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V2V und V2X-Automobile sowie Rollout von Infrastrukturen

u-blox_V2X

Die Einführung der erforderlichen Elemente hochrangiger autonomer Fahrzeuge beginnt mit der Implementierung von V2V‑Systemen (Vehicle‑to‑Vehicle) in den Fahrzeugen durch GM, während V2X‑Prüfstände (Vehicle‑to‑Everything) in Tampa, New York und Wyoming die Arbeit aufnehmen.

Endlich ist es soweit: Der Automobilriese GM hat mit der Einführung von DSRC (Dedicated Short Range Communications) in seinen Cadillac CTS‑Modellen von 2017 mit V2V‑Implementierungen begonnen. Die Fahrzeuge werden in der Lage sein, einfache Nachrichten über Ort, Richtung und Geschwindigkeit über Entfernungen von bis zu 300 Meter mit einer Rate von 10 Nachrichten pro Sekunde, d. h. eine Nachricht alle 100 ms, zu senden und zu empfangen.

Gemäss der ursprünglichen Absicht von V2V ermöglicht das System von Cadillac den Fahrzeugen, die Fahrer anderer Fahrzeuge auf potenziell gefährliche Situationen vor ihnen aufmerksam zu machen, was ihnen zusätzliche Reaktionszeit verschafft. Häufige Gefahrenszenarien, die zu Warnmeldungen führen, sind starkes Bremsen, rutschige Bedingungen und liegen gebliebene Fahrzeuge. Die Fahrer können Warnmeldungen auch anpassen, sodass sie im Kombi‑Instrument und im verfügbaren Head‑up‑Display angezeigt werden.

Ausserdem bilden mehrere mit V2V ausgestattete Fahrzeuge ein drahtloses Ad‑hoc‑Netzwerk, das die Übertragung von Informationen ermöglicht, ohne sich ausschliesslich auf Sichtverbindungen, gute Wetterbedingungen oder Mobilfunkabdeckung zu stützen (Abbildung 2).

 V2V‑System der GM Cadillac Division


Abbildung 1: Die Cadillac Division von GM setzt in ihrer CTS‑Linie ein V2V‑System ein, das über eine Reichweite von 300 Metern kommunizieren kann. (Bildquelle: GM)

Auf der Infrastrukturseite gingen, kurz nachdem Cadillac seine Absichten bekannt gegeben hatte, sowohl die Websites des Tampa als auch des Wyoming Connected Vehicle (CV) Pilot Deployment Program live und schlossen sich dem Programm von New York City an. Die drei Standorte wurden vom US‑Verkehrsministerium für eine Förderung mit insgesamt 45 Mio. US‑Dollar ausgewählt, um eine Design-/Build-/Testphase für das CV‑Programm einzuleiten. Die Grundannahmen des Programms sind, dass vernetzte Fahrzeuge Leben retten, die Produktivität steigern, die Umweltbelastung durch die Fahrzeuge reduzieren und den Betrieb der öffentlichen Verwaltung verbessern könnten.

Jeder der drei Standorte hat bereits 12 Monate des 50‑monatigen Programms daran gearbeitet, ein Implementierungskonzept für einen schnellen Rollout zu erstellen (Abbildung 2). Inzwischen befindet sich das Programm in Phase 2, in der es darum geht, die komplexe Implementierung von integriertem Wireless in Fahrzeugen, mobilen Geräten und entsprechenden Technologien am Strassenrand zu entwerfen, zu bauen und zu testen. Start war im September, und ein Zeitrahmen von 20 Monaten ist vorgesehen. Die restlichen Monate, d. h. Phase 3, werden der Wartung und dem Betrieb der Pilotprogramme gewidmet sein.

