Sensible Elektronik für die Mobilität der Zukunft: Sensoren für das autonome Fahren

Inhaltsverzeichnis

1. Leistungseffiziente Sensoren für das autonome Fahren
2. Die fünf Stufen des autonomen Fahrens
3. Weitere technologische Komponenten für das autonome Fahren

Leistungseffiziente Sensoren für das autonome Fahren

Sicherheit sowohl in der Datenerhebung als auch -auswertung ist der Schlüssel in Hinblick auf das autonome Fahren. Um ein fester Bestandteil des Straßenverkehrs sein zu können, rücken moderne Fahrzeuge mit hohen technologischen Sicherheitsstandards weiter in den Fokus. Der Grundgedanke ist simpel: Das Fahrzeug soll in der Lage sein, die Einflüsse der Umwelt mithilfe von Sensoren wahrzunehmen. Dazu sind die Fahrzeuge, technologisch im Stande, Daten zu erheben und zu interpretieren, um gegebenenfalls auf die jeweilige Situation reagieren zu können.

Nun ist die Automatisierung der Mobilität nicht eine für sich stehende Umbaustufe von Fahrzeugen, sondern ein fortlaufender Prozess. Dieser lässt sich nach diversen Entwicklungsstufen kategorisieren. Damit verbunden sind technologische und bauliche Eigenschaften von Sensoren:

• Kompaktheit
• Präzision
• geringes Gewicht
• Langlebigkeit

Relevant sind zudem kurze Übermittlungszeiten von Daten vom Zeitpunkt der Erfassung der Information bis zur Umsetzung der entsprechenden Aktion. Die Frage: Welche Sensoren sind für welche Ausbaustufe des autonomen Fahrens relevant?

Die fünf Stufen des autonomen Fahrens

Jede Ausbau- und Automatisierungsstufe der Mobilität ist durch spezifische Merkmale und Eigenschaften charakterisiert. Damit einher gehen unterschiedliche Anforderungen an die benötigte Technik. Sensoren zur Datenübertragung auf der fünften Entwicklungsstufe müssen anderen Standards gerecht werden als Elektrobauteile für das assistierte Fahren. Im Folgenden werden die fünf Entwicklungsstufen des automatisierten Fahrens näher beleuchtet.

Level 1: Das assistierte Fahren

Die erste technologische Stufe ist bereits seit vielen Jahren ein fester Bestandteil in den Fahrzeugen. Darunter fallen einzelne Features wie der Tempomat oder Fahrerassistenzsysteme, zum Beispiel Stop-and-Go-Funktion, Abstandsregler, Personen- und Fahrzeugwarnung oder Spurhalteassistenten. In dieser Ausbaustufe hat der Fahrer das Lenken noch immer fest „in der Hand“ und wird über Veränderungen in und um das Fahrzeuge „lediglich“ informiert.

In der Level-1-Entwicklungsstufe des autonomen Fahrens ist wohl der Ultraschallsensor der am häufigsten in Fahrzeugen vorkommende Sensor. Durch Aussenden eines akustischen Signals werden Abstände gemessen – etwa beim Einparken oder beim Spurwechsel, um Kollisionen vorzubeugen. In ihrer Funktion sind Ultraschallsensoren vergleichsweise weniger komplexe Bauteile. Sie sind jedoch robust im Aufbau und preiswert in der Anschaffung.

Level 2: Das teilautomatisierte Fahren

In diese Kategorie fallen Fahrerassistenzsysteme, die zwei Technologien miteinander kombinieren. Das bedeutet, dass das Fahrzeug selbstständig (kurzfristig) einige Fahrmanöver durchführen kann – zum Beispiel automatisches Einparken. Dabei übernimmt der Bordcomputer für einen kurzen Zeitraum die Kontrolle und steuert das Fahrzeug. Dem Fahrer obliegt die Überwachung des automatisierten Vorgangs.

Ein Radar im Fahrzeug erlaubt das Messen von Abständen und Geschwindigkeiten. Die Leistungsfähigkeit der Sensoren ist dabei unterschiedlich: Einige eignen sich für die Erkennung von Objekten, die bis zu 30 Meter entfernt sind.

