Integrierte Kommunikationsplattform für automatisierte Elektrofahrzeuge

Für effizientes elektrisches Fahren sind automatisierte Fahrfunktionen unerlässlich. Durch fehlende und intransparente Kommunikationsstrukturen sowie eine einheitliche Informationsqualität ist eine herstellerübergreifende Integration von automatisiertem (elektrischen) Fahren bislang erschwert.

Die integrierte Kooperationsplattform für automatisierte Elektrofahrzeuge iKoPA bringt Technologien auf innovative Weise zusammen. Dies gelingt mittels eines multiplen Kommunikationsansatzes durch Unterstützung von Car-to-X-Kommunikation, Digitalem Audio Broadcast (DAB) und Mobilfunk sowie der Integration von Fahrerassistenz-Systemarchitekturen zur Unterstützung von hoch- und vollautomatisierten Fahrmanövern. Die Elektroniksysteme der Elektrofahrzeuge können über den erweiterten Car2X-Systemverbund Dienstanbietern ihre Daten in abgesicherter Weise und in Echtzeit zur Verfügung stellen. Mit der Anbindung der Verkehrsinfrastruktur, z.B. Ampelanlagen und Ladestationen durch ein innovatives Aufrüst-Kit, werden neue und optimierte Fahr-, Park- und Ladefunktionen mit hohem bis vollem Automatisierungsgrad ermöglicht.

iKoPA entwickelt die Grundlage für ein System, das als offene Integrationsplattform zukünftige Dienste im Bereich des intelligenten Verkehrs und des automatisierten Fahrens innovativ, zukunftsfähig und flächendeckend verbindet. Die Einführung elektromobiler Anwendungen wird durch Erhöhung des Zusatznutzens beschleunigt und dient als Basis für eine Vision der automatisierten und elektromobilen Mobilität der Zukunft.

Motivation und Zielsetzungen

Hochautomatisierte Fahrfunktionen können ein effizienteres elektrisches Fahren ermöglichen und die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöhen. Jedoch gibt es momentan für automatisierte Funktionen in Elektrofahrzeugen noch Hemmschwellen, die zu Marktbarrieren führen. Im Unterschied zur „klassischen“ Mobilität mit Verbrennungsmotoren adressiert die Elektromobilität ein deutlich weiteres Umfeld. Das passende Zusammenspiel von intelligenten Verkehrssystemen in der Infrastruktur (Smart Traffic), den intelligenten und automatisierten Systemen eines e-Fahrzeugs (Smart eCar) und der Energie-Infrastruktur (Smart Grid) nimmt deshalb eine Schlüsselstellung ein. iKoPA betrachtet das Elektrofahrzeug in diesem Kontext.

Die bis dato im Markt verfügbaren Systeme verfolgen keinen umfassenden und konsistenten Ansatz. Die Felder Elektromobilität und hochautomatisiertes Fahren bieten momentan weder transparente Kommunikationsstrukturen noch eine einheitliche Informationsqualität. Funktionen sind nicht herstellerunabhängig übertragbar und Technologien nicht aufeinander abgestimmt. Sowohl die Einbindung dritter Dienstleister (wie z.B. Parkhausbetreiber) als auch Infrastruktureinrichtungen (wie Ampelanlagen, Ladeninfrastruktur, …) ist nur vereinzelt und durch proprietäre Ansätze möglich. Der effiziente Einsatz Broadcast-basierter Systeme zur Informationsverbreitung im Bereich der Elektromobilität ist bisher überhaupt noch nicht betrachtet worden. Die sinnvolle Integration herstellerübergreifender automatischer Funktionen für das effiziente elektrische Fahren wird dadurch erschwert.

Ziel dieses Vorhabens ist es, unterschiedliche Infrastruktursysteme miteinander zu verbinden. Ein multipler Kommunikationsansatz mit den Kommunikationsstandards ETSI ITS-G5 (IEEE 802.11p), DAB TPEG und Mobilfunk wird die Basis dafür bilden. Diese Standards decken den Bedarf der elektromobilen Anforderungen bisher nur unvollständig ab, so dass neuartige Anforderungen identifiziert und in die Weiterentwicklung der Standards bei TISA, ETSI, CEN und ISO eingebracht werden müssen.

