Een moderne auto zit vol met sensoren die de omgeving in de gaten houden. Deze sensoren vormen de basis voor tal van systemen, van ABS en ESP tot automatische ruitenwissers. In dit artikel gaan we dieper in op de werking van LIDAR-sensoren, specifiek in de context van Audi's geavanceerde rijassistentiesystemen.
Wat is LIDAR?
LIDAR (Light Detection And Ranging of Laser Imaging Detection And Ranging) is een technologie die de afstand tot een object of oppervlak bepaalt door middel van laserpulsen. De werking van LIDAR komt overeen met die van radar: een signaal wordt uitgezonden en zal enige tijd later door reflectie weer worden opgevangen. De afstand tot dit object wordt bepaald door deze tijd te meten.
Het verschil tussen LIDAR en radar is dat LIDAR gebruikmaakt van laserlicht, terwijl radar gebruikmaakt van radiogolven. Hierdoor kunnen met LIDAR veel kleinere objecten worden gedetecteerd dan met radar. De golflengte van radiogolven ligt rond de 1 cm, die van laserlicht tussen de 10 μm (ir) en 250 nm (uv).
Een LIDAR-sensor zendt een gemoduleerd, ononderbroken infraroodsignaal uit, dat wordt gereflecteerd door een object en weer ontvangen door één of meer fotodioden in de sensor. Het gemoduleerde signaal kan bestaan uit blokgolven, sinusvormige oscillaties of pulsen. De modulator zendt het ontvangen signaal naar de ontvanger. Het ontvangen signaal wordt vergeleken met het uitgezonden signaal, om te controleren of er sprake is van een faseverschil en de tijd tussen het zenden en ontvangen te controleren. Uit deze gegevens wordt de afstand tot het object bepaald.
LIDAR-systemen werken met de snelheid van het licht, dat meer dan 1.000.000 keer sneller is dan de geluidssnelheid. In plaats van geluidsgolven uit te zenden, zenden en ontvangen ze elke seconde gegevens van honderdduizenden laserpulsen. Een boordcomputer registreert het reflectiepunt van elke laser en vertaalt deze snelbijwerkende “puntenwolk” naar een geanimeerde 3D-weergave van zijn omgeving.
Lees ook: Complete gids voor Audi naafdoppen
Niet alleen wordt het object op een beeldscherm getoond, de computer schat ook in welke bewegingen het object kan maken. Een voertuig kan zich snel naar voren en achteren bewegen, maar niet zijwaarts. Echter, een persoon kan in elke richting bewegen, maar met een relatief lage snelheid. Het LIDAR-systeem maakt telkens een momentopname van de situatie waarin de auto zich bevindt. Hierbij maakt de rijassistentie iedere minuut wel meer dan honderd keuzes om veilig te kunnen rijden.
De samenstelling van een LIDAR-sensor:
- Lichtbron: Dit kan een laser, LED of VCSEL-diode zijn die licht in pulsen uitzendt.
- Scanner en optiek: Deze onderdelen geleiden het licht via een spiegel of lens naar buiten. De lens bundelt het gereflecteerde licht naar een fotodetector.
- Fotodetector en elektronica: Het licht wordt opgevangen in een fotodetector, bijvoorbeeld een fotodiode.
Audi Pre Sense en LIDAR
Audi Pre Sense is een geavanceerd veiligheidssysteem dat potentiële gevaren detecteert en daarop reageert. Dit geavanceerde rijhulpsysteem helpt de impact van ongevallen te verminderen of indien mogelijk zelfs volledig te voorkomen. LIDAR-sensoren spelen hierbij een cruciale rol. Door een nauwkeurig 3D-beeld van de omgeving te creëren, kan Audi Pre Sense potentiële botsingen vroegtijdig herkennen en de bestuurder waarschuwen of zelfs automatisch ingrijpen.
Net zoals bij elk ander geavanceerd rijhulpsysteem, kunnen er ook bij Audi Pre Sense storingen optreden. Mogelijke problemen zijn:
- Foutmeldingen op het dashboard of infotainment scherm.
- Vervuilde sensoren of camera’s die de werking belemmeren.
- Kalibratieproblemen van de sensoren en camera’s.
- Softwareproblemen die een update vereisen.
In geval van storing of twijfel over het systeem, is het raadzaam dat je advies vraagt van een erkend specialist.
Het is belangrijk om te begrijpen dat systemen zoals Audi Pre Sense, die gebruikmaken van LIDAR, ontworpen zijn om de veiligheid te verhogen. Echter, het blijft essentieel dat de bestuurder alert en verantwoordelijk blijft tijdens het rijden. Deze technologieën zijn hulpmiddelen en geen vervanging voor menselijke aandacht en besluitvorming.
Lees ook: Voordelen tweedehands Audi
Rijassistentie: Systemen die de bestuurder ondersteunen
Systemen die vallen onder de term “rijassistentie” ondersteunen de bestuurder met het autorijden. Over het algemeen dient de rijassistentie voor het vergroten van de veiligheid. Vaak werken meerdere systemen samen om het gewenste effect te verkrijgen. Onder de rijassistentie kunnen de volgende systemen worden ingedeeld:
- LDW (Lane Departure Warning): Melding bij het overschrijden van de rijbaan-afbakening.
