Am 25. April war das Fraunhofer FOKUS im Kanzleramt bei der Auftaktveranstaltung zum diesjährigen Girls' Day mit einem Fahrzeug-zu-X-Exponat vertreten: Das Modell mit selbstfahrenden Autos veranschaulichte das intelligente Verkehrs- und Fahrtenmanagement und wurde von Bundeskanzlerin Angela Merkel und den teilnehmenden 24 Schülerinnen erkundet und ausprobiert.

Die Prototypsysteme für die Fahrzeug-zu-X Kommunikation (vehicle-to-vehicle und vehicle-to-infrastructure communication) gehen derzeit europaweit in die Feldtests. Ziel ist es, die grundlegende Technik selbst sowie ihr Potential für die Verkehrssicherheit im realen Straßenverkehr zu prüfen. Sinnvoll ist die Einführung der Kommunikation zwischen Fahrzeugen im Verkehrsalltag jedoch nur dann, wenn sie auch über Ländergrenzen hinweg funktioniert. Eine gemeinsame Plattform sorgt dafür, dass sich die Tests der nationalen Forschungsaktivitäten ergänzen und ihre Ergebnisse ganz Europa nützen.

Das Stauende hinter der nächsten Kurve ist einer der traurigen Klassiker unter den gefährlichen Verkehrssituationen. Regelmäßig resultieren daraus Auffahrunfälle bis hin zu Massenkarambolagen mit vielen Verletzen und sogar Todesopfern. Das Risiko ist dabei so hoch, dass selbst die Sicherheitssysteme moderner Fahrzeuge diese Gefahr bislang kaum verringern konnten. Das dürfte sich künftig ändern: Denn mit Hilfe der Fahrzeug-zu-X-Kommunikation (V2X) wird es den Fahrzeugherstellern aller Voraussicht nach gelingen, diese und eine Vielzahl weiterer Gefahrenszenarien deutlich zu entschärfen. Denn Fahrzeuge werden sich künftig gegenseitig über die Verkehrssituation und aktuelle Gefahrenstellen informieren. Fahrzeuge im Stau und der vorbeifahrende Gegenverkehr würden dann die sich dem Stauende nähernden Autos und deren Fahrer rechtzeitig vor der Gefahrensituation warnen, so dass ein sicheres Abbremsen möglich ist.

Europaweit arbeiten Fahrzeughersteller, Entwickler von Verkehrssicherheitssystemen und verschiedene Forschungsinstitute in mehreren nationalen Projekten an der Umsetzung der Kommunikation zwischen Fahrzeugen und  der Verkehrsinfrastruktur. Eine Herausforderung ist dabei bereits der Test dieser Systeme unter realen Bedingungen. Bei bisherigen Sicherheitssystemen in den einzelnen Fahrzeugen, wie zum Beispiel einem Airbag, ist eine Überprüfung und Analyse seiner Funktionsweise vergleichsweise einfach. Crashtests mit einzelnen Exemplaren geben hier genaue Auskunft über das Systemverhalten. »Die Fahrzeug-zu-X Kommunikation dagegen erfordert weit komplexere Testumgebungen«, erklärt Dr. Ilja Radusch vom Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS. Sie funktioniert nur in der Koordination der Systeme vieler Fahrzeuge. Die Weitergabe von Informationen wie einer Stauwarnung im »Schneeballsystem« an die nachfolgenden Fahrzeuge oder auch über Fahrzeuge des Gegenverkehrs lässt sich nur dann prüfen, wenn eine ausreichende Anzahl von Testfahrzeugen zur selben Zeit an einer Gefahrenstelle im realen Verkehrsgeschehen sind. »In jedem der Testfahrzeuge müssen umfangreiche Daten aufgezeichnet und später an ein zentrales Analysesystem übertragen werden, um den Verlauf der V2X-Kommunikation und ihre Auswirkungen, zum Beispiel auf das Verhalten der einzelnen Fahrer, den Verkehrsfluss oder die Verkehrssicherheit detailliert analysieren zu können«, so Radusch.

