UWB-basierende CPD-Systeme erkennen Lebenszeichen und verhindern, dass Eltern ihre Kinder versehentlich im geparkten Fahrzeug zurücklassen. (Bild: AdobeStock_169517369_pingpao)
Jeden Sommer bleiben Kinder oder Tiere unbeabsichtigt in geparkten Autos zurück und erleiden infolgedessen teils lebensbedrohliche Hitzschläge. Besonders gefährdet sind Säuglinge und Kleinkinder, bei denen eine Körpertemperatur von 41,7 °C sogar zum Tod führen kann. Auch die Automobilindustrie versucht zur Reduzierung dieser tragischen Todesfälle beizutragen und sucht nach Möglichkeiten, Fahrer frühzeitig zu warnen, wenn sich beim Verlassen des Fahrzeugs noch Personen darin befinden. Ein möglicher Ansatz ist die Ultrabreitband-Technologie (UWB), die die Anwesenheit von Kindern (Child Presence Detection, CPD) erkennt und einen Alarm auslöst, wenn Insassen in einem geparkten Auto zurückbleiben.
Automobilindustrie wird aktiv
Darüber hinaus hat sich in Europa das European New Car Assessment Program (Euro NCAP) mit einem Fünf-Sterne-Sicherheitsbewertungssystem speziell diesem Problem gewidmet. Das System bewertet Fahrzeuge anhand von Punkten, wenn sie mit Technologien ausgestattet sind, die dazu dienen, ein „Kind, das allein im Auto zurückgelassen wurde, zu erkennen und den Besitzer und/oder die Rettungsdienste zu alarmieren, um Todesfälle durch Hitzschlag zu vermeiden.“
Euro NCAP ist in der Branche sehr angesehen und hat großen Einfluss darauf, welche Funktionen Automobilhersteller in Fahrzeuge integrieren. Daher ist zu erwarten, dass diese Initiative die Verbreitung von Systemen zur Erkennung der Anwesenheit von Insassen steigern wird.
Kontaktlose Präsenzerkennung als Lösung
Der Hauptzweck eines CPD-Systems besteht darin, Lebenszeichen in einem geparkten Fahrzeug zu erkennen und bei Bedarf einen Alarm auszulösen. Das System interagiert mit den Fahrzeuginstrumenten, um die Anwesenheit eines Insassen zu signalisieren, nachdem der Fahrer das Fahrzeug verlassen und verriegelt hat. Der Alarm kann auf verschiedene Weisen erfolgen, etwa durch einen Warnton, eine Notbeleuchtung oder eine Textnachricht, und deaktiviert sich, sobald das Fahrzeug wieder entriegelt ist.
Bei früheren CPD-Systemen scannten im Fahrzeug montierte 3D-Ultraschallsensoren den Innenraum und erzeugten Schallwellen, die alle Objekte im Fahrzeug reflektierten. Diese reflektierten Schwingungen wurden mithilfe digitaler Signalverarbeitungstechniken analysiert. Jedoch konnten externe Vibrationen und Geräusche die Genauigkeit dieses Systems beeinträchtigen.
Im Gegensatz dazu arbeitet Radar mit elektromagnetischen Wellen, die weitaus weniger anfällig für solche Geräuschvibrationen sind und genauere Ergebnisse liefern. Die UWB-Technologie, die eine exakte Entfernungsmessung und ein Nahbereichsradar ermöglicht, gilt daher als eine attraktive Option für CPD-Systeme.
UWB-Radar scannt auch durch Kleidung
UWB kombiniert zwei verschiedene Techniken, um festzustellen, ob sich jemand in einem Fahrzeug befindet: ToF-Distanzmessung (Time-of-Flight) und Bewegungserkennung durch Dopplereffekt. Bei ToF wird die Entfernung anhand der Umlaufzeit gemessen, der Zeit, die ein gesendeter Impuls bis zu einem reflektierenden Objekt und wieder zurück benötigt.
UWB-Radar nutzt außerdem die Tatsache, dass bei einem beweglichen Objekt die Frequenz der reflektierten elektromagnetischen Welle variiert – der Dopplereffekt. Diese Veränderung lässt sich messen, um die Geschwindigkeit des bewegten Objekts zu berechnen. Eine solche Bewegung kann das durch die Atmung verursachte Heben und Senken des Brustkorbes sein.
Zwei Eigenschaften machen UWB besonders attraktiv für den Einsatz in Systemen zur Erkennung der Anwesenheit von Kindern: Zum einen arbeiten UWB-Signale bei relativ niedrigen Frequenzen im Bereich von 6 bis 8 GHz und werden so weniger durch Materialien im Fahrzeuginneren wie Metallbarrieren und Autositze blockiert. Zum anderen können sie durch Kleidung oder Decken hindurch scannen.
