新興的汽車車內傳感解決方案確保安全性和舒適性

作者： Andreas Pellkofer and Gopal Karnam

汽車座艙傳感是一個快速發(fā)展的領域，使用傳感器和智能算法的組合具有一系列應用。

如今，有兩個關鍵方面推動了車內傳感技術的發(fā)展。

首先，正在實施提高乘員安全性的法規(guī)。Euro NCAP 標準和歐盟委員會 （EC） 法規(guī)都要求到 2022 年使用駕駛員監(jiān)控系統(tǒng) （DMS），美國國家運輸安全委員會 （NTSB） 建議在半自動駕駛汽車中使用 DMS。2021 年已經(jīng)需要手動開/關檢測 （HOD） 系統(tǒng)，以滿足聯(lián)合國關于車道保持輔助系統(tǒng) （LKAS） 的立法 （R79）。此外，到2022年，兒童存在檢測系統(tǒng)將成為美國的強制性要求。隨著這項即將出臺的立法，DMS和乘員傳感功能將成為L2+及以上駕駛輔助平臺的標準功能。

第二個關鍵方面是提高乘客的舒適度，例如，通過情感感知。原始設備制造商已經(jīng)意識到這是一個差異化因素，并將使用領先的創(chuàng)新技術來解決這個問題。

DMS 如何減少歐盟交通死亡人數(shù)

安全

歐洲運輸安全委員會 （ETSC） 計算出，2019 年歐盟每百萬居民中有 51 人在道路交通事故中喪生，其中 95% 的病例是由人為因素引起的：駕駛員失誤、分心、嗜睡、壓力或疲勞。1歐盟委員會宣布了一項重要的一攬子交通安全舉措，其目標是“到2030年將道路死亡和重傷減少50%，到2050年實現(xiàn)零愿景”。

如今，DMS已經(jīng)支持其他高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）。例如，LKAS通常與HOD系統(tǒng)結合使用，以檢測駕駛員在方向盤上的手。系統(tǒng)會通知駕駛員在需要時收回控制權。此外，DMS還提供了新功能來檢測駕駛員的健康狀況并確保足夠的注意力水平。

生命體征監(jiān)測（VSM）技術的引入，如心電圖（ECG）或皮膚電活動（EDA→皮膚阻抗），提供了感知駕駛員健康和壓力水平的能力，以便在潛在問題出現(xiàn)之前避免它們。例如，如果VSM系統(tǒng)檢測到駕駛員由于困倦或疲勞而無法控制汽車，ADAS可以使汽車進入安全狀態(tài)（減速，轉向緊急車道或停止汽車）。

安慰

確保出色的駕駛員和乘客體驗比以往任何時候都更加重要。它提供了創(chuàng)新的機會，提高了品牌知名度并確保客戶忠誠度?？蛻舨粩嘣鲩L的期望使 OEM 有責任添加提供這種增強體驗的功能。個性化和先進的人機界面（HMI）概念（直觀的車輛）正在成為用戶體驗的關鍵組成部分。原始設備制造商可以通過實施獨特的舒適功能來增強其品牌。這些可能是基于駕駛員情緒和精神狀況的自動氣候控制或環(huán)境光調節(jié)。免接觸式HMI系統(tǒng)允許駕駛員進行交互，而無需駕駛員將手從方向盤上移開。除了語音操作系統(tǒng)，使用眼動追蹤技術的更精確的DMS繼續(xù)縮小與傳統(tǒng)觸摸界面的差距。差異化和客戶忠誠度推動了對增強用戶體驗的需求。

應用

車內傳感涵蓋了廣泛的應用。圖 1 和圖 2 顯示了應用示例。

駕駛員監(jiān)控滿足了法規(guī)要求，具有HOD系統(tǒng)等功能，并正在成為未來汽車中作為標準部署的強制性解決方案。

生命體征監(jiān)測也是一個新興功能，不僅可以解決具有健康意識的駕駛員，還可以通過監(jiān)控駕駛員的健康、壓力水平、幸福感和操作車輛的適應性來解決人口老齡化趨勢。

生物識別身份驗證不僅為個性化體驗提供支持，例如座椅和方向盤位置以及首選的信息娛樂設置，而且還通過驗證車輛駕駛員的能力提供安全性。

另一個重要的安全應用是乘員感應。這確保了如果乘客意外被鎖定在車內，駕駛員將立即收到通知，并能夠檢測乘客的數(shù)量和年齡。當緊急救援人員到達事故發(fā)生之前，可以將這些數(shù)據(jù)與緊急呼叫（eCall）系統(tǒng)相結合，從而獲得其他信息。

