Bild 5: Echtzeitdaten aufgenommen mit dem VLS-128: Auch bei schnellen Bewegungen und hohen Fahrgeschwindigkeiten liefert der Sensor detailliertes Datenmaterial. (Bild: Velodyne)
Bild 1: Der Standard bei Lidar-Sensoren sind 360°-Laserscanning-Systeme. Velodyne
Bild 2: Für den flexiblen, integrierten Fahrzeugeinbau stellt Velodyne den handflächengroßen Velarray vor. Velodyne
Sowohl in der Automobilbranche als auch in anderen Industriezweigen stehen zukünftige autonome Anwendungen im Mittelpunkt der Forschungs- und Entwicklungsabteilungen. Die Lidar-Technologie (Light Detection and Ranging) hat sich im Sensorbereich als praktisch unverzichtbar herausgestellt. Der Standard sind derzeit rotierende 360°-Laserscanning-Systeme (Bild 1), aber gerade für den flexiblen, integrierten Fahrzeugeinbau (hidden integration) stellt Velodyne den nichtrotierenden Verlarray-Sensor vor (Bild 2). Der Sensor verbindet die Performance der bekannten 360°-Bauteile mit einer kompakten Bauweise. Die Sensoren lassen sich je nach Montagevorgaben konfektionieren, was auch den Verbau des Velarray hinter der Windschutzscheibe oder verborgen im Stoßfänger zulässt.
Sicherheit und Packaging
Eck-Daten
Kompakt und damit versteckt einbaubar oder Rundumblick mit einem einzigen Sensor – diese Entscheidung stellt sich häufig beim Einsatz von Lidar-Sensoren im Fahrzeug. Das gerade einmal handflächengroße, robuste, nichtrotierende Velarray wurde speziell für die „hidden integration“ entwickelt und lässt sich auch hinter der Windschutzscheibe oder im Stoßfänger unterbringen. Autonome Anwendungen wie Robo-Taxis und Transportfahrzeuge profitieren vom VLS-128, der aktuellen Weiterentwicklung der Puck-Sensoren von Velodyne. Dieser rotierende Lidar-Sensor mit 128 Laserkanälen bring es auf eine Reichweite von 300 m und liefert auch bei ungünstigen Witterungsbedingungen zuverlässige Daten.
Bereits in der Entwicklungsphase wurde in Zusammenarbeit mit OEMs Wert darauf gelegt, dass sich der Velarray unauffällig in sein Umfeld einfügt. So ist sichergestellt, dass der Sensor neben der Funktionalität auch den hohen Ansprüchen der Automobilkunden an Design und Ausstattung genügt. Mit einer Länge von 157 mm, einer Breite von 52 mm und einer Höhe von 65 mm ist der Lidar-Sensor etwa handflächengroß. Seine Einbauflexibilität gewährleistet ein optimales Blickfeld auf die vorausliegende Fahrumgebung, ohne dass Fahrzeuginsassen Einbußen in puncto Fahrkomfort oder Ästhetik befürchten müssen. Denkbar sind auch seitliche Installationen. Die Platzierung im Fahrzeug und das Gerätedesign haben nicht nur Auswirkungen auf Optik und Kompatibilität, sondern auch auf das Leistungsvermögen und die Zuverlässigkeit des Sensors.
Velarray hat in der Horizontalen einen Erfassungswinkel von 120°, vertikal 35° und erfasst Hindernisse mit einer Reichweite von bis zu 200 Metern vor dem Fahrzeug. Er erkennt zudem Objekte mit besonders geringer Reflexion über die gesamte Reichweite. So ist der Sensor in der Lage, seine Wahrnehmungen in Echtzeit und in einer guten Bildqualität abzubilden. Die bereitgestellten Informationen unterstützen fortschrittliche ADAS-Anwendungen.
Welche Systeme bei der 360°-Rundumerfassung zum Einsatz kommen erfahren Sie auf der nächsten Seite.
360°-Erfassung
Die bekannten Hybrid-Solid-State-360°-Rotationssensoren behalten auch weiterhin ihren festen Platz im Produktportfolio von Velodyne, da sie die Rundumerfassung mit nur einem Sensor ermöglichen – eine Anwendung, für die ein dynamischer Markt existiert. Während Sensoren mit einem kleineren horizontalen Erfassungsbereich, wie beispielsweise der Velarray, für ADAS-Anwendungen prädestiniert sind, kann ein einzelner 360°-Sensor das komplette Fahrzeugumfeld abbilden und mit einer einzigen schnellen Umdrehung erfassen. Dies stellt nicht zuletzt auch einen erheblichen pragmatischen Vorteil in der Weiterverarbeitung der empfangenen Daten dar: für vollautonomes Fahren kann ein 360°-Sensor zum Beispiel sechs bis acht rund um das Fahrzeug platzierte ADAS-Sensoren ersetzen.
