Die Einführung elektrifizierter, vernetzter und autonomer Fahrzeuge (Connected Autonomous Vehicles – CAV) hat das Potenzial, große gesellschaftliche und ökologische Veränderungen zu bewirken. Diese Fortschritte werden durch die verbesserte Energienutzung und optimierte Fahrstrategien autonomer Fahrzeuge sowie durch die Verwendung energieeffizienter Komponenten durch die Fahrzeughersteller erreicht.
Während der International Conference on Engines & Vehicles (ICE2021) präsentierten Mircea Gradu, Velodyne Lidars SVP, Automotive Programs, und David Heeren, Velodyne Lidars Director Technology Research, im Bereich “Energy Efficient Automated Vehicles”. In der Sitzung wurde diskutiert, wie die Auswahl energieeffizienter Lidar-Sensoren einen wesentlichen Einfluss auf die Fähigkeit elektrifizierter und automatisierter Fahrzeuge haben kann, die Gesamtumweltauswirkungen des Mobilitätsökosystems deutlich zu verbessern.
Elektrifizierte Fahrzeuge sind weitaus effizienter bei der Umwandlung von verbrauchter Energie in Leistung an den Rädern als herkömmliche Benzinfahrzeuge. Elektrifizierte CAVs können im Vergleich zu von Menschen gesteuerten Fahrzeugen eine höhere Effizienz bieten, indem sie die Daten von Fahrerassistenzsystemen (ADAS) nutzen, um den Betrieb zu optimieren. Sie stellen eine große Chance dar, die Gesamtemissionen und die Umweltbelastung durch Fahrzeuge auf der Straße zu verringern.
CAVs benötigen Lidar-Sensoren, um ein vollständiges 360-Grad-Sichtfeld um das Fahrzeug herum für die Navigation und Kollisionsvermeidung zu liefern. Diese Sensoren liefern die Wahrnehmungsdaten, die es einem CAV ermöglichen, bei allen Umgebungsbedingungen zu fahren.
Die Energieeffizienz eines elektrisch betriebenen CAV hängt in hohem Maße von der Leistungsaufnahme der Sensoren und des Rechenzentrums ab. Die Erfassungs-, Wahrnehmungs- und Entscheidungsprozesse von CAVs und die zur Ausführung dieser Aufgaben benötigten Geräte haben jeweils einen komplexen Energiebedarf, der sich auf den Energieverbrauch auswirkt.
Die Maximierung der CAV-Effizienz durch Auswahl von Komponenten mit geringem Stromverbrauch ist von entscheidender Bedeutung, um die Umweltvorteile der Abkehr von benzinbetriebenen, menschengesteuerten Fahrzeugen zu erhöhen. Diese Komponenten sind entscheidend für die Maximierung der Reichweite und Betriebszeit von Elektro- und Hybridfahrzeugen.
Der Unterschied im Stromverbrauch zwischen zwei potenziellen Lidar-Komponenten in einem CAV kann insgesamt betrachtet große Auswirkungen haben. Betrachten wir zum Beispiel den Stromverbrauch von zwei nach vorne gerichteten Lidar-Optionen: Velodyne’s Velarray, das typischerweise 15 W verbraucht, und ein Sensor eines anderen Richtungs-Lidar-Herstellers, der typischerweise zwischen 30-40 W und bis zu 55 W verbraucht.
Das bedeutet, dass der Unterschied im Stromverbrauch für ein einzelnes Sensordesign bis zu 0,04 kW pro Fahrzeug und bis zu 0,16 kW betragen kann, wenn ein CAV vier Sensoren für ein Surround-View-Wahrnehmungssystem verwendet.
Im Jahr 2015 verbrachten die Amerikaner nach Angaben der Federal Highway Administration mehr als 84 Milliarden Stunden im Auto. Wenn auch nur die Hälfte der in diesem Jahr in Betrieb befindlichen Fahrzeuge mit einem einzigen Sensor ausgestattet wäre, hätte die Verwendung des niedrigeren Leistungsteils eine Einsparung von 1,68 Billionen kWh oder 1,68 GWh zur Folge. Mit dieser Energiemenge könnte man mehr als 150.000 durchschnittliche US-Haushalte ein Jahr lang versorgen.
Der Stromverbrauch der verschiedenen Lidar-Sensoren kann sich auch auf die Reichweite der Fahrzeuge auswirken. Neue E-Fahrzeuge verbrauchen in der Regel zwischen 24 und 50 kWh pro 100 Meilen, oder 0,24 bis 0,50 kWh pro Meile. Die Verwendung des Sensors eines anderen Lidar-Herstellers anstelle des Velarray würde zu einem zusätzlichen Anstieg des Stromverbrauchs des Fahrzeugs um 1/6 bis 1/12 führen. Dies würde die Reichweite des Fahrzeugs um etwa 8 bis 16 Prozent verringern.
Bei der Bewertung, wie sich Sensorkomponenten auf die Effizienz von CAVs auswirken, muss mehr als nur der Stromverbrauch betrachtet werden, z. B. das Verhältnis zwischen Stromverbrauch und anderen Sensorleistungsspezifikationen.
Zu den zu berücksichtigenden Leistungskennzahlen gehören Sichtfeld (FOV)-zu-Leistung, Reichweite-zu-Leistung und Auflösung-zu-Leistung. Sie geben Aufschluss über die relative Leistungsaufnahme, die erforderlich ist, um eine ähnliche Leistung bei den wichtigsten Spezifikationen zu erzielen.
Sehen wir uns zum Beispiel an, wie der Velabit-Sensor von Velodyne im Vergleich zu einigen anderen Sensoren auf dem Markt abschneidet.
Die Auswahl von Komponenten mit geringem Stromverbrauch muss neben einem optimierten Fahrverhalten und einer verbesserten Effizienz der Energieumwandlung als ein entscheidender Faktor für die Fähigkeit elektrifizierter und automatisierter Fahrzeuge gesehen werden, die Umweltauswirkungen des Mobilitätsökosystems drastisch zu verbessern.
Der Blogbeitrag basiert auf einem Vortrag von Mircea Gradu, SVP Automotive Programs für Velodyne Lidar, auf der ICE2021 von SAE International, der 15. jährlichen internationalen Konferenz über Motoren und Fahrzeuge vom 12. bis 15. September 2021.
Velodyne Lidar (Nasdaq: VLDR, VLDRW) ushered in a new era of autonomous technology with the invention of real-time surround view lidar sensors. Velodyne, a global leader in lidar, is known for its broad portfolio of breakthrough lidar technologies. Velodyne’s revolutionary sensor and software solutions provide flexibility, quality and performance to meet the needs of a wide range of industries, including robotics, industrial, intelligent infrastructure, autonomous vehicles and advanced driver assistance systems (ADAS). Through continuous innovation, Velodyne strives to transform lives and communities by advancing safer mobility for all.