Zur Vorbereitung und Durchführung der europaweiten Feldtests der V2X-Kommunikation entwickelte das Fraunhofer FOKUS im Rahmen des EU-Projekts PRE-DRIVE C2X eine gemeinsame Testplattform. Sie umfasst einen webbasierten Szenario-Editor, zeichnet Testdaten auf und überträgt diese und stellt Testergebnisse dar und beurteilt sie. Die Simulationsumgebung mit integriertem Evaluierungs- und Validierungssystem kommt europaweit in sieben Feldtestaktivitäten zum Einsatz. Deren Versuchsfahrten werden im EU-Projekt DRIVE C2X aufeinander abgestimmt und miteinander verknüpft. Die Ergebnisse der Testflotte des deutschen V2X-Projekts simTD, für das der Großraum Frankfurt mit einer großflächigen Testfeld-Infrastruktur ausgestattet wird, die Fahrten der Versuchsfahrzeuge zwischen Brenner und Modena im italienischen Projekt Brennero und die Erfahrungen der schwedischen Testumgebung in Göteburg werden so unmittelbar miteinander vergleichbar. Weitere Feldtests, die über das Projekt DRIVE C2X harmonisiert werden, werden im finnischen Tampere, in Helmond in den Niederlanden sowie in Spanien und Frankreich durchgeführt. »Die Verwendung der gemeinsamen Testplattform bringt einen großen Vorteil. So lässt sich vermeiden, dass dieselben Testszenarien mehrfach, nur an verschiedenen Orten, durchgeführt werden und von den Erfahrungen aller europäischen Test Sites profitiert so jedes der nationalen Forschungsprojekte«, betont Radusch.

Herzstück der Testplattform ist ein Web-Szenario-Editor, mit dem die einzelnen Fahrtests choreographiert, gesteuert und überwacht werden. Um aussagekräftige Ergebnisse über Funktionsweise und Wirkung der Fahrzeug-zu-X Kommunikation im realen Straßenverkehr zu erzielen, darf das Versuchsdesign keine Verfälschungen der Testergebnisse provozieren. Über den Szenario-Editor lotsen die Forscher beispielsweise eine Reihe von Fahrzeugen gezielt zu einem Stauereignis, ohne allerdings die Fahrer in die genauen Umstände einzuweihen. Zeitlich versetzt werden die Fahrtrouten weiterer Testfahrzeuge auf den betroffenen Straßenabschnitt gelenkt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass an dem Gefahrenpunkt eine ausreichende Dichte an Fahrzeugen mit V2X-Kommunikation gegeben ist, damit die Funktionsweisen der Systeme in der Praxis erprobt werden können. Über den Szenario-Editor wird zudem festgelegt, welche Daten in den einzelnen Fahrzeugen gemessen und gespeichert werden. »Um die Wirkung der Fahrerassistenz durch V2X-Informationen auf die Verkehrssicherheit und -effizienz festzustellen, kann es notwendig sein, neben der aktuellen Geschwindigkeit und der jeweiligen Position des Fahrzeugs auch aufzuzeichnen, wann, wie schnell und wie stark der Fahrer auf das Bremspedal tritt, um bei einer Gefahrenwarnung seine Geschwindigkeit anzupassen«, spezifiziert Radusch. Im Anschluss an den jeweiligen Praxistest werden die aufgezeichneten Daten der Fahrzeuge und der V2X Infrastruktur an das Analysesystem übertragen und ausgewertet. Mit speziell entwickelten Methoden zur Validierung und Evaluation und über die Analysetools der integrierten Testplattform errechnen die Forscher, ob der Testdurchlauf erfolgreich war. Die gemessenen Ergebnisse werden dann wissenschaftlich verwertet.

Neben der Entwicklung spezieller Planungs- und Analysetools für die Durchführung der Feldtests beteiligen sich die Forscher des Fraunhofer FOKUS auch maßgeblich an der Spezifizierung und Umsetzung der Technik für die V2X-Kommunikation selbst. Dazu zählt zum Beispiel die Umsetzung spezieller Sicherheitsmechanismen des V2X-Standards, um die Privatsphäre der Fahrer sicherzustellen. Damit unterstützen sie auch die Standardisierungsaktivitäten der Verfahren zur schnellen, verschlüsselten und digital signierten WLAN-Kommunikation bei gleichzeitig erhöhter Reichweite von ein bis zwei Kilometern. Weitere Forschungsarbeiten adressieren die verschiedenen Anwendungen für die V2X-Kommunikation. Dabei werden Verfahren entwickelt, um die im einzelnen Fahrzeug vorhandenen Daten für eine Übertragung an andere Verkehrsteilnehmer aufzubereiten und beim Empfänger sinnvoll weiterzuverarbeiten. Auf diese Weise werden kommunizierende Autos das Leben auf den Straßen hoffentlich bald in ganz Europa sicherer machen.

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