Wie Automobilsensoren das Autofahren sicherer machen

| Autor / Redakteur: Thomas Foj und Gregor Knappik * / Margit Kuther

Vernetzung im Fahrzeug: Intelligente Sensoren sorgen nicht nur für mehr Leistung im Fahrzeug sondern machen das Fahren auch immer sicherer.
Vernetzung im Fahrzeug: Intelligente Sensoren sorgen nicht nur für mehr Leistung im Fahrzeug sondern machen das Fahren auch immer sicherer. (Bild: Avnet Silica)

Über 20 Prozent der Unfälle auf deutschen Straßen geht auf das Konto übermüdeter Fahrer. Einer der Gründe, warum Sicherheit eine wichtige Rolle bei der Entwicklung neuer Sensoren fürs Automobil spielt.

Automobilsensoren werden zunehmend vielseitiger einsetzbar. Denn Automobilhersteller, Gesetzgeber und Käufer optimieren in puncto Zuverlässigkeit, Sicherheit usw. In einem Durchschnittsauto gibt es bald über 100 Komponenten mit Sensoren.

In den vernetzten Fahrzeugen steigen auch Tiefe und Vielfalt der erfassten Daten weiter an. Bis 2025 soll sich die Anzahl der Sensoren im Fahrzeug verdoppeln. Die Hersteller von Sensoren – einschließlich Automobilzulieferer und spezialisierte Unternehmen in der Automobilelektronik entwickeln leistungsfähigere, stärker integrierte Sensoren mit geringerem Stromverbrauch, die zudem mehr Sicherheit bieten.

Damit auf der Straße weniger Unfälle geschehen, übernehmen Fahrzeuge vermehrt nicht nur die Steuerung ihrer eigenen sicherheitskritischen Systeme, sondern helfen Fahrern auch dabei, etwa Ermüdung gegenzusteuern, ihre Konzentration zu fördern und Stress abzubauen. Denn Ermüdung des Fahrers ist die Ursache für über 20% der Unfälle. Viele sind gravierend oder tödlich, denn die Ermüdung tritt oft in Form von Sekundenschlaf auf.

Systeme zur Fahrerüberwachung messen als Ermüdungszeichen zumeist das Lenkverhalten. Schon heute erfassen Drive-by-Wire-Systeme Daten zu Winkelstellung und Drehrate, welche von Hochauflösungs-Sensoren von Herstellern wie Allegro Microsystems, Elmos, Infineon und NXP stammen. Dank einer Hochgeschwindigkeits-Schnittstelle kann ein Host-Mikrocontroller die Sensordaten erfassen und verarbeiten, wobei einige Sensoren über eine eingebaute Verarbeitung verfügen und so die Belastung des Hosts verringern.

Frühe Anzeichen einer Fahrerermüdung sind unter anderem lange Zeiträume fast ohne jegliche Lenkaktivität, die von kleinen, aber abrupten Korrekturen unterbrochen werden. Ein Algorithmus zum Gefahrenbewusstsein beim Fahrer könnte die Sensordaten über das Lenkverhalten mit anderen Informationen kombinieren, wie der Blinkernutzung, Fahrtlänge und Tageszeit.

So ließe sich ein Ermüdungsmaß berechnen und der Fahrer würde immer dann gewarnt werden, wenn ein voreingestellter Schwellenwert überschritten wird. Einige Fahrer kennen vielleicht schon das Kaffeetassen-Symbol am Armaturenbrett als geläufige Mahnung, eine Pause einzulegen. Die Ermüdung des Fahrers können zudem 3D-Bildtechniken erfassen, die Position und Bewegung von Kopf und Augen überwachen.

Diese Technologie ermöglicht weitere wertschöpfende Funktionen. Denn sie kombiniert Kameras und Detektoren wie Time-of-Flight-Näherungssensoren (etwa von ON Semiconductor und STMicroelectronics), die den Abstand zu Gegenständen genauer als herkömmliche kontrastbasierende Näherungssensoren messen.

Zusammen mit geographischen Daten und künstlicher Intelligenz kann das Fahrzeug einen gerade vom Fahrer gesichteten Gegenstand (etwa einen architektonischen Ort) identifizieren und den Fahrer zum Beispiel auf seine Frage hin „Was für ein Gebäude ist das?” automatisch informieren. 3D-Bildsensoren und Time-of-Flight-Näherungssensoren sind ebenfalls wichtig für das höhere Ausmaß autonomen Fahrens (Level 4 und 5 laut SAE-Definition).

Wie man übermäßigen Stress beim Fahren verhindert

Am gegenüberliegenden Ende der Skala des Fahrerverhaltens sind Stressfaktoren wie Zeitdruck mitunter die Ursache für überhöhte Geschwindigkeiten und unbeständiges Fahren. Techniken mit Infraroterkennung, die Anzeichen von übermäßigem Stress feststellen, lassen sich mit anderen Fahrzeugsystemen verknüpfen, um diese Wirkungen zu bekämpfen.

Mit der Einführung genau anpassbarer LED-basierter Innenbeleuchtung kann das Fahrzeug die Lichtstärke und den Spektralfarbe autonom auf eine beruhigende blaue Wellenlänge justieren und so sichereres Autofahren fördern. Weitere Innovationen für mehr Komfort und bessere Konzentration sind etwa Wellness-Sitze.

Zentrales Element dieser Innovation sind Sensoren. Sie können mittels fortschrittlicher Techniken wichtige Werte des Fahrers wie Herzfrequenz oder Atmung nicht-invasiv überwachen. Drucksensoren finden sich schon heute als Lendenwirbelunterstützung und an weiteren Orten im Fahrzeug verteilt, man denke an die Airbag-Steuerung und die Steuerung der LPG-Autogasanlage.

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