Mehr Sicherheit, mehr Komfort und weniger Emissionen: Wenn Fahrzeuge miteinander vernetzt sind und sich mit der Verkehrsinfrastruktur in Echtzeit austauschen, reduziert das sowohl das Unfallrisiko als auch Emissionen. Zentrale Voraussetzung ist eine stabile und zuverlässige Datenverbindung, sei es auf Basis des leistungsstarken 5G-Mobilfunks oder WLAN-basierter Alternativen (ITS-G5).
Daran hat das Forschungsprojekt „5G NetMobil“ in den vergangen drei Jahren mit insgesamt 16 Partnern aus Forschung, Mittelstand und Industrie gearbeitet. Nun stellen sie ihre Ergebnisse vor. Diese bilden die Basis für die Standardisierung, die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle sowie erste Serienprojekte der Projektpartner.
„Mit dem Projekt haben wir entscheidende Meilensteine auf dem Weg zum vollvernetzten Fahren erreicht und zeigen, wie moderne Kommunikationstechnologien unseren Straßenverkehr gleichzeitig sicherer, effizienter und wirtschaftlicher machen“, sagt Thomas Rachel MdB, Parlamentarischer Staatssekretär im Ministerium für Bildung und Forschung. Das Ministerium hatte das Forschungsprojekt mit 9,5 Millionen Euro gefördert.
Unübersichtliche Verkehrsszenarien beherrschen
Fußgänger an einer unübersichtlichen Straßenkreuzung oder ein Fahrzeug, das plötzlich aus einer nicht einsehbaren Seitenstraße kommt: Im Straßenverkehr ergeben sich häufig Situationen, die der Fahrer nicht vollständig überblicken kann. Radar-, Ultraschall- und Videosensoren erfassen zwar das Verkehrsgeschehen um Fahrzeuge herum, können aber weder um eine Straßenecke oder hinter Hindernisse schauen.
Die direkte Kommunikation via Vehicle-to-Vehicle (V2V), Vehicle-to-Infrastructure (V2I) und Vehicle-to-Network (V2N) ermöglicht es Fahrzeugen deshalb, untereinander und mit ihrer Umgebung Daten in Echtzeit auszutauschen, auch weit über den Sichtbereich hinaus. Die Projektpartner entwickeln damit beispielsweise einen Kreuzungsassistenten, der Fußgänger und Radfahrer an unübersichtlichen Kreuzungen schützt. So erkennt eine in der Infrastruktur verbaute Kamera die Fußgänger und warnt Fahrzeuge innerhalb weniger Millisekunden, um kritische Situationen etwa beim Abbiegen zu verhindern.
Krafstoffsparend im Windschatten fahren
Ein anderes Beispiel des Forschungsprojekts ist das Platooning: Zukünftig können sich Nutzfahrzeuge in sogenannten Platoons zusammenschließen und in sehr geringem Abstand zueinander fahren. Gas-, Brems- und Lenkeingriffe erfolgen mittels V2V-Kommunikation synchron. Das automatisierte Windschattenfahren in der Kolonne reduziert den Kraftstoffverbrauch signifikant und erhöht die Sicherheit auf den Autobahnen.
Sowohl für das Platooning mit Fahrzeugabständen von weniger als 10 m als auch das sogenannte parallele Platooning in der Landwirtschaft haben die beteiligten Unternehmen und Universitäten nun wesentliche Grundlagen geschaffen. „Die Arbeit des Forschungsprojekts ist für ein breites Anwendungsspektrum relevant“, sagt Dr. Frank Hofmann von Bosch, der das Forschungsprojekt industrieseitig koordiniert. „Davon profitieren nicht nur die Projektpartner aus Industrie und Forschung, sondern ganz besonders die Verkehrsteilnehmer.“
Sicherheit auch bei schlechtem Empfang
Ziel des Forschungsprojekts war, zentrale Herausforderungen der automobilen Echtzeit-Kommunikation zu lösen. Denn damit das vollvernetzte Fahren Realität werden kann, muss die direkte Kommunikation zwischen den Fahrzeugen und mit der Infrastruktur zuverlässig und sowohl mit hohen Datenraten als auch geringen Latenzzeiten funktionieren.
Doch was passiert, wenn sich beispielsweise die Qualität der Datenverbindung ändert, also nur eine geringere Datenrate für die direkte Kommunikation zwischen den Fahrzeugen zur Verfügung steht? Die Experten haben dafür ein agiles „Quality of Service“-Konzept erarbeitet, das Änderungen der bereitgestellten Netzqualität erkennt und an die vernetzten Fahrfunktionen weitergibt. Beim Platooning können damit die Abstände der einzelnen Fahrzeuge der Kolonne automatisch vergrößert werden, wenn die Qualität des Netzes abnimmt.
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt war die Einteilung des Mobilfunknetzwerks in einzelne virtuelle Netze innerhalb des Hauptnetzes (Slicing). Für die Datenübertragung bei sicherheitskritischen Funktionen, wie der Warnung vor einem Fußgänger an einer Kreuzung, wird dadurch nur ein separates Teilnetz genutzt, um diese zu jeder Zeit zu gewährleisten. Indes werden das Videostreaming oder die Aktualisierung der Straßenkarte in einem davon getrennten virtuellen Netz gesteuert und gegebenenfalls kurzfristig zurückgestellt, wenn nur eine geringe Datenrate zur Verfügung steht.
Weiterhin hat das Forschungsprojekt wesentliche Beiträge für die hybride Kommunikation von Mobilfunk und der WLAN-basierten Alternative geleistet, bei der jeweils die stabilste Verbindung genutzt wird, damit die Datenverbindung unterwegs nicht abreißt. „Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse fließen nun in die weltweite Standardisierung der Kommunikationsinfrastruktur ein und sind wesentliche Grundlagen weiterer Entwicklungen der Partnerunternehmen“, sagt Hofmann.
Nicht jeder setzt auf 5G
Nicht alle Partner des „5G NetMobil“-Projekts setzen zukünftig auf die Mobilfunktechnologie 5G für die Vernetzung ihrer Fahrzeuge. Vielmehr verfolgen sie unterschiedliche technologische Ansätze für die direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen und mit der Infrastruktur. Ziel des Projekts war es lediglich, Grundlagen für die Standardisierung beider Technologien und die hersteller- und technologieübergreifende Kommunikation zu schaffen.
Am Projekt beteiligt waren:
Bosch (Projektkoordinator)
Technische Universität Dresden (Co-Projektkoordinator)
Acticom
BMW
Claas
Deutsche Telekom
Dresden Elektronik Ingenieurtechnik
Ericsson
Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut
Heusch/Boesefeldt
Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes
Logic Way
Nokia
Technische Universität Kaiserslautern
Vodafone
Volkswagen
