恩智浦 UWB ROA Euro NCAP 兒童存在偵測

雷達偵測幼童救命關鍵 UWB後座警報倍增汽車安全

2023-02-07
意外將幼童遺忘於汽車後座可能導致嚴重後果,近來汽車配備無線通訊技術的趨勢逐漸普及,促使車廠運用新興技術解決安全疑慮。應運而生的兒童存在偵測功能日漸受到重視,而超寬頻將成為守護乘客性命的重要技術。

隨著越來越多的汽車配備超寬頻(UWB)通訊技術,汽車廠商正在研究如何將超寬頻納入後座乘員警報(ROA)系統,避免弱勢乘客在停放的汽車中因為高溫而造成嚴重後果。超寬頻可以在車艙內尋找生命跡象,在有人滯留車內時發出警報。

停放的汽車類似烤箱,整體由金屬製成,配有硬質塑膠控制台和由合成材料或皮革製成的座椅,很容易吸收並保存熱量。車艙內的溫度迅速升高,將為車內滯留人員帶來危險。

對於兒童來說,中暑是個特別嚴重的問題,因為他們的身體更容易受到高溫的影響。嬰幼兒和幼童無法有效調節身體體溫,容易脫水並暴露於高溫產生不良影響。兒童的體溫達到40ºC時可能會出現嚴重的併發症,包括癲癇、腎衰竭;體溫達到41.7ºC時,兒童甚至可能死亡。根據2021年《消費者報告》汽車測試賽道(Consumer Reports Auto Test Track),當外部平均溫度為16.1ºC時,汽車停放一小時,內部溫度可達40.5ºC以上。

危險來得很快,即使在溫和多雲的天氣,汽車內部溫度也會在兩小時左右上升到危及生命的程度。在炎熱的仲夏,即使汽車停在陰涼處,如果車窗關閉,只需幾分鐘,車內便會達到致命的溫度。

法規/技術並進 兒童偵測不可輕忽

在非營利組織和消費者權益團體的努力下,越來越多的人開始意識到這一危險。美國關於這一問題的統計資料最為詳細,KidsAndCars.org和NoHeatStroke.org針對車輛熱死事故進行追蹤,KidsAndCars.org主要關注與車輛相關的兒童傷害,NoHeatStroke.org則隸屬於美國國家安全委員會(National Safety Council)。他們的綜合發現清楚顯示美國及世界其他地區的具體情況:

.自上世紀90年代末,為了避免安全氣囊造成的傷害,越來越多的兒童開始坐在後排座位。自那時起,美國至少有955起車內熱死事件,同期兒童前排乘客安全氣囊致死事件約有186起。

.在美國,每年約有38名兒童死于車內中暑,構成14歲及以下兒童車內死亡(不包括車禍)的主要原因。

.高溫致死的兒童85%以上年齡不超過3歲。這個年齡段的孩子通常會被扣在專門設計的後向安全座椅上,從車艙前部不容易看到。

.有些孩子是在父母或其他監護人不知情的情況下,自行爬進未上鎖的車輛,但大多數孩子是被意外滯留。溝通有誤、意外事件,甚至是在智慧自動駕駛儀上執行熟悉的例行程式,均可能導致司機離開汽車時沒有意識到車內有睡著的嬰兒或幼童,因而導致意外發生。

在法律法規尚未覆蓋的地方,一些政府機構正在努力培訓駕駛員。例如在美國,國家公路交通安全管理局(NHTSA)敦促每個人鎖車前進行檢查,促使司機養成在離開汽車前檢查後座的習慣。

汽車廠商也正在透過技術幫助檢查和保護弱勢乘客。為了鼓勵這項工作推進,歐洲新車評鑑計畫(Euro NCAP)更新其對安全等級的要求。從2022年開始,Euro NCAP將開始為兒童存在偵測功能評分,該功能定義為能夠偵測到獨自留在車內的兒童,並提醒車主和/或應急服務機構,避免兒童因中暑而死亡。

Euro NCAP評級體系深受消費者推崇和信賴,汽車廠商在設計時會遵守Euro NCAP的要求。因此,更新後的Euro NCAP對兒童存在偵測的要求有望提高此類機制的普及率。

