C V2X: Ein verbessertes Kommunikationssystem für Fahrzeuge

Der Kommunikationsstandard C V2X erlaubt es einem Fahrzeug, mit anderen Verkehrsteilnehmern, mit dem Netzwerk und mit der Infrastruktur zu kommunizieren. C V2X erhöht dadurch die Sicherheit und senkt den Energieverbrauch.

C V2X: Ein neuer Kommunikationsstandard mit vielen Anwendungen in der Logistik

Cellular Vehicle to Everything (abgekürzt als C V2X) ist die Bezeichnung für einen neuen Kommunikationsstandard, der einen verbesserten Datenaustausch erlaubt. Dieser Standard regelt sowohl die Kommunikation zwischen verschiedenen Fahrzeugen als auch mit der Infrastruktur der Straße. Darüber hinaus gibt er die Regeln für die Integration in ein größeres Netzwerk vor. C V2X soll dabei folgende Vorteile bieten.

Mehr Sicherheit durch frühzeitige Erkennung anderer Verkehrsteilnehmer
Effizientere Nutzung der Verkehrs-Infrastruktur
Schnelle und zuverlässige Weitergabe der Informationen
Geringerer Energieverbrauch

Aufgrund dieser Vorteile kann C V2X zu erheblichen Fortschritten beim Autonomous Driving beitragen. Davon profitieren Speditionen in hohem Maße, da sie auf diese Weise ihre Waren deutlich kostengünstiger transportieren können.

Doch auch in anderen Wirtschaftszweigen kann C V2X zu großen Kosteneinsparungen führen, beispielsweise beim Ride Hailing. (#01)

Von IEEE V2X zu C V2X: Was zeichnet die neue Technik aus?

V2X ist kein neuer Ansatz. Diese Technik findet bereits seit mehreren Jahren Verwendung, um die Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und anderen Geräten zu ermöglichen. Dafür kam jedoch bislang der Standard IEEE 802.11p zum Einsatz. Dieser hat sich bereits bei zahlreichen Anwendungen bewährt und viele Ingenieure setzen nach wie vor auf diese Technik. Als Alternative dazu hat das 3 GPP (3rd Generation Partnership Project) jedoch C V2X entwickelt.

Beim 3 GPP handelt es sich um einen Zusammenschluss, an dem vorwiegend staatliche Behörden aus Europa, den USA und China beteiligt sind. Das Ziel dieser Organisation besteht darin, weltweit einheitliche Regeln für den Mobilfunk zu entwickeln. Mit dem Release 14, den die Organisation 2017 veröffentlicht hat, setzte sie neue Regeln für die Kommunikation zwischen Fahrzeugen in Kraft, die den mittlerweile in die Jahre gekommenen IEEE-Standard ersetzen sollen. C V2X zeichnet sich gegenüber der bisherigen Technologie durch folgende Vorteile aus:

Höhere Reichweite
Verbesserte Zuverlässigkeit, auch in Gebieten mit hohem Funkverkehr
Höhere Kompatibilität zu verschiedenen Mobilfunkstandards, unter anderem zu 5G
Verbesserte Kosten-Effizienz
Geringe Latenzzeiten

Die Anwendungsmöglichkeiten für IEEE 802.11p und für C V2X sind jedoch weitestgehend die gleichen. Diese Techniken kommen in erster Linie zum Einsatz, um Daten zwischen Fahrzeugen direkt auszutauschen. Auf diese Weise kann der Fahrer oder das elektronische Steuerungssystem Informationen über andere Fahrzeuge erhalten, noch bevor diese in Sichtweite sind. Darüber hinaus können die Fahrzeuge untereinander Nachrichten weitergeben, beispielsweise zu plötzlich auftretendem Glatteis, zu einem Fußgänger auf der Fahrbahn oder zu einer anderen Gefährdung.

