Optische Sensoren für mehr Sicherheit im Auto

Getrieben von Innovationen in der Elektronik befindet sich die Ergonomie von Fahrgastzellen massiv im Umbruch. Durch den verstärkten Einbau elektrischer und elektronischer Anwendungen in Fahrzeugen wächst die Zahl der Bedienelemente zu schnell an. Diese Entwicklung geht zu Lasten der Verkehrssicherheit, denn die Vielzahl der Schaltknöpfe erschwert die einfache Bedienung und schnelle Orientierung, sodass der Fahrer mehr abgelenkt ist. Optische Sensoren bieten da Abhilfe.

Getrieben von Innovationen in der Elektronik befindet sich die Ergonomie von Fahrgastzellen massiv im Umbruch. Durch den verstärkten Einbau elektrischer und elektronischer Anwendungen in Fahrzeugen wächst die Zahl der Bedienelemente zu schnell an. Diese Entwicklung geht zu Lasten der Verkehrssicherheit, denn die Vielzahl der Schaltknöpfe erschwert die einfache Bedienung und schnelle Orientierung, sodass der Fahrer mehr abgelenkt ist. Optische Sensoren bieten da Abhilfe.

So empfindsam wie das Auge

Ein Ansatz der Automobilhersteller für mehr Übersichtlichkeit im Cockpit ist die Einführung von so genannten »Central Information Displays « (CID). Die richtige und vor allem automatische Einstellung der Helligkeit des zentralen Informationsdisplays hängt stark von der Umgebungshelligkeit ab. Bei hellem Tageslicht benötigt das Display mehr Lichtleistung für eine gute Ablesbarkeit, bei dunkler Umgebung sollte das Display hingegen abgedimmt werden. Der Wechsel zwischen heller und dunkler Umgebung geschieht beim Autofahren mitunter sehr schnell und häufig zum Beispiel durch die Einfahrt in Tunnel oder Tiefgarage sowie durch Wetterveränderungen.

Bei der automatischen Steuerung der Displayhelligkeit handelt es sich um eine durchaus sicherheitsrelevante Funktion. Erfolgt sie nicht, kann beispielsweise bei Nachtfahrten der große Helligkeitsunterschied zwischen Display und Umgebung zu massiven Beeinträchtigungen der Sicht führen. Störende Reflektionen in der Windschutzscheibe sind nur ein Effekt. Beim Blick auf ein zu helles Display wird der Fahrer wie durch eine Taschenlampe geblendet. Dadurch kann er die Verkehrssituation nicht mehr genau wahrnehmen, was zu einem erhöhten Unfallrisiko führt.

Die Fahrgastzelle birgt vielfältige Einsatzmöglichkeiten für Entfernungsmesser. Durch sie kann der Fahrer Anwendungen im Auto berührungslos bedienen, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn man die Schalter nicht sieht. Die Innraumbeleuchtung lässt sich so zum Beispiel einfach durch eine Handbewegung in der Nähe des Lichts einschalten, ohne dass man im Dunkeln nach dem Schaltknopf tasten muss. Auch bei der Sitzeinstellung können die Sensoren behilflich sein, indem sie das Central-Information- Display in dem Moment aktivieren, in dem sich die Hand in der Nähe der meist schwer einsehbaren Sitzschalter befindet, um anzuzeigen, welchen Hebel für die Sitzverstellung die Hand gerade berührt. Für gewöhnlich sind die Schalter unterm Sitz nur schwer zu unterscheiden. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Steuerung der Klimaanlage. Entfernungsmesser im Fahrzeughimmel können feststellen, welche Plätze besetzt sind und dadurch den Kaltluftbedarf und die Leistung der Klimaanlage genau anpassen. Fahrer, die oft allein im Auto sitzen, profitieren dann von einem reduzierten Benzinverbrauch.

Neuartige Sensoren zeichnen sich dabei durch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit aus. Anders als bei herkömmlichen Infrarot-Sensoren, welche die Entfernung aus der Stärke der reflektierten IR-Strahlung ermitteln, basiert die Technik von Sharp auf den Regeln der Trigonometrie. Die Sensoren messen den Abstand zum Objekt anhand des Winkels, aus dem die reflektierte Strahlung auf den Detektor trifft. Dadurch wird die Entfernungsmessung völlig unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der Reflektionsfläche (Bild 1).

Die Sensoren lösen daher zuverlässig die entsprechenden Anwendungen aus. Je nach Anwendung und eingesetzten Distanzmesssensor können die Entfernungsmesser für den Automobilbereich Objekte im Abstand von wenigen Millimetern bis zu 80 cm erfassen und zeichnen sich durch Gehäuseabmessungen von 20 mm x 10 mm x 7 mm aus.

Staubsensoren, die auf Infrarottechnik basieren, sind eine sinnvolle Ergänzung zur automatischen Steuerung von Fahrzeugklimaanlagen. Sie dienen nicht nur als Sensorium, um das nächste Wartungsintervall rechtzeitig anzuzeigen sondern sorgen auch automatisch für saubere Luft. Die Staubdetektoren von Sharp registrieren bereits Partikelaerosole ab einer Konzentration von 0,1 mg/m3. Diese hohe Empfindlichkeit wird durch die Anwendung von gepulsten IR-Signalen mit einer Pulsweite von 0,32 ms erreicht (Bild 2). Damit lassen sich selbst sporadisch auftretende Staubmengen zuverlässig als Spitzenwert registrieren. Wird beispielsweise eine Baustelle passiert, liefert der Staubsensor das Steuersignal, um die Leistung der Lüftungs- und Klimaanlage kurzfristig zu erhöhen. Herkömmliche, mit kontinuierlichem Licht arbeitende Detektoren können solche nur zwischenzeitlich auftretenden Partikelwolken aufgrund der zu geringen Stoffmenge in der Regel nicht erfassen.

Alle optoelektronischen Komponenten von Sharp für Kfz-Anwendungen erfüllen die entsprechenden Qualitäts- und Umweltnormen und sind für eine Betriebstemperatur von -40 °C bis +85 °C ausgelegt. Ralf Higgelke