C V2X: Kommunikationstechnik für mehr Sicherheit und Effizienz im Straßenverkehr

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Kommunikationsstandard für die Vernetzung von Fahrzeugen. Durch eine schnelle und zuverlässige Übertragung kann C V2X dazu beitragen, die Sicherheit und die Effizienz im Straßenverkehr zu erhöhen.

C V2X für eine verbesserte Kommunikation des Fahrzeugs. Die Zahl der vernetzten Geräte steigt rasant. Während vor rund zwei Jahrzehnten beinahe ausschließlich PCs vernetzt waren und viele Haushalte über keinen Internetanschluss verfügten, hat sich die Situation inzwischen grundlegend geändert. Ein schneller Breitbandanschluss und Smartphones für alle Familienmitglieder zählen mittlerweile zum Standard. Hinzu kommen unzählige weitere Geräte, die mittlerweile ebenfalls vernetzt sind.

Dabei kann es sich um Haushaltsgeräte wie den Kühlschrank oder die Kaffeemaschine oder um industrielle Maschinen handeln. Diese Entwicklung wird unter dem Begriff Internet of Things (IoT) zusammengefasst.

Die folgende Tabelle zeigt, wie groß die Umsätze in diesem Bereich bereits sind und welches enorme Wachstum nach Meinung der Wirtschaftsforscher hierbei noch bevorsteht.

Bisheriges und prognostiziertes Marktvolumen von IoT weltweit (in Mrd. US-Dollar)
2017 109
2018 164
2019 212
2020 248
2021 418
2022 594
2023 800
2024 1079
2025 1612

 

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In der Automobilbranche ist dieser Trend bislang jedoch noch nicht allzu stark ausgeprägt. Vernetzte Fahrzeuge sind bislang kaum auf dem Markt. Doch steht auch hierbei der Durchbruch kurz bevor. Mit C V2X gibt es seit einiger Zeit eine neue Technik, die die digitale Kommunikation der Autos ermöglicht.

Das Besondere hierbei ist, dass dieser Kommunikationsstandard nicht nur eine Anbindung an das Internet erlaubt. Darüber hinaus ist damit auch der direkte Austausch von Informationen zwischen mehreren Fahrzeugen sowie zwischen Autos und Geräten der Straßen-Infrastruktur möglich.

C V2X für die Kommunikation mit anderen Verkehrsteilnehmern, der Straßen-Infrastruktur und mit dem Netzwerk

C V2X für die Kommunikation mit anderen Verkehrsteilnehmern, der Straßen-Infrastruktur und mit dem Netzwerk(#01)

Verkehrsexperten und Autobauer schreiben C V2X ein enormes Potenzial zu. Es soll den Verkehr sicherer und effizienter gestalten. Darüber hinaus wirkt sich die Technik auch sehr positiv auf autonome Fahrzeuge aus. Daher könnte sie auch in diesem Bereich für erhebliche Fortschritte sorgen.

C V2X eignet sich für folgende Anwendungen:

  • Erkennung anderer Fahrzeuge für mehr Sicherheit
  • Austausch von Informationen zur Geschwindigkeit für eine effizientere Fahrweise
  • Gegenseitige Warnung vor Gefahren
  • Effiziente Routenplanung

C V2X oder IEEE 802.11p: Worin bestehen die Unterschiede?

Der Austausch von Daten zwischen Fahrzeugen, der Infrastruktur und dem Netzwerk ist keine neue Idee. Unter der Bezeichnung V2X werden in diesem Bereich bereits seit mehreren Jahren Versuche durchgeführt. Dabei kam bisher jedoch ein älterer Kommunikationsstandard zum Einsatz: IEEE 802.11p. Die Technik funktioniert dabei eigentlich recht gut. Es gibt sogar bereits einige Serienfahrzeuge, die mit einem entsprechenden Kommunikationssystem ausgestattet sind. Flächendeckend konnte sich diese Technik jedoch bislang nicht durchsetzen.

