ezCar2x®: Applikationen für vernetzte Fahrzeuge effizient entwickeln

Die zunehmende Vernetzung von Geräten hält auch im Fahrzeugbereich Einzug. In Zukunft können Fahrzeuge drahtlos und ohne Verzögerung Informationen untereinander und mit der Verkehrsinfrastruktur austauschen. Diese sogenannte Car2X-Kommunikation leistet einen wichtigen Beitrag zur Steigerung von Verkehrssicherheit und -effizienz und ermöglicht eine Vielzahl von neuartigen Diensten:„„

  • Kooperative Fahrerassistenzsysteme: Steigerung von Komfort und Sicherheit durch automatisierte Warnung vor Gefahren, eine Erweiterung des Wahrnehmungshorizontes (kooperative Umgebungserkennung) und kooperative Fahrmanöver (Platooning, Einfädeln).
  • Intelligente Verkehrssysteme: Steigerung der Verkehrseffizienz durch personalisiertes Routing, Grüne-Welle-Assistenz und eine genaue Erfassung der Verkehrslage.

Erweiterte Fahrzeug-Umwelt-Vernetzung

© Foto Fraunhofer ESK

Durch den aktiven Informationsaustausch, Car2X-Kommunikation (C2X), der Fahrzeuge untereinander sowie mit ihrer Umwelt kann ein zuverlässiges dynamisches Modell einer weiträumigeren Umgebung erstellt werden.

Für die Entwicklung solcher Anwendungen sind neben einer Kommunikationsplattform weitere Dienste relevant: Die Integration digitaler Kartendaten erlaubt eine Berücksichtigung der lokalen Straßentopologie und von Navigationsinformationen. Sensoren erfassen das Umfeld eines Fahrzeugs oder einer Streckenstation und liefern wichtige Daten für weiterführende Algorithmen. Verfahren zur zuverlässigen Modellierung und Beurteilung der aktuellen Verkehrsund Fahrsituation liefern die konsolidierte Basis für kontextabhängige Anwendungen. Deswegen entwickelte das Fraunhofer ESK das flexible Software-Framework ezCar2x®, welches die wichtigen Komponenten zur raschen Erstellung von prototypischen Anwendungen für die Fahrzeug-Umwelt-Vernetzung bereitstellt. So können Fahrzeughersteller, Zulieferer und Ausrüster von Verkehrsinfrastruktur neue Ideen schnell umsetzen und in der Praxis evaluieren.

ezCar2x® für Rapid Prototyping

Das Car2X-Framework ezCar2x® verfügt über Komponenten für folgende Funktionen:

  • „„ETSI ITS-konformer Kommunikations-Stack
  • GeoNetworking und IPv6-over-GeoNetworking über ITS-G5 und LTE
  • Adaptiver hybrider Netzwerklayer mit Auswahl optimaler Technologie zur Laufzeit
  • „„Anbindung von CAN-Bussystemen zur schnellen Integration ins Fahrzeug
  • „„Anbindung externer Sensorik wie GPS, Odometriedaten oder Detektion von Umgebungsobjekten (Radar, LIDAR)
  • Integration digitaler Kartendaten„„
  • Facilities wie CAM- und DENM-Management und Local Dynamic Map
  • „„Integration von Security-Diensten
  • Anbindung unterschiedlicher HMI-Geräte, wie Tablet oder Touchscreen

Das Framework ist als Sammlung von C++-Bibliotheken angelegt, welche sowohl für Linux- als auch für Windows-Systeme verfügbar sind. Eine umfangreiche APIDokumentation und verschiedene Beispiele erleichtern den Einstieg. Durch Flexibilität, Modularität und Portabilität ist das Framework unter vielfältigen Randbedingungen einsetzbar, zum Beispiel auf gängigen On-Board- und Road-Side-Units, als Komponente eines Backend-Servers oder direkt in einer Simulationsumgebung. Der konsequente Einsatz von Abstraktionskonzepten und bekannten Design Patterns führt zu einem hohen Grad an Modularität. Einzelne Funktionalitäten können ausgetauscht und durch andere Implementierungen ersetzt werden – ohne Änderungen am verbleibenden System.

Um den Einsatz auf unterschiedlichen Zielplattformen zu ermöglichen, wurden
externe plattformspezifische Abhängigkeiten minimiert. Hardware-nahe Komponenten, wie der direkte Zugriff auf die Funkmodule, lassen sich aufgrund des hohen Abstraktionsgrades mit geringem Aufwand anpassen.
Trotz der erreichten Portabilität bleibt die Performanz des Frameworks erhalten, da auf native Compiler und plattformspezifische Optimierungen zurückgegriffen werden kann. Zur Laufzeit ist keine zusätzliche Middleware oder Runtime-Umgebung nötig.

Simulation mit ezCar2x®

Bei der Entwicklung innovativer technischer Systeme wird in der Regel auf Simulationswerkzeuge zurückgegriffen, um Verhalten und Wirksamkeit bereits in einem frühen Stadium zu evaluieren. Insbesondere im Bereich vernetzter Fahrzeuge sind zudem umfassende und reproduzierbare Feldtests gar nicht oder nur mit erheblichem Aufwand realisierbar. Dank des modularen Aufbaus kann ezCar2x® direkt in einer Simulationsumgebung, bestehend aus Verkehrs- und Netzwerksimulator, eingesetzt und somit auf einer beliebigen Anzahl virtueller Fahrzeuge installiert werden. Applikationen und Protokolle, die mit ezCar2x® entwickelt werden, lassen sich so mit wenig Aufwand unter realistischen Bedingungen testen und kontinuierlich weiterentwickeln. Der gleiche Quellcode kann anschließend direkt und ohne Änderungen auf der eingebetteten Zielplattform eingesetzt werden, was erneuten Entwicklungsaufwand und Fehler bei der Portierung vermeidet.

Im Einsatz erprobt

Das Framework konnte bereits in diversen Prototypen eingesetzt werden. So entstand etwa ein kooperativer Abblendassistent, auf Basis von periodischen CAM-Nachrichten in Kombination mit digitalen Kartendaten.

Außerdem wurde gezeigt, wie bestehende ITS-Anwendungen auf Basis von CAM und DENM über Mobilfunk (LTE) mit niedrigen Latenzen realisiert werden können. Hierzu wurde mit Hilfe des Frameworks ein GeoService umgesetzt, der die intelligente Verteilung der Informationen im Backend oder direkt auf der Basisstation koordiniert.

Neben dem Softwareframework ezCar2x® bietet das Fraunhofer ESK weitere Werkzeuge für die Entwicklung und Analyse von vernetzten Funktionen – wie das Analyse-Framework ERNEST und die modellbasierte Plattform DANA. Als Gesamtpaket steht somit eine vollständige und durchgängige Lösung vom Entwurf über die Simulation bis zum Prototyping vernetzter Anwendungen in intelligenten Verkehrssystemen zur Verfügung.