Car 2 Car: Die Vision kommunizierender Fahrzeuge

11.09.2007 von Thomas Steudten
Viele elektronische Fahrerassistenzsysteme sind in Autos bereits Standard. Der nächste Schritt sind miteinander kommunizierende Fahrzeuge, die Gefahren erkennen und sich gegenseitig warnen. Die Automobilhersteller forschen an vielen Lösungen.

Sie fahren auf der Autobahn, es regnet stark, die Scheiben beschlagen, die Sicht ist schlecht und der Fahrbahnkontakt der Reifen aufgrund von Aquaplaning nicht der Beste; wenn jetzt der Vordermann unerwartet bremst... Dies ist eine Situation, wie sie jeder von uns schon mehrfach erleben durfte. Doch eins ist plötzlich anders: Neben dem Armaturenbrett leuchtet in hellem Gelb der Hinweis: „Unfall voraus, Fahrbahn überschwemmt – langsam fahren!“ So könnte es in naher Zukunft dank der zielgerichteten Inter-Fahrzeug-Kommunikation aussehen.

Fast jedes Radio im Auto bietet heute den Empfang von Verkehrsfunkmeldungen und erlaubt damit eine Information des Fahrers über wichtige Ereignisse wie Stau, Unfall oder sonstige Verkehrsgeschehnisse. Damit diese Meldungen aktuell sind und eine großflächige Abdeckung gegeben ist, müssten die Information schnell erfasst und weitergegeben werden. Was liegt also näher, als die Fahrzeuge selbst miteinander zu vernetzen.

Verkehrsfunk- und TMC-Meldungen sind so genannte Broadcast-Sendungen, das heißt sie werden von einem Sender (Quelle der Informationen) zu vielen Empfängern übermittelt. Ein Informationsaustausch in die andere Richtung ist heute noch nicht vorgesehen. Zwar gibt es freiwillige Fahrer als Staumelder, doch erfolgt hierbei die Kommunikation zum (Radio-) Sender meist über das Mobilfunknetz.

Einige Hersteller bieten bereits einen erweiterten Service für den Fahrer an und zeigen den Weg zum nächsten, freien Parkhaus oder offenen Restaurant. Hierbei sind aber im Gegensatz zu den zuvor genannten Informationen, dynamische Daten über Öffnungszeit beziehungsweise Anzahl freier oder belegter Parkplätze im Parkhaus Grundlage der Informationsverarbeitung.

Inter-Fahrzeug-Kommunikation

Lebensrettend kann eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation dann sein, wenn sich die Autos vor Gefahren in unmittelbarer Nähe oder hinter Kurven und Hügeln warnen, beispielsweise vor einem Unfall oder Stau auf der Autobahn. Die Fahrzeuge könnten die Stärke der (Not-) Bremsung oder den Grip der Reifen erkennen, und diese Information an die Fahrzeuge in unmittelbarer Nähe weitergeben.

Es stellt sich kritisch die Frage, wie man mit dieser Information als Warnung an den Fahrer auf der Empfängerseite umgeht. Bei einem passiven System, würde der Fahrer über eine Anzeige alarmiert und kann dementsprechend darauf reagieren – oder eben auch nicht.

Gefahreneinschätzung: Bei einem Forschungsprojekt von DaimlerChrysler können Nebel, Baustelle und Glatteis Anlass für eine Warnung sein. Grün dargestellt ist die Zahl der Warnmeldungen, rot diejenige der Entwarnungen, wie etwa Nebelauflösung. Die weiße Prozentzahl gibt an, für wie zuverlässig die Software die Meldung bewertet. (Quelle: DaimlerChrylser)

Ein aktives System würde in die Fahrzeugsteuerung kontrolliert eingreifen und die Geschwindigkeit verlangsamen – entweder (leicht) Bremsen oder eine weitere Beschleunigung kurzzeitig verhindern. Eine Bremsung durch den Fahrer könnte auch stärker als sonst üblich durchgeführt werden (Bremsassistent).

Aktive Systeme sind heute noch weit von einer Praxiseinführung entfernt. Bei diesen Eingriffen, darf es aber unter keinen Umständen zu einer weiteren Gefährdung kommen, das heißt ein kritischer und für den Fahrer wichtiger Punkt ist die Zuverlässigkeit – Fehlalarme dürfen nicht vorkommen.