C V2X ermöglicht eine Kommunikation zwischen den Fahrzeugen. (#02)

5G und C V2X

Der Standard C V2X stellt lediglich die Regeln für die Kommunikation zwischen den einzelnen Teilnehmern auf. Um die konkreten Daten zu übertragen, ist diese Technik jedoch auf einen Mobilfunkstandard angewiesen. Dabei ist es möglich, C V2X mit 4G oder mit 5G zu verwenden. Gerade diese hohe Kompatibilität zu verschiedenen Mobilfunkstandards stellt einen der wesentlichen Vorteile dieser Technik dar.

Viele Geräte verwenden noch den 4G-Standard. Doch gibt es bereits erste Produkte, die auch 5G nutzen können. Nun könnte man den Einwand vorbringen, dass der Aufbau des 5G-Netzes in Deutschland noch gar nicht begonnen hat. Dennoch ist es bereits heute möglich, die 5G-Technik für C V2X zu nutzen. Das liegt darin begründet, dass diese Technik nicht immer ein steuerndes Netzwerk benötigt. Sie ermöglicht auch eine direkte Kontaktaufnahme. Das bedeutet, dass ein Fahrzeug mit der 5G-Technik auf direktem Wege mit einem anderen Verkehrsteilnehmer oder mit einem Infrastruktur-Element kommunizieren kann, vorausgesetzt der Partner erlaubt ebenfalls die Nutzung von 5G.

Dabei spielt es keine Rolle, ob an diesem Ort bereits ein funktionierendes 5G-Mobilfunknetz besteht. Nur für die Kommunikation mit dem übergeordneten Netzwerk ist eine entsprechende Netzabdeckung erforderlich. Solange diese nicht besteht, ist es jedoch auch möglich, auf 4G auszuweichen. Wenn es möglich ist, 5G zu nutzen, bietet diese Technik jedoch viele Vorteile. Dabei ist nicht nur die höhere Übertragungsrate zu nennen. Darüber hinaus funktioniert 5G deutlich besser, wenn sich sehr viele Geräte innerhalb des gleichen Sendebereichs befinden. Außerdem hat diese Technik im Gegensatz zu 4G keine Probleme mit hohen Geschwindigkeiten.

Das folgende Video vermittelt einen Eindruck davon, auf welche Weise die Verwendung von 5G den Komfort und die Sicherheit im Straßenverkehr erhöhen kann:

5G car connectivity V2V, V2X – low latency, high bandwidth

Automatisiertes Fahren mit verbesserten Kommunikationsmöglichkeiten

Autonomes Fahren bietet ein enormes Potenzial für die Mobilität der Zukunft. Diese Technik kann nicht nur den Komfort und die Sicherheit bei der Fahrt deutlich erhöhen. Darüber hinaus kann sie zahlreiche Dienstleistungen deutlich kostengünstiger gestalten. Eine zuverlässige V2X Communication kann die Sicherheit und die Zuverlässigkeit beim autonomen Fahren deutlich erhöhen. Daher könnte C V2X dieser Technik zum endgültigen Durchbruch verhelfen.

Zwar gibt es bereits zahlreiche Projekte, die automatisches Fahren in der Praxis testen, allen voran Google Self Driving Cars und Uber Self Driving Cars. Dabei handelt es sich jedoch bislang lediglich um Versuchsprojekte. Autonome Serienfahrzeuge sind noch nicht verfügbar. Allerdings bietet C V2X auch bei herkömmlichen Fahrzeugen viele praktische Anwendungsmöglichkeiten. Die Technik erlaubt es etwa, die Informationen mit anderen Verkehrsteilnehmern auszutauschen und auf einem Bildschirm oder per Sprachausgabe an den Fahrer zu übermitteln. Auf diese Weise ist es möglich, ihn auf Gefahren aufmerksam zu machen oder ihm eine Hilfestellung für eine möglichst effiziente Fahrweise zu geben.