Dafür gibt es mehrere Gründe. Einer davon besteht in der relativ hohen Latenzzeit, die dieser Standard mit sich bringt. Das bedeutet, dass einige Sekundenbruchteile vergehen, bevor die Nachricht versendet wird. Das mag auf den ersten Blick wenig erscheinen. Bei den hohen Geschwindigkeiten im Straßenverkehr kann das jedoch über Leben und Tod entscheiden.

Ein weiteres Problem stellt es dar, dass dieser Kommunikationsstandard Probleme bei vielen interferierenden Signalen aufweist. Wenn in einem Testversuch nur ein Sender und ein Empfänger vorhanden sind, kommt es zu einer einwandfreien Übertragung. Wenn man das System jedoch in der Praxis verwenden will, ist davon auszugehen, dass im dichten Verkehr unzählige Sender auf engstem Raum aktiv sind. Unter diesen Voraussetzungen nimmt die Zuverlässigkeit von IEEE 802.11p deutlich ab.

Aufgrund dieser Probleme hat das 3 GPP einen neuen Kommunikationsstandard veröffentlicht. Dieser verwendet eine vollkommen neue Übertragungsmethode. Der Standard des 3 GPP basiert auf LTE, er kann aber auch 5G verwenden. Das sorgt für eine hohe Zukunftssicherheit. Der entscheidende Vorteil dieser Technik besteht darin, dass sie die Probleme des IEEE-Standards beheben konnte.

Sie zeichnet sich durch deutlich geringere Latenzzeiten aus und ist auch bei dichtem Funkverkehr sehr zuverlässig. Verschiedene Hersteller haben mittlerweile einen Chipsatz angekündigt, der den neuen C-V2X-Standard unterstützt.

Das folgende Video gibt einen ersten Überblick darüber, was C V2X auszeichnet und wofür diese Technik zum Einsatz kommt:

Video: Introducing Cellular V2X

Mehr Sicherheit durch C V2X

Eines der zentralen Probleme des Straßenverkehrs besteht in den großen Gefahren, die er mit sich bringt. Glücklicherweise war es in den letzten Jahren und Jahrzehnten möglich, die Zahl der Verkehrstoten deutlich zu reduzieren. Die Anschnallpflicht, schärfere Tempolimits und geringere Promille-Grenzen stellen nur einige der vielfältigen Maßnahmen dar, die hierfür verantwortlich sind. Die folgende Tabelle zeigt, dass auch in den letzten Jahren ein deutlicher Rückgang der Verkehrstoten zu verzeichnen war.

Verkehrstote in Deutschland
1995 9.454
2000 7.503
2005 5.361
2010 3.648
2015 3.459
2016 3.214
2017 3.180
2018 3.265

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Dennoch sterben nach wie vor mehrere Tausend Menschen pro Jahr auf den Straßen in Deutschland. C V2X könnte dazu beitragen, diesen Wert nochmals deutlich zu reduzieren. Eine wichtige Aufgabe stellt beispielsweise die Warnung vor Gefahrenstellen dar. Wenn ein Auto einen Bereich mit Glatteis, einen Fußgänger auf der Fahrbahn oder eine andere Gefährdung entdeckt hat, kann es diese Informationen per Car2X Kommunikation präzise an die Fahrzeuge in der Umgebung weitergeben. Diese können dann bereits frühzeitig darauf reagieren und ihre Fahrweise anpassen. Das kann zahlreiche Unfälle verhindern.

Ein weiterer Vorteil dieser Technik besteht darin, dass sich die einzelnen Verkehrsteilnehmer deutlich besser erkennen können. Wenn ein Fahrzeug einen Überholvorgang startet, erhält es sogar Informationen über Autos, die sich noch nicht im Sichtbereich befinden. Außerdem kann es genaue Werte über die Geschwindigkeit abrufen. Das lässt es zu, präzise zu berechnen, ob ein Überholvorgang möglich ist. Auch beim Überqueren einer unübersichtlichen Kreuzung kann C V2X die Sicherheit deutlich erhöhen.

