Ohne Lidar-Technik geht beim autonomen Fahren nichts: Geschärfter Weitblick
Es hapert beim autonomen Fahren. Entgegen vieler Ankündigungen wird es noch einige Jahre dauern, bis Autos hoch automatisiert oder gar autonom im öffentlichen Verkehr unterwegs sind. Ohne Lidar-Technik geht bei den Fahrfunktionen der Zukunft kaum etwas.
Lidar ist eine oder sogar die Schlüsseltechnologie bei der Entwicklung autonomer Fahrzeuge. Zusammen mit Radar, GPS und hoch sensiblen Kamerasystemen bildet es die Sehfähigkeit des Autos, die Umgebung zu erfassen. Lidar steht dabei für Light Detection and Ranging, ein Infrarotlicht, das eine präzise, dreidimensionale Karte der Umgebung erstellt, mit der das Fahrzeug seine Umgebung erkennen kann. Je besser diese Bildinformationen sind, desto leichter kann die Bordelektronik diese auf der Fahrt verarbeiten. Während viele selbstfahrende Technologieentwickler darauf bestehen, dass die von Lidar in Kombination mit anderen Sensoren bereitgestellte Redundanz für sichere selbstfahrende Systeme erforderlich ist, gelten diese als sperrig und teuer. Marken wie Tesla und Nissan setzen zum Beispiel auf günstigere Kamerasysteme.
Daimler setzt bei seinen hochautomatisierten Lastwagen in der Erprobung auf Luminar Technologies, einen der führenden Anbieter von Lidar-Hardware- und -Softwaretechnologie. Ziel ist es, Lastwagen mit der Fahrerassistenzstufe vier auf die Straßen zu bringen. Der Fokus liegt zunächst im Fernverkehrseinsatz auf amerikanischen Highways. Hier sollen die Systeme gerade bei höheren Geschwindigkeiten in Sachen Objekterkennung und Datenverarbeitung leistungsfähiger werden. Zur Stärkung der Partnerschaft hat Daimler Trucks eine Minderheitsbeteiligung an Luminar erworben. "Luminar hat Pionierarbeit bei der Entwicklung einer entscheidenden Technologie geleistet, um automatisierte Fahrzeuge auf die Straße zu bringen", so Dr. Peter Vaughan Schmidt, Leiter der Autonomous Technology Group bei Daimler Trucks, "Luminar hat sich als visionär in seinem Bereich gezeigt. Das Unternehmen verfügt über einzigartige Technologien für die Objekterkennung auf große Distanzen und bei hohen Geschwindigkeiten auf Highways. Es ist unser gemeinsames Ziel, den sicheren Einsatz von hochautomatisierten Lkw zu ermöglichen und damit einen Beitrag zur Weiterentwicklung der gesamten Branche zu leisten."
Da die Rolle der Lidar-Technik so elementar für autonome Fahrfunktionen ist, sind Firmen, die sich mit den Entwicklungen auf dem Gebiet befassen, besonders begehrt in der Autoindustrie. So hat sich das amerikanische Tech-Unternehmen Aurora mit Blackmore einen Anbieter von Lidar-Technik geschnappt. Blackmore hatte zuvor nennenswerte Investitionen von Autoherstellern und Risikokapitalgebern, darunter Toyota und BMWs iVentures, bekommen. Aurora-CEO Chris Urmson: "Lidar ist entscheidend für die Entwicklung des sichersten und zuverlässigsten selbstfahrenden Systems, das unsere Straßen sicherer befahren kann als ein menschlicher Fahrer."
Automobilzulieferer Hyundai Mobis, zum koreanischen Hyundai-Konzern gehörig, hat in das amerikanische Lichterkennungsunternehmen Velodyne Lidar investiert. Die Investition ist eine strategische Partnerschaft, da die beiden Unternehmen in diesem Jahr ihre ersten gemeinsam entwickelten Lidar-Sensoren präsentieren wollen, um Level-3-Systeme für automatisierte Fahrzeuge in Serie zu produzieren. Hyundai Mobis wird hierfür seine kognitive Software in die neuesten Lidar-Sensoren von Velodyne integrieren. Ko Youngsuk, Leiter der strategischen Planungsabteilung von Hyundai Mobis: "Hyundai Mobis freut sich, mit Velodyne Lidar, einem der zuverlässigsten und serienreifsten Lidar-Sensoranbieter der Branche, zusammenzuarbeiten, um ein Lidar-System fertigzustellen, das für hohe Anforderungen unerlässlich ist Niveau autonomes Fahren." Velodyne ist einer der Pioniere bei Lidar-Lösungen und Anwendungen für autonome Fahrzeuge. 2017 brachte das Unternehmen den VLS-128 LiDAR auf den Markt, der seinerzeit nach eigenen Angaben der beste der Welt war. Im Dezember 2018 investierte die Nikon Corporation 25 Millionen Dollar in das Unternehmen. Hyundai Mobis betrachtet die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen als einen der wichtigsten künftigen Technologiefokusbereiche und hat im vergangenen Jahr seinen Wachstumsplan vorgestellt, nach dem der Umsatz der künftigen Technologieunternehmen bis 2025 voraussichtlich 11 Billionen KRW erreichen wird.
