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Wie sich per mmWave-Sensoren Fahrzeuginsassen erkennen und schützen lassen

| Autor/ Redakteur: Kishore Ramaiah / Benjamin Kirchbeck

Um die Insassen eines Fahrzeuges effektiv zu schützen, ist es elementar, exakt festzustellen, ob und auf welchen Sitzen sich Personen in einem Fahrzeug befinden. Die Millimeterwellen-Sensortechnik (mmWave) kann die Präsenz einer Person selbst unter schwierigen Bedingungen wie etwa in hellem Sonnenlicht oder bei Dunkelheit erkennen.

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Nach Angaben der San Jose State University sterben jährlich durchschnittlich 37 Kinder in überhitzten Autos – mehr als die Hälfte davon, nachdem im Auto vergessen wurden.
Nach Angaben der San Jose State University sterben jährlich durchschnittlich 37 Kinder in überhitzten Autos – mehr als die Hälfte davon, nachdem im Auto vergessen wurden.
(Bild: TI)

Im Unterschied zu anderen Techniken können Millimeterwellen außerdem Werkstoffe wie etwa Kunststoff, Trockenbauwände oder Kleidung durchdringen, sodass die Sensoren hinter der Armaturentafel oder anderen Materialien im Auto angebracht werden können, damit sie kontaktlos und unauffällig operieren können. Ein Ultraschallsensor kann im Gegensatz dazu nicht zwischen einer Person und einem statischen Gegenstand unterscheiden, und Kameras sind nicht in der Lage, bei großer Helligkeit oder bei Dunkelheit ein Baby zu erkennen.

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Der 77 GHz Single-Chip-mmWave-Sensor AWR1642 mit eingebautem Speicher und einem digitalen Signalprozessor eignet sich dagegen hervorragend für solche Anwendungen, denn er kann selbst kleinste Bewegungen – sogar Atembewegungen –, erkennen, die auf das Vorhandensein einer Person hindeuten.

Texas Instruments verwendetet das AWR1642 Evaluation Module zur Demonstration einer Präsenzerkennungs-Funktion in einem stehenden Fahrzeug. Der Sensor ist hier zu Demonstrationszwecken am Schiebedach aufgehängt und auf die Rückbank gerichtet (Bild 1). In einer realen Anwendung wäre dagegen die Anbringung in der Rückenlehne, in der Nähe des Rückspiegels oder sogar im Dach wahrscheinlicher. Die gesamte Verarbeitungskette zur Detektierung – einschließlich der Algorithmen zur Ausblendung etwaiger Stör-Echos – ist im Sensor implementiert. In Bild 1 schläft der kleine Max unter eine Decke in seinem Kindersitz. Der Sensor erkennt Max nicht nur trotz der Decke, sondern lokalisiert ihn auch korrekt auf dem rechten hinteren Sitz.

In Bild 2 sitzen zwei Personen nebeneinander auf der Rückbank. Ihre durch die beiden roten Kästen angedeutete Präsenz wird vom mmWave-Sensor erkannt. Dieses Szenario lässt sich leicht auf die Präsenzerkennung für mehrere Sitzreihen in einem Fahrzeug ausweiten, da mmWave-Sensoren Personen auch über größere Entfernungen „sehen“ und unterscheiden können.

In Bild 3 wiederum erkennt der Sensor unmittelbar neben dem Fahrzeug eine Person, bei der es sich um einen möglichen Einbrecher handeln könnte. Der Sensor, der zur Präsenzerkennung im Fahrzeug dient, kann also auch Menschen in der unmittelbaren Nachbarschaft des Fahrzeugs detektieren. Möglich ist ebenfalls die Implementierung fortschrittlicher Algorithmen zur Unterscheidung zwischen einer Person und einem sich bewegenden Objekt (z. B. Zweigen, die sich im Wind bewegen).

Das Referenzdesign „Vehicle Occupant Detection Using AWR1642 reference design“ bietet einen Überblick über das Gesamtsystem und enthält die Referenz-Softwareverarbeitungskette zur Erkennung der Präsenz zweier Personen in einem Fahrzeug. Der TI Design Guide erläutert im Detail die implementierten Algorithmen, und die Fähigkeit des Demo-Systems zur Erkennung zweier Personen kann entweder im Labor oder in einem realen Fahrzeug ausprobiert werden. Die Demo-Anordnung lässt sich zudem einfach so abwandeln, dass auch die Erkennung mehrerer Personen möglich ist.

mmWave-Sensoren machen nicht nur Lösungen für Fahrassistenzsysteme möglich, sondern eignen sich auch für weitere Anwendungen im Karosserie-, Chassis- und Innenraumbereich. Die Erkennung von Kindern ist ein Feature der Euro NCAP-Roadmap (European New Car Assessment Program), deren Umsetzung bis 2020 erwartet wird. Automobilhersteller und Tier-1-Zulieferer sind deshalb auf der Suche nach einer Sensing-Technologie, mit der sich dieses Feature berührungsfrei und unauffällig realisieren lässt. Als weitere kritische Faktoren kommen die Kosteneffektivität und der Platzbedarf der Lösung hinzu. Auch hier passen die mmWave-Sensoren ins Bild, wegen ihres dank der Single-Chip-Implementierung optimierten Bauteileaufwands, ihrer kleinen Abmessungen und ihrer hohen Auflösung.

* Kishore Ramaiah arbeitet als Product Manager im Bereich Automotive Radar bei Texas Instruments

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