Car2X, V2X und 5G: Die Technik hinter dem autonomen Fahren

Digitaler Ausblick

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Datum 05.02.2020
Lesezeit 6 Min.

Car2X, V2X und 5G: Die Technik hinter dem autonomen Fahren

Die Zukunft des autonomen Fahrens hängt unter anderem von der direkten Kommunikation zwischen Fahrzeugen ab, und diese wiederum soll nun über den Mobilfunkstandard 5G möglich werden. Vehicle-to-Everything (V2X) beziehungsweise Car-to-everything (Car2x) heißt die Technologie, die eine intelligente Vernetzung aller Verkehrsteilnehmer ermöglichen soll. Mit V2X und 5G wird eine fast verzögerungsfreie Verständigung unmittelbar zwischen den Fahrzeugen, aber auch zwischen Fahrzeugen und beispielsweise Ampeln sichergestellt. Wie das technisch umgesetzt wird und welche Herausforderungen auf dem Weg zum autonomen Fahren noch zu meistern sind, erfahren Sie hier.


V2X ist der nächste große Schritt in der Weiterentwicklung des autonomen Fahrens. Auf einer Teststrecke auf der A9 in Bayern wird V2X mit verschiedenen Industriepartnern wie Vodafone, Huawei und Bosch seit 2017 in der Praxis erprobt. Zusätzlich betreibt Vodafone gemeinsam mit der RWTH Aachen ein Testareal in Aldenhoven. Im dortigen Freiluftlabor kommen die jüngsten Techniken für die digitale Zukunft der Automobile vor Ausbau auf den Prüfstand.

Auf der 5G-Vernetzung und V2X-Kommunikation liegen viele Erwartungen. V2X steht für „Vehicle to Everything”, also soviel wie „Fahrzeug-zu-Umgebung”-Kommunikation. Es ist die Weiterentwicklung von Assistenzsystemen, die aktuell bereits vielfach im Einsatz sind. Dazu gehört beispielsweise die adaptive Abstands- und Geschwindigkeitsregelung (ACC): Sensoren solcher Systeme erfassen nur das unmittelbare Geschehen, übermitteln die Information an das Assistenzsystem, welches seinerseits zuverlässig abbremst und beschleunigt und den Fahrer warnt.

 

Vorausschauend Fahren und Bremsen – ohne Echtzeitkommunikation unmöglich

Multilayer Technologie

Multilayer Technologie

5G ist ein Teil der Multilayer Technologie. Für unterschiedliche Anforderungen bietet Vodafone jeweils die passenden Netze – ob mit Kabel-Glasfaser, IoT, LTE oder 5G. Damit Sie neue Chancen für Ihr Business ergreifen können.

Bei hohen Reisegeschwindigkeiten wird die Verarbeitungs- und Reaktionszeit von Assistenzsystemen immer kritischer, insbesondere im Hinblick auf höhere Level des autonomen Fahrens. Dafür sind immer komplexere Ad-Hoc-Informationen notwendig. Die Lösung könnte Echtzeit-Vernetzung über 5G und V2X-Kommunikation heißen. So kann ein Fahrzeug weiter hinten umgehend „erfahren”, wenn weiter vorne ein anderes Fahrzeug bremst und das ACC-System kann vorausschauend agieren. 

Bereits seit Februar 2017 erproben Bosch, Vodafone und Huawei das System im Livebetrieb – z.B. beim Spurwechsel oder bei unvorhersehbaren Bremsvorgängen auf der Autobahn. Mit Erfolg: Das automatische Beschleunigen oder Abbremsen durch ACC erfolgt nun dank einer Steuerung über den extrem schnellen Mobilfunk 5G nahezu in Echtzeit. Statt einer Warnung greift V2X aktiv in das Verkehrsgeschehen ein. Systeme zur autonomen Steuerung können so nicht nur über Sensoren die unmittelbare Umgebung erfassen. Durch die Vernetzung mit anderen Fahrzeugen können weitere Informationen in die Berechnung eines sicheren Fahrweges einfließen. Doch wie genau funktioniert das?

