Mikroelektronik : Roboterautos: Infineon entwickelt laserbasierte Lidar-Sensoren

Damit teilautonome oder künftig autonome Fahrzeuge sicher agieren können, müssen sie ihr Umfeld exakt erfassen. Radar- und Kamerasysteme ersetzen jetzt schon in etlichen Fahrzeugen das menschliche Auge.

Für das vollautomatisierte Fahren gelten Lidar-Systeme als weitere Schlüsseltechnologie. In Graz entwickelt Infineon Mikroelektronik-Lösungen für diese laserbasierten "Sinnesorgane".

Teilautonom und autonom fahrende Autos sollen nicht nur Vorteile im Fahrkomfort bringen, sondern vor allem Unfälle vermeiden - denn die Elektronik in den Fahrzeugen wird wesentlich schneller reagieren als der Mensch. Damit sich das Auto tatsächlich sicher durch den Verkehr bewegt, Gefahren erkennt und reagieren kann, muss es die Umgebung wahrnehmen. "Die Sinne des Fahrers werden ergänzt durch einen 'Kokon' von Sensoren aus verschiedenen Technologien", schilderte Stefan Rohringer, Leiter des Infineon Entwicklungszentrums Graz im Gespräch mit der APA.

Schon heute werden Fahrzeuge mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet. Innen- und Außenkameras, Radarsysteme und Ultraschallsensoren liefern Informationen zum Einparken, sie erfassen auf mittlere und große Distanz Objekte und stellen Informationen zum Abstand und Geschwindigkeit beweglicher Objekte bereit.

"Unterschiedliche Sensoren haben unterschiedliche Stärken und Schwächen", so Rohringer. Um die jeweiligen Grenzen zu kompensieren, werden daher die Sensortypen kombiniert und zusammengeführt (Sensorfusion).

Komplettiert wäre das Gesamtsystem der Umwelterfassung durch Lidar zur hochauflösenden optischen Abstandsmessung im Fernbereich des Fahrzeugs. Für diese Technologie werden in Graz Halbleiter entwickelt. In Villach werde gleichzeitig an der Fertigungstechnologie geforscht, wie Rohringer erzählte. "Mit der Fusion von Radar, Kamera und Lidar schaffen wir bei der Sensorik die Grundlage für hohe Sicherheit beim autonomen Fahren", hob Rohringer hervor.

Lidar ist ein Akronym für "Light Detection and Ranging" und arbeitet ähnlich wie ein Radar. Statt Radiowellen werden aber Laserstrahlen im Infrarotbereich ausgesandt, um im Fernbereich des Fahrzeugs Objekte zu erkennen und ihren Abstand zu bestimmen, wie Andreas Foroutan, Leiter der Produktgruppe Lidar, erklärte. Anhand der Laufzeit, die das Licht zu den Objekten und zurück benötigt, werden Abstand, Position und Geschwindigkeit von ruhenden und bewegten Verkehrsteilnehmern und Objekten errechnet.

Während bisherige Lidar-Lösungen im Auto die Laserstrahlen u.a. noch durch mechanisch drehende Spiegel ausrichten, wird der Lichtstrahl beim Ansatz aus Graz über ein Mikro-Elektro-Mechanisches System (MEMS) gelenkt. Auf der Grundlage von miniaturisierten Halbleitern braucht diese Lösung keine Mechanik zum Umlenken des Laserstrahls. "Dadurch werden die Systeme deutlich kompakter, robuster und preisgünstiger", so Foroutan.

In den nächsten fünf Jahren soll das Lidar-System auf Basis von MEMS verfügbar sein und im ersten Takt in Oberklasse-Fahrzeugen zum Einsatz kommen. "Wir sind überzeugt, dass die Technologie jetzt ihre richtige Reife hat. Wir werden damit eine Schlüsselkomponente bei automotiven Lidar-Anwendungen bereitstellen", zeigte sich Foroutan überzeugt. Infineon will damit eine führende Rolle im Lidar-Markt einnehmen.

Gestartet wird mit dem Fokus auf ein System mit hoher Reichweite und hoher Auflösung für die nächste Stufe des teilautonomen Fahrens - Stufe 3. In dieser Stufe muss der Fahrer die Längs- und Querführung nicht mehr dauerhaft überwachen. Er muss jedoch noch in der Lage sein, nach Anforderungen durch das System mit einer gewissen Zeitreserve die Fahreraufgabe wieder zu übernehmen", wie Foroutan schildert.

Die Lösung ist auf eine Wellenlänge von 905 Nanometer ausgelegt, die Laserdioden seien mit maximal 25 Watt sehr energieeffizient. Bei Tageslicht werde die Reichweite für das Erkennen von Fahrzeugen rund 200 Meter, für Fußgänger rund 70 Meter angepeilt.

Die Infineon Technologies Austria AG ist eine Tochter der Infineon Technologies AG. Mit rund 3.800 Mitarbeitern (davon mehr als 1.550 in Forschung und Entwicklung) erzielte das Unternehmen mit der Zentrale in Villach und Niederlassungen in Graz, Klagenfurt, Linz und Wien zuletzt einen Umsatz von 2,5 Mrd. Euro. Der Konzern belegt Platz 24 im aktuellen Ranking der besten Industriebetriebe des Landes.

Die Schwerpunkte der Forschungsstandorte Villach, Graz und Linz liegen in der Entwicklung von Leistungshalbleitern, Dünn-Wafer-Technologien sowie Sensorik, Mikromechanik, neuen Halbleiter-Materialien sowie kontaktlosen Sicherheitslösungen. Der Forschungsaufwand lag 2017 laut Angaben des Unternehmens bei 428 Mio. Euro. Damit zählt die Infineon Technologies Austria AG zu den forschungsstärksten Unternehmen Österreichs.