Nader bekeken: V2X Communicatie tussen voertuigen

Door: Peter Aansorgh 

Meer veiligheid

De connectie tussen voertuigen onderling en tussen voertuigen en de infrastructuur, kortweg V2X (Vehicle to X) genoemd, moet niet alleen bij autonoom rijden helpen, maar ook meer veiligheidsfuncties dienen. Zo kunnen voertuigen elkaar waarschuwen voor gevaarlijke situaties. Een auto kan bijvoorbeeld een melding verzenden als het ESP voor een olieplas of ijzel moet ingrijpen, waardoor andere voertuigen in de buurt tijdig kunnen reageren. Of een voertuig kan bij een onoverzichtelijke kruising al een signaal krijgen dat er een ander voertuig van rechts komt, terwijl de bestuurder dat voertuig nog niet kan zien. Tijdig waarschuwen voor mogelijk gevaarlijke situaties Tegenliggers kunnen gewaarschuwd worden dat de tegemoetkomende motorrijder linksaf wil slaan en hun pad gaat kruisen, terwijl automobilisten zelf de kleine knipperlichten van de motor anders vaak over het hoofd zien.

Services

V2X kan ook worden gebruikt voor betaalsystemen als kilometerheffing of voor comfort-systemen. In de autowereld zijn die er al legio. Neem bijvoorbeeld Opel “On Star”, dat over het hele leveringsprogramma te koop is en in de VS al 19 jaar werkt. Het is in feite een communicatiesysteem, dat de auto en zijn bestuurder verbindt met het internet en/of een callcenter. Hier kan een Opel-rijder informatie opvragen, bijvoorbeeld het adres van een restaurant of een parkeerplaats. De medewerker van het callcenter kan het adres daarvan direct in het navigatiesysteem programmeren, zodat je zelf je aandacht op de weg kunt blijven richten. Uiteraard kan het systeem ook snel recent kaartmateriaal downloaden. Verder bevat OnStar bevat ook E-call systeem, waarbij de auto na een aanrijding zelf de OnStar assistent belt. De assistent neemt contact opneemt met de rijder of inzittenden en stuurt desgewenst hulpdiensten. Voordeel is dat de hulpdiensten uit de gegevens van de voertuigsensoren al heel veel weten, bijvoorbeeld over de zwaarte van de crash, een vorm van communicatie die nu al wordt toegepast de remvertraging, of het voertuig over de kop is geslagen en waar het voertuig zich bevindt. Bovendien kunnen medewerkers van het callcenter advies geven aan inzittenden van een auto of aan omstanders die bij een gecrashte motor komen. Via de luidsprekers van het systeem kunnen ze vertellen wat ze moeten doen totdat de nooddiensten er zijn. Een minder voor de hand liggend voordeel is dat het callcenter ook de omgeving kan horen via de microfoon. Zo is het voorgekomen dat ze de ambulance voorbij hoorden rijden en konden waarschuwen dat ze er voorbij waren."

Gegevens doorgeven

Het OnStar systeem heeft meer functies, waarvan je je moet afvragen of je er blij van wordt. Zo download het de diagnostische voertuiggegevens eenmaal per maand naar de fabriek. Daarbij gaat het om gewone rijvariabelen en om foutcodes van het EOBD-systeem (European On Board Diagnose). Met behulp van deze gegevens weet de dealer wanneer er onderhoud nodig is en kan hij het onderhoud op de gebruiksomstandigheden aanpassen. Hij kan ook de klant bellen om hem eraan te herinneren dat er onderhoud nodig is, terwijl hij er ook voor kan zorgen dat de benodigde onderdelen klaarliggen, zodat het onderhoud effectief kan verlopen. Dat houdt wel in dat er je bijna niet meer om de officiële dealer heen kunt Maar er gebeurt nog meer.
Communiceren met het overige verkeer

Honda, Yamaha en BMW hebben hiertoe het Connected Motorcycle Consortium opgericht

