一、引言：車內(nèi)安全成為新的法規(guī)焦點

過去十年中，汽車安全的關(guān)注點正從傳統(tǒng)的碰撞保護與被動安全，逐步向“車內(nèi)乘員狀態(tài)與健康監(jiān)測”轉(zhuǎn)移。特別是“車內(nèi)兒童遺留檢測（Child Presence Detection，簡稱 CPD）”已經(jīng)被歐美多地納入安全法規(guī)與測試協(xié)議。例如，在某些安全評價體系中，CPD 已作為正式評分項目，要求車輛在熄火后仍能持續(xù)掃描車內(nèi)乘員狀態(tài)，并在檢測到兒童被遺留時主動告警。

兒童遺留事故往往發(fā)生于夏季高溫或冬季低溫環(huán)境，車內(nèi)封閉空間的溫度上漲或下降極快，導(dǎo)致被遺留兒童面臨極高風(fēng)險。因此，監(jiān)管機構(gòu)要求車廠必須提供一種能夠在車輛斷電甚至休眠狀態(tài)下保持持續(xù)監(jiān)測的技術(shù)方案。

在眾多傳感技術(shù)中，60GHz 車載毫米波雷達(dá)因具備下列優(yōu)勢而成為主流路線：

• 可探測被遮擋的乘員，如被毛毯覆蓋的兒童；

• 不依賴光線，不受夜間或遮擋物影響；

• 不采集可見圖像，更有利于隱私保護；

• 能通過胸腔位移等微動識別呼吸和心跳，實現(xiàn)生命體征檢測；

• 發(fā)射功率低，長期工作對人體安全性高。

在此背景下，德州儀器推出的 TIDEP-01037 參考設(shè)計，為車內(nèi)毫米波雷達(dá)提供了一套緊湊、低功耗、具備車規(guī)接口的工程實現(xiàn)方案。該設(shè)計圍繞 AWRL6432 單芯片 60GHz 雷達(dá)展開，整合電源、射頻天線、車載網(wǎng)絡(luò)接口和算法框架，是構(gòu)建車內(nèi)存在檢測、CPD、入侵檢測及座椅占位識別的重要平臺。

本文將從系統(tǒng)架構(gòu)、電源與功耗、天線與射頻、算法體系、測試表現(xiàn)以及量產(chǎn)化建議等多個維度，系統(tǒng)解析 TIDEP-01037 的設(shè)計邏輯與工程意義。

二、TIDEP-01037 概述：小體積、低功耗、可直接上車的雷達(dá)模塊

TIDEP-01037 是一款專為車內(nèi)傳感場景打造的毫米波雷達(dá)參考設(shè)計。其主要特點包括：

1. 核心雷達(dá) SoC 為 AWRL6432
   該芯片集成 60GHz 射頻、處理器、加速器以及 ADC，可獨立完成雷達(dá)信號采集與處理。

2. 完全車規(guī)級設(shè)計
   包含車規(guī) CAN 接口、耐寬電壓輸入、低功耗待機及 ESD/EMC 考量。

3. 緊湊外形
   設(shè)計尺寸約為 18 毫米 × 55 毫米，可直接嵌入頂棚模塊或車內(nèi)燈附近的狹小空間。

4. 大視場天線
   在 120° × 120° 的方位/俯仰視場中保持穩(wěn)定的增益，有利于覆蓋雙排座椅與腳窩區(qū)域。

5. 可運行機器學(xué)習(xí)算法
   AWRL6432 內(nèi)部可執(zhí)行存在檢測、乘員分類及生命體征識別等算法。

此設(shè)計可用于開發(fā)以下車內(nèi)功能：

• 兒童遺留檢測（CPD）

• 駕駛員與乘員存在檢測

• 車內(nèi)入侵檢測（竊賊或動物進入）

• 二排兒童腳部活動檢測

• 生命體征監(jiān)測（呼吸、微動）

• 座椅占位識別與安全帶提醒

對于需要在數(shù)周內(nèi)構(gòu)建樣機或向客戶展示 CPD 能力的團隊而言，TIDEP-01037 是一種非常直接的“可跑現(xiàn)場”的工程工具。

