Das Auto im Netz. Worum geht s? Lernziele und Kompetenzen. Schon gewusst? Blickwinkel

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1 Das Auto im Netz Wie kommt ein Auto technisch ins Netz? Vernetzung per Smartphone oder eigenem Netzzugang im Fahrzeug. Wie funktionieren GPS und Location-based Services? Vernetzung mit anderen Verkehrsmitteln Vernetzung mit anderen Autos Einzug des Internets ins Auto Vernetzung bestehender Systeme im Auto Vernetzung mit Infrastruktur Die Schülerinnen und Schüler sollen verstehen, wie die Mittel des mobilen Computing dem Autonutzer neue Möglichkeiten der Kommunikation, der Information und der Unterhaltung bieten. Mithilfe eines schnellen Internetzugangs vereinen Autos zukünftig die physische Mobilität mit den Fähigkeiten eines Smartphones und denen eines Computers. Sie lernen, wie die Ortung und Navigation per GPS funktioniert. Grundsätzlich kann ein Fahrzeug auf zwei Arten ins Netz gehen: Über den Zugang eines Smartphones oder mit einem eigenen Zugang. In beiden Fällen sind mobiler Internetzugang, Navigationsmöglichkeiten und verschiedene Apps möglich. Neben der Computertechnik in den Fahrzeugen ist hierfür auch eine Netzinfrastruktur nötig. Es wird erwartet, dass 2016 bereits 80 Prozent der weltweit verkauften Neufahrzeuge vernetzt sind. Die Einbindung über Smartphones ist jedoch vor allem im Unterhaltungsbereich sinnvoll. Für sicherheitsrelevante Informationen muss das Fahrzeug mit einem eigenen Internetzugang ausgestattet sein. Wegen Diensten wie ecall, einem von der EU geplanten Notrufsystem mittels Telefonverbindung, wird die Zahl der in Fahrzeugen installierten SIM-Karten wachsen. Einen besonderen Nutzen im Auto haben sogenannte standortbezogene Dienste (Locationbased Services), die selektiv Informationen zum jeweiligen Aufenthaltsort bereitstellen. Darüber lassen sich unter anderem Restaurants und Hotels in der Nähe anzeigen, indem beispielsweise Internet-Informationen mit der Positionsbestimmung per GPS kombiniert werden. Vereinfacht gesagt werden bei GPS per Triangulation die Signale mehrerer Funkstationen ausgewertet. Derzeit kreisen mehr als 30 Satelliten auf sechs Umlaufbahnen um die Erde, sodass jederzeit überall auf der Erde sechs bis zwölf Satelliten empfangen werden können. Jeder Satellit sendet ständig ein Signal mit Zeitstempel. Ein GPS-Empfänger wertet die Laufzeiten der Signale aus und kann anhand der kleinen Zeitunterschiede seine Position auf der Erde berechnen. Blickwinkel Grundlage für schnelle Internetanschlüsse sind entsprechend ausgebaute Mobilfunknetze. Mit dem Wechsel von den Mobilfunkstandards der zweiten und dritten Generation (GSM Global System for Mobile Communications bzw. UMTS Universal Mobile Telecommunications System) zum schnelleren, weltweit einheitlichen Standard LTE (Long Term Evolution) werden zukünftig Datenraten von bis zu 1 Gigabit pro Sekunde möglich (LTE advanced), statt der aktuellen 100 bis 300 Megabit.

