Automotive

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LiDAR - Fahrzeugumfeldsensorik für das autonome Fahren

Anwendungen für eine verbesserte Lebensqualität

In autonomen Fahrzeugen ist der Mensch nur noch Mitfahrer, das Auto steuert selbständig und erkennt Hindernisse und Gefahren. Damit das Fahrzeug seine Umwelt erfassen kann, kommen LiDAR-Sensoren zum Einsatz. LiDAR (Light Detection and Ranging) ermöglicht die Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung zwischen Objekten und Fahrzeug und beruht auf der Aussendung von Lasersignalen in die Umgebung, deren Reflexion detektiert und analysiert wird. Das Fraunhofer IPMS entwickelt dafür Mikroscannerspiegel, die die hohen Anforderungen des autonomen Fahrens erfüllen und gleichzeitig klein und integrierbar sind. Verfolgt wird der Ansatz eines „scannenden Auges“, das digitales Sehen in drei Dimensionen ermöglicht. Ein Mikrospiegelscanner-Modul erfasst die Umgebung, indem der Spiegel Laserstrahlung in zwei Dimensionen verteilt. Die dritte Dimension im Raum wird anhand des vom Objekt reflektierten Lichts mit Hilfe verschiedener Methoden wie z.B. Laufzeitmessung, codierte Pulse oder der Demodulation von FMCW-Signalen bestimmt. Die MEMS-Spiegel des Fraunhofer IPMS können eine Umgebungserfassung in der Reichweite weniger Zentimeter bis zu mehreren hundert Metern gewährleisten. Aufgrund ihres geringen Gewichts und der guten Integrierbarkeit sind die Module trotz ihrer Beweglichkeit vibrationsunempfindlich und können die Umgebung ohne Messunschärfe detektieren. Die aus einkristallinem Silizium  gefertigten MEMS-Scanner sind äußerst robust und ermüdungsfrei und erfüllen die Anforderungen sowohl hinsichtlich der optischen Scanbereiche als auch der Schock und Vibrationsstabilität. Damit erfüllen sie die Zuverlässigkeitsanforderungen eines Solid State LiDAR. Die CMOS-kompatible Siliziumtechnologie erlaubt zudem eine skalierbare, kosteneffektive Herstellung der Module und ermöglicht deren Integration in bestehende Systeme. Die Anwendung der LiDAR-Technologie für ein MEMS-Scanner-basiertes „Auge“ für Fahrzeuge ist somit ein vielversprechender Weg hin zum autonomen Fahren. 

Car-2-Car-Kommunikation

Anwendungen für eine verbesserte Lebensqualität

Vernetzte Fahrzeuge sind für Innovationen wie autonomes Fahren und Platooning, also das automatisierte Fahren in Kolonnen mit geringen Abständen, grundlegend. Bisher werden funkbasierte Verfahren wie beispielsweise WLAN (IEEE 802.11p) eingesetzt. Diese Technologie ist bewährt und erlaubt hohe Datenraten. Solche Standards aber haben auch ihre Schwächen, wie einen eng begrenzten Frequenzbereich, manipulierbare Signale und die elektromagnetische Verträglichkeit. Alternative Übertragungswege zur Ergänzung der Systeme sind also gefragt. Li-Fi nutzt statt Funkwellen, Lichtquellen wie LEDs und moduliert diese. Die emittierten Signale werden dann von einer Fotodiode aufgenommen. Die echtzeitfähige Technologie Li-Fi, mit Latenzen im Mikrosekundenbereich, bietet sich als redundanter Kanal zu WLAN an. Ebenso denkbar ist eine Aufgabenverteilung. Zu Wireless Fidelity (Wi-Fi) käme dann Light Fidelity (Li-Fi), als zusätzlicher Kanal dazu.

Unsere Leistungen:

  • Li-Fi Workshops
  • Technologie Consulting
  • Konzeptentwicklung
  • Hardware- und Moduldesign
  • Pilotproduktion

Realitätsnahe Holographie mit Flächenlichtmodulatoren

Anwendungen für eine verbesserte Lebensqualität

Eine virtuelle Projektion, die so realitätsnah erscheint, dass man sie berühren möchte. In die Frontscheibe eingeblendete Verkehrszeichen, die dreidimensional und realistisch ins Blickfeld des Fahrers eingebettet sind: Das ist keine Fiktion, sondern soll zukünftig möglich werden mit den Mikrospiegelmatrizen des Fraunhofer IPMS.

Millionen kleinster Spiegel, die auf einem Halbleiterchip aufgebaut sind, beugen das Licht so, dass damit realitätsgetreue 3-D-Bilder als räumliche Projektionen entstehen. Die Einzelspiegel, die anwendungsspezifisch in Zahl und Größe pro Chip variieren, können individuell abgesenkt werden, sodass ein flächiges Muster entsteht, mit dessen Hilfe dreidimensionale holographische Bilder erzeugt werden. 

Das zugrundeliegende Verfahren der Holographie nutzt den Wellencharakter des Lichts, um räumliche Darstellungen zu erzielen. Grundlage dafür ist die Wahrnehmung des menschlichen Auges, das nur die reflektierten Lichtwellen und nicht den Gegenstand an sich wahrnimmt. Holographische Projektionen ermöglichen auf dieser Basis die räumliche Abbildung von Objekten als Hologramm. Diese Abbildungen waren allerdings meistens statisch und nicht in der Lage, bewegte Bilder abzubilden. Die bisherigen Ansätze für bewegte Holographie waren dagegen nicht realitätsnah genug, da Lichtmodulatoren nicht in ausreichender Qualität verfügbar sind.

Mit den Mikrospiegelarrays des Fraunhofer IPMS soll in Zukunft eine computeranimierte Holographie erfolgen, die ein so realistisches Lichtfeld reproduziert, dass reale und virtuelle Welt verschmelzen – bewegt und in Echtzeit. Das macht den Einsatz der Holographie beim Autofahren als Augmented Reality oder auch im Bereich des mehrdimensionalen Fernsehens möglich. 

Automotive Network IP Core Designs

© Sergey Nivens - Shutterstock
Fraunhofer IPMS entwickelt plattformunabhängige IP-Core-Controller mit sehr geringen Latenzen für das Kfz-Bordnetz.

Funktionale Sicherheit ist eine wesentliche Voraussetzung für sicherheitskritische Systeme, die in Fahrzeugen eingesetzt werden, zum Beispiel in ADAS-SoCs und -Modulen. Für jede Anwendung müssen spezifische ASILs (Automotive Safety and Integrity Levels) eingehalten werden. Die Einhaltung der Norm gilt auch für das IP, das in das SoC integriert wird. Das IPMS entwickelt Automotive-IP-Designs mit Blick auf die funktionale Sicherheit und erleichtert den Herstellern das Erreichen der ASIL-Levels für die Fahrzeugsicherheit ihrer Produkte, die in der Norm ISO 26262 für Fahrzeugsicherheit klassifiziert sind.

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