Weniger Unfälle durch C V2X

Die Zahl der Toten und Verletzten bei Unfällen in Deutschland hat in den letzten Jahren deutlich abgenommen, obwohl der Verkehr zugenommen hat. Diese Entwicklung zeigt die folgende Tabelle auf:

Zahl der Unfallopfer in Deutschland
	Getötete	Verletzte
2000	7.503	504.074
2005	5.361	433.443
2010	3.648	371.170
2015	3.459	393.432
2016	3.206	396.666
2017	3.180	390.312

Quelle

Der Grund für die Reduzierung der Toten und Verletzten im Straßenverkehr ist in erster Linie der verbesserte Schutz der Insassen im Fahrzeug. Maßnahmen wie Airbags, Seitenaufprallschutz und eine verstärkte Fahrgastzelle sorgen dafür, dass immer weniger Unfälle schwere Folgen haben. Der nächste Schritt der technischen Entwicklung besteht jedoch darin, Kollisionen bereits im Ansatz zu verhindern.

Die V2X-Technik kann dazu einen wertvollen Beitrag leisten. Sie ermöglicht es beispielsweise bei einem Überholvorgang, Informationen über ein entgegenkommendes Fahrzeug zu erhalten, lange bevor sich dieses in Sichtweite befindet. Auch wenn ein Fahrzeug an einer unübersichtlichen Stelle zum Stehen gekommen ist oder wenn eine andere Gefahrenstelle besteht, ermöglicht es V2V, die entsprechenden Daten auszutauschen. Fußgänger, Radfahrer oder andere besonders gefährdete Verkehrsteilnehmer können sich ebenfalls mit einem entsprechenden Sender ausstatten. Das führt dazu dass die Fahrzeuge sie besser erkennen und rechtzeitig bremsen können.

Das folgende Video stellt vor, wie C V2X Kommunikation die Sicherheit im Straßenverkehr bei einem Praxis-Versuch in Las Vegas erhöhen konnte:

CES 2019: Live C-V2X Demonstrations in Las Vegas

Staus durch effiziente Kommunikationssysteme vermeiden

Unternehmen, die im Logistik-Bereich tätig sind, leiden stark unter der unzureichenden Verkehrs-Infrastruktur in Deutschland. Die folgende Tabelle zeigt, wie stark die Zahl der Lkws in Deutschland in den letzten Jahren angestiegen ist:

Zahl der gemeldeten Lkws in Deutschland (in 1.000)
1960	681
1980	1.277
1990	1.389
2000	2.527
2010	2.385
2015	2.701
2016	2.801
2017	2.912
2018	3.031
2019	3.149

Quelle

Im Bereich der Pkws sind die Steigerungsraten ähnlich. Zwar gab es in dieser Zeit auch unzählige neue Straßenbauprojekte. Dennoch ist die Auslastung deutlich angestiegen. Das führt zu unzähligen Staus. Logistik-Unternehmen müssen während dieser Wartezeit die Arbeitszeit ihrer Fahrer bezahlen. Außerdem führen Staus häufig zu Verzögerungen bei der Auslieferung der Waren. Das kann zu Problemen mit den Kunden führen.

Doch auch in diesem Bereich kann die Car2Car Technologie für Abhilfe sorgen. Ein Beispiel hierfür ist der Ziehharmonika-Effekt. Wenn ein Fahrzeug bremst, vergehen einige Sekundenbruchteile, bis der Fahrer des nachfolgenden Fahrzeugs dies bemerkt. Daher muss er bereits deutlich schärfer abbremsen. Im dichten Verkehr verstärkt sich dieser Effekt von Fahrzeug zu Fahrzeug, bis der Verkehr schließlich vollständig zum Erliegen kommt. Wenn ein Auto jedoch mit Car2X Kommunikation ausgestattet ist, erhält es die Informationen über die veränderte Geschwindigkeit direkt übermittelt, selbst wenn sich der Verursacher deutlich weiter vorne in der Schlange befindet. Das ermöglicht es, die Geschwindigkeit rechtzeitig anzupassen. Das reduziert wiederum den Ziehharmonika-Effekt und kann dadurch Staus verhindern.

