Valeo: Intelligente Sensoren für autonomes Fahren und Umgebungs-Erkennung: Das Auge des Autos

Auch Valeo würde am liebsten genau vorhersehen und -sagen, was den Autofahrer wann und wo erwartet. Und umgekehrt, die Umgebung immer informieren, wie und wohin sich der betreffende Autofahrer respektive dessen Fahrzeug bewegt. Dazu hat der französische Zulieferer mit seinem weltweiten Forschungs- und Produktionsnetzwerk mittlerweile die breiteste Palette an Sensoren entwickelt, die man braucht, um den Fahrzeugen eben die eingangs erwähnte nötige Intelligenz und Intuition anzutrainieren. Dabei reicht das Portfolio von Ultraschall-Erkennungssystemen über Kameras bis hin zu LiDAR-Scannern und Radare. Diese Technologien bilden sozusagen die „Augen“ und „Ohren“ des Fahrzeugs. Und da diese „Sinnesorgane“ permanent hellwach sein müssen und dabei riesige Datenmengen erzeugen, kümmerte Valeo sich gleich noch um ein entsprechendes „Gehirn“, sprich eine leistungsfähige Software, die all diese Daten verarbeiten kann.

Und dabei nahm man tatsächlich das menschliche Gehirn zum Vorbild:
Laut Valeos Regional Communication Director für Deutschland, Jürgen Ströbele, „bündelt die Software die von diesen Sensoren gesammelten Daten auf dieselbe Weise, wie unser Gehirn Informationen der fünf Sinnesorgane verarbeitet“. Womit wir gleich beim Thema AI, also artifizieller Intelligenz, wären: Denn auch Valeo arbeitet natürlich fieberhaft daran, dass Fahrzeuge künftig eigenständig lernen können. Doch all das hat(te) auch seinen Preis: Ganz zu Beginn waren die ganzen „Augen“ und „Ohren“ kaum günstiger als echte Organe und wurden damals meist nur in Prototypen und Forschungsfahrzeugen verbaut.
Die Nachfrage stieg aber massiv an: Abstands- und Spurhalteassistenten gehören mittlerweile überall zum guten Ton, einen Pkw automatisch in eine Parklücke zu bugsieren ist kein Hexenwerk mehr. Mittlerweile hat Valeo zwölf Millionen automatisierte Einparksysteme in Fahrzeugen auf der ganzen Welt verbaut. Und der Trend geht weiter, wozu das breite Sortiment aus Ultraschallsensoren, Kameras, Radar und LiDAR benötigt wird. Doch es geht noch exakter: mit dem Laserscanner (siehe auch Grafik, S. 72). Wie schwierig das werden würde, zeigt der lange Entwicklungszeitraum von sieben Jahren: Man begann damit bereits 2010 in einer Kooperation mit Ibeo. Seither hat sich die Kern-Entwicklungsmannschaft verachtfacht. Einerseits muss der Laserscanner die Lastenhefte der Automobilindustrie erfüllen, andererseits war ein Kompromiss zwischen Sensorleistung, Baugröße und Preis zu finden. Letzterer sollte deutlich unter 1.000 Euro liegen.
Das Hauptziel war ein breites horizontales Sichtfeld bei gleichzeitig hoher Winkelauflösung. Außerdem muss sich der Sensor möglichst „unsichtbar“ ins Fahrzeug integrieren lassen. Eine der größten Herausforderungen war aber die Robustheit gegen Vibrationen oder schlagartige Stöße. Dabei muss der „Scala“ Stöße von bis zu 20 g (g = Kraft pro Masse) abkönnen, ohne Schaden zu nehmen. Außerdem muss er die Klasse nach DIN EN 60825-1 erfüllen, um ungefährlich für das menschliche Auge zu sein.
2015 konnte man dann eine Produktionslinie nach den Anforderungen für die Serienfertigung in Betrieb nehmen. Und zur IAA 2017 wurde das fertige Endprodukt präsentiert, das unter anderem den neuen Audi A8 auf einen „Autonomiestand“ hebt, der gesetzlich zwar (noch) nicht freigegeben ist, aber kommen wird.

Spannende Zahlen zum ­Scala-Laserscanner

• Das horizontale Sichtfeld umfasst 145 Grad (± 72,5 Grad)
• Der Sensor tastet seine Umgebung 25-mal pro Sekunde fächerförmig ab
• Der Doppelspiegel rotiert dabei mit 750 Umdrehungen pro Minute
• Der Sensor verfügt über 4 übereinanderliegende Abtastebenen
• Jede Ebene besteht aus 580 Abtastungen
• Die maximal mögliche Reichweite beträgt über 300 Meter
• Fahrzeuge werden bis 150 Meter Entfernung, Personen bis 80 Meter Entfernung sicher erkannt (definiertes Testtarget)
• Der Scala erzeugt 58.000 Messpunkte pro Sekunde

Die Valeo-Entwickler tüfteln derweil schon weiter. Mittlerweile kombiniert man mehrere Scalas zum System „Scala Cocoon“, das einen 360-Grad-Rundumblick erzeugen kann und bis 2020 serienreif sein soll. Auch dafür gibt es bereits Interessenten. Und weil die Entwicklung nie stillsteht, möchte man bis zu diesem Zeitpunkt auch eine weiter optimierte zweite Scala-Generation am Start haben. Da wirkt der rotierende Spiegel dann fast wie liebevoll-mechanisches Relikt – aber auch darüber denke man nach, lässt Ströbele zwischen den Zeilen durchblicken.

