Welche Sensoren gibt es im Auto – und wofür sind sie da?

Moderne Autos sind vollgestopft mit Elektronik. Aber welche Sensoren gibt es überhaupt und was machen die genau? Ein Überblick über den Stand der Technik.

Radar, Laser, Ultraschall, Lidar - die Ausstattung von Autos wirkt langsam wie die eines Kampfflugzeuges. Aber seine Sensoren ist ein Auto faktisch blind und kann seinen autonomen Pflichten nicht nachkommen. Ein Marktüberblick. 

Radar

Radartechnik gibt es schon etwas länger, die ersten Messungen mit einer Art Radar fanden schon um die vorletzte Jahrhundertwende statt. Den Durchbruch erlebte die Technologie im zweiten Weltkrieg, seitdem ist Radar quasi Alltag. Auch im Auto werden Radarsensoren schon länger eingesetzt, mit dem autonomen Fahren haben sie allerdings eine wichtige Position erlangt. Dabei setzt die Industrie auf zwei Varianten: Einmal das Long-Range-Radar im Bereich 77GHz, einmal als Umfeld-Radar im 24GHz Spektrum.

Das Radar misst Geschwindigkeit und Entfernung. Dabei werden Radiowellen ausgestoßen, je schneller sie zurück kommen, desto näher ist das gemessene Objekt. Die Geschwindigkeit wird über die Annäherung gemessen.

Radar hat den Vorteil, dass es bei fast allen Witterungsbedingungen eingesetzt werden kann. Starker Regen dämpft das Signal allerdings deutlich. Nebel hat dagegen kaum Einfluss. Für die Abstandsmessung ist Radar eines der wichtigsten Instrumente im Fahrzeug.

Ultraschall

Die meisten Fahrzeuge verfügen über Ultraschallsensoren. Das sind die Dinger, die beim Einparken einen Warnton abgeben. Ultraschall hat aber eine sehr geringe Reichweite, mehr als 15 Meter ist nicht drin. Man setzt sie, außer bei den Parksensoren, noch für die Überwachung des toten Winkels ein. Deswegen spielen sie beim autonomen Fahren eine wichtige Rolle.

Laser und Lidar

Lidar-Sensoren sind vor allem für Bremsassistenten wichtig. Ein kleiner Kasten sendet Lichtwellen in Form von Laserstrahlen aus. Die Funktionsweise ist ähnlich wie bei einem Radarsystem. Die nicht sichtbaren Lichtstrahlen werden auch hier zur Geschwindigkeits- und Abstandsmessung genutzt. Da Lidar eine geringere Reichweite als Radar hat, setzt man sie zur Hindernisserkennung ein. Notfall-Bremsassistenten benötigen Lidar. Sie erkennen zum Beispiel ein stehendes Fahrzeug, worauf die Software dann eine Vollbremsung auslösen kann. Das funktioniert auch bei Personen.

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Laserscanner arbeiten ähnlich. Im Gegensatz zum günstigen Lidar haben sie aber einen beweglichen und/oder rotierenden Spiegel, der die Laserstrahlen bewegt. Damit kann man einen größeren Bereich abdecken und erhält ein genaueres Bild der Umwelt. Laserscanner haben aber den Nachteil, dass sie sehr unförmig, groß und zudem sehr teuer sind. Während man im Einkauf Lidar-Sensoren schon für etwas mehr als 100 Euro bekommt, kosten Laser-Sensoren fünfstellige Summen.

Lidar und Laser haben aber beide den Nachteil, dass sie bei starkem Nebel nur eingeschränkt funktionieren.

Hier ein Beispiel mit Laserscannern

Infrarot

Auch das ist keine neue Technologie. Man bekommt Infrarot-Sichtgeräte bereits für ein paar Euro im Handel. Im Auto dient Infrarot auch der Nachtsicht. Man kann Infrarot im Mittelstreckenbereich nutzen. Vor allem im Herbst auf Landstraßen kann Infrarot im Zusammenspiel mit den anderen Sensoren Wildunfälle verhindern.

Kamera

Die Hersteller setzen mittlerweile eine ganze Horde von Kameras ein. Rückseitig zum Einparken und zur Beobachtung des Verkehrs. In den Seitenspiegel zur Überbrückung des toten Winkels und für die 360-Grad-Rundumschau beim Einparken. Nach vorne schaut entweder eine Mono-Kamera (ein Auge) oder eine Stereokamera (zwei Augen). Dabei haben die Hersteller unterschiedliche Präferenzen. Kameras sind die wichtigste Sehhilfe von Fahrzeugen, vor allem in der Stadt. Hochauflösende Kameras mit Nachtsichtfunktionen und Infrarot sind für eine Nachtfahrt sowieso unerlässlich.

Aber wo liegt bei den Kameras der Unterschied?

Die Mono-Kamera liefert ein zweidimensionales Bild. Man kann zwar alles sehen, aber es fehlt die Tiefe, um den Abstand von Objekten zum Fahrzeug und auch untereinander zu messen. Das kann wiederum eine Stereokamera, die ja über zwei Linsen verfügt. Die Verfechter der Mono-Kamera meinen, dass die anderen Sensoren (Radar, Lidar) genug Informationen für die räumliche Tiefe liefern. Hersteller, die die Stereokamera verwenden, verweisen darauf, dass die Kamera eine zusätzlich Informationstiefe liefert. Zudem zeigen Stereokameras auch schneller Veränderungen in der Tiefe an, die ansonsten aus den anderen Sensorinformationen errechnet werden muss.

Der Nachteil der Stereokameras ist ihr hoher Preis. Deshalb setzen die Hersteller meistens auf Monokameras.

Das sieht dann ungefähr so aus:

Damit Autos „sehen“ können, müssen also verschiedene Sensoren zusammenspielen. Für das autonome Fahren auf der Autobahn sind Langstreckensensoren enorm wichtig. Hier spielen Radar und Kamera die Hauptrolle. Wer einen Laserscanner hat, bekommt noch mehr Sicherheit.

In der Stadt gelten ähnliche Regeln, hier hilft aber vor allem der Lidar-Sensor bei der Abstandsmessung. Ein Laserscanner ist enorm hilfreich, weil er in Echtzeit die Umgebung abtastet. Die Software kann mittlerweile gut zwischen Fußgängern und Fahrradfahrern unterscheiden. Das Radar hilft, Hindernisse wie Bordsteine zu erkennen.

Aber alleine mit Sensoren alleine kann das Auto nicht autonom fahren. Dafür benötigt man auch hochauflösende Karten. Dafür werden Straßen bis in den Zentimeterbereich vermessen. Die Karten dienen, im Zusammenspiel mit GPS und den Sensoren, dann als Abgleich für das gemessene Bild.  

Bild: Bosch AG

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