車內兒童存在探測技術及測評方法研究

劉麗萍 鞠偉男 王詩萌 田曉笛

（1.中汽研軟件測評（天津）有限公司，天津 300300；2.中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300300）

主題詞：兒童存在 探測 間接感應 直接感應 測評方法

1 前言

近年來，兒童遺留車內導致的中暑和死亡事故屢見不鮮。據不完全統計，在2011～2021年間，全國各地共發生100余起兒童被遺忘車內事故，造成兒童死亡達60余名，傷害表現大多數呈現為：熱射病和窒息。研究表明，當車內溫度達到35℃，陽光照射15 min后，密閉車廂內的溫度能升到65℃；車內溫度可以在不到20 min內達到人體承受的臨界水平（41℃）[1]；在陽光直射的情況下，坐在安全座椅上的兒童不具備采取任何行動的能力，如脫衣服、打開窗戶的動作，這增加了車內滯留兒童中暑死亡的風險。雖然與車禍相比，兒童遺留車內中暑導致的死亡發生的頻率較低，但其關注度高，社會影響惡劣。兒童存在探測（Child Presence Detection,CPD）技術作為兒童遺留車內的解決方案，正在逐步引起行業的關注，該技術通過探測車輛中是否存在兒童，提醒車輛用戶或第三方服務采取相應措施，以降低車內滯留兒童中暑和死亡事件發生的頻率。

國外兒童存在探測技術研究較早，探測技術主要有壓力傳感器、約束系統、光學傳感器、雷達傳感器等[2-5]，且在車輛上逐漸普及。歐盟新車安全評鑒協會（Euro NCAP）已在2021版規程中加入CPD測試項，2023年起將為配置CPD功能的車輛提供加分獎勵[6]，有力推動了汽車行業對兒童存在探測系統的裝配率。國內對兒童存在探測技術的研究較少，多停留在理論層面，解決方案主要有攝像頭、壓力傳感器、微波雷達、紅外傳感器、無線傳感器[7-12]等。該功能在國內車輛上的普及率較低，且以間接感應為主，近些年，國內主機廠也紛紛在新款車型上新增該功能，預估將在2023年前后實現大規模量產。中國新車評價規程（CNCAP）已確定在2025版規程中加入兒童存在探測系統測試項目，為安裝該裝置的車輛提供加分項[13]。

綜上所述，兒童遺留問題正在逐步引起公眾的重視，相關技術也在快速發展，未來，兒童存在檢測功能將逐漸成為車輛的標配。本文詳細介紹了兒童存在探測技術的分類以及對應的優劣勢，并分別提出基于間接感應和直接感應技術的車內兒童存在探測系統測評方法，并利用該方法對實車進行了測試。本文研究成果旨在為車企研發車內兒童存在探測系統、開展兒童存在探測系統測試提供參考。

2 兒童存在探測技術

兒童存在探測技術手段主要可分為2種：間接感應和直接感應。

2.1 間接感應

間接感應可以利用開車門、壓力或電容感應等信息，根據邏輯推斷出車內是否存在滯留目標。該方法容易實現，不需要復雜的傳感器和算法，但無法檢測被遺留的是活體還是物體，因此，在準確率和誤報率方面，該技術都存在較大的局限。另外，間接感應只能提供初始警告，無法提供增強警告。當前，間接感應探測技術主要基于門邏輯和壓力傳感器。

（1）基于門邏輯的車內生物檢測，根據車輛的開關門邏輯判斷車內是否有遺留物體，需要考慮各種容易引起誤報的開關門邏輯，需要客戶嚴格按照相關方法來進行執行，一旦中間某個步驟和間接檢測方案沖突就會有一定的誤判出現。

（2）基于壓力傳感器的車內生物檢測，根據預先設置的質量激活值，判斷座椅上是否有兒童。但壓力傳感器的最小質量激活值不容易確定，不同兒童體型和質量差異較大，皮包、衣物等物體放在座椅上容易導致誤判。

2.2 直接感應

直接感應通過傳感器感知心跳、呼吸、運動或任何其他生命跡象來檢測車內是否有兒童存在。直接檢測要求系統能識別在不同光照、兒童座椅類型、身體覆蓋情況、兒童肢體運動狀態和不同年齡等多種條件下的兒童生命體征。其優勢在于識別準確率較高，同時也伴隨著成本的增加，因此，當前車輛裝載較少，但這并不妨礙該技術成為未來的發展趨勢，未來兒童存在探測將更多的基于直接感應方式來實現。當前，直接感應探測技術主要有攝像頭方案和毫米波雷達方案。