Ford hatte 2019 als einer der ersten Autohersteller einen Datensatz seiner autonomen Fahrzeugflotte veröffentlicht. Der Datensatz mit dem Namen Multi-AV Seasonal Dataset bot Forschern freien Zugriff auf die Informationen, um die Robustheit autonomer Systeme zu verbessern. Um den Datensatz zu erstellen, fuhren Ingenieure Ford Fusion Hybridmodelle im Großraum Detroit / Michigan und deckten dabei eine Vielzahl von Fahrumgebungen ab, darunter Autobahnen, Überführungen, Flughäfen, Brücken, Tunnel und Bauzonen. Der Datensatz spiegelte dabei saisonale Unterschiede wider, da er unter verschiedenen Wetterbedingungen erfasst wurde. Das Entwicklungsfahrzeug war mit vier LiDAR-Sensoren, sechs 1,3-Megapixel-Kameras, einer Fünf-Megapixel-Kamera und einer Trägheitsmesseinheit ausgestattet. Die Hardwareplattform bestand aus vier Quad-Core i7-Prozessoren mit 16 GB RAM, Netzwerkgeräten und einem Kühlmechanismus. Nach Informationen von Ford ist jedes Protokoll des Datensatzes mit einem Zeitstempel versehen und erhält Rohdaten von den Sensoren, Kalibrierungswerte, Pose-Trajektorie, Boden-Wahrheits-Pose und 3D-Karten.
Ford ist nicht das einzige Unternehmen, das seine Daten der autonomen Fahrzeugflotte mit der Öffentlichkeit teilte. 2019 veröffentlichte Waymo sein Open Dataset, dessen Daten über seinen multimodalen Sensor für autonomes Fahren erfasst wurden. Lyft hat der Öffentlichkeit Forschungsdaten zur autonomen Fahrtechnologie der Stufe fünf angeboten. Darüber hinaus hat Aptiv eine Open-Source-AV-Plattform mit Sicherheitsdaten namens nuScenes gestartet. Die Plattform ist in 1.000 Szenen aus Boston und Singapur organisiert, die laut Aptiv für einige der komplexesten Fahrszenarien in jeder städtischen Umgebung repräsentativ sind.
Die Lidar-Technik ist hoch komplex und entsprechend sensibel. Bisher kam es bei den hierfür eingesetzten Infrarot-Lasern bei steigenden Temperaturen im Bauteil zu Abweichungen in der Wellenlängenstabilität von bis zu 40 Nanometern, wodurch das System etwas verschwommen sieht. Ein neuartiges Chipdesign des deutschen Lichtspezialisten Osram reduziert die Verschiebung der Wellenlängen nun auf lediglich zehn Nanometer und ermöglicht dadurch deutlich klarere und schärfere Bilder der Umgebung. Dank des neu entwickelten Chipdesigns sollen Edge Emitting Laser im Hinblick auf die Wellenlängenstabilität - bei für Automotive-Anwendungen üblichen Betriebstemperaturen bis 125 Grad Celsius mit den Werten von VCSEL gleichziehen und diese sogar übertreffen. Der technologische Meilenstein in der Entwicklung soll für Infrarot-Laser die Verwendung eines wesentlich kleineren Wellenlängenfilters am Detektor ermöglichen, was das sogenannte Signal-Rausch-Verhältnis deutlich verbessert. Dieser technologische Fortschritt konnte bereits bei Bauteilen mit sogenannter "Triple-Junction", also drei übereinander geschichteten lichtemittierenden Flächen, nachgewiesen werden, und wird künftig bei allen Osram Infrarot-Lasern zum Einsatz kommen und Lidar-Systemherstellern enorme Vorteile bieten.