Gestenerkennung und mehr: was 60-GHz-Radarsensoren im Auto leisten

Gestenerkennungs-Systeme im Auto bieten Autofahrern neue Möglichkeiten zur Bedienung von Klimaanlage, Beleuchtung, Fensterhebern, Infotainment usw. Es gibt momentan mehrere Optionen zum Einstellen der verschiedenen Komfortfunktionen im Auto, jedoch lenkt das Bedienen von Tasten und Drehknöpfen, insbesondere aber von Touchscreens unweigerlich vom Geschehen auf der Straße ab.

Viele Lösungen, die zur Erfassung des Innenraums von Kraftfahrzeugen dienen, basieren heute auf der Time-of-Flight-Technik (ToF) oder auf Kameras, und es fehlt ihnen sowohl an der nötigen Intelligenz als auch überhaupt an der Eignung für mehrere Anwendungen. Wie wäre es stattdessen, wenn die Systeme, die für die Gestenerkennung eingesetzt werden, auch die Bewegungen eines im Fahrzeug zurückgelassenen Kindes erkennen oder einen Alarm auslösen könnten, wenn ein Einbruch in das abgestellte Auto versucht wird? Anstatt für diese Aufgaben mehrere Sensoren verbauen zu müssen, könnte für diese Szenarien ein einziger, multifunktionaler Sensor in unterschiedlichen Betriebsarten Verwendung finden.

Der 60-GHz-Single-Chip-Sensor des Typs AWR6843AOP erlaubt das Detektieren und Identifizieren der Gesten einer Person, die sich zum Beispiel auf dem Vordersitz eines Autos befindet. Zum Einsatz kommt hierbei die 60-GHz-AOP-Technik, weil dieser Frequenzbereich auf der ganzen Welt für HF-Erfassungsanwendungen im Innenraum von Fahrzeugen freigegeben ist.

Das AWR6843AOP-Evaluation-Module (EVM) besitzt eine eingebaute AOP, um das Design der HF-Funktionen zu beschleunigen. Das Sichtfeld beträgt sowohl horizontal als auch vertikal 120° (Azimut bzw. Elevation). In der Armaturentafel des Fahrzeugs verbaut, bietet das EVM einen Erfassungsbereich von 4 m bei einer Entfernungs-Auflösung von 4 cm.

Zu den typischen Handgesten gehört das horizontale Wischen (von links nach rechts und umgekehrt) sowie das vertikale Wischen (von oben nach unten und umgekehrt). Der Sensor lässt sich außerdem für die Identifikation unterschiedlicher Gesten anhand ihrer Doppler-Signaturen programmieren, denn die Distanz der Hand, die Schnelligkeit der Bewegung und der Winkel der Geste stellen allesamt detektierbare Größen dar.

Mithilfe der Millimeterwellen-Radartechnik (mmWave)von TI lassen sich Systeme dazu befähigen, mehrere Gesten wie etwa horizontales oder vertikales Wischen zu detektieren, sodass die Benutzer keine Tasten oder Knöpfe mehr berühren müssen. Die mmWave-Sensoren des Typs AWR6843AOP (Antenna-On-Package) von TI erlauben eine präzise Gestenerkennung auch dann, wenn hierfür Materialien durchdrungen werden müssen. Dank ihrer kleinen Abmessungen lassen sie sich im Fahrzeug flexibel anordnen, wie zum Beispiel in der Dachkonsole oder in der Armaturentafel.

Die Sensoren funktionieren unter jeglichen Beleuchtungsverhältnissen und können dem System durch Auswertung von Informationen aus 3D-Punktwolken verschiedene Parameter wie etwa Distanz, Winkel und Geschwindigkeit zukommen lassen. Tatsächlich macht es die multimodale Funktionalität der mmWave-Sensoren möglich, diese Bauelemente für mehrere Anwendungen auf einmal zu verwenden, was das Design beschleunigt und die Kosten senkt.

Der intelligente, integrierte mmWave-Chip kann mehrere Funktionen bieten – alles mit einem einzigen Baustein. Zum Beispiel lässt sich der Sensor bei abgestelltem Fahrzeug in einem Stromspar-Modus nutzen, um beispielsweise ein Kind zu detektieren oder Einbruchsversuche zu erkennen. Bei eingeschaltetem Fahrzeug wiederum kann derselbe Sensor für die Gestenerkennung genutzt werden. Diese Multifunktionalität macht es überflüssig, für die verschiedenen Anwendungen jeweils separate Sensoren zu verbauen.

Flexible Platzierung im Innenraum

Die mmWave-Sensoren von TI bieten mehr Flexibilität, was die Platzierung im Innenraum des Fahrzeugs betrifft. Ausschlaggebend hierfür ist neben dem weiten Sichtfeld der Sensoren auch die Fähigkeit der Millimeterwellen, Materialien zu durchdringen. Je nach Anwendung lässt sich der Sensor in die Armaturentafel oder die Dachkonsole einbauen, oder gar in der zweiten oder dritten Sitzreihe, um für individuellere Anwendungen wie etwa Beleuchtung, Unterhaltungsbildschirme oder sitzspezifische Einstellmöglichkeiten (z. B. Temperatur oder Audio) genutzt zu werden.

Unabhängig von Lichtverhältnissen

Da die Sensoren mit Millimeterwellen-Radartechnik arbeiten, werden sie in keiner Weise von den Lichtverhältnissen im Fahrzeug beeinflusst. Stattdessen basiert ihre Funktion ausschließlich auf Bewegungen. Andere Lösungen sind dagegen anfällig für falsch-positive Reaktionen durch Sonnenlicht, während kamerabasierte Konzepte ihre Funktionalität bei Dunkelheit unter Umständen nicht vollständig entfalten können.

Zügiges Design

Die mmWave-Sensoren stellen eine intelligente Lösung für die Gestenerkennung in Fahrzeuginnenräumen dar, denn sie lassen sich für unterschiedliche Features nutzen – von der Beleuchtungs-Bedienung über das Öffnen und Schließen der Türen und die Medien- und Audiobedienung bis zur Interaktion mit Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs). In HMI-Systemen eingesetzt, ermöglicht der AWR6843AOP eine präzise Detektierung mit multimodaler Funktionalität, was für Flexibilität bei der Platzierung und der Erkennung mehrerer Gesten sorgt.

Designflexibilität

Eine umfangreichere Innenraum-Erfassung ist jetzt mit geringerem Bauteileaufwand möglich. Mit ihren kleinen Gehäuseabmessungen, die gegenüber Bauelementen ohne AOP-Technik um 25 Prozent geringer sind, sorgen die AOP-Bausteine von TI für Designflexibilität und gestatten eine zweckmäßige Anordnung bei beengten Platzverhältnissen, wie etwa in der Dachkonsole oder in den Fenstersäulen eines Fahrzeugs. Objekte, die den Sensor blockieren, stellen kein Problem dar, denn die Radarwellen durchdringen auch Materialien, um beispielsweise ein Kind auf dem Rücksitz zu detektieren oder Gesten zur Bedienung von Fahrzeugfunktionen zu erkennen. (na)