- TSR (Traffic Sign Recognition): Herkennen van verkeersborden en de bestuurder hierop attenderen.
- ACC (Adaptive Cruise Control): Automatisch afstand houden tot de voorligger.
- BSD (Blind Spot Detection): Melding bij voertuigen in de blinde (dode) hoek.
- ALC (Adaptive Light Control): Automatisch verlichting in- en uitschakelen en soms ook het verdraaien van de reflector.
- Precrash systemen: Automatisch remmen om aanrijdingen te voorkomen.
- Pedestrian detection: Voetganger detectie.
- Regen/licht detectie: Ruitenwissers automatisch in- en uitschakelen bij het herkennen van regen.
- HDC (Hill Descent Control): Afdalingsassistentie.
- Hill hold/start assist: Bij stilstand op een heuvel de parkeerrem bedienen en bij wegrijden weer loslaten.
- Surround view system: Rondom zichtsysteem d.m.v. diverse camera’s.
- Adaptive high beam / curve lighting: Anti-verblindingssysteem voor tegenliggers.
- Automatic parking: Automatisch parkeersysteem.
- Driver drowsiness detection: Detectie van de alertheid van de bestuurder, bijv. in slaap vallen.
- Navigatiesysteem: Navigeren naar de opgegeven bestemming. Bij een hybride-auto kan de laadtoestand worden aangepast op de opgegeven route.
Een combinatie van de bovengenoemde systemen vormt een basis voor een autonoom rijdende auto. Componenten als een radar, videocamera’s en ultrasoonsensoren vormen een uitbreiding van de eerder genoemde systemen.
Andere soorten sensoren in auto's
Naast LIDAR zijn er tal van andere sensoren die een cruciale rol spelen in moderne auto's:
1. Sensoren gericht op weersomstandigheden
- Regensensor: Kijkt via infraroodlicht of er druppels op de voorruit zitten.
- Buitentemperatuursensor: Geeft de buitentemperatuur weer en wordt gebruikt voor de climate control.
2. Sensoren voor veiligheid
- ABS en ESP sensoren: Meten de rotatiesnelheid van de wielen om blokkeren te voorkomen.
- Adaptive cruise control sensor: Meet de afstand tot de voorligger.
3. Sensoren voor parkeren
- Parkeersensoren: Meten met ultrasoon geluid de afstand tot objecten.
4. Sensoren voor auto onderhoud
- Bandenspanningssensor: Checkt de druk in de banden.
Dit waren nog lang niet alle sensoren die op een auto kunnen zitten, maar in dit overzicht hebben we de meest relevante genoemd.
Waarom Elon Musk een hekel heeft aan LIDAR en Tesla het niet zal gebruiken
Laser sensoren in industriële automatisering
Laser sensoren worden in verschillende toepassingsgebieden gebruikt voor industriële automatisering. De verscheidenheid in toepassingsgebieden brengt een vraag naar verschillende soorten lasersensoren met zich mee. Zo zijn er toepassingen voor detecties, metingen of positionering. Wat verschillende laser sensoren met elkaar gemeen hebben, zijn de voordelen die het gebruik van laserlicht opleveren. Een eerste voordeel is de hoge lichtintensiteit die een zeer nauwkeurige meting, positionering of detectie (tot op nanometers) mogelijk maakt. Een ander voordeel is de meetsnelheid; deze is zeer hoog door het gebruik van licht als medium.
Lees ook: Occasion Audi A1 Automaat Kopen
Verschillende soorten sensoren die werken op basis van laserlicht zijn:
- Laser afstandssensoren
- Verplaatsingslasers
- Laserprojectoren
- Lasergordijnen
- Laser fotocellen
- Positioneringslasers
- Kantendetectie sensoren
Hieronder zullen we de verschillende lasersensoren toelichten met een uitleg over de werking en de bruikbaarheid ervan in verschillende toepassingen.
Laser afstandssensoren
Laser afstandssensoren meten afstanden en maken het mogelijk om op grote afstanden een meting te doen. Deze afstandssensoren werken op basis van het Time-Of-Flight (ToF) principe wat inhoudt dat de sensor een laserbundel uitzendt en hiervan de reflectie ontvangt. De tijd die verstrijkt tussen het zenden en ontvangen van het laserlicht zorgt ervoor dat de laser afstandssensor intern kan bepalen wat de afstand is. Per serie verschilt de afstand waarover de metingen gedaan kunnen worden. Zo is er bijvoorbeeld de LAM 300 serie, van Sensor Partners, met een meetbereik tot 3000 meter! Toepassingen waar men aan kan denken voor dit soort sensoren zijn: niveaumetingen in silo’s, doorstroomoptimalisatie in warenhuizen en het aanmeren van schepen in containerterminals. De sensor berekent in deze toepassingen op nauwkeurige wijze de afstand tot een bepaald object en zorgt ervoor dat bijvoorbeeld een silo niet verder wordt gevuld dan een vooraf ingesteld maximum.
