Radar mmWave per il monitoraggio dell’abitacolo

I miglioramenti tecnologici nell'ambito automotive hanno aumentato la sicurezza dei conducenti delle autovetture. Le tecnologie per i sistemi di assistenza di guida avanzata (ADAS) come adaptive cruise control, frenata di emergenza autonoma e gli avvisi di collisione frontale, sono risultati critici in molte situazioni. Questi sono tutti esempi di soluzioni radar esterne, fuori dal veicolo, che servono per proteggere conducente e passeggeri. In questo articolo, invece, andremo a descrivere come la tecnologia di rilevamento radar possa essere applicata all'interno dell'abitacolo di un'autovettura come soluzione al problema dei bambini dimenticati sul sedile posteriore.

Introduzione

Il problema dei bambini dimenticati sul sedile posteriore di un'auto è noto a tutti. Frequenti, infatti, sono i fatti di cronaca che, soprattutto nella stagione estiva, vengono riportati all'attenzione pubblica dagli organi di stampa. La problematica della rilevazione della presenza di bambini all'interno dell'abitacolo di un veicolo, ha attirato l'attenzione del programma europeo di valutazione dei nuovi modelli di automobili (NCAP). La road map 2025 di NCAP ha identificato il rilevamento della presenza di bambini come un sistema di sicurezza terziario proposto come obbligatorio per le auto future. Dato l'impulso legislativo, i produttori di veicoli hanno iniziato a sviluppare molteplici soluzioni al problema. Questo articolo prende in esame la tecnologia radar per il rilevamento della presenza dei bambini all'interno dei veicoli, come migliore soluzione all'annoso problema.

Requisiti del sistema

L'obiettivo dei nuovi regolamenti sarà quello di portare i veicoli ad essere in grado di rilevare la presenza di un bambino intrappolato nell'abitacolo. Questo sarà valido per la protezione di neonati e bambini fino a sei anni. Le situazioni potenzialmente pericolose includono:

Bambini lasciati accidentalmente a bordo di un veicolo
Bambini lasciati intenzionalmente a bordo di un veicolo
Bambini dai tre ai sei anni che sono entrati in un veicolo aperto e poi sono rimasti intrappolati al suo interno

Il sistema di protezione del veicolo deve poter prendere in considerazione tutte le probabili posizioni del bambino all'interno dell'abitacolo, come i posti a sedere, tutte le file dei sedili e i sedili opzionali e rimovibili. Alcuni esempi sono:

Seggiolino auto rivolto all'indietro
Bambino sotto una coperta
Bambino che dorme in assenza di movimento

Il sistema deve essere sufficientemente sofisticato per rilevare un bambino addormentato sotto una coperta, ma non innescare un falso positivo per oggetti inanimati come un pallone da calcio o un cestino per il pranzo o essere distratto da attività intorno al veicolo, come i pedoni e altri veicoli in movimento.

Tecnologie di rilevamento in cabina

Il rilevamento della presenza di bambini o il monitoraggio dell'abitacolo possono essere implementati con l'ausilio di tre tecnologie: sensori radar, telecamere o sensori a ultrasuoni. Una telecamera usata come sensore per il monitoraggio in cabina (e montata sul cruscotto) è efficace solo per il monitoraggio del conducente, ma non per l'intero abitacolo. I bambini presenti sul sedile posteriore non sono coperti da un sistema basato su telecamera in quanto è difficile vedere attraverso i sedili e gli altri passeggeri, e la telecamera comporta anche il problema della privacy. I sensori a ultrasuoni sono economici e affidabili per un'applicazione automobilistica come l'assistenza al parcheggio. Tuttavia, il tasso di risposta per il rilevamento di oggetti presenti nel campo visivo è basso. Anche la classificazione di oggetti in umani e non umani non è possibile con un sensore a ultrasuoni. L'alternativa migliore risulta quindi il radar, che ha già visto numerose applicazioni automobilistiche, dai sistemi avanzati di assistenza alla guida fino alla guida autonoma. Il radar non è solo economico, ma offre precisione e affidabilità eccezionali. Un sensore radar montato sul tettuccio dell'auto è in grado di rilevare l'abitacolo, rilevare oggetti e classificarli con elevata precisione.

Radar mmWave per il rilevamento in cabina

La tecnologia radar a 60 GHz, anche detta a onde millimetriche, è in grado di soddisfare i requisiti richiesti. Per il monitoraggio dell'abitacolo, un sensore radar viene montato sul tettuccio dell'auto di fronte ai sedili. Questo, unito a un campo visivo calibrato, aiuta a rilevare la presenza di eventuali oggetti. Inoltre, è necessario disporre di un algoritmo di supporto in grado di distinguere/classificare chiaramente i bambini dagli altri oggetti presenti nell'auto. Il monitoraggio della cabina basato su radar può essere riassunto in tre passi:

Rilevamento di oggetti
Classificazione umana/non umana
Classificazione adulto/bambino

Un tipico sistema basato su radar sarà costituito da un trasmettitore, guide d'onda, un'antenna, un ricevitore e un'unità di elaborazione con il necessario pacchetto di algoritmi. Di seguito, viene descritto un pacchetto di algoritmi di esempio per questo tipo di applicazione.

Stima della portata e Doppler: rappresenta la capacità del sistema di monitoraggio di differenziare due oggetti vicini. La trasformata rapida di Fourier (FFT) è l'algoritmo preferito per la stima della portata e Doppler.

Soglia: il filtraggio di punti di rumore o oggetti irrilevanti all'interno della cabina è chiamato soglia, e viene generalmente eseguito con l'aiuto dell'algoritmo CFAR (Constant False Alarm Rate).

Direzione di arrivo: la direzione in cui il segnale radar riflesso ritorna al sensore è definita direzione di arrivo e per rilevarla è necessario avere una serie di sensori. Di solito, l'apparato sensoristico ospita una tecnica di beamforming per stimare approssimativamente la direzione del segnale. ESPRIT è l'algoritmo preferito per questa stima.

Raggruppamento basato su zone: si tratta del raggruppamento dei punti riflessi per ciascun oggetto. Nel raggruppamento basato su zone, le zone sono predefinite nelle auto, di conseguenza i punti riflessi in una di queste zone vengono raggruppati insieme.

Estrazione delle caratteristiche: i dati dei punti di riflessione vengono convertiti in una forma più gestibile per un'ulteriore elaborazione. Micro Doppler è l'algoritmo preferito per l'applicazione di estrazione delle caratteristiche.

Classificazione: per un'applicazione come il monitoraggio in cabina, è fondamentale che un dispositivo radar distingua o classifichi gli esseri viventi e quelli non viventi. Questo aiuta a differenziare qualcosa come un seggiolino per bambini con un vero bambino. SVM è l'algoritmo preferito per la classificazione.

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