Lidar-Sensoren ermöglichen eine dreidimensionale Erfassung der Umwelt und sind für automatisiertes Fahren (neben Kamera und Radar) erforderlich.

Lidar-Sensoren ermöglichen eine dreidimensionale Erfassung der Umwelt und sind für automatisiertes Fahren (neben Kamera und Radar) erforderlich. (Bild: Leddartech)

| von Alfred Vollmer

Der mit Abstand am meisten geklickte Automotive-Beitrag auf www.all-electronics.de in den letzten beiden Monaten beschäftigt sich mit dem Thema Lidar. Zwar bringt Audi mit dem neuen A8 in diesem Jahr allerhöchstwahrscheinlich das weltweit erste Fahrzeug mit einem Lidar-Sensor auf den Markt, aber dieser gemeinsam mit Valeo entwickelte Sensor arbeitet noch mit dem mechanischen Scanner Scala. Dadurch sind aktuelle Lidar-Sensoren zwar gut realisierbar, aber komplex und teuer, wobei die Preise schon vom fünf- und vierstelligen in den dreistelligen Bereich gefallen sind.

Eck-daten

  • Den kompakten Halbleiter-Lidar-Sensoren gehört die Zukunft.
  • Die Hersteller peilen (zunächst) den Preispunkt um die 100 US-Dollar an, aber langfristig winken noch niedrigere Preise.
  • Je nach Typ beträgt der horizontale Abtastwinkel zwischen 100 und 120 Grad. Der vertikale Abtastwinkel variiert zwischen 25 ° und 120 °.
  • Die angestrebte Reichweite der Halbleiter-Lidar-Sensoren beträgt etwa 200 m, teilweise sogar bis 300 m.

So wie beim Radar der Trend weg geht von rotierenden Sende-/Empfangsantennen hin zum Phased-Array-Radar beziehungsweise AESA-Radar (Active Electronically Scanned Array), zeichnet sich auch bei Lidar ganz klar der Trend hin zur reinen Halbleiterlösung ohne mechanische Strahlablenkung ab. Durch den Wegfall der mechanischen Komponenten wird der Sensor auch robuster.

Allerdings gibt es nach Angaben von Marco Monti, Executive Vice President und General Manager der Automotive & Discrete Group bei STMicroelectronics „derzeit keine Halbleiterlösung für Lidar auf dem Markt, die die Automotive-Anforderungen in punkto Temperatur, Zuverlässigkeit und ähnliches erfüllt, und aufwendige MEMS-Lösungen, beispielsweise mit kleinen Spiegeln, sind zu teuer“. Derzeit sei es „nicht ganz klar“, welche Technologie bei Lidar das Rennen mache. Monti hat allerdings gleich die passende Lösung parat: „Wir haben eine gute Lidar-Lösung, die auf der selben Technologie basiert wie unsere Time-of-Flight-Produkte. Unsere Lidar-Lösung ist rein halbleiterbasiert und voll integriert, und auch in punkto Kosten können wir die Anforderungen der Automotive-Branche erfüllen. Dabei setzt ST eine für die Branche hochinteressante Messlatte: „Wir ermöglichen Lidar so, dass es eine an Consumer-Preisen orientierte Lösung wird, die zusätzlich zu Kameras (im sichtbaren Bereich) im Rahmen der Bildverarbeitung von ADAS-Systemen zum Einsatz kommen kann. Weil das disruptiv zu sein scheint, sprechen wir intensiv mit mehreren deutschen Kunden. Unabhängig davon, was die Amerikaner sagen, ist ADAS ein aus Deutschland getriebenes Thema, viel stärker als in Japan.“

Continental gewährte auf der CES 2017 einen Blick in den Aufbau seines von ASC entwickelten Halbleiter-Lidar-Sensors.