Level 3: Das hochautomatisierte Fahren

Die zweite und dritte Entwicklungsstufe des automatisierten Fahrens unterscheiden sich im Hinblick auf die Features in den Fahrzeugen nicht grundlegend. Unterschiedlich ist jedoch die technologische Präzision, mit der die Manöver ausgeführt werden. Die Technologie muss beim hochautomatisierten Fahren weitaus fortgeschrittener sein als beim teilautomatisierten Fahren. Dazu sind zahlreiche sensible Sensoren und smarte Algorithmen notwendig. Der Zweck: die Erhebung, Auswertung und Verarbeitung der gewonnen Informationen in Echtzeit.

Automobilhersteller verwenden Radarsensoren mit Entfernungsmessungen von bis zu 250 Metern Reichweite. Diese kommen bei Fahrerassistenzsystemen zum Einsatz, die der Abstandsregelung dienen und situationsbedingt das Notbremssystem aktivieren. Für präzisere Messungen wird auf Lidar zurückgegriffen. Statt mit elektromagnetischen, arbeitet die Lidar-Technik mit optischen Signalen.

Level 4: Das vollautomatisierte Fahren

Auf dieser Stufe befinden sich bislang ausschließlich Prototypen, die noch nicht für den Straßenverkehr zugelassen sind. Vollautomatisierte Fahrzeuge sollen in der Lage sein, komplexe Verkehrssituationen (zum Beispiel bei Stadtfahrten, im Autobahnverkehr oder bei Überlandfahrten) eigenständig zu meistern. Damit steigen auch die technologischen Anforderungen an das System. Der geschlossene Kreislauf „Fahrzeug“ funktioniert dabei weitestgehend autark, ohne dass das Eingreifen des Fahrers nötig ist.

Um die Analyse der Umwelt bestmöglich durchführen zu können, nutzt die Industrie eine Spezialform des Lidars – sogenannte Laserscanner. Durch die Integration drehbarer Spiegel ist eine 360-Grad-Erhebung des Umfelds möglich.

Level 5: Das autonome Fahren

Auf dem fünften Level wird der Fahrer zum Passagier und übernimmt keinerlei aktive Funktion im Manövrieren durch den Straßenverkehr. Das Fahrzeug führt sich quasi selbst. Relevant werden dafür leistungseffiziente Systeme und Bauteile, die in der Lage sind, die immensen Datenmengen aufzunehmen und zu verarbeiten. Denn: Einzelne Sensoren liefern vergleichsweise ungenaue Daten.

Je mehr Sensoren miteinander verknüpft sind, desto genauere Informationen  erhält das Fahrzeug und desto präziser ist die Auswertung der gewonnen Daten. In weiterer Folge steigt die Genauigkeit der Befehle an das Automobil, und das Fahren wird sicherer für die Passagiere.

Auf der höchsten Entwicklungsstufe wird nicht mehr nur allein die Erhebung von Umweltdaten durch das Fahrzeug möglich. Angedacht ist die Verknüpfung von Umwelt und Fahrzeug. Das bedeutet eine Abkehr von der klassischen „Einbahnstraßen-Kommunikation“ der Automobile zu einer vollständigen Vernetzung mit der Umgebung.

Weitere technologische Komponenten für das autonome Fahren

Für den Ausbau des autonomen Fahrens sind die Automobilhersteller auf immer mehr technische Komponenten wie Sensoren, leistungseffiziente Kabel und Leitungen, Steckverbindungen etc. angewiesen. Für die fünfte Ausbaustufe spielt ein weiterer Faktor eine entscheidende Rolle. Gemeint ist ein leistungseffizientes Glasfasernetzwerk, das eine reibungslose Kommunikation großer Datenmengen gestattet. Bürklin Elektronik stellt für 5G- und Glasfasernetzwerke benötigte Bauteile bereit – die einzelnen Elemente finden Sie im Onlineshop.