Cellular V2X: Wie eine verbesserte Kommunikation das Autofahren verändern kann

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Cellular V2X ist ein neuer Kommunikationsstandard für Automobile. Damit ist es möglich, für mehr Sicherheit und Effizienz im Straßenverkehr zu sorgen.

Cellular V2X: Mehr Sicherheit, Effizienz und Komfort beim Fahren

Eine neue Technik sorgt im Automotive Sektor für viel Aufmerksamkeit: Cellular V2X. Dabei handelt es sich um einen neuen Kommunikationsstandard, der den Datenaustausch für Autos deutlich verbessert. Das bietet vielfältige neue Möglichkeiten, die unter anderem die Technik für das autonome Fahren wesentlich verbessern können. Dabei ist der Informationsaustausch mit vielfältigen Geräten möglich. Die Technik wird daher in folgende Teilbereiche aufgeteilt:

  • V2V: Kommunikation mit anderen Fahrzeugen
  • V2I: Informationen zur Infrastruktur erhalten
  • V2N: Daten mit einem übergeordneten Netzwerk austauschen

Der Datenaustausch zwischen den Fahrzeugen ist jedoch kein vollkommen neues Konzept. Bereits seit mehreren Jahren ist es möglich, über V2X zu kommunizieren. Die Cellular V2X-Kommunikation verwendet jedoch im Vergleich zur bisherigen Technik eine neue Übertragungsmethode. Diese erhöht unter anderem die Zuverlässigkeit und die Geschwindigkeit. Das ist eine notwendige Voraussetzung dafür, dass diese Technik die Sicherheit der Verkehrsteilnehmer deutlich verbessert.

Der dichte Verkehr in den Innenstädten mit seinem hohen Unfallrisiko wird auf jeden Fall von Cellular V2X profitieren.  (Foto: shutterstock - Jevanto Productions, #3)

Der dichte Verkehr in den Innenstädten mit seinem hohen Unfallrisiko wird auf jeden Fall von Cellular V2X profitieren. (Foto: shutterstock – Jevanto Productions, #3)

Aus diesem Grund forschen viele Unternehmen unterschiedlicher Branchen an dieser Technik. Dabei handelt es sich beispielsweise um Chiphersteller wie Qualcomm, Mobilfunkanbieter wie Vodafone, Autobauer wie Audi oder Automobilzulieferer wie Continental.

Um einen ersten Überblick über diese Technik zu erhalten, soll ein Video zu einem Praxistest von Continental vorgestellt werden, bei dem das Unternehmen die Funktionsfähigkeit von Cellular V2X ausprobierte:

Neuer Kommunikationsstandard als Alternative zu IEEE 802.11p

Die ersten Versuche, vernetzte Fahrzeuge zu entwickeln, die Daten untereinander und mit anderen Geräte austauschen, fanden bereits vor mehreren Jahren statt. Zu diesem Zweck entstand der Standard IEEE 802.11p. Dieser ermöglichte bereits einen umfassenden Datenaustausch mit anderen Autos, mit Bestandteilen der Straßen-Infrastruktur und mit einem übergeordneten Netzwerk. Allerdings traten dabei auch einige Probleme auf. Beispielsweise sind die Latenzzeiten bei dieser Übertragungsweise recht hoch. Daher dauert es einige Sekundenbruchteile, bevor die Übermittlung beginnt, was in einer Gefahrensituation über Leben und Tod entscheiden kann.

Ein weiteres Problem war die Anfälligkeit gegenüber Interferenzen mit anderen Signalen. In begrenzten Modellversuchen erwies sich diese Technik als recht robust. Sobald sich jedoch eine größere Anzahl an Sendern auf einer geringen Fläche befindet, stören sich diese gegenseitig. Das kann zu Übertragungsfehlern führen. Das würde ein großes Hindernis für die Anwendung im Alltag darstellen, da hier meistens viele Fahrzeuge auf engem Raum unterwegs sind.

Aus diesem Grund hat das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) einen neuen Standard entwickelt: Cellular Vehicle to Everything (Cellular V2X oder C-V2X). Bei 3GPP handelt es sich um einen internationalen Zusammenschluss verschiedener Organisationen, die in ihrem Land jeweils für die Gestaltung der Telekommunikationsnormen zuständig sind.