Continental gewährte auf der CES 2017 einen Blick in den Aufbau seines von ASC entwickelten Halbleiter-Lidar-Sensors. Alfred Vollmer

Daher plant ST, die gesamte Lidar-Sensoreinheit anzubieten, wobei der Prozessor und die Infrarot-Lichtquelle noch zusätzlich hinzukommen müssen. Etwa 2019 soll die Automotive-Qualifikation erfolgen, und „im Jahr 2019/2020 könnten Fahrzeuge, die mit diesem Halbleiter-Lidar-Sensor ausgerüstet sind, ihren SOP haben.“ Funktionierende Muster lägen ST schon seit Ende 2016 vor, wobei der Halbleiterhersteller hierbei mit zwei Tier-1s besonders eng zusammenarbeitet.

ST habe sich auf die Fahnen geschrieben, Lidar-Sensoren für den Automotive-Markt in punkto Preis in den unteren zweistelligen Dollarbereich zu bringen. Da allerdings die Volumina von Lidar-Sensoren auf Halbleiterbasis in diesem Jahrzehnt noch sehr gering sein werden, gilt dieses engagierte Preisziel für die Zeit nach 2020, und dafür gebe ST auch schon entsprechende Quotes ab.

Die Antwort auf die Frage „Wer macht was bei Lidar-Sensoren“ finden Sie auf der nächsten Seite.

Tier-1s stellen sich auf

Von einem Halbleiter-Lidar-Sensor erfasste Daten ermöglichen eine exakte Rekonstruktion des Umfelds.

Von einem Halbleiter-Lidar-Sensor erfasste Daten ermöglichen eine exakte Rekonstruktion des Umfelds. ZF

Da Lidar neben Radar und Kamera der dritte notwendige Basissensor für das automatisierte Fahren ist, haben sich die großen Tier-1s allesamt einen Direktzugang zur Lidar-Technologie gesichert. Continental hat hierzu das amerikanische Unternehmen ASC gekauft, und ZF hat sich massiv am Lidar-Pionier Ibeo beteiligt, der übrigens 2010 eine exklusive Partnerschaft mit Valeo zur Entwicklung des „Scala“ genannten Lidars einging, das im Audi A8 Marktpremiere haben wird. Magna wiederum kooperiert mit dem israelischen Unternehmen Innoviz, und Ford investierte in Velodyne. Denso wiederum beteiligte sich an dem Lidar-Startup Trilumina. Lediglich von Bosch gibt es derzeit keine offiziellen Ankündigungen in diesem Bereich – weder über Aktivitäten zur Entwicklung eines eigenen Lidar-Sensors noch über Kooperationen, aber immerhin sieht Bosch Lidar-Sensoren als „sinnvolle Ergänzung zu Radar- und Kamerasensoren“.

Wer macht was bei Lidar-Sensoren?

Wenn der Halbleiter-Lidar-Sensor von Innoviz auf den Markt kommt, dann wird Magna ihn im Automotive-Bereich für seine Kunden nutzen.

Wenn der Halbleiter-Lidar-Sensor von Innoviz auf den Markt kommt, dann wird Magna ihn im Automotive-Bereich für seine Kunden nutzen. Innoviz

An Lidar-Sensoren arbeiten derzeit mindestens die Unternehmen ASC (Continental, siehe Beitrag unter diesem Link), Ibeo (ZF), Innoluce ( Infineon ), Innoviz (Magna), Leddartech, Phantom Intelligence , Quanergy , Sick , ST, Trilumina (Denso), Valeo, Velodyne und Xenomatix . Auch Unternehmen wie Osram mischen aktiv in diesem Geschäft mit, denn von Osram stammen die IR-LEDs in den Systemen von Innoluce.

Über die Lösung von ASC finden Sie einen ausführlichen Bericht unter diesem Link. Ein echter Lidar-Pionier ist das Unternehmen Ibeo, das schon 2007 (damals in Zusammenarbeit mit Sick) für ihr DARPA-Urban-Challenge-Fahrzeug vom TÜV die offizielle Erlaubnis bekam, auf öffentlichen Straßen in Deutschland autonom zu fahren. Neben Lidar-Sensoren für autonome Shuttlebusse und dem Scala-Sensor arbeitet Ibeo jetzt vor allem an einer rein halbleiterbasierten Lösung.

