车内儿童存在探测技术及测评方法研究

刘丽萍 鞠伟男 王诗萌 田晓笛

（1.中汽研软件测评（天津）有限公司，天津 300300；2.中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300）

主题词：儿童存在 探测 间接感应 直接感应 测评方法

1 前言

近年来，儿童遗留车内导致的中暑和死亡事故屡见不鲜。据不完全统计，在2011～2021年间，全国各地共发生100余起儿童被遗忘车内事故，造成儿童死亡达60余名，伤害表现大多数呈现为：热射病和窒息。研究表明，当车内温度达到35℃，阳光照射15 min后，密闭车厢内的温度能升到65℃；车内温度可以在不到20 min内达到人体承受的临界水平（41℃）[1]；在阳光直射的情况下，坐在安全座椅上的儿童不具备采取任何行动的能力，如脱衣服、打开窗户的动作，这增加了车内滞留儿童中暑死亡的风险。虽然与车祸相比，儿童遗留车内中暑导致的死亡发生的频率较低，但其关注度高，社会影响恶劣。儿童存在探测（Child Presence Detection,CPD）技术作为儿童遗留车内的解决方案，正在逐步引起行业的关注，该技术通过探测车辆中是否存在儿童，提醒车辆用户或第三方服务采取相应措施，以降低车内滞留儿童中暑和死亡事件发生的频率。

国外儿童存在探测技术研究较早，探测技术主要有压力传感器、约束系统、光学传感器、雷达传感器等[2-5]，且在车辆上逐渐普及。欧盟新车安全评鉴协会（Euro NCAP）已在2021版规程中加入CPD测试项，2023年起将为配置CPD功能的车辆提供加分奖励[6]，有力推动了汽车行业对儿童存在探测系统的装配率。国内对儿童存在探测技术的研究较少，多停留在理论层面，解决方案主要有摄像头、压力传感器、微波雷达、红外传感器、无线传感器[7-12]等。该功能在国内车辆上的普及率较低，且以间接感应为主，近些年，国内主机厂也纷纷在新款车型上新增该功能，预估将在2023年前后实现大规模量产。中国新车评价规程（CNCAP）已确定在2025版规程中加入儿童存在探测系统测试项目，为安装该装置的车辆提供加分项[13]。

综上所述，儿童遗留问题正在逐步引起公众的重视，相关技术也在快速发展，未来，儿童存在检测功能将逐渐成为车辆的标配。本文详细介绍了儿童存在探测技术的分类以及对应的优劣势，并分别提出基于间接感应和直接感应技术的车内儿童存在探测系统测评方法，并利用该方法对实车进行了测试。本文研究成果旨在为车企研发车内儿童存在探测系统、开展儿童存在探测系统测试提供参考。

2 儿童存在探测技术

儿童存在探测技术手段主要可分为2种：间接感应和直接感应。

2.1 间接感应

间接感应可以利用开车门、压力或电容感应等信息，根据逻辑推断出车内是否存在滞留目标。该方法容易实现，不需要复杂的传感器和算法，但无法检测被遗留的是活体还是物体，因此，在准确率和误报率方面，该技术都存在较大的局限。另外，间接感应只能提供初始警告，无法提供增强警告。当前，间接感应探测技术主要基于门逻辑和压力传感器。

（1）基于门逻辑的车内生物检测，根据车辆的开关门逻辑判断车内是否有遗留物体，需要考虑各种容易引起误报的开关门逻辑，需要客户严格按照相关方法来进行执行，一旦中间某个步骤和间接检测方案冲突就会有一定的误判出现。

（2）基于压力传感器的车内生物检测，根据预先设置的质量激活值，判断座椅上是否有儿童。但压力传感器的最小质量激活值不容易确定，不同儿童体型和质量差异较大，皮包、衣物等物体放在座椅上容易导致误判。

2.2 直接感应

直接感应通过传感器感知心跳、呼吸、运动或任何其他生命迹象来检测车内是否有儿童存在。直接检测要求系统能识别在不同光照、儿童座椅类型、身体覆盖情况、儿童肢体运动状态和不同年龄等多种条件下的儿童生命体征。其优势在于识别准确率较高，同时也伴随着成本的增加，因此，当前车辆装载较少，但这并不妨碍该技术成为未来的发展趋势，未来儿童存在探测将更多的基于直接感应方式来实现。当前，直接感应探测技术主要有摄像头方案和毫米波雷达方案。