Als Vertreter der EU nimmt beispielsweise das Europäische Institut für Telekommunikationsnormen an diesem Projekt teil. Cellular V2X verbessert die Kommunikationsfähigkeit der Fahrzeuge erheblich. Diese Technik bietet unter anderem folgende Vorteile:

  • Höhere Übertragungsgeschwindigkeit
  • Geringere Latenzzeiten
  • Hohe Zuverlässigkeit auch bei interferierendem Funkverkehr
Cellular V2X bzw. C-V2X verbessert die Erkennung anderer Fahrzeuge. (Foto: shutterstock - carlos castilla, #1)

Cellular V2X bzw. C-V2X verbessert die Erkennung anderer Fahrzeuge. (Foto: shutterstock – carlos castilla, #1)

Die Kommunikation mit anderen Verkehrsteilnehmern erhöht die Sicherheit

In Deutschland sterben jedes Jahr Tausende Menschen an den Folgen eines Unfalls im Straßenverkehr. Daher sind unzählige Forscher damit beschäftigt, Systeme zu entwickeln, die die Sicherheit verbessern. Cellular V2X spielt dabei eine sehr wichtige Rolle. Insbesondere die V2V Kommunikation, bei der die Fahrzeuge untereinander kommunizieren, ist hierbei von Bedeutung. Das kann beispielsweise einen Überholvorgang deutlich sicherer gestalten. Ein menschlicher Fahrer kann hierbei nur die Fahrzeuge erkennen, die sich im Sichtbereich befinden. Außerdem muss er selbst abschätzen, ob die Entfernung zum entgegenkommenden Fahrzeug ausreicht, um den Überholvorgang durchzuführen. Dabei kann es zu Fehlern kommen, die schwere Unfälle nach sich ziehen.

C-V2X ermöglicht es nicht nur, Fahrzeuge zu erkennen, die sich außerhalb des Sichtbereichs befinden. Darüber hinaus erhält man dabei auch gleich Informationen über deren Abstand und Geschwindigkeit. So lässt sich genau errechnen, ob es möglich ist, einen Überholvorgang durchzuführen. Das steigert die Sicherheit erheblich. Hierbei handelt es sich nur um ein Beispiel dafür, wie eine verbesserte Kommunikationsfähigkeit die Sicherheit erhöht. Beim Überqueren einer Kreuzung und in vielen anderen Situationen ist diese Technik ebenfalls hilfreich.

Die Möglichkeiten, die diese Technik mit sich bringt, können auch besonders gefährdete Verkehrsteilnehmer wie Motorradfahrer und Fahrradfahrer sowie Fußgänger gut schützen. Viele Unfälle entstehen, weil die Autofahrer diese aufgrund der geringen Größe recht schwer erkennen können. Es kommt hinzu, dass diese Verkehrsteilnehmer nur über minimale Sicherheitsvorkehrungen verfügen. Daher sind die Folgen bei einem Unfall besonders schlimm. Die folgende Tabelle zeigt, dass an der großen Mehrheit der Unfälle mit Personenschaden zwar Personenkraftwagen beteiligt sind. Doch ist auch die Zahl der genannten besonders gefährdeten Verkehrsteilnehmer erheblich.

Beteiligte an Verkehrsunfällen mit Personenschaden
  2015 2016 2017 2018
Fahrräder 84 616 87 992 86 460 96 337
Krafträder mit Versicherungskennzeichen 15 607 14 551 13 868 14 854
Krafträder mit amtlichem Kennzeichen 30 200 29 392 29 024 31 204
Personenkraftwagen 378 156 381 354 372 144 369 050
Busse 5 811 5 795 5 926 6 040
Güterkraftfahrzeuge 32 500 32 352 32 234 31 803
Fußgänger 33 796 34 050 33 228 33 225
Gesamt 590 962 595 948 583 208 593 247
Quelle: Destatis

Fußgänger, Fahrradfahrer und Motorradfahrer profitieren von Cellular V2X ebenfalls. Sie können sich beispielsweise mit einem entsprechenden Sender ausstatten. So erkennen die Autos in der Umgebung sie zuverlässig. Auf diese Weise lassen sich viele schwere Verkehrsunfälle vermeiden. Es ist mit dieser Technik sogar möglich, ein gewöhnliches Smartphone zu erkennen. Da fast jeder Verkehrsteilnehmer mittlerweile ein derartiges Gerät bei sich trägt, sorgt das für einen umfassenden Schutz, auch wenn die Verkehrsteilnehmer keinen speziellen Sender verwenden.

