Perfekte Umfelderkennung
LiDAR-Sensoren nahtlos integrieren
Eine nahtlose Sensorintegration hat entscheidende Auswirkungen auf die Sicherheit, den Strombedarf sowie das Design von Fahrzeugen. Auch LiDAR-Sensoren lassen sich so einbauen, dass sie das Umfeld trotz versteckter Platzierung perfekt wahrnehmen.
Schaut man sich das heutige Design autonomer Testfahrzeuge an, so sieht man alle möglichen An- und Aufbauten an den Fahrzeugseiten, an den Fronten und auf dem Dach, um daran Sensoren zu befestigen. Diese sind einerseits praktisch, weil man daran die Sensoren genau dort positionieren kann, wo sie für eine 360°-Abdeckung im Nah- und Fernbereich benötigt werden.
Die Anforderungen für Testzwecke erfüllen sie so sehr gut. Aber leider sind sie für Serienfahrzeuge wenig geeignet – nicht nur aus optischen Gründen, sondern auch weil sie den Sicherheitsanforderungen in der Regel nicht entsprechen und weil die Anbauten den Strombedarf rasant in die Höhe treiben. Um autonome Fahrzeuge massentauglich zu machen ist es unerlässlich, die Sensoren ohne An- und Aufbauten nahtlos ins Design zu integrieren.
Vielseitiges Sensor-Set
Ein typisches Sensor-Set für autonome Fahrzeuge umfasst Radar, Kamera, LiDAR sowie in gewissem Umfang Mikrofone, Ultraschall und weitere Technologien. Um eine Rundumerfassung des Fahrzeugs im Nah- und Fernbereich zu erreichen, werden rund 30 bis 40 Sensoren unterschiedlicher Art benötigt. LiDAR-Sensoren sind dabei zentrale Elemente für Sicherheit und Komfort.
Die Rolle der LiDAR-Technologie
LiDAR-Sensoren bieten im Vergleich zu Radar-Sensoren und Kameras eine viel genauere, dreidimensionale Wahrnehmung des Umfelds und sind daher ein wesentlicher Bestandteil der Sensorarchitektur von autonomen Fahrzeugen. Ein Fahrzeug entdeckt und identifiziert mithilfe von richtig platzierter LiDAR-Technologie höchst zuverlässig Objekte rund um das Auto, verhindert tote Winkel und warnt vor Kollisionen.
Daher ist LiDAR essenziell, um ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten. Außerdem kann ein autonomes Fahrzeug auf Basis der Sensorinformationen Fahrmanöver wie Spurwechsel, Bremsen, Beschleunigen oder in Gefahrensituation Notbremsungen selbstständig durchführen. Darüber hinaus unterstützen LiDAR-Sensoren auch Komfortsysteme wie Einparkhilfen und automatische Türöffnungsfunktionen.
Rundumblick im Automobil dank LiDAR
Wie kann nahtlose Integration gelingen?
Ein Konzept für die nahtlose Einbettung von LiDAR-Sensoren in Fahrzeuge hat das Unternehmen Blickfeld entwickelt. Damit die praktisch unsichtbare Integration des Sensor-Sets in das Design und eine vollständige Rundumsicht gelingen, müssen die Sensoren möglichst klein sein und zugleich ein möglichst großes Sichtfeld bieten. Die Vision Mini-Sensoren von Blickfeld mit Seitenabmessungen von nur fünf Zentimetern im Quadrat wurden exakt für diese Nutzung entwickelt.
Die kleinen LiDAR-Sensoren lassen sich nahtlos und subtil an mehreren Montagepositionen wie Scheinwerfern, Dach, Kühlergrill, Stoßfängern bis hin zu Seitenspiegeln und A-, B- oder C-Säulen in das Fahrzeug einbauen, sodass sie – selbst praktisch unsichtbar – für Rundumsicht sorgen. Warum nun ist die nahtlose Integration der Sensoren so wichtig? Hier die drei Hauptgründe:
Sicherheit
Im Zusammenhang mit autonomen Fahrzeugen ist Sicherheit das zentrale Thema. Es ist entscheidend, dass das Fahrzeug sicher navigiert, Hindernisse erkennt und Kollisionen vermeidet. Ein genauso wichtiger weiterer Aspekt ist, dass auch die anderen Verkehrsteilnehmenden geschützt werden und nicht durch eine Konstruktion mit An- und Aufbauten gefährdet werden. Aktuell erhöht die große Anzahl von Sensoren, die aus autonomen Testfahrzeugen herausragen, massiv die Gefahr von Körperverletzungen, insbesondere für ungeschützte Verkehrsteilnehmende, seien es Fußgänger:innen, Radfahrende oder Motorradfahrende.