三、整體系統(tǒng)架構(gòu)：從 12V 電源到點云輸出

TIDEP-01037 的內(nèi)部架構(gòu)可分為五大部分：

1. 雷達(dá) SoC：AWRL6432

• 支持 60GHz FMCW 雷達(dá)工作模式；

• 集成 2 路發(fā)射（2TX）與 3 路接收（3RX）；

• 內(nèi)部包含處理器、硬件加速器、DSS/MSS 計算單元；

• 具備用于存在檢測的低功耗模式；

• 通過 QSPI Flash 讀取固件和算法。

2. 電源管理：車規(guī) PMIC

PMIC 負(fù)責(zé)將車載 12V 電源轉(zhuǎn)換為多個電壓軌，包括：

• 3.3V：I/O、外設(shè)與部分模擬模塊

• 1.8V：中間電壓域

• 1.2V：處理器與加速器電源

PMIC 還承擔(dān)：

• EMI 降噪（展頻），

• 低功耗睡眠管理，

• 啟動順序控制等功能。

3. 車載網(wǎng)絡(luò)接口：CAN FD

板載車規(guī) CAN 收發(fā)器，可直接與車身控制器或座艙域控制器通信，實現(xiàn)：

• 雷達(dá)配置更新

• 檢測結(jié)果與狀態(tài)上報

• 故障診斷（DTC）

• 睡眠/喚醒管理

4. 射頻天線：2TX × 3RX 基板陣列

天線采用高性能介質(zhì)材料制作，具備：

• 6 dBi 的峰值增益

• 120° × 120° 的大視場

• 3.5 GHz 左右的帶寬

5. 擴展與調(diào)試接口

• SPI / UART 用于數(shù)據(jù)回傳

• JTAG 用于調(diào)試

• GPIO 用于模式切換與故障輸出

• SOP 引腳用于不同啟動模式

這五部分形成一個獨立可運行的雷達(dá)模塊，即使脫離主 MCU，也能完成一定程度的檢測與上報。

四、電源設(shè)計：低功耗運行是 CPD 的核心前提

4.1 車內(nèi)場景下的功耗要求

兒童遺留檢測系統(tǒng)必須在車輛熄火后持續(xù)工作至少十幾分鐘，有些法規(guī)要求更長的續(xù)航時間。車輛在此階段往往處于休眠狀態(tài)，靜態(tài)電流預(yù)算非常緊張。

因此，車內(nèi)雷達(dá)面臨兩個功耗挑戰(zhàn)：

1. 待機功耗必須極低
   雷達(dá)在大部分時間內(nèi)只是低頻掃描，不能持續(xù)全功率運行。

2. 高性能掃描必須是可控的
   在檢測到潛在活動時才進入高分辨率模式。

4.2 PMIC 的低功耗特性

參考設(shè)計中使用的車規(guī) PMIC 提供：

• 自動切換 PWM/PFM 的節(jié)能控制；

• 多路電壓軌的開關(guān)與關(guān)斷功能；

• 深度睡眠維持少數(shù)喚醒邏輯；

• 展頻調(diào)制降低 EMI 干擾。

結(jié)合雷達(dá)芯片的睡眠管理，可以將整體功耗分為：

這種“三級功耗調(diào)度”能夠支撐長時間 CPD 值守，同時滿足車輛的靜態(tài)電流約束。

五、射頻與天線設(shè)計：覆蓋兩排座椅與腳窩的 60GHz 雷達(dá)

