Connected Cars und Navigationssysteme
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Fallstudienarbeit | |
| Hochschule: | Hochschule für Oekonomie & Management |
| Standort: | Essen |
| Studiengang: | Bachelor Wirtschaftsinformatik |
| Veranstaltung: | Fallstudie / Wissenschaftliches Arbeiten |
| Betreuer: | Prof._Dr._Uwe_Kern |
| Typ: | Fallstudienarbeit |
| Themengebiet: | Connected Cars |
| Autor(en): | Tim Vogel, Jens Meer |
| Studienzeitmodell: | Abendstudium |
| Semesterbezeichnung: | |
| Studiensemester: | 2 |
| Bearbeitungsstatus: | begutachtet |
| Prüfungstermin: | |
| Abgabetermin: | |
1 Abkürzungsverzeichnis
| Abkürzung | Bedeutung |
|---|---|
| LTE | Long Term Evolution |
| UWB | Ultra Wide Band |
| GPS | Global Positioning System |
| GSM | Global System for Mobile Communications |
| TMC | Traffic Message Channel |
| TMCpro | Traffic Message Channel Professional |
| POI | Point of Interest |
| C2C | Car to Car |
| C2X | Car to Internet |
| C2I | Car to Infrastructure |
| W-LAN | Wireless Local Area Network |
| WAVE | Wireless Access for Velicalur Environment |
| VANET | Vehicular AdHoc Networks |
| RSU | Road Side Unit |
| SMS | Short Message Service |
| USB | Universal Serial Bus |
| RDS | Radio Data System |
| CAN | Controller Area Network |
| LKW | Lastkraftwagen |
2 Abbildungsverzeichnis
3 Thema
Diese Fallstudie mit dem Thema Connected Cars und Navigationssysteme befasst sich sowohl mit den zukünftigen Möglichkeiten der vernetzten Navigationssysteme als auch mit den bereits Heute etablierten Systemen. Wir möchten versuchen einen Einblick in die Zukunft zu geben und hoffen den Leser für dieses technologische Neuland begeistern zu können. Darüber hinaus informieren wir über die Grundlagen der Connected Cars sowohl als auch der Navigationsgeräte.
4 Zielsetzung
Das Ziel dieser Arbeit ist dem Leser die Connected Cars und vor allem den Nutzen für Navigationsgeräte näher zu bringen. Den größten Aspekt hierbei spielen die Szenarien, welche die vielfältigen Möglichkeiten verdeutlichen sollen. Die Connected Cars werden in der Zukunft eine sehr große Rolle spielen,da die Straßen immer voller werden und gerade in Ballungsräumen es immer wieder zu Vehrkersstörungen kommt die den Verkehr für mehrere Stunden behindern können. Diese Innovation wird in Zukunft den Verkehr so leiten, dass es auf den Straßen zu einer Entlastung kommt und wir sicherer, schneller und vorallem entspannter an unser Ziel kommen.
5 Einleitung
Nahezu jeder Lastkraftwagenfahrer, Aussendienstmitarbeiter oder Berufspendler ärgert sich tagtäglich über das Verkehrsaufkommen im Straßenverkehr. Der damit verbundene Stress und das daraus resultierende, deutlich höhere, Unfallrisiko könnten bald der Vergangenheit angehören. Weltweit stellen sich Ingenieure dieser Herausforderung und arbeiten an Konzepten das beliebteste Fortbewegungsmittel, das Auto, noch komfortabler, stressfreier und sicherer zu machen.
Diese Arbeit befasst sich mit der Innovation der vernetzten Autos und insbesondere den dadurch aufkommenden Möglichkeiten für zukünftige Navigationsgeräte. In einer Zeit wo der alltägliche Straßenverkehr zunimmt, werden sich zahlreiche Einsatzmöglichkeiten und Funktionalitäten für diese neue, intelligente Generation von Navigationsgeräten ergeben. Über diese, sich momentan noch in der Entwicklung befindlichen Technologie, möchten wir an dieser Stelle informieren und versuchen uns ein Bild davon zu machen wie deren Einsatz in Zukunft helfen kann, den Alltagswahnsinn auf deutschen und internationalen Straßen zu meistern.
6 Grundlagen
6.1 Connected Cars
Unter dem Begriff 'Connected Cars' versteht man die Vernetzung von Autos, sowohl mit dem Internet, mit Verkehrsinfrastrukturen, als auch untereinander. Dies wird durch verschiedene Technologien realisiert. Für die Verbindung mit dem Internet wird meist auf die zukunftstechnik LTE zurückgegriffen, die Kommunikation der Autos untereinander erfolgt vorrangig über die WAVE oder VANET Technik. Das dritte einzubindende Glied der Informationskette, die Verkehrsinfrastruktur, wird ebenfalls über die WAVE Technologie integriert. Diese so genannten RSU´s (Road Side Units) können Mautstellen oder Informationstafeln für Warnhinweise, Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Umleitungen sein. Mittels Sensoren und Kameras wird der Boardcomputer mit zusätzlichen Informationen über Fahrzeugdaten, Verkehr, Schildern, Hindernissen, Gefahren und Fahrzeugdefekten gespeist. Die Verbreitung dieser Informationen, und die damit verbundene Reaktion der RSU´s, trägt dazu bei, das die Sicherheit und der Verkehrsfluss erheblich verbessert werden. Erste Konzepte zu dieser neuen Generation von intelligenten Autos wurden bereits von verschiedenen Herstellern der Automobilbranche vorgestellt.
