Sie sind eine Schlüsseltechnologie für das vollautonome Fahren jenseits von Level 3: LiDAR-Sensoren. LiDAR bedeutet „Light Detection and Ranging“ und ermöglicht die Entfernungsmessung zwischen Objekt und Fahrzeug. Lasersignalen werden dazu in die Umgebung gesendet und deren Reflexion anschließend anhand von Laufzeitmessungen von einem Computer ausgewertet. Auf diese Weise entsteht ein dreidimensionales Bild der Umgebung mit allen Hindernissen auf und entlang der Fahrbahn.
Aktuelle LiDAR-Systeme für das autonome Fahren beruhen auf großen rotierenden Spiegeln um eine Achse, die aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts oft nur schwer in die Fahrzeuge integrierbar sind. Weitere Nachteile sind hohe Herstellungskosten und die Anfälligkeit der rotierenden Teile gegenüber Vibrationen und Schock. Daraus resultieren Messungenauigkeiten, die zum Ausfall des „Advanced Driver Assistance Systems“ (ADAS) und damit zu Unfällen führen können.
300 Meter Sichtweite
Eine Alternative sind sogenannte Solid State LiDAR-Systeme – Sensoren ohne bewegliche Teile. Anstatt den Laserstrahl mithilfe mechanischer Elemente um das Auto kreisen zu lassen, senden hier Laserspot-Arrays Tausende von Lichtimpulsen eintausend Mal pro Sekunde aus, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen. Weit voraus – und das auch bei Dunkelheit und Nebel.
Die Optik des Opsys-Systems ist nur so groß wie eine Kreditkarte und kommt ohne bewegliche Teile aus. Foto: Opsys
Und die Solid State LiDAR-Systeme werden immer leistungsfähiger: Der israelische Spezialist Opsys Tech wird auf der „IAA Mobility“ (4. bis 10. September) in München einen LiDAR-Sensor präsentieren, der sich leicht hinter Windschutzscheiben verstecken und in Scheinwerfern oder Rücklichter integrieren lässt. Er besteht aus einem zentralen Lichtdetektor mit zwei Emittern auf beiden Seiten. Das System scannt mit 1.000 Bildern pro Sekunde und kann bis zu 300 Meter weit „sehen“. Genauer als ein menschliches Auge es könnte.
Unempfindlich gegen Schnee und Regen
Halbleiter basierte VCSEL- (Vertical Cavity Surface-Emitting Laser) und SPAD-Chips (Single-Photon Avalanche Diode) ermöglichen es dem Opsys-LiDAR, ein Sichtfeld mithilfe von Laserpunkten wie ein Scanner abzutasten, um die Position und Entfernung von Objekten zu bestimmen. Eine spezielle Software berechnet aus den gesammelten Daten durchschnittlich 30 Bilder pro Sekunde, wodurch Fehler, die durch Sonnenlicht, Reflexion und Blendung verursacht werden, eliminiert werden können. Das LiDAR arbeitet zudem im 900nm-Fenster, das eine vernachlässigbare Wasserabsorption aufweist. Es ist somit unempfindlich gegenüber Regen, Nebel, Schnee und andere schlechte Sichtbedingungen.
Herkömmliche LiDAR-System mit rotierenden Spiegeln lassen sich nur schwer in ein Fahrzeug integrieren und stören nicht nur die Optik, sondern auch die Aerodynamik. Foto: NIO
Ein weiterer Vorteil ist die leichte Erweiterbarkeit des Systems nach dem Lego-Prinzip: Die patentierte Multi-Wellenlängen-Technologie von Opsys ermöglicht die störungsfreie Installation mehrerer Sensoren bei gleichzeitiger Maximierung der Scan-Rate und Eliminierung von Blindspots im gesamten Sichtfeld. Die LiDAR Control Unit (LCU) kann auf diese Weise eine 4D-Punktwolke liefern.
Im kommenden Jahr soll die Massenproduktion des neuen LiDAR-Systems von Opsys starten – in China.