Auch besonders gefährdete Verkehrsteilnehmer wie Fußgänger und Radfahrer profitieren von dieser Technik. Diese sind für die Autofahrer nur schwer zu erkennen, sodass sie immer einem erhöhten Risiko ausgesetzt sind. Wenn sie sich jedoch mit einem entsprechenden Sender ausstatten, werden die Autos sofort auf sie aufmerksam. Es wäre sogar möglich, mit dieser Technik gewöhnliche Mobiltelefone zu orten. Auf diese Weise ist für die gefährdeten Verkehrsteilnehmer kein zusätzlicher Aufwand notwendig.

Geringerer Energieverbrauch

Eine weitere Aufgabe von C V2X besteht darin, den Energieverbrauch zu reduzieren. Indem das System die Geschwindigkeit der vorausfahrenden Autos oder per V2I die Grün- und Rotphasen der nächsten Ampel abfragt, kann es die optimale Geschwindigkeit berechnen. Das führt zu einer sehr gleichmäßigen Fahrweise und damit zu einem geringeren Energieverbrauch.

Effizientere Auslastung der Verkehrsinfrastruktur

An vielen Orten ist die Verkehrsinfrastruktur stark überlastet. Staus zählen sowohl auf den Autobahnen als auch in den Innenstädten zum Alltag. Da der Ausbau der Verkehrswege sehr kostspielig ist, findet er nicht im notwendigen Maße statt. Auch in diesem Bereich kann C V2X eine Verbesserung mit sich bringen. Die Vernetzung der Fahrzeuge ermöglicht es, Kolonnen mit geringen Abständen zu bilden und dadurch die Effizienz bei der Nutzung der Verkehrswege zu erhöhen.

Außerdem reduziert das Kommunikationssystem den Ziehharmonikaeffekt, der entsteht, wenn ein Auto im dichten Verkehr bremsen muss. Das führt bislang dazu, dass die nachfolgenden Fahrzeuge immer schärfer abbremsen müssen, bis schließlich ein Stau entsteht. Wenn man die Informationen über den Bremsvorgang jedoch sofort übermittelt bekommt, kann man die Geschwindigkeit sanft anpassen, wodurch dieses Aufschaukeln vermieden wird.

Automatisiertes Fahren und V2X Communication

Es ist möglich, die Informationen, die das Fahrzeug per C V2X erhält, dem Fahrer auf einem Bildschirm zu präsentieren. So kann dieser die entsprechenden Maßnahmen durchführen. Besonders hilfreich ist diese Technik jedoch für autonome Fahrzeuge. Google Self Driving Cars und andere automatisierte Autos verwenden bislang in erster Linie Laser-Sensoren und Kameras.

Diese funktionieren jedoch nur im Sichtbereich. Wenn C V2X diese Systeme ergänzt, verbessert das die Funktionsweise deutlich. Der In-Vehicle-Server kann die übermittelten Nachrichten direkt aufnehmen und in Sekundenbruchteilen die Fahrweise anpassen. Daher wird dieser Technik das Potenzial zugesprochen, dem autonomen Fahren endgültig zum Durchbruch zu verhelfen.

Automotive Cyber Security: wichtig bei der Verwendung von C V2X

Vernetzte Autos erhöhen zwar auf der einen Seite die Sicherheit während der Fahrt. Auf der anderen Seite bringen sie jedoch ein neues Risiko mit sich. Die Vernetzung bietet Kriminellen die Möglichkeit, sich Zugang zur E/E Architektur des Fahrzeugs zu verschaffen und die Steuerung zu übernehmen. Das wäre beispielsweise durch ein Can Bus Hacking möglich. Um dies zu verhindern, ist eine hohe Embedded Security sehr wichtig. Hierfür gibt es spezielle Automotive Security Standards.

Der Standard SAE J3061 macht beispielsweise genaue Vorgaben, wie die Fahrzeugarchitektur beschaffen sein muss, um solche Angriffe abzuwehren. Die Automotive Security stellt daher einen sehr wichtigen Aspekt bei allen vernetzten Anwendungen dar und sollte unbedingt beachtet werden.

