"Wenn es eng wird" - Der LiDAR-Sensor (Notbremsassistent)
Es kommt häufig vor, dass der LiDAR-Sensor mit der eigentlichen Kamera verwechselt wird.
Tatsächlich handelt es sich aber um zwei unabhängige Sensoren. In dieser Ausgabe erläutern wir ausführlich, welche Funktion der LiDAR-Sensor erfüllt.
Das Wort „LiDAR“ kommt aus dem Englischen und bedeutet „Light Detection and Ranging“. Das LiDAR verwendet als Prinzip die direkte Laufzeitmessung des Lichts sowie Infrarotwellen zur Abtastung in einem Lichtwellenbereich zwischen 840 - 950 nm. Staub und Nebel können bei Infrarotwellen das Messergebnis negativ beeinflussen.
Es gibt grundsätzlich zwei Arten von LiDAR Systemen:
1. Das Flash-LiDAR: hier wird das gesamte Sichtfeld auf einmal abgetastet (beispielsweise im City-Notbremsassistenten von Ford und Volvo)
2. Das Scanning-LiDAR: hier wird das gesamte Sichtfeld Punkt für Punkt mit einer hohen Abtastrate (wie beim Laserscanner des Audi A8 von 2018) und einer hohen Präzision abgetastet.
In dieser Ausgabe konzentrieren wir uns auf das Flash-LiDAR.
Das LiDAR-System arbeitet nach dem ToF-Laufzeitverfahren (Time of Flight). Die Zeit zwischen Aussenden und Eintreffen des Lichts wird gemessen und daraus der Abstand zum Objekt errechnet. Das ist ein grundlegender Unterschied zum FMCW-Radar, den wir bereits aus dem Radar-Blogeintrag (Kapitel 8) kennen.
Verwendung findet das LiDAR-System in Verbindung mit Assistenzsystemen wie dem „City-Notbremsassistent“ bei Ford, Mazda oder Volvo.
Charakteristisch für das Flash-LiDAR ist die trapezförmig übereinander angeordnete Sende- und Empfangseinheit in der Windschutzscheibe. Das kleinere Trapez ist unten und bildet die Sendeeinheit. Das größere Trapez ist oben und bildet die Empfangseinheit.
Durch eine Streuscheibe hindurch sendet ein Laser Transmitter Lichtimpulse, die durch zwei Linsen im Empfänger wieder empfangen werden. Dabei teilt sich die untere Sendeeinheit in drei Kanäle auf, den Center-, Left- und Right-Channel. Wie oben erwähnt, besitzt die Empfangseinheit zwei Linsen. Die rechte Linse in Fahrtrichtung gesehen, empfängt die Impulse aus dem Left- und Right-Channel und die linke Linse empfängt den Center-Channel.
Dadurch, dass hier mit einer Streulichtscheibe gearbeitet wird, nimmt die Auflösung mit zunehmender Entfernung ab. Das ist der Grund, weshalb ein Flash-LiDAR im Bereich zwischen 1 – 15 Meter als Notbremsassistent verwendet wird (Nahbereichsradar).
Im LiDAR-Modul selbst befindet sich eine Recheneinheit, die das empfangene Signal aufbereitet und die Daten auf verschiedenen Schnittstellen ausgeben kann. Die bekanntesten wären hier CAN-Bus und USB, wobei CAN-Bus bevorzugt verwendet wird.
In einer weiteren Entwicklung dieses Sensors können die Daten soweit verarbeitet werden, dass ein 3D-Bild in Echtzeit zu Verfügung gestellt wird. Somit wird das „Flash-LiDAR“ zum „3D-Flash-LiDaR“. Diese Entwicklung ist ein weiterer Schritt in Richtung autonomes Fahren und bietet eine Alternative zu den „Scan-LiDAR“-Systemen. Das Flash-LiDAR muss nicht kalibriert werden, sofern der Hersteller nichts anderes vorschreibt.
Bildquelle: Continental