Im Gegensatz zu 3D-Flash-Lidar basiert bislang existierende Lasersensorik in der Regel auf sequenziell abtastenden Signalen, die durch mechanische Bewegung des Impulsgebers erzeugt werden. Continental entwickelt mit der hochauflösenden 3D-Flash-Lidar-Technologie (LiDAR: Light Detection And Ranging) eine Lösung zur Serienreife, die völlig auf mechanisch bewegte Komponenten verzichtet und zudem direkt ein dreidimensionales Bild der Fahrzeugumgebung erzeugt. In Fahrversuchen konnte nachgewiesen werden, dass sich die patentierten Lasersensoren für den Einsatz in hochautomatisierten Straßenfahrzeugen (SAE Level 3-4) eignet.

Sensorkonzepte für automatisiertes Fahren

3D-Flash-Lidar Objektdetektierung mit Lidar-Sensoren. Continental

Objektdetektierung mit Lidar-Sensoren. Continental

Die gesamte Automobilindustrie arbeitet mit Hochdruck daran, die Vision vom selbstfahrenden Automobil zu realisieren. Die Umsetzung erfolgt dabei schrittweise, indem der Grad der Automatisierung stufenweise erhöht wird. Als Maß für den Automatisierungsgrad hat sich die in der SAE-Norm J3016 beschriebene Fünf-Stufen-Systematik bewährt. Es gilt als Konsens in der gesamten Industrie, dass ab Level 3 (hochautomatisiertes Fahren) neue, besonders robuste Sensorkonzepte erforderlich sind, die dazu in der Lage sind, jederzeit und bei allen Wetterbedingungen eine zuverlässige Umfelderkennung zu ermöglichen.

Kein bekanntes Sensorprinzip kann allein diese Anforderung unter allen denkbaren Umwelt- und Fahrzuständen gewährleisten. Continental setzt daher darauf, die Stärken verschiedener Sensoren wie Kamera, Radar und jetzt auch High-Resolution-3D-Flash-Lidar (3D-Flash-Lidar mit hoher Auflösung) zu kombinieren. So gewähren die heute bereits für Fahrerassistenzsysteme verwendeten Radarsensoren eine hohe Messgenauigkeit – auch bei ungünstigen Sichtbedingungen und bei schlechtem Wetter. Nachteil der Radartechnik gegenüber optischen Messverfahren ist die relativ hohe Wellenlänge: Sie beträgt 12,5 mm bei 24-GHz-Sensoren und 3,9 mm bei 77-GHz-Sensoren. Dies führt in Kombination mit dem periodisch erzeugten Signal dazu, dass die Detektion bewegter Objekte zwar treffsicher möglich ist, aber die exakten geometrischen Konturen dieser Objekte nur mit einiger Unschärfe zu erfassen sind – es ergibt sich sozusagen ein „verwaschenes“ Bild.

Eckdaten

Warum sind Lidar-Sensoren für das automatisierte Fahren erforderlich? Wie funktioniert ein Lidar-Sensor? Welche Vorteile bietet ein 3D-Flash-Lidar und was lässt sich damit in welcher Auflösung detektieren? Wo kommt die 3D-Flash-Lidar-Technologie bereits seit langem in der Raumfahrt zum Einsatz? Antworten hierauf und auf viele andere Fragen liefert dieser Beitrag.

Um über die automatische Abstands- und Geschwindigkeitsregelung (ACC, Adaptive Cruise Control) hinaus weitere Fahrerassistenzsysteme zu ermöglichen, hat Continental frühzeitig die Entwicklung kamerabasierter Sensoren eingeleitet. So sind Kameras unabdingbar, um die Signalfarben einer Ampel und Verkehrsschilder zu erkennen. Bereits Monokameras ermöglichen in Kombination mit geeigneter Software zur Bildinterpretation auch die Erkennung von Bewegungsmustern bei Fußgängern. Eine Stereokamera erlaubt durch den Versatz zweier optischer Systeme sogar eine dreidimensionale Auflösung des Bildes. Doch obwohl Kameras mit deutlich kürzeren Wellenlängen arbeiten – sichtbares Licht hat ein Spektrum von 400 bis 720 nm – stoßen auch kamerabasierte Systeme an physikalische Grenzen. Insbesondere bei ungünstigen Licht- und Sichtverhältnissen wie Nebel oder direkter Sonneneinstrahlung leidet die Sensorreichweite deutlich.

Lidar

Als weiteres Sensorprinzip wird vor diesem Hintergrund seit Jahren an der Entwicklung von Lasersensoren gearbeitet, meist als „Lidar“-Technologie bezeichnet. Ein kontinuierlich ausgesendeter Laserstrahl mit kurzer Wellenlänge ermöglicht grundsätzlich auch ohne Tageslicht eine hohe Auflösung – allerdings zunächst nur für einen einzelnen Punkt. Um eine Umgebungserkennung aus einem fahrenden Fahrzeug heraus zu ermöglichen, sind daher die bislang vorrangig in Prototypen verwendeten Sensorsysteme so ausgelegt, dass sowohl die Laserquelle als auch das für den Empfang benötigte optische System mechanisch bewegte oder rotierende Komponenten haben. Auch wenn in den letzten Jahren eine fortschreitende Miniaturisierung solcher Systeme beobachtet werden kann, wäre für den Einsatz im anspruchsvollen Automobilbereich ein robustes System vorteilhaft, das vollständig auf mechanisch bewegte Teile verzichtet, gleichwohl aber über eine hohe Auflösung verfügt. Mit dem 3D-Flash-Lidar entwickelt Continental eine solche Lösung derzeit zur Serienreife.

Aber wie funktioniert eigentlich 3D-Flash-Lidar?

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