Sensortechnologien für ADAS-Anwendungen

Mit Radar erfolgreich zu Level 3+

5. Oktober 2022, 11:45 Uhr | Autorin: Prajakta Desai, Redaktion: Irina Hübner
Eine immer komplexeren Aufgabe, die benötigte Art und Anzahl der zum Einsatz kommenden ADASSensoren zu bestimmen. Doch inzwischen ist klar: Der Einsatz der Radartechnik hat positive Auswirkungen auf Sicherheit und Effizienz
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Mit steigendem Autonomie-Level wird es zu einer immer komplexeren Aufgabe, die benötigte Art und Anzahl der zum Einsatz kommenden ADAS-Sensoren zu bestimmen. Doch inzwischen ist klar: Der Einsatz der Radartechnik hat positive Auswirkungen auf Sicherheit und Effizienz.

Wegen seiner Eignung für extreme Umgebungsbedingungen und seiner Fähigkeit, präzise Entfernungs- und Geschwindigkeitsinformationen zu liefern, gilt Radar als die geeignetste Sensormodalität zur Einhaltung der NCAP-Vorschriften (New Car Assessment Program). Außerdem ist Radar zu einer kosteneffizienten Sensormodalität geworden – nicht nur, um die für Fahrerassistenzsysteme notwendige Funktionalität zu erzielen, sondern auch um die Autonomie-Level 2+ und sogar 3+ gemäß der Definition der Society for Automotive Engineers (SAE) erfüllen zu können (Bild 1). Gleichzeitig wird die Radartechnik noch weiterentwickelt, um höhere Stufen des automatisierten Fahrens zu unterstützen – mit hohen Reichweiten und Auflösungen für präzise Detektierungs- und Entscheidungsfunktionen.

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Bild 1. Radarsensoren ermöglichen die Autonomie-Level 2, 3 und sogar 3+.
Bild 1. Radarsensoren ermöglichen die Autonomie-Level 2, 3 und sogar 3+.
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Bis Level 3+ können Bildverarbeitung und Radar die gestellten Anforderungen auf kosteneffiziente Weise erfüllen. Geht es aber um Level 4 und darüber, werden möglicherweise alle drei verfügbaren Sensormodalitäten einschließlich Lidar benötigt (Tabelle 1). Aus kaskadierten Transceivern aufgebaute Radarsensoren warten zu optimierten Kosten mit Lidar-ähnlicher Performance auf. Weil zudem der Platz außen am Auto knapp wird, wenn immer mehr Sensoren verbaut werden müssen, bietet die multimodale Funktionalität der Radartechnik den Entwicklern die Chance, die Zahl der benötigten Sensoren zu reduzieren.

Autonomie-Level mit den entsprechenden Sensoranforderungen
Tabelle 1. Autonomie-Level mit den entsprechenden Sensoranforderungen.
© Texas Instruments

Radarsysteme machen Autofahrer auf das Risiko einer Kollision aufmerksam, indem entweder eine Warnung erzeugt oder ein notwendiges Ausweichmanöver ausgeführt wird. Für das Design bringt die Komplexität, die zum sicheren Manövrieren nötig ist, jedoch erhebliche Herausforderungen mit sich. Die Notwendigkeit, um Ecken herumzublicken, hat gravierende technische Hindernisse beim Design qualitativ hochwertiger ADAS- und Einparkhilfe-Lösungen aufgeworfen und beeinflusst die Einführung autonomer Fahrzeuge auf der ganzen Welt. Die Tatsache, dass man mit Radar weiter und deutlicher sehen kann, verbessert die Sensorfusion im Interesse sichererer automatisierter Fahr- und Einpark-Applikationen. Von der Leistungsfähigkeit abgesehen, besteht der Hauptvorteil des Radareinsatzes im ADAS-Bereich in einem zuverlässigen Betrieb ungeachtet der Wetterbedingungen.

Der Schritt vom 24-GHz- zum 77-GHz-Radar

Im Bereich des Kurzstreckenradars basierten frühere Radarsensoren für den Automobilbereich auf der Schmalband- und Ultrabreitband-Technik im 24-GHz-Bereich. Für einfache Anwendungen wie die elementare Totwinkelerkennung, ist das ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical) durchaus geeignet, aber für eine hohe Entfernungsauflösung ist in den meisten Fällen eine Ultrabreitband-Lösung nötig.

Das 24-GHz-Ultrabreitband wird aufgrund von Funkfrequenzregulierungen und Normen des ETSI (European Telecommunications Standards Institute) und der US-amerikanischen FCC (Federal Communications Commission) jedoch schon bald eingestellt, sodass langfristig nur das schmale ISM-Band verfügbar sein wird. Der Mangel an Bandbreite im 24-GHz-Band sowie die Forderung nach leistungsfähigeren Applikationen sorgen dafür, dass 24-GHz-Lösungen für neue Kurzstreckenradar-Implementierungen nicht mehr attraktiv sind.

Für Fahrzeugradar-Anwendungen mittlerer bis hoher Reichweite steht ein Frequenzband von 76 bis 77 GHz zur Verfügung. Dieses Band ist durch ein hohes zulässiges Maß an äquivalenter isotroper Strahlungsleistung (Equivalent Isotropic Radiated Power, EIRP) gekennzeichnet, was den Einsatz für frontseitige Radarapplikationen mit hoher Reichweite gestattet, beispielsweise für Abstandsregeltempomaten. Das für Kurzstreckenradar vorgesehene Band von 77 GHz bis 81 GHz gewinnt seit kurzer Zeit hinsichtlich der weltweiten Regelwerke und der Akzeptanz seitens der Industrie erheblich an Dynamik.

Das 77-GHz-Breitband (rechts) bietet eine deutlich bessere Auflösung und Genauigkeit bei der Entfernungsmessung als das 24-GHz-ISM-Band (links)
Bild 2. Das 77-GHz-Breitband (rechts) bietet eine deutlich bessere Auflösung und Genauigkeit bei der Entfernungsmessung als das 24-GHz-ISM-Band (links).
© Texas Instruments

Zu den entscheidenden Pluspunkten des 77-GHz-Bandes gehört seine große Bandbreite. Verglichen mit den 200 MHz des ISM-Bandes (24 GHz) wartet das Kurzstreckenradar-Band von 77 GHz bis 81 GHz mit einer Sweep-Bandbreite von 4 GHz auf, wodurch sich die Auflösung und Genauigkeit der Entfernungsmessung entscheidend verbessert. Da die Entfernungsauflösung und die Entfernungsgenauigkeit umgekehrt proportional zur Sweep-Bandbreite sind, kann ein mit 77 GHz arbeitender Radarsensor 20-mal bessere Werte erzielen als ein 24-GHz-Radar. Tatsächlich beträgt die Entfernungsauflösung 4 cm, verglichen mit 75 cm bei 24-GHz-Radarlösungen (Bild 2).

Ein weiterer Vorteil der höheren Frequenz ist, dass kleinere Sensorabmessungen realisierbar sind. Bei gleichem Sichtfeld und identischer Antennenverstärkung reduzieren sich die Abmessungen der Antenne in x- und y-Richtung bei 77 GHz gegenüber 24 GHz ungefähr auf ein Drittel. Diese Größenreduzierung ist bei Automobilanwendungen besonders hilfreich, da die Sensoren dort bei beengten Platzverhältnissen, wie etwa hinter dem Stoßfänger, verbaut werden müssen.


  1. Mit Radar erfolgreich zu Level 3+
  2. Bildgebendes Radar oder Lidar?

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