（1）攝像頭方案主要通過視覺對目標進行檢測，通過連續比對和視覺檢測得出車內有無物體在移動，并通過兒童的肢體和臉部特征進行識別[3]。其優勢在于，可以利用乘客感知攝像頭同步解決兒童遺留問題，更集約利用整車成本；缺點在于，前排座椅、衣物或其他車內物體的遮擋以及兒童的動作容易導致一些區域無法被正確識別和辨別，此外該方案受到光照的影響比較大，從而出現誤報警和漏報警。紅外攝像頭獲取的熱成像如圖1所示。

（2）毫米波雷達檢測技術可直接檢測兒童生命體征，在很大程度上可以防止洋娃娃等人形物體引起的誤報。毫米波雷達在工作時，通過發出的毫米波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得探測目標的距離、方向、速度等參數，通過連續對比這些參數，就可以得出車內有無物體移動，如圖2所示。根據波的傳播理論，頻率越高，波長越短，分辨率越高，探測距離越遠[2-3]。毫米波雷達通過檢測兒童的心跳、呼吸時胸腔的浮動、肢體動作等來判斷車內是否有兒童存在。毫米波雷達的技術優勢在于可以檢測微小的物體移動，例如兒童的呼吸，但毫米波雷達在國內面臨使用波段是否合法的問題。

3 兒童存在探測系統測評方法

Euro NCAP對兒童存在探測系統提出了要求，并分別針對間接探測系統和直接探測系統提出了不同的測試方法。針對間接感應系統，主要基于不同場景設計測試用例，依據測試用例開展測試，根據探測結果對系統功能進行評估；針對直接感應系統，主要基于不同場景下的兒童假人狀態設計測試用例，根據探測結果對系統功能進行評估。

3.1 間接感應系統測評方法

間接感應系統測試基于測試用例進行，用例中包含了帶兒童出行時可能出現的典型場景，每條用例都詳細說明了須執行的特定操作步驟及順序，測試時將按照操作步驟順序執行，簡化測試矩陣如表1所示。其中，數字部分表示要執行的動作類型，例如打開/關閉車門和鎖定車輛；字母部分表示執行該動作類型時的具體細節。

3.1.1 用例1

這模擬了2次獨立的旅程，一次是從車輛鎖定開始，另一次是從車輛解鎖開始。在這2種情況下，駕駛員都忘記在旅程結束時帶走兒童并鎖定車輛，需要CPD初始警告。這是2個獨立的用例，應分別進行測試。

試驗步驟：

（1）鎖定：1A→2B→3C→4B→5A→6A→7A→結束；

（2）解鎖：1B→2B→3C→4B→5A→6A→7A→結束。

3.1.2 用例2

這模擬了1次旅程，從鎖定的車輛開始，1個兒童被安置在車輛中。中途只有駕駛員的車門被打開和關閉，沒有打開其他車門，如果車輛裝載了CPD系統且有延遲功能，則CPD初始警告會被駕駛員延遲，例如加油。延遲激活后10 min內需要CPD警告。

試 驗 步 驟：1A→2B→3C→4B→5A→6C→7B→10 min(max)→7A→結束。

如果CPD系統不提供信號延遲功能，則可以忽略此用例。

3.1.3 用例3

這模擬了1次旅程，從鎖定的車輛開始，在這段旅程中，1個兒童被安置在車輛中。中途只有駕駛員的車門被打開和關閉，沒有其他車門打開，如果車輛裝載了CPD系統且有延遲功能，則CPD初始警告會被駕駛員延遲（如加油）。隨后，駕駛員繼續行駛（10 min內），最后忘記在行駛結束時（僅限）忘記帶走兒童。在旅程結束鎖門時，則需要CPD初始警告。這是1次旅程的1個用例。

