Sensori radar mmWave (a onde millimetriche)

Riduzione della complessità e dei costi di rilevamento nell'abitacolo con un sensore radar mmWave a chip singolo da 60 GHz.

Per venire incontro alla richiesta dei consumatori di un'esperienza di guida più confortevole e ricca di funzionalità, i produttori di apparecchiature originali (OEM) si trovano ad affrontare una sfida crescente: espandere le capacità di rilevamento del sistema di sicurezza nell'abitacolo per soddisfare i mutevoli requisiti normativi, riducendo al tempo stesso la complessità e i costi di progettazione. Le imminenti modifiche al Programma europeo di valutazione dei nuovi modelli di automobili (Euro NCAP) e ad altre normative cambieranno il metodo di assegnazione dei punti di sicurezza ai nuovi veicoli, spingendo gli OEM a integrare più funzionalità di rilevamento nei loro veicoli.

Tradizionalmente, l'espansione delle applicazioni di rilevamento a bordo dei veicoli al fine di supportare funzionalità quali il monitoraggio dei passeggeri, il rilevamento della presenza di bambini e il rilevamento delle intrusioni ha richiesto l'aggiunta di sensori separati. Le recenti innovazioni nei SoC dei sensori radar, tuttavia, supportano oggi più funzionalità in un unico dispositivo grazie alle capacità di deep learning (intelligenza artificiale [IA] edge). L'elaborazione locale dei dati a bordo del veicolo tramite algoritmi addestrati aiuta i progettisti di sistemi automobilistici ad affrontare la complessità e a ridurre al minimo i costi di sistema.

In questo articolo verranno affrontate le sfide di progettazione per gli OEM e il modo in cui i sensori radar a 60 GHz con il supporto dell'intelligenza artificiale permettono i progettisti del settore automobilistico di risolverle.

Le sfide nella progettazione dei radar mmWave nell'abitacolo

Per affrontare le recenti tendenze di progettazione e normative, gli OEM stanno puntando su tre applicazioni di rilevamento nell'abitacolo in particolare: il monitoraggio dei passeggeri per promemoria delle cinture di sicurezza, il rilevamento della presenza (in particolare di bambini) e il rilevamento delle intrusioni. Queste applicazioni di rilevamento sono fondamentali per garantire la sicurezza dei passeggeri durante tutto il viaggio, come mostrato nella Figura 1.

Questa sezione illustra le singole funzionalità, evidenziando le sfide progettuali che gli OEM si trovano ad affrontare durante la progettazione.

Monitoraggio dei passeggeri per promemoria delle cinture di sicurezza: oggi i sistemi di promemoria delle cinture di sicurezza si basano su reti di sensori del peso installati sui sedili, calibrati e adattati specificamente per ciascun sedile. Tradizionalmente, questi sistemi sono installati sui due sedili anteriori di un'auto: Tuttavia, gli OEM sono ora passati a posizionare i sensori anche nelle file posteriori dei veicoli per una maggiore sicurezza e per rispettare le normative. La sfida sta nel fatto che mettere i sensori nelle file posteriori può portare a un numero di sensori più che raddoppiato a bordo del veicolo e richiede cavi aggiuntivi, nonché tempo per la calibrazione e la messa a punto. Inoltre le reti di sensori del peso non sono in grado di distinguere tra oggetti viventi e inanimati, come gli zaini, e possono attivare falsi avvisi di presenza, con potenziali ripercussioni sull'esperienza di guida.

Rilevamento della presenza di bambini: con le modifiche Euro NCAP per il 2025, solo le applicazioni di rilevamento diretto riceveranno punti di sicurezza per il rilevamento dei bambini a bordo dei veicoli parcheggiati. Per soddisfare queste normative, gli OEM possono aggiungere ulteriori sensori. È possibile riutilizzare un sensore a banda ultralarga (UWB) per rilevare la presenza di bambini, ma per ottenere le prestazioni necessarie è necessario aggiungere almeno un altro sensore UWB. Inoltre, senza dati ad alta risoluzione, i sistemi di rilevamento della presenza potrebbero avere difficoltà a distinguere tra bambini e adulti, un ulteriore requisito futuro di NCAP.

Rilevamento delle intrusioni: i sistemi di rilevamento delle intrusioni stanno diventando sempre più diffusi sui veicoli di fascia alta. Un sistema certificato da Thatcham Research che comprende il rilevamento degli eventi di intrusione sfrutta di solito i sensori a ultrasuoni per rilevare quando un intruso sta introducendo le mani in un veicolo. Spesso movimenti non intrusivi, come il passaggio di una persona accanto all'auto o il tremolio dell'auto a causa di attività nelle vicinanze, possono far scattare questi semplici sistemi.

Utilizzo dell'IA edge per risolvere le sfide di rilevamento a bordo del veicolo

Poiché queste applicazioni di rilevamento nell'abitacolo presentano requisiti prestazionali sempre più rigorosi, gli OEM sono alla ricerca di nuove tecnologie per ridurre i costi e semplificare la progettazione. Il sensore radar mmWave AWRL6844 a 60 GHz è stato progettato per risolvere queste sfide progettuali con un unico dispositivo, riducendo al tempo stesso di $ 20 i costi del sistema. La Figura 2 mostra un confronto tra la tipica distribuzione dei sensori a bordo dei veicoli e un approccio di progettazione a sensore singolo con utilizzo di un AWRL6844.

I 16 canali virtuali dell'AWRL6844 garantiscono un miglioramento della risoluzione spaziale per rilevare e localizzare i passeggeri a bordo del veicolo mentre quest'ultimo è in marcia. L'elaborazione dei dati ad alta risoluzione da parte dell'IA aiuta il radar a distinguere tra oggetti viventi e inanimati. Questi algoritmi acquisiscono i dati in un breve intervallo di tempo per un rilevamento affidabile e una localizzazione più rapida dei passeggeri, riducendo al tempo stesso i falsi rilevamenti. Inoltre, gli algoritmi di clustering intelligenti eseguiti su un processore di segnale digitale integrato sono in grado di rilevare la presenza di esseri umani a bordo di un veicolo con elevata precisione, filtrando il rumore causato dal movimento del veicolo. La Figura 3 mostra come l'AWRL6844 riesce a distinguere un passeggero da una pila di bottiglie d'acqua nei sedili della seconda fila.

L'ampio campo visivo dell'AWRL6844 aumenta anche la capacità di rilevare i bambini nei vani piedi e sui sedili delle auto rivolti verso il posteriore, che sono di solito punti ciechi nei sistemi di rilevamento della presenza di tipo tradizionale. Il software di rilevamento della presenza dei bambini utilizza un approccio di elaborazione ibrido, in cui prima le tecniche di elaborazione radar tradizionali estraggono le informazioni importanti, mentre i modelli locali di machine learning sfruttano i dati in tempo reale per definire un sistema di classificazione in grado di distinguere tra adulti e bambini (esempio mostrato nella Figura 4). Questo approccio ibrido permette di mettere a punto e modificare più rapidamente il modello, in modo da incorporare nuovi casi di test o requisiti, andando quindi a ridurre i tempi di implementazione degli OEM. Le reti neurali basate sulla fisica di TI aiutano i sistemi a prendere decisioni più intelligenti, il che porta a una precisione di classificazione >90%.

Per il rilevamento delle intrusioni, le modalità a basso consumo integrate e le catene di valore con machine learning dell'AWRL6844 contribuiscono a migliorare le capacità di rilevamento senza scaricare la batteria a veicolo spento. L'AWRL6844 è in grado di rilevare ed elaborare eventi di rilevamento di intrusione 10 volte al secondo consumando <50 mW. In questo modo si evita di scaricare la batteria, il che è importante data la crescente popolarità dei veicoli elettrici a batteria. Oltre a consumare poco, l'AWRL6844 riduce al minimo i tempi di rilevamento mantenendo una precisione elevata ed eseguendo l'elaborazione del rilevamento delle intrusioni sull'acceleratore on-chip, con un'interruzione minima da parte degli altri core del dispositivo. La Figura 5 mostra la capacità dell'AWRL6844 di filtrare il rumore ambientale in modo da ridurre i falsi allarmi attivati dalle vibrazioni dell'auto o dal movimento all'esterno del veicolo.

Conclusione

Per gli OEM, i costi rappresentano una sfida costante quando si tratta di soddisfare rigorosi requisiti di sicurezza e protezione. Grazie all'AWRL6844, gli OEM hanno a loro disposizione soluzioni di scalabilità da applicazioni a basso consumo ad applicazioni ad alte prestazioni, senza dover pensare alle complessità legate all'integrazione di tre tecnologie separate, studiate appositamente per i singoli casi d'uso. In definitiva, le capacità superiori di rilevamento, localizzazione e classificazione, unite a prestazioni migliorate in termini di rilevamento dei falsi positivi, permettono di garantire ai consumatori un'esperienza più comoda e priva di inconvenienti.

Costo medio per modulo in caso di implementazione di più applicazioni di rilevamento nell'abitacolo.

Tabella 1 – Ripartizione dei prezzi dei moduli sensore per il rilevamento a bordo del veicolo (in base ai casi d'uso medi)