Vernetzte Kommunikation hinterlässt Spuren bei schweren Nutzfahrzeugen
Sicheres, komfortables und umweltfreundlicheres Fahren sind die Kernthemen bei der Entwicklung hochautomatisierter Fahrzeuge. Mittels einer Vielzahl an Systemen und Sensoren ist automatisierte und vernetzte Technologie dazu in der Lage, Fahrer vor unmittelbar bevorstehenden Gefahren zu warnen, sie beim Umfahren von Straßen mit hoher Verkehrsdichte zu unterstützen und Informationen zu Verkehrszeichen zu übermitteln. Darüber hinaus stellt es sicherheitskritische Daten bezüglich anderer Fahrzeuge zur Verfügung, wie etwa Geschwindigkeit und Kurs sowie ob sie gerade bremsen oder beschleunigen. Kooperative, vernetzte und automatisierte Technologie bringt wertvolle Vorteile für Personenkraftwagen wie für schwere Nutzfahrzeuge gleichermaßen mit sich, allerdings unterscheiden sich die Architekturen aufgrund der enormen Ausmaße der Kombination aus LKW und Anhänger. Vor diesem Hintergrund stellte das Team des EU-finanzierten Projekts ROADART eine neue Plattform für drahtlose Kommunikation für LKW vor, das Sicherheit und Effizienz des Fahrers erheblich steigert und gleichzeitig dabei hilft, schädliche Emissionen zu reduzieren. Im Rahmen von ROADART wurde an verschiedenen möglichen Wegen für die Realisierung von Systemen für die Kommunikation zwischen LKW sowie zwischen LKW und Infrastruktur innerhalb der kommenden Jahre gearbeitet. Viele Antennen, viele Vorteile Die Forscher untersuchten verschiedene Designs für die Anordnung von Antennen, die ganz einfach in die Seitenspiegel von LKW zu integrieren oder in Infrastrukturtürmen einzubauen sind. „Die für die ROADART-Plattform verwendete Antennenanordnung wird durch sogenannte Electronically Switched Parasitic Arrays (ESPARs), also elektronisch geschaltete Arrays aus parasitären Antennenelementen, gebildet. Sie sind derart gestaltet, dass sie niedrige Kosten, verringerte Komplexität und kompakte Größe vereinen, was sie zu hervorragenden Kandidaten für Kommunikationsverbindungen zwischen LKW sowie zwischen LKW und Infrastruktur macht“, merkt Projektkoordinator Dr. Christos Oikonomopoulos an. ESPAR-Antennen erlauben eine dynamische Anpassung ihres Strahlungsmusters, um die Verbindungsqualität zu erhöhen. Um die Verlässlichkeit der Nachrichtenübertragung noch weiter zu steigern, bedienten sich die Forscher einer Technik namens Antennendiversität ,gepaart mit einem neuartigen Verfahren zur Auswahl des Strahlungsmusters, das als Open-Loop Beamforming bekannt ist. „Ein weiterer großer Vorteil der ESPAR-Antennen ist ihre Verwendbarkeit in Kombination mit einer Vielzahl an unterschiedlichen digitalen Kommunikationstechniken, beispielsweise Musterdiversität“, fügt Dr. Oikonomopoulos hinzu. Das Konzept geht auf Durch eine Erhöhung der Robustheit drahtloser Kommunikationsmöglichkeiten hinsichtlich Verluste von Datenpaketen und Latenzzeit steigert sich die Verfügbarkeit der Kommunikationsanwendungen. Verlässliche Kommunikation zwischen LKW hat eine besondere Bedeutung für sicherheits- und zeitkritische Anwendungen des kooperativen Fahrens. Bei ROADART kam für einen Anwendungsfall, der erfolgreich durchgeführt wurde, ein kooperativer Abstandsregeltempomat zum Einsatz – hierbei handelt es sich um eine kooperative Funktion intelligenter Verkehrssysteme, dank der zwei LKW mit geringem Abstand hintereinander herfahren konnten. „Platooning, das elektronische Verkoppeln von Fahrzeugen, erlaubt geringere Abstände zwischen den Fahrzeugen, wodurch der Kraftstoffverbrauch verringert und ein Beitrag zur Vermeidung von zehn Prozent aller Unfälle auf Autobahnen geleistet wird“, so Dr. Oikonomopoulos. Effektive Kommunikation kann außerdem in Situationen, in denen andere Kommunikationsarten eventuell nicht verfügbar sind, wie etwa in langen Tunnel, LKW-Platoons dabei helfen, die bestmögliche Route zu finden. Die Lokalisierungseinheit von ROADART basiert auf einem erweiterten Kalman-Filter, der Daten aus verschiedenen, heterogenen Quellen, darunter GPS, LKW-Sensoren, Positionsdaten kooperativer Fahrzeuge und offen zugänglichem Kartenmaterial, fusioniert. Bei der Demonstrationsfahrt der beiden LKW durch einen zwei Kilometer langen Tunnel war der akkumulierte Lokalisierungsfehler niemals größer als zwei Meter. Gestaltung der Plattform Die neu entwickelte ROADART-Plattform übernimmt die gesamte Signalverarbeitung. Sie besteht aus einem Satz Software-definierter Funkmodule und zweier ESPARs, die an der Außenseite jedes Seitenspiegels angebracht sind, sowie einer entsprechenden Kommunikationseinheit, die sich im Fahrerhaus befindet. Die implementierte Software für die ausgewählten Diversitätstechniken und der Lokalisierungsalgorithmus werden ebenfalls in der Kommunikationseinheit ausgeführt. Im Allgemeinen erreichten Anwendungen mit Antennendiversität / Mehrfachantennen eine bessere Abdeckung und einen um 50 % erhöhten Durchsatz. Die Kombination aus hohem Durchsatz und wenigen Fehlern bei den Datenpaketen verringerte die Latenzzeit um 900 % im Vergleich mit herkömmlichen Antennensystemen. Die bisher im Zuge von ROADART entwickelten Architekturkonzepte sollten sich änderndes Verkehrsaufkommen bewältigen können und eine solide Grundlage für weitere Forschung bilden.
Schlüsselbegriffe
ROADART, Electronically Switched Parasitic Arrays (ESPARs), Kommunikation zwischen LKW, Kommunikation zwischen LKW und Infrastruktur, Technologie für intelligente Verkehrssysteme, Platoon (elektronisch verkoppelte Fahrzeuge), Lokalisierung, Software-definierter Funk, kooperativer Abstandsregeltempomat
