Fraunhofer-Institut entwickelt Super-Sensoren

Im Sommer sorgte ein spektakulärer Unfall in den USA für weltweite Schlagzeilen. Erstmals hatte es einen schweren Crash mit einem selbstfahrenden Auto gegeben. Ein Tesla Model S war bei eingeschalteter Autopilotfunktion in einen von der Seite kommenden Lkw gekracht. Laut Tesla hatten die Frontkameras des Wagens die weiße Seitenfläche des Sattelzugs nicht als Hindernis erkannt und eine falsche Radarmessung die Vollbremsung verhindert.

Werner Brockherde, Geschäftsfeldleiter „CMOS Image Sensors“ am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg hat den Unfall analysiert und ist zu dem Ergebnis gekommen: „Die Genauigkeit der Kamera ist von der jeweiligen Lichtsituation abhängig. In diesem Fall hat sie versagt. Das Radarsystem hat das Hindernis zwar erkannt, konnte es aber nicht genau lokalisieren und verwechselte den Lkw mit einem Wegweiserschild.“

Der Forscher und sein Team setzen stattdessen auf die sogenannte LiDAR-Technologie (Light Detection and Ranging), die sie weiterentwickelt haben. Sie schafft in Kombination mit anderen Komponenten die Voraussetzung für das selbständige Lenken, Bremsen und Beschleunigen. „LiDAR hätte den Unfall wahrscheinlich verhindern können“, vermutet Brockherde. Beim automatisierten Fahren könnte das System die bisher genutzte Kamera- und Radartechnik ergänzen, um eine komplette Aufnahme des Fahrzeugumfelds zu erhalten und so Hindernisse im Verkehr zu erkennen.

„Flash-LiDAR“ nennen die Forscher ihre neue Generation von Sensoren, die aus mehreren speziellen am IMS entwickelten Dioden bestehen. Diese sind 100-mal empfindlicher als beispielsweise in Smartphones integrierte Fotodioden. „In unserem Fall wird nicht nur ein Punkt beleuchtet wie beim klassischen LiDAR, sondern ein rechteckiges Messfeld“, erläutert Brockherde. „Die ersten Systeme mit unseren Sensoren werden 2018 in Serie gehen.“

Die LiDAR-Technik ähnelt dem Radar, nur werden hierbei zur Abstands- und Geschwindigkeitsmessung statt der Radiowellen Laserstrahlen verwendet, die an der Oberfläche von Objekten reflektiert werden. Mit Kameras empfängt das LiDAR-Gerät die zurückgestreuten Signale: Anhand der Laufzeit, die das Licht zu den Objekten und zurück benötigt, werden Abstand, Position und Geschwindigkeit von Fahrzeugen, Radfahrern, Passanten oder Baustellen errechnet. Mit diesen Daten lassen sich Kollisionen vermeiden. Ein wesentlicher Vorteil dieser Technik liegt darin, dass eine Umfelderfassung in Echtzeit realisiert wird. Das ermöglicht ein erheblich umfassenderes und detaillierteres Bild der gesamten Fahrzeugumgebung sowohl bei Tag als auch bei Nacht und arbeitet auch bei widrigen Wetterbedingungen zuverlässig.

Beim traditionellen LiDAR wird ein einziger Laserstrahl auf einen rotierenden Spiegel gelenkt, der so die Umgebung im 360-Grad-Winkel erfasst. Beispielsweise verwendet Google die Technologie für seine fahrerlosen Autos. Allerdings sind diese Spiegelvarianten sehr fehleranfällig. Brockherde und seine Kollegen am Fraunhofer-Institut verwenden daher sehr empfindliche Sensoren, die ohne rotierenden Spiegel auskommen. Diese erfassen mit einem einzigen Laserblitz die gesamte Szenerie beziehungsweise Umgebung des Fahrzeugs. (ampnet)