Bild 2: Eine einzelne Sensorlösung kann nicht alle Anforderungen an die Innenraumüberwachung erfüllen. Deshalb ist hier eine Sensorfusion erforderlich.

Bild 2: Eine einzelne Sensorlösung kann nicht alle Anforderungen an die Innenraumüberwachung erfüllen. Deshalb ist hier eine Sensorfusion erforderlich. (Bild: iStock-105636000)

Die Euro-NCAP-Normen und die Verordnung der Europäischen Kommission schreiben Fahrerüberwachungssysteme (DMS, Driver Monitoring Systems) ab 2022 vor. Bereits jetzt ist ein Handerkennungssystem am Lenkrad (HoD, Hands on detection) vorgeschrieben, um 2021 die UN-Gesetzgebung (R79) für Spurhalteassistenzsysteme zu erfüllen.

Bild 1: Ab 2022 schreiben die Euro-NCAP-Normen Fahrerüberwachungssysteme vor, zum Beispiel die Erkennung der Hände am Lenkrad, meist in Kombination mit einem Spurhalteassistenten.

Bild 1: Ab 2022 schreiben die Euro-NCAP-Normen Fahrerüberwachungssysteme vor, zum Beispiel die Erkennung der Hände am Lenkrad, meist in Kombination mit einem Spurhalteassistenten. Shutterstock_461589343

Zudem sind in den USA Systeme zur Erkennung der Anwesenheit von Kindern verpflichtend. Damit sind diese Überwachungssysteme ein Standardmerkmal der Fahrerassistenzplattformen Level 2+ und höher. Hinzu kommt die Verbesserung des Komforts für Passagiere, z.B. durch Emotionssensorik. OEMs haben dies als Differenzierungsfaktor erkannt und gehen das Thema innovativer Technologien an.

Bereits heute unterstützen DMS andere ADAS-Anwendungen. So wird z.B. ein Spurhalteassistent überlicherweise mit HoD-System kombiniert. Die Einführung von Technologien zur Erfassung der Vitalparameter (VSM, Vital Signs Monitoring), wie z.B. EKG, Hautimpedanzmessung (EDA, Electro Derman Activity), bietet die Möglichkeit, den Gesundheitszustand und das Stresslevel des Fahrers zu erkennen, zu interagieren und potenzielle Probleme zu vermeiden, bevor diese überhaupt entstehen. Eine weitere Anwendung für Innenraumsensoren ist die biometrische Authentifizierung des Fahrers (Bild 1).

Bei Betrachtung dieser Anwendungen, sei es hinsichtlich ihres physischen Standorts (Bild 2), ihrem Komfort- oder Sicherheitsaspekt oder der Lösung, die sie bieten müssen, wird deutlich, dass eine einzelne Sensorlösung nicht alle Anforderungen erfüllen kann. Dies macht eine Sensorfusion mit unterschiedlichen Erfassungsmodalitäten erforderlich.

Time-of-Flight-Technologie (ToF)

Kameras mit Laufzeitmessung sind eine der Schlüsseltechnologien, die mehrere der zuvor beschriebenen Anwendungen abdecken können und sowohl Bild- als auch Tiefendaten liefern.

Eine ToF-Kamera, die sich im Armaturenbrett oder am Dachhimmel befindet, kann für DMS-Funktionen wie Eye-Tracking zum Einsatz kommen. ToF ist bereits bei Premium-OEMs für die erweiterte HMI -und Gestensteuerung im Einsatz, wobei der optimale Standort in der Dachkonsole liegt. ToF bietet eine sehr gute Lösung, um nicht nur die Anwesenheit von Kindern, sondern auch die Körperposition zu erfassen. Auch hier ist (in lila in Bild 2 dargestellt) die Notwendigkeit einer anderen Positionierung des Sensors zu erkennen, um eine Sichtlinie zum Rücksitz zu ermöglichen.

