»The Hearing Car« – Innovative akustische Sensorik für (teil-)autonome Fahrzeuge
Ein Auto, das hören kann, präsentiert das Fraunhofer-Institut für Digitale
Medientechnologie IDMT auf der IAA MOBILITY in München. Die Forscherinnen
und Forscher haben einen Prototypen entwickelt, der akustische Sensoren in
die Fahrzeugtechnologie integriert und so die Sicherheit und
Zuverlässigkeit im Straßenverkehr erhöht.
Aktuelle Fahrzeuge sind mit verschiedenen Fahrerassistenzsystemen
ausgestattet, darunter Kameras, Lidar und Radar, die das Einparken und
Spurhalten unterstützen. Sie sind quasi die Augen des Autos und erfassen
relevante Objekte in der Umgebung. Was den Fahrzeugen jedoch bisher fehlt,
sind die Ohren. »Um das Verkehrsgeschehen rundum aufmerksam zu beobachten,
ist es entscheidend, Außengeräusche wahrzunehmen und richtig einzuordnen.
Viele Situationen im Straßenverkehr kündigen sich nämlich akustisch an,
wie beispielsweise ein herannahendes Einsatzfahrzeug, das mit seiner
Sirene auf sich aufmerksam macht«, erklärt Moritz Brandes, Projektleiter
von »The Hearing Car« am Fraunhofer IDMT.
Essenziell für autonomes Fahren: Akustische Ereigniserkennung
Am Institutsteil für Hör-, Sprach- und Audiotechnologie in Oldenburg
arbeitet ein Forscherteam um Moritz Brandes in enger Kooperation mit
Automobilherstellern und Zulieferern an den erforderlichen Sensor- und
Analysetechnologien für das hörende Auto. Dafür wird ein spezielles
Fahrzeug eingesetzt, das mit einem vom Fraunhofer IDMT entwickelten
Messsystem als rollende Demo-Plattform fungiert und so das Erfassen
wichtiger Trainingsdaten ermöglicht.
Die akustische Umfeldanalyse wird künftig nicht nur in der Lage sein,
Rettungswagen zu erkennen, sondern beispielsweise auch menschliche Stimmen
oder Spielgeräusche beim Einbiegen in einen verkehrsberuhigten Bereich.
Akustik benötigt keine freie Sichtachse wie optische Systeme – das Auto
kann also buchstäblich um die Ecke hören. So können automatisierte
Fahrsysteme mit erhöhter Vorsicht reagieren und agieren – ähnlich wie ein
menschlicher Fahrer, der spielende Kinder hört, bevor sie zu sehen sind.
Zudem werden die Außengeräusche in bestimmten Fahrmanövern über die
Kopfstütze in das Fahrzeuginnere übertragen, um die Aufmerksamkeit des
Fahrenden auf wichtige Umgebungsgeräusche zu lenken.
Mit dem Auto sprechen
»Hey Auto, öffne die Heckklappe« – auf diese oder ähnliche Weise kann man
in Zukunft mit dem Fahrzeug kommunizieren. Die neue Funktion zur
Sprecherverifikation ermöglicht es zudem, dass nur autorisierte Personen
mit dem Fahrzeug interagieren können. Die Forscherinnen und Forscher
entwickeln nicht nur KI-Algorithmen zur akustischen Ereigniserkennung,
sondern arbeiten auch an einer optimalen Signalaufnahme durch
Sensorpositionierung, einer Signalvorverarbeitung und -verbesserung sowie
an einer Störgeräuschbefreiung.
Wind- und wettertaugliche Mikrofontechnologie
Voraussetzung für die Integration dieser Technologien und ihr
Zusammenspiel sind hochwertige Mikrofone in der Fahrzeughülle. Diese sind
mit dem Bordnetz verbunden. Um den Einfluss von Fahrtwindgeräuschen zu
minimieren, entwickelt und testet das Team um »The Hearing Car« auch
geeignete Gehäuse und Abschirmungen für Luftschallsensoren. Moritz Brandes
erklärt: »Die Anzahl und Platzierung der Mikrofone sind entscheidend für
die Erkennung von Umgebungsgeräuschen. Unser Team hat Lösungen entwickelt,
die sowohl wind- als auch wetterfest sind und unter extremen Temperaturen
funktionieren. Mit unserem Demofahrzeug haben wir Tests von Portugal bis
zum Polarkreis durchgeführt, um die Technologien unter verschiedenen
Bedingungen zu erproben. Die Ergebnisse sind vielversprechend und zeigen
das Potenzial unserer Entwicklungen für die Zukunft des autonomen
Fahrens.«
Intelligente Aufmerksamkeitsmessung mit Hilfe mobiler EEG-Systeme und
personalisierte Klangerlebnisse mit »YourSound«
Auch die inneren Werte des hörenden Autos überzeugen: Verschiedene
Technologien sollen ein neues Niveau der Gesundheitsüberwachung und
Fahrerzustandserkennung im Fahrzeuginnenraum ermöglichen. So erfasst ein
Kurzstrecken-Radar-Sensor die Vitaldaten des Fahrenden und bietet eine
kontaktlose Überwachung der Gliedmaßenbewegung sowie von Atmungs- und
Herzschlagfrequenzen mit Hilfe innovativer Auswertungsalgorithmen. Ein
mobiles, vom Fraunhofer IDMT-HSA entwickeltes EEG-Sensorsystem misst die
Gehirnströme des Fahrers oder der Fahrerin, um Veränderungen der
Aufmerksamkeit, insbesondere während monotoner Fahrten, zu erfassen.
Darüber hinaus ergänzt eine Stimmanalyse der Insassen die
Fahrerzustandsüberwachung, indem sie Stress und Aufregung erkennt und
diese Informationen an die Insassen zurückmeldet.
Für beste Unterhaltung an Bord sorgt die Technologie »YourSound«, ein
System zur individuellen Klangverbesserung im Fahrzeug. Das Verfahren
versetzt Nutzerinnen und Nutzer von Audio-Devices, wie zum Beispiel
Infotainment-Systemen in Fahrzeugen, auf spielerische Art in die Lage, die
Audiowiedergabe auf eigene Hörvorlieben einzustellen – auch ohne
Kenntnisse von Pegeln oder Frequenzen. Als virtueller Assistent optimiert
das System die Soundwiedergabe und verbesserte so den Klangkomfort.
Die Technologieentwicklung für das hörende Auto wird im Programm »Vorab«
durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur und die
Volkswagen Stiftung sowie im Forschungsprojekt »Integrale agile
E/E-Entwicklung für fusionierte und standardisierte Energie- und
Datenbordnetze« – kurz KI4BoardNet – durch das Bundesministerium für
Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert.
Auf der IAA MOBILITY 2025 in München stellen die Forschenden des
Fraunhofer IDMT aus Oldenburg vom 9. bis 12. September ihr Demofahrzeug
»The Hearing Car« in Halle A2 am Stand C10 vor.
