2020年09月22日 | 雷达技术的进步和驾驶舱内感应技术的发展

2020-09-22

雷达技术的进步和驾驶舱内感应技术的发展

采用毫米波技术的雷达传感器为多类驾驶舱内监控应用提供了高精度和灵活性，由于其尺寸较小，可以轻松和隐藏式的集成到车辆中。

作者：Kishore Ramaiah，德州仪器

汽车制造商在将雷达传感器技术部署到车外使用方面取得了长足进步，但雷达传感器技术也使他们能够开发出更有效的安全功能，尤其是车内乘员检测技术。

高级驾驶辅助系统（ADAS）采用感应技术来了解外部环境，包括其他汽车、行人、骑自行车的人和建筑物。在车辆内部，相同的技术现在可实现更高的精度和可靠性，包括车内儿童感测、安全带提醒和安全气囊展开。

驾驶舱内传感器的精度对于乘员检测尤其重要。汽车雷达传感器提供了一种易于部署且价格合理的有效解决方案。

雷达可观察到人眼无法观察的目标。驾驶舱内感应的许多应用旨在确保乘客安全，但考虑到儿童被单独留在车内可能造成的悲剧性后果，最近汽车制造商和消费者特别关注儿童感测问题。

图1：儿童在车内无人照管。

为解决这些问题，欧洲新车评估计划（Euro NCAP）路线图将儿童感测解决方案添加为一大特色，而一些汽车制造商早在2020年就实施了此解决方案。此解决方案不仅只是检测车内是否有儿童。其旨在开发一种系统，检测可能在驾驶员视线之外（如向后的汽车安全座椅）的儿童，并将其与尺寸相似的目标区分开来。如今现代车辆可能已安装了摄像头或者座椅内的重量传感器，用于检测车内是否有乘员，但当前技术存在局限性。

举例来讲，如果摄像头角度摆放错误，其可能无法识别出向后的汽车座位中的儿童，也无法辨别出盖着毛毯儿童。过于强烈或是不足的可用光线会影响摄像头的效果。摄像头还引发运动感应传感器没有的安全和隐私问题。

除传统的驾驶舱内感应技术的有效性缺陷之外，还有美学和设计方面的注意事项：摄像头通常摆放在较为明显的位置，车内乘员也会更容易注意到摄像头的存在。

另外，上述解决方案占用大量空间。车辆尺寸和布局会影响摄像头的部署，这也决定了摄像头视野的有效覆盖范围。如果您考虑使用诸如校车之类的大型车辆，即使安装了摄像头，也可能会存在很多盲点，造成驾驶员可能会在终点站将熟睡的儿童遗忘在车内。

采用毫米波技术的雷达传感器可在各类车厢内提供有效的儿童感测所需的高精度，因为与摄像头不同，这些传感器不会受到物理阻挡。雷达传感器可穿透塑料、干式墙和衣服等材料，即使儿童躲在公共汽车的后方或覆有毛毯也可被检测到。

尽管在一些场景中，摄像头确实可以在驾驶舱内进行有效监控，但雷达传感器可同时提供精确度和灵活度，因为它们可收集最精确的车内人数。

增强多个驾驶舱内应用

通过用雷达弥补体重传感器的缺点，甚至完全将其替代，驾驶舱内的感应系统可检测到人和运动，辨别人与无生命的目标，从而帮助构建更精确的安全带提醒和安全气囊展开系统。

当目标重量超过某个阈值时，重量传感器会触发安全带提醒。但重量传感器无法区分与乘客大小和重量相似的袋子、箱子或钱包，而雷达传感器可轻松将两者区分开来。

安全气囊系统可受益于更精确的感应。使用雷达可辨别座位上是儿童还是成人。万一展开了安全气囊，安全气囊可以人员的身高进行适应调整。

检测生命体征

政府、当地法规和消费者需求推动了对于能够在驾驶舱内有效检测儿童的感应系统的需求。汽车制造商对这一需求反响积极，开始在他们生产的每一辆汽车中安装低成本但有效的装置。

雷达传感器不仅可满足当今需求，而且已发展至可有效进行儿童检测的程度。

例如，TI的60 GHz单芯片AWR6843毫米波传感器具有可检测到呼吸的出色的运动检测功能，从而可以区分儿童和无生命的目标。

TI毫米波传感器的更高级功能包括在行驶途中同时估算驾驶员和乘员的心脏和呼吸频率。在集成到头顶控制台或车顶顶棚后，此传感器的功能范围已覆盖到所有乘客，从而使得应用可以预估驾驶员的疲劳或困倦状态并激活警报。

对于诸如检测乘客或驾驶员姿势等需要更高分辨率的应用，配备毫米波传感器的成像雷达可实现高分辨率的乘员检测。

图2：技术演示显示了使用毫米波雷达技术在车辆中进行占用监控和在场检测的场景。

TI毫米波传感器的一个主要优势是60 GHz(AWR6843 ) 和77 GHz (AWR1843 )器件的管脚对管脚兼容性，这使汽车制造商可根据地区法规要求部署这两类传感器。它还使设计人员能够在传感器设计中重复使用硬件和软件。

这些传感器通过了AEC-Q100认证，可帮助汽车设计人员达到车内感应系统的汽车安全完整性等级（ASIL）B的要求。传感器还可在很广的温度范围内工作，包括在炎热天气中温度可能会迅速升高的驾驶舱。

用于驾驶舱内监控的TI毫米波传感器可提供具有集成处理功能（数字信号处理器（DSP）、微控制器（MCU）、雷达硬件加速器）和低端至高端存储范围的单芯片解决方案。一个软件开发套件（mmWave-SDK）为所有其单芯片传感器和成像雷达提供驱动程序和应用程序编程接口。了解参考设计和示例。

无缝传感器解决方案

很多消费者将能够精准监测儿童在场的驾驶舱内传感器作为优先考虑因素，而这一需求得到了汽车原始设备制造商和一级供应商的热切回应。任何解决方案都必须高度精确，且必须具有易于以隐秘和非侵入式的方式集成到车辆中的外形因素。

雷达传感器不仅改变了车辆感应周围环境的方式，而且还改变了它们感应车内物体和乘员的方式。现在单个雷达传感器可以检测并确定汽车内所有乘员的位置，将后排座椅中的乘员归类为成人或儿童，并监测乘员的生命体征。雷达具有穿透固体物质的能力，从而使得其可比以往任何时候都更精确地检测无人照管的儿童、监测乘员状态并预估驾驶员的生命体征。

雷达驾驶舱传感器

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