Doch, wie so oft, kamen mit den neuen Antworten auf die gestiegenen Sicherheitsbedürfnisse auch neue Fragen auf: Was passiert bei schlechtem Wetter? Wie hält man die „Organe“ sauber? So, wie der Lidschlag das Auge immer wieder mit einem Flüssigkeitsfilm versorgt, müssen auch die Sensoren rein gehalten werden. Dafür erfand Valeo „everView“, das erste LiDAR-Sensorreinigungssystem, das einen optimalen und ununterbrochenen Betrieb der Sensoren bei allen Wetterlagen und Straßenbedingungen gewährleisten soll. Indem es sie von Regen, Schlamm, Schnee, Staub und sonstigen Hindernissen befreit.

Auch everView soll ab 2020 reif für die Serie sein. Das Reinigungssystem ist mit einem kleinen einziehbaren Arm und mehreren Düsen ausgestattet, die Flüssigkeit auf die Sensoren sprühen und diese automatisch reinigen. Es soll lediglich 25 Milliliter Reinigungsflüssigkeit pro Säuberungsvorgang verbrauchen, wo andere, nicht-automatische Systeme bis zur vierfachen Menge verspritzen.

Und natürlich arbeitet auch Valeo mit Start-ups zusammen. So erwarb man 50 Prozent der Anteile an CloudMade. Das ist ein Start-up im Bereich maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung für die Autoindustrie, woraus der Wahrsager „MyMobius“ hervorging. Dieses System beobachtet die Gewohnheiten der Fahrer und lernt daraus. So soll es laut Ströbele die Erwartungen der Nutzer vorhersagen können und ihre Umgebung daran anpassen – was letztlich die Sicherheit erhöht. So senden fahrzeuginterne Valeo-Systeme – Sensoren, MMS und Konnektivitätsmodule – Nutzungs- und Kontextdaten an eine Cloud, die dort verarbeitet werden.

Entsprechend passt sich Valeo MyMobius proaktiv den Bedürfnissen der Fahrer an und bietet personalisierte Routen und Einstellungen. Während der Fahrt schlägt das Fahrzeug dem Lenker, basierend auf seinen Vorlieben und Gewohnheiten, Strecken vor, die auf die jeweilige Situation zugeschnitten sind. Außerdem kann Valeo MyMobius komplexe Situationen erkennen und Fahrhilfefunktionen bieten. Diese Synergien aus Konnektivität, intuitiven Schnittstellen und Automationssystemen sollen die Fahrten angenehmer und sicherer machen.

Ein Teil davon ist bereits bekannt. Dabei handelt es sich um das sogenannte „XtraVue“-System. Das nutzt eine telematische Antenne auf dem Auto. Diese wird durch einen Laserscanner und das Kamerasystem von Valeo ergänzt. Über ein gestreamtes Video von anderen vernetzten Fahrzeugen und Kameras, die im Straßenverkehr angebracht sind, erhält der Fahrer eine umfassende Übersicht über den Verkehr, auch außerhalb seines Sichtfeldes. Durch die Nutzung der vorhandenen öffentlichen 4G- und Vehicle-to-Vehicle-Netzwerke kann diese Technologie die Daten bündeln und ermöglicht eine einfache und verbesserte Sicht auf den Straßenverkehr.

Fahrer können durch Hindernisse vor ihrem Fahrzeug quasi „hindurchsehen“. Sie haben daher einen besseren Überblick, sind besser informiert und können andere Fahrzeuge sicher überholen. Land Rover dachte sich eine Nutzung für den Anhängerbetrieb aus: Damit kann man praktisch vom Auto aus durch den beladenen Trailer „hindurchsehen“, was vor allem bei hoch gebauten Anhängern wie Wohnwagen oder Pferdeanhängern die Sicht erheblich verbessert. Die Sinnesorgane der Autos müssen und werden also deutlich besser sein als die des Menschen. In der Hoffnung, dass auch das „Gehirn“ schlau genug sein wird, all das kompetent zu verarbeiten und den Verkehr damit sicherer zu machen.

Auf den Punkt

Er ist … ein notwendiges System für das autonome Fahren.
Ideal für … die Fahrzeugsicherheit, zumal auch Reinigung und weitere Ausbaustufen mitbedacht werden.
Schön, dass … Valeo auch an viele andere Details denkt.
Schade, dass … Laserscanner und die Peripherie immer noch ihr Geld kosten.