2 Vernetzung im Auto Praktische Anwendung Praxisbeispiel: Vernetzungstechnik im Auto. Cruise Control Digitale Straßenkarte Tempomat Navigationssystem Abstandsregeltempomat Anhand der Aufgaben sollen sich die Schülerinnen und Schüler erschließen, welche Möglich keiten sich aus einer Kombination von mehreren der in den verschiedenen Modulen behandelten Techniken vernetzter Fahrzeuge ergeben. Seit den 1960er-Jahren sind Geschwindigkeitsregelanlagen (Cruise Control oder Tempomat) in Autos verfügbar, anfänglich nur in Fahrzeugen mit Automatikgetriebe. Sie ermöglichen es, eine vom Fahrer gewählte Geschwindigkeit konstant einzuhalten. Durch die Möglichkeit der Erfassung vorausfahrender Fahrzeuge (meist per Radar) wurden ab 1995 deutlich erweiterte Systeme, sogenannte Adaptive-Cruise-Control-Systeme (ACC oder Abstandsregeltempomat), entwickelt. In einer einfachen Version kann die ACC akustische Warnsignale geben, wenn der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug zu gering wird. Sie kann auch in die Geschwindigkeitsregelung eingreifen bzw. sie abschalten. Wird der Abstand kritisch, z. B. an einem Stauende, so kann die Regelung auch eine Bremsung einleiten. Das System kann auch darauf ausgelegt werden, einen konstanten Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug einzuhalten, was z. B. für Lkw-Fahrer in einer Kolonne auf der Autobahn einen deutlichen Komfort- und Sicherheitsgewinn darstellt. Ein Stauassistent funktioniert nach dem gleichen Prinzip und entlastet den Fahrer im Stop-and-go-Verkehr. Die Verbindung der Adaptive Cruise Control mit einem Navigationssystem und mit digitalen Straßenkarten (Straßenverlauf, Höhenprofile, Geschwindigkeitsbeschränkungen etc.) ermöglicht nochmals deutlich erweiterte Funktionen. Der hiermit mögliche Fahrassistent kennt die eigene Position und Geschwindigkeit sowie die genaue Strecke. Aus diesen Daten sowie der Information über Abstände und Geschwindigkeiten anderer Verkehrsteilnehmer errechnet er die optimale Fahrweise. Er kann Gas, (Automatik-)Schaltung und Bremse übernehmen. Der Fahrer muss nur noch lenken, kann aber jederzeit eingreifen. Durch seine vorausschauende Fahrweise mindert der Fahrassistent den Verbrauch und bringt seine Fahrgäste schnell und sicher ans Ziel. Zwei der wichtigsten aktuellen Vernetzungsschlagwörter lauten Car-to-Car (C2C) und Car-to- Infra structure (C2I). Sie beschreiben Vernetzungssysteme, in denen die beteiligten Fahrzeuge miteinander kooperieren, also untereinander oder mit dem Infrastrukturbetreiber laufend Daten und Informationen austauschen. Durch solch gezielten Informationsaustausch können Ereignisse genauer lokalisiert und individuell in den Fahrzeugen dargestellt werden; Verkehrssicherheit und Effizienz des Verkehrsablaufs steigen.

3 Starke Vernetzung durch Partner Welche Branchen spielen zusammen, damit Fahrzeuge ins Netz kommen? Die Schülerinnen und Schüler sollen einen Eindruck davon erhalten, welche Abstimmungsprozesse und Kooperationen auf Seiten der Hersteller und Betreiber erforderlich sind, damit dem Nutzer die neuen Dienste zur Verfügung stehen. Sie sollen verstehen, dass eine Zusammenarbeit zwischen Autoherstellern, Netzbetreibern, IT-Unternehmen und Handyherstellern, aber auch mit anderen Verkehrsanbietern und der öffentlichen Verwaltung erforderlich ist, um die Möglichkeiten der Vernetzung von Fahrzeugen nutzen zu können. Die umfangreiche Vernetzung von Fahrzeugen kann als digitale Revolution in der Automobilindustrie bezeichnet werden. Sie bedarf der Kooperation mit Partnern aus der Branche der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) und staatlichen Akteuren, um technischen und infrastrukturellen Herausforderungen zu begegnen, Standards zu etablieren und einen rechtssicheren Rahmen zu schaffen. Fehlen solche Standards, werden Innovationen verlangsamt. Zugleich eröffnen sich durch die neue Technik für alle Beteiligten neue Optionen. Für die Integration von Mobilfunk- und Computertechnik in Fahrzeuge und für den Betrieb der Systeme kooperieren die Hersteller mit entsprechenden Anbietern von Hard- und Software aus der IKT-Branche sowie Betreibern öffentlicher Verkehrsmittel. Gerade