Tin tức về PCB - Cảm biến radar tương tác tạo ra trải nghiệm buồng lái tổng thể

Công nghệ cảm biến mới có thể thúc đẩy sự đổi mới trong các hệ thống hỗ trợ lái xe, tự động hóa ô tô, mạng ô tô và dịch vụ di động. Với mức độ tự động hóa lái xe được cải thiện, một cuộc cách mạng triệt để trong các hệ thống trong xe đã làm cho các hệ thống hỗ trợ ngoài xe thậm chí còn mạnh mẽ hơn để tạo ra trải nghiệm lái xe tổng thể. Bài viết này chủ yếu mô tả cách các cảm biến radar tầm ngắn có thể hỗ trợ một số ứng dụng cảm biến buồng lái ô tô, cụ thể là Hệ thống giám sát lái xe và Hệ thống giám sát phi hành đoàn. Tương tác giữa con người và máy tính (HMI) đang trở thành một lĩnh vực mà các nhà sản xuất ô tô theo đuổi sự khác biệt. Công nghệ tương tác giữa con người và máy tính trong xe hơi lần đầu tiên xuất hiện vào năm 2015, khi nó chỉ sử dụng camera hồng ngoại và hệ thống phản hồi xúc giác MEMS để cho phép cảm biến cử chỉ đơn giản. Ngày nay, công nghệ PCB này đã hướng tới một màn hình kỹ thuật số hoàn toàn được cá nhân hóa và quá khổ. Màn hình M-Byte 48 inch của Byton và hệ thống MBUX của Daimler là những ví dụ điển hình. Những thiết bị này sẽ cách mạng hóa sự tương tác giữa người và xe.

Những tiến bộ của cảm biến trong thu nhỏ, xử lý bảng điều khiển, hiệu quả năng lượng và tích hợp dễ dàng sẽ thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ mới hơn và tiên tiến hơn như cảm biến radar và cảm biến thời gian bay. Hơn nữa, sự kết hợp của cảm biến báo trước hướng phát triển trong tương lai, chẳng hạn như sự kết hợp giữa âm thanh và cử chỉ để dự đoán đáng tin cậy hành động mục tiêu của người dùng, chiếu sáng nút hiển thị khi người dùng đến gần và phân biệt thông tin đầu vào của người lái xe và hành khách. Thông tin cần thiết, thiết kế thẩm mỹ, các yếu tố môi trường và chi phí tính toán sẽ xác định công nghệ cho các trường hợp sử dụng cụ thể. Có rất nhiều trường hợp sử dụng liên quan, bao gồm nhưng không giới hạn ở các ứng dụng thoải mái như cảm biến cử chỉ và các ứng dụng bảo mật thụ động.

Theo Tổ chức Y tế Thế giới, khoảng 1,3 triệu người chết mỗi năm do tai nạn giao thông, 73% trong số đó là do lỗi của con người. Theo Cơ quan Quản lý An toàn Giao thông Quốc gia Hoa Kỳ, hơn 50 trẻ em tử vong mỗi năm do say nắng khi bị mắc kẹt trong xe hơi. Các chương trình chấp nhận xe mới của EU và ASEAN đã thực hiện các bước để giới thiệu hệ thống kiểm tra hiện trường trẻ em và hệ thống giám sát lái xe. Liên minh các nhà sản xuất ô tô Hoa Kỳ đã ký một thỏa thuận tự nguyện vào tháng 9 năm 2019 về hệ thống nhắc nhở ghế sau; 3 Trong khi đó, Quy định 16 của Ủy ban Kinh tế Châu Âu của Liên hợp quốc cung cấp một bản tóm tắt toàn diện về các cảnh báo và hạn chế dây an toàn cho các quốc gia như Liên minh Châu Âu và Nhật Bản. Tiêu chuẩn chức năng hệ thống. Do đó, các ứng dụng an toàn thụ động sáng tạo trong buồng lái, được thúc đẩy bởi luật pháp và quy định, đang mang lại những thay đổi cho an toàn đường bộ.