Innoluce bietet ToF-Lidar-Sensoren auf Basis einer eigenen (nicht von Texas Instruments abhängigen) MEMS-Spiegeltechnologie an, die unter anderem für die Medizintechnik konzipiert sind. Die Arbeiten im Bereich Automotive laufen, wobei einige Kerndaten bereits feststehen. So soll die Reichweite über 200 m, während die Auflösung unter 0,1 Grad beträgt. Den Preispunkt für die rein auf Halbleitern basierende Lidarlösung für den Bereich Automotive gibt die 100-prozentige Infineon-Tochter mit „unter 100 US-Dollar“ an.

Mehr über die konkreten Lösungen von vier Unternehmen sowie über deren Preisziele finden Sie auf der nächsten Seite.

Innoviz, Leddartech, Quanergy und Velodyne

Optische 3D-Umwelterfassung aus der Sicht von Velodyne mit einem horizontalen Blickwinkel von 120 °.

Optische 3D-Umwelterfassung aus der Sicht von Velodyne mit einem horizontalen Blickwinkel von 120 °. Velodyne

Das israelische Unternehmen Innoviz arbeitet derzeit ebenfalls an einer rein halbleiterbasierten Lidar-Lösung, die als Prototyp auf der CES 2017 ausgestellt war. Auch hier lauten die Eckdaten 200 m Reichweite (bei Objekten mit 50 Prozent Reflektivität) und 0,1 Grad räumliche Auflösung. Der Sensor liefert einen Datenstrom von 6 MPixel/s bei 25 Frames/s und einem Abtastwinkel von 100 ° x 25 °. Innoviz spricht ebenfalls von „Low-Cost $ 100“.

Auch Leddartech hat sich einen Preispunkt von unter 100 US-$ für den Lidar-Sensor auf die Fahnen geschrieben. Auf der CES zeigte das kanadische Unternehmen in diesem Jahr erstmals seinen Halbeiter-Sensor, der einen Bereich von 120 ° x 120 ° abtastet und dabei über einer Distanz von 200 m Fußgänger sowie von 300 m noch Fahrzeuge erkennt – und zwar bei einer Auflösung von 512 x 64. Auf der CES zeigte unter anderem Valeo einen Lidar-Sensor auf Basis der Leddartech-Technologie. Muster dürfte es mit Erscheinen dieser Ausgabe geben, und bereits 2018 sollen kommerzielle Stückzahlen lieferbar sein.

Ab 2018 will Velodyne seinen Velarray genannten Halbleiter-Lidar-Sensor mit 200 m Reichweite in Massenstückzahlen produzieren.

Ab 2018 will Velodyne seinen Velarray genannten Halbleiter-Lidar-Sensor mit 200 m Reichweite in Massenstückzahlen produzieren. Velodyne

Quanergy hat bereits einen mechanischen Lidar-Sensor in Produktion und will seine Halbeiter-Lidar-Lösungen, die ebenfalls auf der CES 2017 ausgestellt waren, in einer Kooperation mit Sensata auf dem Automotive-Markt etablieren, um strategische Partner wie Daimler oder Delphi zu beliefern, wobei Sensata das Exklusivrecht an den Quanergy-Sensoren für Fahrzeuge hat. Quanergy nutzt das Verfahren der optischen Phasen-Arrays ganz ohne bewegliche Teile (auch ohne MEMS-Spiegel).

Noch diesen Sommer will Velodyne seinen Velarray genannten Lidar-Sensor, der rein auf Halbleiterbasis und ohne bewegliche Teile funktioniert, den ersten Kunden vorstellen. Der kompakte Sensor (siehe Bild oben links) soll 200 m Reichweite mit einem horizontalen Blickwinkel von 120 Grad und einem vertikalen Blickwinkel von 35 Grad abdecken. Das Bauteil wird ASILB-konform sein und 2018 in Massenproduktion gehen.

Alfred Vollmer

Chefredakteur AUTOMOBIL-ELEKTRONIK

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