Verbesserte Kommunikation erhöht die Effizienz bei der Nutzung der Verkehrswege

Ein weiteres großes Problem bei der Fortbewegung besteht in der permanenten Überlastung der Verkehrswege. Auf vielen Autobahnen in Deutschland sind Staus an der Tagesordnung. Die Lage in den meisten Innenstädten ist ähnlich. Die Regierung unternimmt bereits erhebliche Anstrengungen, um die Verkehrssituation zu verbessern. Das zeigt die folgende Tabelle:

Investitionen in den Straßenverkehr in Deutschland (in Mrd. Euro)
2013 5,4
2014 5,5
2015 5,3
2016 6,2
2017 6,5
2018 7,2
Quelle: Statista

Trotz dieser erheblichen Ausgaben bleibt die Situation angespannt. Neben dem Ausbau der Verkehrswege gibt es jedoch noch weitere Möglichkeiten, um eine Überlastung zu verhindern. Auch in diesem Bereich kann Cellular V2X sehr nützlich sein.

Ein Grund für den zähflüssigen Verkehr besteht beispielsweise darin, dass herkömmliche Autos mit menschlichen Fahrern einen relativ großen Sicherheitsabstand einhalten müssen. Wenn das aufgrund von dichtem Verkehr nicht möglich ist, ist es daher notwendig, die Geschwindigkeit zu reduzieren. Autos mit intelligentem Kommunikations- und Steuerungssystem lassen sich jedoch zu Kolonnen zusammenfassen.

Der Austausch von Daten führt dazu, dass die einzelnen Fahrzeuge unmittelbar über Bremsvorgänge informiert werden und das entsprechende Manöver daher zeitgleich durchführen können. Das erlaubt es, den Sicherheitsabstand zu reduzieren und damit die Auslastung der Verkehrswege zu erhöhen, ohne dass dabei Staus entstehen.

Das ist nur ein Beispiel dafür, wie V2X Staus vermeiden kann. Ein intelligentes Kommunikationssystem bietet darüber hinaus noch viele weitere Möglichkeiten. Daher ist es damit möglich, für einen flüssigeren Verkehr zu sorgen.

Cellular V2X und autonomes Fahren: Welche Verbindungen bestehen zwischen diesen Techniken?

Cellular V2X kann das autonome Fahren deutlich sicherer gestalten. Bislang nutzen autonome Fahrzeuge wie beispielsweise Google Self Driving Cars vorwiegend Kameras, Laser-Sensoren und andere Hilfsmittel, um Fahrzeuge in ihrer unmittelbaren Umgebung zu erkennen. Allerdings sind diese Techniken bislang nicht immer in der Lage dazu, eine Verkehrssituation richtig zu erkennen. Cellular V2X bietet eine zusätzliche Absicherung und kann daher die Sicherheit des Systems deutlich erhöhen.

Dank Cellular V2X: Automatisiertes Fahren erhöht die Sicherheit und den Komfort. (Foto: shutterstock - metamorworks, #2)

Dank Cellular V2X: Automatisiertes Fahren erhöht die Sicherheit und den Komfort. (Foto: shutterstock – metamorworks, #2)

Es kommt hinzu, dass diese Technik einige zusätzliche Funktionen bietet, welche die bisherigen Sensoren nicht ermöglichen. Beispielsweise können sich die Fahrzeuge gegenseitig auf Gefahren aufmerksam machen oder sich auch ohne Sichtkontakt identifizieren. Obwohl diese Technik meistens mit dem autonomen Fahren in Verbindung gebracht wird, ist dieser Zusammenhang nicht zwangsläufig. Es ist auch möglich, die Informationen auf einem Bildschirm im Fahrzeug anzeigen zu lassen und auf diese Weise einen menschlichen Fahrer zu unterstützen. Auch das kann die Sicherheit erhöhen.

Carsharing Autosharing: Möglichkeiten für neuartige Verkehrskonzepte

Um eine Überlastung der Verkehrswege zu verhindern, ist es wichtig, die Kapazität der Fahrzeuge besser auszunutzen. Bislang sind viele Menschen alleine oder zu zweit in ihrem Auto unterwegs. Das bedeutet, dass viele Sitzplätze leer bleiben. Um das Verkehrsaufkommen zu reduzieren, wäre es sinnvoll, die Fahrzeuge mit anderen Passagieren zu teilen.

