Autonomes Fahren Teil 5/10: Entwicklung und Funktion der Vernetzung

04-titelbild-europaDie Vernetzung von Fahrzeugen bedeutet, dass ein Austausch von Daten von Auto zu Auto oder Auto zu Umwelt über das Internet stattfindet. Die Verbindung zum Internet wird dabei durch Smartphones oder im Fahrzeug integrierte Bordcomputer gewährleistet. Somit wird das Auto zu einem Kommunikationsknoten. Bei den vernetzten Fahrzeugen kann man nun noch einmal unterscheiden zwischen der Art der Vernetzung auf der einen Seite und den Anwendungen und Funktionsweisen auf der anderen Seite.

Arten der Vernetzung im Fahrzeug

Bezüglich der Art der Vernetzung kann man diese in drei verschiedene Untergruppen unterteilen. Zum einen gibt es Systeme, die direkt in das Auto eingebaut werden (embedded), dabei sind die Sende- und Empfangseinheit und auch die SIM-Karte fest installiert. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung einer externen SIM-Karte aus dem Smartphone des Benutzers (tethered). Dabei kann zum einen ein festes Modem benutzt werden, oder das Smartphone des Kunden wird als Modem eingesetzt. In diesem Fall wird die SIM-Karte via Bluetooth verbunden.

Bei der dritten Kategorie (integrated) laufen alle Funktionen über das Smartphone ab, nur die Eingabe von Daten oder die Anzeige auf dem Bildschirm sind über das Connected Car System möglich. Auch hier wird die SIM-Karte entweder über Bluetooth verbunden oder bei Besitz einer Multi-SIM-Karte kann diese in das UMTS-Modul des Autos eingelegt werden. Der Verbrauch der Datenvolumen läuft über die SIM-Karte des Smartphones und eine Datenflatrate ist bei diesem Modell für den Nutzer empfehlenswert, da sonst hohe Kosten für ihn entstehen können.

Vorteile und Nachteile der Arten der Vernetzung

Vorteil der embedded Lösung ist zum einen die Unabhängigkeit von externen Geräten und zum anderen eine relativ hohe Datensicherheit. Nachteile dagegen sind hohe Kosten für den Einbau des Geräts und relativ lange Entwicklungszyklen, sodass die Geräte schnell veraltet sind.

Beim Modell der tethered Methode besteht eine größere Flexibilität für den Automobilkonzern und die Gebühren trägt der Anwender. Auf der anderen Seite ist die Datensicherheit nicht in so einem hohen Maß wie bei der embedded Methode gewährleistet.

Vorteil der integrated Lösung stellen geringe Kosten für den Hersteller und hohe Aktualität des externen Geräts dar. Nachteil ist eine hohe Ablenkungsgefahr des Fahrers durch den Gebrauch eines externen Geräts und die schlechtere Signalstärke, da die Datenverbindung nicht über die Fahrerantenne läuft, sondern direkt über das angeschlossene Smartphone.

Entwicklung des vernetzen Fahrzeugs

In den letzten beiden Jahrzehnten ging es bei der Entwicklung des Autos darum, den Benutzer mit besseren Informationen zu versorgen, da dies auch zu einem besseren Fahrverhalten beiträgt.  Dieser verbesserte Informationsaustausch wurde durch die Nutzung intelligenter Transportsysteme und eine bessere Telekommunikation, sowie die Einführung des GPS und optimierter Sicherheitssysteme ermöglicht. Diese Innovationen zusammen mit der Einführung neuer Standards bilden die Grundlage für die Entwicklung der Technologien des vernetzen Fahrzeugs. Nachfolgend werden zwei Projekte erläutert, die maßgeblich zur Weiterentwicklung des vernetzten Fahrzeugs beigetragen haben.

Entwicklungsprojekt „Safety Pilot“

Ab August 2012 wird ein Jahr lang ein großes Entwicklungsprojekt mit ca. 3.000 Autos in Ann Arbor in den USA getestet und von der Universität des Michigan Transport-Forschungsinstituts durchgeführt. Bei der Studie wird ein integrierter Sicherheitspilot getestet, um festzustellen wie gut die drahtlose Kommunikation schon unter realen Verkehrsbedingungen funktioniert.

Dabei werden Informationen an andere Fahrzeuge und die Infrastruktur gesendet und auch Informationen von diesen empfangen. Für den Fall eines bestimmten Verkehrsereignisses wie dem Spurwechsel im toten Winkel oder einem Auffahrunfall sollen die Daten in eine Warnung an den Fahrer umgewandelt werden.

Die Teststrecke geht über 117 km Länge und ist mit 29 Installationen am Straßenrand ausgestattet, die zum Datenaustausch mit dem Auto dienen. Acht große Automobilhersteller wie etwa Daimler, Ford, Nissan oder Toyota arbeiten eng an dieser Forschungsstudie mit. Die nationale Verkehrssicherheitsverwaltung in den USA will die Forschungsergebnisse der Safety Pilot Studie zum Anlass nehmen, die Vernetzung von Autos zu unterstützen und in Zukunft vielleicht sogar das Einbauen des Systems in Neuwagen verpflichtend einzuführen.