試驗步驟：1A→2B→3C→4B→5A→6C→7B→＜10 min→旅程重新開始→1A→2A→3C→4B→5A→6A→7A→結束。

如果CPD系統不提供信號延遲功能，則可以忽略此用例。

3.1.4 用例4

這模擬了1次旅程，從鎖定的車輛開始，1個兒童被安置在車輛中。中途只有駕駛員的車門被打開和關閉，沒有打開其他車門，如果車輛裝載了CPD系統且有延遲功能，則CPD初始警告會被駕駛員延遲，例如加油，預計會在延遲激活后10 min內發出警告。隨后，同一旅程重新開始（鎖門后15 min內），駕駛員在旅程結束時忘記帶走兒童，則需要CPD警告。這是1次旅程中的1個用例。

試 驗 步 驟：1A→2B→3C→4B→5A→6C→7B→10 min→7A→旅程重新開始→1A→2A→3C→4B→5A→6A→7A→結束。

如果CPD系統不提供信號延遲功能，則可以忽略此用例。

3.1.5 用例5

這模擬了1次旅程，從1輛沒有后門的上鎖車輛開始，司機在旅程結束時忘記帶走兒童并鎖上車輛。如果在車門鎖定之前沒有重復進入后排座椅和兒童所需的操作（例如移動駕駛員座椅），則預期會出現CPD警告。

試驗步驟：1A→2B*→3C→4B→5A→6A→7A→結束。

*2B：應包括進入后排座椅的必要操作。

如果車輛有后排車門，則可以忽略此用例。

3.1.6 用例6

這模擬了1次旅程，從鎖定的車輛開始，車上有2個兒童。1個兒童在旅程中途下車，旅程繼續。在旅程結束時，司機下車并忘記了剩下的1個兒童，此時需要CPD警告。

試 驗 步 驟：1A→2B→3C→4C→2E→3E→4B→5A→6A→7A→結束。

3.1.7 用例7

這模擬了1次旅程，從鎖定的車輛開始，在旅程開始時車內沒有兒童。隨后，1個兒童在中途進入車輛并且旅程繼續。在旅程結束時，司機下車并忘記帶走兒童，此時需要CPD警告。

試 驗步驟：1A→2A→3C→4C→2D→3E→4B→5A→6A→7A→結束。

3.1.8 用例8

這模擬了1次旅程，從鎖定的車輛開始，1個兒童被安置在車輛。旅程結束，駕駛員下車。在未將兒童從車輛上取出的情況下，打開并關閉與兒童相鄰的后門，然后將其鎖定。這是故意遺留的情況，需要CPD警告。

試驗步驟：1A→2B→3C→4B→5B→6A→7A→結束。

3.1.9 用例9

在下述2種情況用于檢查系統是否存在誤報。

（1）這模擬了1段旅程，從鎖定的車輛開始，駕駛員在旅程結束時將兒童帶走。鎖定時車內沒有兒童，在這種情況下不需要警告。

在《內經》教學中，經歷了從誦讀到理解領悟到能夠背誦《內經》原文的理論培養之后，跟隨老師臨證實踐成為中醫學生培養不可缺少的重要模式。中醫院校教師都為雙師制教師，一些院校還開展了本科生導師制的教學模式，每一位學生都有自己的導師，也就是說，都有機會能夠跟隨導師門診實踐。現代中醫教育一直在探索院校教育與師承教育相結合的教學模式[5]，在實踐中，學生跟從自己的老師接診，了解疾病的診斷與治療方法，從而學習到處方用藥的特點，老師可以通過講述診病的過程，讓學生再次鞏固經典的內容，當經典遇到臨床最終發揮奇效時，學生自然會喜上心頭，對經典的崇敬油然而生，對經典的學習也會不遺余力。