Die wichtigsten Abkürzungen in den Bereichen Automotive und Elektronik
Automobil-Begriffe wie ABS und CAN gehörten zu den ersten TLAs (Three-Letter Acronyms, also Abkürzungen, die aus drei Buchstaben bestehen) im Automotive-Bereich, aber mittlerweile gibt es so viele Abkürzungen, dass selbst Experten manchmal ins Grübeln kommen – zumal die Abkürzungen mittlerweile nicht nur aus drei Buchstaben bestehen. Weil selbst Experten, die jeden Tag mit den Begriffen umgehen, manchmal durcheinander kamen, hat die Redaktion ein großes, ständig aktualisiertes Abkürzungsverzeichnis mit weit über 1.000 Einträgen erstellt, das der Übersichtlichkeit halber in mehrere Einzelbeiträge aufgeteilt ist. Zu den Rubriken zählen unter anderem ADAS und AD; Schnittstellen, Test, Diagnose und Frameworks; Elektromobilität; IoT, Wireless, Netzwerk und Schnittstellen sowie viele weitere.
Von Rettungseinsätzen bis Remote-Parken
Die sehr genauen Orts-, Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessungen machen UWB zu einer optimalen Technologie für Anwendungen zum Erkennen von Lebenszeichen. Ultrabreitband-Technologie hat sich bereits bei Such- und Rettungseinsätzen bewährt, um Verletzte hinter Mauern oder unter Trümmern aufzuspüren. Auch Mediziner setzen sie für die berührungslose Messung von Vitalparametern ein.
Die wesentliche Eigenschaft von UWB ist die Schaffung eines räumlichen Bezugssystems, das die Ortung von Personen und Gegenständen in Bezug auf das Fahrzeug erlaubt. In der Automobilindustrie gibt es viele potenzielle Anwendungsbereiche für diese Technologie. Dazu gehören beispielsweise der freihändige Fahrzeugzugang, das sichere Remote-Parken per Smartphone, Kick-Sensoren für das Öffnen des Kofferraums, Sitzplatzbelegungserkennung für die Anschnallerinnerung, automatisiertes Valet-Parking sowie das automatisierte Laden von Elektroautos.
NXP und UWB-Radar für den Fahrzeuginnenraum
Als Anbieter von Technologien für den Einsatz im Auto ist NXP gut aufgestellt, um die Entwicklung von UWB-Lösungen in der Automobilindustrie zu unterstützen. NXP ist Gründungsmitglied des FiRa-Konsortiums für den Ausbau des UWB-Ökosystems und außerdem im Vorstand des branchenübergreifenden Car Connectivity Consortium, das sich mit Konnektivitätslösungen zwischen Smartphones und Fahrzeugen befasst.
Das Trimension-Portfolio von NXP enthält diverse UWB-Optionen für Anwendungen in den Bereichen Auto, Mobilfunk und IoT. Ein umfassendes Evaluierungskit mit Beispielanwendungen unterstützt die Systementwicklung. Dieses Kit ist auch mit dem UWB-basierenden Zugangssystem des Fahrzeugs kompatibel. So lässt sich die Funktionalität einfach erweitern und die Systemkosten für OEMs sinken.
Autos erhitzen innerhalb von Minuten
Aufgrund der Metallkarosserie und der Innenausstattung aus Kunststoff steigt die Temperatur in geparkten Autos erstaunlich schnell. An heißen Tagen kann sich das zu einer ernsthaften Gefahr für die Fahrzeuginsassen entwickeln und selbst bei einer vergleichsweise milden Außentemperatur von etwa 16 °C kann die Innentemperatur in weniger als einer Stunde bis auf über 40 °C ansteigen. An einem heißen Sommertag ist das sogar innerhalb weniger Minuten möglich.
Säuglinge und Kleinkinder reagieren empfindlicher auf Hitze als Erwachsene und sind deshalb besonders gefährdet. Sie können schnell dehydrieren und schwere Gesundheitsschäden davontragen, wenn ihre Körpertemperatur 40 °C erreicht. Eine Körpertemperatur von 41,7 °C kann zum Tod des Kindes führen.
Gemeinnützige Organisationen und Verbraucherschutzgruppen wie KidsAndCars.org und NoHeatStroke.org erfassen und dokumentieren Verletzungen von Kindern in Verbindung mit solchen Situationen. Demnach sterben in den USA jedes Jahr 38 Kinder an Hitzschlägen im Auto, das macht Hitzschlag zur zweithäufigsten Todesursache im Straßenverkehr nach Verkehrsunfällen bei Kindern bis 14 Jahren. Mehr als 85 Prozent dieser Todesfälle treten in der Altersgruppe der Unter-Vierjährigen auf. Denn Kinder in diesem Alter sind oft auf den Rücksitzen angeschnallt und deshalb vom Fahrersitz aus schwer zu sehen.
Christoph Zorn, Product Marketing Manager NXP Semiconductors