Laser detectie sensoren
Deze sensoren zijn niet zo zeer gericht op het meten van afstanden maar meer het detecteren van objecten en/of personen binnen een bepaald bereik. Een voorbeeld van dit soort lasersensoren is de L-LAS-LT-130-SL met een meetbereik tussen 50 en 210 mm. De sensor zendt een laserlichtbundel uit en ontvangt een reflectie van een passerend object waardoor het de ontvangen reflectie kan beoordelen als een detectie. Wat betreft toepassingen kan hierbij gedacht worden aan het tellen van flessen die over een lopende band worden aangevoerd zodat de aanvoersnelheid ervan kan worden aangepast. Dit voorkomt ophoping op de accumulatieband.
Verplaatsingslasers
Verplaatsingslasers zijn veel rijker in toepasbaarheid. Deze sensoren kunnen namelijk dienen in diktemetingen van bijvoorbeeld stalen platen, profielmetingen van vormspecifieke producten en de positionering van materialen over een transportband.
Laserprojectoren
Dit zijn lasers die een laserprojectie op een gewenst oppervlak kunnen projecteren. De projectie dient voor het bepalen van marges en afmetingen of slechts een positionering binnen een toepassing. De uitleg over de werking en de inzetbaarheid van de laserprojector betreft een heel artikel op zichzelf. De laserprojector komt goed van pas in verschillende industrieën zoals automotive, textiel of elektronica. De ZLP1 laserprojector van Z-Laser is bijvoorbeeld gebruikt in de productie van de body van de Audi R8.
Lasergordijnen
Deze lasers bestaan uit een zender en ontvanger. Hiertussen wordt een lichtscherm van parallelle laserstralen uitgezonden. Objecten die hier doorheen gaan worden niet alleen gedetecteerd maar ook gemeten. Zo bestaat de L-LAS-TB-CL serie uit lasergordijnen die ingezet worden voor het bepalen van diameters, positionering of baankantsturing. Denk aan het detecteren van afwijkingen in de diameter van PVC-buizen op een transportband.
Laser fotocellen
Deze laser sensoren komen goed tot hun recht in toepassingsgebieden waar processen met hoge snelheden worden uitgevoerd, zoals het tellen of detecteren van producten. De laser fotocellen, of ook wel trigger sensoren genoemd, zijn uniek door het vermogen om detecties te doen op hoge snelheden. Deze laser sensoren hebben een schakelfrequentie tot wel 300 kHz. Hierdoor komen deze sensoren voor in toepassingsgebieden zoals het tellen van kettingringen voor fietskettingen die in grote volumes en op hoge snelheden worden aangevoerd over een lopende band. De trigger sensoren kunnen in zulke applicaties niet alleen als tellende sensor worden geconfigureerd maar ook als trigger die ervoor zorgt dat een andere sensor niet constant hoeft te detecteren en alleen maar hoeft te werken wanneer er daadwerkelijk iets is gedetecteerd. De laser fotocel “wakkert” hierin de andere sensor aan.
Positioneringslasers
De werking is vergelijkbaar met de meeste lasersensoren: er wordt een laserlicht uitgezonden en op basis van een reflectie vanaf een object neemt de sensor een detectie waar. Deze lasers worden in verschillende toepassingen gebruikt als visueel hulpmiddel voor de positionering van en op producten. Denk aan het positioneren van een houtzaag over een boomstam om deze in een rechte lijn te kunnen zagen. Daarnaast dienen deze lasers ook voor het positioneren van bijvoorbeeld schroeven die bevestigd moeten worden. Zo bestaat de ZM18 serie van Z-Laser uit positioneringslasers in de kleuren groen, rood en infrarood die het laserlicht in verschillende vormen kunnen projecteren: punt-, lijn-, kruisvormig.
De werking van deze lasersensoren is verschillend van de meeste. De positioneringslasers zenden namelijk een projectie uit en ontvangen of verwerken verder niets van een reflectie.
Kantendetectie sensoren
De RED-serie van Sensor Instruments bestaat uit kantendetectie sensoren die worden gebruikt voor inline detecties en het tellen van een kant van een product of object. De sensoren worden bevestigd in de productielijn en voeren de tellingen uit vanaf de kant. Ook deze laser werkt met een uitgezonden laserlicht en een verwerking van de ontvangen reflectie vanaf het materiaal.
Deze sensoren komen vaak voor in toepassingsgebieden waar (dunne) vellen en platen van verschillende materialen (papier, karton, ijzer, etc.) moeten worden gedetecteerd op basis van dikte om ophopingen en productiefouten te beperken. Zo herkent de RED-110 een overgangsverschil tussen materialen van maar liefst 0,1mm!
Conclusie
LIDAR-sensoren zijn een essentieel onderdeel van moderne rijassistentiesystemen, zoals Audi Pre Sense. Ze bieden een nauwkeurige en real-time weergave van de omgeving, waardoor auto's veiliger en intelligenter kunnen opereren. Echter, het is cruciaal om te onthouden dat deze technologieën hulpmiddelen zijn en geen vervanging voor de oplettendheid en verantwoordelijkheid van de bestuurder.