Auf diese Weise können Self Driving Cars zu einer effizienteren Nutzung der Verkehrswege beitragen. Außerdem kann eine gleichmäßigere Geschwindigkeit den Energieverbrauch reduzieren. Dazu kann auch V2I, beispielsweise der Informationsaustausch mit Ampeln, beitragen.

Kommunikation für eine optimale Organisation der Flotte

Eine weitere Möglichkeit stellt es dar, Daten über das Netzwerk auszutauschen. Diese Technik bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten – nicht nur für private Autobesitzer, sondern auch für Shared Ride Angebote. Sie dient unter anderem dazu, Informationen über Staus und Baustellen abzurufen. Da sie über das Mobilfunknetz abläuft, hat sie eine beinahe unbegrenzte Reichweite.

Speditionen und Zustell-Dienste können diese Technik für die Organisation ihrer Flotte nutzen. Dabei ist es in Echtzeit möglich, die Ziele der einzelnen Fahrzeuge für einen möglichst effizienten Warentransport abzustimmen. Auf diese Weise wäre es beispielsweise möglich, autonome mobile Packstationen einzurichten, die Pakete selbstständig ausliefern. Dabei können sie sich über das Netzwerk mit dem Empfänger abstimmen, um Ort und Zeitpunkt festzulegen.

So könnte eine autonome mobile Packstation aussehen. (#03)

Grenzüberschreitende Kommunikation in Praxisversuch getestet

Zahlreiche Speditionen liefern Güter in andere Länder. Wenn sie für ihre Fahrzeuge die V2X-Kommunikation nutzen, ist es wichtig, dass diese auch im Ausland reibungslos abläuft. Daher ist es wichtig, die Techniken in den verschiedenen Ländern aufeinander abzustimmen. Für diese Aufgabe hat das ConVex Konsortium, ein internationaler Zusammenschluss aus Wirtschaftsvertretern und Forschungseinrichtungen, nun einen internationalen Test durchgeführt.

Zu diesem Zweck führten im Dreiländereck zwischen Frankreich, Luxemburg und Deutschland Versuchsfahrzeuge mehrere Grenzübertritte durch. Die Forscher beobachteten dabei, ob der Datenaustausch dabei in allen Ländern problemlos funktionierte. Die Ergebnisse zeigten, dass diese Technik auch über die Grenzen hinweg zu einer sicheren und effizienten Fahrweise beitragen kann.

Automotive Cyber Security: ein wichtiger Aspekt bei vernetzten Fahrzeugen

Autonome Fahrzeuge haben jedoch auch einige Risiken. Solange es sich hierbei um ein abgeschlossenes System aus Kameras, Sensoren und Steuerungseinheiten handelt, ist es für Hacker schwierig, hier einzudringen. Eine vernetzte Datenübertragung erleichtert jedoch einen Angriff auf die E/E-Architektur des Fahrzeugs. Diese Gefahren gilt es zu vermeiden. Für diese Aufgabe stellen die beteiligten Unternehmen und Behörden parallel zu den neuen Standards für die Datenübertragung auch Regel auf, die die Automotive Cyber Security verbessern.

Neuer Chipsatz von Qualcomm: So können die Fahrzeughersteller C V2X umsetzen

Wenn man sich mit C V2X befasst, dann ist auch die Frage von Bedeutung, welche Produkte für diese Technik bereits erhältlich sind. Auch in dieser Hinsicht gab es in den letzten Monaten eine wichtige Neuerung. Anfang des Jahres stellte der Hersteller Qualcomm seine neuen Snapdragon Automotive Plattformen für 4G und 5G vor. Diese sollen bis 2021 in Serie hergestellt werden. Der entsprechende Chipsatz verwendet die C-V2X-Technik und soll es daher bereits in naher Zukunft den Autoherstellern ermöglichen, diese Technik einfach und kostengünstig in ihre Fahrzeuge zu integrieren.