Soluciones emergentes de detección en el coche para la seguridad y el confort

La detección del interior del automóvil es un campo en rápida evolución con una serie de aplicaciones que utilizan una combinación de sensores y algoritmos inteligentes.

En la actualidad, dos aspectos clave impulsan el desarrollo de las tecnologías de detección en cabina.

En primer lugar, la normativa destinada a mejorar la seguridad de los ocupantes se está haciendo realidad. Las normas Euro NCAP y la normativa de la Comisión Europea (CE) exigen el uso de sistemas de vigilancia del conductor (DMS) para 2022, y la Junta Nacional de Seguridad del Transporte (NTSB) de EE.UU. recomienda el uso de DMS en los coches semiautónomos. En 2021 ya se exige un sistema de detección de manos arriba (HOD) para cumplir la legislación de la ONU (R79) sobre sistemas de asistencia de mantenimiento de carril (LKAS). Además, los sistemas de detección de niños serán obligatorios en EEUU en 2022. Con esta próxima legislación, las capacidades de DMS y de detección de ocupantes se convertirán en una característica estándar de las plataformas de asistencia al conductor L2+ y superiores.

El segundo aspecto clave es la mejora del confort de los pasajeros, por ejemplo, mediante la detección de emociones. Los fabricantes de equipos originales han identificado esto como un elemento diferenciador y utilizarán tecnologías de innovación avanzada para abordarlo.

Cómo puede el DMS reducir las muertes por tráfico en la UE

Seguridad

El Consejo Europeo de Seguridad en el Transporte (ETSC) ha calculado que en 2019 murieron 51 personas por millón de habitantes en la UE en accidentes de tráfico, y que el 95% de los casos se debieron a un factor humano: error del conductor, distracción, somnolencia, estrés o fatiga.¹ Y la Comisión Europea ha anunciado un importante paquete de iniciativas de seguridad en el transporte con el "objetivo de reducir las muertes y lesiones graves en la carretera en un 50% para 2030, con la visión cero como meta para 2050"²

Actualmente, los DMS ya son compatibles con otros sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS). Por ejemplo, un LKAS suele combinarse con un sistema HOD para detectar las manos del conductor en el volante. El sistema informa al conductor para que recupere el control cuando sea necesario. Además, los DMS ofrecen nuevas funciones para detectar el estado de salud del conductor y garantizar niveles adecuados de atención.

La introducción de la tecnología de monitorización de las constantes vitales (VSM), como la electrocardiografía (ECG) o la actividad electrodérmica (EDA → impedancia de la piel), ofrece la posibilidad de detectar la salud y el nivel de estrés del conductor para evitar posibles problemas antes de que se produzcan. Por ejemplo, si el sistema VSM detecta que el conductor es incapaz de controlar el coche debido a la somnolencia o la fatiga, el ADAS puede llevar el coche a un estado seguro (reducir la velocidad, pasar a un carril de emergencia o detener el coche).

Confort

Garantizar una experiencia excelente para el conductor y el pasajero es más importante que nunca. Ofrece la oportunidad de innovar aumentando el reconocimiento de la marca y asegurando la fidelidad de los clientes. Las crecientes expectativas de los clientes están obligando a los fabricantes de equipos originales a añadir funciones que ofrezcan esta experiencia mejorada. La personalización y los conceptos avanzados de interfaz hombre-máquina (HMI) (vehículos intuitivos) se están convirtiendo en elementos clave de la experiencia del usuario. Los fabricantes de equipos originales pueden reforzar sus marcas implementando características de confort únicas. Pueden incluir el control automático del clima o el ajuste de la luz ambiental en función del estado de ánimo y mental del conductor. Los sistemas HMI sin contacto permiten interactuar con el conductor sin que éste tenga que apartar las manos del volante. Con los sistemas activados por voz, los DMS más precisos que utilizan tecnologías de seguimiento ocular siguen acortando distancias con las interfaces táctiles tradicionales. La diferenciación y la fidelidad de los clientes impulsan la necesidad de una experiencia de usuario mejorada.

Aplicaciones

La detección en cabina cubre una amplia gama de aplicaciones. Las figuras 1 y 2 muestran ejemplos de aplicaciones.

La supervisión del conductor cumple los requisitos de la legislación, con funciones como los sistemas HOD, y se está convirtiendo en una solución obligatoria implantada de serie en los coches del futuro.

La monitorización de las constantes vitales es también una característica emergente que no sólo responde a los conductores preocupados por su salud, sino también a las tendencias de la población que envejece, controlando la salud del conductor, sus niveles de estrés, su bienestar y su capacidad para manejar el vehículo.

La autentificación biométrica no sólo proporciona soporte para esta experiencia personalizada, como la posición del asiento y del volante y la configuración de infoentretenimiento preferida, sino que también proporciona seguridad con la capacidad de autentificar al conductor del vehículo.

Otra aplicación de seguridad clave es la detección de ocupantes. Por ejemplo, si un pasajero queda accidentalmente atrapado dentro del vehículo, el conductor será alertado inmediatamente por la capacidad de detectar el número y la edad de los pasajeros. Los socorristas pueden recibir información adicional antes de llegar al lugar del accidente cuando estos datos se combinan con el sistema de llamada de emergencia (eCall).

Un caso de uso particular para la detección de ocupantes es la detección de la presencia de niños, que (dependiendo de la región) se convertirá en un requisito obligatorio.

La HMI avanzada y el control gestual proporcionan una experiencia de usuario mejorada (ver Figura 2). En lugar de buscar y pulsar un botón en el área de control principal, un gesto puede realizar funciones sencillas, como saltar una pista de audio.

