L'actualité PCB - Capteurs radar interactifs pour créer une expérience de Cockpit globale

Les nouvelles technologies de capteurs peuvent stimuler l’innovation dans les systèmes d’aide à la conduite, l’automatisation automobile, les réseaux automobiles et les services de mobilité. Avec l'augmentation des niveaux d'automatisation de la conduite, une révolution complète des systèmes embarqués rend les systèmes d'assistance hors - bord encore plus puissants, créant ainsi une expérience de conduite globale. Cet article décrit principalement comment les capteurs radar à courte portée peuvent soutenir certaines applications de détection de Cockpit automobile, à savoir les systèmes de surveillance du conducteur et les systèmes de surveillance des occupants. L'interaction homme - machine (IHM) devient un domaine dans lequel les constructeurs automobiles cherchent à se différencier. La technologie d'interaction homme - machine automobile est apparue pour la première fois en 2015, lorsqu'elle n'utilisait qu'une caméra infrarouge et un système de rétroaction tactile MEMS pour permettre une détection gestuelle simple. Aujourd'hui, cette technologie de PCB a évolué vers des écrans numériques entièrement personnalisés et surdimensionnés. L’écran COPILOT m - byte 48 pouces de byton et le système mbux de Daimler en sont des exemples typiques. Ces instruments automobiles vont révolutionner l’interaction entre l’homme et la voiture.

Les progrès réalisés dans la miniaturisation des capteurs, la manipulation des tableaux de bord, l'efficacité énergétique et la facilité d'intégration faciliteront le développement de technologies plus récentes et plus avancées telles que les capteurs radar et les capteurs de temps de vol. En outre, la fusion de capteurs laisse présager des orientations futures, telles que la combinaison de sons et de gestes pour prédire de manière fiable les actions ciblées de l'utilisateur, éclairer les boutons d'affichage lorsque l'utilisateur est proche et différencier les informations d'entrée du conducteur et du passager. Les informations requises, la conception esthétique, les facteurs environnementaux et les coûts de calcul définiront la technologie pour un cas d'utilisation particulier. Il existe de nombreux cas d'utilisation connexes, y compris, mais sans s'y limiter, les applications de confort telles que la détection gestuelle et les applications de sécurité passive.

Selon les statistiques de l'Organisation mondiale de la santé, environ 1,3 million de personnes meurent chaque année dans des accidents de la circulation, dont 73% sont dus à l'erreur humaine. Selon la National Highway Traffic Safety Administration, plus de 50 enfants meurent chaque année des suites d'un coup de chaleur dans leur voiture. 2 les programmes d'acceptation des nouveaux véhicules de l'UE et de l'ASEAN prennent déjà des mesures pour introduire un système de détection de présence des enfants et un système de surveillance des conducteurs. L’union des constructeurs automobiles américains a signé un accord volontaire sur les systèmes de rappel des sièges arrière en septembre 2019; 3 dans le même temps, le règlement No 16 de la Commission économique pour l'Europe des Nations Unies fournit une description complète des rappels et des mesures restrictives concernant les ceintures de sécurité dans des pays tels que l'Union européenne et le Japon. Normes fonctionnelles du système. 4 ainsi, les applications innovantes de sécurité passive dans le cockpit, motivées par les lois et règlements, apportent des changements à la sécurité routière.

Traitement Radar – un nouveau type de détection et de télémétrie Radio transformationnelle (radar) fonctionne en émettant des ondes électromagnétiques, puis en recevant celles réfléchies par un objet. La plupart des informations relatives aux objets sont cachées dans la phase et la fréquence des ondes électromagnétiques reçues par le radar. Ces informations peuvent être facilement extraites et utilisées pour localiser les paramètres de base de la cible, tels que la distance, l'angle et la vitesse. Grâce à la conversion de signaux bidimensionnels et tridimensionnels, tels que le Doppler de distance ou le micro - Doppler, il est possible d'obtenir plus d'informations sur les mouvements corporels subtils et même les mouvements thoraciques causés par les battements de cœur et la respiration. Pour la classification, une image de nuage de points radar peut également être utilisée.

Certains des avantages uniques d'un radar sont qu'il peut percevoir des objets d'un point de vue de la forme sans dépendre des conditions de lumière, peut maintenir la confidentialité des données avec des informations codées en interne, et peut fonctionner à la fois en ligne de mire et hors ligne de mire. Mais son application dépend du cas d'utilisation spécifique. Quelques exemples seront discutés ci - dessous.

Pour les systèmes de surveillance du conducteur, la technologie de capteur la plus avancée actuellement disponible est la caméra 2D. Ces caméras sont généralement montées directement sur le volant ou le tableau de bord devant le conducteur, à proximité du tachymètre et du tachymètre. Dans les cas où il est extrêmement nécessaire de connaître la santé physiologique du conducteur dans son ensemble, par exemple dans un scénario d'embouteillage, il peut être nécessaire d'adopter une approche combinée Multi - capteurs pour atteindre un niveau de conduite autonome secondaire ou supérieur. Le tableau 1 résume certaines des méthodes applicables aux différents cas d'utilisation.

