Alps Alpine entwickelt Steuergerät für die Freihanderkennung mit mehreren Zonen

Alps Alpine hat eine elektronische Steuereinheit (ECU)1 für die Hands-Off-Erkennung entwickelt, um autonome Fahrsysteme zu unterstützen, indem zwischen verschiedenen Griffvarianten des Fahrers am Lenkrad unterschieden wird. Auf diese Weise können die Fahrerassistenzsysteme eines Fahrzeugs bestimmen, wann zwischen autonomer Fahrassistenz und manuellem Fahren gewechselt werden muss, und den Fahrer entsprechend warnen.

Das Unternehmen gab bekannt, dass es bereits im Frühjahr 2021 mit der Massenproduktion begonnen hat, und es ist geplant, den Einsatz schrittweise auf eine Reihe von Fahrzeugmodellen auszuweiten, und die Entwicklung für Modelle der nächsten Generation ist bereits im Gange.

Technologische Innovationen gewinnen in den automobilen Bereichen vernetzte Autos, autonomes Fahren, Sharing und Services sowie Elektrifizierung an Geschwindigkeit. Beim autonomen Fahren werden zunehmend Systeme eingesetzt, die es einem Fahrzeug unter bestimmten Bedingungen ermöglichen, dem vorausfahrenden Auto automatisch und spurtreu zu folgen. Ein kürzlich entwickeltes, fortschrittliches autonomes Fahrsystem, das jetzt auf dem Markt ist, führt alle Fahraufgaben in begrenzten Szenarien aus, beispielsweise beim Fahren auf einer Autobahn oder bei niedrigen Geschwindigkeiten.

Fahrzeuge, die mit diesen Funktionen ausgestattet sind, müssen in der Lage sein, den Fahrzustand des Fahrers zu erkennen und zu bewerten, um einen sicheren und reibungslosen Wechsel zwischen automatisiertem und manuellem Fahren zu ermöglichen. Ein Aspekt ist die Hands-Off-Erkennung, eine Funktion zur Ermittlung des Griffzustands des Fahrers am Lenkrad, die mit anderen Systemen zur Fahrzustandsbewertung interagiert, um ein sicheres Umschalten zwischen fahrergesteuertem und systemgesteuertem Modus zu ermöglichen. Die Weiterentwicklung autonomer Fahrassistenzsysteme macht Sicherheitsfeatures notwendig und die Gesetzgebung schreitet voran. Ein Beispiel dafür sind die Bestimmungen der internationalen Verordnung R79.

Um den richtigen Zeitpunkt für den Wechsel zwischen autonomer Fahrassistenz und manuellem Fahren zu bestimmen, müssen der Fahrzustand des Fahrzeugs und die Fahrhaltung des Fahrers ständig überwacht werden, um die Sicherheit zu gewährleisten. Wird die Fortsetzung der autonomen Fahrassistenz als unangemessen erachtet, muss der Fahrer schnell gewarnt werden, die Assistenz zu deaktivieren und unverzüglich zum manuellen Fahren zurückzukehren. Sicherheitsvorkehrungen verlangen eine viel genauere Erfassung diverser Griffvarianten des Fahrers am Lenkrad.

Die neue Hands-Off-Erkennungs-ECU von Alps Alpine verwendet aufgrund ihrer Kosten und funktionalen Leistung kapazitive Sensoren zur Erkennung von Lenkradberührungen. Die Daten eines speziellen kapazitiven Sensors, der um das Lenkrad gewickelt ist, werden verwendet, um festzustellen, ob der Fahrer es berührt, und leitet die Bewertung an ein fortschrittliches Fahrerassistenzsystem (ADAS) weiter. Während bestehende Hands-Off-Detektionssysteme Monozonen-Setups mit einer einzigen Elektrode sind, hat Alps Alpine eine Multizonen-Konfiguration mit vier Elektroden entwickelt (siehe Diagramm). Die Aufteilung des Lenkrads und der Griffmuster in kleinere Abschnitte ermöglicht einen effizienten Systemwechsel und eine verbesserte Zuverlässigkeit der Berührungsbewertung.

Das Unternehmen hat seine Erfahrung in der Produktion von Touchpanels für Notebook-PCs und Spielekonsolen in den 1990er Jahren und Automotive-Bedienpanels für kapazitive Touch-In-Vehicle-Infotainment-Systeme (IVI) in den 2010er Jahren genutzt. Ausgehend von diesem Wissen hat das Unternehmen die Hands-Off-Erkennungs-ECU zur Verwendung mit einem speziellen kapazitiven Lenkradsensor entwickelt. Die Auslieferung an die Lenkradhersteller begann im Frühjahr 2021. Das Steuergerät berücksichtigt bei der kapazitiven Steuerung die Widerstandsfähigkeit gegenüber physikalischen Belastungen, die Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse – Temperatur, Feuchtigkeit und elektromagnetisches Rauschen – sowie die Haptik des Sensors selbst.

Die Sensorelektrode im Steuergerät ist in vier Abschnitte unterteilt, um verschiedene Griffzustände erkennen zu können. Dies ermöglicht eine detailliertere Beurteilung des Fahrzustands als eine grundlegende Berühren/Nicht-Berühren-Bestimmung, die unter Verwendung eines vorhandenen Einzelelektrodensensors erreicht wird. Alps Alpine hat einen originalen kapazitiven Steuerungs-ASIC mit verbesserter Haltbarkeit und Vielseitigkeit entwickelt, um die strengen Automobilstandards zu erfüllen. Lenkraddesign, Sensormaterial und elektromagnetische Kompatibilitätsbedingungen variieren von Modell zu Modell, was zu Abweichungen bei den über den kapazitiven Sensor erhaltenen Daten führt. Um den unterschiedlichen Umständen Rechnung zu tragen, kann Alps Alpine einen ursprünglich entwickelten Algorithmus liefern, der eine individuelle Optimierung sucht, beispielsweise bei Parameteränderungen.