FahrRad


   

 

Ein sensorbasiertes Fahrrad-Assistenzsystem zur Erhöhung von Sicherheit und Komfort

Zusammenfassung:
Fahrräder, insbesondere E-Bikes/Pedelecs, erhöhen nicht nur die Mobilität und Unabhängigkeit älterer Menschen, sondern haben auch einen positiven Einfluss auf deren Gesundheit und Wohlbefinden. Um dabei das Unfallrisiko nach Möglichkeit zu minimieren, soll im Rahmen des Projektes ein Fahrrad-Assistenzsystem entwickelt werden, welches in der Lage ist, die kognitiven und körperlichen Defizite der Senioren/innen zu kompensieren und ihnen in komplexen Verkehrssituationen wichtige Informationen kontextgerecht und möglichst barrierefrei zur Verfügung zu stellen.

Laufzeit:
15.05.2017 – 14.05.2020

Ziele IMST:
IMST entwickelt für das Projekt ein spezielles 24 GHz Radarmodul, mit dem Hindernisse in Fahrtrichtung erkannt werden können.

Anforderungen an das Radar:
Das Radar soll über folgende Eigenschaften verfügen:

  • Schmaler Öffnungswinkel in Elevation (ca. 10°).
  • Breiter Öffnungswinkel in Azimut (ca. 70°).
  • 2 Sendeantennen (breit für Stadt, schmal für Landstraße).
  • 4 Empfangsantennen (ermöglicht digitales Beamforming).
  • Gleichzeitige Erfassung mehrerer Zielobjekte, jeweils mit Bestimmung von Entfernung, Geschwindigkeit und Azimut-Blickwinkel.
  • Ethernet- und USB-Schnittstelle.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Das Foto zeigt das Radar eingebaut in ein Gehäuse. Die Frontseite besteht aus 2 Sendeantennen mit weitem und schmalem Abstrahlwinkel und einer Empfangsantenne. Die vier Antennestränge können einzeln angesteuert werden, so dass digitales Beamforming möglich ist.

Die Graphik stellt die Simulation des Fernfeldes einer Sendeantenne (weiter Abstrahlwinkel) und einer Empfangsantenne (schmaler Winkel) dar.

IMST entwickelt auch die Signalverarbeitung für den Mikroprozessor des Radarmoduls. Zuerst werden die Daten einer 2-dimensionalen FFT unterzogen, woraus sich die Range-Doppler Darstellung ergibt. Für jedes detektierte Ziel werden dabei sowohl der Abstand als auch die relative Geschwindigkeit bestimmt. Anhand eines vorgegebenen Schwellwertes wird festgelegt, ob es sich um ein relevantes Ziel handelt, das weiter verfolgt werden soll (Target Detection). Für diese Ziele werden die Parameter RCS (Radar Cross Section), Abstand, relative Geschwindigkeit und Objektwinkel bestimmt. Die Liste der Ziele wird mit jeder Messung erweitert und einem Multi-Target Tracking Algorithmus übergeben, der das Bewegungsprofil eines jeden Zieles mit einem Kalman-Filter berechnet. Dadurch wird die Zahl der Falschalarme verringert und unnatürliche Sprünge oder Aussetzer in den Messdaten werden interpoliert. Schließlich wird die erzeugte Zielliste in ein kompaktes Datenpaket umgewandelt und über die digitale Schnittstelle der Zentraleinheit des Fahrassistenz-Systems zur Verfügung gestellt. In dieser wird dann entschieden, wie und über welche Aktuatoren der Radfahrer informiert wird.

Die Radar-Software bietet zwei grundsätzliche Möglichkeiten für den Zugriff auf die erzeugten Messdaten bzw. Detektionslisten:

  • Kommando-Modus, bei dem der jeweils aktuelle Datensatz über ein spezielles Kommando aktiv abgefragt wird,
  • Streaming-Modus, bei dem das Radar selbstständig und mit der maximalen möglichen Geschwindigkeit Messungen durchführt und die Daten “ungefragt” an den Nutzer sendet.

Seit Anfang Oktober 2018 ist die Radar-Hardware fertiggestellt. Ein neues Basisband-Board mit leistungsstarkem Radar-Signalprozessor steuert das Frontend an. Hardware und Firmware wurden bis Ende 2018 in Betrieb genommen und getestet. Ab 2019 wurd das Radar zusammen mit den Partnern auf einem Pedelec installiert und gemeinsam Feldversuche durchgeführt.

Die Grafik unten zeigt ein Messszenario an einer Straße mit statischen Zielen (Laterne, Bäume, parkende Fahrzeuge und Gebäude) sowie fahrende Verkehrsteilnehmer, die sich auf den Radarsensor zu- oder davon wegbewegen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Das Radar wurde erstmalig auf dem internationalen Radarsymposium IRS in Bonn vom 20. bis 22. Juni 2018 gezeigt: https://irs2018.dgon-irs.org

Unsere Projektpartner sind:

Der Projektträger ist:

Veröffentlichungen mit Bezug zur Radarentwicklung von IMST:

  • M. Hägelen et al.: „Safety and Comfort Enhancement with Radar for a Bicycle Assistance System“, IRS – 20th „International Radar Symposium“, Ulm, 26.-28. Juni 2019.
  • C. Degen et al.: „Driver Assistance System for Pedelecs“, IRS – 20th „International Radar Symposium“, Ulm,  26.-28. Juni 2019.

Dieses Projekt wird durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen gefördert.

www.efre.nrw.de
www.wirtschaft.nrw.de