Laserscanner vor Serienstart

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Hamburg, 6. September 2016 – Serpentinen und steile Anstiege. Kurven, die sich im Verlauf zuziehen und schwer einsehbar sind. Und alles umgeben vom Wald. Was für Motorradfahrer ein Traum ist, wird für die Fahrautomatisierung zum Problem: Der Harz. Viele Elemente, die auf der Autobahn für Einfachheit sorgen – perfekte Markierungen der Fahrspuren zum Beispiel – gibt es in diesem Mittelgebirge nur manchmal oder gar nicht. Dazu können Wanderer und Mountainbiker scheinbar aus dem Nichts auftauchen. Hier, wo Fahren und Lenken anspruchsvoll ist, will Ibeo in der zweiten Hälfte des Jahres 2017 autonome Autos ausprobieren. Das klingt ein bisschen wie bei Kennedys Ankündigung für die Mondreise: Nicht, weil es simpel ist, sondern weil es schwer ist. Die entscheidende Technik dafür sind Laserscanner, die inklusive Software von der Firma entwickelt wurden.

Bei einem Besuch im Hamburger Sitz von Ibeo zeigen sich die Laserscanner unauffällig in einen Golf Variant integriert. Das hier hat nichts mit den kreisenden Dingern zu tun, die Google auf den Dachgepäckträgern von Autos montiert hat und die zu Beginn 100.000 US-Dollar pro Stück gekostet haben. Klein, schwarz und in die Stoßstangen verbaut könnten auch die Laserscanner für das Project Harz aussehen. Wie aber funktioniert ein Laserscanner, und warum reichen Radar, Kamera(s) und Ultraschallsensoren nicht mehr aus, wenn hochautomatisiert oder autonom gefahren werden soll?

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Laserscanner vor Serienstart (5 Bilder)

Präzise Umgebungsbilder

Laserscanner sind Lidarsysteme, die Laserpulse sehr schnell in unterschiedliche Richtungen aussenden und wieder empfangen. Und sehr schnell heißt: Mit Lichtgeschwindigkeit, die wiederum konstant ist. Im Grundprinzip arbeitet Lidar (für Light Detection and Ranging) mit der Messung der Zeit, die ein Laserpuls braucht, um zu einem Objekt geschickt, reflektiert zu werden und dann wieder angekommen zu sein („Time-of-Flight“-Methode). So lassen zwei- bzw. bald auch dreidimensionale Umgebungsbilder erzeugen.

Konkret bedeutet das während der Ausfahrt im Testwagen, dass ein zweidimensionales Bild auf dem Laptop der Entwickler erscheint. Auf den ersten Blick sind Punkte und Striche erkennbar. Übt man sich ein wenig ein, sieht man die Kürzel neben den Objekten: MBike für Motorrad, Ped für Fußgänger und natürlich viele andere Autos. Dazu detektiert der Laserscanner sehr genau die Randbebauung, sodass eine Art Fahrschlauch entsteht. Die Software sieht gewissermaßen, wo es langgehen kann, weil der Weg frei ist. Diese Free-Space-Erkennung ist elementar: Etliche Schwierigkeiten heutiger Autos wie etwa das Wiederanfahren nach dem Stillstand im Stop&-Go-Verkehr können hiermit überwunden werden.

Laserscanner können also ein besonders präzises Bild von der Umgebung erstellen. Sie vermessen Konturen sehr genau. Sie erkennen Objekte, identifizieren Hindernisse und – ganz wichtig – ausdrücklich auch Freiräume, in denen sich das Auto gefahrlos bewegen kann.

Die Hardware fusioniert

Im Vergleich zu Radar, dessen Stärke beispielsweise in der Abstandhaltung bei hohen Geschwindigkeiten liegt, sind außerdem das Sichtfeld und die Winkelauflösung deutlich größer. Es wäre allerdings ein Missverständnis, die Techniker bei Ibeo als Feinde des Radars zu begreifen, nur weil sie im Project Harz allein auf Laserscanner setzen. Das Gegenteil ist der Fall: Im Gespräch ist der Begriff Fusionssystem zentral. Das Ziel ist, die Daten unterschiedlicher Hardware perfekt zu integrieren. Und es ist offensichtlich, dass die Software mindestens so wichtig, wenn nicht noch wichtiger ist als die Wahl von Laserscanner, Kamera oder Radar: Von den 50 Mitarbeitern der Firma, bei der ZF seit August 40-prozentiger Gesellschafter ist, sind 30 in der Softwareentwicklung tätig. Es lebe der Algorithmus.

Redundante Systeme für Hochautomatisierung

Das Projekt Harz soll folglich ein Vorzeigeprojekt werden, ein Beweis für die Leistungsfähigkeit von Laserscannern. Um die 32 Kilometer lange Strecke, deren Führung vorerst geheim ist, bewältigen zu können, werden acht davon installiert. Sechs auf gleicher Höhe – also ungefähr am oberen Ende der Stoßfänger – und zwei auf dem Dach, um später ein dreidimensionales Bild zu zeichnen. Damit können dann auch Schlaglöcher detektiert und umfahren werden.

Das alles ist kein Selbstzweck. Schon 2017 wird ein erstes Serienauto mit einem Laserscanner ausgerüstet sein. Hier wird das System den Radar ergänzen, wobei es Redundanzen geben wird. Und die sind gewollt, um eine noch größere Sicherheit zu gewährleisten. Schließlich bedeutet alle weiteren Fortschritte im Vergleich zur heutigen Teilautomatisierung (Mercedes E-Klasse Drive Pilot, Tesla Model S Autopilot), dass nicht mehr der Fahrer permanent die Elektronik überwachen muss. Vielmehr ist es der Sinn von hoch- und vollautomatisiertem Fahren (internationaler Sprachgebrauch: Level 3 und 4), dass der Mensch sich zeitweise und für bestimmte Anwendungszwecke wie die Autobahntour komplett zurückziehen kann.

Eigentlich geht es aber immer um das eine Fernziel: das autonome Fahren (Level 5). Wie lange es dauert, bis die Pendelzeit zur Arbeit nicht mehr verschwendet ist, sondern für anderes genutzt werden kann, weiß niemand. Der erste Tempomat mit Abstandsregelung war jedenfalls für die Mercedes S-Klasse W220 („Distronic“) im Jahr 1999. Jetzt erst ist der Radar so billig geworden, dass er in faktisch jeder Neuvorstellung ab der Golf-Klasse serienmäßig eingebaut ist.

(mfz)