Hör-, Sprach-, Audio- und Neurotechnologie für Automotive

Wie lernt ein Auto hören? Wie kann man den Klang im Fahrzeuginnenraum auf die individuellen Bedürfnisse anpassen? Welche Möglichkeiten gibt es für akustisches Monitoring in der Fertigung? Wie schnell erkennen mobile EEG-Systeme den Zustand der Fahrenden bei monotonen und autonomen Fahrten?

Auf diese Fragen findet das Fraunhofer IDMT in Oldenburg Antworten. 

Sei es die Sirene eines Krankenwagens, eine nasse Fahrbahn oder die Schraube im Reifen – Außengeräusche am Fahrzeug liefern wichtige Informationen, die gängige Sensorik am Fahrzeug nur schwer oder erst spät erfassen kann. Deshalb entwickelt der Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT im Projekt The Hearing Car intelligente Technologien zur akustischen Ereigniserkennung sowie Methoden und Konzepte zur optimalen Signalaufnahme am Fahrzeug. In enger Zusammenarbeit mit Automobilherstellern und Zulieferern arbeiten wir an dem Hörsinn für das Auto, der für mehr Sicherheit, Zuverlässigkeit und neuartige Anwendungen im Straßenverkehr sorgen soll. Um das »Hörende Auto« zu verwirklichen, bringen unsere Entwicklerinnen und Entwickler spezielle Projekterfahrungen im Bereich Automotive sowie gruppenübergreifende Kompetenzen mit. Neben der Entwicklung von KI-Algorithmen zur akustischen Ereigniserkennung, widmen sich die Forschenden am Fraunhofer IDMT auch weiteren Herausforderungen. Dazu zählen die optimale Signalaufnahme durch Sensorpositionierung, die Signalvorverarbeitung und -verbesserung sowie die Störgeräuschbefreiung. 

• Akustische Umfelderfassung für Assistenzsysteme mit Alleinstellungscharakter
• Neue Ansätze in Predictive Maintenance und Adaptronik
• Höchster Datenschutz durch akustische Anonymisierungsstrategien
• Nutzung unserer The Hearing Car Entwicklungsumgebung für kundenindividuelle Entwicklung von Hard- und Software
• Akustisches End-of-Line-Testing auf Kurzfahrtprüfstrecken am Ende der Automobilproduktion

Um sicher im Straßenverkehr unterwegs zu sein, muss der Fahrende aufmerksam dem Verkehrsgeschehen folgen. Moderne Fahrzeuge sind in der Regel mit einer Zustandserkennung des Fahrenden ausgestattet, um bei Bedarf auf Pausenzeiten hinzuweisen. Das Fraunhofer IDMT in Oldenburg erforscht, wie sich die Aufmerksamkeit des Fahrenden, auch als Vigilanz bezeichnet, bei monotonen Autofahrten verändert und ob es einen Unterschied zwischen manuellen und autonomen Fahrten gibt. Dafür setzt die Gruppe »Mobile Neurotechnologie« mit ihren Messungen dort an, wo die Aufmerksamkeit entsteht: Bei der Hirnaktivität. Mit Hilfe mobiler EEG-Systeme und weiterer Vitaldaten, wie Herzfrequenz oder Blinzelrate, prüfen die Forscherinnen und Forscher, ob eine Änderung des Vigilanzzustands anhand der Hirnaktivität schneller erfasst werden kann als über andere Müdigkeitserscheinungen, wie Gähnen. Perspektivisch sollen die gewonnenen Erkenntnisse zur Prüfung von Fahrerassistenzsystemen eingesetzt werden können. Für einen einfachen Einsatz der Verfahren außerhalb des Labors werden am Fraunhofer IDMT flexible Elektrodengrids entwickelt, um EEG-Langzeitaufnahmen mit hoher Signalqualität und gleichzeitig hohem Tragekomfort zu ermöglichen.

