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Autonomes Fahren | Sensorik 14 Elektronik automotive 04 2020 Sichtfelds bestimmen sind die Empfangsund die Sendeoptik Die Winkelauflösung dagegen entscheidet darüber ob man ein Objekt wie etwa einen Basketball in größerer Entfernung detektieren und klassifizieren kann oder ob sich lediglich feststellen lässt dass ein Objekt vorhanden ist Leistungsfähigkeit des Bauteils Für die Designer von LiDAR-Systemen stellen auch der Stromverbrauch der Lösungen und die entstehende Wärme erhebliche Herausforderungen dar Selbstverständlich bewirkt ein Absenken des Stromverbrauchs der Signalkette auch einen Rückgang der erzeugten Wärme Dabei spielt auch die Tatsache mit hinein dass sich die Leistungsfähigkeit eines Bauteils über die Temperatur erheblich verschieben kann Einige besonders temperaturempfindliche Bauelemente in der Signalkette verlangen deshalb nach einer Temperaturkompensation Thermoelektrische Regler sind eine hervorragende Möglichkeit ICs mit großer Genauigkeit abzukühlen oder zu erwärmen Laserdioden zum Beispiel erfordern eine Temperaturkompensation um die Wellenlänge und den Wirkungsgrad über den gesamten Betriebstemperaturbereich des LiDARSystems aufrechtzuerhalten Avalanche-Photodioden und Laser benötigen für den Betrieb in einigen Fällen negative oder positive Vorspannungen von einigen hundert Volt die es mit hoher Effizienz und möglichst wenigen Bauelementen zu erzeugen gilt Präzise D A-Wandler DACs werden für die Erzeugung von Bias-Punkten Strömen und Spannungen benötigt damit präzise Bezugswerte verfügbar sind Neben den traditionellen Versorgungsspannungen von 1 8 Vund 12 Vbenötigen LiDAR-Systeme in zunehmendem Maße weitere Spannungen Eine sorgfältige Auswahl der Stromversorgungslösungen zahlt sich zweifellos besonders dann aus wenn die Lösung um eine weitere Spannung ergänzt werden muss Wichtig ist auch die Verwendung von ICs und Stromversorgungen die einen Shutdownoder Low-Power-Modus besitzen wenn das System die Flexibilität zum Durchlaufen mehrerer Kanäle besitzt Mit LiDAR-Sensoren integrierte IMUs bieten zahlreiche Vorzüge IMUs fusionieren auf intelligente Weise Gyroskope und Beschleunigungssensoren um für Stabilisierungsund Navigationsanwendungen eine zuverlässige Positionsund Bewegungserkennung zu realisieren Präzise MEMS-IMUs können das erforderliche Maß an Genauigkeit auch in komplexen Einsatzumgebungen erzielen wenn sie mit Bewegungen von extremer Dynamik konfrontiert werden Mit IMUs erhalten automatisierte Fahrsysteme die Fähigkeit zur Koppelnavigation zur Positionsbestimmung und zur Stabilisierung Das System wird dadurch auch für den Fall dass das Fahrerassistenzoder GPS-System in seiner Leistungsfähigkeit eingeschränkt oder nicht verfügbar ist mit verlässlichen Daten versorgt IMUs zeichnen sich durch hohe Aktualisierungsraten im Bereich von einigen tausend Signalproben pro Sekunde aus und sind unempfindlich gegenüber Änderungen der Umgebungsbedingungen Je stabiler eine IMU ist umso mehr kann man sich darauf verlassen dass dem System essenzielle Informationen zugeführt werden IMUs lassen sich direkt in LiDAR-Module integrieren um Vibrationen die in einem Automobil üblicherweise vorkommen zu erkennen zu analysieren und zu kompensieren Die IMU-Signale können beispielsweise zur Verschiebung von LiDAR-Punktwolken dienen die sonst verschoben würden wenn das Fahrzeug gerade durch ein Schlagloch fährt Lagerverschleiß an rotierenden LiDAR-Systemen lässt sich ebenfalls per IMU detektieren sodass eine Reparatur vorgenommen werden kann bevor ein Ausfall während des Betriebs auftritt Erfolgreicher Design-Prozess Die Komplexität eines LiDAR-Systems erfordert bereits während der anfänglichen Definition eines Produkts besondere Beachtung um den akzeptablen SNR die Detektierungsanforderungen das Sichtfeld die thermischen Grenzen und den Stromverbrauch festzulegen Indem man sich vergegenwärtigt welche Bauteile Auswirkungen auf die einzelnen Parameter haben und außerdem die ICs sorgfältig auswählt erhöht man die Chancen auf ein erfolgreiches Design ECK Bild 3 Elektrische Architektur eines LiDAR-Systems Bild Analog Devices Sarven Ipek besitzt einen Bachelor-Abschluss in Elektrotechnik und Informatik sowie ein Master-Diplom in Elektrotechnik mit dem Schwerpunkt Kommunikationssysteme und Signalverarbeitung beide erworben an der Northeastern University Er kam 2006 zu Analog Devices und ist zurzeit als Marketing Manager in der LiDAR Division der Autonomous Transportation and Safety Group von Analog Devices in Wilmington Massachusetts USA tätig sarven ipek@analog com