Waarschuwen voor naderend verkeer verhoogt de veiligheidVia V2X worden gegevens doorgegeven, waarmee kaartmateriaal van navigatiesystemen preciezer gemaakt kan. Dat is nodig voor autonoom rijden. Verder verandert OnStar de auto in een Wifi- hotspot, waaraan tot zeven mobiele apparaten kunnen worden gekoppeld. Mobiele apparaten kunnen ook via een smartphone-app contact maken met de auto, waarna ze bijvoorbeeld contact op kunnen nemen met het OnStar servicecenter, voertuiggegevens kunnen raadplegen, de portieren op afstand kunnen ontgrendelen en vergrendelen. Het is ook mogelijk met de smartphone te bepalen waar de auto zich bevindt, handig om hem terug te vinden in een vreemde stad of na diefstal. Ook kan OnStar bij pech diagnosegegevens van het voertuig doorgeven aan de fabrikant en het dealernetwerk. V2X biedt dus vele mogelijkheden, die met het BMW Connected Ride systeem ook naar de motorfietsen toekomen. En dat gaat snel, omdat BMW hierbij via het nieuw opgerichte Connected Motorcycle Consortium samenwerkt met Honda en Yamaha.

Zuiniger

V2X moet er ook voor zorgen dat er zuiniger wordt gereden, doordat je auto of motor bijvoorbeeld al een signaal van een verkeerslicht krijgt (de infrastructuur), dat het rood of groen wordt. Daar kun je je snelheid op aanpassen, zodat je niet hoeft te stoppen. Dat spaart brandstof. Sterker nog, in de toekomst zal je voertuig de snelheid er automatisch op aan kunnen passen, omdat computers nu eenmaal sneller en preciezer kunnen rekenen dan mensen. Maar ook op de snelweg zorgt V2X voor zuinigheid door “Platooning”. Een soort treintje rijden dankzij “Coöperatieve Adaptieve cruise controle”, waarbij het voertuig niet alleen zijn voorganger met radar in de gaten houdt, maar ook via V2X contact heeft met de voertuigen voor hem en de voertuigen daarvoor. Voertuigen kunnen daardoor dichter op elkaar rijden, omdat jouw voertuig al weet dat er tien auto’s verderop geremd wordt. De remkracht wordt ook automatisch op elkaar afgestemd, zodat er geen aanrijdingen kunnen plaatsvinden. Dichter op elkaar rijden zorgt - vooral bij auto’s en vrachtwagens – dat de luchtweerstand lager wordt en er minder brandstof wordt verbruikt. CACC zal in de toekomst ook in staat zijn om te assisteren bij het invoegen op samenvoegende rijbanen.

Communicatie

Voor V2X moeten voertuigen met elkaar en de omgeving communiceren. Voor eenvoudige toepassingen gebeurt dat nu via een simkaart en een GSM-signaal. Sommige voertuigen hebben daarvoor een eigen simkaart, andere zoeken contact met de GSM van de bestuurder, zodat bijvoorbeeld muziek wordt gestreamd of het telefoonboek wordt overgenomen. Soms kan de GSM geheel worden gespiegeld, zodat alle apps die de telefoon heeft via het display
Voorbeelden van situaties die de veiligheidssystemen realtime zullen moeten herkennen



van het voertuig kunnen worden bediend. Binnen grenzen, natuurlijk, want sommige apps kunnen de rijder afleiden en mogen niet worden gebruikt tijdens het rijden. Voor signalen die veiligheidssystemen en autonoom rijden mogelijk moeten maken wordt voorlopig uitgegaan van een Wifi-signaal. Wifi (IEEE 802.11p) lijkt daarbij de voorkeur te hebben. De toevoeging p geeft aan dat het om een variant van Wifi gaat. Normaal communiceert Wifi in de bandbreedte 2,4 tot 2,5 GHz, voor V2x communicatie zou IEEE 802.11p op 5,9 GHz met een datarate 6 tot 27 Mbit beter zijn. De zendsterkte zou een range van 500 tot 1000 meter mogelijk moeten maken.