 

Wahre Autonomie gelingt nur bei vollkommener Vernetzung

Verdeutlichen wir das am Beispiel einer vollen Bahnhofshalle. Normalerweise sorgen unsere menschlichen Sinne dafür, dass wir mit anderen nicht zusammenstoßen. Wir können quer laufende oder unvermittelt stoppende Menschen schnell wahrnehmen und reagieren. Doch wenn es sehr voll ist, reichen die eigenen Sinne nicht aus: Wenn weiter vorne jemand unvermittelt ausweichen muss, kann es im Gewirr zu Fehleinschätzungen und damit zu Kollisionen von Mensch und Gepäck kommen.

Stellen Sie sich jetzt vor, dass alle mit einem Handy ausgestattet und in Echtzeit über einen Server im Bahnhof vernetzt sind (5G). Die ausgehenden Signale werden durchgehend gesammelt und sämtliche Positionen, Schrittgeschwindigkeiten sowie alle Abstände laufend durch smarte Vernetzung untereinander ausgetauscht und an die Handys gesendet – das wäre das Äquivalent zu V2X. Würden nun die Mobiltelefone die Bewegungen der Reisenden steuern, könnten sich alle kollisionsfrei und auf dem schnellsten Weg zu ihrem Bestimmungsort bewegen. 

 

Ein 5G-Symbolbild mit Autobahn und Vernetzung

Mit den neuen 5G-Netzen können V2X-Systeme von autonomen Fahrzeugen fast verzögerungsfrei kommunizieren.

Die Fahrzeugumgebung als Echtzeit-Mikrokosmos

Auf Fahrzeuge und den Straßenverkehr übertragen, wird diese Entwicklung für weniger Staus und weniger Stress beim Autofahren sorgen: V2X sendet mittels 5G in Echtzeit über die Basisstationen im Umkreis von 300 Metern die Position und Geschwindigkeit des Fahrzeugs an alle anderen Autos. Die Steuerungsautomatik in einem autonomen Fahrzeug bremst dann bei einem unerwarteten, schnellen Ausscheren eines anderen Fahrzeugs sofort ab. Sobald wieder ausreichend Abstand zum Vordermann besteht, beschleunigt die autonome Steuerung auf das zuvor eingestellte Tempo.

Top Mittelstands Dienstleister 2020

Top Mittelstands Dienstleister 2020

Vodafone wurde von der WirtschaftsWoche mit dem Siegel zum Top Mittelstands Dienstleister 2020 ausgezeichnet.

Die eingebaute SIM-Karte ist bei vielen Neuwagenmodellen mittlerweile schon Alltag. Das „Connected Car“ basiert auf UMTS- und LTE-Standards. Der steigende Informationsfluss durch die Vernetzung der Autos erfordert eine Übermittlung der Daten in Echtzeit. Den Hintergrund erklärt Markus Dillinger von Huawei: „Der Sicherheitsabstand zwischen Fahrzeugen beträgt bei einer Geschwindigkeit von 100 Km/h rund 50 Meter. Rechnerisch ergibt das eine Reaktionszeit von 5,5 Sekunden, inklusiver einkalkulierter Aufmerksamkeitslücken. Die Technologie hingegen reagiert sofort und zuverlässig auf Veränderungen im Straßenverkehr. Umgerechnet auf eine verbindliche Reaktionszeit von 2 Millisekunden könnten Fahrzeuge in einem Abstand von 80 Zentimetern in Reihe fahren. In diesen Segmenten ‚denken’ die kommenden 5G-Netze, die die notwendige Geschwindigkeit für diese Prozesse bereitstellen.”