Vorteile

Einer der wichtigen und auch finanziellen Vorteile der Kommunikation von Fahrzeug zu Fahrzeug ist die Tatsache, dass keine extra Sender und Empfänger außerhalb des Fahrzeuges montiert werden müssen. Die Fahrzeuge sind mobile Informationsquellen und –Senken.

In der Einführungsphase dieser Systeme, müssten jedoch zeitweise spezielle Funkbaken am Straßenrand montiert werden, da noch nicht jedes Fahrzeug diese Mitteilungen weitergeben kann. So lange, bis eine ausreichende Flächendeckung und Verfügbarkeit von Fahrzeugen mit installiertem Warnsystem gegeben ist.

F-2-F Kommunikation

Bei der Fahrzeug zu Fahrzeug (F-2-F) Kommunikation sind die Fahrzeuge untereinander vernetzt und geben Ihre erfassten Daten, oder Warnmeldungen an die anderen Fahrzeuge weiter – sie bilden ein dezentrales Funknetz. Dies kann ebenfalls als Broadcast oder Unicast geschehen.

Im ersten Fall senden die Fahrzeuge ihre Information unadressiert ab und alle Fahrzeuge in der Nähe können diese Informationen dann empfangen. Im zweiten Fall würden vielleicht nur Fahrzeuge adressiert, die in der Nähe sind (GPS-Koordinaten) oder die an ihrem Empfänger die gewünschten Rubriken als Empfang durch den Fahrer auf aktiv gesetzt haben.

E-2-F Kommunikation

Bei der Equipment zu Fahrzeug Kommunikation (E-2-F) könnten beispielsweise rote Ampeln den Fahrer über die noch andauernde Rotphase informieren, so dass es sich lohnen könnte, den Motor auszuschalten – gerade für Baustellen-Signalisierung eine gute Lösung.

Die andere Richtung (F-2-E, oder auch beim F-2-F) kann beispielsweise dazu dienen, der intelligenten Signalanlage mitzuteilen, wenn der Fahrer den Blinker betätigt hat und nach rechts abbiegen möchte. So könnte die Signalisierung dynamisch gesteuert werden und der Verkehr wäre fließender oder ohne längere Wartezeiten vor der Signalanlage. Oder die umliegenden Parkhäuser könnten die freien Parkplätze und die durchschnittliche Wartezeit bis zur Ausfahrt mitteilen.

Informationen über vorhandene oder möglicherweise potentielle Staus können an einen zentralen Rechner übermittelt werden und so die Anzeigetafeln über Autobahnen die Bebilderung nachführen. Eine Karte mit aktuellen Staus könnte den Fahrer im Vorfeld informieren und helfen Strecken zu entlasten.

Funktechnik

Nicht nur in diesem Bereich stellen sich die Hersteller die Frage, ob man eine bewährte und bereits breit auf dem Markt verfügbare Technologie mit einer gemeinsamen internationalen Funkfrequenz verwenden soll – was die Kosten reduzieren hilft – oder eine neue, proprietäre Lösung entwickelt.

Es funkt: Das Konzept mobiler Ad-hoc-Netze wie es für WILLWARN weiterentwickelt wurde, hatte mit „FleetNet“ einen Vorgänger: Bereits vor fünf Jahren erprobten Forscher von DaimlerChrysler mit Hilfe von Smart fortwo-Fahrzeugen den Datentransfer zwischen Autos und stationären Funkknoten – damals indes nur innerhalb der geringen Funkreichweite. (Quelle: DaimlerChrylser)

Die Tatsache, dass diese Technologie auch andere Hersteller in ihre Fahrzeuge verbauen sollten, führt zu einem offenen oder zumindest offen gelegten Standard. AdHoc Netze mittels WLAN bieten sich hier an. Als Herausforderung kommt hinzu, dass die Teilnehmer im Netz aufgrund der gefahrenen Geschwindigkeit in Bewegung sind und damit nicht stationär, also eine hohe Relativgeschwindigkeit untereinander haben.

