Welches Radarsystem passt zu mir – und wie wird es gebaut?

Einparkhilfe, Bewegungsmelder oder in der Umgebungsüberwachung für ein autonomes Auto – Radarsysteme erfüllen diverse Anwendungszwecke. Um die spezifischen Anforderungen kosteneffizient zu erfüllen, wird am Fraunhofer IZM an innovativen Technologien für Radarsysteme geforscht.

Der aktuelle Trend in Richtung autonomen Fahrens ist ein typischer Anwendungsfall, für den Radar intensiv erforscht wird. Eine große technische Herausforderung im Verkehr ist das Aufnehmen und Verarbeiten der Informationsflut: Von rechts kommt der Fahrradfahrer geschossen, vorne wird die Ampel rot, der Bus schert ein, und der Fußgänger läuft los.

Heute sammeln Lidarsensoren, Kameras und Radarsensoren diese Informationen und geben sie an eine zentrale Auswertungsstelle weiter. „Man kann sich das vorstellen wie eine sehr große Wasserleitung, durch die mit Hochdruck Tausende von Litern an Information donnern.“ erklärt Christian Tschoban, Gruppenleiter am Fraunhofer IZM. In der Abteilung RF & Smart Sensor Systems arbeiten er und seine Kollegen daran, optimale Hochfrequenz-Designs für verschiedene Radarsysteme zu entwickeln.

Durch die begrenzte Datentransferkapazität im Bordnetz steigt die Reaktionszeit des gesamten Automobils auf äußere Einflüsse. Aber das ist ein Ausschlusskriterium für die Alltagsanwendung vom autonomen Fahren. Deshalb arbeiten Christian Tschoban und seine Kollegen an einem Sensormodul mit dezentraler Recheneinheit und kurzen Reaktionszeiten. Durch die Sensorfusion von High-End-Kamera-Systemen mit einem 79GHz Radar-System sollen die Informationen sicher und vollständig erfasst werden.

Der Radar-Sensor bestimmt den Abstand und die Geschwindigkeit eines Objektes, während die Kamera das Objekt zeitgleich klassifiziert und optische Informationen wie Verkehrsschilder oder Ampelsignale auswertet. Diese aufgenommenen Informationen werden nicht mehr ungefiltert an eine zentrale Recheneinheit geleitet, sondern in einem Sensormodul mit eingebetteter Datenverarbeitung bereits dezentral vorverarbeitet. Somit wird bei einer Vielzahl über das Auto verteilter Sensoren die Arbeit der zentralen Einheit, welche schlussendlich eine Entscheidung treffen muss, verringert und die Entscheidungsfindung beschleunigt.

Ein solches System stellt bezüglich der Hardware eine große Herausforderung dar, insbesondere wenn es in Massen kosteneffizient produzierbar sein soll, wie es im Automobilbereich generell der Fall ist. Bei einer Vielzahl an komplexen Bestandteilen (HF Sensorik, optische Sensorik, Signalverarbeitung, Versorgung) muss in dem anwendungsunfreundlichen Umfeld des Automobils (hohe Temperaturschwankungen, Vibrationen und Erschütterungen) die Funktionalität über einen langen Lebenszyklus gewährleistet werden.

Die Qualität der Spannungsversorgung, die Signalqualität und die elektromagnetische Verträglichkeit sind einige Punkte bezüglich des elektrischen Designs, die hierbei optimiert werden müssen. Um diese Punkte alle bedienen zu können – massenfertigungstaugliche Prozesse, Funktionalität, Zuverlässigkeit in rauen Umgebungsbedingungen – wird das am Fraunhofer IZM vorhandene Wissen bezüglich der Prozesstechnologien, des elektrischen Entwurfs und der thermo- und thermomechanischen Modellierung gebündelt eingebracht.

Neben dem autonomen Fahren forscht das Team von Christian Tschoban auch grundlegend an dem Entwurf von integrierten Hochfrequenz-Modulen. Im Rahmen des Projektes Flex-Radar wird zum Beispiel ein handflächengroßer und flexibler Radar-Sensor entwickelt, welcher vielseitig in der Stadt eingesetzt werden könnte: von der Personenerkennung bis zur Parkplatzfindung. Die anwendungsspezifischen Herausforderungen ergeben sich an dieser Stelle aus der großen Biegsamkeit der Platte: Sie passt sich jeder Oberfläche an und kann so leicht und platzsparend angebracht werden.

Während sich das Sensormodul für autonomes Fahren noch in der Entwicklungsphase befindet, wird der Flex-Radar Sensor bereits in der Schirmkabine getestet: Der wellenfreie Raum bietet gute Testbedingungen für Radar und Antenne: Mit Kontravektoren wird das Signal probeweise gestört und seine Funktionsfähigkeit so untersucht.

Veranstaltungshinweis

Anfang Februar 2018 veranstalten Christian Tschoban und seine Kollegen einen Workshop zur umgebungserfassenden Radarsensorik. Dabei geht es um die praxisnahe Entwicklung von Radarsensoren. Es werden die konkreten Vor- und Nachteile von verschiedenen Radarsystemen besprochen und herausgearbeitet: Welches Radarsystem passt zu meiner Anwendung? Im zweiten Teil des Workshops werden die einzelnen Entwicklungsstufen eines Radarsystems abgelaufen. Es steht der konkrete Aufbau und Nachbau im Fokus. Allerdings verspricht Tschoban vorab: „Löten werden wir nicht.“

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