6.2 Navigationssysteme
Navigationssysteme, die für den gebrauch im Straßenverkehr ausgelegt sind, haben die Funktion, unter Berücksichtigung gewünschter Kriterien, eine Route zu einem definierten Ziel, anhand von Positionsdaten (GPS, GSM), Geodaten (Straßenkarten) und Verkehrsinformationen (TMC), zu berechnen, und den Fahrer mit einem stetigen Informationsfluss in der Zielfindung zu unterstützen. So genannte POI´s bieten die Möglichkeit vordefinierte Ziele wie z.B. Restaurants, Tankstellen oder Sehenswürdigkeiten mit wenigen Knopfdrücken direkt anzusteuern. Außerdem warnen moderne Systeme durch diese Techniken vor mobilen Radarfallen und festinstallierten Blitzern. TMCpro ermöglicht die zuverlässige Umfahrung von Staus, gesperten Strecken oder Unfallstellen. Bei dem heutigen und vor allem zukünftigen Verkehrsaufkommen sind Navigationssysteme ein wichtiger Bestandteil um schnell und unkompliziert sein Ziel zu erreichen.
7 Connected Cars
7.1 Funktionsweise
Da einige der hier aufgeführten Begriffe innerhalb dieser Arbeit immer wieder verwendet werden, dient dieser Abschnitt dazu dem Leser ein besseres Verständnis für die zu grundeliegenden Technischen Zusammenhänge zu geben.
- WAVE
Die erforderliche Kommunikation zwischen Autos untereinander, sowohl als auch die zwischen Auto und On-Board-Units (Navigationssystem, Boardcomputer), erfolgt grundlegend kabellos. Bereits im Jahr 1999 hat die Federal Communications Commission (FCC) in den USA ein 75-MHz Band im Frequenzbereich zwischen 5,850 GHz und 5,925 GHz für den Verkehrssektor reserviert. Die Technik basiert auf der von heutigen W-LAN 802.11 Standards. Da der störungsfreie Transfer von Daten jeder Zeit gewährleistet sein muss entwickelt man diese Technik in Bezug auf Störsicherheit und Ausfall noch weiter. Unter der Norm 802.11p, des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), geführt soll diese so genannte Wireless Access for Velicalur Environment Technik (WAVE) die Hauptschnittstelle für Datentransfer bilden. In sieben Frequenzkanäle, zu je 10 MHz unterteilt, sind Datentransferraten von 3 bis 27 Mbit/s bei einer Reichweite von bis zu 1 km möglich.[1]
Die Einsatzgebiete sind die C2C sowie die C2I Kommunikation.
- VANET
Einen zweiten Ansatz zur C2C Kommunikation stellt das Vehicular AdHoc Network (VANET) dar. Die Grundlage basiert, ebenso wie bei der WAVE, auf dem W-LAN 802.11 Standard.[2] Jedoch, handelt es bei dem VANET um ein AdHoc Netzwerk, welches ohne Router oder sonstige Koppelelemente auskommt. Jede verbaute Einheit baut selbstständig und vor allem schnell eine Verbindung zu anderen Einheiten in der Umgebung auf. Diese Art der Echtzeitkommunikation ermöglicht so den zügigen Austausch von Daten.
Das Einsatzgebiet beschränkt sich auf die C2C Kommunikation.
- LTE
Die LTE Technologie ist der Nachfolger des Mobilfunkstandards UMTS. Im Gegensatz, zu dem heutigen starren Kanalraster von 5 MHz, ist die Kanalbandbreite bei LTE von 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz und 20 MHz skalierbar. Mit ihr sind Downloadraten von 100 Mbit/s und Uploadraten von 50 Mbit/s möglich.[3] Der, für die Connected Cars, wohl größte Vorteil gegenüber anderer Techniken, besteht in der Zuverlässigkeit bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten. Dies wurde bei einer Hochgeschwindigkeitsfahrt mit dem Transrapit getestet. Bei einer Geschwindigkeit von 430 km/h waren immer noch 99,5% der Handover[4] zwischen den Zellen erfolgreich.[5]
Das Einsatzgebiet beschränkt sich auf die C2X Kommunikation.
7.2 Features
Diese Art der Vernetzung von Autos bietet zahlreiche Möglichkeiten die kurze oder auch lange Reise angenehmer zu gestalten. Egal ob es die von den Kindern geäußerten Musikwünsche sind oder einen die aktuelle Wetterlage beunruhigt und man sich schnell einen Überblick über die Aussichten der nächsten Tage verschaffen möchte. Dem Einfallsreichtum sind hier keine Grenzen gesetzt. Dennoch geben wir an dieser Stelle auch einen Überblick über Features die sich mit der Verbindung von Auto und anderen Endgeräten wie dem Handy befassen. Die Kombination dieser ganzen Funktionen ist möglich, bietet ein noch viel größeres Spektrum an Einsatzmöglichkeiten und deswegen von ebenso großer Relevanz für das Thema Connected Cars.
- Blue&Me
Die Anfänge machte Fiat bereits im Jahr 2006 mit der Blue&Me Funktion. Diese ermöglicht es dem Fahrer mit seinem Navigations- sowie Infotainmentsystem zu interagieren ohne die Hände vom Lenkrad zu nehmen. Über die mitlerweile übliche Sprachsteuerungsfunktion hinaus lässt sich mit diesem System nahezu jegliche Funktion die das Navi oder auch das kompatibele Handy bietet, mit der Stimme einwandfrei bedienen. Sei es eine SMS[6] vorgelesen zu bekommen, einen gewünschten Musiktitel zu nennen oder die Routenfunktionalitäten des Navis zu bedienen.
Die eco:Drive genannte Funktion, ebenso bisher nur bei Fiat zu erhalten, befindet sich zwar noch in einer Beta-Phase[7] aber ist in Autos mit Blue&Me bereits verfügbar. Über einen USB-Stick[8] werden die Fahrdaten des Autos gespeichert und können so später am heimischen Computer von einer Software ausgewertet werden. Anhand eines Index wird die Fahrweise bewertet und man erhält Tipps diese, in Hinblick auf Umwelt und Benzinverbrauch, zu verbessern.
