Lidar

Lidar ist ein relativ neues System im Automobilbereich und hat erst in letzter Zeit an Bedeutung gewonnen. Die meisten System- und Halbleiterhersteller arbeiten heute an neuen und verbesserten Lösungen mit einem Serieneinsatzziel 2020/21.

Die im Titel gestellte Frage lässt sich aus heutiger Sicht eindeutig beantworten: Lidarsysteme sind für voll autonomes Fahren ab Level 3 eine wichtige Voraussetzung. Mehrfach redundante Kamera- oder Radarsysteme erhöhen zwar die Zuverlässigkeit. Doch Objekte, die das erste Radar/Kamerasystem womöglich systembedingt nicht erfasst, erfasst auch das zweite nicht. Hier braucht es einen weiteren Sensor – und das ist Lidar.

Lidar

Bild 4: Prinzip einer Lidar-Entfernungsmessung. ST

Was ist Lidar? Lidar ist die Abkürzung für Light Detection and Ranging und ist ein Laser-basierendes System. Neben dem Sender (Laser) ist ein äußerst empfindlicher Empfänger erforderlich (Bild 4). Primär soll das System Entfernungen zu ruhenden und bewegten Objekten messen, aber auch durch besondere Verfahren dreidimensionale Bilder der erkannten Objekte liefern. Heute käufliche Entfernungsmesser, die dieses Prinzip verwenden und ausreichend genau die Entfernung bis zu einigen Metern bestimmen können, findet man in jedem Baumarkt.

Lidar im System

Die Herausforderung für ein Fahrerassistenzsystem besteht jedoch  darin, die Funktion unter allen möglichen Umgebungsbedingungen (Temperatur, Sonneneinstrahlung, Dunkelheit, Regen, Schnee) zu gewährleisten und vor allem Objekte zu erkennen, die bis zu 300 m entfernt sind. Und das bei möglichst kleinem Bauraum und bei Kosten, die einen Großserieneinsatz ermöglichen.

Lidarsysteme sind nicht neu und seit vielen Jahren in der Industrie und im Militärbereich im Einsatz. Dabei handelt es sich um komplexe mechanische Spiegelsysteme, die eine 360-Grad-Rundumsicht ermöglichen und räumliche Bilder von Objekten aufnehmen können. Diese mechanischen Systeme mit Kosten von mehreren Zehntausend Euro sind für den Großserieneinsatz im Automobilbereich nicht geeignet.

Heute gibt es zwei generelle Trends am Markt, wie Infrarot-Lidarsysteme realisiert werden: als Rotating Laser (eventuell zukünftig mithilfe von MEMS) oder als „Solid State“-Lidar. Die vom Laser gesendeten und vom Objekt (Target) reflektierten Lichtstrahlen soll durch einen speziellen Sensor erkannt werden. Diese Detektoren müssen extrem empfindlich und in der Lage sein, einzelne Photonen zu messen. Stand der Technik ist heute die Verwendung einer SPAD-Technologie.

An beiden Systemen wird heute intensiv gearbeitet. Aus Sicht eines Halbleiterherstellers sind technisch die erforderlichen Halbleiter realisierbar, wobei die Fläche des benötigten SPAD-Arrays nicht unerheblich ist. Auch für die Ansteuerung und die Realisierung der Laserdioden-Arrays sind neue Verfahren und Technologien erforderlich, um das Kostenziel von unter 100 Euro zu erreichen. Entsprechende MEMS sind ebenfalls in der Entwicklung.

Eck-DATEN

Fahrerassistenzsysteme, die autonomes Fahren ab Level 3 ermöglichen, benötigen zukünftig mindestens drei wesentliche Sensortypen: Kamera-, Radar- und Lidarsysteme. Während bei Kamera- und Radarsensoren entsprechende Halbleitertechnologien bereits heute zur Verfügung stehen, ist die Entwicklung bei den Lidarsystemen noch eine große Herausforderung. Eine genaue Vorhersage, welche Systeme sich hier durchsetzen werden, ist zurzeit schwierig. Aus Halbleitersicht scheint der Solid-State-Ansatz bei Lidar am vielversprechendsten zu sein.

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