DoT CV Pilots Deployment Program

Abbildung 2. Für das CV Pilots Deployment Program des US‑Verkehrsministeriums (DoT) wurden Tampa, New York und Wyoming als Pilotstandorte ausgewählt. Alle haben die Konzeptentwicklung der Phase 1 abgeschlossen und befinden sich in Phase 2 – Design/Implementierung/Test. (Bildquelle: ITS.DOT.gov)

Die Programmteilnehmer geniessen bereits den Vorteil von 75 MHz Spektrum im 5.9 GHz‑Band. Dies wurde 1999 von der FCC explizit für den Einsatz intelligenter Transportsysteme (ITSs) festgelegt. Je nach Region wird das Spektrum jedoch unterschiedlich zugeordnet. In Japan wird DSRC beispielsweise im 720 MHz‑Band betrieben. Wie dieses Spektrum genutzt wird, liegt im Ermessen der Technologen und Aufsichtsbehörden.

Um das Spektrum zu nutzen und die Entwicklung von ITS‑Anwendungen zu unterstützen, wurde das IEEE 802.11p Amendment zum 802.11‑Standard für den drahtlosen Zugriff in Fahrzeugumgebungen (WAVE, Wireless Access in Vehicular Environments) implementiert. Es definiert unter anderem den Datenaustausch zwischen Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen sowie zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur (V2I).

Die kritischen Aspekte dieser Kommunikation sind Latenzzeiten und Signalverarbeitungszeiten, insbesondere da Designer und Fahrzeugbauer erwägen, auf Level 4 und schliesslich Level 5 der Autonomieklassen zu wechseln. Sehen wir uns an einem Beispiel an, wie wichtig die Reaktionszeit ist.

Ein Fahrzeug, das sich mit 104.6 km/h bewegt, fährt 29 Meter in einer Sekunde. Im Fall des GM Cadillac CTS‑Modells verfügt es über eine Reichweite der Wireless‑Kommunikation von fast 305 Metern, so dass es über einen Spielraum von ca. 10 Sekunden verfügt, in dem reagiert werden kann. Wenn diese Reaktion bedeutet, so schnell wie möglich anzuhalten, so können von 104.6 km/h bis zum absoluten Stopp noch bis zu 122 Meter zurückgelegt werden. Zieht man diese 122 Meter von den 305 Metern ab, so verbleiben nur noch 6 Sekunden Zeit für die Fahrzeuge, um die Art des bevorstehenden Vorfalls zu kommunizieren, damit sie rechtzeitig anhalten können. Werden dazu noch Probleme berücksichtigt, die durch fehlende Sichtverbindung entstehen, potenzielle RF‑Störungen mit einberechnet und mögliche Latenzzeiten auf Anwendungsebene mit einbezogen, so wird ganz klar, dass Verzögerungen möglichst gering ausfallen sollten.  

Im Moment ist der Cadillac CTS 2017 das einzige Fahrzeug auf dem Markt, das mit V2V ausgestattet ist, so dass er nur mit anderen Cadillac CTS‑Modellen kommunizieren kann. Dies schränkt natürlich den Nutzen der Funktion ein, so dass Cadillac dafür vorerst nichts berechnet. Wenn jedoch mehr Fahrzeuge eingesetzt werden und die Infrastruktur weiterentwickelt wird und über Tampa, New York und Wyoming hinausreicht, wird die V2X‑Funktionalität nützlicher und wertvoller werden. Wie bei jedem Kommunikationsnetzwerk wird es dem Metcalfeschen Gesetz folgen. Mit jedem Knoten, der zum Netzwerk hinzugefügt wird, steigen die Möglichkeiten der Interaktion exponentiell.

In der Zwischenzeit ist Cadillac bestrebt, mit jedem Unternehmen oder Land zusammenzuarbeiten, das DSRC einführen möchte. Es könnte auch bald V2V‑Mitstreiter haben, da Chrysler und Ford bereits ihre Absicht bekundet haben, die V2X‑Technologie einzuführen. Volkswagen hat kürzlich ebenfalls angekündigt, dass es die DSRC‑Technologie ab 2019 in neuen Fahrzeugen einsetzen wird.

Weitere Informationen zu V2X und autonomem Fahren erhalten Sie in unseren früheren Blogbeiträgen: Wie V2X unsere Autos intelligenter und unsere Strassen sicherer machen kann und Wie die Legosteine der autonomen Fahrzeuge Gestalt annehmen

Weitere Informationen zum V2X‑Angebot von u‑blox finden Sie auf unserer Website.