- ConnectedDrive
Mit dem ConnectedDrive System ist BMW der Vorreiter für das mobile Internet im Fahrzeug. Es eröffnet einem das komplette World Wide Web und bietet darüber hinaus noch viele andere Features. Sich während der Fahrt über Staus auf der Route zu informieren, sich ein Restaurant empfehlen lassen oder seine E-Mails abzurufen gehört hierbei zu den eher leichten Übungen für dieses fortschrittliche System. Mit diesem System ist man immer auf dem Laufenden. Sei es die Entwicklung der Wertpapiere, aktuelle Nachrichten oder die Wetterlage am Zielort. Dem Informationsflus sind so gut wie keine Grenzen gesetzt, das es sich um eine vollständige Verbindung mit dem Internet handelt. Selbst im Falle eines Unfalls übernimmt diese Funktion die wichtigstens Aufgaben und übermittelt wichtige Daten an den Rettungsdienst. Wieviele Insassen befinden sich im Fahrzeug ? Wie ist der Status der Airbags ? Wo genau befindet sich das Fahrzeug ? Diese Daten können im Ernstfall Leben retten.
- SYNC
Das von Ford in Zusammenarbeit mit Microsoft entwickelte System SYNC macht seinem Namen alle Ehre. SYNC (kurzform für Synchronisation) synchronisiert sich mit dem Bluetooth fähigen Handy voll automatisch und bietet mehr als eine sonst übliche Freisprecheinrichtung mit Sprachsteuerung. SYNC funktioniert mit nahezu jeder Anruffunktion die das Mobiltelefon bietet. Dazu gehören unter anderem: Das Anklopfen, die Konferenz, die Kontaktliste und die Anrufhistorie. Darüber hinaus werden im Navi-Display die Stati über den Akku und die Emfangsqualität des Handys angezeigt. Die Sprachsteuerung der Musik ist ebenso wie die unterbrechungsfreie Übergabe eines Telefonates, beim einsteigen in das Fahrzeug, an die Freisprecheinrichtung möglich. Selbst personifizierte Klingeltöne auf Handys oder unterschiedliche Klingeltöne bei mehreren verbundenen Mobiltelefonen werden berücksichtigt. Auf Knopfdruck werden alle Fahrzeugrelevanten Daten via Handynetz an den Ford Service gesendet, kurze Zeit später erhält man einen "Vehicle Health Report" (deutsch: Fahrzeug Zustandsdiagnose) per E-Mail oder SMS. Bei all der Kommunikation ist es dem SYNC System egal ob man nun Englisch, Spanisch oder Französisch spricht.
8 Navigationssysteme
8.1 Funktionsweise
Navigationssysteme funktionieren sehr simpel. Es werden 3 von den 30 bis Heute existierenden GPS-Satelliten benötigt um über eine bestimmte Laufzeit die aktuelle Position auf der Erde zu bestimmen. Hierbei fließen bei festintegrierten Geräten noch zusätzliche Sensorsignale zum Beispiel vom CAN-Bus-System[9] mit ein und können so sicherstellen das in einem Tunnel oder Regionen mit vielen Bergen die Position exakt bestimmt werden kann. Die Navigationssysteme verfügen meist über 3 Komponenten. Als erstes der GPS-Empfänger, welcher die Position mittels Satelliten lokalisiert. Zum zweiten das Kartenmaterial und zum dritten die Navigationssoftware die mittels Position und Kartenmaterial den Standort anzeigt und die Route berechnet. Modernere Navigationssysteme verfügen zu dem noch über TMC/TMCpro. Worüber zusätzliche Verkehrsinformationen an die Navisoftware per RDS übermittelt werden. Über diese Funktion können Staus, Sperrungen oder Gefahren berücksichtigt werden, umso die Route dynamisch zu beeinflussen.
8.2 Technik und Funktionen
- GPS
Das GPS wird in aktuellen Navigationssystemen zur Standort bestimmung verwendet. Es wurde ursprünglich vom US-Verteidigungsministerium für militärische Zwecke eingesetzt und 1973 zur Entwicklung freigegeben. Erst im Jahre 1995 hat das System seine volle Funktionsfähigkeit erreicht. Im Jahre 2000 wurde es komerziell nutzbar und konnte mit handelsüblichen GPS-Empfängern betrieben werden. Dieses war erst möglich, als das US-Militär die künstliche Signalverschlechterung abschaltete. Erst jetzt waren Positionsbestimmungen bis auf 10 Meter Genauigkeit möglich. Das GPS-Signal wird von Satelliten ausgestrahlt. Diese kreisen in unterschiedlichen Erdumlaufbahnen und senden Signale aus, welche von den GPS-Empfängern empfangen werden. Für die Positionsbestimmung werden 3 Satelliten benötigt plus einen zusätzlichen für die GPS-Zeit, da die meisen GPS-Empfänger keine eingebaute Uhr besitzen und die Zeit sich von der normalen Zeit unterscheidet. Anhand der Laufzeit zwischen den verschiedenen Satelliten und dem Abgleich mit den GPS-Zeit-Satelliten kann die genaue Position bestimmt werden. Mittels der Laufzeit des Signals kann die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung errechnet werden. Für die komplette Ausleuchtung der Erde sind im Orbit mindestens 24 Satelliten nötig die sich in unterschiedlichen Laufbahnen und Abstand zueinander bewegen. GPS wird auch zum navigieren anderer Fortbewegungmittel genutzt, wie zum Beispiel in der Luftfahrt und Seefahrt. Mit der neueren Generation der GPS-Satelliten (Block IIR-M) die seit 2005 zum Einsatz kommen, werden in Zukunft noch präzisere Positionsbestimmungen möglich sein.
