Technik

Kamera, Radar, Lidar – wie fahren autonome Autos?

von Ralf Bielefeldt

Nie mehr Unfälle, nie mehr Staus: An autonome Autos sind große Hoffnungen geknüpft. Um die zu erfüllen, braucht es Sensoren, Kamera, Radar und Lidar.

Kamera, Radar, Lidar – so fahren Autos autonom
Alles auf Empfang: Solche leistungsstarken Radioteleskope brauchen Autos zwar nicht - aber inzwischen empfangen sie auch auf allen Kanälen. Foto: Shutterstock / Soonthorn Wongsaita

Das erfahren Sie gleich:

  • Wie wird aus dem Auto ein autonomes Auto?
  • Welche Technik benötigt das selbstfahrende Auto?
  • Wo sind bereits autonome Autos auf der Straße unterwegs?

Morgens aufstehen, den ersten Kaffee des Tages trinken und danach entspannt in die Arbeit fahren? Vielerorts ist das nicht so einfach möglich, denn verstopfte Straßen im Berufsverkehr sorgen bereits früh am Tag für Stress. Die Lösung des Problems sollen autonome Fahrzeuge sein.

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Sie rollen computergesteuert über die Straße und geben den Nutzern so Zeit, um sich zurückzulehnen. Doch was hat es damit auf sich und welche Technik steckt in einem solchen Fahrzeug?

Wie wird aus dem Auto ein autonomes Auto?

Computer statt Mensch: Im autonomen Auto übernimmt der Wagen die Kontrolle auf den Straßen, kommuniziert vernetzt und smart mit seiner Umwelt und ist dabei unfehlbar in seinem Handeln.

Der Weg zum völlig selbstständigen Auto ist noch immer recht weit. Die Hersteller stecken mitten in der Entwicklungsphase. Die kommende 5G-Technik trägt zu einem potenziellen Erfolg maßgeblich bei. Autonomes Fahren lässt sich in fünf Stufen abbilden.

Den Grundstein für das autonome Auto bilden Assistenzsysteme. Adaptive Geschwindigkeits- und Abstandsregler, die das Fahrzeug konstant auf Distanz zum Vordermann halten und notfalls bis zum Stillstand abbremsen etwa, machen das Auto bereits teilautonom (Stufe 2).

Prognosen von Zukunftsforschern machen deutlich, dass bereits Ende 2018 die ersten Autos mit einer Autonomie-Stufe 3 auf den Straßen unterwegs sein könnten. Dann wechselt das Auto auch selbsttätig die Fahrspur.

Lidar und Radar: Welche Technik benötigt das selbstfahrende Auto?

Und mit welcher Technik wird das Auto immer autonomer? Vor allem ein komplexes Zusammenspiel von Sensoren, Kameras, Radartechnik und Lidar bilden den Ausgangspunkt für das autonome Fahren:

Sensor

  • Sensoren sitzen meist in den Stoßfängern und erfassen den Nahbereich rund ums Auto
  • Als Parksensoren etwa warnen sie vorn und hinten vor möglichen Hindernissen
  • Meist piepen Parksensoren, teils zeigen sie aber auch optisch Abstände an
  • mmWave-Sensoren messen sogar im Millimeter-Bereich
  • Sie könnten in Zukunft Abstände bei automatisch öffnenden Türen erkennen und den Mechanismus vorzeitig stoppen

Kamera

  • Kameras sitzen mit Fischaugenoptik zum Beispiel im Rückspiegelfuß, im Gehäuse der Seitenspiegel oder in der Heck- beziehungsweise Kofferraumklappe
  • Sie blicken für den Fahrer nach vorn, zur Seite, nach hinten: In Summe ergibt das ein 360-Grad-Bild
  • Die Technik ermöglicht auffahrfreies Einparken, das Erkennen von Verkehrszeichen und das Entlarven von Fahrzeugen im Toten Winkel
  • Im Innenraum können sie den Fahrer überwachen: Zulieferer wie ZF haben neue Innenraumkameras entwickelt, die den Fahrzeuglenker permanent im Auge behalten. Schaut er zu lange nicht auf die Straße oder macht die Augen auffällig lange zu, schlägt das System Alarm