試驗步驟：1A→2B→3C→4B→5D→6A→7B→結束。

（2）這模擬了1段旅程，從鎖定的車輛開始，駕駛員打開車門并在旅程前將物體放在/懸掛在后部。在旅程結束時，門在鎖定時保持未打開狀態，在這種情況下不需要警告。

試驗步驟：1A→2C→3C→4B→5A→6A→7B→結束。

3.2 直接感應系統測評方法

直接感應系統的評估基于車輛制造商提供的材料信息進行，材料需詳細說明系統如何確定兒童的存在，以及隨后的警告規則等內容。

3.2.1 材料內容

車輛制造商應提供證明系統性能所需的所有必要信息，至少包括以下內容：

（1）系統信息：

a.傳感器類型和原理：雷達、攝像頭等；

c.探測參數：運動、呼吸等；

d.探測覆蓋區域，包括腳部空間和所有可選座椅；

e.臨時/長期停用方法及要求（如適用）；

f.警告所需的CPD移動設備應用程序（如適用）。

（2）傳感數據：

a.呼吸監測輸出數據；

b.運動監測輸出數據；

c.觸發閾值等信息；

d.外部干擾，例如陽光、電磁波、無線電波等。

（3）系統合規性證明：

a.感知和決策到警告激活的時間；

b.警告信號演示；

c.干預示范（如適用）。

（4）測試工具的驗證情況（如適用）

OEM和/或系統供應商需要提供詳細的信息說明任何所用測試工具的驗證情況。如果使用工具代替人類受試者，則驗證數據必須能夠證明測試工具可以用作合適的人類替代物。

需要在車輛中對真人記錄的輸出與測試工具的輸出進行直接比較，上述測試場景應與傳感技術的“最壞情況”條件/主題的詳細信息進行對比并一起提交。要求從新生兒到6歲左右的一系列人類受試者，以及年齡、體重和身高信息，以證明測試工具能涵蓋人類受試者在該探測系統中的最壞情況。根據正在評估的參數，可能需要將兒童或相應的測試工具放置在適當的兒童約束系統（Child Restraint Systems,CRS）中。如果在測試工具的開發或CPD系統的驗證中使用人類受試者，則必須遵守所有相關的道德和隱私準則。

3.2.2 測試場景

直接感應系統必須能夠對所有可能的用例做出正確響應，測試場景可以是室內（停車場）或室外，但需具備系統功能實現所需的條件，例如手機信號和溫度等（如適用）。兒童狀態、毯子和遮陽簾要求如下：

（1）兒童被遺忘和故意遺留在后座

a.后向CRS中的新生兒：睡在毯子/遮陽板下。

b.后向CRS中的1歲嬰兒/兒童：睡在毯子下，四肢不活動；在毯子下醒來，四肢運動。

c.前向型CRS中的3歲兒童：睡在毯子下，四肢不活動；在毯子下醒來，四肢運動。

d.前向型CRS中的6歲兒童：睡覺時四肢不活動；醒來時四肢運動。

（2）兒童進入未上鎖的車輛

評估條件詳述如下：

a.車門未上鎖的停放車輛；

b.車門（任何車門）打開，受試者進入車輛，車門關閉（未上鎖），但兒童鎖激活；

c.觸發傳感器（直接或可能僅在一定延遲時間后）以檢查車輛中是否有生物（包括腳部空間）；

d.確認兒童存在時，則必須觸發初始警告。

3.2.3 具體要求

系統可以單獨或組合使用一系列參數來確定兒童存在情況和/或兒童分類，OEM需證明該系統用于探測兒童呼吸或運動的各個參數如下：

（1）呼吸：睡眠兒童應使用以下呼吸頻率：

a.新生兒30次/min

b.1歲兒童22次/min

c.3歲兒童20次/min

d.6歲兒童18次/min

（2）運動和姿態：需要1個尺寸和運動狀態可以任意變化的兒童假人，并可以在CRS中進行如下活動：

a.頭部：俯仰、翻轉、側傾

b.上下肢：揮手、踢腿等

（3）白天和黑夜：使用光學傳感方法的系統（如攝像頭）需要證明系統可以在各種照明條件下（例如白天和夜間）探測到兒童。

4 實車測試

根據上述測試方法，對某輛車兒童存在探測系統功能進行測試，該車感應原理為門邏輯，該車為四門車輛，無警告延遲功能，測試結果見表2。

表2 測試結果

5 結論

本文對車內兒童存在探測技術進行了研究，分析了當前兒童存在探測實現的技術手段以及優缺點，未來將朝向直接感應以及多模態感應方向發展。另外，對兒童存在探測系統的測評方法進行了研究，針對間接感應系統，主要基于不同場景設計測試用例，依據測試用例開展測試，根據探測結果對系統功能進行評估；針對直接感應系統，主要基于不同場景下的兒童假人狀態設計測試用例，根據探測結果對系統功能進行評估。未來，需研發基于中國體征的兒童假人測試工具，可模擬不同年齡段兒童的呼吸、體征等信息，用于兒童存在探測系統的測試。