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Die zentrale Rolle von LiDAR für die nächste Generation des Autonomen Fahrens

Die Automobilindustrie steht an einem Scheideweg. Laut einer aktuellen CarGurus-Studie sind 33 % der Befragten über die technologische Weiterentwicklung für autonome Fahrzeuge erfreut. Die Angaben zum Vertrauen in die aktuelle Technologie zeigen jedoch, dass die Begeisterung nicht unbegrenzt ist, denn 53 % der Befragten möchten weiterhin eine gewisse Kontrolle über das Fahrzeug behalten. Mit der Nennung von Sicherheit als problematischsten Aspekt (bei 51 %) autonomer Fahrzeuge belegt diese Diskrepanz zwischen Erwartung und Realität, dass die Technologie noch einiges zu tun hat.

Sicherheit ist eindeutig der entscheidende Aspekt für die zukünftige Differenzierung unter den Automobilherstellern, insbesondere da die Branche auf dem Weg zum Autonomen Fahren weiter voranschreitet. Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) werden eine zentrale Rolle bei der Entwicklung vielfältiger neuer Sicherheitsfunktionen spielen, auf die sich nicht nur die Fahrer verlassen werden, sondern auch die OEMs, um sich vom Wettbewerb abzuheben. Für den Einsatz in autonomen Fahrzeugen müssen ADAS – über den einfachen Spurhalteassistenten oder einen Autopiloten für geringe Geschwindigkeiten hinaus – Gefahrensituationen in Echtzeit erkennen und Fahrzeuge in die Lage versetzen, schneller zu reagieren, als es ein Mensch je könnte. LiDAR und die dazugehörige Erkennungssoftware könnten bestehende ADAS-Systeme dazu befähigen, all dies und noch mehr zu tun.

Was ist LiDAR?

LiDAR (Light Detection And Ranging) nutzt Laser, um ein dreidimensionales Bild der Umgebung oder eines Objekts zu erstellen, unabhängig davon, ob es sich bewegt oder nicht. LiDAR hat sich in letzter Zeit rasant und in großen Schritten mit immer kompakterer Hardware und leistungsfähigerer Technologie weiterentwickelt, und ist im Streben der Automobilindustrie nach sicheren autonomen Fahrzeugen zu einem wichtigen Fortschrittsfaktor geworden. LiDAR bildet die Umgebung eines Fahrzeugs in Form einer Punktwolke ab, um Hindernisse zu identifizieren und so das ADAS eines Fahrzeugs bei der Vermeidung von Kollisionen zu unterstützen.

Welche verschiedenen Arten von LiDAR gibt es und wie unterscheidet es sich von Radar?

Es gibt viele Ausprägungen und Einsatzbereiche von LiDAR, mit Anwendungen in zahlreichen Branchen außerhalb der Automobilindustrie. Der LiDAR-Typ, auf den sich die Automobilhersteller bei der Entwicklung autonomer Fahrzeuge konzentrieren, ist das „terrestrische, mobile“ LiDAR. Bei einem terrestrischen LiDAR-System ist die Hardware am Fahrzeug montiert und erfasst den Boden und die umgebenden Objekte. Das System sendet Laserimpulse aus und verarbeitet diese Informationen anschließend, um Hindernisse, Fußgänger, andere Fahrzeuge usw. zu „sehen“. Es liefert dem Fahrerassistenzsystem praktisch unmittelbar Messwerte zur Entfernungs- und Objektmessung.

Der wesentliche Unterschied zwischen LiDAR und Radar ist die Nutzung von Licht- gegenüber Mikrowellen. LiDAR-Systeme nutzen viele Laserimpulse pro Sekunde und messen die Zeit, die sie benötigen, um vom Objekt reflektiert zu werden. Diese Daten werden verwendet, um die exakte Entfernung zum Objekt zu berechnen. Radar funktioniert ähnlich, nutzt aber Mikrowellen und eine Antenne. Radar kann über große Entfernungen eingesetzt werden, hat aber eine viel geringere Auflösung als LiDAR, sodass die Erkennung einzelner Objekte weniger effektiv ist.

Sind Kameras für das Autonome Fahren genauso effektiv wie LiDAR?

Die Antwort auf diese Frage ist wiederum relevant für die Sicherheit.