（1）摄像头方案主要通过视觉对目标进行检测，通过连续比对和视觉检测得出车内有无物体在移动，并通过儿童的肢体和脸部特征进行识别[3]。其优势在于，可以利用乘客感知摄像头同步解决儿童遗留问题，更集约利用整车成本；缺点在于，前排座椅、衣物或其他车内物体的遮挡以及儿童的动作容易导致一些区域无法被正确识别和辨别，此外该方案受到光照的影响比较大，从而出现误报警和漏报警。红外摄像头获取的热成像如图1所示。

（2）毫米波雷达检测技术可直接检测儿童生命体征，在很大程度上可以防止洋娃娃等人形物体引起的误报。毫米波雷达在工作时，通过发出的毫米波对目标进行照射并接收其回波，由此获得探测目标的距离、方向、速度等参数，通过连续对比这些参数，就可以得出车内有无物体移动，如图2所示。根据波的传播理论，频率越高，波长越短，分辨率越高，探测距离越远[2-3]。毫米波雷达通过检测儿童的心跳、呼吸时胸腔的浮动、肢体动作等来判断车内是否有儿童存在。毫米波雷达的技术优势在于可以检测微小的物体移动，例如儿童的呼吸，但毫米波雷达在国内面临使用波段是否合法的问题。

3 儿童存在探测系统测评方法

Euro NCAP对儿童存在探测系统提出了要求，并分别针对间接探测系统和直接探测系统提出了不同的测试方法。针对间接感应系统，主要基于不同场景设计测试用例，依据测试用例开展测试，根据探测结果对系统功能进行评估；针对直接感应系统，主要基于不同场景下的儿童假人状态设计测试用例，根据探测结果对系统功能进行评估。

3.1 间接感应系统测评方法

间接感应系统测试基于测试用例进行，用例中包含了带儿童出行时可能出现的典型场景，每条用例都详细说明了须执行的特定操作步骤及顺序，测试时将按照操作步骤顺序执行，简化测试矩阵如表1所示。其中，数字部分表示要执行的动作类型，例如打开/关闭车门和锁定车辆；字母部分表示执行该动作类型时的具体细节。

3.1.1 用例1

这模拟了2次独立的旅程，一次是从车辆锁定开始，另一次是从车辆解锁开始。在这2种情况下，驾驶员都忘记在旅程结束时带走儿童并锁定车辆，需要CPD初始警告。这是2个独立的用例，应分别进行测试。

试验步骤：

（1）锁定：1A→2B→3C→4B→5A→6A→7A→结束；

（2）解锁：1B→2B→3C→4B→5A→6A→7A→结束。

3.1.2 用例2

这模拟了1次旅程，从锁定的车辆开始，1个儿童被安置在车辆中。中途只有驾驶员的车门被打开和关闭，没有打开其他车门，如果车辆装载了CPD系统且有延迟功能，则CPD初始警告会被驾驶员延迟，例如加油。延迟激活后10 min内需要CPD警告。

试 验 步 骤：1A→2B→3C→4B→5A→6C→7B→10 min(max)→7A→结束。

如果CPD系统不提供信号延迟功能，则可以忽略此用例。

3.1.3 用例3

这模拟了1次旅程，从锁定的车辆开始，在这段旅程中，1个儿童被安置在车辆中。中途只有驾驶员的车门被打开和关闭，没有其他车门打开，如果车辆装载了CPD系统且有延迟功能，则CPD初始警告会被驾驶员延迟（如加油）。随后，驾驶员继续行驶（10 min内），最后忘记在行驶结束时（仅限）忘记带走儿童。在旅程结束锁门时，则需要CPD初始警告。这是1次旅程的1个用例。