in der Frühphase geht diese Zusammenarbeit mit einem Wettbewerb um zukünftige Mobilitätssysteme einher, da alle Beteiligten versuchen, ertragreiche Geschäftsmodelle zu realisieren. Auch die Wünsche der Kunden und ihre Kaufentscheidungen beeinflussen, in welche Strategien die Hersteller besonders stark investieren. Im Spannungsfeld zwischen Wettbewerb und hohen Innovationskosten ist die gemeinsame Erarbeitung technischer Standards wichtig, die z. B. einen reibungslosen und zugleich sicheren Datenaustausch gewährleisten sollen. Zurzeit existieren in Bezug auf das vernetzte Automobil uneinheitliche Ansätze, die noch im Wettbewerb stehen. Der Feldversuch sim TD setzt u. a. die Synchronisation und Entwicklung von gemeinsamen Standards erstmalig um (siehe Modul 2). Vernetzte Fahrzeuge greifen auch auf zahlreiche Infrastrukturdaten wie z. B. Ampelschaltungen zu. Da jede Kommune aber die Installation, Schaltung und Wartung ihrer Ampeln eigenständig verwaltet, ist die Synchronisation dieser Daten mit Fahrzeugen eine organisatorische Herausforderung. Zugleich besteht bei Kommunen und Ländern ein generelles Interesse, den Verkehr zu entzerren und beispielsweise Emissionen und Geräuschpegel des Verkehrs einzudämmen. Auch hier ist also Kooperation gefragt.

4 Nutzwert durch Vernetzung Vernetzungstechnik im Fahrzeug beschleunigt, vereinfacht und optimiert bisherige Kommunikationswege und schafft somit Sicherheit und Komfort für alle Verkehrsteilnehmer. Vernetzung mit anderen Verkehrsmitteln Vernetzung mit anderen Autos Vernetzung bestehender Systeme im Auto Einzug des Internets ins Auto Vernetzung mit Infrastruktur Die Schülerinnen und Schüler sollen einen Eindruck davon erhalten, welche Assistenzsysteme heute schon verfügbar und welche aufgrund von Vernetzung bereits in naher Zukunft zu erwarten sind. Sie sollen sich damit beschäftigen, welchen erhöhten Nutzwert und Komfort das vernetzte Auto dem Fahrer und den Passagieren mit neuen Assistenzfunktionen bieten kann. (Weitere Informationen dazu bieten auch die Arbeitsblätter auf Seite 36 und 37.) Bereits heute ist Autofahren durch zahlreiche Assistenzsysteme komfortabler und sicherer geworden. Neben Sicherheitsfunktionen wie Antiblockiersystem (ABS), Notbremsassistent oder elektronischem Stabilitätsprogramm (ESP) sind Hilfen wie Tempomat, Einparkassistent, Licht- und Scheibenwischerautomatik oder Reifendruckkontrolle zunehmend Standard. Vollautomatisches Einparken ist in der Erprobung, Müdigkeitswarner empfehlen Pausen, Spurhalteassistenten geben Alarm beim Überfahren von Fahrbahnmarkierungen, ein Warner weist auf Fahrzeuge im toten Winkel hin. Inzwischen ist sogar ein Stauassistent verfügbar, der das wiederholte Anfahren und Abbremsen im Stau übernimmt, ohne aufzufahren oder die Spur zu verlassen. Die intelligente Vernetzung des Autos ermöglicht weitere Assistenzleistungen, die Zeit sparen und die Belastung des Fahrers reduzieren. Manche Apps unterstützen z. B. bei der Parkplatzsuche in der Stadt. Über das Auto hat man Zugriff auf seinen Terminkalender, kann sich s vorlesen lassen oder per Spracheingabe diktieren. Durch Vernetzung können Werkstätten aus der Ferne Diagnosen durchführen und Probleme beheben, bei Diebstahl lassen sich Fahrzeuge automatisch orten. Sogar an der Vision eines Fahrens ohne Fahrer wird in Deutschland und den USA bereits gearbeitet. Das Spektrum der Möglichkeiten ist sehr breit, das Fahrzeug der Zukunft bietet sehr viel mehr Komfort und wird nahezu Teil des eigenen Wohnzimmers. Die Anzeige- und Bedienelemente im Fahrzeug müssen die neue Funktionsvielfalt berücksichtigen und so organisiert sein, dass Fahrer nicht abgelenkt werden und die allgemeine Sicherheit nicht gefährdet wird. Gleichzeitig sollen Fahrzeuge intuitiv und komfortabel bedienbar bleiben. Separate Head-up-Displays liefern dem Fahrer beispielsweise Navigations-, Radio- und Telefoninformationen, während der Beifahrer sich einen Film ansehen oder standortbezogene Informationen abrufen kann. Gerade im Bereich Mensch-Maschine-Schnittstelle sind noch viele Innovationen zu erwarten. Die Elemente werden per Spracheingabe bedient, mittels Gestik, per Berührung oder per Eye-Tracker.