Forschungsprojekte in diesem Bereich im In- und Ausland sind:

WILLWARN: Wireless Local Danger Warning

„Wireless Local Danger Warning“ (WILLWARN) – ein Forschungsprojekt der EU – dient dazu, den Fahrer vor Gefahren zu warnen, die außerhalb seines Erfassungsbereiches liegen, beispielsweise hinter Kurven. DaimlerChrysler hat ein System, dass diesem Vorhaben recht nahe kommt. Es basiert auf WLAN und sendet dabei Meldungen an andere Fahrzeuge mit dem gleichen System.

Wireless Local Danger Warning: Software-Filter zeigen eine Warnmeldung nur dann, wenn diese für den Fahrer relevant ist – in diesem Fall der Hinweis auf ein Pannenfahrzeug am Straßenrand. „Erzeugt“ hat diese Meldung das liegengebliebene Auto automatisch - etwa weil dessen Fahrer die Warnblickanlage eingeschaltet hat. (Quelle: DaimlerChrylser)

Gemeldet werden Straßenhindernisse, Nebel, Glatteis oder Pannenfahrzeuge. Bereits im Jahr 2000 wurde diese Technik im Rahmen des Forschungsprojekts „Fleetnet“ vorgestellt und dabei die Technik von WLAN erfolgreich genutzt.

Das Grundprinzip mit WLAN ist standardisiert, die WLAN-Systeme bauen ein spontanes Funk-Netzwerk (ad-hoc Netz) auf, wobei keine Basisstation (Accesspoint) nötig ist. Dies ist bereits heute unter anderem von Laptop zu Laptop mit WLAN möglich.

Die Meldungen werden dabei im Umkreis von etwa 500 Metern um den Sender empfangbar sein und Fahrzeuge außerhalb dieses Radius erhalten die Meldungen über die zum Sender näheren Fahrzeuge. So werden die Informationen von Fahrzeug zu Fahrzeug weitergereicht.

Die Erfahrungen aus diesem Projekt integrierte DaimlerChrysler in das nachfolgende deutsche Forschungsprojekt „Network on Wheels“ (NOW).

NOW: Network on Wheels

„Network on Wheels“ NOW ist ein ebenfalls vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstütztes Forschungsprojekt, das von der DaimlerChrysler AG, der BMW AG, der Volkswagen AG, dem Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme sowie der NEC Deutschland GmbH und der Siemens AG am 1. Juni 2004 gegründet wurde. Als Projektende ist der 31. Mai 2008 geplant.

Das Ziel dieses Projekts ist eine Spezifikation eines Kommunikationssystems, welches allgemeine Fahrzeug-Informationen und -Sensordaten mittels eines Adhoc-Netzes zwischen Fahrzeugen austauschen kann. Hierbei werden die Daten von Fahrzeug zu Fahrzeug weitergereicht – man spricht von Multihop-Übertragung und so wird der Erfassungshorizont des Fahrers stark erweitert. Im Projekt NOW erfolgt die Spezifikation des Basisfunksystems, die anschließend durch das C2C-CC in einen Standard etabliert werden soll.

Die letzten „News“ auf der Projektwebseite beziehen sich auf den 11. November 2005, so dass dieses Projekt dem Anschein nach stagniert.

Die technischen Herausforderungen liegen dabei auf:

Das C2C-CC orientiert sich dabei an den Gegebenheiten in Europa, das heißt Straßenverkehr, Verkehrsdichte, Geschwindigkeit und der europäischen Regulierung.

Global System for Telematics

Das von der EU unterstützte Forschungsprojekt „Global System for Telematics“ (GST) entwickelt eine offene Architektur für interoperable Telematik-Anwendungen.

Seit dem Jahr 2004 sind BMW und Renault Partner in diesem Projekt, welches zum Ziel hat den Autofahrer mittels Warnsystem frühzeitig zu informieren. Dieses System arbeitet nun aber nicht autonom, sondern es wird vom Fahrer, der eine Gefahrensituation erkennt oder erlebt, mittels Knopfdruck ausgelöst. Voraussetzung dabei ist natürlich immer, dass der Fahrer noch bei Bewusstsein ist.

Das Fahrzeug setzt dann eine Warnmeldung an die nächste Leitstelle ab und übermittelt die exakten GPS-Koordinaten der Gefahrenstelle, meist ein Unfall. Einem virtuellen Warndreieck gleich, funkt das System im Unfallfahrzeug, eine Meldung, die Fahrzeuge in der Nähe empfangen (können) und so den Unfall sicher umfahren und gegebenenfalls auch Hilfe leisten können. Eine Situation in der ein Fahrzeug von der Strasse abkommt und unterhalb in einem Graben zu liegen kommt und damit von anderen Fahrzeugen übersehen wird, sollte damit zu vermieden sein.