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| Abbildung 5: Sichtbare GPS Satelliten |
- TMC
TMC ist ein Verkehrsinformationsdienst, der über die Radiofrequenz übertragen wird. Dieser Dienst nennt sich RDS und wird von den Rundfunksendern ausgestrahlt.Die Übertragungsgeschwindigkeit liegt bei 37bit. Eine Meldung kann pro Sekunde empfangen werden, da aber Navigationssysteme 3 mal die selbe Meldung brauchen benötigt eine TMC meldung ca. 3 Sekunden. Hierbei werden in der Verkehrszentrale der Polizei und von Sensoren an den Autobahnen, Verkehrsstörungen gespeichert und per TMC auf die Navigationsgeräte der Autofahrer übermittelt. Diese Daten beruhen im Wesentlichen von 5500 Induktionsschleifen die in die Straßen eingebettet sind und ADAC/Polizei Hubschraubern und Fahrzeugen die die gesammelten Daten an die Verkehrsleitzentrale weiergeben. Das Navigationsgerät kann dann anhand dieser Informationen eine dynamische Route berechnen und gegebenfalls auf neue Verkehrstörungen reagieren. So ist es möglich gesperrte Abfahrten, Stau oder andere Verkehrsstörungen zu Umfahren und schnellst möglich an sein gewünschtes Ziel zu gelangen. Diese Technik kommt aktuell nur auf Autobahnen und größeren Schnellstraßen zum Einsatz, eine Ausdehnung auf normale Straßen ist nicht möglich, da die zu ermittelnden und zu übertragenden Daten zu groß wären.
- TMCpro
TMCpro unterscheidet sich erheblich von TMC. Dieser Dienst bietet eine 3 mal schnellere Datenübertragung und wird nicht wie bei TMC von den Öffentlich-Rechtlichen übertragen sondern von privaten Rundfunksendern. Dies hat zur Folge das pro Sekunde eine Meldung im Navigationssystem freigegeben wird. TMCpro misst die Daten ausschließlich durch einen automatisierten Ablauf ohne menschliches eingreifen. Hierbei kommen 5500 Induktionsschleifen, 4000 Verkehrsflussmesser und 50.000 angebunde Autos die Ihre Daten ohne Zeitverzug an die privaten Rundfunkanstalten weiter geben. Somit ist TMCpro schneller, genauer und weitaus effizienter als TMC.
- POI
POI´s sind Punkte in einer digitalen Straßenkarte, die als Sonderziele angesteuert werden können. Diese sind sehr hilfreich, wenn man sein gewünschtes Ziel nicht genauer spezifizieren kann, denn die POI´s sind nach Rubriken sortiert. POI´s können zum Beispiel Bahnhöfe, Restaurants, Stadien und Tankstellen sein. Die meisten Navigationssysteme können POI´s in der aktuellen Umgebung oder auch in beliebigen Städten suchen.
- Radarwarner
Für einige Navigationssysteme gibt es Radarwarner. Diese meist kostenpflichtigen Systeme setzen POI´s ein um auf mobile und Festinstallierte Biltzer hinzuweisen. Dies ist in Deutschland wie in den meisten anderen EU Staaten untersagt. »Dem Führer eines Kraftfahrzeuges ist es untersagt, ein technisches Gerät zu betreiben oder betriebsbereit mitzuführen, das dafür bestimmt ist, Verkehrsüberwachungsmaßnahmen anzuzeigen oder zu stören. Das gilt insbesondere für Geräte zur Störung oder Anzeige von Geschwindigkeitsmessungen (Radarwarn- und Laserstörgeräte).«[10]
- 3D Gebäude
In aktuellen Navigationssystemen zum Beispiel von Garmin sind mittlerweile für Sehenswürdigkeiten und andere Gebäude 3D-Ansichten verfügbar. Mit dieser 3D Ansicht ist es möglich eine Virtuelle Straße anzuzeigen.
8.3 Bauformen
8.3.1 Mobile Navigationsgeräte
- Definition
Mobile Navigationsgeräte sind nicht fest in ein Fahrzeug integriert und können nicht auf die Telemetriedaten[11] des Fahrzeuges zugreifen. Sie agieren unabhängig vom Fahrzeug und lassen sich auch als Fußgänger nutzen. Das Kartenmaterial wird meist auf einem internen Speicher oder auf einer SD-Karte gespeichert. Modernere Mobile Navigationssysteme verfügen über zusätzliche Funktionen wie zum Beispiel Bluetooth, MP3 Funktion, Bilder wiedergabe etc. Einige neuere Navigationssysteme verfügen zusätztlich über TMC, für den Empfang wird eine seperate Antenne angeschlossen. In Tunnel oder in bergischer Landschaft wo kein GPS-Signal verfügbar ist, hat das System seine Schwäche, weil es nur das GPS-Signal zum Navigieren benutzt. In Tunnel wird einfach die Route mit der gleichen Geschwindigkeit weiter geführt, bis wieder ein GPS-Signal zur Verfügung steht. Preislich spielen die Mobilen Navigationssysteme in einer niedrieren Liga. Sie kosten meist ein Bruchteil der Festinstallierten Navigationssysteme, sind aber auch nicht in das Entertainment des Autos integriert.
