Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/autonomes-fahren-laserscanner-fuer-den-massenmarkt-kommen-1701-125585.html    Veröffentlicht: 17.01.2017 10:00    Kurz-URL: https://glm.io/125585

Autonomes Fahren

Laserscanner für den Massenmarkt kommen

Davon träumen Entwickler autonomer Autos: von einem zuverlässigen und gut auflösenden Lidar, der nicht zu viel kostet. Hersteller wie Continental und Quanergy wollen solche Festkörpersensoren bald liefern.

Wenn es um die Sicherheit autonomer Autos geht, führt nach Ansicht der meisten Entwickler an einem Einsatz von Laserscannern (Lidar) kein Weg vorbei. Neben Kameras, Radaren und Ultraschallsensoren sollen sie zu einem möglichst zuverlässigen und redundanten Bild der Fahrzeugumgebung beitragen. Die meisten Hersteller wollen jedoch keinen auffälligen und teuren Rotationslaser auf das Autodach setzen. Abhilfe könnten günstigere Festkörperlidare schaffen.

Der Automobilzulieferer Continental präsentierte dazu auf der Elektronikmesse CES 2017 in Las Vegas ein neu entwickeltes System. Der sogenannte 3D Flash Lidar sendet kurze Laserimpulse von fünf Nanosekunden Dauer aus, deren Reflexionen von einem Sensor registriert werden. Der Laserstrahl hat eine Wellenlänge von 1.024 Nanometern im Infrarotbereich. Bis zu 30 Bilder pro Sekunde kann der Lidar aufnehmen. Continental hat dazu im März 2016 die Autosparte des US-Unternehmens Advanced Scientific Concepts übernommen.

Autoentwickler noch skeptisch

Continental bezeichnet den Sensor auch als "High Resolution Flash Lidar". Eine hohe Auflösung bei einem Lidar ist jedoch nicht vergleichbar mit der Empfindlichkeit von Digitalkameras. Aus diesem Grund sind Entwickler derzeit noch recht skeptisch, was die Leistungsfähigkeit von Festkörperlidaren betrifft. Auf der CES sagte ein erfahrener deutscher Automobilingenieur im Gespräch mit Golem.de: "So ein Ding will ich erst einmal in der Praxis sehen."

Das war in Las Vegas in eingeschränkter Weise möglich. Ein Versuchsfahrzeug von Continental zeigte die Möglichkeiten der Technik. Der Flash-Lidar verfügt ebenso wie der Rotationslidar HDL-64E von Velodyne über eine vertikale Auflösung von 64 Pixeln. Diese Bildpunkte enthalten jedoch schon Informationen über die Entfernung, so dass ohne weitere Rechenleistung ein 3D-Bild der Umgebung erstellt werden kann. Allerdings sind 64 Pixel bei einer Reichweite von 200 Metern nicht gerade viele Daten.

Für Nah- und Fernbereich einsetzbar

Das System ist flexibel einsetzbar. Bei einem gleichbleibenden Aufbau von Sender und Empfänger lassen sich Öffnungswinkel und Reichweite je nach Anforderung einstellen. Für Thomas Stadlbauer, Leiter Test und Validierung bei Continental, reicht die Auflösung von 190 x 64 Pixeln jedoch aus: "Wir haben in dem Testfahrzeug eine zweite Variante des Lidars mit einem Öffnungswinkel von 120 Grad für den Nahbereich verbaut, so dass wir bis 30 Meter Objekte sicher erfassen können." Bei der Vorführung erkannte der Lidar trotz der geringen Auflösung eine schmale Absperrkette direkt vor dem Auto sowie Bordsteine.

Für Hersteller autonomer Autos zählen neben den technischen Fähigkeiten der Sensoren noch weitere Aspekte: Preis, Robustheit und optische Integration. Ein Rotationslaser auf dem Dach ermöglicht zwar die beste Rundumsicht, kostet aber wie im Falle des HDL-64E von Velodyne rund 75.000 Dollar. Selbst die kleineren Puck-Sensoren kosten mehrere Tausend Dollar. Zudem sind solche Sensoren mit mechanischen Bauteilen wie Umlenkspiegeln störungsanfälliger und sehen auf einem schnittigen Sportwagen nicht gerade schön aus. Die Alternative wäre daher eine Verteilung mehrerer kleiner Laserscanner an Front, Heck und vor allem an der Seite der Autos.