Feldversuch „SimTD“ in Deutschland

Auch in Deutschland wurde ein Feldversuch zur Vernetzung der Fahrzeuge untereinander und mit ihrer Infrastruktur durchgeführt. Nach mehrjähriger Vorbereitung findet das 69 Millionen Euro teure Projekt „Sichere Intelligente Mobilität- Testfeld Deutschland“ (Sim-TD) von Juli bis Dezember 2012 zwischen Friedberg und Frankfurt statt. Beteiligt sind 500 Personen, die mit mehreren Motorrädern und 120 Autos insgesamt 1.650.000 Kilometer zurückgelegt haben.

Für den Versuch wird Frankfurt am Main ganz bewusst als Testgebiet ausgewählt, da hier das größte Pendleraufkommen Deutschlands herrscht, moderne Verkehrsanlagen und verschieden Straßenarten, wie z. B. Autobahnen, Land- und Schnellstraßen, vorhanden sind. Koordiniert wird das Projekt von der Daimler AG, außerdem beteiligen sich noch die fünf Automobilhersteller VW, Ford, BMW, Audi und Opel mit jeweils 20 Mittelklasse-Fahrzeugen, hinzu kommen noch drei Motorräder.

Ein wichtiger Punkt für SimTD ist die Integration von Kommunikations-, Fahrzeug- und Verkehrstechnologien in das Gesamtsystem. Dieses besteht aus der ITS Central Station (Versuchszentrale), auf der Straße die ITS Roadside Station und im Fahrzeug die ITS Vehicle Station. Für die Kommunikation mit Fahrzeugen und Umwelt nutzt das System eine auf dem herkömmlichen WLAN-Netzwerk basierende Funktechnik.

Alle Fahrzeuge der Versuchsreihe nutzen fahrzeugeigene Sensoren, die für das Verkehrsgeschehen relevante Informationen erzeugen. Diese Informationen werden dann von der Vehicle Station an die anderen teilnehmenden Autos und an die Roadside Stations weitergegeben. Die Central Station nimmt diese Daten auf, verarbeitet und verknüpft sie und gibt sie im Anschluss wieder an die Fahrzeuge zurück.

Nach Auswertung des Projektes weisen Experten nach, dass das Gesamtsystem des Sim-TD Versuchs das Fahrverhalten positiv beeinflusst. Der Abstand und die Geschwindigkeit des Autos passen sich an und erhöhen dadurch die Fahreffizienz und die Sicherheit. Während der Studie werden auch die teilnehmenden Fahrer befragt, ob sie die Funktionen akzeptieren und durch diese einen Vorteil sehen. Die Befragten sprechen sich mehrheitlich positiv für eine Einführung der Car-to-X Technologie aus und sehen eine Verbesserung im Vergleich zu bereits bestehenden Technologien.

Auch wäre ein Großteil der Teilnehmer bereit, seine Fahrerdaten in anonymisierter Form bereitzustellen, um somit zu einer Erhöhung der Verkehrssicherheit beizutragen. Bei dem Feldversuch wurde festgestellt, dass bei der Markteinführung der vernetzten Mobilität sowohl die private Wirtschaft als auch die öffentlichen Behörden von Beginn an kooperieren müssen.

Die Automobilhersteller und die Straßenbehörde werden die Autos und Straßen mit den entsprechenden Technologien und Mobilfunksystemen ausstatten. Dann wird die Infrastruktur in ein Verkehrsmanagementsystem integriert werden. Als erste Maßnahme soll die Warnung vor Baustellen in Verbindung mit einer Erfassung der umliegenden Verkehrssituation umgesetzt werden. Dieses System ist bereits in relativ kurzer Zeit flächendeckend einführbar und so können die Fahrer schnell den erkennbaren Nutzen erleben und auch die Sicherheit für das Baustellenpersonal kann erhöht werden.

Auch in volkswirtschaftlicher Hinsicht hat die Studie gezeigt, dass die Gesellschaft von einer Car-to-X Kommunikation profitiert. So ist errechnet worden, dass jährlich bis zu 6,5 Milliarden Euro volkswirtschaftliche Kosten eingespart werden können, die durch Verkehrsunfälle verursacht werden. Zudem können weitere 4,9 Milliarden Euro durch sinkende Emissionsausstöße und Effizienzzugewinne gespart werden.

Einheitliche Regelung für vernetzte Fahrzeuge in Europa

Für Europa wurde im Februar 2014 eine einheitliche Regelung für vernetzte Fahrzeuge festgelegt. Damit soll gewährleistet werden, dass auch die Fahrzeuge unterschiedlicher Automobilhersteller untereinander kommunizieren und vernetzt werden können.