Design
Design ist ein wichtiges Entscheidungskriterium für die meisten Kunden. Ein Fahrzeug, bei dem alle möglichen Sensoren aus der Karosserie ragen, ist für den Massenmarkt undenkbar. Deshalb ist es auch bei autonomen Fahrzeugen für den Markterfolg entscheidend, dass die Hersteller individuelle Designs anbieten, die sich von denen der Mitbewerber klar unterscheiden und die Möglichkeit bieten, durch ein intelligentes Arrangement der einzelnen Elemente markenspezifische Charakteristika zu betonen. Zu diesem Zweck wurden im Blickfeld-Konzept die Sensoren gemeinsam mit Beleuchtungselementen elegant in einen horizontalen »Smart Strip« in das Fahrzeug integriert, so dass sie die Optik nicht beeinträchtigen.
Strombedarf
Explodierende Energiepreise, Klimaschutz, und auch die Maximierung der Reichweite von Elektrofahrzeugen sind einige schlagende Argumente dafür, den Stromverbrauch in Fahrzeugen so niedrig wie möglich zu halten. Die Automobilindustrie kämpft um jeden Kilometer Reichweite bei Elektrofahrzeugen und um jedes Gramm CO2 bei Fahrzeugen, die mit fossilen Brennstoffen betriebenen werden.
Von den 30 bis 40 Sensoren in autonomen Fahrzeugen verbraucht jeder zwischen 2 und 25 Watt. Hinzu kommt der Strombedarf von einer oder mehrerer zusätzlicher Verarbeitungseinheiten, die für die Datenanalyse notwendig sind. Dies summiert sich zu einem Stromverbrauch von rund 1300 Watt und würde rund 35 Gramm CO2 pro Kilometer bei einem Verbrennungsmotor und rund 11 Gramm CO2 pro Kilometer bei einem Elektrofahrzeug verursachen (geschätzt nach WLTP ohne Berücksichtigung von zusätzlichem Luftwiderstand und Gewicht durch die An- und Aufbauten auf Basis des Energiemixes Deutschland).
Zwei Dinge sind also klar: Die Automobilindustrie muss um Strom zu sparen erstens elektrifizieren, bevor sie automatisiert, um den CO2-Fußabdruck zu reduzieren. Und außerdem ist es für die Einführung von autonomen Elektro-Fahrzeugen unerlässlich, das Sensor-Set vollständig in das Fahrzeugdesign zu integrieren, um den Luftwiderstand zu minimieren und so den Stromverbrauch zu verringern.
Sicherheit und Komfort für den Markterfolg
Damit autonome Fahrzeuge von den Kunden angenommen werden, ist es nötig, mehr Faktoren zu berücksichtigen als nur Kosten, Leistung und den Software-Stack. Automobilhersteller haben sich über viele Jahrzehnte hinweg durch unverwechselbares Design eine Markenidentität aufgebaut, die von den Kunden auch weiterhin erwartet werden wird – funktionale An- und Aufbauten werden sie nicht tolerieren. Dass Sicherheit für alle Verkehrsteilnehmer der Hauptfokus sein muss, steht außer Frage.
Außerdem ist ein möglichst geringer Stromverbrauch ist notwendig, um klimaschonend zu fahren und eine attraktive Reichweite gewährleisten zu können. All das macht die Weiterentwicklung von Sensor- und Verarbeitungstechnologie sowie die Fokussierung auf die 360°-Perspektive mit nahtlos integrierten Sensoren unabdingbar, um unser Leben in Zeiten autonomer Fahrfunktionen sicherer, energieeffizienter und komfortabler zu machen.
Der Autor
Terje Noevig
ist COO und Managing Director von Blickfeld. Er verfügt über langjährige operative und strategische Erfahrung, die er bei Osram und Siemens in verschiedenen Führungspositionen sammelte. Seine operative Managementverantwortung im Automobilgeschäft umfasste die Bereiche Vertrieb, Marketing, Forschung und Entwicklung, Produktion, Qualität, Einkauf und Supply Chain. Noevig hat Betriebswirtschaft an der Lancaster University / ESB Reutlingen studiert und erlangte einen MBA an der BI Norwegian Business School.
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