5.1 60GHz 頻段的優(yōu)勢

60GHz 波長僅 5 毫米左右，具有：

• 對人體胸腔位移敏感，適合呼吸檢測；

• 高帶寬支持高分辨率距離估計；

• 對障礙物穿透能力適中（可穿薄毯）；

• 短距高精度，非常適合車內(nèi)環(huán)境。

5.2 RO3003 高性能基板

參考設(shè)計采用高質(zhì)量介質(zhì)材料，使天線具備：

• 較低介質(zhì)損耗

• 較高 Q 值

• 更好的方向圖穩(wěn)定性

• 更低的插入損耗

這保證天線在高達(dá) 60GHz 的頻段仍能保持有效增益。

5.3 2TX × 3RX 陣列與大視場

陣列設(shè)計實現(xiàn)：

• 120° 的水平視角（方位角）

• 120° 的垂直視角（俯仰角）

這意味著雷達(dá)可安裝在前排頂棚中央位置，通過較寬視場覆蓋整個車內(nèi)：

• 前排駕駛員與乘客

• 第二排乘員

• 腳窩與座椅下方區(qū)域

• 中央通道區(qū)域

在 CPD 或入侵場景中，這種寬覆蓋能力是關(guān)鍵優(yōu)勢。

六、算法體系：Capon2D 存在檢測鏈與生命體征識別

AWRL6432 的核心競爭力不是“能掃”，而是“能算”。TI 在該芯片上提供基于 Capon2D 的完整處理鏈，其流程如下：

1. 雷達(dá)信號采樣與預(yù)處理

• 發(fā)射 FMCW 調(diào)制波

• 接收并下變頻

• 進行距離 FFT

• 進行速度 FFT，得到 Range-Doppler 圖

2. Capon2D 波束形成

Capon 算法（最小方差無失真響應(yīng)）用于在二維空間中提升角度分辨率。Capon2D 可同時對方位和俯仰進行波束形成，從而在有限天線數(shù)量下獲得更細(xì)的角度分辨能力。

與傳統(tǒng) FFT 波束形成相比，Capon2D 具有：

• 更低旁瓣

• 更高分辨率

• 更好的弱目標(biāo)檢測能力

對車內(nèi)“微動目標(biāo)”（如兒童胸腔呼吸）尤為重要。

3. 存在檢測與區(qū)域劃分

算法根據(jù)目標(biāo)的距離、角度與能量分布，將車內(nèi)空間劃分為多個區(qū)域：

• 駕駛員區(qū)

• 副駕駛區(qū)

• 后排左、中、右三個區(qū)域

• 前排腳窩

每個區(qū)域可獨立設(shè)置存在閾值。系統(tǒng)可判斷：

• 成人存在

• 兒童存在

• 兒童腳部活動

• 無人

• 多人

4. 生命體征檢測（呼吸/心跳）

毫米波雷達(dá)能夠檢測胸腔隨呼吸產(chǎn)生的毫米級位移。AWRL6432 中的算法可實現(xiàn)：

• 呼吸頻率估計

• 生命存在的穩(wěn)定判定

• 靜止但仍有生命體征的乘員識別

這對識別熟睡兒童或昏迷乘員尤其重要。

七、車載網(wǎng)絡(luò)與模塊集成：從評估板到量產(chǎn) ECU

7.1 CAN FD 接口

TIDEP-01037 板載 CAN FD 收發(fā)器，可與車身控制器或座艙域控制器通信。CAN 總線用于：

• 下發(fā)雷達(dá)參數(shù)

• 上報檢測結(jié)果

• 實現(xiàn)睡眠/喚醒

• 故障診斷上報（DTC）

雷達(dá)模塊可以作為車身域中的一個標(biāo)準(zhǔn) ECU 加入車輛網(wǎng)絡(luò)。

7.2 SPI / UART / GPIO

• SPI 用于高速傳輸原始點云數(shù)據(jù)