Xử lý radar - Một loại phát hiện và phạm vi vô tuyến chuyển đổi mới (radar) hoạt động trên nguyên tắc phát ra sóng điện từ và sau đó nhận được sóng điện từ phản xạ từ vật thể. Phần lớn thông tin liên quan đến vật thể được ẩn trong pha và tần số của sóng điện từ mà radar nhận được. Thông tin này có thể được trích xuất dễ dàng và được sử dụng để xác định các thông số cơ bản của mục tiêu, chẳng hạn như khoảng cách, góc và tốc độ. Thông tin thêm về các chuyển động cơ thể tinh tế, thậm chí cả chuyển động ngực do nhịp tim và hơi thở, có thể thu được thông qua việc chuyển đổi các tín hiệu hai chiều và ba chiều, chẳng hạn như Doppler khoảng cách hoặc Doppler vi mô. Để phân loại, hình ảnh đám mây điểm radar cũng có thể được sử dụng.

Một số ưu điểm độc đáo của radar là nó có thể cảm nhận vật thể từ góc hình dạng mà không phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng, có thể duy trì sự riêng tư của dữ liệu thông qua thông tin được mã hóa bên trong và có thể hoạt động cả trong điều kiện đường ngắm và ngoài đường ngắm. Nhưng ứng dụng của nó phụ thuộc vào trường hợp sử dụng cụ thể. Một số ví dụ sẽ được thảo luận dưới đây.

Đối với hệ thống giám sát tài xế, công nghệ cảm biến tiên tiến nhất hiện nay là camera 2D. Những camera này thường được gắn trực tiếp trên tay lái hoặc bảng điều khiển phía trước người lái, gần đồng hồ tốc độ và tốc độ kế. Trong những tình huống cực kỳ cần thiết để có được một sự hiểu biết tổng thể về sức khỏe sinh lý của người lái xe, chẳng hạn như trong các tình huống ùn tắc giao thông, một phương pháp kết hợp đa cảm biến có thể là cần thiết để đạt được lái xe tự động ở cấp độ thứ hai hoặc cao hơn. Bảng 1 tóm tắt một số phương pháp áp dụng cho các trường hợp sử dụng khác nhau.

Trong quá trình xử lý tín hiệu quan trọng tiêu chuẩn của radar, công nghệ giao thoa radar là cần thiết để theo dõi sự thay đổi pha của mục tiêu được phát hiện theo thời gian. 6,7 Sau khi thực hiện chuyển đổi Fourier nhanh (FFT) về khoảng cách, kỹ thuật CFAR 1D truyền thống có thể được kết hợp với tìm kiếm đỉnh hoặc tỷ lệ công suất đỉnh trên đầu trang (PAPR) trên phổ khoảng cách. Tỷ lệ công suất đỉnh trên đầu trang trong miền thời gian chậm trong kho khoảng cách của mục tiêu tiềm năng được sử dụng làm chỉ số để chọn mục tiêu tiềm năng. Đối với các mục tiêu tĩnh, đỉnh FFT gần với mức trung bình của phổ FFT trong miền thời gian chậm; Nếu đó là mục tiêu rung động, chẳng hạn như nhịp tim hoặc hơi thở, mức trung bình là rất nhỏ, làm cho PAPR lớn.

Phát hiện Doppler quan trọng có thể được thực hiện theo hai cách sau khi chọn trước khoảng cách mục tiêu: 1. Ước tính độ lệch chuẩn của dữ liệu IQ trong miền thời gian chậm để xem liệu nó có nằm trong phạm vi giá trị quy định hay không; 2. Nếu trong dải tần số của các dấu hiệu quan trọng không có đỉnh năng lượng trong dải (0,2-3,3 Hz), phép đo được thực hiện bằng cách sử dụng phổ khoảng cách. Vì tiếng ồn trắng làm cho tín hiệu sai trở thành tín hiệu hợp lệ, phát hiện Doppler là một bước rất quan trọng trước khi tín hiệu được lọc qua bộ lọc băng thông để loại bỏ mục tiêu tĩnh.