8.3.2 Integrierte Navigationsgeräte
- Definition
Integriete Navigationsgeräte sind in Kraftfahrzeuge festinstallierte Einheiten die auf die Fahrzeug-Telematik zugreifen kann. Dies birgt den Vorteil das auch ohne GPS-Signal wie zum Beispiel in einem Tunnel die Navigation fortgesetzt werden kann. Ausserdem sind sie meistens gleichzeitig Infotaimentsystem und bieten im Gegensatz zu mobilen Navigationssystemen den Vorteil das bei Navigationsansagen die Musik stumm geschaltet wird und bei Telefonaten keine Navigationsansagen das Gespräch stören. Der Nachteil einiger dieser Navigationssysteme besteht darin, dass die CD/DVD mit dem Kartenmaterial das CD/DVD-Laufwerk besetzt und somit keine Musik von diesem Laufwerk abgespielt werden kann.
9 Connected Cars im Zusammenspiel mit Navigationssystemen
9.1 Vision
Die Vision, in der Navigationssysteme aktiv auf Einflussfaktoren des Verkehrs reagieren, ist längst nicht mehr so abwegig wie man denken mag. Genau genommen hat diese Entwicklung bereits mit Einführung von TMC begonnen[12]. Es benötigt allerdings noch etwas Zeit bis die vollständige Vernetzung von Verkehrs -teilnehmern, -infrastruktur und dem nicht mehr wegzudenkende Allround-Koppelelement Internet realisiert wird. Ein wichtiger erster Schritt für die Regelung des immer stärker anwachsendes Verkehrs wäre hiermit getan. Folgende Situationen/Szenarien wären denkbar.
Am Anfang einer jeden Situation steht zunächst eine Beschreibung dieser Situation um dem Leser das bessere Einfühlen in diese zu ermöglichen. Im Anschluss wird eine mögliche Lösung der Problemstellung in einer Art Ablaufplan dargestellt.
9.1.1 Szenario Rückstau
Beim durchfahren von Großstädten kommt es immer wieder zu lästigen Rückstaus an Ampeln. Der Vorausfahrende ist unachtsam und verpasst die Grünphase der Ampelanlage, diese liegt, wie sollte es auch anders sein, genau auf einer viel befahrenen Straße. Stellen wir uns dazu vor wir haben gerade einen stressigen Arbeitstag hinter uns und sind, wie üblich, nicht der einzige in der sich tagtäglich wiederholenden Rush-Hour[13]. Der wohl verdiente Feierabend rückt damit ein kleines, oft aber extrem nerviges, Stück weiter in die Zukunft. Die Lösung könnte wie folgend aussehen:
- Die RSU, in diesem fall die Ampelanlage, ermittelt über die in den Boden eingelassenen Sensoren das Verkerhsaufkommen
- Irgendwann ist ein Punkt erreicht an dem die RSU erkennt es wird Zeit zu handeln
- Über die RSU wird an alle in Reichweite befindlichen Autos die Information weitergegeben
- Die Autos selbst geben diese Information von Auto zu Auto weiter
- Schon bald sind alle Autos innerhalb eines bestimmten Radius über die Situation aufgeklärt
- Verkehrsteilnehmer die noch die Möglichkeit haben die Stelle zu umfahren können zweierlei Reagieren:
- Dynamisch: Wenn die Routenführung dynamisch aktiviert ist wird der Fahrer automatisch auf eine umfahrende Route geleitet
- Statisch: Wenn die Routenführung auf statisch eingestellt ist wird dem Fahrer die alternative Route vorgeschlagen
- Sobald der Rückstau ein wieder annehmbares Maß erreicht hat sendet die RSU diese Information an die Autos
9.1.2 Szenario Unfall in direkter Nähe
Der Verkehr auf der Autobahn fließt, das führen des Kraftfahrzeuges ist zur Routine geworden, die Gedanken sind noch immer im zurückliegenden Meeting. Plötzlich bemerkt man ein schlingerndes Fahrzeug vor sich. Innerhalb von bruchteilen überschlägt sich der inzwischen aufgeschaukelte PKW. Alle Fahrzeugführer um einen herum reagieren anders. Einige leiten sofort die Vollbremsung ein, andere versuchen dem mitlerweile von der Leitplanke abprallenden Auto auszuweichen. Eine solche Situation findet tagtäglich im weltweiten Straßenverkehr statt. Sie gefährdet das Leben eines jeden Beteiligten erheblich und könnte in Zukunft folgendermaßen beherschbarer sein:
- Das CAN-Bus-System[9] des ins schleudern geraten zu drohenden PKW´s erkennt die Gefahr und trifft eventuell sofort Gegenmaßnahmen
- Folgende Verkehrsteilnehmer werden umgehend mittels eines akustischen und sichtbaren Signals gewarnt und aufgefordert vorsichtig aber bestimmt zu bremsen. Denkbar ist auch bei einem automatischen Bremssystem das selbstständige abbremsen des Fahrzeuges
- Die Kette des Informationsflusses reicht von Auto zu Auto immer weiter und verhindert so einen Auffahrunfall
- Selbst weit zurückliegende PKW´s werden durch auf "Achtung!" und ein "Geschwindigkeitslimit" umgestellte digitale Schildtafeln vorbereitet
- Sollte es aller Maßnahmen trotzdem zu einem Unfall kommen wird der Rettungsdienst automatisch über Position und beteiligte Fahrzeuge + Insassen informiert