Cómo abordar estas aplicaciones

Si observamos estas aplicaciones, ya sea desde el punto de vista de su ubicación física (véase la figura 3), del aspecto de la comodidad frente a la seguridad, o de la solución que deben aportar, queda claro que una única solución de detección no puede abordarlas todas. Es necesaria la fusión de sensores con diferentes modalidades de detección. Hay que abordar la combinación de aplicaciones de seguridad y confort. Hay que combinar varias tecnologías y trabajar juntas para cumplir los objetivos de las crecientes exigencias de seguridad y confort.

Tecnologías

Tecnología de tiempo de vuelo (ToF)

Una cámara de tiempo de vuelo (ToF) es una de las tecnologías clave que puede abordar muchas de las aplicaciones descritas anteriormente, proporcionando tanto datos de imagen como de profundidad.

Una cámara ToF situada en el salpicadero o en el techo puede utilizarse para el DMS, como el seguimiento ocular. El ToF ya está en producción en los OEM de gama alta para el control avanzado de la HMI y de los gestos, siendo su ubicación óptima en la consola del techo. El ToF ofrece una solución excelente no sólo para detectar la presencia de un niño, sino también la posición de su cuerpo. Puedes ver la necesidad de una ubicación diferente del sensor para permitir una línea de visión hacia el asiento trasero (como se muestra en morado en la Figura 3).

Con los avances en la tecnología de detección de imágenes, la ToF es el método de detección de profundidad preferido por su menor factor de forma, su amplio rango dinámico de detección y su capacidad para funcionar a plena luz del sol. La combinación de la medición de distancia de alta resolución y la imagen de intensidad de resolución media (imagen de luminosidad activa 2D insensible a la luz ambiental) es única en ToF. El sensor ToF de ADI tiene la mayor resolución (1 megapíxel) del mercado, lo que permite utilizar cámaras con un campo de visión más amplio. Aunque muchas aplicaciones de visión pueden realizarse con cámaras 2D, la información 3D (profundidad) proporciona un nivel adicional de solidez. En el caso de las aplicaciones de confort, esto se traduce en una mejor experiencia para el usuario, y en el caso de las aplicaciones de seguridad, es el diferenciador clave.

Como habrá varias cámaras en la cabina para apoyar diferentes casos de uso, es necesario que las cámaras admitan la cancelación de interferencias para reducir los errores de medición de la profundidad. Estos retos deben resolverse a nivel de sistema, y ADI está trabajando activamente en esta área con una mezcla inteligente de elementos de hardware y software.

Para la autenticación biométrica, el ToF puede proporcionar una solución muy segura, haciendo muy difícil engañar al sistema, como ha demostrado ser posible con otras implementaciones.

La tecnología ToF de ADI incluye generadores de imágenes ToF (ADSD3100), controladores láser (ADSD3000) y controladores de potencia (ADP5071).

Cámara de coche Bus (C²B)

Para conectar diferentes cámaras, ya sean de imagen 2D o 3D ToF, ADI también ofrece una tecnología de enlace de cámaras para automóviles, el Bus de Cámara para Coches (C²B™). C²B es una solución de bajo coste para transportar los datos de las cámaras de hasta 2 megapíxeles y la información de control de las cámaras instaladas dentro o fuera del coche.

Detección de impedancia

ADI ofrece varias soluciones de VSM y colabora estrechamente con socios de software para ofrecer una solución de sistema total para funciones como la variabilidad de la frecuencia cardíaca, el estrés, etc. El AD5941W es una solución integrada para la medición de HOD y EDA.

La detección por impedancia proporciona una solución robusta y fiable para detectar no sólo las manos en el volante, sino también la calidad del agarre, que es un requisito clave. También se puede proporcionar la ubicación de la mano en el volante. La información del EDA puede utilizarse para detectar el nivel de estrés actual del conductor.

ADI tiene una gran experiencia en este campo, ya que ha trabajado en esta tecnología en varias industrias. El convertidor de impedancia de alta precisión AD5933 se utiliza hoy en día en los coches para el HOD. El AD5941W admite varias zonas HOD en un solo dispositivo.

Electrocardiografía

Al combinar los componentes de detección de impedancia con el AD8232W, un amplificador de alta precisión para electrocardiografía, ADI ofrece una solución completa de VSM que consta de sólo dos componentes. El ECG combinado con el DEA puede controlar el estado de salud del conductor, pero el ECG también puede utilizarse para abordar aplicaciones de autenticación biométrica.

Conclusión

La industria del automóvil está adoptando aplicaciones avanzadas de detección en la cabina para mejorar la seguridad del conductor y los pasajeros. Los consumidores exigen una innovación continua en la experiencia del usuario y un confort personalizado. La fusión de sensores es necesaria para obtener soluciones de asistencia al conductor L2+/L3 precisas y robustas. ADI está fuertemente posicionada para satisfacer las necesidades de detección de este mercado y para apoyar estos requisitos con un ecosistema de socios de algoritmos de hardware y software para algoritmos ToF (control de gestos, seguimiento ocular, etc.) y VSM (por ejemplo, análisis de ECG).

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Referencias

¹ "Víctimas mortales de la carretera en la Unión Europea - Últimos datos." Consejo Europeo de Seguridad del Transporte.

² "La Comisión Europea anuncia un importante paquete de iniciativas de seguridad en el transporte." Consejo Europeo de Seguridad del Transporte. 18 de diciembre de 2020.