ISSCC 2016 in San Francisco Baukasten zum autonomen Fahren

Auto spricht mit Umwelt

Mit »Vehicle to Everything«-Kommunikation (V2X) lässt sich ein Fahrzeug mit anderen Verkehrsteilnehmern und der –infrastruktur vernetzen. Typische V2X-Nachrichten sind Warnungen vor gefährlichen Situationen, langsamen oder stehenden Fahrzeugen, Notbremsungen, Krankenwägen, Feuerwehreinsätzen und Straßenbaustellen oder Informationen über Ampelphasen. Für V2X hat man den WLAN-Standard aus der Consumer-Welt angepasst und als IEEE 802.11p standardisiert. Dieser Funkstandard erfüllt die Anforderungen an eine niedrige Latenzzeit von weniger als 1 ms, Kommunikation ohne Sichtverbindung und das auch bei bewegten Teilnehmern. V2X umfasst den Datenaustausch zwischen schnellen Fahrzeugen sowie zwischen Fahrzeugen und der Infrastruktur unter Nutzung des 5,9-GHz-ITS-Bands (5,85—5,925 GHz). Es wurden bereits mehrere Feldversuche in mehreren Ländern durchgeführt, allein bei »simTD« in Deutschland mit mehr als 120 Fahrzeugen, die in 41.000 Stunden 1,65 Mio. km abspulten.

Für ein erfolgreiches V2X ist eine Durchdringung der Fahrzeugflotte von mindestens 10 Prozent erforderlich, was besonders schwierig ist bei den zahlreichen Kommunikationsstandards, die weltweit koexistieren. Hier könnte sich Software-Defined Radio (SDR) als effektive Lösung anbieten, die regionale Unterschiede per Software abbilden könnte. Schwächere Verkehrsteilnehmer, wie Fußgänger und Radfahrer könnten per RFID-Technik eingebunden werden, die mit der Infrastruktur kommuniziert.

Radar, NFC und Ultrawideband

Fahrerassistenzsysteme (ADAS) werden sich in den kommenden Jahren zunehmend durchsetzen, einerseits weil sie immer erschwinglicher werden, andererseits weil Zertifizierungen wie bei NCAP für die Bestnote Notbremsassistenten und Fußgängerschutzsysteme fordern. Ein Schlüsselelement dabei sind Radarsensoren, die Abstände, Geschwindigkeit und Winkel zu einem potentiellen Hindernis messen können, häufig zusätzlich zu anderen Sensoren wie Lidar und Kameras. Diese Sensoren müssen für eine hohe Auflösung im 76--81 GHz-Band arbeiten, wenig Leistung aufnehmen und mit einem weiten Temperaturbereich zurechtkommen. Die Machbarkeit von Radar-Chips auf CMOS-Basis wurde demonstriert und öffnet die Tür zur Integration von HF-Front-end und Basisband in ein SoC.

Near Field Communications (NFC) breitet sich durch anfängliche Anwendungen im Car Sharing und im Flottenmanagement, sowie durch Vereinfachung der Pairing-Prozesse bei Bluetooth und WiFi zunehmend im Automotive Segment aus. Automotive NFC bietet die Möglichkeit, Autos und Autoschlüssel mit Mobilgeräten und der Infrastruktur zu verbinden, bis hin zu Bezahlsystemen und Displayverbindungen. Wichtig ist dabei, dass die drei NFC Betriebsarten Lesen/Schreiben, Karten-Emulation und Geräte-zu-Geräte-Kommunikation unterstützt werden.

Abstandsmessungen finden bereits heute zur Bestimmung der Entfernung von Auto und Schlüssel statt. Dazu wird heute von mehreren Antennen am Fahrzeug ein 125-kHz-Signal ausgesendet und die Feldstärke als Maß für die Entfernung gemessen. Zur Identifizierung wird zusätzlich ein HF-Signal im ISM-Band genutzt. Der neue Standard IEEE 802.15.4a definiert eine alternative Abstandsmessung über die Laufzeit (Time of Flight – ToF) eines Ultrawideband-Signals (UWB) zwischen Sender und Empfänger. Die UWB-Signale liegen im Spektrum von 3,1 bis 10,6 GHz und erlauben mehr Flexibilität beim Antennen-Design. Das Signal besteht aus nahen Impulsen, die typischerweise nicht länger als 2ns sind und eine Bandbreite von 0,5 bis 1,35 GHz aufweisen, was sie unempfindlich gegen Mehrwegeausbreitung und Interferenzen macht. Weitere Anwendungsgebiete sind Komfortfunktionen wie die Detektion der Annäherung des Nutzers oder Spiegeleinstellungen bis hin zur Fernsteuerung des Parkens, falls der Fahrer außerhalb des Überwachungsradius gerät.