9.1.3 Szenario Unfall auf geplanter Route
Die Reise nähert sich dem Ende. Alle sind froh, nach der langen Fahrt, bald endlich am Ziel anzukommen. Plötzlich leuchten die roten Lichter der Vordermänner auf. Das Tempo verringert sich stätig bis hin zum Stillstand. Nichts geht mehr. Die Hoffnung bald weiter fahren zu können ist groß, schließlich ist man erst vor einhundert Metern an der letzten Ausfahrt vorbei und die nächste lässt noch ein gutes Stück auf sich warten. Nachdem man sich nun fast den Hals ausgerängt hat um zu versuchen einen Blick auf die mögliche Ursache zu ergattern kommt die Ernüchterung knallhart. Nichts geht mehr. Ein paar Autos weiter vorne ist ein Unfall geschehen und die Fahrzeuge blockieren die Fahrbahnen. Die Vollsperrung der höheren Macht. Hätte man doch jetzt nur schon die Connected Cars gehabt:
- Der Rettungsdienst wird automatisch über Position und beteiligte Fahrzeuge + Insassen informiert
- Die am Unfall beteiligten Autos melden den folgenden Autos die Gefahrenstelle
- Folgende Verkehrsteilnehmer werden umgehend mittels eines akustischen und sichtbaren Signals gewarnt und aufgefordert vorsichtig aber bestimmt zu bremsen. Denkbar ist auch bei einem automatischen Bremssystem das selbstständige abbremsen des Fahrzeuges
- Die Kette des Informationsflusses reicht von Auto zu Auto immer weiter und verhindert so einen Auffahrunfall
- Selbst weit zurückliegende PKW´s werden durch auf "Achtung!" und ein "Geschwindigkeitslimit" umgestellte digitale Schildtafeln vorbereitet
- Die Fahrer deren Autos die Gefahrenstelle frühzeitig gemeldet kriegen, bekommen vom Navigationssystem eine Route um die Stelle zu umfahren vorgeschlagen
- Der Verkehrsstau bleibt weitesgehend aus; die Rettungskräfte sind schneller am Einsatzort und können Leben retten
9.1.4 Szenario Schlechte Witterungsverhältnisse
Viele Unfälle auf deutschen Straßen passieren aufgrund von schlechten Witterungsverhältnissen. Sei es Nebel, Schneetreiben, starker Regen oder einfach nur das feuchte Laub auf den Straßen. All dies sind Ursachen für Verkehrsunfälle mit oftmals mehreren beteiligten Verkehrsteilnehmern. Bei schlechter Sicht könnte sich hinter nächsten kleinen Kurve, die unter normalen Umständen gut einzusehen ist, schon die nächste Gefahr in Form von einem Unfallfahrzeug befinden. Gänzlich verhindern kann man diese Unfälle nicht, aber man kann mit Hilfe von vernetzten Autos das Risiko um ein Vielfaches minimieren:
- Die verschiedenen Sicherheitssysteme des Autos erkennen die schlechte Beschaffenheit der Fahrbahn zum Beispiel wegen der fehlenden Traktion[14]
- Folgende und entgegenkommende Verkehrsteilnehmer werden über die Situation informiert
- Im Falle eines Unfalles werden ebenso folgende und entgegenkommende Verkehrsteilnehmer auf die Unfallstelle hingewiesen, wie ein digitales Warndreieck
- Sollte sich bei dem Unfall der Airbag geöffnet haben, werden automatisch die Rettungskräfte alarmiert
9.1.5 Szenario Baustelle
Der Verkehr steut sich langsam immer mehr auf der Autobahn. Niemand weiß genau warum. Nachdem man Minuten damit verbracht hat sich im Schneckentempo den Weg durch dieses Verkehrschaos zu bahnen sieht man auch schließlich den Grund für den stockenden Verkehr. Eine der vielen Langzeitbaustellen ist verantwortlich dafür, das der Verkehrsfluss erheblich behindert wird. Das Schild um die Baustelle anzukündigen steht unmittelbar davor und nun weiß jeder Autofahrer das ihn 12km einspurige Fahrbahn mit Teergeruch und Baulärm erwarten. Eine funktionierende, vernetzte Verkehrsinfrastruktur hätte durch frühe bekanntgabe der Baustelle diesen Flaschenhals erheblich entlasten können:
- Eine RSU vor der Baustelle verbreitet die Information auf üblichem Wege unter den Autos
- Informationen über das Verkehrsaufkommen, die Länge der Baustelle, Fahrbahnbreite und die Anzahl der Fahrbahnen sind von großer Relevanz
- Autofahrer und zum Beispiel LKW-Fahrer die ein überbreites Gefährt fahren können nun entscheiden ob sie die Baustelle umfahren wollen
- Der Verkehr wird auf diese Weise entzehrt und das Gefahrenpotential für Autofahrer und Bauarbeiter wird gemindert
9.1.6 Szenario Polizeieinsatz
Da es immer wieder von nöten ist eine Autobahn oder Straße zu sperren, kennen viele Autofahrer die folgende Situation. Die Polizei fährt auf eine Autobahn auf, das blaulicht fängt an zu leuchten und die Schildtafel im Heckfenster fordert, während das Polizeifahrzeug langsam schlenker über alle Fahrbahnen fährt, die nachfolgenden Verkerhsteilnehmer zum bremsen auf.