Vorgehensweise – Forschungsbedarf und innovative Ansätze

iKoPA strebt an, die vorhandenen proprietären Strukturen aufzulösen und die diversen Technologien einander anzugleichen. Einheitliche Zugangspunkte für Dienstanbieter und Zugangsnetze werden spezifiziert. Es erfolgt ein sicheres und betreiberloses Vernetzen der Zugangspunkte. Bezogen auf die globale Zielsetzung, effizientes, sicheres und hochautomatisiertes elektrisches Fahren zu erreichen, soll – aufbauend auf den Erkenntnissen aus CONVERGE – die Kommunikations-, Dienste- und Organisationsarchitektur für den Einsatz im Elektromobilitätsumfeld angepasst und erweitert werden. iKoPA verfolgt einen innovativen multiplen Kommunikationsansatz mit gleichzeitiger Unterstützung von Car-to-X-Kommunikation, DAB TPEG und Mobilfunk sowie der Integration von Fahrerassistenz-Systemarchitekturen zur Unterstützung hochautomatisierter Fahrmanöver. Dazu ist es notwendig, dass bereits im Feld existierende Ladesäulen durch in iKoPA zu entwickelnde Aufrüst-Kits kostengünstig an den Car2X-Systemverbund angeschlossen werden können und mit den Fahrzeugen kommunizieren können. Die Elektroniksysteme der Elektrofahrzeuge sollen dabei in Echtzeit notwendige Informationen zur Verfügung stellen und werden somit zu mobilen Sensoren im Verkehrsnetz. Dadurch wird nicht nur ein automatisiertes Energie- und Reichweitenmanagement über Ladestationen hinweg etabliert, sondern auch Fahr-, Park- und Ladefunktionen mit hohem bis vollem Automatisierungsgrad ermöglicht.

Gleichzeitig ermöglicht die Erweiterung des Car2X-Systemverbundes neuartige mobile Dienste durch die dynamische Integration von Dienstanbietern. Dabei sind technische Maßnahmen abgesichert durch ein rechtliches Rahmenwerk und eine marktgerechte Realisierung. Ein innovatives Beispiel für einen neuartigen mobilen Dienst ist die hochautomatisierte Fahrt eines Elektrofahrzeugs zu einem induktiven Ladeparkplatz unter Einbeziehung von lokaler Kamera-basierter Sensorik. Ein weiteres Beispiel ist die Unterstützung von hochautomatisierten Fahren durch die Bereitstellung von Infrastruktur-basierten Daten (z.B. von Lichtsignalanlagen) zum energieeffizienten Fahren.

Erfahrungen aus der Vergangenheit, z. B. aus Projekten wie CONVERGE, haben aufgezeigt, dass besondere Märkte angepasste Technologien benötigen und dass Technologien Märkte beeinflussen können. Zentrale, plattformbezogene Ansätze sind über einen längeren Zeitraum am Markt nicht überlebensfähig. Der Einsatz von angepassten technologie-basierten Ansätzen kann hier helfen, Marktbarrieren abzubauen. Nicht am Markt orientierte Technologien erzeugen dagegen Marktbarrieren. Hieraus ergibt sich sowohl eine schwierige Umsetzung von Fahr-, Park- und Ladefunktionen mit hohem bis vollem Automatisierungsgrad als auch eine erschwerte Verknüpfung von Automatisierung mit dem Energie- und Reichweitenmanagement. Während mehrere Fahrzeughersteller Prototypen zur automatisierten Fahrt in geschlossenen Parkhäusern gezeigt haben (teils mit interner Lokalisierung, teils mit externen Infrastruktur-gebundenen Lösungen), gibt es keinerlei markttaugliche Ansätze zu einer Standardisierung in diesem Bereich. Letztlich droht eine Monopolisierung proprietärer Segmentlösungen, wichtige sozioökonomische Zielsetzungen werden nicht umgesetzt und für die Elektromobilität entstehen Innovationshürden, die eine Steigerung der Anreizwirkung konterkarieren.

