Wärmebewusstes Design

Bild 2: Bei der Lidar-Entwicklung ist eine zuverlässige thermiche Simulation unter Berücksichtung der Einbaulage unbedingt notwendig.

Bild 2: Bei der Lidar-Entwicklung ist eine zuverlässige thermische Simulation unter Berücksichtung der Einbaulage unbedingt notwendig. Mentor Graphics

Die Entwicklungsziele für Lidar-Systeme, Radargeräte und Kameras sind weitgehend die Verringerung von Größe und Kosten, ohne die Anforderungen an die Auflösungen und Reichweiten zu beeinträchtigen, die zur Gewährleistung der verschiedenen Fahrzeug-Autonomie-Levels erforderlich sind. Darüber hinaus müssen die Sensoren nach dem Einbau unter allen Wetterbedingungen zuverlässig funktionieren. Jedoch können die angestrebten Entwicklungsziele wie das Verkleinern der Formfaktoren und das Zusammenführen von Funktionen für die Signalverarbeitung zu einer unerwünschten Wärmeentwicklung führen, was sich nachteilig auf die Leistung und Zuverlässigkeit des Sensors auswirkt.

Durch ein wärmebewusstes Design der Sensorelektronik und des Gehäuses unter Berücksichtigung der Einbaulage im Fahrzeug lassen sich die angestrebten Verringerungen bei den Abmessungen (und den Kosten) erreichen, ohne die Lebensdauer der Sensoren durch unerwünschte Hitzestaus zu beinträchtigen. Bild 2 zeigt die Notwendigkeit einer zuverlässigen thermischen Simulation bei der Lidar-Entwicklung für ein autonomes Fahrzeug unter Berücksichtigung der Einbaulage in einer frühen Entwicklungsphase.

Eine Integration von Festkörperlasern in Lidar-Systeme für Scheinwerfer kann zusätzliche Herausforderungen bei der Wärmeentwicklung darstellen und die Leistung der Scheinwerfer bei Nebelbildung oder Vereisung beeinträchtigen. Die Flo-EFD-Lösung aus dem Mentor-Portfolio von Siemens ermöglicht es Herstellern von Lidar-Systemen und Scheinwerfern dank designorientierter Simulationsfunktionen diese speziellen Herausforderungen zu meistern.

Ebenso kann es bei Vision-Sensoren, insbesondere bei Kameras, zu einer Wärmeentwicklung kommen, die eine Pixelverdunkelung verursacht, welche wiederum zu einer schlechten Bildqualität führt. Auch können die erhöhten Anforderungen an die Signalverarbeitung in der Multifunktionselektronik die Temperatur erhöhen, was sich auf die Leistungsaufnahme auswirken kann. Im Endergebnis könnte das die Datenqualität an den Sensorausgängen und die Zuverlässigkeit der Daten negativ beeinflussen.

Elektromagnetische Verträglichkeit

Aufgrund seiner entscheidenden Rolle beim Betrieb der Sensoren in autonomen Fahrzeugen muss das Sensorelektronik-Design auch die Signalintegrität gewährleisten. Elektromagnetische Störungen stellen beim Radar eine große Herausforderung dar. Mit Mentors Hyperlynx und Xpedition AMS, ebenfalls Produkte der Siemens-Entwicklungsumgebung für autonome Fahrzeuge, können Ingenieure die Elektronik unter Berücksichtigung der Power-Integrität und der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) entwickeln. Mit derartigen Tools können Entwicklungsteams die Busstruktur der Steuergeräte und die Signalfrequenz optimieren, um bei der elektromagnetischen Verträglichkeit maximale Robustheit zu gewährleisten.

Neben der Ermittlung der Geschwindigkeit von Objekten und des Abstands zwischen ihnen durch Sensoren müssen sich intelligente Fahrzeuge auch für den energieeffizientesten und sichersten Weg zum Zielort entscheiden. Dies führt zu Überlegungen zur Datenverarbeitung und wie die Systeme bei größeren Fahrzeugen und in den vielen Umgebungen, in denen sie sich bewegen, miteinander verbunden sind, und wie sie sich testen lassen.

 

Im Folgenden beschreibt der Beitrag, wie sich Verkehrsszenarien modellieren lassen und wie neuronale Netzwerke dabei helfen können.

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