- Bereits einige Minuten vorher verbreitet eine RSU in der Nähe die Information über die bevorstehende Vollsperrung
- So wird es den Verkehrsteilnehmern ermöglicht diese Vollsperrung zu umfahren
- Erst wenn die Vollsperrung aufgehoben wurde hört die RSU mit der Verbreitung dieser Information auf und gibt somit die Autobahn wieder frei für den Verkehr
9.2 Forschung
- C3World
Das Team der C3World Gruppe, unterstützt vom Land Niedersachsen und der Volkswagen AG, arbeitet an diesem Projekt unter dem Leitthema "Connected Cars in a Connected World" zusammen mit der Niccimon und der Forschungsabteilung der Volkwagen AG. Bei Niccimon handelt es sich um einen Zusammenschluss des Oldenburger Informatikinstituts, des Institus für Nachrichtentechnik der Technischen Universität Braunschweig sowie des Instituts für Kommunikationstechnik der Leibniz Universität Hannover. Förderung erfährt das Projekt vom Wirtschaftsministerium für zunächst fünf Jahren mit bis zu 1,3 Millionen Euro. Darüber hinaus hat die Volkswagen AG einen Betrag von über 3 Millionen Euro für dieses Projekt bereit gestellt. Auch in der Arbeitsgruppe dieses Teams machte man sich zunächst eine Vorstellung davon wie das Endergebnis aussehen könnte. Der Auszug Vision aus dem Flyer der Gruppe verdeutlicht dies wohl am besten: »Automobile werden in der Zukunft immer stärker mit den uns umgebenden Datenströmen vernetzt sein. Fahrzeuge werden untereinander kommunizieren und den Fahrenden und Mitfahrenden sicherheitsrelevante und komforterhöhende Informationen anbieten können. Dies kann etwa ein Gefahrenhinweis auf einen auf der geplanten Fahrstrecke liegengebliebenen Wagen sein, aber auch die Navigation zum nächsten freien Parkhaus, der aktuelle Veranstaltungskalender der angefahrenen Stadt oder die Liste der gestern auf meinen portablen MP3-Player kopierten Musiktitel. Eine Grundlage hierfür ist die robuste und sichere drahtlose Übertragung von Information innerhalb des Fahrzeugs oder zwischen dem Fahrzeug und seiner Umgebung.«[15]
Die Vision ist es eine Standortsbasierte Websuche im Fahrzeug zu realisieren. Die Informationen lassen das Navigationsgerät multifunktionaler werden,[16] und der Zusatznutzen steigt erheblich. Bereits auf dem weg kann man sich so Fakten rund um seine Ziele oder die Gegend in der man sich gerade befindet auf den Navi-Bildschirm und damit ins Auto holen. Weiter Forschungsthemen der C3World Gruppe in Bezug auf Connected Cars und Navigationssysteme sind:
- Suchmaschinentechnologie[17]
- Geographisches Information Retrival[17]
- Mensch-Maschine-Interaktion[17]
- Automotive Infotainment[17]
9.3 Martksituation
9.3.1 Heute
Da es in Bezug auf Navigationsgeräte noch keinen Markt für Connected Cars gibt geben wir an dieser Stelle einen Überblick über andere Systeme die in direkter Verbindung mit den vernetzten Autos stehen. Da wir denken das sich der Markt für neuartige Navigationssysteme ähnlich entwickeln wird versuchen wir anhand dieser Sachen einen Überblick zu geben.
Wie im Abschnitt 7.2 erwähnt bietet Fiat bereits Heute eine Form der Connected Cars an. Mit dem neuartigen Blue&Me System macht der italienische Autobauer die ersten Schritte in eine vernetzte Verkehrswelt. Die Werbekampagne für die neuen Blue&Me Fahrzeuge wurde in Deutschland vor kurzer Zeit gestartet und natürlich erhofft sich Fiat damit gerade den modernen Autofahrer für ein Auto ihrer Werke damit begeistern zu können. Stand 2008 wurden bereits 400.000 Fahrzeuge mit der Blue & Me Technik ausgestattet.[18] Die Zielgruppe der BMW Connected Drive Systeme ist eine etwas andere. Diese doch eher teureren Fahrzeuge zielen auf die Gutverdiener mit Sinn für Innovationen und Lust an der Technik ab. Über genaue Verkaufszahlen können wir an dieser Stelle leider keine Auskunft geben. Die Aussichten stehen aber, unserer Meinung nach, wie für alle Innovationen auf dem Technik Markt sehr gut.
9.3.2 Zukunft
Da es in Zukunft darauf hinaus laufen wird, das die hier beschriebenen Techniken sich großer Beliebtheit erfreuen werden, sehen wir dem Zukunftsmarkt der Connected Cars positiv entgegen. Die kommenden Generationen der Autofahrer sind mit Techniken wie dem Internet aufgewachsen und wollen nahezu in keiner Situation mehr darauf verzichten wollen. Da liegt es nahe das es auch diese Generationen seien werden, welche die Hauptkäuferschicht für die Connected Cars bilden. Wie im Autosektor verbreitet wird es irgendwann dazu kommen das diese Art der Vernetzung serienmäßig in den Automobilen der Zukunft verbaut wird. Wir dürfen uns auf ein ganz neues Fahrgefühl, mehr Komfort und vor allem mehr Sicherheit freuen.
9.4 Zukünftige Möglichkeiten
In diesem Abschnitt wollen wir versuchen zu erahnen wie das Zusammenspiel von Connected Cars und Navigationsgeräten sich auf unterschiedlichste Bereiche des Straßenverkehrs auswirken kann.
9.4.1 Verkehrssicherheit
Weiterhin könnte das TMC-System verbessert werden, wenn jedes Fahrzeug über einen Zugang zum Internet verfügen würde könnte man Routen sehr präziese berechnen. Statistiken darüber wie lange andere Verkehrsteilnehmer für eine bestimmte Strecke benötigen helfen die optimale Dynamische Route für sich selbst zu finden. In diesem Falle könnte über das gleiche Systeme schnell vor Unfällen, Verkehrsbehinderungen oder Gefahren informiert werden um so Unfälle zu vermeiden. Im Bezug auf Pannen würde man sichere Diagnosen geben können, da der ADAC direkt übers Internet auf die Fahrzeugdaten zugreifen könnte und somit gezielter auf den Defekt eingehen kann. Desweiteren könnte durch das Navigationssystem die genaue Position an die betreffende Polizeistelle oder ADAC-Dienst übermittelt werden um so zielsicher das defekte Fahrzeug zu erreichen.
