一、引言：車內安全成為新的法規焦點

過去十年中，汽車安全的關注點正從傳統的碰撞保護與被動安全，逐步向“車內乘員狀態與健康監測”轉移。特別是“車內兒童遺留檢測（Child Presence Detection，簡稱 CPD）”已經被歐美多地納入安全法規與測試協議。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掃描車內乘員狀態，并在檢測到兒童被遺留時主動告警。

兒童遺留事故往往發生于夏季高溫或冬季低溫環境，車內封閉空間的溫度上漲或下降極快，導致被遺留兒童面臨極高風險。因此，監管機構要求車廠必須提供一種能夠在車輛斷電甚至休眠狀態下保持持續監測的技術方案。

在眾多傳感技術中，60GHz 車載毫米波雷達因具備下列優勢而成為主流路線：

• 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，實現生命體征檢測；

• 發射功率低，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 參考設計，為車內毫米波雷達提供了一套緊湊、低功耗、具備車規接口的工程實現方案。該設計圍繞 AWRL6432 單芯片 60GHz 雷達展開，整合電源、射頻天線、車載網絡接口和算法框架，是構建車內存在檢測、CPD、入侵檢測及座椅占位識別的重要平臺。

本文將從系統架構、電源與功耗、天線與射頻、算法體系、測試表現以及量產化建議等多個維度，系統解析 TIDEP-01037 的設計邏輯與工程意義。

二、TIDEP-01037 概述：小體積、低功耗、可直接上車的雷達模塊

TIDEP-01037 是一款專為車內傳感場景打造的毫米波雷達參考設計。其主要特點包括：

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

2. 完全車規級設計
   包含車規 CAN 接口、耐寬電壓輸入、低功耗待機及 ESD/EMC 考量。

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

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

5. 可運行機器學習算法
   AWRL6432 內部可執行存在檢測、乘員分類及生命體征識別等算法。

此設計可用于開發以下車內功能：

• 兒童遺留檢測（CPD）

• 駕駛員與乘員存在檢測

• 車內入侵檢測（竊賊或動物進入）

• 二排兒童腳部活動檢測

• 生命體征監測（呼吸、微動）

• 座椅占位識別與安全帶提醒

對于需要在數周內構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“可跑現場”的工程工具。

三、整體系統架構：從 12V 電源到點云輸出

TIDEP-01037 的內部架構可分為五大部分：

1. 雷達 SoC：AWRL6432

• 支持 60GHz FMCW 雷達工作模式；

• 集成 2 路發射（2TX）與 3 路接收（3RX）；

• 內部包含處理器、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 PMIC

PMIC 負責將車載 12V 電源轉換為多個電壓軌，包括：

• 3.3V：I/O、外設與部分模擬模塊

• 1.8V：中間電壓域

• 1.2V：處理器與加速器電源

PMIC 還承擔：

• EMI 降噪（展頻），

• 低功耗睡眠管理，

• 啟動順序控制等功能。

3. 車載網絡接口：CAN FD

板載車規 CAN 收發器，可直接與車身控制器或座艙域控制器通信，實現：

• 雷達配置更新

• 檢測結果與狀態上報

• 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. 擴展與調試接口

• SPI / UART 用于數據回傳

• JTAG 用于調試

• 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、電源設計：低功耗運行是 CPD 的核心前提

4.1 車內場景下的功耗要求

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

因此，車內雷達面臨兩個功耗挑戰：

1. 待機功耗必須極低
   雷達在大部分時間內只是低頻掃描，不能持續全功率運行。

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

參考設計中使用的車規 PMIC 提供：

• 自動切換 PWM/PFM 的節能控制；

• 多路電壓軌的開關與關斷功能；

• 深度睡眠維持少數喚醒邏輯；

• 展頻調制降低 EMI 干擾。

結合雷達芯片的睡眠管理，可以將整體功耗分為：

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

五、射頻與天線設計：覆蓋兩排座椅與腳窩的 60GHz 雷達

5.1 60GHz 頻段的優勢

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，非常適合車內環境。

5.2 RO3003 高性能基板

參考設計采用高質量介質材料，使天線具備：

• 較低介質損耗

• 較高 Q 值

• 更好的方向圖穩定性

• 更低的插入損耗

這保證天線在高達 60GHz 的頻段仍能保持有效增益。

5.3 2TX × 3RX 陣列與大視場

陣列設計實現：

• 120° 的水平視角（方位角）

• 120° 的垂直視角（俯仰角）

這意味著雷達可安裝在前排頂棚中央位置，通過較寬視場覆蓋整個車內：

• 前排駕駛員與乘客

• 第二排乘員

• 腳窩與座椅下方區域

• 中央通道區域

在 CPD 或入侵場景中，這種寬覆蓋能力是關鍵優勢。

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. 雷達信號采樣與預處理

• 發射 FMCW 調制波

• 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）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，從而在有限天線數量下獲得更細的角度分辨能力。