试验步骤：1A→2B→3C→4B→5A→6C→7B→＜10 min→旅程重新开始→1A→2A→3C→4B→5A→6A→7A→结束。

如果CPD系统不提供信号延迟功能，则可以忽略此用例。

3.1.4 用例4

这模拟了1次旅程，从锁定的车辆开始，1个儿童被安置在车辆中。中途只有驾驶员的车门被打开和关闭，没有打开其他车门，如果车辆装载了CPD系统且有延迟功能，则CPD初始警告会被驾驶员延迟，例如加油，预计会在延迟激活后10 min内发出警告。随后，同一旅程重新开始（锁门后15 min内），驾驶员在旅程结束时忘记带走儿童，则需要CPD警告。这是1次旅程中的1个用例。

试 验 步 骤：1A→2B→3C→4B→5A→6C→7B→10 min→7A→旅程重新开始→1A→2A→3C→4B→5A→6A→7A→结束。

如果CPD系统不提供信号延迟功能，则可以忽略此用例。

3.1.5 用例5

这模拟了1次旅程，从1辆没有后门的上锁车辆开始，司机在旅程结束时忘记带走儿童并锁上车辆。如果在车门锁定之前没有重复进入后排座椅和儿童所需的操作（例如移动驾驶员座椅），则预期会出现CPD警告。

试验步骤：1A→2B*→3C→4B→5A→6A→7A→结束。

*2B：应包括进入后排座椅的必要操作。

如果车辆有后排车门，则可以忽略此用例。

3.1.6 用例6

这模拟了1次旅程，从锁定的车辆开始，车上有2个儿童。1个儿童在旅程中途下车，旅程继续。在旅程结束时，司机下车并忘记了剩下的1个儿童，此时需要CPD警告。

试 验 步 骤：1A→2B→3C→4C→2E→3E→4B→5A→6A→7A→结束。

3.1.7 用例7

这模拟了1次旅程，从锁定的车辆开始，在旅程开始时车内没有儿童。随后，1个儿童在中途进入车辆并且旅程继续。在旅程结束时，司机下车并忘记带走儿童，此时需要CPD警告。

试 验步骤：1A→2A→3C→4C→2D→3E→4B→5A→6A→7A→结束。

3.1.8 用例8

这模拟了1次旅程，从锁定的车辆开始，1个儿童被安置在车辆。旅程结束，驾驶员下车。在未将儿童从车辆上取出的情况下，打开并关闭与儿童相邻的后门，然后将其锁定。这是故意遗留的情况，需要CPD警告。

试验步骤：1A→2B→3C→4B→5B→6A→7A→结束。

3.1.9 用例9

在下述2种情况用于检查系统是否存在误报。

（1）这模拟了1段旅程，从锁定的车辆开始，驾驶员在旅程结束时将儿童带走。锁定时车内没有儿童，在这种情况下不需要警告。

在《内经》教学中，经历了从诵读到理解领悟到能够背诵《内经》原文的理论培养之后，跟随老师临证实践成为中医学生培养不可缺少的重要模式。中医院校教师都为双师制教师，一些院校还开展了本科生导师制的教学模式，每一位学生都有自己的导师，也就是说，都有机会能够跟随导师门诊实践。现代中医教育一直在探索院校教育与师承教育相结合的教学模式[5]，在实践中，学生跟从自己的老师接诊，了解疾病的诊断与治疗方法，从而学习到处方用药的特点，老师可以通过讲述诊病的过程，让学生再次巩固经典的内容，当经典遇到临床最终发挥奇效时，学生自然会喜上心头，对经典的崇敬油然而生，对经典的学习也会不遗余力。