Kamerabasierte Systeme nehmen Bilder der Umgebung auf und senden sie an einen KI-Algorithmus, der im Laufe der Zeit lernt, Objekte zu identifizieren. Langfristig, so ist die Erwartung, kann ein solches System mit unvorhersehbaren Umgebungen besser umgehen. Allerdings haben kamerabasierte Systeme in ADAS und autonomen Fahrzeugen einige entscheidende Nachteile: Sie funktionieren nicht bei hohen Geschwindigkeiten auf der Autobahn, haben Schwächen bei Regen und Nebel, sind nachts unzuverlässig und erfordern einen erheblichen Rechenaufwand, um mehrere Kamerabilder zusammenzuführen. Darüber hinaus eignet sich die aktuelle Kameramodul-Technologie nicht für große Reichweiten und große Sichtfelder.

Demgegenüber erstellen LiDAR-Systeme eine exaktere dreidimensionale Kartierung der Fahrzeugumgebung und verarbeiten diese Informationen ebenso schnell wie verlässlich. Zudem funktioniert LiDAR auch bei wechselnden Lichtverhältnissen, sogar bei direkter Sonneneinstrahlung und völliger Dunkelheit – und kann Entfernungen unabhängig von der Straßenbeschaffenheit sehr genau abschätzen. Mit Blick auf zukünftige Technologien wird das intelligente Infrastruktursystem einer Stadt möglicherweise eines Tages direkt mit dem LiDAR-gestützten Fahrerassistenzsystem eines autonomen Fahrzeugs kommunizieren und Informationen wie Verkehrsführung und Baustellenumleitungen übermitteln.

Welche verschiedenen Stufen der Fahrautomatisierung gibt es in Bezug auf die Entwicklung von LiDAR?

Die Society of Automotive Engineers (SAE) definiert sechs Stufen der Fahrautomatisierung, wie unten dargestellt. Die von ihr ermittelten internationalen Normen dienen als Referenzpunkte für die Entwicklung autonomer Fahrzeuge. Die Stufen 0-2 erfordern einen aktiven Eingriff der Fahrer in die Fahraktionen, wobei die Technologie die Fahrer unterstützt. Stufe 3 stellt eine Mischform mit einigen automatisierten Funktionen dar, aber der Fahrer hat letztlich die Kontrolle, wenn das ADAS dies verlangt. Für die Stufen 4 und 5 ist keine menschliche Interaktion erforderlich.

Quelle: SAE Levels of Driving Automation™

Viele Automobilhersteller erfüllen das Kriterium der Sicherheitsstandards für die Stufen 0–2 bereits seit mehreren Fahrzeuggenerationen. Inzwischen haben die Hersteller begonnen, mit LiDAR-Entwicklern zu kooperieren, um ihre Fahrerassistenzsysteme auf Stufe 3 zu bringen. Damit kommen sie dem echten Autonomen Fahren näher, um so zukünftig auch die Standards für die Stufen 4 und 5 erfüllen zu können. Aber auch wenn Fahrzeughersteller wegweisende Entscheidungen darüber treffen, wie sie ein sicheres Autonomes Fahren der nächsten Generation erreichen, bleibt die Frage: Was braucht es, um hohe Leistungen bei Autobahngeschwindigkeiten zu erreichen? MicroVision ist genau dort aktiv, wo die Weiterentwicklung der LiDAR- in Verbindung mit der Erfassungstechnologie die größte Wirkung haben kann.

Welcher Zusammenhang besteht zwischen LiDAR und dem Erfolg selbstfahrender Autos?

Der Erfolg selbstfahrender Autos liegt für die Hersteller an der Schnittstelle zwischen der Sicherheit bei hohen Geschwindigkeiten und der nahtlosen Integration, einschließlich der Kostenfaktoren. Die außergewöhnliche Fähigkeit von LiDAR, die Umgebung genau abzubilden, versetzt autonome Fahrzeuge in die Lage, Hindernisse und Kollisionen zu vermeiden, einschließlich drohender Gefahren, die von Fußgängern, fahrenden und stehenden Fahrzeugen, Fahrrädern und Tieren ausgehen. Durch die Kombination aus schnelleren Verarbeitungszeiten zur Hindernis-Identifizierung und der Fähigkeit, verschiedenartigste Hindernisse zu erkennen – und das in einem kosteneffizienten System, das auch bei Autobahngeschwindigkeiten funktioniert –, rückt der Traum von autonomen Fahrzeugen der Stufe 5 in greifbare Nähe.

Welches Wachstumspotenzial steckt in der LiDAR-Technologie?