Aftermarket

Voordat V2X veiligheidssystemen een feit zijn, zijn er nog diverse knelpunten op te lossen. Moet de zender bijvoorbeeld weten of de ontvanger de info goed heeft ontvangen? Moet informatie vaker worden uitgezonden? Daarnaast is een draadloos medium niet volledig betrouwbaar. Soms is de ether even niet vrij of is er storing. Het moet dus een “Delay Tolerant Network” zijn. Dan is er nog de vraag hoe er wordt omgegaan met de “Big Data” die van en naar de auto’s wordt gestuurd. Van wie zijn die? Hoe zit het met de privacy? Kunnen dit soort voertuigen ook worden gehackt? Een ander probleem is dat er niet alleen nieuwe voertuigen op de wegen rondrijden. Auto- en motorfabrikanten ontwikkelen echter alleen nieuwe auto’s en motorfietsen. Ook toeleveranciers van de auto- en motorfietsindustrie kijken voornamelijk naar systemen die ze op nieuwe voertuigen leveren. Daarbij vergeten ze vaak dat V2X pas functioneert als het merendeel van de voertuigen ermee is uitgerust. Voeg daaraan toe dat de gemiddelde auto 17 jaar oud wordt en motorfietsen vaak nog ouder, dan zie je dat deze systemen nooit goed gaan werken als er geen aftermarket systeem komt, dat achteraf kan worden ingebouwd. Een universele standalone oplossing dus. Daar is de Automotive Campus in Helmond mee bezig. Zij hebben een unit met een universeel display en universele bedieningsunit voor ogen, waaraan met behulp van geheugenkaarten programmatuur en functionaliteiten toe te voegen zijn. Zo kunnen systemen compatible worden gemaakt en in later stadium verbeterd worden zonder dat er nieuwe producten aangeschaft of ingebouwd hoeven te worden.

Autonoom rijden

Mobiliteit in de nabije toekomst

De holy grail, waaraan met name autofabrikanten werken, is natuurlijk autonoom rijden. Dat moet het verkeer een stuk veiliger maken. Wereldwijd vallen er 1,3 miljoen doden in het verkeer, waarvan 25.000 in Europa. Daarmee is het verkeer eigenlijk nog altijd bijzonder veilig, de kans om ergens in je leven in het verkeer te overlijden is kleiner dan 1%. Maar de impact is altijd groot. Het overkomt vaak jonge mensen en het afscheid is altijd plotseling. Reden om er dus toch wat aan te doen. Bijvoorbeeld door de zwakste schakel in het verkeer – de mens - uit te schakelen of tegen zichzelf te beschermen. Daarnaast is er met de huidige verkeersdrukte en met de CO₂-problematiek een noodzaak het verkeer zo efficiënt mogelijk te stroomlijnen en dat kan met een verregaande automatisering. Bovendien zijn er sociale issues: er komen steeds meer oude mensen,
BMW Side View Assist werd in 2016 geïntroduceerd op de nieuwe C650 GT
die niet meer in staat zijn zelf auto te rijden. Die kunnen met zelfrijdende auto’s weer mobiel worden. En er zijn andere uitdagingen: in een wereld waarin niet iedereen meer over een eigen auto kan of wil beschikken kunnen zelfrijdende auto’s een bijdrage aan car-share-diensten of taxidiensten leveren. De kosten per kilometer zijn te halveren als er geen chauffeur nodig is. Belangrijk, want de markt voor mobiliteit is vijf tot tienmaal zo groot als de markt voor auto’s. En wat denk je van vrachtverkeer zonder chauffeur of rijtijdenbesluit?

Plaatsbepaling

Bij autonoom rijden speelt de plaatsbepaling van het voertuig een belangrijke rol. De nauwkeurigheid van GPS-sensoren en het kaartmateriaal zijn daarbij cruciaal. De huidige kaarten zijn echter niet nauwkeurig genoeg, bovendien moeten de kaarten absoluut up-to-date zijn. Dat betekent in feite dat je niet meer kunt werken met kaartmateriaal dat in het geheugen van het navigatiesysteem wordt opgeslagen, want dat is morgen al verouderd. Het kaartmateriaal moet doorlopend worden aangepast en real-time worden gedownload. Daarvoor moet een nieuwe, snelle communicatiestandaard worden ontwikkeld. Waarschijnlijk wordt dit 5G. Voor het verbeteren van het kaartmateriaal worden de sensoren en camera's van de auto zelf gebruikt. Die nemen de straten waar en geven die data door aan de centrale, die het kaartmateriaal bijwerkt. Dat doet bijvoorbeeld TomTom. Die maakt gebruik van Sensor Derived Observations van connected cars en van LIDAR-data, om een high definition 3D-beeld van de omgeving te maken. Verder worden GPS-data gebruikt om verkeersdrukte te monitoren en routeberekeningen daarop aan toepassen. Die gegevens zijn afkomstig van mobile apps, connected vehicles en persoonlijke navigatieapparaten van consumenten.

