Embedded Systems – Hard- und Software für Telematikanwendungen

Bahn, Bus, Fahrrad, PKW, Vernetzung

Das vernetzte Fahrzeug der Zukunft verfügt über eine eSIM Karte und zahlreiche hardwareseitig integrierte Telematikanwendungen. Bekannt ist beispielsweise die eCall-Technologie, die für Neuwagen in vielen Ländern bereits gesetzlich vorgeschrieben ist. Sie ermöglicht einen automatisierten Notruf oder unterstützt das Auffinden eines gestohlenen Autos. Die Funktionalität ist einfach aber sicher gestaltet. Eingebettete Telematiksysteme hingegen sind komplexere Geräte, die als Schnittstelle zwischen Auto und Fahrer fungieren. Touchscreens oder Head-Up-Displays erleichtern die Nutzung von Infotainment-Diensten und Online-Apps. Diese Hardwaresysteme generieren einen spezifischen Mehrwert. Fahrer und Passagiere können über ein benutzerfreundliches Bedienfeld internetbasierte Inhalte wie Echtzeit-Verkehrsinformationen (RTTI) oder Medienstreaming steuern. Dies kann mit einem mobilen oder einem integrierten Gerät realisiert werden. Darüber wird derzeit diskutiert.
Ein greifbarer Use-Case ist es, wenn man sich vorstellt Versicherungsunternehmen könnten Fahrerdaten-Profildateien umfassend nutzen, um Versicherungsquoten und -richtlinien zu optimieren und zu personalisieren (z. B. Pay-which-you-drive und Pay-how-you-drive). Ein anderer wäre es Kontrollmodule eines Smart Home direkt im Fahrzeug zu integrieren.
Mit einem prognostizierten, weltweiten Marktvolumen von 72 Milliarden in 2021 und einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von 37,52% ist der Markt für vernetzte Hardware (Antennen, Endgeräte, Rechner, etc..) einer der größten im Umfeld von Smart Mobility (Connected Car Outlook 2016).

Infotainment

Bahn, Bus, PKW, Vernetzung

Smarte Systeme werden von Menschen gerne zur Unterhaltung genutzt. Neben erweiterten Navigationsfeatures und Sicherheitsanwendungen stehen somit Komfort- und Unterhaltungssysteme hoch in der Gunst potentieller Nutzer. Die Zukunftsaussichten für solche Infotainment Services im Bereich der Fahrzeugkonnektivität zeigen hohe zweistellige Wachstumsraten (Connected Car Outlook, 2016). Der Use-Case ‚Infotainment‘ basiert auf der Annahme des Ausbaus des 5G Netzwerks. Mit der 100mal höheren Bandbreite (vgl. 4G – State of the Art) werden Live-Streaming Anwendungen und Echtzeit-Spiele möglich, ohne die funktionelle Sicherheit anderer Bordsysteme zu gefährden. Zusammen mit automatisierten Fahrfunktionen entwickelt sich das Erlebnis Autofahren hin zum Komfort einer Flugreise – nur mit mehr Beinfreiheit. OEMs müssen zur Umsetzung von Infotainment Technologiefirmen und Softwareentwickler hinzuholen, die es schaffen Dritthardware wie Smartphones und bestehende Betriebssysteme an die eingebetteten Systeme anzubinden. Die Entwicklung direkter Schnittstellen und Oberflächen könnte hierbei für das IT-kompetente Saarland besondere Chancen bieten.

Human Machine Interaktion im Auto der Zukunft

PKW, Vernetzung

Die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI = human-machine interface) wird im Auto neu definiert. Neben den klassischen HMI-Konzepten, die die Kommunikation zwischen Fahrer und Fahrzeug über die Armaturentafel/Mittelkonsole und Schalthebel, Lenkrad und Pedale bündeln, erfordert die wachsende Zahl und Art der Informationen ein hohes Maß an Aufmerksamkeit und Reaktionsschnelligkeit vom Fahrer. Bedienkonzepte werden zunehmend multimodal. Bei der Interaktion zwischen Mensch und Maschine können verschiedenste Arten der Interaktion wie beispielsweise Sprache, Haptik oder auch Gestik zum Einsatz kommen. Eine immer größere Bedeutung kommt dabei der Gestensteuerung zu. Zukünftig kommen noch Apps hinzu, die erkannt und bedient werden wollen. Die Autoindustrie ist nun gefordert, diese neuen Funktionen intelligent zu integrieren. Dies muss in logische, intuitiv umsetzbare Bedienschritte gefasst werden. Das fängt bei der visuellen Wahrnehmung an und reicht bis zur akustischen sowie haptischen Rückmeldung.
Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch ein geeignetes neurokognitives Monitoring. Die Analysetechniken erlauben hierbei eine objektive und differenzierte multimodale Abschätzung der durch die einzelnen Sinne hervorgerufenen, kognitiven Anstrengung während des Fahrens. So können die einzelnen HMI-Modalitäten objektiv, d.h. messtechnisch, bewertet und optimiert werden. So können die Auswirkungen neuster, telematikgestützter Anwendungen, wie z.B. Ampelinformationssysteme, elektronisches Bremslicht oder Falschfahrerwarnung, auf den Fahrer beobachtet werden.
Zudem muss der Gesetzgeber dafür sorgen, dass HMI-Technologien nicht zu einer Gefahr im Straßenverkehr werden.