Dans le processus standard de traitement des signaux de signes vitaux Radar, des techniques d'interférométrie radar sont nécessaires pour surveiller l'évolution de la phase de la cible détectée au fil du temps. 6,7 après traitement par transformée de Fourier rapide (FFT) de la distance, il est possible de combiner la technique traditionnelle 1D CFAR avec une recherche de crête sur le spectre de distance ou un rapport de puissance moyenne crête (PAPR). Le rapport de puissance moyenne crête dans le domaine temporel lent dans le bac de distance de la cible potentielle est utilisé comme indicateur de sélection de la cible potentielle. Pour une cible au repos, le pic de FFT est proche de la moyenne du spectre de FFT dans le domaine temporel lent; S'il s'agit d'une cible vibratoire, par example un battement de coeur ou une respiration, la moyenne est très faible, de sorte que le PAPR est grand.

Après sélection préalable de l'intervalle de distance cible, la détection Doppler des signes vitaux peut être effectuée de deux manières: 1. Estimer l'écart type des données IQ dans le domaine du temps lent pour voir si elle se situe dans la plage de valeurs spécifiées; 2. Si dans la gamme de fréquences des signes vitaux il n'y a pas de pic d'énergie dans la gamme (0,2 - 3,3 Hz), la mesure est effectuée à l'aide du spectre de distance. Étant donné que le bruit blanc rend le mauvais signal valide, la détection Doppler est une étape très importante avant que le signal ne filtre une cible statique à travers un filtre passe - bande.

Une fois la détection des signes vitaux terminée, les données IQ atteignant l'intervalle de distance standard ci - dessus sont corrigées à l'aide d'un algorithme de reconstruction elliptique pour éliminer les décalages, les déséquilibres de phase et d'amplitude causés par des défauts matériels. En mappant l'ellipse sur un cercle parfait, la reconstruction elliptique peut aider à éliminer ces décalages d'amplitude et de phase. 8 La figure 2 montre le signal IQ reconstruit lorsque l'algorithme de reconstruction elliptique est utilisé pour des cibles normales de signes vitaux et que des mouvements corporels aléatoires interfèrent avec la reconstruction. Ensuite, la phase réelle originale de l'onde est reconstruite à partir de ses multiples 2ß à l'aide de la phase du signal obtenu, à l'aide d'un module de déploiement de phase. Pour les sauts de phase supérieurs à - Í ou + Í, il faut ajouter ou soustraire 2 Í, respectivement. La phase développée contient le signal de déplacement: où: » est la longueur d'onde de la porteuse, \ (t) est la phase extraite dans le domaine du temps lent. Le signal de déplacement résultant contient une superposition du signal respiratoire et du signal de fréquence cardiaque. Laisser passer le signal de déplacement à travers un filtre passe - bande pour estimer la fréquence respiratoire lorsque les fréquences de début et d'arrêt sont respectivement de 0,2 Hz et 0,4 Hz; Et la fréquence cardiaque est estimée à 0,8 Hz et 3 Hz, respectivement. 10 il existe de nombreuses façons d’estimer la fréquence respiratoire ou la fréquence cardiaque, notamment:

Les techniques d'estimation spectrale de distance nécessitent une transformée de Fourier rapide (FFT) du signal de déplacement filtré. Par les pics de la fréquence centrale et de la fréquence respiratoire du spectre de distance FFT, il est possible d'estimer séparément la fréquence cardiaque et le nombre de respirations. La figure 3 montre l'estimation de la fréquence des signes vitaux à l'aide de la méthode d'analyse par spectrométrie de distance. La fréquence respiratoire et la fréquence cardiaque sont estimées par filtrage statistique des pics dans le signal de déplacement temporel. La figure 4 estime la fréquence des signes vitaux en effectuant des statistiques de crête sur les données temporelles filtrées. Le Triangle rouge représente le pic détecté dans la fenêtre de signal du rythme cardiaque. La détection de Cockpit est un marché émergent qui devrait faire beaucoup de chemin avec l'introduction de réglementations locales. Le radar est considéré comme une technologie à fort potentiel pour résoudre de nombreux problèmes, y compris les applications de sécurité passive telles que la détection des enfants bloqués et la détection de présence. Des technologies innovantes de traitement du signal et de Deep Learning permettront à ces applications d'atteindre un niveau de fiabilité supérieur, permettant un équilibre parfait entre les coûts de calcul, le niveau d'information requis pour un cas d'utilisation particulier et la consommation d'énergie du système. À l'avenir, l'approche de fusion Multi - capteurs PCB devrait permettre de créer un système plus complet et plus fiable en implémentant la redondance des capteurs.