Fraunhofer Car2Car-Kommunikation: Revolution im Straßenverkehr?

Autor / Redakteur: Tim Schröder* / Dr. Anna-Lena Gutberlet

Autos sollen künftig miteinander kommunizieren und ihr Verhalten selbstständig aufeinander abstimmen. Noch steckt diese Car2Car-Kommunikation in den Kinderschuhen, weil dafür viele verschiedene Technologien perfekt ineinandergreifen müssen. Mit einer großen Simulations- und Testsoftware, einem Framework, entwerfen Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher jetzt Konzepte für eine zuverlässige Kommunikation zwischen den Autos und ein sicheres Miteinander auf den Straßen.

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(Bild: Pixabay)

Die Autos der Zukunft werden sich miteinander unterhalten – so viel ist sicher. Sie warnen sich gegenseitig vor einem Unfall, der sich versteckt hinter einer Kurve ereignet hat, oder sie stimmen sich beim Einfädeln an der Autobahnauffahrt ab, damit die Wagen problemlos einscheren können. Das Zwiegespräch zwischen Autos bezeichnen Experten als Car2Car-Kommunikation – Kommunikation von Auto zu Auto. Diese Idee ist schon einige Jahre alt. Doch obwohl viele Forscher daran arbeiten, gibt es eine solche automatische Absprache zwischen Fahrzeugen bis heute nicht.

Das liegt nicht zuletzt daran, dass viele verschiedene Technologien perfekt ineinander greifen müssen, damit sich die Autos verlässlich abstimmen können. Geht zum Beispiel ein Fahrzeugcomputer beim Einfädeln an der Autobahn davon aus, dass die anderen Wagen automatisch Platz machen, wäre es fatal, wenn diese wider Erwarten stur weiterfahren.

Standards für die Car2Car-­Kommunikation

Vor zwei Jahren hat das Europäische Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) erste Kommunikationsstandards für die Car2Car-Kommunikation festgelegt, etwa den Standard ITS-G5, eine Art Auto-WLAN. Das ist jedoch nur der erste Schritt. Denn bevor sich Autos sicher miteinander abstimmen können, müssen die Bordcomputer der Autos in der Lage sein, anhand Informationen die richtige Entscheidung zu treffen.

Zum einen erhalten sie von den Bordsensoren Messwerte, wie zum Beispiel den Abstand zum Vordermann. Aber zum kooperativen Fahren gehört mehr. Ein Auto muss künftig auch die Situation um sich herum verstehen können. Es gilt, den Verkehrsfluss richtig zu interpretieren, der sich permanent ändert, etwa wenn im dichten Verkehr ein Fahrzeug scharf bremst.

Auch muss der Bordcomputer wissen, welche anderen Verkehrsteilnehmer sich in Reichweite befinden – je nach Landschaft kann sich das innerhalb von Sekunden ändern. Eine weitere Aufgabe des Rechners ist es, Karten- und Navigationsdaten zu verarbeiten.

Nur dann kann sichergestellt werden, dass die Nachricht von einem Auto tatsächlich die relevanten Fahrzeuge in der Nähe erreicht. Bislang fehlte es an einer Möglichkeit, all diese verschiedenen Aspekte zu einem großen Abbild der Realität zu verknüpfen, um damit die Car2Car-Kommunikation und das Verhalten von Autos zu simulieren.

Kooperatives Verhalten umfassend simulieren

"Natürlich gibt es eine Vielzahl von Rechenmodellen, die einzelne Aspekte wie etwa den Verkehrsfluss nachahmen", sagt Diplominformatiker und Diplomingenieur Karsten Roscher vom Fraunhofer-Institut für Eingebettete Systeme und Kommunikationstechnik ESK in München. "Eine umfassende Simulation kooperativen Verhaltens mitsamt der Kommunikationstechnik aber fehlte bislang."

Roscher und seine Kollegen haben deshalb ein großes Softwarekonstrukt, ein Framework entwickelt, das all die verschiedenen Modelle und Daten berücksichtigt. Das Besondere: Das Software-Framework ist nicht einfach eine Simulation, die auf dem Computer läuft. Vielmehr wurde sie so designt, dass sie künftig auf den Bordcomputern eines Autos laufen kann, um dort die Car2Car-Funktionen zu übernehmen. "Vielfach entwirft man Software nur für die Simulation und entwickelt für den Realbetrieb eine neue. Wir nutzen sie in der virtuellen und realen Welt", betont Roscher.

