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Ausblick

Ultraschall beim Auto

In den letzten Jahrzehnten wurden immer mehr sogenannte Assistenzsysteme in die Autos eingebaut, welche dem Fahrer das Lenken des Autos erleichtern bzw. ihn auf Gefahren hinweisen sollen. In gehobenen Fahrzeugklassen können sich bis zu 100 Sensoren befinden, welche den Motor optimal steuern (niedriger Kraftstoffverbrauch; geringe Abgase), den Fahrer auf Gefahren hinweisen oder beim Einparken behilflich sind. Im Folgenden wird auf die Einparkhilfe mit Ultraschall etwas genauer eingegangen. Darüber hinaus erfolgt noch ein Ausblick auf ein paar weitere, die Umwelt erfassende Sensoren.

Seit ca. 1992 werden Ultraschallsensoren (US-Sensoren) eingesetzt, um dem Fahrer das Einparken zu erleichtern. Mit Hilfe dieser Sensoren kann die Entfernung von Hindernissen angezeigt werden. In der folgenden Animation wird zunächst - stark vereinfacht - das Prinzip der Entfernungsmessung mit der Ultraschall-Einheit (Sender und Empfänger in einem Bauteil) dargestellt. In der Animation bedeutet \(c_{\rm{\, US}}\) die Geschwindigkeit des Ultraschalls mit ca. \(331 \rm{\frac{m}{s}}\).

Ermitteln des Abstandes aus der Zeitmessung:

\[2 \cdot \Delta x = c_{\,\rm{US}} \cdot \Delta t \]
\[\Delta x = \frac{c_{\, \rm{US}}\cdot \Delta t}{2}\]

Nozilla, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Abb. 2 Seitlicher Ultraschall-Sensor am Auto.

Die Ultraschall-Felder der Sensoren haben einen horizontalen Öffnungswinkel von ca. \(120^\circ \), die Reichweite der Sensoren ist auf etwa 2 - 4 Meter beschränkt. Meist sind inzwischen in den Stoßfängern vorne und hinten bis zu 4 Ultraschall-Einheiten eingebaut, was eine sehr sichere Erkennung von Hindernissen erlaubt (eine ISO-Norm legt fest, dass eine Einparkhilfe Gegenstände von etwa \(7,5\rm{cm}\) Durchmesser noch erkennen muss). In neueren Anlagen sind auch seitliche Sensoren angebracht, so dass Hindernisse rund um das Auto festgestellt werden können.

Joachim Herz Stiftung
Abb. 3 Display in einem Auto bei aktiver Abstandswarnung.

Die Anzeige der Hindernisse erfolgt z.B. durch farbige Balken (vgl. Animation in Abb. 3). Nähert sich der Fahrer mit seinem Auto einem Hindernis, so wandern die farbigen (im Beispiel "orange") Balken auf das im Bildschirm dargestellte Auto zu. Neben der optischen Anzeige erfolgt auch eine akustische Anzeige durch einen eindringlichen, alternierenden "Pieps-Ton". Kommt das Auto dem Hindernis bedenklich nahe, so ändert sich die Balkenfarbe z.B. in eine rote Farbe und der Fahrer hört einen eindringlichen Dauerton.

Park-Assistent

Joachim Herz Stiftung
Abb. 4 Anzeige eines Einparkassistenten

Für viele Autofahrer ist das Einparken in eine Parklücke ein Problem, da bei vielen Autos die Vorder- und Hinterkante nicht mehr sichtbar ist. Mit Hilfe der seitlichen Ultraschallsensoren und der Möglichkeit der elektronischen Lenkunterstützung übernimmt bei entsprechend ausgestatteten Fahrzeugen der Einparkassistent diese Aufgabe. Die seitlichen Ultraschallsensoren erkennen beim Vorbeifahren an bereits geparkten Fahrzeugen eine geeignete Parklücke. Der Fahrer muss dann nur noch den Anweisungen des Assistenten folgen, der beim Einparken die Lenkung übernimmt. Das linke Bild zeigt an, dass eine geeignete Parklücke gefunden wurde.

Mittlerweile sind gute Parkassistenten so ausgereift, dass sie das Auto in eine Parklücke manövrieren, die nur \(60\rm{cm}\) länger als das Auto ist. Es gibt auch Systeme, bei denen der Fahrer den Einparkvorgang von außen mit dem Zündschlüssel starten kann.