Waar staan we nu?

Nu nog met behoorlijk wat sensoren en camera's op het dak, in de toekomst alles in de auto of motor geïntegreerd

Hoe ver zijn we verwijderd van de zelfrijdende auto? Niet zo heel ver. De BMW 7-serie en de nieuwe Lexus LS hebben al een vergaande besturingsondersteuning, terwijl ook standaard Toyota’s al veel geautomatiseerde functies hebben. Toyota Safety Sense wordt nu al op 92% van de Toyota range toegepast. Het systeem bevat bijvoorbeeld een Pre Collision system. Hierbij gebruikt de auto een naar voren gerichte radar en een optische camera om de ruimte voor de auto te scannen. De auto waarschuwt met geluids- en beeldsignalen als er een obstakel is waarvoor geremd moet worden. Doet de rijder dat niet, dan remt de auto zelf. Het tweede systeem is Dymamic Radar Cruise Control (DRCC). Dit is een adaptieve cruise control, die de afstand tot de voorganger met behulp van een radarcamera gelijk houdt. Dan is er nog een automatic High Beam systeem, dat grootlicht aanzet als het kan en weer uitzet als er tegenliggers zijn. Ook dit systeem werkt met een
Bij de recent door BMW gepresenteerde ConnectedRide is alle elektronica in de twee koffers ondergebracht. Dat zal naar de toekomst gezien veel compacter moeten worden
voorwaartsgerichte optische camera. Tenslotte is er nog een Road Sign assist, dat verkeersborden leest en weergeeft en een Lane Departure Alert. Dit systeem gebruikt een optische camera om zichtbare wegmarkeringen te lezen en waarschuwt met een geluidssignaal en een optisch signaal als je de rijbaan dreigt te verlaten zonder dat je richting aangeeft. Praktijkervaringen met de Prius met dit systeem bewijzen al dat er 90% minder frontale aanrijdingen en 70% minder van de zijkant plaatsvinden.

Highway Team Mate

De nieuwe Lexus LS is uitgerust met een Safety System +A-systeem. Dit vult het Toyota Safety Sense systeem aan met een Lane Trace Assist, die de auto actief op de rijbaan tussen de wegmarkering houdt, een pre-crash safety, dat niet alleen remt voor obstakels, maar eventueel ook uitwijkt wanneer daar ruimte voor is, en een Parking Support Brake, die bij het achteruitrijden remt wanneer er bijvoorbeeld kinderen achter de auto spelen. Met deze uitbereiding dekt het Lexus Safety System + A bijna de helft van de oorzaken van fatale ongelukken af. Die ratio zal nog verbeteren als daar in 2020 de “Higway Teammate” aan wordt toegevoegd, met onder meer een inhaalfunctie, die ook van rijbaan kan veranderen. Dit systeem maakt onder meer gebruik van Lidar (Laser Imaging Detaction and Ranging), radar (Radio Detaction and Ranging), optische camera’s, Sonar (Sound navigation and Ranging), GPS en een Inertie-meetunit, die de acceleraties en Bosch heeft al veel sensoren en camerasystemen ontwikkeldrotaties van de auto in alle richtingen en over alle assen meet. Daarbij wordt gebruik gemaakt van “deep learning”, waarbij het systeem zich aanpast aan het gedrag van de rijder en aan de verkeersomgeving. Een paar jaar na de Higway Teammate zal ook een Urban Teammate worden geïntroduceerd, die de auto in de stad geautomatiseerde functies verricht.