Das Wachstumspotenzial für LiDAR als Wegbereiter für autonome Fahrzeuge ist exponentiell. Laut Global Market Insights (GMI) überstieg der LiDAR-Markt für die Automobilindustrie im Jahr 2017 die Grenze von 150 Millionen US-Dollar und wird von 2018 bis 2024 voraussichtlich eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von über 40 % aufweisen. GMI führt die Zunahme der Forschungsaktivitäten im Bereich der autonomen Fahrzeugtechnologie als Motor für das Wachstum der gesamten Branche an. Wie sieht es 2025 bis 2030 aus?

Warum ist das MicroVision-LiDAR anderen Systemen überlegen?

MicroVision geht die zukünftige Nutzung von LiDAR mit seiner proprietären LiDAR-Technologie an, die auf bekannten Chip-, Laser- und Sensortechnologien basiert. 

MicroVision ist in den letzten 25 Jahren zum Pionier der MEMS-basierten Laserscanning-Technologie avanciert. Aus dieser Erfahrungsbreite und -tiefe ist ein etabliertes Halbleiter-Partnernetzwerk und ein solides IP-Portfolio entstanden, darunter über 430 Patente im Bereich der MEMS-basierten Technologie. Als Marktführer in diesem Bereich sind wir stolz darauf, Technologien an einige der weltweit führenden Technologieunternehmen sowie an das US-Militär geliefert zu haben. Das macht deutlich, dass wir nachweislich in der Lage sind, unsere Innovationen erfolgreich zu vermarkten.

Heute konzentriert sich MicroVision darauf, sein Know-how in den spannenden Bereich der LiDAR-Technologie für die Automobilindustrie einzubringen. Mit unserer LiDAR-Hardware und Erfassungssoftware sind Automobilhersteller in der Lage, eine neue Generation von ADAS-Sicherheitsfunktionen für hohe Autobahngeschwindigkeiten anzubieten. MAVIN, das neueste integrierte LiDAR-System von MicroVision, sieht weiter und klarer – und kann schneller auf entstehende Situationen reagieren.

Aber unser Engagement für Hersteller beschränkt sich nicht darauf, ihr ADAS mit ultrahochauflösenden Punktwolkendaten auszustatten. Hergestellt aus Materialien, die in den Lieferketten der Industrie bekannt sind, ist die MicroVision-Hardware skalierbar, leicht beschaffbar und unterstützt eine niedrigere Kostenstruktur, damit Automobilhersteller die neueste Generation der ADAS-Funktionen noch mehr Fahrern in noch mehr Fahrzeugen bereitstellen können.

„Für die Zukunft erwarten wir, dass MicroVision seine ADAS-Lösung der Stufe 3 mit zwei LiDAR-Sensoren, einer reduzierten Anzahl von Fernbereich-Radareinheiten und Kameras anbieten wird. Hier wird unser neues, dynamisches Sichtfeldsystem in der Lage sein, diese fusionierten Daten an das zentrale Steuergerät zu übermitteln. Dies macht eine hohe Rechenleistung überflüssig und ermöglicht geringere Latenzzeiten sowie schnellere Berechnungen. Daraus ergeben sich eine schnellere Datenverarbeitung, schlankere Hardware und ein kosteneffizienteres LiDAR-System für unsere Kunden“, erklärt Dr. Thomas Luce, Vice President of Business Development bei MicroVision.

Zusammenarbeit: MicroVision hat sich zum Ziel gesetzt, Fahrzeugherstellern eine vollständig integrierte LiDAR-Lösung anzubieten, die eine neue ADAS-Generation ermöglicht und die nächste Ära der Differenzierung in der Automobilindustrie definiert. Durch dieses Konzept können Hersteller die Kontrolle über das Fahrerlebnis behalten und die Punktwolke zur Entwicklung innovativer neuer Sicherheitsfunktionen nutzen, um sich vom Wettbewerb zu differenzieren.

Authentische Ergebnisse: Durch eine ausgereifte Philosophie der OEM-Partnerschaft, die den Schwerpunkt auf Zusammenarbeit und gemeinsame Entwicklung statt auf leere Versprechungen von „schlüsselfertigen“ Produkten legt, zeigt die Leistung unserer Lösung auf der Teststrecke, dass wir für hohe Autobahngeschwindigkeiten bereit sind. 

In dem Maße, wie das Autonome Fahren der Realität immer näher kommt, erweisen sich LiDAR-Systeme als entscheidende Komponente. Automobilhersteller müssen einen Partner wählen, der ihre Fahrerassistenzsysteme zur nächsten Generation führt – mit einem System, das Sicherheit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit sowohl in der Stadt als auch auf der Autobahn bietet.