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Autonomes Fahren

Autonomes Fahren mit 5G
Die Basis für mobile Entwicklung in Deutschland

Der neue Mobilfunkstandard 5G hat eine weit größere Bedeutung als nur noch schnelleres Internet auf deinem mobilen Smartphone. Das neue 5G-Netz ist die Basis für die weitere digitale Entwicklung Deutschlands. Viele Technologien der nahen Zukunft sind ohne ein schnelles und zuverlässiges Netz nicht umsetzbar. Dazu gehören auch vernetzte Städte und autonomes Fahren.

Die Umsetzung der Technologie für automatisiertes Fahren stellt derzeit die Entwickler noch vor ordentliche Herausforderungen. Aber bald schon soll es möglich sein im Auto zu sitzen, ohne sich aktive Gedanken über Staus, Routen und Überholmanöver zu machen.

Die Systeme der selbstfahrenden Autos sind hochkomplex und müssen zu jeder Zeit absolut perfekt funktionieren. Die Sicherheit im Straßenverkehr muss schließlich für alle Verkehrsteilnehmer, zu jeder Zeit, gewährleistet sein. Kurze Latenzzeiten sind deshalb das Schlüsselwort. Die Systeme in den einzelnen Autos und der vernetzten Stadt müssen in Echtzeit – alle gleichzeitig – Daten miteinander austauschen. Und diesem Datenansturm muss das Netz standhalten. Leisten soll dies, das neue
5G-Netz, das in den nächsten Jahren aufgebaut wird.

Die emanzipierten Autohersteller –
Automatisiertes Fahren mit eigenen Testapplikationen

Die Automobilhersteller in Deutschland wollen sich für den Betrieb der autonomen Fahrzeuge nicht vollständig auf die Netzbetreiber verlassen. Wie das Handelsblatt im Sommer berichtete, planen Konzerne wie VW und BMW für ihre Autos eigene virtuelle Umgebungen. Diese sollen allerdings zunächst nicht großflächig, sondern lokal entstehen.

Möglich macht dies die Vergabe von entsprechenden 5G-Frequenzen an die Industrie. Wofür die Betriebe die Frequenzen im Detail nutzen ist ihnen überlassen. Ob also das lokale 5G-Netz auf dem Firmengelände vorrangig die Fertigung unterstützt oder das 5G-Netz für autonomes Fahren genutzt wird, ist den Unternehmen selbst überlassen. Audi wiederum setzt auf eine Kooperation mit dem Netzwerkausrüster Ericsson, um im eigenen ‚Audi Production Lab Gaimersheim‘ Tests durchzuführen.

Digitale Systeme bestimmen im Grunde heute schon die Produktionshallen. Die Steuerung von Montagerobotern, ganzen Produktionsstraßen, Lieferketten und vieles mehr erfolgt per Software. Ein schnelles 5G-Netz liefert dabei nicht nur eine zeitliche Ersparnis, sondern auch mehr Stabilität als WLAN und ein Plus an Datensicherheit. Den Kabelsalat in der Fertigungshalle spart man sich obendrein. Ein schöner Gedanke, wenn autonome Autos dadurch selbstständig vom Band fahren.

Fahren mit autonomen Autos – erste Testfahrten schon vor 5 Jahren

2014 rollte ein Auto erstmals selbstständig eine Teststrecke in Deutschland entlang. Aus dem Hause Daimler kam damals das Testmodell, das auf einem noch nicht eröffneten Teilstück der Autobahn A14 getestet wurde. Neben Daimler mit seiner größten Marke Mercedes verfügt natürlich auch BMW über eine Flotte von Testfahrzeugen, die allerdings im Großraum München fahren. Das erklärte Ziel von BMW lautet: Die Markteinführung eines teilautonomen Autos, das mehr kann als nur einparken, bis zum Jahr 2021.

self driving yellow car

Die Norm SAE J3016 definiert seit 2014 sechs verschiedene Autonomiestufen für Fahrzeuge. Erstellt hat diese Klassifizierung die Society of Automotive Engineers. Die Verantwortung wird zwischen Mensch und Computer aufgeteilt, je nach Autonomie-Level. Gerade für Situationen mit dynamischen Fahraufgaben, auf die der Computer keinen Standardwert anwenden kann, muss sich aktuell noch der Mensch bereithalten.

  • Level 0 – keine Automation: Auch wenn das Auto mit unterstützenden Systemen wie ABS ausgestattet ist, der Mensch fährt trotzdem vollkommen eigenständig.
  • Level 1 – Fahrassistenz: Auch hier fährt der Fahrer selbst. Verschiedene Assistenzsysteme, wie ein Totwinkelwarner unterstützen den Fahrer bei der Lenkung und Einordnung im Verkehr.
  • Level 2 – teilautomatisiertes Fahren: Das Auto übernimmt einzelne Fahraufgaben selbstständig, der Mensch beobachtet das Fahrumfeld und hält sich bereit, um einzugreifen.
  • Level 3 – hochautomatisiertes Fahren: Das Auto wird auf der Straße alleine vom Computer gesteuert. Der Fahrer übernimmt nur auf Anforderung das Lenkrad.
  • Level 4 – vollautomatisiertes Fahren: Alle Fahrtätigkeiten werden autonom, auch in spezifischen Situationen, vom Fahrzeug-Computer übernommen.
  • Level 5 – autonomes Fahren: Das autonome Auto bewältigt während der gesamten Fahrtzeit jegliche Situationen selbstständig, so dass kein Fahrer erforderlich ist. Der Mensch übernimmt keine Tätigkeiten.
different levels of automated driving

