Nachtaufnahme eines Autobahnkreuzes mit Lichtspuren fahrender Fahrzeuge, überlagert von blauen Linien und Symbolen für vernetzte Mobilität wie Auto, Bus, Fahrrad und Nutzer. ChatGPT fragen

Im Fokus: Intelligente Verkehrsinfrastruktur für die automatisierte und vernetzte Mobilität

28. April 2022 | Marcel Sonntag, innocam.NRW

Bei der Gestaltung der automatisierten und vernetzten Mobilität dürfen nicht nur die Fahrzeuge an sich betrachtet werden. Durch den disruptiven Wandel, den die Technologien mit sich bringen können, besteht nicht nur die Möglichkeit, sondern die Pflicht, das gesamte Mobilitätssystem zu überdenken. Dazu zählt auch die Infrastruktur. Über Jahrzehnte wurde diese für den manuellen Verkehr entwickelt und unter anderem hinsichtlich Verkehrseffizienz und -sicherheit optimiert. Denn gerade die Verkehrssicherheit hat hier den höchsten Stellenwert.

Durch die automatisierte und vernetzte Mobilität ändern sich jedoch die Anforderungen an die Infrastruktur und es entstehen ganz neue Perspektiven durch eine ebenso neuartige intelligente Infrastruktur. Wie dies zum Beispiel für den Straßenverkehr genau aussieht, ist für viele Aspekte allerdings noch unklar. Dies ist nicht zuletzt der Tatsache geschuldet, dass hochautomatisierte Fahrzeuge noch nicht in der Breite auf den Straßen unterwegs sind. Führt man sich jedoch die hohen Kosten für die aktuelle Infrastruktur und die langen Betriebszeiten vor Augen, ist es unabdingbar, frühzeitig die Anforderungen zu ermitteln, die die automatisierte und vernetzte Mobilität an die Infrastruktur stellt.

Dieser Fragestellung widmete sich bereits der Auftakt-Workshop zum innocam.NRW Themenkreis Infrastruktur auf dem Mobility Meeting. Hier nahmen kommunale Vertreter:innen sowie Expert:innen aus Wirtschaft und Forschung dieses Thema ganzheitlich in den Blick. Erste diskutierte Ansätze wurden in einem Follow-up-Workshop weiter konkretisiert.

Das berühmte Henne-Ei-Problem

Bei einem Thema waren sich alle Teilnehmer:innen einig. Für die Einführung einer neuartigen Infrastruktur für die automatisierte und vernetzte Mobilität liegt ein Henne-Ei-Problem zwischen den Fahrzeugen und der Infrastruktur und somit zwischen den Fahrzeugherstellern und den Infrastrukturbetreibern vor.

Ohne eine vorhandene und standardisierte vernetzte Infrastruktur können Fahrzeughersteller keine Funktionen auf diese auslegen und abstimmen. Zudem ist eine auch über die Grenzen Deutschlands hinaus flächendeckende Verfügbarkeit dieser Infrastruktur erforderlich, damit sich die Investitionen in die Funktionen lohnen und verschiedene Märkte bedient werden können. Bisher wird der Bedarf an infrastrukturseitiger Unterstützung von OEMs trotz diverser Forschungsprojekte auf diesem Gebiet nur selten öffentlich geäußert. Auf der anderen Seite ist es aber auch für die Infrastrukturbetreiber und damit für die Städte und Kommunen nicht sinnvoll, in eine flächendeckende neuartige Infrastruktur zu investieren, wenn unklar ist, welche Anforderungen die Fahrzeuge an diese stellen und ob die Infrastruktur dann auch richtig genutzt wird.

Wie könnte dieses Problem nun gelöst werden?

Fakt ist: Automatisierte und vernetzte Fahrzeuge müssen auch ohne die Verfügbarkeit einer spezifischen Infrastruktur funktionieren. Zumindest muss das System in der Lage sein, das Fahrzeug sicher in einen risikominimalen Zustand zu bringen. Auf der Autobahn kann dies zum Beispiel dem automatisierten Anhalten auf dem Seitenstreifen entsprechen. Aber durch eine intelligente Infrastruktur könnte ein zusätzliches Maß an Sicherheit gewährleistet und sowohl die Effizienz als auch der Komfort der hochautomatisierten Fahrzeuge gesteigert werden:

Im Kontext vernetzter Lichtsignalanlagen könnten beispielsweise Grünkorridore für Einsatzfahrzeuge angefordert werden, so dass diese das Ziel ihres Einsatzes schneller erreichen bei gleichzeitig erhöhter Sicherheit an Kreuzungen. Ebenso könnten vernetzte Ampeln auch ihre aktuelle Phase zusammen mit der prognostizierten Schaltzeit an vernetzte Fahrzeuge senden. Ersteres führt zu einer prinzipbedingten Redundanz bei der Erkennung von Lichtsignalanlagen, wodurch ebenfalls ein Sicherheitsgewinn erzielt werden könnte. Die Schaltzeitprognose liefert darüber hinaus Informationen, die uns als menschliche Fahrer:innen nicht zur Verfügung stehen. Durch eine optimierte Anfahrt an die Ampeln könnten so die Effizienz und der Komfort gegenüber dem manuellen Fahren gesteigert werden. Und diese Effekte ließen sich schon bei nur teilautomatisierten Systemen erzielen.

Schema zur Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation mit Fahrzeugen, Ampel, Fußgänger, Radfahrer und Backend-Systemen über 5G und ITS-G5 verbunden. — Abb.: Intelligente Verkehrsinfrastruktur – Kommunikationsmöglichkeiten mit vernetzten Lichtsignalanlagen

Da die Unterstützungsmöglichkeiten durch eine intelligente Verkehrsinfrastruktur insgesamt jedoch sehr vielfältig sein können, ist es entscheidend, die Potentiale strukturiert herauszuarbeiten und die Wirksamkeit der einzelnen Maßnahmen zu analysieren. Verschiedene Maßnahmen (wie z. B. im NRW-Projekt KoMoDnext) sind schon weitergehend getestet und analysiert worden als andere, wodurch eine Systematisierung umso wichtiger wird, um die tatsächlichen Forschungsbedarfe aufzuzeigen.

Wurde die Wirksamkeit festgestellt und der Nutzen verschiedener Infrastrukturmaßnahmen analysiert, gilt es, die Wirtschaftlichkeit zu untersuchen, um Kosten-Nutzen-Abwägungen zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang wären dann passende Geschäftsmodelle für die Infrastrukturbetreiber zu entwickeln, die optimalerweise über die reine Unterstützung des automatisierten und vernetzten Fahrens hinausgehen.

Diese Kosten-Nutzen-Abwägung kann die Grundlage sein, das Henne-Ei-Problem zu lösen. Wenn sich sowohl die OEMs als auch die Infrastrukturbetreiber gemeinsam zu dieser Abwägung committen, ist es möglich, ein ganzheitliches Zielbild für die infrastrukturseitige Unterstützung des automatisierten und vernetzten Fahrens zu entwickeln.

Vor diesem Hintergrund setzt innocam.NRW die Fachdiskussion im Themenkreis Infrastruktur fort mit dem Ziel, diese Grundlage zu schaffen und begleitende Projekte zur Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit zu initiieren. Dafür wird zunächst der Verkehrsträger Straße fokussiert, um die Erkenntnisse später auf andere Verkehrsträger zu übertragen.