Integriertes Sensorsystem Hände am Lenker?

Müdigkeit, Unachtsamkeit und falsche Reaktionen führen nach wie vor zu Unfällen. Abweichungen rechtzeitig zu erkennen und davor zu warnen hilft, die Sicherheit in einem Kraftfahrzeug deutlich zu verbessern. Ein integriertes Sensorsystem erfasst, ob der Fahrer tatsächlich seine Hände am Lenkrad hat.

Das Lenkrad hat sich von einem ursprünglich reinen Steuerelement zu einem Sicherheitsbauteil mit komplexem Anforderungsprofil gewandelt. Schon vor über 30 Jahren führte die Verschärfung der Grenzwerte beim Aufprall auf die Lenkanlage gemäß der US-Vorschrift FMVSS 203 und in Europa gemäß der ECE R12 zur serienmäßigen Einführung der Airbags. Dieses Sicherheitssystem im Lenkrad unterzubringen, war eine Herausforderung an die Ingenieure und bedurfte umfangreicher Konzeptanpassungen.

Obwohl die Zahl der im Straßenverkehr tödlich verunglückten Menschen daraufhin stark sank, ließ die Forschung nicht nach und wandte sich dem Fahrzeugführer zu. Müdigkeit, Unachtsamkeit und falsche Reaktionen sind nach wie vor Ursache für Unfälle. Hier Abweichungen rechtzeitig zu erkennen und davor zu warnen hilft, den Sicherheitsaspekt in einem Kraftfahrzeug deutlich zu verbessern.

Hieraus resultierte im Jahr 2005 die Einführung der im Lenkrad integrierten »Lane Departure Warning«-Funktion. Ein im Lenkrad integrierter Motor mit einer Unwuchtmasse regt im Bedarfsfalle das Lenkelement zum Vibrieren an. Neuere Entwicklungen befassen sich mit der Entlastung des Fahrers in Situationen, in denen auch eine teilautomatische oder später sogar vollautomatische Fahrweise möglich ist.

Unter der Handerkennung (Hands On/Off Detection) versteht man ein System, das feststellen kann, ob sich die Hände des Fahrers am Lenkradkranz befinden oder nicht. Neben Aspekten der Komforterhöhung geht mit dieser Detektion auch eine Entlastung für den Fahrzeugführer einher. Stop-and-Go-Situationen oder Kolonnenfahrten beispielsweise kann das System automatisch erkennen und das Fahrzeug in Zusammenwirken mit anderen Systemen autark in ausreichendem Abstand zum Vordermann führen.

Grundsätzlich gibt es heute zwei Systeme für die Messung im Lenkradkranz: Sensoren auf Basis kapazitiver oder resistiver Technologie. Um die Nachteile der kapazitiven Systeme zu umgehen, entwickelte Guttersberg Consulting in Zusammenarbeit mit Hoffmann + Krippner sowie Freescale Halbleiter Deutschland ein resistiv arbeitendes Handerkennungssystem am Lenkrad. Die Erkennung besteht aus mehreren in Abstand zu einander befindlichen Folien, welche die Verformung beim Berühren mit der Hand in ein auswertbares Schaltsignal umwandeln. Den Lenkradkranz zu etwa 65 Prozent umfassend, liegen diese Folien unter der Lederummantelung. Bestandteil des Lenkrades ist auch eine Auswerteelektronik sowie eine zugehörige Software, die Freescale auf Basis der Mikrocontrollerfamilie »MagniV« entwickelt hat.

Aufbau des Sensors

Um die Toleranzen bei der Umlederung auszugleichen, setzt die Elektronik im End-of-line-Tester das spezifische Niveau des jeweiligen Lenkrades auf null. Spätere Toleranzen, hervorgerufen beispielsweise durch Temperaturunterschiede gleicht die Auswerteelektronik aus, indem sie die Widerstände mehrerer Lenkradbereiche prüft, diese vermittelt und Abweichungen eines Bereiches zum Mittelwert durch Anlegen der Hand an das Lenkrad als Signal erkennt.

Der Sensor besteht aus zwei übereinanderliegenden Folien, die durch druckbare Abstandselemente auf Distanz gehalten werden. Durch ein spezielles Druckverfahren wird eine eigens von Hoffmann + Krippner entwickelte Widerstandspaste im Siebdruckverfahren auf die Folien aufgebracht. Ein elektrischer Kontakt ist hergestellt, sobald sich die Folien berühren. Dieses Signal wird ausgewertet und kann mit Hilfe einer »intelligenten« Software die entsprechenden Aktionen auslösen. Die bereits in einem industriellen Prozess gefertigten Sensorfolien lassen sich durch verschiedene Designs auf das jeweilige Lenkradprofil (Kfz, Flugzeug, Schiff aber auch medizinische Geräte) anpassen. Alle verwendeten Materialien sind Automotive-tauglich und in anderen Bereichen des Fahrzeuges bereits im Einsatz.