Quanergy kündigt Serienproduktion an

Aktuelle Testwagen von Mercedes und Bosch sind mit einem solchen Rundumpaket ausgestattet. Bosch nutzt beispielsweise das sogenannte Reference Sensor System von Ibeo. Der Automobilzulieferer Delphi setzt bei der Entwicklung seiner autonomen Autos ebenfalls auf Laserscanner. Dazu kooperiert er mit dem kalifornischen Hersteller Quanergy, der vor wenigen Tagen die Serienproduktion seines Festkörperlasers S3 ankündigte.

Der S3 sei "das erste und einzige Festkörper-Lidar-System der Welt für den Automobilbereich und klarer Branchenführer in puncto Kosten, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit", teilte das Unternehmen weiter mit. Auf der CES 2016 soll Quanergy einen Preis von 250 Dollar pro Sensor genannt haben. Bei dem S3 handelt es sich jedoch nicht um einen Flash-Lidar. Der Sensor basiert auf einem optischen Phased Array als Sender. Die Phased-Array-Technik wird auch bei militärischen Radaranlagen genutzt.

Israelisches Startup entwickelt optisches Radar

Ebenso wie Quanergy sieht auch Continental sein Produkt derzeit als konkurrenzlos. "Es gibt viele, die daran arbeiten. Aber wir sind momentan die einzigen, die das wirklich als Produkt vorstellen, das auch funktioniert", sagte Stadlbauer und fügte hinzu: "Wir wollen in Zukunft natürlich Tausende, Millionen von Sensoren verkaufen. Und wir sind uns sicher, mit dieser Technologie zu einem bezahlbaren Preis in einen Massenmarkt zu gehen." Dazu sei Continental bereit, "unter die 1.000 Euro zu gehen".

Bei einer Ausstattung von vier bis sechs Lidaren kämen dann aber immer noch mehrere Tausend Euro zusammen. Allerdings könnten sich auf Dauer die Preise ebenso reduzieren, wie dies bei der Entwicklung von Kameras und Radarsensoren der Fall gewesen ist. Werden autonome Fahrzeuge von kommerziellen Betreibern wie Taxidiensten eingesetzt, dürften die zusätzlichen Kosten ohnehin eher zu verschmerzen sein.

Sensorchip mit Millionen Nanoantennen

Es ist daher gut möglich, dass bei autonomen Autos künftig unterhalb der Außenspiegel ein Lidar zu finden ist. Ob es Materialwissenschaftlern gelingt, diese ebenso unauffällig wie Radar- und Ultraschallsensoren in die Karosserie zu integrieren, bleibt abzuwarten. Laut Quanergy kann der S3-Lidar "versteckt in die Karosserie jedes Fahrzeugs eingebaut werden und gewährleistet so ein Design und eine Aerodynamik frei von jeglichen Einschränkungen". Auf der CES zeigte das Unternehmen zudem einen Autoscheinwerfer des japanischen Herstellers Koito, in den ein S3 integriert war.

Neben den beiden genannten Techniken für Festkörper-Lidare entwickelt das israelische Startup Oryx noch eine weitere Variante: eine Art optisches Radar. Das Besondere daran: Die von einem Laser ausgesandten langwelligen Infrarotstrahlen im Mikrometer-Spektrum werden nicht als Lichtimpuls, sondern mit Nanoantennen als Welle rezipiert, wie IEEE Spectrum berichtete.

Osram und Velodyne kündigen Systeme an

Am Ende von Oryx' Produktentwicklung könnte ein Sensorchip mit Millionen Nanoantennen und einer Auflösung von 100.000 Pixeln stehen. Dieser Lidar soll sogar in der Lage sein, über den Dopplereffekt direkt die Eigengeschwindigkeit der reflektierten Objekte bestimmen zu können. Weitere Vorteile: Die Auflösung soll auch auf größere Entfernung nicht abnehmen, der Sensor nicht durch direktes Sonnenlicht oder Nebel gestört werden. Zudem soll der Terahertz-Laser eine höhere Leistung ermöglichen, weil das menschliche Auge von dieser Frequenz nicht so geschädigt werden könne.

Die Entwicklung kostengünstiger und brauchbarer Festkörpersysteme scheint daher nur noch eine Frage der Zeit. Neben Continental und Quanergy hat auch Osram kürzlich zusammen mit Innoluce einen Vier-Kanal-Laser für den Einsatz in autonomen Autos präsentiert. Selbst Velodyne kündigte im vergangenen Monat ein "bahnbrechendes Konzept" für einen Festkörper-Lidar an. Welche der genannten Techniken sich letztlich durchsetzen wird, erscheint noch unklar. Es könnte aber durchaus sein, dass Elon Musk bald seine Entscheidung bereuen könnte, die autonomen Funktionen seiner Tesla-Autos ohne Lidar zu entwickeln.  (fg)


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