Die Leitstelle alarmiert den Notarzt und später können auch andere Fahrer die Warnmeldung über digitalen Rundfunk empfangen, denn Ihr Fahrzeug hat zudem eine Verkehrsleitzentrale informiert. Die Software für dieses Alarmierungssystem wird bei der BMW Gruppe „Forschung und Technik“ entwickelt.

Die Erfahrung aus dieser Kooperation fließt dem Car-2-Car Communication Consortium zu, in dem beide Hersteller engagiert sind. Dieses aus acht führenden Automobilherstellern und zwölf Forschungspartnern bestehende Konsortium führt die Ergebnisse aus europäischen und nationalen Forschungsprojekten zusammen. So soll ein gemeinsamer Industriestandard basierend auf einer weltweit harmonisierten Funkfrequenz für die Car-to-X-Kommunikation umgesetzt werden. Das Funksystem hat eine Reichweite von 500 m außerhalb und 100 m in der Stadt und die Interfahrzeug-Kommunikation erfolgt in Millisekunden.

Der Fahrer wird bei diesem System über eine Anzeige, akustischem Alarm oder einer Vibration des Sitzes alarmiert. Das Grundprinzip bei GST basiert auf einer ausgeklügelten Informationsverarbeitung und logischer Verknüpfung der Daten. Aktiviert beispielsweise ein Fahrer sein Nebelleuchte und fährt langsamer als zuvor, so könnte dies das System als Anomalie interpretieren. Wenn aber drei oder mehr Fahrzeuge in der Nähe die gleiche Information verarbeiten, könnte das System dies als Nebelwarnung einstufen.

Fernziel der Entwickler ist das so genannte "Vehicular Ad Hoc Network" (VANET), ein mobiles Netzwerk, dessen Knotenpunkte die Fahrzeuge beziehungsweise die Fahrer selbst bilden. Dabei handelt es sich um ein selbst organisierendes und dezentrales Netzwerk.

PReVENT

Das von der EU geförderte Projekt an dem BMW arbeitet, basiert auf WLAN-Funktechnik und soll den Fahrer von Morgen in die Signalisation einbinden (E-2-F).

So werden bei diesem System per Funk die aktuellen Ampeldaten, wie Länge und Entwicklung der Grün-, Gelb- und Rotphasen, sowie die Lage der Haltelinie übertragen. Der Fahrer erhält damit eine Entscheidungshilfe, ob dieser die Kreuzung noch bei grün durchqueren kann, oder die Fahrt lieber verlangsamen sollte.

Nähert sich das Fahrzeug zu schnell einer roten Ampel, wird der Fahrer alarmiert, doch besser zu bremsen. Die Kontrolle des Fahrzeugs bleibt vollständig beim Fahrer.

FleetNet

„FleetNet – Internet on the Road“ ist ein weiteres vom BMBF gefördertes Projekt von September 2000 bis Dezember 2003 um Daten über Multihop-Routen zwischen nahen Fahrzeugen auszutauschen.

Partner sind Robert Bosch GmbH, DaimlerChrysler AG, Fraunhofer FOCUS, NEC Europe Ltd, Siemens AG, TEMIC GmbH, TU Braunschweig, TU Hamburg-Harburg, Universität Hannover und Universität Mannheim.

FleetNet: Beim Projekt FleetNet – Internet on the Road – kommunizieren die Fahrzeuge über Multihop-Routen. (Quelle: FleetNet)

FleetNet untergliedert die möglichen Applikationen und Dienste in drei Kategorien:

Für das Kommunikationssystem bedeutet dies eine Anpassung für Positionsgenauigkeit, Bandbreite, Verzögerung und Reichweite. Aus verschiedener Funkhardware wurde UTRA-TDD – eine UMTS-Funkhardware von Siemens, welche im Zeitduplex-Mode arbeitet – ausgewählt. Im exklusiven, lizenzfreien Frequenzbereich von 2010-2020MHz sind zwei oder mehr getrennt operierende Kanäle möglich. Die Senderreichweite beträgt bei Datenraten von 284 KBit/s bis 2 MBit/s etwa 1000 Meter.

