作者： Andreas Pellkofer and Gopal Karnam

汽車(chē)座艙傳感是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，使用傳感器和智能算法的組合具有一系列應(yīng)用。

如今，有兩個(gè)關(guān)鍵方面推動(dòng)了車(chē)內(nèi)傳感技術(shù)的發(fā)展。

首先，正在實(shí)施提高乘員安全性的法規(guī)。Euro NCAP 標(biāo)準(zhǔn)和歐盟委員會(huì) （EC） 法規(guī)都要求到 2022 年使用駕駛員監(jiān)控系統(tǒng) （DMS），美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì) （NTSB） 建議在半自動(dòng)駕駛汽車(chē)中使用 DMS。2021 年已經(jīng)需要手動(dòng)開(kāi)/關(guān)檢測(cè) （HOD） 系統(tǒng)，以滿足聯(lián)合國(guó)關(guān)于車(chē)道保持輔助系統(tǒng) （LKAS） 的立法 （R79）。此外，到2022年，兒童存在檢測(cè)系統(tǒng)將成為美國(guó)的強(qiáng)制性要求。隨著這項(xiàng)即將出臺(tái)的立法，DMS和乘員傳感功能將成為L(zhǎng)2+及以上駕駛輔助平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)功能。

第二個(gè)關(guān)鍵方面是提高乘客的舒適度，例如，通過(guò)情感感知。原始設(shè)備制造商已經(jīng)意識(shí)到這是一個(gè)差異化因素，并將使用領(lǐng)先的創(chuàng)新技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

DMS 如何減少歐盟交通死亡人數(shù)

安全

歐洲運(yùn)輸安全委員會(huì) （ETSC） 計(jì)算出，2019 年歐盟每百萬(wàn)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(huì)宣布了一項(xiàng)重要的一攬子交通安全舉措，其目標(biāo)是“到2030年將道路死亡和重傷減少50%，到2050年實(shí)現(xiàn)零愿景”。

如今，DMS已經(jīng)支持其他高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）。例如，LKAS通常與HOD系統(tǒng)結(jié)合使用，以檢測(cè)駕駛員在方向盤(pán)上的手。系統(tǒng)會(huì)通知駕駛員在需要時(shí)收回控制權(quán)。此外，DMS還提供了新功能來(lái)檢測(cè)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(cè)（VSM）技術(shù)的引入，如心電圖（ECG）或皮膚電活動(dòng)（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(wèn)題出現(xiàn)之前避免它們。例如，如果VSM系統(tǒng)檢測(cè)到駕駛員由于困倦或疲勞而無(wú)法控制汽車(chē)，ADAS可以使汽車(chē)進(jìn)入安全狀態(tài)（減速，轉(zhuǎn)向緊急車(chē)道或停止汽車(chē)）。

安慰

確保出色的駕駛員和乘客體驗(yàn)比以往任何時(shí)候都更加重要。它提供了創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，提高了品牌知名度并確保客戶(hù)忠誠(chéng)度。客戶(hù)不斷增長(zhǎng)的期望使 OEM 有責(zé)任添加提供這種增強(qiáng)體驗(yàn)的功能。個(gè)性化和先進(jìn)的人機(jī)界面（HMI）概念（直觀的車(chē)輛）正在成為用戶(hù)體驗(yàn)的關(guān)鍵組成部分。原始設(shè)備制造商可以通過(guò)實(shí)施獨(dú)特的舒適功能來(lái)增強(qiáng)其品牌。這些可能是基于駕駛員情緒和精神狀況的自動(dòng)氣候控制或環(huán)境光調(diào)節(jié)。免接觸式HMI系統(tǒng)允許駕駛員進(jìn)行交互，而無(wú)需駕駛員將手從方向盤(pán)上移開(kāi)。除了語(yǔ)音操作系統(tǒng)，使用眼動(dòng)追蹤技術(shù)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(hù)忠誠(chéng)度推動(dòng)了對(duì)增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)的需求。

應(yīng)用

車(chē)內(nèi)傳感涵蓋了廣泛的應(yīng)用。圖 1 和圖 2 顯示了應(yīng)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(lái)汽車(chē)中作為標(biāo)準(zhǔn)部署的強(qiáng)制性解決方案。

生命體征監(jiān)測(cè)也是一個(gè)新興功能，不僅可以解決具有健康意識(shí)的駕駛員，還可以通過(guò)監(jiān)控駕駛員的健康、壓力水平、幸福感和操作車(chē)輛的適應(yīng)性來(lái)解決人口老齡化趨勢(shì)。

生物識(shí)別身份驗(yàn)證不僅為個(gè)性化體驗(yàn)提供支持，例如座椅和方向盤(pán)位置以及首選的信息娛樂(lè)設(shè)置，而且還通過(guò)驗(yàn)證車(chē)輛駕駛員的能力提供安全性。

另一個(gè)重要的安全應(yīng)用是乘員感應(yīng)。這確保了如果乘客意外被鎖定在車(chē)內(nèi)，駕駛員將立即收到通知，并能夠檢測(cè)乘客的數(shù)量和年齡。當(dāng)緊急救援人員到達(dá)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(jié)合，從而獲得其他信息。