Zuständig dafür sind in Europa die Einrichtungen ETSI (European Telecoms Standard Institute) und CEN (Comité Européen de Normalisation), die hier eng mit den USA und Japan zusammenarbeiten, um die Vernetzung auch international kompatibel zu machen. Auch gemeinsame Feldversuche zwischen den USA und der europäischen Union sind vorgesehen, die an der verbesserten Fahrzeugsicherheit arbeiten und gemeinsame Auswertungsmethoden festlegen sollen.

Mit den ersten einsatzbereiten vernetzten Automobilen in Europa wird schon ab 2015 gerechnet. Experten erwarten sogar, dass bereits 2016 rund 80 % aller Neuwagen weltweit mit der vernetzten Technologie ausgestattet sein werden. Dann würden etwa 210 Millionen vernetzte Autos auf den Straßen unterwegs sein.

Veränderung der Kaufkriterien bei Autos

Auch die Bedürfnisse der Kunden verändern sich mit der Entwicklung und voranschreitenden Modernisierung unserer Technik. Bisher hat sich ein Auto über den Motor und sein Design definiert, nun werden zunehmend die IT- und Internetausstattung eines Autos zu Kaufkriterien. So wird es zukünftig entscheidend sein,  welcher Automobilhersteller den schnellsten Online-Zugang und die besten Mobilitätsdienstleistungen ausweisen kann.

Wenn man in die Zukunft blickt, so könnte das Äußere eines Fahrzeuges eventuell ebenfalls vernetzt werden. Aus den Türen und der Karosserie werden flexible Displays und neue Smart Farben können aus fast jeder Fläche einen potenziellen Bildschirm machen.

Das vernetzte Fahren kann auch als Vorstufe für das autonome Fahren gesehen werden. Denn sobald die Technologien erst umgesetzt sind und im Straßenverkehr Anwendung finden, fehlt auch bis zum selbstfahren Fahrzeug nicht mehr allzu viel.

Zukünftige Konsumenten und ihre Ansprüche

Ernst & Young veröffentlichte 2012 die Studie „Connected Car“, die die Wünsche der Verbraucher in Deutschland bezüglich des vernetzten Fahrzeugs analysiert hat. Als Konsumenten der Zukunft können repräsentativ vor allem junge Erwachsene im Alter von 18 bis 35 Jahren, insbesondere Smartphonebesitzer, gesehen werden.

Uneingeschränkte Mobilität wird zu einem immer wichtigeren Thema in dieser Gruppe, so wünschen sich diese 85 % der jungen Befragten. Fast ebenso wichtig ist ihnen die ständige Erreichbarkeit. Die Hauptkriterien beim Autokauf sind immer noch Qualität (96 %), Sicherheit (96 %), Preis und Verbrauch (beide 96 %). Aber auch die ins Fahrzeug integrierte Kommunikation ist bereits für 39 % zu einem Kaufkriterium geworden. Auffällig ist, dass bei den Besitzern von Smartphones ganze 52 % beim Autokauf Wert auf integrierte Kommunikation legen.

Bei der Frage, welche Kommunikationsdienste im vernetzten Auto vorhanden sein sollten, fanden die Teilnehmer mit rund 50 % die Hotelsuche und 40 % die Parkplatzsuche am sinnvollsten. Bei Kostenfragen bleiben die Verbraucher zurückhaltend. 34 % würden nur kostenfreie Kommunikationsangebote nutzen. Alternativen für rund 20 % der Befragten wären Flatrates oder monatliche Zahlungen. Integriertes Entertainment (38 %) ist den Deutschen dabei noch etwas wichtiger als die integrierte Kommunikation (35 %).

Die Vernetzung mit Zuhause (31 %) spielt momentan noch eine eher untergeordnete Rolle. Daher wird es in Zukunft maßgeblich sein, wie gut ein Fahrzeug mit seiner Umgebung vernetzt ist. So wünschen sich die Konsumenten vor allem Dienstleistungen wie Fahrerassistenzsysteme und eine intelligente Navigation. 74 % der Teilnehmer würden gerne ihre Routen bequem vom PC oder Smartphone planen und diese dann direkt an das Auto übertragen. 53 % wünschen sich Fahrerassistenzsysteme wie Glatteiswarnungen, die auf Car-to-Car Kommunikation basieren. Der Ausbau der Car-to-Car-Vernetzung wird einiges an Kapital erfordern wie beispielsweise den Ausbau des Datennetzes.

Die Automobilhersteller können zukünftige Kunden gewinnen, indem sie neue Angebote wie integrierte Kommunikation und die Car-to-Car-Vernetzung anbieten. Allerdings müssen für die Umsetzung noch neue Konzepte für die branchenübergreifende Kooperation mit beispielsweise der Kommunikationsbranche gefunden werden; denn die Verbraucher sind nicht bereit sind, die gesamten Kosten dafür selbst zu tragen.

Hintergrund: Dieser Artikel basiert auf einer Studienarbeit aus dem Jahr 2014 mit dem Titel „Autoindustrie – Die Mobilität von Übermorgen“, entstanden im Rahmen des Management-Seminar an der Hochschule Pforzheim.

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