Analogtipp 79-GHz-Radar verbessert die Funktion von Kick-Sensoren

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Kick-Sensoren zum Öffnen der Heckklappe eines Autos sind heute Standard. Mit einem neuen mmWave-SoC werden Gesten über einen breiteren Bereich am Fahrzeugheck erkannt. Gewollte Gesten werden sicher von zufälligen Bewegungen, wie etwa einer vorbeilaufenden Katze, unterschieden.

Wenn man vollgepackt zu seinem Auto kommt und den Kofferraum oder die Heckklappe öffnen möchte, freut man sich über den Kick-Sensor, der bereits 2011 von der Firma Huf eingeführt wurde. Er erkennt einen angedeuteten Tritt gegen die Heckschürze des Fahrzeugs und veranlasst das Öffnen der Heckklappe.

Die anfangs verwendete kapazitive Technik war bereits recht gut geeignet, aber die präzise Unterscheidung der gewollten Kick-Geste von anderen Bewegungen gestaltete sich eher schwierig. Huf entwickelte deshalb einen neuen Kick-Sensor auf der Basis eines Millimeterwellen-Radarchips von Texas Instruments (Bild 1).

Dank seiner einstellbaren Kick-Parameter erkennt der Sensor Gesten sogar dann, wenn sie in größerer Entfernung vom Fahrzeug ausgeführt werden. Außerdem lässt sich der Sensor, der auf 79-GHz-mmWave-Radar basiert, als Plug-and-Play-Lösung nahezu überall im Fahrzeug verbauen, sodass er auch zum Öffnen der Türen dienen kann.

Bessere Winkelauflösung durch optimierte MIMO-Antennenarrays

Die Lösung verwendet eigens für diese Anwendung optimierte, virtuelle MIMO-Antennenarrays (Multiple-Input Multiple-Output) zur Verbesserung der Winkelauflösung. Damit werden Gesten über einen breiteren Bereich am Fahrzeugheck erkannt, selbst wenn die Montage in der Fahrzeugmitte nicht möglich ist – beispielsweise wegen einer Anhängerkupplung.

Gewollte Gesten werden außerdem sicher von zufälligen Bewegungen, wie etwa einer vorbeilaufenden Katze, unterschieden. Ein unbeabsichtigtes Öffnen oder Schließen der Heckklappe wird dadurch zuverlässig vermieden.

Das mmWave-SoC nutzt die FMCW-Technik (Frequency Modulated Continuous Wave) und erzeugt hochauflösende Doppler-Heatmaps für eine umfassende Analyse. Dies optimiert die Bedienung und erlaubt eine zuverlässige Funktion in Fahrzeugen unterschiedlichster Art.

AoA-Signalkurven zur Gestenerkennung

Zur Identifikation einzelner Gesten bedient sich die von Huf entwickelte Software des Dopplereffekts. Eine Kick-Geste etwa muss in einem bestimmten Zeitfenster und in einer vorgegebenen Maximaldistanz zum Sensor ausgeführt werden. Überdies erleichtert eine bestimmte Mindest-Signalstärke die präzise Analyse.

Für eine sichere Unterscheidung zwischen gewollten Gesten und zufälligen Bewegungen braucht es jedoch mehr, weshalb die Software auf weitere Informationen zurückgreift, wie etwa den berechneten Einfallswinkel (Angle of Arrival, AoA) vom gewählten Ziel.

Die AoA-Signalkurven in den Bildern 2 und 3 verdeutlichen, worauf es hierbei ankommt. Bei einer gewollten Geste (Bild 2) kehrt die AoA-Kurve bei Beendigung der Geste stets zum ursprünglichen Wert zurück, während sich bei einer vorbeigehenden Person unterschiedliche Start- und Endpunkte ergeben (Bild 3). Dies liegt daran, dass sich eine Person beim Ausführen der gewollten Geste nicht am Fahrzeug entlangbewegt.

Die AoA-Berechnung kann trigonometrisch anhand der Signallaufzeit oder durch Auswertung des Frequenz-Offsets zwischen benachbarten Antennen erfolgen. Der MUSIC-Algorithmus (Multiple Signal Classification) oder das auch als Capon-Methode bekannte MVDR-Verfahren (Minimum Variance Distortionless Response) verursachen allerdings einen relativ hohen Rechenaufwand.

Das mmWave-Radar-SoC unterstützt AoA-Berechnungen mit Hardwarebeschleunigern für FFT-Operationen sowie Cortex-M4F-Prozessoren, sodass Winkel schnell und effizient berechnet werden können. Die Hardwarebeschleuniger arbeiten unabhängig vom Hauptprozessor, der für das Analysieren der gemessenen und aufbereiteten Daten zuständig ist, die Doppler-Heatmap berechnet und eine Gestenauswertung ermöglicht.

Unter dem Strich resultiert die gesteigerte Erkennungsgenauigkeit der 79-GHz-Radartechnik in einer verbesserten Bedienung für alle Fahrzeuginsassen, zumal sich die Sensoren auch zum Bedienen weiterer Funktionen wie der Klimaanlage oder des Infotainmentsystems eignen. (kr)

* Nach Unterlagen von Texas Instruments.

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