Für mehr Sicherheit und Effizienz bei selbstfahrenden Fahrzeugen fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung Entwicklungsprojekte von KI-basierten Elektroniklösungen. (Bild: Innosent)
Mithilfe seiner Expertise im Bereich Radar will das Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) die Sensorik von autonomen Fahrzeugen in Zukunft nicht nur günstiger machen, sondern auch im Erkennungsvermögen optimieren. Zusammen mit Radarspezialist Innosent, Leiterplattenhersteller KSG, Telekommunikationsunternehmen Creonic sowie der Universität Bielefeld entwickelten die Forschenden für diesen Zweck ein spezielles Radarsystem. Zusätzlich wurde das Projekt KI-Radar vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit mehr als 2,3 Millionen Euro gefördert.
Das neue System zeichnet sich planmäßig unter anderem durch eine Trennschärfe von unter einem Grad und einem Erfassungswinkel von 180 Grad aus. Gegenwärtige Radarsensoren kommen lediglich auf zwei Grad bei einem Erfassungswinkel von 90 Grad, weshalb mit dem nun entwickelten Radarsystem die so genannte Winkelauflösung und der Erfassungsbereich verdoppelt werden könnten. So würden laut IZM auch Objekte, die sich in einem Abstand von mehr als einem Grad zueinander befinden, eindeutig voneinander getrennt detektiert werden.
Zusätzlich sollen die neuen Systeme einen Winkelbereich von idealerweise rund 90 Grad in der Horizontalen abdecken. Um den Erfassungsbereich der Radare auf die bisher noch nicht möglichen 180 Grad zu erweitern, bauten die Forschenden dreidimensionale Antennenstrukturen auf. Die Herausforderung dabei: Bei einem größeren Detektionsbereich leidet die Detailwahrnehmung der Sensoren. Damit die Radare trotz weiteren Umblicks eine hohe Winkelauflösung bieten, mussten die Experten kreativ werden.
„Geholfen haben uns die KI-Algorithmen: Mit ihnen konnten wir die Messwerte einzelner Radarsensoren koppeln und so die Winkelauflösung entscheidend erhöhen“, erklärt Christian Tschoban, Projektverantwortlicher und Gruppenleiter am Fraunhofer IZM. Nachdem die Einzelkomponenten von den Projektbeteiligten gefertigt wurden, sind zwei Demonstratoren aufgebaut und evaluiert worden.
Der Technologiedemonstrator mit 3D-Antennen und integrierter KI konnte in ersten Tests bereits seine Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen: Mit einer Winkeltrennfähigkeit von unter einem Grad weist er eine hohe Detektionssicherheit auf. Kurz vor Projektabschluss testeten die Forschenden auch den zweiten funktionalen Demonstrator unter realen Bedingungen. An einem Fahrzeug befestigt detektierte er erfolgreich die Hindernisse auf der Strecke.
Dank des höheren Erfassungsbereichs der neuen Radarsensoren müssen statt der bislang üblichen rund 16 Radarsensoren je Fahrzeug nur noch sechs Sensoren verbaut werden, um die 360°-Detektion mit der geforderten Sicherheit zu erreichen, so die Experten. Dies könnte zudem die Fertigungskosten für die Radarsysteme auf weniger als die Hälfte reduzieren.
Das Team vom Fraunhofer IZM war im Projekt-Konsortium für die Entwicklung des 79-GHz-Radar-Frontends mitsamt der Kommunikationsschnittstelle sowie der dreidimensionalen Antenne zuständig. Zudem miniaturisierten die Forschenden das Gesamtmodul mittels Einbett-Technologien, wodurch die Integrationsfähigkeit der Radare im Fahrzeug gesteigert wurde.