乘員感應(yīng)的一個(gè)特殊用例是兒童存在檢測(cè)，這將成為（取決于地區(qū)）強(qiáng)制性要求。

先進(jìn)的HMI和手勢(shì)控制提供了增強(qiáng)的用戶(hù)體驗(yàn)（見(jiàn)圖2）。手勢(shì)可以執(zhí)行簡(jiǎn)單的功能，例如跳過(guò)音軌，而不是搜索并按下主控制區(qū)域上的按鈕。

如何應(yīng)對(duì)這些應(yīng)用

當(dāng)我們查看這些應(yīng)用時(shí)，無(wú)論是從它們的物理位置（見(jiàn)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(lái)看，很明顯，單一的傳感解決方案無(wú)法解決所有問(wèn)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(yīng)用的結(jié)合問(wèn)題。需要將多種技術(shù)結(jié)合起來(lái)并協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)不斷提高安全性和舒適性要求的目標(biāo)。

技術(shù)

飛行時(shí)間 （ToF） 技術(shù)

飛行時(shí)間（ToF）相機(jī)是關(guān)鍵技術(shù)之一，可以解決前面描述的幾種應(yīng)用，提供圖像和深度數(shù)據(jù)。

位于儀表板或車(chē)頂?shù)腡oF相機(jī)可用于DMS，例如眼動(dòng)追蹤。ToF已經(jīng)在高級(jí)OEM生產(chǎn)，用于先進(jìn)的HMI和手勢(shì)控制，最佳位置是在車(chē)頂控制臺(tái)。ToF提供了一個(gè)出色的解決方案，不僅可以檢測(cè)孩子的存在，還可以檢測(cè)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(dá)后座（如圖 3 中的紫色所示）。

隨著圖像傳感技術(shù)的進(jìn)步，ToF因其更小的外形尺寸、寬動(dòng)態(tài)范圍的傳感以及在陽(yáng)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(cè)量和中分辨率強(qiáng)度圖像（環(huán)境光不敏感的2D有效亮度圖像）的組合是ToF獨(dú)有的。ADI公司的ToF傳感器具有市場(chǎng)上最高的分辨率（100萬(wàn)像素），可實(shí)現(xiàn)更寬視場(chǎng)的相機(jī)。雖然許多視覺(jué)應(yīng)用都可以使用2D相機(jī)實(shí)現(xiàn)，但3D（深度）信息提供了額外的魯棒性。對(duì)于舒適應(yīng)用，這意味著更好的用戶(hù)體驗(yàn)，而對(duì)于安全應(yīng)用，這是關(guān)鍵的差異化因素。

由于機(jī)艙內(nèi)會(huì)有多個(gè)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(cè)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(lǐng)域，巧妙地混合了硬件和軟件元件。

對(duì)于生物識(shí)別身份驗(yàn)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(shí)現(xiàn)所證明的那樣。

ToF領(lǐng)域的ADI技術(shù)包括ToF成像儀（ADSD3100）、激光驅(qū)動(dòng)器（ADSD3000）和功率穩(wěn)壓器（ADP5071）。

車(chē)載攝像頭巴士（C2B）

為了連接不同的攝像頭，無(wú)論是2D成像儀還是3D ToF，ADI還提供專(zhuān)用的汽車(chē)攝像頭鏈接技術(shù)，車(chē)載攝像頭巴士（C2二?）.C2B是一種低成本解決方案，可傳輸高達(dá)200萬(wàn)像素的攝像頭數(shù)據(jù)以及來(lái)自安裝在車(chē)內(nèi)或車(chē)外的攝像頭的控制信息。

阻抗檢測(cè)

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(cè)量。

阻抗檢測(cè)提供了一種強(qiáng)大而可靠的解決方案，不僅可以檢測(cè)方向盤(pán)上的手，還可以檢測(cè)抓地力的質(zhì)量，這是一個(gè)關(guān)鍵要求。還可以提供手在方向盤(pán)上的位置。EDA 信息可用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)程序的當(dāng)前壓力級(jí)別。

ADI在多個(gè)行業(yè)從事該技術(shù)研究，在這一領(lǐng)域擁有豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。AD5933高精度阻抗轉(zhuǎn)換器目前用于汽車(chē)中的HOD。AD5941W在單個(gè)器件中支持多個(gè)HOD區(qū)域。

心電圖學(xué)

ADI將阻抗檢測(cè)元件與高精度心電圖放大器AD8232W相結(jié)合，提供僅由兩個(gè)元件組成的完整VSM解決方案。ECG和EDA可以監(jiān)測(cè)駕駛員的健康狀態(tài)，但ECG也可用于處理生物識(shí)別認(rèn)證應(yīng)用。

結(jié)論

汽車(chē)行業(yè)正在采用先進(jìn)的車(chē)內(nèi)傳感應(yīng)用來(lái)提高駕駛員和乘客的安全性。消費(fèi)者要求在用戶(hù)體驗(yàn)和個(gè)性化舒適度方面不斷創(chuàng)新。傳感器融合是準(zhǔn)確而強(qiáng)大的 L2+/L3 駕駛員輔助解決方案所必需的。ADI在滿足該市場(chǎng)的檢測(cè)需求方面處于有利地位，并通過(guò)ToF算法（手勢(shì)控制、眼動(dòng)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(lái)支持這些要求。

審核編輯：郭婷