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Automatisiertes Fahren Sensoren: Welche es gibt und wie sie funktionieren

| Autor / Redakteur: Holger Holzer/SP-X / Maximiliane Reichhardt

Kamera, Ultraschall, Radar, Laserscanner – moderne Autos verfügen über immer mehr Sensoren. Doch welche braucht es? Und was können sie?

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Moderne Autos müssen wissen, was um sie herum passiert.
Moderne Autos müssen wissen, was um sie herum passiert.
(Bild: Bosch )

Auch wenn das autonome Fahren auf Stufe 4 bzw. 5 noch Zukunftsmusik ist: Ohne Umfeldsensoren kommt heute kein modernes Auto mehr aus. Doch was genau können Radar, Lidar und Co.? Ein kurzer Überblick.

Ultraschall

Der wohl gängigste Sensor wird meist als Bestandteil der Einparkhilfe eingesetzt. Wie der Name Ultraschall schon andeutet, arbeitet er akustisch und verfügt daher nur über eine geringe Reichweite von höchstens zehn Metern und ein entsprechend eingeschränktes Einsatzspektrum. Außer als Parkpiepser kommt er etwa als Sensor in Totwinkelwarn-Systemen zum Einsatz, die beim Spurwechsel vor Kollisionen mit dem rückwärtigem Verkehr schützen sollen. Wenn sie auch vergleichsweise wenig leistungsfähig sind, sind sie doch günstig und robust. Platziert rund um die Karosserie, werden sie für künftige autonom fahrende Autos wohl unverzichtbar sein.

Kamera

Die Kamera zählt ebenfalls zu den günstigsten Umfeldüberwachungs-Systemen im Auto, ist aber auf gute Sichtverhältnisse angewiesen. Dunkelheit, Nebel oder starken Regen mag sie nicht. Obwohl eine Mono-Kamera nur ein zweidimensionales Bild liefert, sind moderne Algorithmen in der Lage, aus den Daten ein dreidimensionales Modell der Umgebung zu errechnen. Das klappt recht genau – vor allem, wenn Daten weiterer Sensoren zur Verfügung stehen, etwa von einem Radar. Viele Hersteller setzen jedoch gleich Stereo-Kameras ein, die wie menschliche Augen mehr räumliche Informationen bieten. Genutzt wird der Videosensor vor allem für Notbremssysteme. Eine Bilderkennungssoftware identifiziert dabei etwa kreuzende Fußgänger und Radfahrer, um Kollisionen zu vermeiden.

Radar

Lange Zeit kannten Autofahrer den Radar nur vom Starenkasten am Straßenrand. Seit einigen Jahren ist der elektromagnetische Sensor aber auch immer häufiger im eigenen Fahrzeug zu finden – vor allem in Abstandsregel-Tempomaten (ACC). Die Technik gilt als robust und mittlerweile auch relativ günstig. Der Radar ermöglicht das Messen von Abständen und Geschwindigkeiten, hat aber Probleme, nicht-metallische Hindernisse wie Menschen zu erkennen. Neben dem günstigen Nahbereichsradar zur Erkennung von Objekten bis 30 Metern Entfernung gibt es teurere Systeme für den Mittel- und Fernbereich mit bis zu 250 Metern Reichweite. Erstere kommen vor allem als Querverkehrswarner bei Ein- und Ausparksensoren zum Einsatz, letztere bei der Abstandsregelung auf der Autobahn oder in Notbremssystemen.

Lidar

Ähnlich wie der Radar, aber mit optischem statt elektromagnetischem Arbeitsprinzip. Der Sensor sendet einen Lichtstrahl aus und berechnet aus dessen Laufzeit die Entfernung zu einem Objekt. Die Technik wird heute vor allem bei City-Notbremsassistenten zur Hinderniserkennung eingesetzt, wo sie zu relativ günstigen Preisen zuverlässige Ergebnisse liefert. Im Vergleich mit einem Radar kann der Lidar vor allem Menschen besser erkennen. Noch deutlich mehr Potenzial hat die nächste Ausbaustufe der Technik: der Laserscanner.

Diese Spezialform eines Lidars beobachtet mit Hilfe eines drehbaren Spiegels das komplette 360-Grad-Umfeld in hoher Auflösung und bis in große Entfernungen. Gerade für das autonome Fahren gilt dieser Sensor als unverzichtbar. Bislang ist die Technik allerdings nur in Prototypen-Fahrzeugen zu finden und entsprechend teuer. Zuletzt sind allerdings zahlreiche große Automobilzulieferer, darunter Continental und Bosch, in das zunächst von Start-ups gegründete Geschäft eingestiegen, so dass die Kosten perspektivisch sinken dürften.

Car-2-X-Technik

Neben den klassischen Sensoren mit ihrer „Einbahnstraßen-Kommunikation“ wird künftig die Vernetzung mit der Umgebung an Bedeutung gewinnen. Das Auto ist dabei nicht mehr allein auf seine Sinne angewiesen, sondern kann mit der Umgebung in Dialog treten. Im Gegensatz zur „autonomen Fremdortung“ klassischer Sensoren spricht man von „kooperativer Fremdortung“ – das Hindernis meldet sich aktiv beim Fahrzeug oder gibt zumindest Antwort auf eine Anfrage. Mehrere Autos können sich so über ihre jeweiligen Routen abstimmen oder Passanten können Transponder tragen, die Autos von ihnen fern halten. Bislang steckt die Car-2-X-Technik jedoch noch in ihren Anfängen, einzelne Autohersteller bieten entsprechende Systeme an – mangels Masse im Pkw-Bestand fehlen aber meist noch die Gesprächspartner.

Generell gilt für die moderne Umfeldüberwachung: Ein Sensor kommt selten allein. Radar und Co. liefern für sich genommen nur relativ ungenaue oder „verrauschte“ Daten – erst im Abgleich mit den Ergebnissen anderer Sensoren ergibt sich ein relativ zuverlässiges Bild der Umgebung. Das gilt umso mehr, je stärker autonom das Auto unterwegs ist. Die Robotermobile der näheren und mittleren Zukunft dürften daher zumindest zunächst das komplette Arsenal an Sensorik-Hardware an Bord haben.

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