Funktionale Sicherheit und Datenschutz Sichere V2X-Kommunikation und autonomes Fahren

Safety- und Security-Anforderungen zu erfüllen, ebnet den Weg für vernetztes und autonomes Fahren.

Der Trend zur V2X-Kommunikation und zum autonomen Fahren stellt anspruchsvolle Anforderungen an Technik und Normung. Neben Aspekten der Interoperabilität steht der Faktor IT-Security im Fokus – und damit eine breite Palette an Fragen, die von der funktionalen Sicherheit bis zum Datenschutz reichen.

In den letzten Jahren hat die Automobilelektronik entscheidend dazu beigetragen, das Fahren angenehmer, sicherer und umweltfreundlicher zu gestalten. Während dabei passive Sicherheitssysteme wie etwa der Airbag die Folgen einer Kollision mildern sollen, sind aktive Systeme wie das Antiblockiersystem darauf ausgerichtet, eine Gefährdungssituation präventiv zu vermeiden. Inzwischen übernehmen immer mehr und intelligentere Fahrerassistenzsysteme aktive Sicherheitsaufgaben im Automobil. So können beispielsweise elektronische Fahrspurerkennungssysteme, die auf Bilddaten einer Kamera basieren, dazu beitragen, schätzungsweise 20 Prozent der durch Sekundenschlaf, Unaufmerksamkeit oder Ablenkung verursachten Unfälle zu verhindern.

Die Kombination moderner Detektionseinrichtungen mit der Fahrzeugkommunikation – dem Informationsaustausch zwischen den Fahrzeugen untereinander sowie zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur (Vehicle-to-X, V2X) – ebnet den Weg zu völlig neuen Anwendungen. Innovative Technologien erweitern den Wahrnehmungshorizont der einzelnen Fahrzeuge inzwischen so sehr, dass das selbstfahrende Auto in greifbare Nähe rückt. Die Einbindung von Fahrzeugen in die Kommunikationsinfrastruktur ist allerdings nicht nur eine anspruchsvolle technologische Aufgabe, sondern auch eine große Herausforderungen für die Normung. Im Fokus stehen dabei sowohl Fragen der Interoperabilität als auch der Sicherheit – das umso mehr, weil Fragen der IT-Security beim teil- oder vollautomatisierten Fahren zunehmend auch die funktionale Sicherheit betreffen.

Basisvoraussetzungen für vernetztes Fahren

Die ersten Ansätze zu autonom fahrenden Fahrzeugen basierten auf dem GPS-System. Allerdings ist die GPS-Positionsbestimmung nicht genau und zuverlässig genug, um alleine eine sichere Grundlage für das autonome Fahren zu schaffen. Daher ist es sinnvoll, die Position des Fahrzeugs durch andere Umgebungsmerkmale, zum Beispiel Fahrbahnmarkierungen, zu bestimmen. Dazu bieten sich Kamera-basierte Fahrspurerkennungssysteme an. Problematisch sind dabei Faktoren wie Dunkelheit, Regen, Nebel oder direkte Einstrahlung der Sonne in die Kameralinse. In solchen Fällen werden zum Teil keine Fahrspuren oder fälschlicherweise Spurmarkierungen abseits der Straße erkannt.

Eine robustere Erkennung von Straßenbegrenzungen ermöglichen Messsysteme auf Basis gebündelter Wellen, die in Radio Detection and Ranging (Radar) und Light Detection and Ranging (Lidar) unterteilt werden. Der Vorteil dieser Systeme liegt in der besonders hohen Messgenauigkeit der Entfernung sowie insbesondere bei Radar in der Bestimmung der genauen Geschwindigkeit von Objekten durch Ausnutzung des Doppler-Effekts. Lidar-Systeme arbeiten mit einem eigenen Licht, damit die Messungen unabhängiger von ungünstigen und störenden Umgebungsbedingungen werden. Sogar der Einsatz in Dunkelheit wird dadurch möglich.

Um zuverlässig Schlussfolgerungen über physikalische Ereignisse, Aktivitäten oder Situationen ziehen zu können, müssen Daten unterschiedlicher Sensoren miteinander kombiniert werden. Dabei kann die Präzision von Messungen mit mathematischen Schätztechniken einfach und wirksam erhöht werden. Die besondere quantitative Verbesserung der Schätzung, die aus der Verwendung verschiedener Sensoren herrührt, hängt von verschiedenen Faktoren ab, zum Beispiel von Effekten des Umfelds oder den spezifischen für den Datenfusionsprozess verwendeten Algorithmen.

Allerdings ist angesichts der große Datenmengen, die es beim autonomen Fahren zu verarbeiten gilt, eine komplexe Kommunikationsinfrastruktur erforderlich, die minimale Latenzzeiten ermöglicht. Den Schlüssel zur Echtzeit-Kommunikation liefert der Kommunikationsstandard 5G. Das erste vorausschauende mobile Breitbandnetz, das selbständig steuern und regeln kann, soll jederzeit und überall die Echtzeit-Vernetzung von Milliarden von Endgeräten ermöglichen – und damit auch das Internet der Dinge sowie Anwendungen wie Industrie 4.0 und autonomes Fahren.