试验步骤：1A→2B→3C→4B→5D→6A→7B→结束。

（2）这模拟了1段旅程，从锁定的车辆开始，驾驶员打开车门并在旅程前将物体放在/悬挂在后部。在旅程结束时，门在锁定时保持未打开状态，在这种情况下不需要警告。

试验步骤：1A→2C→3C→4B→5A→6A→7B→结束。

3.2 直接感应系统测评方法

直接感应系统的评估基于车辆制造商提供的材料信息进行，材料需详细说明系统如何确定儿童的存在，以及随后的警告规则等内容。

3.2.1 材料内容

车辆制造商应提供证明系统性能所需的所有必要信息，至少包括以下内容：

（1）系统信息：

a.传感器类型和原理：雷达、摄像头等；

c.探测参数：运动、呼吸等；

d.探测覆盖区域，包括脚部空间和所有可选座椅；

e.临时/长期停用方法及要求（如适用）；

f.警告所需的CPD移动设备应用程序（如适用）。

（2）传感数据：

a.呼吸监测输出数据；

b.运动监测输出数据；

c.触发阈值等信息；

d.外部干扰，例如阳光、电磁波、无线电波等。

（3）系统合规性证明：

a.感知和决策到警告激活的时间；

b.警告信号演示；

c.干预示范（如适用）。

（4）测试工具的验证情况（如适用）

OEM和/或系统供应商需要提供详细的信息说明任何所用测试工具的验证情况。如果使用工具代替人类受试者，则验证数据必须能够证明测试工具可以用作合适的人类替代物。

需要在车辆中对真人记录的输出与测试工具的输出进行直接比较，上述测试场景应与传感技术的“最坏情况”条件/主题的详细信息进行对比并一起提交。要求从新生儿到6岁左右的一系列人类受试者，以及年龄、体重和身高信息，以证明测试工具能涵盖人类受试者在该探测系统中的最坏情况。根据正在评估的参数，可能需要将儿童或相应的测试工具放置在适当的儿童约束系统（Child Restraint Systems,CRS）中。如果在测试工具的开发或CPD系统的验证中使用人类受试者，则必须遵守所有相关的道德和隐私准则。

3.2.2 测试场景

直接感应系统必须能够对所有可能的用例做出正确响应，测试场景可以是室内（停车场）或室外，但需具备系统功能实现所需的条件，例如手机信号和温度等（如适用）。儿童状态、毯子和遮阳帘要求如下：

（1）儿童被遗忘和故意遗留在后座

a.后向CRS中的新生儿：睡在毯子/遮阳板下。

b.后向CRS中的1岁婴儿/儿童：睡在毯子下，四肢不活动；在毯子下醒来，四肢运动。

c.前向型CRS中的3岁儿童：睡在毯子下，四肢不活动；在毯子下醒来，四肢运动。

d.前向型CRS中的6岁儿童：睡觉时四肢不活动；醒来时四肢运动。

（2）儿童进入未上锁的车辆

评估条件详述如下：

a.车门未上锁的停放车辆；

b.车门（任何车门）打开，受试者进入车辆，车门关闭（未上锁），但儿童锁激活；

c.触发传感器（直接或可能仅在一定延迟时间后）以检查车辆中是否有生物（包括脚部空间）；

d.确认儿童存在时，则必须触发初始警告。

3.2.3 具体要求

系统可以单独或组合使用一系列参数来确定儿童存在情况和/或儿童分类，OEM需证明该系统用于探测儿童呼吸或运动的各个参数如下：

（1）呼吸：睡眠儿童应使用以下呼吸频率：

a.新生儿30次/min

b.1岁儿童22次/min

c.3岁儿童20次/min

d.6岁儿童18次/min

（2）运动和姿态：需要1个尺寸和运动状态可以任意变化的儿童假人，并可以在CRS中进行如下活动：

a.头部：俯仰、翻转、侧倾

b.上下肢：挥手、踢腿等

（3）白天和黑夜：使用光学传感方法的系统（如摄像头）需要证明系统可以在各种照明条件下（例如白天和夜间）探测到儿童。

4 实车测试

根据上述测试方法，对某辆车儿童存在探测系统功能进行测试，该车感应原理为门逻辑，该车为四门车辆，无警告延迟功能，测试结果见表2。

表2 测试结果

5 结论

本文对车内儿童存在探测技术进行了研究，分析了当前儿童存在探测实现的技术手段以及优缺点，未来将朝向直接感应以及多模态感应方向发展。另外，对儿童存在探测系统的测评方法进行了研究，针对间接感应系统，主要基于不同场景设计测试用例，依据测试用例开展测试，根据探测结果对系统功能进行评估；针对直接感应系统，主要基于不同场景下的儿童假人状态设计测试用例，根据探测结果对系统功能进行评估。未来，需研发基于中国体征的儿童假人测试工具，可模拟不同年龄段儿童的呼吸、体征等信息，用于儿童存在探测系统的测试。