與傳統 FFT 波束形成相比，Capon2D 具有：

• 更低旁瓣

• 更高分辨率

• 更好的弱目標檢測能力

對車內“微動目標”（如兒童胸腔呼吸）尤為重要。

3. 存在檢測與區域劃分

算法根據目標的距離、角度與能量分布，將車內空間劃分為多個區域：

• 駕駛員區

• 副駕駛區

• 后排左、中、右三個區域

• 前排腳窩

每個區域可獨立設置存在閾值。系統可判斷：

• 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）

毫米波雷達能夠檢測胸腔隨呼吸產生的毫米級位移。AWRL6432 中的算法可實現：

• 呼吸頻率估計

• 生命存在的穩定判定

• 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、車載網絡與模塊集成：從評估板到量產 ECU

7.1 CAN FD 接口

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

• 下發雷達參數

• 上報檢測結果

• 實現睡眠/喚醒

• 故障診斷上報（DTC）

雷達模塊可以作為車身域中的一個標準 ECU 加入車輛網絡。

7.2 SPI / UART / GPIO

• SPI 用于高速傳輸原始點云數據

• UART 用于調試界面、打印日志

• GPIO 用于模式配置、狀態指示、錯誤輸出

在原型開發階段，工程師通常通過 UART 查看中間數據，通過 SPI 回傳點云驗證算法。

八、測試結果與車內驗證：實車表現與能力邊界

設計資料展示了典型測試結果，主要包括：

1. 雙排乘員檢測
   雷達可準確顯示前排與后排乘員位置，目標點云穩定清晰。

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

3. 腳窩區域檢測
   通過天線布局，雷達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定的“存在”結果，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。

這些結果證明了毫米波雷達在車內復雜空間中的適應性和可靠性。

九、與其他方案的對比：為什么是毫米波雷達？

以下是幾種常見車內傳感方案的對比：

因此，在 CPD 和存在檢測領域，毫米波雷達成為最平衡的技術路線。

十、量產化建議：從參考設計到整車 SOP

針對準備將毫米波雷達落地量產的研發團隊，以下建議非常重要：

1. 盡量復現參考設計原型

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 射頻區域分隔

60GHz PCB 對工藝和布局極其敏感，隨意調整容易造成性能下降。

2. 注重整車級 EMC 測試

必須在目標車型上驗證：

• CISPR 25

• ISO 7637 瞬態

• ISO 11452 輻射抗擾

• 真實車內場景的多路徑影響

毫米波雷達本身對 EMI 不敏感，但其發射頻譜及電源噪聲需滿足車規要求。

3. 功耗策略需與整車休眠系統聯動

與車身控制器協同制定：

• 熄火后掃描周期

• 深度睡眠時間

• 網絡喚醒條件

• 溫度補償策略

4. 結構安裝需結合車型設計

需考慮：

• 頂棚材料厚度

• 天窗開口

• 頂燈位置

• 空調出風口影響

• 金屬件遮擋

這些都會顯著影響探測性能。

十一、未來趨勢：車內感知將成為座艙標配

隨著法規趨勢推進，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，車內雷達將進一步向以下方向演進：

• 與座艙域控制器深度集成

• 多模態融合（攝像頭 + 雷達 + UWB）

• 更高分辨率與更低功耗

• 支持駕駛員面部與胸腔聯合監測

• 車內健康監測（疲勞、呼吸異常）

以 TIDEP-01037 為代表的參考設計，給出了單芯片雷達在緊湊空間中實現高性能車內感知的可行方案。

十二、總結

TIDEP-01037 以 AWRL6432 雷達 SoC 為核心，構建了一套緊湊、低功耗、車規級的車內毫米波雷達模塊。其關鍵價值包括：

• 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

• 全車規電源與接口設計

• 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、并進一步走向量產的團隊而言，這一參考設計提供了極具工程價值的起點。隨著車內安全法規的全面鋪開，像 TIDEP-01037 這樣的毫米波雷達方案，將成為未來車內感知體系中的標配技術