Der Fachbegriff hierfür lautet Shared Ride. V2X Communication wirkt sich in mehrfacher Hinsicht positiv auf ein derartiges Verkehrskonzept aus. Zum einen verbessert diese Technik die Sicherheit beim autonomen Fahren. Um derartige Dienste so günstig wie möglich zu gestalten, ist es wichtig, dass hierfür kein Fahrer notwendig ist. Dessen Entlohnung würde die Kosten stark in die Höhe treiben.

Zum Anderen ist für die geteilte Nutzung V2N von großer Bedeutung. Der Datenaustausch über das Netzwerk erlaubt es den Nutzern beispielsweise, ein Fahrzeug anzufordern. Außerdem ist es auf diese Weise möglich, die Flotte effizient zu organisieren.

Automotive Security: Welche Gefahr geht von Hackerangriffen aus?

Car2X Kommunikationssysteme erhöhen zwar die Sicherheit im Straßenverkehr, doch bringen sie eine neue Gefahr mit sich. Vernetzte Fahrzeuge könnten ein Ziel für Hackerangriffe darstellen. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, die E/E Architektur gegen Eindringlinge abzuschotten. Parallel zur Kommunikationstechnik entstehen deshalb Automotive Security Standards, die genaue Vorgaben dazu machen, wie man die Fahrzeugarchitektur beispielsweise gegen ein Can Bus Hacking absichern kann. Einer der zentralen Standards in diesem Bereich trägt die Bezeichnung SAE J3061. Hierin sind viele Vorgaben zur Automotive Cyber Security enthalten. Die Autohersteller müssen diese bei der Gestaltung der E/E-Architektur unbedingt beachten, um eine optimale Embedded Security sicherzustellen.

Cellular V2X und 5G

Eine weitere wichtige Entwicklung im Bereich der Kommunikationstechnik, die im Moment für viele Diskussionen sorgt, ist 5G. Dabei handelt es sich um einen neuen Mobilfunkstandard, der deutlich leistungsfähiger ist als sein Vorgänger. Cellular V2X ist dazu in der Lage, 5G zu nutzen. Das ist bereits jetzt möglich, noch bevor das 5G-Netz flächendeckend ausgebaut ist. Wenn die Fahrzeuge untereinander oder mit Infrastruktur-Geräten kommunizieren, ist hierfür kein Mobilfunknetz notwendig. Sie können dafür dennoch die 5G-Technik verwenden. Nur für die Kommunikation über das Netzwerk ist eine Mobilfunkanbindung erforderlich. Da Cellular V2X jedoch auch zu 4G kompatibel ist, entstehen hierbei keine Probleme. Sobald das 5G-Netz verfügbar ist, lässt sich der Datenaustausch über das Netzwerk jedoch noch schneller und zuverlässiger gestalten.

Im anschließenden Video ist zu sehen, auf welche Weise Cellular V2X und 5G die Kommunikationstechnik verbessern und welche Vorteile dies für den Verkehr bringen kann.

Die Implementierung von Cellular V2X im Automotive-Bereich

Cellular V2X erlaubt es, den Verkehr sicherer und effizienter zu gestalten. Zahlreiche Praxisversuche haben gezeigt, dass dieses System bereits sehr zuverlässig arbeitet. Die ersten Chipsätze für diese Technik werden voraussichtlich schon bald auf den Markt kommen. Es ist davon auszugehen, dass vernetzte Fahrzeuge schon in einigen Jahren zum Standard zählen werden und dass sich dadurch zahlreiche Unfälle verhindern lassen.


Bildnachweis: © shutterstock – #1 carlos castilla, Titelbild + #2 metamorworks, #3 Jevanto Productions

Über Marius Beilhammer

Marius Beilhammer, Jahrgang 1969, studierte Journalismus in Bamberg. Er schreibt bereits viele Jahre für technische Fachmagazine, außerdem als freier Autor zu verschiedensten Markt- und Businessthemen. Als fränkische Frohnatur findet er bei seiner Arbeit stets die Balance zwischen Leichtigkeit und umfassendem Know-how durch seine ausgeprägte Affinität zur Technik.

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