Autonom mit selbstfahrenden Autos –
diesen Datenströmen muss 5G standhalten

Ein autonomer Automobil-Verkehr bedeutet eine enorme Belastung für das 5G-Netz. Grund dafür sind die in den Fahrzeugen und in der Straßeninfrastruktur verbauten unzähligen Sensoren, die ununterbrochen Daten übertragen. Die benötigte Datenmenge von autonomen Fahrzeugen liegt nach ersten Tests bei etwa 1,5 bis 19 Terabyte pro Stunde.

Die benötigte Datenmenge pro Sekunde verteilt sich auf verschiedene Systeme im Fahrzeug:

  • Radarsensoren: 0,1 bis 15 MB (Megabyte) pro Sensor; ein autonomes Fahrzeug hätte davon 4 bis 6
  • Lidar bzw. Abstands- und Geschwindigkeitsmessung: 20 bis 100 MB pro Sensor; ein Auto hätte davon 1 bis 5
  • Ultraschall: Weniger als 0,01 MB bei 8 bis 16 Sensoren pro Auto
  • Navigation: Weniger als 0,1 MB
  • Kameras: 6 bis 12 pro Fahrzeug mit 500 bis 3.500 MB pro Sensor

Bei einer geschätzten täglichen Pendelzeit von einer Stunde sowie täglich 30 Minuten für Erledigungen, fallen in einer Woche bis zu 160 Terabyte Daten an. Auf ein Jahr gerechnet sind es rund 8.400 Terabyte.

Zum Vergleich: Das Datenvolumen eines großzügig ausgestatteten Mobilfunkvertrags mit 10 GB Datenvolumen wäre nach knapp 30 Sekunden Fahrt aufgebraucht.

5G city night

Selbstfahrende Autos – Millisekunden sind entscheidend

Man muss sich nur die Auswirkungen von Sekundenschlaf deutlich vor Augen halten, um zu wissen was in kürzester Zeit alles passieren kann. Was der Mensch mit seiner unglaublichen Reaktionszeit intuitiv verhindert, das stellt autonome Fahrsysteme vor massive Herausforderungen. Bis in einem derart hochdynamischen Geschehen wie dem Straßenverkehr die einzelnen Radar- und LidarSensoren ein unerwartet ankommendes anderes Fahrzeug erkennen und seine Absichten identifizieren, vergeht wertvolle Reaktionszeit.

Das ist einer der 5 Gründe für 5G, warum die Automobilindustrie im Zusammenhang mit autonomem Fahren und moderner Mobilität so große Erwartungen in den neuen Mobilfunkstandard setzt. Das 5G-Netz soll wesentlich mehr bieten, als nur höhere Datenraten. Es soll ermöglichen, dass vom BordComputer gesteuerte Fahrzeuge sich frühzeitig über ihre gegenseitigen Absichten informieren und sich so sicher aufeinander abstimmen können.

self driving on freeway

Der 5G-Standard zielt auf autonome Fahrzeuge ab

Ab 2020 sollen die ersten Funkzellen für die nächste Generation der mobilen Netze in größeren Flächen in Betrieb gehen. Die wichtigsten Neuerungen gegenüber den heute üblichen Mobilfunkstandards 4G besser bekannt als LTE und 3G bzw. UMTS sind:

  • 5G versorgt wesentlich mehr Endgeräte zeitgleich von einer Funkzelle aus
  • 5G bietet ultraschnelle Reaktionszeiten von unter einer Millisekunde
  • 3G und 4G stellt das Smartphone ins Zentrum; bei 5G kommen eine riesige Zahl vernetzter Geräte im Internet der Dinge und nicht zuletzt vernetzte Fahrzeuge hinzu
  • 5G ist für die industrielle Nutzung ausgelegt, es werden dafür eigene Frequenzen an Betriebe vergeben, unabhängig von den Netzbetreibern im Mobilfunkbereich
5G City

Fazit – Autonomes Fahren wird unser Leben bereichern

Autonome Fahrzeuge werden schon bald Marktreife erlangen. Vom Linienbus in der Smart City bis zum eigenen PKW. Die Beförderung von A nach B wird wesentlich komfortabler. Auch mit einem Plus an Sicherheit im Straßenverkehr darf gerechnet werden. Ein serienreifes Modell ist allerdings – unabhängig von welchem Automobil-Hersteller – erst in einigen Jahren zu erwarten. Derzeit befindet sich die Industrie in der umfangreichen, mehrjährigen Testphase von autonomem Fahren, ohne jegliche Unterstützung durch den Menschen. Bevor der Alltägliche-Einsatz von vollständig autonomen Systemen auf deutschen Straßen möglich ist, muss auch eine entsprechende Gesetzesgrundlage geschaffen werden, die wir aktuell auch noch nicht vorliegen haben.

Conclusion

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