Sau khi hoàn thành phát hiện dấu hiệu quan trọng, dữ liệu IQ đạt được khoảng cách tiêu chuẩn được mô tả ở trên được điều chỉnh bằng thuật toán xây dựng lại elliptic để loại bỏ sự mất cân bằng về độ lệch, pha và biên độ do lỗi phần cứng. Bằng cách ánh xạ hình elip vào một vòng tròn hoàn hảo, việc tái tạo hình elip có thể giúp loại bỏ các biên độ và pha lệch này. 8 Hình 2 cho thấy tín hiệu IQ được xây dựng lại khi thuật toán tái tạo elip được sử dụng cho các mục tiêu quan trọng bình thường và chuyển động cơ thể ngẫu nhiên can thiệp vào việc tái tạo. Tiếp theo, bằng cách mở rộng mô-đun pha, pha thực ban đầu của sóng được xây dựng lại từ bội số 2ß của nó bằng cách sử dụng pha tín hiệu thu được. Đối với các bước nhảy pha lớn hơn -Í hoặc+Í, cần thêm hoặc trừ 2 Í tương ứng. Giai đoạn mở rộng chứa tín hiệu dịch chuyển: trong đó: » là bước sóng của sóng mang và (t) là giai đoạn được trích xuất trong miền thời gian chậm. Tín hiệu dịch chuyển thu được chứa sự chồng chất của tín hiệu hô hấp và tín hiệu nhịp tim. Khi tần số bắt đầu và dừng lần lượt là 0,2Hz và 0,4Hz, hãy để tín hiệu dịch chuyển ước tính tần số hô hấp bằng bộ lọc băng thông; Và nhịp tim được ước tính là 0,8Hz và 3Hz tương ứng. Có nhiều cách để ước tính nhịp thở hoặc nhịp tim, bao gồm:

1. Kỹ thuật ước tính phổ khoảng cách yêu cầu chuyển đổi Fourier nhanh (FFT) của tín hiệu dịch chuyển sau khi lọc. Nhịp tim và số lần thở có thể được ước tính tương ứng thông qua đỉnh của trung tâm phổ FFT và nhịp thở. Hình 3 cho thấy ước tính tần số của các dấu hiệu quan trọng bằng cách sử dụng phương pháp phân tích phổ khoảng cách. Tần số hô hấp và nhịp tim được ước tính bằng cách lọc thống kê các đỉnh trong tín hiệu dịch chuyển miền thời gian. Hình 4 ước tính tần suất của các dấu hiệu quan trọng bằng cách thực hiện thống kê đỉnh của dữ liệu miền thời gian sau khi lọc. Hình tam giác màu đỏ đại diện cho đỉnh được phát hiện trong cửa sổ tín hiệu nhịp tim. Cảm biến buồng lái là một thị trường mới nổi dự kiến sẽ đi một chặng đường dài với các quy định địa phương. Radar được coi là một công nghệ có tiềm năng cao có thể được sử dụng để giải quyết nhiều vấn đề, bao gồm các ứng dụng an toàn thụ động như phát hiện trẻ em bị mắc kẹt và cảm nhận sự hiện diện. Công nghệ xử lý tín hiệu và học sâu sáng tạo sẽ cho phép các ứng dụng này đạt được độ tin cậy cao hơn, dẫn đến sự cân bằng hoàn hảo giữa chi phí tính toán, mức độ thông tin cần thiết cho các trường hợp sử dụng cụ thể và mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống. Trong tương lai, phương pháp hội tụ đa cảm biến PCB sẽ có thể tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh và đáng tin cậy hơn bằng cách thực hiện dự phòng cảm biến.