Smart Logistics – Transparente und automatische Steuerung

Bahn, Vernetzung

Smart Logistics beschreibt die Auswirkungen von Industrie 4.0 auf die Logistik und ist die Vernetzung und Verzahnung von Prozessen, Objekten, Lieferkettenpartnern (Lieferanten, Herstellern, Großhändlern, Einzelhändlern und Logistikdienstleistern) und Kunden durch Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) mit dezentralen Entscheidungsstrukturen, um Effizienz (z. B. durch Transparenz und Automatisierung) und Effektivität (z. B. durch Flexibilität und individualisierte Dienstleistungen) zu erhöhen. Technologische Grundlage sind Prozesse und Objekte, die sich selbst steuern und organisieren, z. B. GPS zur Lokalisation, Barcode, Radiofrequenzidentifikation (RFID) und Sensoren zur Identifikation, Internet, und Telematik zum elektronischen Datenaustausch, sowie Algorithmen und Applikationen. Das bedeutet einen Paradigmenwechsel vom herkömmlichen Ansatz „Die Logistik bringt die richtige Ware zur richtigen Zeit zum richtigen Ort“ zum neuen Ansatz „Logistik bestimmt, wie welche Ware wann zu welchem Ort bewegt wird.“ Mit zunehmender Vernetzung der Produktion und weiterentwickelten Technologien sind immer mehr Hersteller in der Lage, Produkte nach individuellen Bedarfen kurzfristig herzustellen und direkt zu vermarkten. Für die Logistik, die bereichs- und unternehmensübergreifend tätig ist, bedeute dies aber eine Erhöhung der Komplexität, der Kosten und des Kostendrucks. Diese sich selbststeuernden Objekte und Prozesse werden als „smart“ bezeichnet. Sie kommunizieren miteinander, lernen voneinander, treffen Entscheidungen, überwachen und melden Umgebungszustände und steuern Logistikprozesse. Smart Logistics bildet die Grundlage für ein ganzheitliches Digital-Supply-Chain-Management.

Smart Parking

PKW, Vernetzung

Smart Parking bezeichnet das fahrerlose automatisierte Parken. Per Smartphone-Befehl fahren die Autos fahrerlos in den zugewiesenen Stellplatz, ohne dass der Fahrer das Manöver überwachen muss. Mit dem Smartphone kann man sich via App ein Auto reservieren. Zum Antritt der Fahrt kommt das Fahrzeug selbständig in die Pick-up Area vorgefahren. Die Rückgabe erfolgt genauso bequem, indem der Kunde das Fahrzeug abstellt und es per Smartphone-App wieder zurückgibt. Vom intelligenten System des Parkhauses erfasst, wird das Auto gestartet und zu einem zugewiesenen Parkplatz geführt. Möglich wird das fahrerlose Parken mithilfe einer intelligenten Parkhausinfrastruktur im Zusammenspiel mit Fahrzeugtechnik. Dabei überwachen die installierten Sensoren im Parkhaus den Fahrkorridor und dessen Umfeld und steuern das Fahrzeug. Die Technik im Auto setzt die Befehle von der Parkaus-Infrastruktur sicher in Fahrmanöver um. Es spart Zeit und schont Nerven. Zusätzlich bedeutet das fahrerlose Parken eine effizientere Parkraumnutzung: Bis zu 20 Prozent mehr Fahrzeuge passen auf die gleiche Fläche. Die Pilotlösung im Parkhaus des MercedesBenz Museums gilt weltweit als die erste infrastrukturgestützte Lösung für einen automatisierten Vorfahr- und Einpark-Service im realen Mischbetrieb.

Hochgenaue Lokalisierung (Indoor/Outdoor) als Grundlage der Hochautomatisierung

Vernetzung

Die schnelle und hochgenaue Lokalisierung bildet die jeweiligen Verkehrsteilnehmer auf einer hochauflösenden Karte ab. Dabei sind mehrere Teilfunktionen zu berücksichtigen wie zum Beispiel die Ermittlung und Bereitstellung hochauflösender Kartendaten, Berücksichtigung von zusätzlichen Straßen-, Radweg-, Fußweg- und weiteren Umfeldinformationen (u. a. Fahrbahnzustand, Hindernisse, Baustellen, Umleitungen etc.).
Der Use-Case Kartierung und hochgenaue Lokalisierung ist eine Basisfunktion für darauf aufbauende Anwendungen (u. a. Navigation, Manöverplanungen, Kooperative Anwendungen wie z. B. das Einordnen in Verkehrsströme, Automatisiertes Fahren etc.).
Der Verkehrsteilnehmer überträgt permanent seine Sensordaten (wie z. B. GPS-Position, Kamera-Daten, Radar-Daten etc.) in die Cloud. Diese werden dort für die Aktualisierung der vorliegenden hochauflösenden, digitalen Karten verwendet. Dafür stehen leistungsfähige Algorithmen bereit, die auf die hohe Performance der Cloud zugreifen können. Echtzeitbedingungen, Latenzen etc. spielen eine entscheidende Rolle. Durch die Erwartung der Korrektheit der Daten für die hochauflösenden Karten werden hohe Anforderungen an die IT-Sicherheit gestellt. Darüber hinaus bestehen bei Verwendung von externen, unabhängigen Kartenanbietern
hohe Anforderungen an die Standardisierung des Kartenmaterials.