車內雷達成救命繩索

偵測到停放的汽車中有生命跡象後,後座乘員警報(ROA)系統可以向群組發送消息,在司機離開汽車前發出提醒。如果駕駛座車門在通知解除之前關閉,雷達系統可以在預定時間內(例如10秒)繼續掃描後座或貨艙。如果在此期間偵測到生命跡象,表示有人滯留在車內,系統將透過警報聲、警示燈或簡訊通知駕駛員,解鎖汽車即可消除警報(圖1)。根據2025年Euro NCAP發展路線圖,自2022年起,汽車廠商若在標配產品中納入兒童存在偵測功能,將獲得政策獎勵。

圖1 超寬頻雷達兒童存在檢測

部分早期ROA系統使用超聲波掃描車艙,在車頂控制台或B柱(車的前門和後門之間的位置)安裝3D超聲波感測器。感測器發出聲波脈衝,使用數位訊號處理分析車內物體反射聲波的方式,藉此確定車內有多少活著的生物。但該計算模式會受到外部振動和雜訊干擾,很難獲得準確讀數。

相比之下,雷達使用電磁波而非聲波來確定物體的存在,不易受到外部振動和雜訊的影響。與基於超聲波的ROA系統類似,基於雷達的ROA系統使用複雜訊號處理功能來偵測物體、識別運動模式、追蹤運動變化並去除雜訊。

基於最近發布的超寬頻無線規範的雷達已經問世,尤其適合用於汽車應用,並正在考慮用於兒童存在偵測功能。

超寬頻雷達特性

超寬頻雷達作為兒童存在偵測和ROA系統的潛在選項而備受關注,主要有兩個原因。

.穩健性

超寬頻雷達的工作頻率相對較低(在6~8GHz範圍內),可以穿透汽車內部的固體材料,如金屬屏障、汽車座椅甚至是嬰兒毯。具有穿透堅硬表面的能力代表超寬頻雷達不僅可以掃描後座,還可掃描貨艙或後車廂。

.高精度

超寬頻雷達可提供高度精確的位置、距離和速度讀數,有助生命跡象探測。超寬頻雷達甚至可以精確偵測非常細微的運動,例如嬰兒呼吸時胸部的微小起伏。搜救隊使用超寬頻尋找牆後或被埋在廢墟中的人員,醫務人員則將其用於非接觸式生命體徵監測,包括心率和呼吸頻率。

超寬頻汽車應用多 車輛安全大幅提升

超寬頻是一種新興的汽車應用技術。它開啟了空間意識,可以感知物體和人員在汽車中的位置,進而產生許多新穎應用。例如,超寬頻逐步將智慧手機轉變為安全先進的遙控鑰匙,使用者的手機放在口袋或包裡就能打開並啟動汽車,並可透過智慧手機遠端安全停車。汽車超寬頻還可用於自動拖車掛接裝置啟動、自動代客泊車、自動泊車、停車場進出和快速支付。

許多廠商大力推動超寬頻技術,如恩智浦(NXP)在汽車超寬頻領域進行創新,為FiRa聯盟(FiRa Consortium)創始成員,該聯盟為旨在發展超寬頻技術生態合作體系的產業合作組織,同時,恩智浦也具備車聯網聯盟(Car Connectivity Consortium)理事會成員身分,其為致力於智慧手機和汽車連接解決方案技術發展的跨行業組織。在技術解決方案方面,恩智浦Trimension產品系列包括一系列超寬頻選項,橫跨汽車、行動設備和物聯網(IoT)應用,實現安全的精密測距和感測。

為了支援ROA應用,恩智浦將提供超寬頻雷達積體電路解決方案,以實現精確、快速的整合和經濟高效的部署。這些解決方案將結合高運動靈敏度和手勢識別,因此也可以用作腳踢感測器(Kick Sensor)開啟後車廂。

在完整評估套件和範例應用與參考設計的支援下,汽車超寬頻雷達系統可與汽車基於超寬頻的智慧存取系統相容,最大限度地利用對超寬頻的投資,使其能夠輕鬆擴展功能並降低OEM的系統成本。

有了基於超寬頻雷達的ROA系統,汽車廠商不僅可以滿足Euro NCAP的五星級安全等級,還能透過偵測弱勢乘客和確認生命跡象,進一步提高安全性。此外,汽車廠商還可以基於兒童存在偵測功能進行建構,利用艙內超寬頻雷達打造其他救生功能,以及更廣泛的健康監測系統。

(本文作者為恩智浦市場行銷經理)

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