Ihr Software-Framework benötigen die Forscher vor allem, um zu untersuchen, mit welchen Funkstandards oder Technologien die künftige Car2Car-Kommunukation am besten funktionieren kann. So weiß man längst nicht für jede Situation, wann Mobilfunk oder Auto-WLAN am besten geeignet sind. Hinzu kommt, dass vor allem das Auto-WLAN nicht alle Anforderungen zukünftiger Anwendungen erfüllen kann. Roscher: "Da wird sich in den kommenden Jahren noch einiges tun. Dank unseres Software-Frameworks werden wir all die verschiedenen Technologien simulieren können."

Da das Framework sowohl im Labor als auch im Auto läuft, ist es möglich, Entwicklungen aus der Simulation anschließend in einem Fahrzeug zu testen. Nach der Testfahrt wiederum lässt sich die Software am Computer optimieren. Das Framework ist so leistungsfähig, dass es mehrere Hundert Fahrzeuge zugleich simulieren kann – zum Beispiel um zu testen, ob das Kolonnenfahren oder das Einfädeln tatsächlich klappt. "In der Realität stehen einem natürlich nicht so viele Testfahrzeuge zur Verfügung", sagt Roscher.

Die Forscher nutzen ihr Framework, um weiter an Car2Car-Lösungen zu arbeiten – natürlich auch im Auftrag von Autoherstellern oder Zulieferern. Dazu wurde das Framework so ausgelegt, dass man neue Rechenmodelle oder auch Fahrzeugkomponenten einfach integrieren kann – zum Beispiel externe GPS- oder Radarsensoren oder Navigations- und Positionierungsfunktionen; und natürlich neue Kommunikationstechnologien – wie die nächste Mobilfunkgeneration 5G, die in wenigen Jahren Standard sein soll. Damit könnte man Ad-Hoc-Netze realisieren. Für die Darstellung der Informationen oder die Entwicklung von Bedienoberflächen lassen sich auch Tablets oder Smartphones anbinden.

Komplexe Situationen berechnen

Entsprechend umfassend war die Entwicklung des Frameworks. Die Verbindung der verschiedenen Aspekte oder diverser Rechenmodelle, die stets nur einen Teil der Welt abbilden, sei enorm anspruchsvoll, sagt Roscher. "Es gibt heute viele gute und erprobte Simulationstools und Funktionen. Eine solche Kombination aber ist bislang einzigartig – nicht zuletzt wegen der Nähe zur Anwendung im Fahrzeug."

Das zeigt beispielhaft das komplexe Szenario des Einfädelns: Es gilt, den gesamten Verkehrsfluss zu berechnen sowie die Geschwindigkeit und Beschleunigung jedes einzelnen Fahrzeugs. Zudem muss klar sein, wie sich die Funkwellen in dieser Situation ausbreiten. Letztlich muss sichergestellt sein, dass die Fahrzeuge tatsächlich eine Lücke aushandeln.

Zudem haben die Experten auch berücksichtigt, dass ein einzelnes Auto die Information möglicherweise nicht erhält oder auf andere Kommunikationsstandards ausweicht. "Das Framework muss all diese Aspekte berücksichtigen, damit es sicher Entscheidungen fällen oder im Zweifelsfall das Einfädeln abbrechen kann", erklärt Roscher.

Mit ihrem Framework ebnen die Forscher der Car2Car-Kommunikation ein Stück weit den Weg. "Noch ist das ein wenig Zukunftsmusik. Wir aber nehmen die Zukunft vorweg, indem wir die kooperativen Systeme von morgen simulieren und frühzeitig mögliche Fehlerquellen aufspüren", sagt Roscher. Damit dürften sich Autos in einigen Jahren tatsächlich perfekt abstimmen können – ohne dass es kracht.

Originalveröffentlichung: Fraunhofer-Magazin weiter.vorn, Ausg. 2/2016, S.42 ff

Dieser Beitrag erschien zunächst auf unserem Partnerportal Elektronik Praxis

* Tim Schröder schreibt als freier Wissenschaftsjournalist für die überregionale Presse. Seine Themenschwerpunkte sind die Naturwissenschaften sowie die Gebiete Energie und Umwelt.

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