Als ein zentrales Element im Bereich des autonomen Fahrens gilt der Sensor Lidar. Mit dem 4D Imgaging Radar könnte sich eine neue Technik für die ideale Erfassung der Umgebung durchsetzen. In Bezug auf die autonom fahrenden Autos gibt es verschiedene Level, die mit immer mehr Assistenten und Technologien versehen sind.
Autonomes Fahren mit neuesten Technologien
Welche Level sind bei dem autonomen Fahren existent:
- ✅ Level 1: Das assistierte Fahren bietet nur einzelne Assistenzsysteme, die den vollständig verantwortlichen Fahrer unterstützen.
- ✅ Level 2: Bei dem teilautomatisierten Fahren hält das Fahrzeug die Spur und bremst beziehungsweise beschleunigt von allein. Die Verantwortlichkeit liegt weiterhin bei dem Fahrer.
- ✅ Level 3: Die dritte Stufe stellt das hochautomatisierte Fahren dar. Dabei fährt das Fahrzeug in vorgegebenen Fällen vollkommen autark, wobei der Fahrer auf Anweisung des Autos eingreifen muss.
- ✅ Level 4: Das vollautomatisierte Fahren kann auch ohne Fahrer stattfinden, sodass das Fahrzeug die Strecken vollkommen allein bewältigen kann. Die Fahrer dürfen schlafen oder andere Tätigkeiten realisieren. Die Haftung für Verkehrsverstöße treffen nicht den Fahrer beziehungsweise die Passagiere.
- ✅ Level 5: Das autonome Fahren führt dazu, dass es nur noch Passagiere gibt und die Technik alle Situationen im Verkehr vollkommen eigenständig bewältigt.
Was ist Lidar?
Bei dem Lidar Sensor handelt es sich um einen Sensor, der die Umgebung und das Umfeld erkennt. Übersetzt heißt Lidar „Light Detection and Ranging“ und bietet dank der hochauflösenden Technik 3D-Informationen die Grundlage für das autonome Fahren durch die Echtzeit-Auflösung. Die Erfassung der Umgebung erfolgt ausschließlich mit Hilfe von Licht.
Mit den vielen Signalen und der Berechnung der Reflexion der ausgehenden Laserstrahlen erstellt der Lidar eine präzise 3D-Karte der Umwelt.
Aktuell gibt es die folgenden Lidar Systeme:
- ✅ Spinning-Lidar
- ✅ Scanning-Lidar
- ✅ Flahing-Lidar
Weiterhin gibt es bei der Lidar-Technologie Unterschiede in der Messmethode sowie der Wellenlänge des Lasers.
Welche Nachteile bietet das Lidar-System?
Ein großer Nachteil des Sensors ist die Anfälligkeit bei Regen, Nebel oder anderen Wetterextremen. Auch bei einem blockierten Kamerasichtfeld zeigen sich Schwächen des Lidar-Sensors. Für die Verarbeitung der Daten werden bei dem Lidar-System äußerst hohe Kapazitäten benötigt. Im Vergleich zu dem alternativen Kamerasystem erfolgt die Objekterkennung mit dem Lidar durch die Form, Distanz und Bewegung. Aufgrund dieser Konstellation gibt es keine Möglichkeit, automatisiert Schilder zu erkennen.
Was sind die Alternativen zu dem Lidar-System?
Das 4D Imaging Radar stellt eine moderne Option im Vergleich zu dem Lidar dar. Mit diesem System lässt sich die Umgebung detailliert erkennen. Die Darstellung der Umwelt erfolgt durch die Detektierung, Separierung und anschließende Klassifizierung der erkannten Objekte. Dabei wird die konkrete Darstellung durch die vier Dimensionen der Distanz, Geschwindigkeit des Objektes, der Direction of Arrival und der Höhe erstellt.
Das 4D Imaging Radar eignet sich besser für die Darstellung der Umwelt bei schlechtem Wetter, staubigen Umgebungen oder sichterschwerenden Objekten. Unabhängig von dem Wetter und den Objekten in den Sichtbereichen ist die Darstellung mit dem 4D Imaging Radar deutlich stabiler und auch kostengünstiger. Aufgrund dieser Aspekte wird sich die Anzahl der Lidar Systeme nach Angaben verschiedener Experten reduzieren. Teilweise herrscht auch die Meinung vor, dass das Lidar-System nur noch im Nischenbereich genutzt werden wird.