Damit nicht genug: Ziel von V2X ist es, dank Mobilfunk weiter zu sehen, als es derzeit mit Sensoren möglich ist. So lässt sich an Kreuzungen praktisch um die Ecke oder hinter einen Hügel schauen, und auf Autobahnen können automatisch Rettungsgassen gebildet werden. Auch bei widrigen Wetterverhältnissen, bei denen die Sensoren der ACC derzeit oft versagen, arbeitet das neue System zuverlässig. Zudem können Ampelschaltungen und mit Smartphone ausgestattete Fußgänger Teil des vernetzten Verkehrs werden. Die Einbindung der gesamten Infrastruktur und aller Verkehrsteilnehmer in ein sich selbst regulierendes System würde eine Revolution der Mobilität bedeuten.

 

Einzel- und Gruppenkommunikation: Die verschiedenen Modi bei V2X

Das Thema „Broadcast“ ist eine weitere, besondere Anforderung bei der autonomen Fahrzeugkommunikation. Ein Datenzentrum sammelt Navigationsdaten aus den Fahrzeugen, verarbeitet diese und sendet Serviceinformationen an alle oder ausgewählte Gruppen. Das erfordert hohe Datenmengen und eine Netzstruktur, die alle Fahrzeuge bedient. Auf der anderen Seite braucht die Zukunft von Car2x ein „Unicast“-Format, das spezielle Informationen an einzelne Fahrzeuge übermittelt. Der Hersteller- oder Werkstattservice benötigt für einen bestimmten Wagen einen eigenen Datenkanal, auf den zugegriffen werden kann. Einen eigenen Datenkanal braucht wiederum auch die Ampel, die mit der Fahrzeuginformation auf einzelnen Fahrspuren den Verkehrsfluss optimiert.

 

Sicherheit hat oberste Priorität – und ein Fahrzeug warnt das andere

Und noch eine Besonderheit prägt die mobile Zukunft: beim sogenannten „direct mode“ werden punktuelle Informationen ausschließlich für Autos auf einer bestimmten Strecke jongliert. Signalisiert die Fahrzeug-Sensorik eine lokale Gefahrenstelle, Glatteis oder gar einen Unfall, wird die Warnung unmittelbar an nachfolgende Fahrzeuge und Fahrer übermittelt. Das lokale Datencenter nimmt die Erstinformation per 5G-Verbindung auf und steuert die Warnung an die Fahrzeuge auf der Strecke. Bei Netzlücken durch Funkschatten würde der Austausch über eine WLAN-Variante funktionieren als Kette von Fahrzeug zu Fahrzeug.

 

5G-Netze inzwischen marktreif und teils bereits im Einsatz

Ist 5G die Grundlage für die Realisierung eines vollständig vernetzten und sicheren autonomen Straßenverkehrs? Laut einer 2017 veröffentlichten Studie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) könnte im Jahr 2035 der Anteil an Fahrzeugen mit 5G und V2X in Deutschland zwischen 17 bis 42 Prozent liegen. Diese sehr vage Angabe zeigt, dass es noch einige Fragen zu klären gilt. Beispielsweise die der Nachfrage – und natürlich die des Preises. Doch die Idealvorstellung bleibt: Unfallfreie, kraftstoffsparende und vor allem komfortable Mobilität für alle.

Die 5G-Auktion ging im Juni 2019 zuende. Vodafone hat seine Ziele erreicht und sich die gewünschten Frequenzen im 3,6 GHz- und 2,1 GHz-Bereich sichern können. Bei allem Erfolg und positivem Blick nach vorne, war die 5G-Auktion nach der UMTS-Lizenzversteigerung im Jahr 2000 die teuerste in der Geschichte des Mobilfunks, so Vodafone-Deutschland-CEO Hannes Ametsreiter. Er sieht die nächste große Aufgabe für alle Mobilfunkanbieter im weiteren Netzausbau, insbesondere in ländlichen Gebieten. 

 

Was sind Ihre Erwartungen an 5G und an das autonome Fahren? Wir sind gespannt, welche Vorstellungen und Visionen Sie von der Zukunft haben. Teilen Sie Ihre Gedanken gerne mit uns und anderen Lesern in den Kommentaren. 

 


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