• UART 用于調(diào)試界面、打印日志

• GPIO 用于模式配置、狀態(tài)指示、錯誤輸出

在原型開發(fā)階段，工程師通常通過 UART 查看中間數(shù)據(jù)，通過 SPI 回傳點云驗證算法。

八、測試結(jié)果與車內(nèi)驗證：實車表現(xiàn)與能力邊界

設(shè)計資料展示了典型測試結(jié)果，主要包括：

1. 雙排乘員檢測
   雷達(dá)可準(zhǔn)確顯示前排與后排乘員位置，目標(biāo)點云穩(wěn)定清晰。

2. 兒童活動檢測
   當(dāng)兒童在后排活動（如踢前排座椅）時，雷達(dá)能明顯檢測到活動區(qū)域的變化。

3. 腳窩區(qū)域檢測
   通過天線布局，雷達(dá)可識別二排兒童在前排座椅下的活動。

4. 生命體征檢測
   對靜止乘員仍能輸出穩(wěn)定的“存在”結(jié)果，不會誤判為無人。

5. 入侵檢測
   對窗戶破損或動物進入的非正常移動敏感。

這些結(jié)果證明了毫米波雷達(dá)在車內(nèi)復(fù)雜空間中的適應(yīng)性和可靠性。

九、與其他方案的對比：為什么是毫米波雷達(dá)？

以下是幾種常見車內(nèi)傳感方案的對比：

因此，在 CPD 和存在檢測領(lǐng)域，毫米波雷達(dá)成為最平衡的技術(shù)路線。

十、量產(chǎn)化建議：從參考設(shè)計到整車 SOP

針對準(zhǔn)備將毫米波雷達(dá)落地量產(chǎn)的研發(fā)團隊，以下建議非常重要：

1. 盡量復(fù)現(xiàn)參考設(shè)計原型

尤其是：

• 天線尺寸與布線

• 射頻走線

• 電源布局

• 地平面分割

• PMIC 與 60GHz 射頻區(qū)域分隔

60GHz PCB 對工藝和布局極其敏感，隨意調(diào)整容易造成性能下降。

2. 注重整車級 EMC 測試

必須在目標(biāo)車型上驗證：

• CISPR 25

• ISO 7637 瞬態(tài)

• ISO 11452 輻射抗擾

• 真實車內(nèi)場景的多路徑影響

毫米波雷達(dá)本身對 EMI 不敏感，但其發(fā)射頻譜及電源噪聲需滿足車規(guī)要求。

3. 功耗策略需與整車休眠系統(tǒng)聯(lián)動

與車身控制器協(xié)同制定：

• 熄火后掃描周期

• 深度睡眠時間

• 網(wǎng)絡(luò)喚醒條件

• 溫度補償策略

4. 結(jié)構(gòu)安裝需結(jié)合車型設(shè)計

需考慮：

• 頂棚材料厚度

• 天窗開口

• 頂燈位置

• 空調(diào)出風(fēng)口影響

• 金屬件遮擋

這些都會顯著影響探測性能。

十一、未來趨勢：車內(nèi)感知將成為座艙標(biāo)配

隨著法規(guī)趨勢推進，CPD 已不再是“高端車型功能”，而正在向所有乘用車型普及。未來幾年，車內(nèi)雷達(dá)將進一步向以下方向演進：

• 與座艙域控制器深度集成

• 多模態(tài)融合（攝像頭 + 雷達(dá) + UWB）

• 更高分辨率與更低功耗

• 支持駕駛員面部與胸腔聯(lián)合監(jiān)測

• 車內(nèi)健康監(jiān)測（疲勞、呼吸異常）

以 TIDEP-01037 為代表的參考設(shè)計，給出了單芯片雷達(dá)在緊湊空間中實現(xiàn)高性能車內(nèi)感知的可行方案。

十二、總結(jié)

TIDEP-01037 以 AWRL6432 雷達(dá) SoC 為核心，構(gòu)建了一套緊湊、低功耗、車規(guī)級的車內(nèi)毫米波雷達(dá)模塊。其關(guān)鍵價值包括：

• 120° × 120° 寬視場，覆蓋兩排乘員與腳窩

• 可檢測呼吸與心跳等生命體征

• 全車規(guī)電源與接口設(shè)計

• 低功耗深度睡眠策略適配 CPD 需求

• 完整軟件鏈路與算法框架

對于希望快速搭建原型驗證、并進一步走向量產(chǎn)的團隊而言，這一參考設(shè)計提供了極具工程價值的起點。隨著車內(nèi)安全法規(guī)的全面鋪開，像 TIDEP-01037 這樣的毫米波雷達(dá)方案，將成為未來車內(nèi)感知體系中的標(biāo)配技術(shù)