Mit den zunehmenden Fortschritten in der Bildabtastungstechnologie ist ToF aufgrund des kleineren Formfaktors, des großen Dynamikbereichs der Abtastung und der Fähigkeit, in direktem Sonnenlicht zu arbeiten, die Methode der Wahl für die Tiefenabtastung. Die Kombination aus hochauflösender Abstandsmessung und mittelauflösendem Intensitätsbild (umgebungslichtunempfindliches 2D-Active-Helligkeitsbild) ist ein Alleinstellungsmerkmal für ToF. Der ToF-Sensor von ADI hat eine der höchsten Auflösungen auf dem Markt, was Kameras mit einem größeren Sichtfeld ermöglicht. Obwohl viele Bildverarbeitungsaufgaben mit 2D-Kameras realisierbar sind, sorgt die 3D-Information (Tiefe) für zusätzliche Robustheit. Für Komfortanwendungen stellt dies ein besseres Benutzererlebnis und für Sicherheitsanwendungen ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal dar.

Bild 2: Eine einzelne Sensorlösung kann nicht alle Anforderungen an die Innenraumüberwachung erfüllen. Deshalb ist hier eine Sensorfusion erforderlich.

Bild 2: Eine einzelne Sensorlösung kann nicht alle Anforderungen an die Innenraumüberwachung erfüllen. Deshalb ist hier eine Sensorfusion erforderlich. iStock-105636000

Da sich mehrere Kameras im Fahrzeuginnenraum befinden, um verschiedene Anwendungsfälle zu unterstützen, müssen die Kameras Interferenzunterdrückung unterstützen, um Fehler bei der Tiefenmessung zu reduzieren. Derartige Herausforderungen sind auf Systemebene zu lösen. ADI ist in diesem Bereich mit einer intelligenten Mischung aus Hardware- und Softwareelementen sehr aktiv.

Für die biometrische Authentifizierung kann ToF eine sehr sichere Lösung darstellen, die es schwierig macht, das System zu täuschen, wie dies bei anderen Implementierungen erwiesenermaßen möglich ist. Die ADI-Technologie im ToF-Bereich umfasst die ToF-Verarbeitung (ADDI9036), Laserdiodentreiber (ADP3634) und Leistungsregler (ADP5071).

Car Camera Bus (C²B)

Für den Anschluss verschiedener Kameras, unabhängig von 2D-Imagern oder 3D-ToF-Kameras, bietet ADI mit der C2B-Technologie zudem eine spezielle Kamera-Verbindungs-Technologie für den Fahrzeugbereich an. C2B ist eine weniger kostenintensive Lösung für die Übertragung von Kameradaten mit bis zu 2 Megapixeln zusammen mit Steuerinformationen von innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs installierten Kameras.

Impedanzerfassung

VSM ist eine interessante Anwendung, für die ADI mehrere Lösungen anbietet und eng mit Softwarepartnern zusammenarbeitet, um eine Gesamtsystemlösung für Funktionen wie Herzfrequenzvariabilität, Stressniveau usw. zu bieten. Der AD5941W ist eine integrierte Lösung sowohl für HoD als auch für die EDA-Messung. Die Impedanzerfassung bietet eine robuste und zuverlässige Lösung, mit der sich nicht nur das Aufliegen der Hände am Lenkrad, sondern auch die Qualität des Griffs erkennen lässt (eine wichtige Anforderung der Gesetzgebung). Die Position der Hand auf dem Lenkrad lässt sich ebenfalls erkennen. Die EDA-Informationen können beispielsweise zur Erkennung des aktuellen Stressniveaus Verwendung finden. Der präzise Impedanzwandler AD5933 wird derzeit in Autos für HoD eingesetzt. Diese Bauteilfamilie wurde kürzlich durch den AD5941W und den AD5943W erweitert, um mehrere HoD-Zonen in einem einzigen Gerät unterstützen zu können.

Elektrokardiographie

Durch die Kombination der Komponenten zur Impedanzmessung mit dem AD8232W, einem präzisen Verstärker für die Elektrokardiographie, kann ADI eine komplette VSM-Lösung anbieten, die aus nur zwei Komponenten besteht. EKG ermöglicht zusammen mit EDA die Überwachung des Gesundheitszustands des Fahrers, wobei EKG auch für die biometrische Authentifizierung verwendet werden kann.

Andreas Pellkofer

Applications Engineer bei Analog Devices

(na)

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