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Der Straßenverkehr braucht Kooperation

In Zukunft sollen Autos automatisch miteinander kommunizieren und Informationen austauschen. Wie das gelingt und welche Vorteile es bringt, wird an der TU Wien untersucht.

Eine Straßenszene in der Stadt mit Zebrastreifen, einem roten Auto und Gebäuden. In der grauen Box am Dach des Autos befinden sich die Millimeterantennen. Fotografiert mit Fischaugen-Objektiv.

Experiment vor der TU Wien

In der grauen Box am Dach des Autos befinden sich die Millimeterantennen.

In der grauen Box am Dach des Autos befinden sich die Millimeterantennen.

Über autonomes Fahren wird viel diskutiert: Können wir Autos bauen, die ohne menschliches Eingreifen ans Ziel finden? Viel wichtiger für den Verkehr der Zukunft ist aber eigentlich eine andere Vision – nämlich die vom kooperativen Verkehr. Laufend sollte im Straßenverkehr Information ausgetauscht werden, denn so kann man einander vor Gefahren warnen oder Aktionen gezielt aufeinander abstimmen. Das ist sowohl bei automatisiert fahrenden Autos möglich, als auch bei Assistenzsystemen für menschengesteuerte Fahrzeuge. Studien der TU Wien zeigen, dass sich durch kooperatives Fahren Zeit und Treibstoff sparen lässt, und auch die Unfallgefahr kann man auf diese Weise reduzieren. Die Kommunikationstechnologie, die dafür nötig ist, wird an der TU Wien entwickelt.

Kooperatives Routenplanen: Ich fahre dort, wo du nicht fährst

„Man kann das täglich im Berufsverkehr beobachten: Wenn jeder einfach die kürzeste Strecke wählt, stehen alle im Stau“, sagt Prof. Christoph Mecklenbräuker vom Institut für Telekommunikation der TU Wien. „Mit Computersimulationen kann man untersuchen, welcher Vorteil durch kluge Kooperation entstehen würde, sodass die Autos über verschiedene Straßen verteilt werden. Am Beispiel einer Modellrechnung in Kooperation mit der FH Hagenberg für den Linzer Stadtverkehr konnte gezeigt werden, dass sich der Treibstoffverbrauch um 30 % bis 70 % senken lässt.“

Kooperation zwischen den Fahrzeugen dient aber nicht nur der Routenplanung, sondern auch der Verkehrssicherheit: In Zukunft könnten Fahrzeuge ihre jeweilige Umgebung mit Hilfe von Sensoren beobachten und sicherheitsrelevante Sensordaten automatisch austauschen. „Es gibt hier zwei verschiedene Aspekte“, erklärt Christoph Mecklenbräuker. „Einerseits die Kommunikation über Funkverbindungen zwischen den Verkehrsteilnehmern untereinander, andererseits die Vernetzung der Verkehrsteilnehmer mit der Straßeninfrastruktur.“

Funk zwischen verschiedenen Fahrzeugen könnte zum Beispiel beim Überholen helfen: Das vordere Fahrzeug kann an das hintere Fahrzeug die Information weiterleiten, ob momentan Gegenverkehr in Sicht ist. Eine Sendeanlage am Straßenrand könnte vor drohendem Wildwechsel oder Geisterfahrten warnen und vorbeikommende Autos informieren, dass die Fahrbahn an einer bestimmten Stelle eisig ist.

„Solche Informationen könnten in vielen Situationen sehr nützlich sein, egal ob man sie für autonomes Fahren nützt, oder in Form von Assistenzsystemen für menschengesteuerte Autos“ erklärt Mecklenbräuker. „Allerdings gibt es dabei viele technische Fragen zu klären, sowohl im Bereich der Sensorik als auch im Bereich der Datenübertragung.“

Rundum-Sensoren und zuverlässige Kommunikation

Die Fahrzeuge werden mit einer eigenen Sendeeinheit ausgestattet. Elektromagnetische Wellen werden von anderen Fahrzeugen reflektiert. Die Zeitdauer zwischen Aussenden und Empfangen des Signals gibt Auskunft über den Abstand, gleichzeitig wird bei der Reflexion die Frequenz der Welle verändert – über diese Dopplerverschiebung lässt sich die Geschwindigkeit der Fahrzeuge bestimmen. So entsteht ein umfassendes Bild der Verkehrssituation.

Herausfordernd ist auch, für eine verlässliche und effiziente Kommunikation zwischen den Fahrzeugen zu sorgen. „Es gibt nicht nur die Ausbreitung der Signale entlang der direkten Sichtverbindung. Die Signale breiten sich in Form von Wellen aus und diese werden an verschiedenen Objekten reflektiert oder gestreut – etwa von Verkehrsschildern, anderen Fahrzeugen oder Gebäuden – und gelangen auf mehreren unterschiedlichen Wegen vom Sender zum Empfänger“, erklärt Christoph Mecklenbräuker. Sein Team untersucht sowohl in theoretischen Berechnungen als auch in praktischen Experimenten die Statistik dieser Phänomene im Verkehrsalltag und wie man sie technisch nutzen kann.

„Vom Standpunkt der Telekommunikation aus betrachtet, ist das eine sehr herausfordernde Situation“, sagt Mecklenbräuker. „Sowohl Sender als auch Empfänger bewegen sich, dazwischen haben wir es mit einem dynamischen Umfeld zu tun, und gleichzeitig ist ein hohes Maß an Verlässlichkeit bei der Datenübertragung wichtig.“

Menschenleben retten

Dass sich kooperatives Fahren im Lauf der Zeit durchsetzen wird, steht für Christoph Mecklenbräuker außer Zweifel: „Dass wir im Verkehr die Effizienz erhöhen sollten, um Energie zu sparen, ist klar – da können neue Technologien helfen. Und vor allem sollen sie einen Beitrag leisten, die Zahl der Unfälle zu senken. Alleine in Österreich sterben jedes Jahr mehrere hundert Menschen im Straßenverkehr. Daran haben wir uns gewöhnt – aber es gibt keinen Grund, das als unvermeidbare Tatsache einfach hinzunehmen.“

Kontakt

Prof. Christoph Mecklenbräuker
Telecommunications
Technische Universität Wien
T +43-1-58801-38980
christoph.mecklenbraeuker@tuwien.ac.at

Aussender:
Dr. Florian Aigner
PR und Marketing
Technische Universität Wien
Resselgasse 3, 1040 Wien
T +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at