Ein Erfolgsmodell für Märke sind bisher die Prinzipien des Internets. Es basiert auf institutionellen und technischen Rollenmodellen. In iKoPA wird der Elektromobilitätsmarkt systematisch auf institutionelle und technische Rollen untersucht. Institutionelle Rollen werden am realen Markt durch Akteure abgebildet (Firmen übernehmen die Aufgabe); Vorgabe sind die Ergebnisse aus dem Projekt CONVERGE. Die Untersuchung beinhaltet die Service-Ebene, die Zugangsebene (multipler Kommunikationsansatz Mobilfunk, Car-to-X, DAB, RFID) und die Mobilen Knoten (multimodales Fahrzeug, Smartphone, …).

Die vom Konsortium gewählte Methode bietet einen neuen wissenschaftlichen Ansatz für Technologieprojekte, da die ausgewählten Technologien direkt mit dem Markt reflektiert werden und die relevanten Stakeholder Teil des iKoPA-Konsortiums sind.

Offen ist die Betrachtung aller Elemente in einem Gesamtsystem im Hinblick auf die Fragestellung, wie ein geeignetes Zusammenspiel der möglichen Kommunikationstechnologien (Car-to-X-Kommunikation, TPEG, mobiles Internet etc.) passend für ein elektromobiles Fahrzeug und dessen organisatorisch-betrieblichen Kontext erreicht werden kann. iKoPA greift diese Fragestellung auf. Der Markterfolg neuer Technologien wird von einheitlichen Standards begünstigt, deshalb werden entsprechende Handlungsempfehlungen für Standards abgeleitet, um eine breite Akzeptanz in der Elektromobilitätslandschaft abzubilden. Die Ergebnisse wird iKoPA in die geeigneten Gremien von ETSI ITS und TISA einbringen.

 Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele von iKoPA

• Verknüpfung von automatisierten Fahrfunktionen mit infrastrukturbasierten Daten zur Verbesserung der Elektromobilität
• Sichere Kommunikation auf Hardware-Basis unter Berücksichtigung der datenschutzrechtlichen Aspekte
• Konvergente einheitliche Kommunikation über multiple Kommunikationssysteme
• Multimodale Interaktion der mobilen Knoten Smartphone und Fahrzeug
• Integration von Verkehrs- und Ladeinfrastruktur

Ziel der Integration ist eine bedarfs- und marktgerechte Vernetzung von Ladeinfrastruktur, Elektrofahrzeug und Infrastruktur für die Verkehrssteuerung, um eine geeignete Unterstützung automatischer Fahrfunktionen für das elektrische Fahren zu erreichen. Die Integration bietet die Grundlage für Anwendungen wie optimierte Reichweitenplanung, Optimierung des Energieverbrauchs, zeitlich und örtlich präzise automatische Reservierung von Ladesäulen und Lademanagement.

Primär ist hier zunächst der erforderliche Bedarf automatischer Fahrfunktionen für das elektrische Fahren aus den zu definierenden Anwendungsfällen zu ermitteln. Aus einer Beschreibung von Use Cases kann dieser Bedarf abgeleitet werden

Aus dem Abgleich des Bedarfs mit dem aktuellen Stand der Technik soll die Identifikation von Lücken im Bereich der Kommunikationsprotokolle der Ladeinfrastruktur und der chipbasierten Car-to-X Kommunikation erreicht werden. Dies erfolgt mittels Feststellen der erforderlichen Dateninhalte für die Funktionen eines effizienten elektrischen Fahrens und dem Abgleich mit den verfügbaren Kommunikationsprotokollen sowie der erforderlichen Verbesserung dieser Protokolle.

Das erforderliche Ineinandergreifen der Kommunikationstechniken zur Realisierung der Anwendungsfälle wird durch das Vorhaben sowohl im Allgemeinen erarbeitet als auch spezifisch auf Basis des realen Stands der Technik sowie einer realistischen wirtschaftlichen Umsetzung definiert.

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Projektlaufzeit
01.12.2015 bis 31.12.2018 (37 Monate)

Projektpartner

gefördert von: