一種車輛活體檢測(cè)系統(tǒng)的研究

劉秀軍，段惠芳

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

近年來(lái)，隨著人民生活水平的提高，機(jī)動(dòng)車輛在生活中的使用越來(lái)越多。機(jī)動(dòng)車輛在給人帶來(lái)方便的同時(shí)，也帶來(lái)了很多意料之外的問(wèn)題。例如：由于各種原因或疏忽將兒童 （寵物）獨(dú)自留在車輛內(nèi)，狹小的空間、密閉的車體、快速升高的車內(nèi)溫度，會(huì)引發(fā)熱射病，使兒童 （寵物）昏迷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致兒童 （寵物）死亡；另開(kāi)車前由于視線盲點(diǎn)，隱蔽位置有兒童 （寵物）等不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，存在一定的危險(xiǎn)。因此，檢測(cè)停放的車輛內(nèi)外是否有活體并及時(shí)發(fā)出警報(bào)是很有必要的。

從人身安全和駕駛方面考慮，設(shè)計(jì)一種新車輛活體檢測(cè)系統(tǒng)，可準(zhǔn)確檢測(cè)出車輛內(nèi)、外是否存在活體，并可給出活體所處的位置：車內(nèi)、車外還是行李廂并做出對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，如通過(guò)車輛控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警聲、車窗打開(kāi)、啟動(dòng)空調(diào)、通過(guò)車輛網(wǎng)發(fā)出警告等。給安全駕駛帶來(lái)更加方便的服務(wù)，減少人身及人身意外的財(cái)產(chǎn)損失。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

駕駛員在駕車前后，因識(shí)別不到位會(huì)出現(xiàn)以下幾種狀況，這些情況存在一定人身安全或危險(xiǎn)事故的風(fēng)險(xiǎn)：①停車后未能識(shí)別出車內(nèi)有兒童 （寵物）遺留；②車輛靜止?fàn)顟B(tài)下，兒童 （寵物）等可能會(huì)爬到車輛底部；③偏僻停車場(chǎng)內(nèi)不法分子偷偷進(jìn)入車內(nèi)。

檢測(cè)系統(tǒng)包含帶有蜂鳴器及液晶顯示的遙控鑰匙、紅外溫度傳感器、生命探測(cè)雷達(dá)發(fā)射器、雷達(dá)接收器、A／D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器，并與車輛控制系統(tǒng)相連。其原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖

生命探測(cè)雷達(dá)發(fā)射的電磁波，采用了超寬帶雷達(dá)非接觸式生命特征提取技術(shù)，可穿透非金屬介質(zhì)照射到人體，雷達(dá)波被生命活動(dòng) （生物的心跳和呼吸）所調(diào)制并被反射，這樣雷達(dá)反射波中就包含有生命信息，雷達(dá)接收機(jī)接收含有這些信息的反射波后，對(duì)其信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、放大、濾波，經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，后送至信號(hào)處理器，由信號(hào)處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行特殊的生命信息分析處理，提取出生命特征信息，與預(yù)存的車輛信息比較 （圖2），得出是否存在生命體的結(jié)論，并發(fā)送到車身控制系統(tǒng) 。

其中雷達(dá)采用超寬帶雷達(dá)，心跳和呼吸頻率在0．3～2Hz范圍，采用傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，如圖3所示。

圖2 有無(wú)生命體的波形數(shù)據(jù)

圖3 人體心跳呼吸頻譜

式中：ω——頻率；t——時(shí)間。

2 控制策略設(shè)計(jì)

本活體檢測(cè)系統(tǒng)在兩種情況下會(huì)被啟動(dòng)，具體如下。

2.1 鎖車時(shí)

當(dāng)車主鎖車時(shí)，活體檢測(cè)系統(tǒng)啟動(dòng)，檢測(cè)車內(nèi)、后備廂等是否存在活體，避免將兒童或?qū)櫸镞z留在車上，以免發(fā)生危險(xiǎn)。其軟件控制邏輯見(jiàn)圖4。

車輛控制系統(tǒng)接收到鎖車信號(hào)，活體檢測(cè)系統(tǒng)啟動(dòng)流程如下。

1）車輛控制系統(tǒng)控制信號(hào)調(diào)制裝置產(chǎn)生雷達(dá)波信號(hào)，通過(guò)發(fā)射器發(fā)射電磁波，遇到障礙后一部分信號(hào)發(fā)射回來(lái)，一部分繼續(xù)前進(jìn)；同時(shí)紅外溫度傳感器啟動(dòng)采集各處溫度信息；雷達(dá)波接收器接收反射信號(hào)。

2）溫度信號(hào)和雷達(dá)反射信號(hào) （將A／D轉(zhuǎn)換）被傳送到信號(hào)處理器，信號(hào)處理器進(jìn)行分析、比較、計(jì)算；針對(duì)溫度異常點(diǎn)，頻率變化點(diǎn)進(jìn)一步采集、計(jì)算、分析信號(hào)并得出結(jié)論。

3）根據(jù)信號(hào)處理器給出結(jié)論，確認(rèn)是否存在活體并計(jì)算其具體位置。

4）信號(hào)處理器將結(jié)論傳遞給車身控制系統(tǒng)，車身控制系統(tǒng)做出相應(yīng)的處置，具體如下：①如車內(nèi)存在活體，鳴響汽車?yán)龋€匙發(fā)出蜂鳴聲并提示“車內(nèi)遺留有人員或動(dòng)物”及具體位置；②同時(shí)檢測(cè)車內(nèi)溫度，若車內(nèi)溫度在18～25℃內(nèi)，將車窗下降1／3，使車內(nèi)外空氣流通；溫度超出該范圍，關(guān)閉車窗，啟動(dòng)空調(diào) （車外循環(huán)模式）。

圖4 停車活體檢測(cè)系統(tǒng)邏輯圖

5）目前許多車輛的車聯(lián)網(wǎng)已投入使用，可將車輛信息發(fā)布到車聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行報(bào)警。

2.2 開(kāi)車前車輛解鎖后

準(zhǔn)備開(kāi)車前，利用遙控鑰匙給車輛解鎖，收到信號(hào)后，活體檢測(cè)系統(tǒng)啟動(dòng)，檢測(cè)車內(nèi)、后備廂、車外隱蔽位置（如底盤(pán)下）等是否存在活體，并將信號(hào)發(fā)給車主進(jìn)行預(yù)警，減少安全隱患。其軟件控制邏輯見(jiàn)圖5。

車輛控制系統(tǒng)接收到遙控鑰匙的解鎖信號(hào)，活體檢測(cè)系統(tǒng)啟動(dòng)流程如下。

圖5 開(kāi)車前活體檢測(cè)系統(tǒng)邏輯圖

1）車輛控制系統(tǒng)控制信號(hào)調(diào)制裝置產(chǎn)生雷達(dá)波信號(hào)，通過(guò)發(fā)射器發(fā)射電磁波，遇到障礙后一部分信號(hào)發(fā)射回來(lái)，一部分繼續(xù)前進(jìn)；同時(shí)紅外溫度傳感器啟動(dòng)采集各處溫度信息，雷達(dá)波接收器接收反射信號(hào)。

2）溫度信號(hào)和反射信號(hào) （經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換）被傳送到信號(hào)處理器，信號(hào)處理器進(jìn)行分析、比較、計(jì)算；針對(duì)溫度異常點(diǎn)、頻率變化點(diǎn)進(jìn)一步采集、計(jì)算、分析信號(hào)，并得出結(jié)論。

3）根據(jù)信號(hào)處理器給出結(jié)論，確認(rèn)是否存在活體并計(jì)算其具體位置，特別是后備廂、車底盤(pán)下部等隱蔽位置。如車內(nèi)、外存在活體，鳴響汽車?yán)龋b控鑰匙發(fā)出蜂鳴聲并提示“有人員或動(dòng)物”及具體位置；如檢測(cè)結(jié)果為無(wú)異常，遙控鑰匙液晶屏顯示“無(wú)異常”。

3 總結(jié)

隨著家庭轎車的普遍使用，各種意外狀況都有可能發(fā)生，從智能化駕駛的角度來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)車內(nèi)外活體的狀況會(huì)成為機(jī)動(dòng)車輛的一種常規(guī)的信息輸入要求。理論上來(lái)說(shuō)，該設(shè)計(jì)可以達(dá)到獲得預(yù)期的信息并提醒來(lái)車駕駛員的效果，但實(shí)際效果還需要通過(guò)實(shí)車標(biāo)定，優(yōu)化各傳感器安裝位置以使該設(shè)計(jì)達(dá)到理想的效果。