Autonome Fahrtechnologien – Sensoren, die das Umfeld und die Umgebung erkennen.
Ein weiterer Vorteil des 4D Imaging Radars ist das breite Spektrum bis zu 120 Grad, sodass diverse Situationen erkannt und erfasst werden können. Somit bietet das System eine hohe Flexibilität und eignet sich für langsame und schnelle Fahrten. Die hohe Reichweite bis zu 350 Meter verbessert den bisherigen Stand der Technik deutlich.
Bei dem 4D Imaging System werden bei dem Level 2+ voraussichtlich circa fünf Sensoren verbaut sein, wobei das System im Frontbereich zum Einsatz kommen wird.
Um die Sicht im 360 Grad Radius zu gewährleisten, sind bei den steigenden Stufen zum autonomen Fahren bis zu zehn Sensoren erforderlich. Für die ideale Ausstattung der Fahrzeuge sollten die Sensoren wie folgt angebracht werden:
- ✅ ein Sensor an der Front
- ✅ ein Sensor am Heck
- ✅ vier Sensoren an den Ecken der Stoßstangen
- ✅ zwei Sensoren an jeder Seite
Mit diesem Aufbau können benachbarte Kfz, Randsteine, vertikale Gegenstände und Brücken beziehungsweise Durchfahrten gut und detailliert erfasst werden.
Welche Systeme werden aktuell genutzt?
Mit einer hohen Redundanz nutzen die derzeit autonom fahrenden Fahrzeuge einen Mix aus Kamera, Radar und Lidar. Zwei Institute arbeiten derzeit an einer Lösung, um Lidar, Radar und LED ohne viel Platzkapazitäten im Bereich der Frontscheinwerfer der Fahrzeuge einzubauen. Nach Informationen von Experten aus der Automobilbranche kommen die Radarsensoren auch für Assistenzfunktionen wie Abstandshalter oder Notbremsassistenten in Millionen Fahrzeugen sehr zuverlässig zum Einsatz.
Wie werden die Systeme in den weiteren Stufen des autonomen Fahrens angepasst?
Mit den neuen V2X Technologien in der Kombination zu den bestehenden Systemen können die weiteren Stufen zum vollständig autonomen Fahren genommen werden. In China werden die Autobahnen künftig mit Traffic-Radar Systemen ausgestattet. Somit kann mit Hilfe der V2X Technologie eine Kommunikation stattfinden, sodass Autos auch nicht bremsende Autos vor einer roten Ampel erkennen. Mit den neuen Technologien, die in der Zukunft weiter ausgebaut werden müssen, können künftig beispielsweise auch Roboter in Industriehallen autonom fahren.
Um die Sicherheit auf den Straßen zu gewährleisten, sind sich die Experten einig, dass alle Systeme eine Berechtigung haben und für die weiteren Stufen des autonomen Fahrens einen Nutzen haben.
Wie sieht die Zukunft der Sensoren in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit aus?
Für die Chip-Hersteller stellt sich aufgrund der aktuell vergleichsweise geringen Stückzahlen die Frage, inwiefern sich der Aufbau einer Produktion lohnt. Die Zukunft bringt nach Ansicht verschiedener Experten große Potenziale für die Chip-Hersteller. Auch wenn das Volumen aktuell noch gering ist, wird sich die Relevanz deutlich steigern. Mit performanteren Sensoren und einer höheren Akzeptanz in der Politik und Bevölkerung wird sich die Wirtschaftlichkeit stark optimieren.
Bereits im Jahr 2030 werden circa 300 Millionen Radar-Sensoren per Anno benötigt. Mit den weiteren Einführungen neuer Modelle der Fahrzeughersteller ab dem Jahr 2025 wird sich die Anzahl der Autos in Level 2+ deutlich erhöhen. Auch die Preise für das Lidar, die aktuell bei etwa 1.000 US-Dollar pro Stück liegen, werden nach Einschätzung der Experten bereits in wenigen Jahren auf circa die Hälfte sinken.