• Forschungsstudien und deren Evaluation von Fahrerassistenzsystemen
• Kombination mit bestehenden Lösungen zur mobilen EEG-Erfassung möglich
• EEG-Aufzeichnung in alltäglichen Situationen mit flexiblem Elektrodengrid

Für das kontaktlose Gesundheitsmonitoring setzt das Fraunhofer IDMT aus Oldenburg auf eine seitliche Positionierung des Radarmessgeräts. Dadurch kann der menschlichte Körper aus Sicht des Radars in unabhängige Abschnitte aufgeteilt werden. So wird verhindert, dass sich unterschiedliche Vitalparameter in der Messung gegenseitig überlagern. Durch die Aufteilung können entlang des gesamten Körpers verschiedene Parameter zeitgleich beobachtet werden - etwa die Atmung am Torso und der Puls an den Beinen. Die Überwachung von Vitaldaten mit den neuen Mess- und Analyseverfahren ist nicht nur im medizinischen Bereich denkbar. Das Team des Fraunhofer IDMT testet bereits den Einsatz des Radars im Fahrzeug für Personen im Sitzen, um die Vitalparameter des Fahrenden zu überwachen, z. B. bei Berufskraftfahrenden oder perspektivisch in autonomen Fahrzeugen. In diesem Fall ist die Positionierung des Radars beispielsweise in der Fahrzeugdecke denkbar. 

• Kontaktlose Erfassung von Gliedmaßen-, Atmungs- und Pulsbewegung basierend auf neuartigen Auswertungsalgorithmen
• Branchenübergreifender Einsatz: Automotive/Autonomes Fahren, Schlafüberwachung, Pflege, Intensivmedizin
• Synchrone Messung von weiterer Sensorik wie EEG und Audio

Der Oldenburger Institutsteil HSA hält für den Fahrzeuginnenraum spannende Entwicklungen parat, mit denen sich der Klang von Audio-Systemen schnell und intuitiv personalisieren lässt. 

Mit den gängigen Equalizern sind Anpassungen an den persönlichen Wohlfühl-Klang auf die Schnelle und während der Fahrt jedoch nicht möglich. Zudem berücksichtigen sie unterschiedliche Vorlieben bei unterschiedlichen Wiedergabelautstärken nicht adäquat. Unzureichende Usability und eine starke Höranstrengung bergen unnötige Sicherheitsrisiken.

Die einmalige Klangpersonalisierung mit Hilfe des in ein Infotainmentsystem integrierbaren »YourSound«-Verfahrens dient als Grundlage für alle zukünftigen Audiowiedergaben im Fahrzeug. Einmal eingestellt erleben Nutzerinnen und Nutzer ein individuell besseres Hörerlebnis, egal bei welcher Wiedergabelautstärke und Fahrsituation.

• Nutzerfreundliche Möglichkeit, den Klang von Audio-Systemen auf persönliche Hörvorlieben einzustellen
• In unterschiedlichste Systeme integrierbar: Multimedia-Systeme, Smartphones, TV-Systeme, Infotainment-Plattformen
• Bei jeder Lautstärke ergibt sich automatisch die gewünschte Balance zwischen Höhen und Tiefen 
• So bleiben alle Frequenzen stets hörbar und entsprechen dem bevorzugten Klangbild

Bei der Produktion von Automobilen setzen die Hersteller vielfach auf praktische Steckverbindungen. Zeit und Geld kostet es jedoch, wenn eine Verbindung nicht richtig gesteckt wird und dies unbemerkt bleibt. Forschende vom Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie des Fraunhofer-Instituts IDMT in Oldenburg haben eine audiobasierte Technologie entwickelt, die das Klick-Geräusch beim Stecken analysiert. Mikrofone erfassen das Geräusch, dann wird es von Algorithmen analysiert. Schließlich gibt das System positive Rückmeldung oder es sendet eine Warnung, wenn es einmal nicht richtig Klick gemacht hat.

Unsere intelligenten Lösungen für die automatisierte und berührungslose Fertigungskontrolle macht Ausfallzeiten und Wartungen planbar. Denn das Monitoringsystem erkennt Schäden, bevor sie entstehen. Die Qualitätssicherung kann nicht nur in der Automobilproduktion eingesetzt werden, sondern auch bei Erprobungsfahrten, den Prüfstand oder in der laufenden Überwachung im Fahrbetrieb (The Hearing Car).

• Zuverlässiges Erkennen von Abweichungen am Geräusch
• Prozessdokumentation und Qualitätssicherung
• Digitalisierung von Betriebsabläufen