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Smart Mobility / Optoelektronik

Die Rolle von Licht in der Mobilität der Zukunft

19. März 2019, 16:25 Uhr | Stefan Seidel, Stefan Groetsch, Christine Rueth, Walter Rothmund, Osram Opto Semiconductors

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Fortsetzung des Artikels von Teil 6

Wegbereiter für (semi-)autonomes Fahren

Eine weitere Automobiltechnologie, bei der unsichtbares Licht zum Einsatz kommt, ist LiDAR. LiDAR arbeitet nach dem Prinzip eines Radars, verwendet jedoch die von einer Infrarot-Laserdiode emittierten Lichtpulse. Die jüngsten Entwicklungen haben LiDAR-Systeme hervorgebracht, die ein sehr genaues, drei-dimensionales Bild der Fahrzeugumgebung erzeugen. Dies dient schließlich dazu, geeignete Fahrmanöver zu initiieren.

Man unterscheidet zwei Arten von LiDAR-Sensoren: Beim Flash-LiDAR senden ein oder mehrere Laser einen kurzen Laserpuls aus, der das gesamte Blickfeld beleuchtet. Ein Sensorarray registriert das reflektierte Licht und ermittelt so die Richtung des detektierten Objektes. Aus der Laufzeit des Lichts, von Lichtquelle über Objekt nach Sensor, lässt sich der Abstand zum Objekt ermitteln. Ein Flash-LiDAR hat einen breiten Sichtkegel, aber nur eine relativ geringe Reichweite. Einsatzgebiete für diese Technologie sind sogenannte Pre-Crash-Sensoren oder Notbremsassistenten, die beispielsweise im Stadtgebiet Kollisionen verhindern sollen. Auch für seitliche Sensoren zur Erfassung des Querverkehrs und zur Ausleuchtung des toten Winkels eignen sich diese Systeme.

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Beim Scanning-LiDAR wird mit einem Laserstrahl in kleinen Winkel-Schritten, die Umgebung des Fahrzeugs rasterförmig erfasst und geprüft. Ein einzelner Sensor oder ein Sensorarray nimmt die reflektierten Lichtsignale auf. Vorteile dieser Technologie sind eine sehr hohe Winkelauflösung von ca. 0,1°
sowie die hohe Reichweite. Scanning LiDAR-Systeme liefern sehr gut aufgelöste, punktwolken-artige 3D-Bilder. Aus diesen kann die Form verschiedener Objekte ausgelesen und damit beispielsweise Autos, Fußgänger, Fahrradfahrer oder Wild identifiziert werden (Bild 6).

Eine Herausforderung für LiDAR stellt der notwendige extrem kurze Lichtpuls mit hoher optischer Leistung (>75 W für < 10 ns). Technisch bedeutet dies, dass der Laser mit einem extrem kurzen, sehr hohen Strompuls betrieben werden muss. Diese Implementierung in Fahrzeugen ist technisch anspruchsvoll. Deshalb hat Osram beispielsweise Laser mit 75 Watt Pulsleistung und integriertem Treiber. Im Betrieb fallen typischerweise 20 Volt Ladespannung an. Weiterhin ist ein Trigger zum Auslösen des Pulses nötig.

Gegenwärtig lenken viele Scanning-LiDAR-Systeme den Laserstrahl mechanisch mit einem Spiegel um. Die nächste Generation wird den Laser über einen mikro-elektromechanisch gesteuerten Spiegel, kurz MEMS, umlenken. Dadurch wird die gesamte Scanning-LiDAR-Plattform kompakter, mechanisch robuster und kosteneffizienter.

Resümee

Um größtmögliche Zuverlässigkeit, Komfort und Sicherheit zu gewährleisten, werden Fahrzeuge der Zukunft viele dieser optischen Technologien kombinieren. Die schnelle Weiterentwicklung in der LED- und Lasertechnik unterstützt nicht nur die Umsetzung immer intelligenterer Systeme, sondern macht diese auch kompakter, robuster, kosteneffizienter und damit tauglich für einen breiteren Markt. (ct)

*intelligent ist ein branchen-übliches Synonym für selbst-adaptierend geworden