Menselijk gedrag

Voordat volledig autonoom rijden mogelijk wordt, moet er nogal wat veranderen. Zo moeten de auto’s aan internationale standaards en wetten voldoen, of de verouderde wetten moeten worden aangepast worden aan de moderne mogelijkheden. Ook de controle van al die gegevens die van en naar de voertuigen gaat moet optimaal zijn, want je moet zeker weten dat het voertuig de juiste informatie krijgt. Als je auto of motor een signaal ontvangt dat het stoplicht op groen staat, zal het ook echt op groen moeten staan. Een andere uitdaging is het herkennen van stilstaande en bewegende objecten. Uit de beelden die alle camera’s en sensoren rond het voertuig waarnemen moet de auto de vrije ruimte kunnen berekenen en voorspellen, zodat het voertuig real time een full scene overzicht krijgt waarmee hij proactief en defensief kan rijden. De beelden moeten
Realtime situaties inschatten vergt inventieve software

Het beeld dat de camera's detecteren

En het beeld dat daaruit wordt gegenereerd worden gecombineerd en geanalyseerd, zodat je kunt zien wat tot de infrastructuur behoort, wat auto’s, mensen en voetgangers zijn en hoe die zich bewegen. En dat is weer een volgende uitdaging: het voorspellen van menselijk gedrag. Mensen kunnen dat erg goed. We gebruiken daarvoor empathie. We bepalen wat we doen naar aanleiding van wat we denken dat een ander gaat doen. Dat is voor een computer echter enorm lastig. Software schrijven die rekening houdt met alle verkeersregels is al een klus, maar dan moet die software ook nog rekening houden met mensen die zich er niet aan houden.

Failsafe

Een andere grote zorg van autonoom rijden is de betrouwbaarheid van de systemen zelf. We weten allemaal dat computers weleens vastlopen en ook het hacken van systemen is een duidelijk risico. Om dat veilig te stellen is de ISO 626.2 ontwikkeld. Waar die norm op neerkomt, is dat het risico is afgeleid uit het levensrisico. Wanneer je in een autonoom rijdende auto zit, mag dit het levensrisico niet verhogen. Computersystemen mogen maximaal 10^-8 seconde uitvallen. Dat is op zich niet zo'n probleem, de computersystemen zijn in basis vrij eenvoudig. Wat moeilijk is, is het vaststellen van de grenzen en de betrouwbaarheid van sensoren. Er worden veel sensoren gebruikt en die bewaken elkaar. Als twee van de drie sensoren aanwezig zijn, dan kun je nog rijden. En dan is het de vraag of je een autonoom rijdende auto tegen hackers kunt beschermen. Een concurrent, die jouw taxibedrijf wil dwarsbomen, terroristen die je willen laten crashen of lolbroeken, die het doen omdat het kan. Je kunt beveiligingen en firewalls opwerpen, maar het blijft altijd een kippenrace, criminelen worden steeds slimmer en fabrikanten moeten ze steeds weer voor zijn.

Zelfrijdende motorfiets

Krijgen we ook zelfrijdende motorfietsen? Vast, maar dat zal een stuk langer duren, om een aantal duidelijke redenen. Ten eerste zit een automobilist vast in de gordels, terwijl een motorrijder los op zijn voertuig zit. Bij een automatische rem- of uitwijkmanoeuvre kukelt hij al snel van de motor. Dan is de besturing van een motor lastiger. Auto’s hebben een elektrische stuurbekrachtiging, die ook als stuurservo kan werken bediend. De zelfbalancerende motor die Honda begin dit jaar in Las Vegas presenteerdeDat hebben motoren niet. Dat is natuurlijk op te lossen, maar dan blijft een motor een evenwichtsvoertuig en is dat door een computer lastiger te bedienen. Maar het kan wel, dat bewees Honda vorig jaar al met een motorfiets die zelfs stilstaand rechtop bleef zonder zijstandaard. De vraag is, wie zit daarop te wachten. Een motor koop je voor de beleving, de opwinding die ook voortkomt uit een beetje risico. Wie wil een motor die met veilige snelheid van A naar B sukkelt? Wat wel zal komen, is een groot aantal veiligheidssystemen die als “guardian” optreden. Die, met eigen sensoren en met V2X waarschuwen voor gevaren en die ingrijpen wanneer een rijder te veel risico’s neemt. Maar dat is toekomstmuziek. De zelfrijdende auto niet, die komt eraan, binnen vijf jaar. Het grootste voordeel voor de motorrijder is dat deze een motorrijder dankzij sensoren en V2X niet zo snel over het hoofd zal zien als de WhatsAppende automobilist.