KEM Konstruktion Automobilkonstruktion 02.2019

FAHRERASSISTENZ
SENSORIK
3D-Sensoren für autonome Maschinen der nächsten Generation
Bewegte Objekte scannen
Lidar (Abkürzung für englisch light detection and ranging) ist eine dem Radar verwandte Methode zur
optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung. Statt der Radiowellen wie beim Radar werden Laserstrahlen
verwendet. Cepton, ein Anbieter von 3D-Lidar-Lösungen für Automobil-, Transport-, Industrie-
und Mapping-Anwendungen, hat nun einen Lidar-Sensor speziell für intelligente Verkehrsinfrastrukturen
entwickelt. Er ermöglicht präzise 3D-Scans, eine automatisierte Klassifizierung von Objekten
und volumetrisches Scannen.
Jürgen Ludwig, Director Business Development, Cepton Technologies, San Jose, USA
Lidar-Sensoren scannen und klassifizieren
bewegte Objekte mit Autobahngeschwindigkeit
Bild: Cepton
Die Orientierung im Raum und der Abstand zu statischen und
bewegten Objekten ist eine wichtige Voraussetzung für die
kollisionsfreie Bewegung autonomer Maschinen. Dabei hängt es
vom Anwendungsfall und den äußeren Umständen ab, welche Sensoren
in welcher Anzahl dafür notwendig sind. Handelt es sich zum
Beispiel nur um die Kollisionsvermeidung bei einem langsam fahrenden
Fahrzeug auf einem abgesperrten Gelände, so reicht für diese
Aufgabe vermutlich eine preiswerte Kamera mit entsprechender
Software zur Hinderniserkennung. Autonome Fahrzeuge im Stadtverkehr
können ohne eine Vielzahl von rund um die Karosserie angebrachten
Sensoren keine Straßenzulassung erlangen. Dabei muss
das Sensorpaket bestehend aus mehreren Kamera-, Radar- und
Lidar-Sensoren den Nahbereich lückenlos durchleuchten, um beim
Anfahren zum Beispiel keinen Hund zu gefährden, der dicht vor das
stehende Fahrzeug gelaufen ist. Zugleich muss die Umfelderfassung
bei Autobahngeschwindigkeit Hindernisse in einer Entfernung
von zweihundert Metern und mehr zuverlässig erkennen können.
Schlechte Sensorik ist
Sicherheitsrisiko
Eine schlechte Sensorik an autonomen Fahrzeugen
stellt nicht nur ein Sicherheitsrisiko
dar. Durch abrupte Manöver wird der Komfort
der Passagiere an Bord empfindlich beeinträchtigt.
Auch bei passagierlosen Plattformen,
beispielsweise für den Gütertransport,
sind schnelle Eingriffe mit hohen Kräften unerwünscht,
da sie zu höherem Verschleiß
und damit zu höheren Kosten führen. Mit
steigenden Anforderungen an die Umfelderfassung
sollten nicht einfach nur mehr Sensoren
verbaut werden. Vielmehr empfiehlt
es sich, Sensoren mit verschiedenen physikalischen
Messprinzipien zu verbauen. Je
nach Umgebungsbedingungen und Aufgabenstellung
können verschiedene Sensoren ihre individuellen Stärken
ausspielen und Schwächen ihrer Kollegen ausgleichen. Kameras
waren die ersten Sensoren, die an Serienfahrzeugen als Rückfahrkameras
in den frühen Neunzigern verbaut wurden. Sie sind mit
ihrem Farbsehen bestens geeignet für eine Segmentierung der Umwelt
sowie die Objekterkennung und -klassifizierung. Allerdings
sind sie als passiver Sensor auf Fremdlicht angewiesen und haben
bei schnellen Lichtwechseln beispielsweise bei Tunnelein- und -ausfahrten
oder bei Gegenlicht Probleme.
Lidar-Sensoren erstellen 3D-Punktewolke
Radarsensoren, die ihre Umwelt mit Mikrowellen abtasten, fanden
mit der Adaptive Cruise Control (ACC) Ende der Neunziger Jahre
den Einzug in Premiumfahrzeuge. Inzwischen wurde der aktive Sensor
soweit optimiert, dass er auch im Volumenmarkt angekommen
ist. Ein Radarsensor nutzt die Phasenverschiebung zwischen ausgesendeter
und empfangener Welle, die von einem bewegten Objekt
verursacht wird. Damit lassen sich Abstand und Geschwindigkeit
gut ermitteln. Allerdings stellt die Winkelauflösung eine Herausforderung
dar, um beispielsweise unterscheiden zu können, ob sich
das entfernt vorausfahrende Fahrzeug auf der eigenen oder der
Nachbarspur befindet. Die dritte Sensorkategorie verwendet Laser-
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