Bild 3: Der VLS-128, ein rotierendes Lidar-Sensorsystem, ist Teil des vom Startup Voyage vorgestellten autonomen Konzepts, hier verbaut in einem Chrysler Pacifica. Velodyne
Bild 4: VLS-128 mit 128 Laserkanälen und mit bis zu 300 m Reichweite ist der derzeit leistungsstärkste 3D-Mehrkanalsensor. Velodyne
Bild 5: Echtzeitdaten aufgenommen mit dem VLS-128: Auch bei schnellen Bewegungen und hohen Fahrgeschwindigkeiten liefert der Sensor detailliertes Datenmaterial. Velodyne
Genau diesen Anwendungsvorteil bietet der 360°-Lidar-Sensor VLS-128 (Bilder 3 und 4). In ihm stecken nicht nur zehn Jahre technische Entwicklungserfahrung, sondern auch die Erfahrungen und Erkenntnisse aus Millionen gefahrener Kilometer mit 360°-Lidar-Sensoren. Mit einer Objekterfassung von 300 Metern ist der Sensor ein besonders reichweitenstarker 3D-Mehrkanalsensor. Von seiner Auflösung und Genauigkeit sollen zukünftig nicht zuletzt Robot-Taxi-Flotten profitieren. Denn auch bei schnellen Bewegungen und hohen Fahrgeschwindigkeiten liefert der Sensor zuverlässig detailliertes Datenmaterial, etwa präzise Abstandsmessungen zu den umgebenden Verkehrsteilnehmern oder Fahrbahnabgrenzungen (Bild 5). In einem vertikalen Sichtfeld von insgesamt 40° erkennt der Sensor auch unkonventionelle Verkehrshindernisse. Herausforderungen wie etwa überstehende Ladungsteile auf LKW-Anhängern oder schwarzes Gummimaterial geplatzter Reifen auf der Straßenoberfläche erfasst der Lidar-Sensor aufgrund seines hohen Auflösungsvermögens auch bei Nacht zuverlässig.
Der VLS-128 ist eine Weiterentwicklung der Puck-Sensoren von Velodyne. Er transformiert in Echtzeit Tausende von Daten aus seiner Rundumerfassung in hoher Auflösung zu einem dynamischen Bild. Hierzu arbeitet er mit 128 Laserkanälen, die jegliche Bewegung im Umfeld voll erfassen und so größtmögliche Sicherheit bieten. Entwickelt wurde er explizit für eine maximale Objekterkennung auch unter schwierigen Witterungsbedingungen.
Lidar oder Kamera? Die Antwort darauf und Beispiele für bereits im Einsatz befindliche Lidars beschreibt der Artikel im Folgenden.
Lidar-Sensoren oder Kamera?
Bei allen Stärken einer laserbasierten Umgebungserfassung steht Lidar nicht im Wettbewerb zu kamerabasierten Erfassungstechnologien für automatisierte Fahrzeuge. Kamerabasierte Systeme sind vielmehr komplementäre Technologie-Bausteine zu den Lidar-Sensoren. Aktuell nutzen Unternehmen, die an autonomen Fahrzeugen arbeiten, in der Regel drei Technologien: Kameras, Lidar und Radare. Die einzelnen Systeme ergänzen sich dabei. Um von allen Erfassungssystemen gemeinsam möglichst vollständige Daten über die Fahrzeugumgebung zu erhalten, erfolgt eine Zusammenführung der drei Datentypen.
In Ergänzung zu Kamerabildern liefern Lidar-Sensoren zentimetergenaue Entfernungsmessungen. Mit dem Vorteil eines aktiven Sensors wird die Fahrumgebung auch bei absoluter Dunkelheit erkannt. Lidar-Systeme, wie sie im VLS-128 und im Velarray zum Einsatz kommen, lassen anders als Kamerasysteme die Darstellung dreidimensionaler Echtzeitabbildungen zu, die Fahrzeuge mit Informationen über Abstand, Geschwindigkeit und Größen vorausfahrender Fahrzeuge oder Fahrbahnbeschränkungen versorgen. Ein gutes Laserabbildungssystem liefert auch bei ungünstigen Witterungsbedingungen wie Regen, Graupel oder Schneefall zuverlässige Daten, auch wenn die Erfassungsreichweite mit der Zunahme der Störeinflüsse abnimmt.
Im autonomen Einsatz
Bild 6: In Robo-Taxi-Services wie dem 2017 in Paris vorgestellten Navya (hier mit einem Puck-Sensor) sind 360°-Lidar-Sensoren bereits breitflächig im Einsatz. Nicole Ahner
Schon jetzt sind zahlreiche voll operationelle, autonome Fahrzeugmodelle im Einsatz. So setzt beispielsweise Caterpillar vollautonome Industriefahrzeuge in Tagebauarealen ein. Einen öffentlichen Robot-Taxi-Service startete Navya 2017 in Paris (Bild 6) und eine Vielzahl ähnlicher Aktivitäten gibt es in den USA, in Singapur oder in China. Anwendungsmöglichkeiten eröffnen sich auch heute schon für den Einsatz autonomer Transportfahrzeuge auf Industriegeländen, in Logistikzentren oder auf Flughäfen – und vielerorts sind diese Systeme mit Lidar-Sensoren von Velodyne ausgerüstet. Auch bei der von DHL geplanten autonomen Streetscooter-Testflotte, die mit Elektro-Lieferwagen die letzte Meile der Gepäckzustellung automatisieren soll, sind Velodynes Lidarlösungen an Bord.
Dieter Gabriel
(na)