Mitte 2000 wurde außerdem auf der europäischen Ebene das Projekt „CARTalk2000“ basierend auf FleetNET mit Schwerpunkt auf Entwicklung von Applikationen und Anwendungsszenarien zur Verbesserung der Fahrsicherheit mittels F-2-F Kommunikation initiiert. Das Projekt startete im August 2001 und ging über drei Jahre bis 2004.

Blick über den Teich

In den USA erfolgt durch das Vehicle Safety Communication Consortium (VSCC) der Versuch einer Standarisierung. In Europa ist der Gegenpart dazu das Car2Car Communication Consortium (C2C-CC).

System DSRC: DSRC sendet Daten 270 m weit, das weiße Fahrzeug (oben) nimmt Kontakt mit den Fahrzeugen auf der rechten Spur auf und koordiniert damit das Einscheren. Der Fahrer des roten Fahrzeugs (unten) erfährt vom Bremsmanöver des weißen Fahrzeugs, obwohl zwischen beiden zwei LKW die Sicht behindern. (Quelle: DaimlerChrysler)

DaimlerChrysler als Mitglied im VSCC hat im Jahr 2004 mit der Entwicklung des System „Dedicated Short Range Communications“ (DSRC) begonnen, welches Warnmeldungen, wie am Anfang geschildert und darüber hinaus Infotainmentdienste ermöglicht. Auf einem Flachbildschirm können so konkret nur die Informationen an einer Stelle auf der Fahrstrecke verfügbar gemacht werden, beispielsweise über Hotels, Restaurants, oder Freizeitparks. DSRC sendet Daten über 270 m mittels WLAN im von der FCC freigegebenen Frequenzbereich von 5,9 GHz.

Drei Kommunikationswege sind dabei vorgesehen:

Achtung Ampel: DSRC könnte vor roten Ampeln hinter Kurven warnen, oder Ampeln für Rettungsfahrzeuge auf grün und die restlichen auf rot schalten. (Quelle: DaimlerChrysler)

Bei den Anwendungen kämen in Betracht:

Ein ähnliches Frühwarnsystem, wie die F-2-F Kommunikation verfolgt DaimlerChrysler weltweit in Zusammenarbeit mit Herstellern mit dem Projekt „Short Range Automotive Radar Frequency Allocation“ (SARA), dass sich um einen Standard im Bereich Nahbereichs-Radar im Verkehrsbereich bemüht.

Aussicht

Die Technologie ist heute so weit fortgeschritten, dass sie dem Autofahrer das Fahren zum einen erleichtert (Assistenzsysteme: ABS, Airbag, ESP...) und auch vor Gefahren warnen kann. Wie so oft, kocht jeder Hersteller und Entwickler sein eigenes Süppchen anstelle Synergien zu nutzen und damit Kosten und Zeit zu sparen. Zahlreiche Forschungsprojekte verschlingen sehr viel Geld und sind scheinbar bis heute wenig erfolgreich verlaufen – sieht man einmal von geringen Prototypen ab. Überschneidende Forschungsziele, identische Mitglieder und kaum Erfolge.

Es bleibt die Frage offen, wie tief diese Systeme in das Fahrgeschehen eingreifen dürfen oder sollen? Eine Positionsbestimmung könnte zur Fahrzeugortung missbraucht werden, jedoch ist dies heute bereits im Mobilfunkbereich möglich.

Bei diesen mobilen Adhoc-Netzwerken ist eine große Anzahl an Nutzern notwendig, sonst funktioniert es nicht. Hier sind die Hersteller gefordert, das System gleich ab Werk serienmäßig zu einem geringen Preis zu integrieren. Ein Problem scheint auch die hohe Zahl an Fehlalarmen zu sein, denn wenn der Fahrer dem System nicht traut, ist es nutzlos – und das Vertrauen nur schwer wieder herzustellen.

Sicher kann die Information über die Dauer der Rotphase der nächsten Ampel in Fahrtrichtung auch dazu benutzt werden, gerade jetzt doch noch mal etwas zu beschleunigen. Doch wie so oft, hat alles im Leben nicht nur eine Seite – es liegt an uns. (cvi)