乘員感應的一個特殊用例是兒童存在檢測，這將成為（取決于地區(qū)）強制性要求。

先進的HMI和手勢控制提供了增強的用戶體驗（見圖2）。手勢可以執(zhí)行簡單的功能，例如跳過音軌，而不是搜索并按下主控制區(qū)域上的按鈕。

如何應對這些應用

當我們查看這些應用時，無論是從它們的物理位置（見圖3）、舒適性與安全性方面，還是從它們需要提供的解決方案來看，很明顯，單一的傳感解決方案無法解決所有問題。需要具有不同傳感模式的傳感器融合。需要解決安全性和舒適性應用的結合問題。需要將多種技術結合起來并協(xié)同工作，以實現(xiàn)不斷提高安全性和舒適性要求的目標。

技術

飛行時間 （ToF） 技術

飛行時間（ToF）相機是關鍵技術之一，可以解決前面描述的幾種應用，提供圖像和深度數(shù)據(jù)。

位于儀表板或車頂?shù)腡oF相機可用于DMS，例如眼動追蹤。ToF已經(jīng)在高級OEM生產(chǎn)，用于先進的HMI和手勢控制，最佳位置是在車頂控制臺。ToF提供了一個出色的解決方案，不僅可以檢測孩子的存在，還可以檢測他們的身體位置。您可以看到需要傳感器的不同位置才能使視線到達后座（如圖 3 中的紫色所示）。

隨著圖像傳感技術的進步，ToF因其更小的外形尺寸、寬動態(tài)范圍的傳感以及在陽光直射下工作的能力而成為首選的深度傳感方法。高分辨率距離測量和中分辨率強度圖像（環(huán)境光不敏感的2D有效亮度圖像）的組合是ToF獨有的。ADI公司的ToF傳感器具有市場上最高的分辨率（100萬像素），可實現(xiàn)更寬視場的相機。雖然許多視覺應用都可以使用2D相機實現(xiàn)，但3D（深度）信息提供了額外的魯棒性。對于舒適應用，這意味著更好的用戶體驗，而對于安全應用，這是關鍵的差異化因素。

由于機艙內會有多個攝像頭支持不同的用例，因此攝像頭必須支持干擾消除，以減少深度測量中的誤差。這些挑戰(zhàn)必須在系統(tǒng)層面解決，ADI正在積極探索這一領域，巧妙地混合了硬件和軟件元件。

對于生物識別身份驗證，ToF可以提供非常安全的解決方案，這使得欺騙系統(tǒng)變得非常困難，正如其他實現(xiàn)所證明的那樣。

ToF領域的ADI技術包括ToF成像儀（ADSD3100）、激光驅動器（ADSD3000）和功率穩(wěn)壓器（ADP5071）。

車載攝像頭巴士（C2B）

為了連接不同的攝像頭，無論是2D成像儀還是3D ToF，ADI還提供專用的汽車攝像頭鏈接技術，車載攝像頭巴士（C2二?）.C2B是一種低成本解決方案，可傳輸高達200萬像素的攝像頭數(shù)據(jù)以及來自安裝在車內或車外的攝像頭的控制信息。

阻抗檢測

ADI提供多種VSM解決方案，并與軟件合作伙伴密切合作，為心率變異性、壓力等功能提供整體系統(tǒng)解決方案。AD5941W是一款集成解決方案，適用于HOD和EDA測量。

阻抗檢測提供了一種強大而可靠的解決方案，不僅可以檢測方向盤上的手，還可以檢測抓地力的質量，這是一個關鍵要求。還可以提供手在方向盤上的位置。EDA 信息可用于檢測驅動程序的當前壓力級別。

ADI在多個行業(yè)從事該技術研究，在這一領域擁有豐富的專業(yè)知識。AD5933高精度阻抗轉換器目前用于汽車中的HOD。AD5941W在單個器件中支持多個HOD區(qū)域。

心電圖學

ADI將阻抗檢測元件與高精度心電圖放大器AD8232W相結合，提供僅由兩個元件組成的完整VSM解決方案。ECG和EDA可以監(jiān)測駕駛員的健康狀態(tài)，但ECG也可用于處理生物識別認證應用。

結論

汽車行業(yè)正在采用先進的車內傳感應用來提高駕駛員和乘客的安全性。消費者要求在用戶體驗和個性化舒適度方面不斷創(chuàng)新。傳感器融合是準確而強大的 L2+/L3 駕駛員輔助解決方案所必需的。ADI在滿足該市場的檢測需求方面處于有利地位，并通過ToF算法（手勢控制、眼動追蹤等）和VSM（例如ECG分析）的硬件和軟件算法合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)來支持這些要求。

審核編輯：郭婷