9.4.2 Unterhaltung
Für das Entertaiment System bietet das Internet ganz neue Möglichkeiten, so könnte man Filme direkt über Maxdome etc. streamen oder sich über aktuelle Vorkommisse im Internet informieren. Das Internet könnte dazu genutzt werden sich aktuelle Musiktitel die im Radio gespielt werden direkt aufs Entertaimentsystem im Auto downzuloaden.
9.4.3 Komfort
In Zukunft wird es möglich sein über eine Homepage seine Fahrzeugdaten auszulesen. Der Zugriff auf das Internet im Auto stellt sehr viele neue Möglichkeiten in Betrachtung. Zum Beispiel könnte es möglich sein auf sein Navigationsgerät per Internet zuzugreifen um so neue Musik ins Auto hochzuladen oder seine Route bequem vom Wohnzimmersessel aus zu planen. Auto´s könnten sich über Google Streetview durch echte Straßen navigieren um so Fehler bei der Navigation auszuschliessen. Routen könnten interaktiv gestaltet werden so das, dass Navigationssystem automatisch kurz bevor der Tank leer ist zur gewünschten Tankstellenmarke navigiert.
9.5 Fazit
Zum Schluss bleibt zu sagen das die Welt der Connected Cars bereits in der Gegenwart viele neue Möglichkeiten bietet. Der Einsatzbereich der Navigationssysteme ist in diesem Zusammenhang leider noch nicht sehr ausgeprägt. Es bleibt allerdings zu hoffen das sich dies bald schon ändern wird. Durch Arbeitsgruppen wie die C3World und den Forschungsabteilungen der einzelnen Autobauer rücken wir Tag für Tag näher an diesen Punkt. Der Rückgang der Verkehrstoten im Jahre 2009 auf ein Rekordtief von 4050 Menschen ist ein eindeutiger Indikator dafür das der technische Fortschritt hilft das Unfallrisiko, oder die Auswirkungen nach einem solchen erheblich zu mindern. Es bleibt zu hoffen das diese Zahlen mit neuen Möglichkeiten der Warnung im Straßenverkehr noch mehr schrumpfen werden. Aber nicht nur die Sicherheit sondern auch der Komfort und die Unterhaltungsmöglichkeiten auf langen Reisen werden zunehmen. Die Navigationssysteme der Zukunft werden ein ständiger Begleiter von jedem Vielfahrer werden. Selbst heute ist es schon der Fall, dass viele Autofahrer ohne ihr Navigationssystem gar nicht mehr ins Auto einsteigen. Wahrscheinlich wird diese Abhängigkeit mit noch mehr angenehmen Funktionen und Möglichkeiten der bequemen und komfortablen Routenführung noch größer werden. Der Markt für Connected Cars wird sich wie bei anderen technischen Innovationen sehr schnell entwickeln und das ganze Konzept der vernetzten Verkehrsinfrastruktur etablieren.
Die Arbeit an der Fallstudie war sehr intensiv, zeitaufwendig und trotzdem sehr interessant. Die Herausforderungen des wissenschaftlichen Arbeitens haben ein hohes Maß an Organisation und Selbstkontrolle erforder. Gleichzeitig konnte man diese Gelegenheit jedoch nutzen um das persönliche Zeitmanagement und die Vorgehensweise des selbstständigen Arbeiten verbessern.
Abschließend bleibt zu sagen, wir freuen uns auf die vielfälltigen Einsatzmöglichkeiten der Connected Cars mit ihren Navigationssystemem und hoffen, diese bald dem direkten Test im eigenen vernetzten Auto unterziehen zu können.
10 Fußnoten
- ↑ Vgl. ITWissen http://www.itwissen.info/definition/lexikon/wireless-access-for-velicalur-environment-WAVE.html
- ↑ Vgl. ITWissen http://www.itwissen.info/definition/lexikon/VANET-vehicular-adhoc-network.html
- ↑ Vgl. LTEMobile http://www.ltemobile.de/lte-technik/
- ↑ bezeichnet die Übergabe von Satellit zu Satellit
- ↑ Vgl. LTEMobile http://www.ltemobile.de/news/newsdetails/lte-demonstration-bei-430-kmh/
- ↑ Die SMS (Short Message Service) ist eine Kurznachricht, die üblicherweise von Handy zu Handy geschickt wird
- ↑ Eine Beta Phase beschreibt eine Phase eines grundlegend funktionierendes Produkt, welches aber noch kleinere Fehler enthalten könnte. Diese werden meist durch Updates behoben.
- ↑ Flashspeicher für USB Schnittstellen
- ↑ 9,0 9,1 Der CAN-Bus ist eine von Bosch entwickelte Vernetzung verschiedener Steuergeräte im Auto (Geschwindigkeit, Einschlagswinkel des Lenkrades, Neigung, usw.)
- ↑ §23 Abs.1b (StVO)
- ↑ Bei den Telemetriedaten handelt es sich um die Fahrzeugdaten, welche vom CANBUS zusammegführt werden
- ↑ siehe Abschnitt 8.3
- ↑ Die Rush-Hour bezeichnet einen Zeitraum in dem das Verkehrsaufkommen einen Spitzenwert erreicht. Meist der Berufsverkehr am Morgen und Abend eines Tages
- ↑ Vom lateinischen trahere "ziehen". Steht bei PKW´s für die Umsetzbarkeit der Antriebskraft.
- ↑ C3World_Flyer_de.pdf, Seite 2
- ↑ Vgl. Thomas Kürner, Kuerner_C3World.pdf, Seite 5
- ↑ 17,0 17,1 17,2 17,3 Thomas Kürner, Kuerner_C3World.pdf, Seite 5
- ↑ Vgl. Hanser Automotive (2008), Seite 3