5 Cloud-Computing und Mobilität Immer alles dabei! Wie funktionieren die Computernetze? Wo stehen die Speicher, und wer bezahlt sie? Wie kommuniziert ein Auto mit ihnen? Welche Anforderungen an Datenschutz und Datensicherheit müssen auch mobil im Fahrzeug erfüllt werden? Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, wie der Netzwerk-Trend Cloud-Computing zu den Möglichkeiten vernetzter Fahrzeuge und zum mobilen Lebensstil passt. Sie sollen Herausforderungen im Datenschutz kritisch reflektieren. Die wachsende Zahl an Nutzungsmöglichkeiten von Computern führte zu dem Problem, an verschiedenen Orten jeweils die eigenen Daten und Programme verfügbar zu haben. In Firmen trat das Problem auf, hohe Rechenleistung vorhalten zu müssen, auch wenn der Bedarf nur temporär ist. Schnelle lokale Datennetze sowie Breitband-Internetanschlüsse ermöglichen seit einigen Jahren ein Outsourcen von Daten, Rechenleistung und Programmen an einen Dienstleister und den Zugriff von verschiedensten Endgeräten aus. Dem Nutzer ist der Ort der physischen Speicherung nicht bekannt, aber er ist ihm auch egal die Daten liegen irgendwo in der Wolke. Tatsächlich werden die Daten in der Regel an einem Ort mit bester Breitbandanbindung und niedrigen Standortkosten gespeichert. Die zugrunde liegende Technik ist auch für die mobile Vernetzung in Fahrzeugen wichtig. Genau wie ein PC oder ein Smartphone kann auch ein Auto mit schnellem Internetzugang als Terminal für den Zugriff auf Daten und Programme in der Cloud dienen. Damit wird das Auto zu einem vollwertigen mobilen Arbeitsplatz, und es eröffnen sich viele Möglichkeiten der Flexibilisierung. Der Service der Cloud muss natürlich bezahlt werden, jedoch können die Kosten durchaus niedriger sein als bei einem lokalen System. Bei den derzeitigen Nutzungsmodellen zahlt der Endnutzer für die Cloud ob dies auch für die vernetzte Nutzung in Fahrzeugen gilt, wird die Zukunft zeigen. Eine wesentliche Herausforderung des Cloud-Computing ist die Datensicherheit. Der individuelle Zugriff auf die eigenen Daten muss abhörsicher und es darf kein unbefugter Zugriff möglich sein. Hierfür werden heute bewährte Verschlüsselungsverfahren (z. B. SSL/TLS) eingesetzt. Es ist hilfreich, die Daten zusätzlich auf den Servern verschlüsselt zu speichern. Hinsichtlich des Problems, dass der Cloud-Anbieter selbst Zugriff auf die Daten hat, wird an wirksamen Verschlüsselungsverfahren gearbeitet. Die Nutzung in einem Fahrzeug stellt technisch die gleiche Situation dar, muss aber wegen der hohen Wertigkeit von Fahrzeugen und aufgrund der Sicherheitsthematik für Fahrer und Beifahrer höheren Qualitätsansprüchen genügen.