autonomous cars

Von autonomen Fahrzeugen verspricht man sich weniger Verkehrsunfälle und einen effizienteren Verkehrsfluss.

Aber auch Fahrerassistenzsysteme schützen Leben. Für einen sicheren Betrieb der optischen Sensoren – der Grundlage des autonomen Fahrens – muss das Streulicht so weit wie möglich unterdrückt werden.

Mit einem Spurenhalteassistenten ist es theoretisch möglich, kurze Strecken praktisch autonom zu fahren.

Bevor jedoch wirklich autonomes Fahren möglich ist, muss das Auto zunächst lernen, zu sehen und fehlerfrei zu reagieren.

Dies erfordert perfekt funktionierende „Augen“ und leistungsstarke Elektronik.

Das Auto „sieht“ mit optischen Sensoren wie Tageslicht- und Infrarotkameras, Ultraschall- und Radarsensoren sowie Laserscannern, sogenannten Lidar-Systemen (Light Detection and Ranging), und Lasersystemen.

Um ein lückenloses 360°-Bild der Umgebung zu erhalten, sind mehrere Sensoren rund um das Fahrzeug verteilt.

Dafür sind die Testfahrzeuge mit gut einem Dutzend Kameras, Ultraschallsensoren, mehreren Radargeräten, einem Lidar-Sensor und einem leistungsstarken Bordcomputer ausgestattet.

Die Tatsache, dass die Automobilhersteller so viel Zeit gebraucht haben, um ein serienreifes fahrerloses Auto zu entwickeln, zeigt, dass autonomes Fahren keine leichte Aufgabe ist.

Das autonome Auto muss Objekte und Menschen zweifelsfrei erkennen, die Verkehrsregeln kennen und Gefahren vorhersehen können.

Um dies zu erreichen, müssen Kameras, Radarsensoren und Laserscanner zusammenarbeiten.

Mit anderen Worten: Was ein Sensor übersieht, wird wahrscheinlich von einem anderen erfasst – aber nur, wenn sie ordnungsgemäß funktionieren.

Ein großes Problem dabei ist Streulicht, da es die Sensoren teilweise „blind“ macht.

Streulicht entsteht durch das von Linsen und dem Bildsensor reflektierte Licht sowie durch diffuse Reflexion an Linsenrändern, Blendenöffnungen oder anderen Bauteilen im Inneren der Linse oder der Kamera.

Streulicht hängt von den Lichtverhältnissen ab, insbesondere wenn sich helle Lichtquellen innerhalb oder direkt außerhalb des Bildwinkels befinden.

Zu den hellen Lichtquellen zählen Sonnenlicht, Straßenlaternen, beleuchtete Gebäude, beleuchtete Schaufenster usw.

Hinzu kommt die Wärmestrahlung, die den Temperaturen im Fahrzeug entspricht.

Auch Staubpartikel oder andere Verunreinigungen auf den Linsenoberflächen erzeugen Streulicht.

Optische Oberflächen können zudem durch Beschlagen verschmutzt werden – ein milchiger, trüber Belag aus Dämpfen, z. B. von Weichmachern, der auf den Linsen kondensiert und das Licht streut.

Den Quellen zufolge deckt das Streulicht daher einen breiten Spektralbereich von EUV (Extrem-UV, ab 30 nm) bis hin zu FIR (Fern-IR, bis zu 1000 µm) ab.

Abhilfe schaffen konstruktive Verbesserungen und mattschwarze Absorberbeschichtungen.

Diese Beschichtungen halten den extremen Herausforderungen optischer Sensoren in Fahrzeugen stand, wie z. B. sehr hohen Temperaturunterschieden, permanenten Vibrationen usw.

Viele dieser Lackbeschichtungen bestehen aus Oxiden mit einem Trägermaterial und werden durch Sprühen aufgebracht.

Die Haftung der Lackschicht auf dem Substrat kann jedoch problematisch sein, da die (insbesondere in Fahrzeugen) möglichen großen Temperaturschwankungen und Vibrationen dazu führen, dass sich die Schicht mit der Zeit ablöst.

Zudem führt das Sprühen zu einer relativ ungleichmäßigen Schichtdicke, und das Trägermaterial muss ausgasen.

ACKTAR umgeht dieses Problem, indem es seine firmeneigenen Schwarz-Schichten im Vakuum beschichtet.

Dadurch entstehen optimal gleichmäßige, sehr dünne Schichten mit sicherer Haftung, die sogar Weltraumbedingungen standhalten und etwa 99 % des EUV-UV-, VIS- sowie NIR-FIR-Lichts absorbieren.

So lässt sich jedes optomechanische Bauteil – ob aus Metall, Glas oder Kunststoff – zuverlässig beschichten.

Dank des Beschichtungsverfahrens gibt es bei den Acktar-Beschichtungen wie Magic Black oder Fractal Black kaum Einschränkungen hinsichtlich der Oberflächengeometrie.

Hier sind Krümmungsradien von bis zu 3 μm möglich.

Für große Teilflächen ist eine Beschichtung mit selbstklebenden Folien wie Metal Velvet oder Maxi Black eine gute Option, die sich leicht zuschneiden lässt.

In diesem Fall wird die schwarze Beschichtung entweder auf einen Aluminiumträger oder auf Polyamid aufgedampft.

Das Beschichtungsverfahren birgt zudem das Geheimnis der herausragenden Eigenschaften.

So erreicht die Acktar Schwarz-Beschichtung im Vergleich zu Sprühfarbe bei einer Beschichtungsdicke von nur wenigen Mikrometern die 2000-fache Substratoberfläche.

Das Verfahren ermöglicht eine optimale Steuerung der Oberflächenmorphologie, sowohl hinsichtlich Form und Struktur als auch der physikalischen und optischen Eigenschaften.

Die Beschichtung hält Temperaturen von -269 °C bis +450 °C stand, verfügt über eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Abriebfestigkeit, weist praktisch keine Ausgasungen auf, ist umweltverträglich, anorganisch und völlig ungiftig (RoHS- und REACH-konform) und kann je nach Kundenwunsch hydrophil oder hydrophob sein.

Somit sind die Beschichtungen UV-beständig und wartungsfrei.

Darüber hinaus bietet ACKTAR Black Coatings eine angepasste, kundenspezifische elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung an, um die ordnungsgemäße Funktion der Sensoren sicherzustellen.

Um dies zu gewährleisten, wurden die Beschichtungen unter standardisierten Bedingungen umfassend geprüft, beispielsweise gemäß VDA 278 oder ISO 105-B06.

Die Ausgasungs- und Beschlagmengen lagen lediglich in der Größenordnung von wenigen Mikrogramm pro Gramm Beschichtungsmaterial.

Somit sind die Beschichtungen hinsichtlich Beschlagbildung und VOC (flüchtige organische Verbindungen) im Fahrzeuginnenraum gemäß DIN 75201 sicher im Einsatz.

Dank dieser tiefschwarzen, streulichtreduzierenden Beschichtung liefern die entsprechenden Sensor- und Kamerasysteme eine hohe Bildqualität und ermöglichen den Einsatz kostengünstigerer Sensoren.

Diese Beschichtungen machen nicht nur Autos sicherer, sondern tragen durch ihren Einsatz in Bildverarbeitungssystemen zur Qualitätssicherung in der Automobilindustrie auch zur Sicherheit im Produktionsprozess der Fahrzeuge bei.

Eine sichere und schnelle Signalerkennung gewährleistet die effiziente Steuerung von Prozessen.