Neue Möglichkeiten für Ride Hailing und Rideshare

C V2X ist nicht nur aus technischer Sicht sehr interessant. Darüber hinaus ergeben sich daraus auch Anwendungen, die aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht von großer Bedeutung sind. Ein wichtiger Punkt ist dabei das Ride Hailing. Hierbei hat C V2X jedoch nur indirekte Auswirkungen.

Indem diese Technik jedoch zu großen Fortschritten beim autonomen Fahren führt, trägt sie dazu bei, dass derartige Dienste eventuell bald ohne Fahrer möglich sind. Das würde die Kosten dafür deutlich reduzieren. Darüber hinaus verbessert die Kommunikation der Fahrzeuge die Möglichkeiten für das Ridesharing. Das bedeutet, dass sich mehrere Fahrgäste die Beförderungsmöglichkeit teilen.

Dafür ist es jedoch wichtig, die Route genau zu planen, damit sie mit möglichst hoher Effizienz die individuellen Ziele aller Passagiere abdeckt. Außerdem ist es wichtig, die gesamte Flotte genau aufeinander abzustimmen, damit diese alle Fahraufträge aufnehmen und effizient erledigen kann. Hierfür ist ein guter Netzwerkanschluss notwendig. Auch hierfür bietet die V2X Communication passende Möglichkeit.

C V2X: Intelligente Technik für den Verkehr von Morgen

Die Möglichkeiten, die eine schnelle und effiziente Kommunikation zwischen den Fahrzeugen, Infrastruktur-Geräten und dem Netzwerk bietet, sind sehr umfassend. Sie reichen von einer deutlichen Verbesserung der Sicherheit bis hin zu einer effizienteren Auslastung der Verkehrswege. Darüber hinaus stellt diese Technik einen wichtigen Baustein dar, um die geteilte Nutzung der Fahrzeuge zu ermöglichen.

Das wäre für die Anwender aus wirtschaftlicher Sicht sehr interessant und würde sich außerdem positiv auf den Umwelt- und den Klimaschutz auswirken. Um all diese Aufgaben zuverlässig zu erfüllen, ist jedoch ein passender Chipsatz notwendig. Auch hierbei sind bereits enorme Fortschritte zu beobachten.

Das Unternehmen Qualcomm, das in diesem Bereich weltweit der Marktführer ist, kündigte beispielsweise bereits die Serienproduktion für diese Artikel an. Andere Hersteller werden sicher bald folgen.

Die ersten Chipsätze für C V2X sollen bereits bald auf den Markt kommen.

Die ersten Chipsätze für C V2X sollen bereits bald auf den Markt kommen.(#02)

Darüber hinaus kam es bereits zu zahlreichen Praxis-Test. Unter anderem in Deutschland haben bereits viele Fahrzeuge C V2X auf öffentlichen Straßen ausprobiert. Die Ergebnisse waren dabei hervorragend. Das stellte unter Beweis, dass diese Technik bereits praxistauglich ist. Es ist daher davon auszugehen, dass schon bald die ersten Serienfahrzeuge damit ausgestattet werden. Die US-amerikanische Verkehrsbehörde hat sogar angekündigt, dass V2X bereits ab 2020 verpflichtend eingeführt werden könnte.

Zum Abschluss soll noch ein weiteres Video präsentiert werden. Dieses zeigt, wie weit diese Technik bereits fortgeschritten ist. Es handelt von den Vorführungen, die der Hersteller Ford in diesem Bereich auf der CES 2019 durchgeführt hat. Dabei hat er auch angekündigt, dass diese Technik bald in Serienfahrzeugen verwendet werden soll:

Video: Ford Adopts C-V2X Communication – CES 2019


Bildnachweis:©Shutterstock-Titelbild: MyCreative -#01: Giamportone -#02: Preechar Bowonkitwanchai

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