewerten. Auf Grundlage der Ergebnisse sollen neue autonome Busse entwickelt und der Betrieb ausgeweitet werden.

Langfristig soll in Zusammenarbeit mit der Stadtentwicklung im Viertel Kashiwanoha ein sicherer, komfortabler und praktischer Service für die Einwohner entstehen. Dieser Ansatz entspricht Japans umfassenderer Vision von Smart Cities, in denen moderne Verkehrssysteme mit nachhaltiger Stadtentwicklung verbunden werden.

Das Wichtigste in Kürze

• Die Universität Tokio hat am Dienstag damit begonnen, einen autonomen Bus der Stufe 4 auf öffentlichen Straßen in Tokio zu testen.
• Der Versuch findet auf einer 2,6 km langen Strecke zwischen der Station Kashiwanoha-Campus und dem Kashiwa-Campus der Universität statt.
• Automatisierung der Stufe 4 bedeutet, dass das Fahrzeug innerhalb eines begrenzten Gebiets alle Fahraufgaben ohne menschliches Eingreifen übernimmt.
• Auf derselben Strecke laufen seit Ende 2019 frühere Tests mit autonomen Bussen der Stufe 2.
• Das Projekt soll dem Fahrermangel und den demografischen Herausforderungen Japans begegnen.
• Der autonome Bus nutzt fortschrittliche Technologien wie Spurhaltung, GPS-Ortung und Ampelerkennung.
• Seit April 2023 dürfen autonome Fahrzeuge der Stufe 4 unter bestimmten Bedingungen auf öffentlichen Straßen in Japan fahren.
• Das Projekt ist Teil des Kashiwanoha Smart City Consortium, das vom japanischen Ministerium für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus ausgewählt wurde.
• Mehrere Organisationen arbeiten an dem Projekt mit, darunter Hochschulbereiche, staatliche Stellen und Privatunternehmen.
• Zu den Zukunftsplänen gehören die Entwicklung neuer autonomer Busse und die Ausweitung des Betriebs auf Grundlage der Versuchsergebnisse.