Radar

  • Der Begriff steht für „Radio detection and ranging“, was frei übersetzt „Funkortung und -abstandsmessung“ heißt
  • Nicht nur in der polizeilichen Geschwindigkeitsmessung sind Radare notwendig; Abstandsregeltempomat, Notbremssystem, Staupilot – all diese Assistenzsysteme wären ohne Radartechnik nicht möglich
  • Anno 1886 hat der Deutsche Heinrich Hertz entdeckt, dass elektromagnetische Wellen an metallischen Gegenständen reflektiert werden: Der Grundstein für die exakte Ortung von Flugzeugen, Schiffen und letztlich Autos
  • 1997 hat Toyota die erste „Laser Adaptive Cruise Control“ präsentiert, 1999 folgte die erste „Distronic“ von Mercedes, 2000 dann BMW mit der „Aktiven Geschwindigkeitsregelung“
  • 2002 legten Volkswagen und Audi ihre erste „Adaptive Cruise Control“-Generation (ACC) auf

Lidar

  • Der Begriff steht für "Light Detection and Ranging" (Lichtortung- und -abstandsmessung)
  • Statt Radiowellen werden hier Laserpulse verwendet – die haben zwar eine geringere Reichweite, liefern aber das exaktere Bild
  • Im Zusammenspiel mit Radar lassen sich Objekte so deutlich genauer vermessen und klassifizieren – was fürs autonome Fahren unerlässlich ist.
  • Große Lidar-Scanner können aus bis zu 64 Ebenen dreidimensionale Abbildungen formen. Bei Autos reichen in der Regel vier Ebenen, um ihnen das letzte Quentchen Sensibilität einzuhauchen, das zum autonomen Fahren noch fehlt
Autonomes Parken im intelligenten Parkhaus
Schöner parken: Das intelligente Parkhaus ist ein Baustein auf dem Weg zum komplett autonom fahrenden Auto. Foto: Shutterstock / hxdbzxy

All diese Systeme helfen dem Auto dabei, sich sicher autonom durch den Stadtverkehr oder mit Hochgeschwindigkeit über die Autobahn zu bewegen. Ohne sie wäre es schlichtweg blind – und eben nicht so brillant in seinen Möglichkeiten.

Aeva: Verbesserung der Systeme in Sicht

Ein kleiner Durchbruch bei der Weiterentwicklung der Technik soll der Firma Aeva gelungen sein. Sie packt alle für das autonome Fahren notwendige Technik in eine vergleichsweise kleine Box. Herzstück davon ist ein verbessertes Lidar, das Abstände zu und Geschwindigkeiten von Objekten vermisst. Anschließend ist das System in der Lage, anhand der Daten eine Vorhersage zu folgenden Bewegungen zu treffen.

Hinter dem jungen Start-up stecken zwei ehemalige Apple-Mitarbeiter, die für die “Special Projects” zuständig waren. Sie arbeiteten am iPhone, der Apple Watch und streng geheimen Produkten der Firma mit. Gut möglich, dass ihr Bezug zum autonomen Fahren von der Arbeit am Apple iCar kommt. Dazu tauchten in der Vergangenheit immer wieder Gerüchte auf.

Sind autonome Autos bereits auf den Straßen unterwegs?

Jein. Teilautonome Autos sind bereits überall unterwegs – dank Sensoren, Kameras und Radaren. In einigen Ecken der Welt dürfen aber auch bereits vollautonome Autos testweise auf die Straßen – in Kalifornien etwa.

Updates

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Was besonders hierzulande fehlt, sind die Lizenz zum Scharfschalten der künstlichen Intelligenz, mithin das rechtliche Fundament für die Mobilität der Zukunft, und die Infrastruktur in den Städten. Das fängt bei sensorgesteuerten Ampelkreuzungen an und geht über induktive Parkplätze bis hin zu smarten Parkhäusern.

Einige öffentliche Teststrecken sind auch hierzulande bereits verfügbar – etwa auf Teilen der Autobahnen A9 und A52. Den Ernstfall können die autonomen Autos dort aber nicht proben. Eine praktische Fahrprüfung für die Wagen könnte die Lösung sein. Bis völlig autonome Autos aber auch in Deutschland auf die Straßen kommen, wird es sicherlich noch einige Jahre dauern.

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