Technik-Check Ultra Wide Band: Im Moonwalk Türen öffnen

Als Micheal Jackson 1983 das erste Mal den Moonwalk zum Song Billi Jean tanzte, herrschte Staunen im Publikum. Heute hätte der King of Pop mit seinem berühmten Tanzschritt für noch mehr Aufregung sorgen können, wenn durch die Showeinlage gleichzeitig noch der Kofferraumdeckel eines Autos aufspringt. Genauer, der Kofferraum eines Arteon, den Bernd Ette aus der Vorentwicklung von Volkswagen mit den neuen UWB-Funkchipmodulen des niederländischen Halbleitergiganten NXP ausgestattet hat.

Laufzeit statt Signalstärke

UWB steht für Ultra Wide Band, also Ultra Breitband Frequenzen, die im Bereich von 6 bis 9 GHz liegen und – anders als die meisten anderen verbreiteten Funkstandards wie WLAN oder Bluetooth – eine sehr genaue Ortung zulassen. "Durch UWB können wir die Position auf drei Zentimeter genau bestimmen – und zwar in Millisekunden", erklärt Lars Reger, CTO bei NXP. Die Technik ist so genau, da die Lokalisierung über die Laufzeit des Signals berechnet wird und nicht über die Signalstärke, wie etwa bei WLAN, Bluetooth oder anderen UHF-Signalen (Ultra hohe Frequenzen 0,3 bis 3 GHz) wie bei den meisten aktuellen Funkschlüsseln.

Das muss man sich in etwa so vorstellen: Der UWB-Sender im Autoschlüssel sendet ein verschlüsseltes, digitales Signal in Lichtgeschwindigkeit an das Auto. Dann signiert das Auto das Signal und sendet es verändert an den Schlüssel zurück. Der Chip im Schlüssel weiß nun, wie viel Zeit zwischen dem Senden und Empfangen des Signals vergangen ist. Daraufhin wird die vorgesehene Zeit abgezogen, die das Auto für die Berechnung der Signatur braucht, und der Chip im Schlüssel kann berechnen, in welchem Radius sich das Auto befindet. Verwendet man nun mehrere UWB-Einheiten im Auto, kann man im Raum ihre relative Position zueinander berechnen. So weiß der Schlüssel, ob er sich in der Nähe des Kofferraums, der Fahrertür oder dem rechten Frontscheinwerfer befindet.

Fusion verschiedener Sensorinformationen

Das führt uns wieder zurück zum Moonwalk. "Für unseren Versuchsaufbau haben wir fünf UWB-Module im Auto untergebracht. Je eines in den Türen und eines am Kofferraum", erklärt Bernd Ette, der seit einem Jahr an dieser Technik arbeitet. "Neben dem UWB-Chip haben wir auch Gyro- und Accelator-Sensoren im Schlüssel verbaut, wie sie heute auch in jedem Smartphone zu finden sind." Durch die Fusion aller Sensorinformationen ist es dem Entwickler dann möglich, nicht nur die Position des Schlüssels, sondern auch Bewegungsmuster zur erkennen. So wie etwa Tanzschritte.

Es ist daher egal, ob man den Moonwalk, einen Walzer oder Discofox tanzt, um den Kofferraum zu öffnen, oder sich nur zum Auto dreht oder zwei Mal mit dem Fuß stampft. Findet sich der Schlüssel in einer bestimmten Position und hat einen zu erkennenden Bewegungsablauf identifiziert, schickt er einen "Öffnen"-Befehl an das Auto. "Diese Bewegungen können wir dem Schlüssel einfach beibringen, in dem wir den Lernmodus aktivieren und sie ihm zeigen", beschreibt der Entwickler den Vorgang. Am Anfang sei die Erkennung noch nicht perfekt, mit jedem Mal lerne das System aber dazu und würde besser und besser.

Vom Fußkick zum Kindersitz

Mit der Ultra Wide Band-Technologie ist aber noch weit mehr möglich. So könnten durch die Verwendung solcher Module in Kindersitzen beispielsweise automatisch die Airbags deaktiviert werden. "Durch die Lage- und Bewegungssensoren kann das System zudem erkennen, ob der Sitz korrekt oder zu steil montiert ist", erklärt Ette, der vor einigen Jahren auch an dem Audi-System arbeitete, das durch eine Fußkick-Geste den Kofferraum öffnet. "Für die meisten Situationen sollten bereits drei unserer UWB-Module ausreichen, deshalb haben wir unsere fünf Sensoren bewusst nicht fest am Auto verbaut. So können wir sie auch außerhalb des Autos nutzen", erzählt er weiter.

Ein einfaches Szenario wäre beispielsweise, die elektrische Anhängerkupplung auszufahren, sobald sich der passende Anhänger auf das Auto zubewegt, an dem eines der Module befestigt wurde. "Damit ist aber lange nicht Schluss", ist sich Ette sicher. Ein weiterer Anwendungsfall wäre etwa die automatische Kopplung an einen Anhänger. "Hierzu müsste man einfach eines der Module an einer definierten Stelle am Anhänger anbringen und den automatisierten Parkassistenten so erweitern, dass er direkt mit der Anhängerkupplung unter der Deichsel zum Stehen kommt."

UWB-Chips im Smartphone

So viel zu den Dingen, die die VW-Entwickler sich vorstellen können. Wenn es nach NXP geht, ist das aber längst nicht alles. Denn UWB kommt auf eine Reichweite von etwa zehn Metern, was es interessant für den Einsatz in der Infrastruktur der Autos macht. So könnten Garagentore automatisch geöffnet werden, wenn sich das Auto nähert, oder das System schlägt Alarm, wenn man beispielsweise sein Smartphone, seine Aktentasche oder andere Gegenstände versehentlich im Auto vergisst. "Dazu müssten sie nur mit einem kleinen Chip ausgestattet werden, der kaum größer als eine Euro-Münze ist", meint Lars Reger von NXP. "Und ich bin mir sicher, dass es nicht mehr lange dauert, bis die UWB-Chips auch ins Smartphone kommen. Dann wäre nicht einmal mehr ein Autoschlüssel nötig um das Auto zu öffnen."

Damit diese Ideen keine Zukunftsmusik bleiben, hat sich Anfang August das FiRa Konsortium gegründet. Mit von der Partie sind neben Chipherstellern wie NXP und Autozulieferer wie Bosch auch Consumerelectronic-Größen wie Samsung und Sony, sodass die Chance recht groß ist, dass sich der Standard auch in anderen Geräten verbreitet, die sich in der Welt des Internet der Dinge (IoT) bewegen.