FR3147022A1 - Improved sensitivity gesture detection system for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Dispositif (1) de de détection de geste (1) destiné à être embarqué sur un véhicule automobile, comportant : - un module radar (2), avec au moins une antenne radiofréquence (21) pour émettre un signal radiofréquence émis et recevoir un signal radiofréquence retour provenant de la réflexion sur une cible (50) du signal radiofréquence émis ; et - un module de traitement de signal (3), pour recevoir des données relatives au signal retour et en déduire une information relative à la détection d’un geste.L’antenne radiofréquence (21) est configurée pour émettre un signal polarisé linéairement, selon un axe de polarisation (201) orienté sensiblement verticalement en utilisation.Le système (1) comporte au moins un logement (4) recevant le module radar (2), avec une distance (d1) supérieure ou égale à :dlim=2*D²/λ+d0entre l’antenne (21) et une surface externe (41) du logement (4) formant en utilisation une partie de la surface extérieure du véhicule, avec D un diamètre de l’antenne (21), λ la longueur d’onde centrale du signal émis, etd0 une constante positive ou nulle. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Gesture detection device (1) intended to be embedded in a motor vehicle, comprising: - a radar module (2), with at least one radiofrequency antenna (21) for emitting a transmitted radiofrequency signal and receiving a return radiofrequency signal originating from the reflection on a target (50) of the transmitted radiofrequency signal; and - a signal processing module (3), for receiving data relating to the return signal and deducing therefrom information relating to the detection of a gesture. The radiofrequency antenna (21) is configured to emit a linearly polarized signal, along a polarization axis (201) oriented substantially vertically in use. The system (1) comprises at least one housing (4) receiving the radar module (2), with a distance (d1) greater than or equal to: dlim = 2 * D² / λ + d0 between the antenna (21) and an external surface (41) of the housing (4) forming in use a part of the external surface of the vehicle, with D a diameter of the antenna (21), λ the central wavelength of the emitted signal, and d0 a positive or zero constant. Figure for abstract: Figure 1
Description
L’invention concerne le domaine de l’automobile et plus particulièrement un système de détection de geste destiné à être embarqué sur un véhicule automobile, pour détecter un geste prédéterminé effectué par un utilisateur situé à l’extérieur du véhicule.The invention relates to the automotive field and more particularly to a gesture detection system intended to be embedded in a motor vehicle, to detect a predetermined gesture made by a user located outside the vehicle.
À détection du geste prédéterminé, le système de détection de geste génère une commande permettant, par exemple, de piloter directement ou indirectement l’ouverture et/ou le déverrouillage d’un ouvrant tel qu’une portière latérale ou une porte de coffre du véhicule.Upon detection of the predetermined gesture, the gesture detection system generates a command allowing, for example, direct or indirect control of the opening and/or unlocking of an opening such as a side door or a trunk door of the vehicle.
On connaît dans l’art antérieur de tels systèmes de détection de geste, basés sur une détection radiofréquence. En particulier, un module radar est configuré pour émettre un signal radiofréquence, nommé signal émis, et pour recevoir un signal radiofréquence, nommé signal retour, provenant de la réflexion sur une cible du signal émis.Such gesture detection systems are known in the prior art, based on radiofrequency detection. In particular, a radar module is configured to emit a radiofrequency signal, called the emitted signal, and to receive a radiofrequency signal, called the return signal, originating from the reflection of the emitted signal on a target.
L’analyse du signal retour permet d’obtenir des informations relatives à un mouvement effectué par la cible, et ainsi d’identifier un geste prédéterminé, notamment par comparaison avec des valeurs seuils.Analysis of the return signal makes it possible to obtain information relating to a movement made by the target, and thus to identify a predetermined gesture, in particular by comparison with threshold values.
En pratique, le signal retour est avantageusement mixé avec un signal à la fréquence du signal émis, pour obtenir des données relatives à une composante en phase I(t) et une composante en quadrature de phase Q(t) du signal retour. L’analyse de ces composantes permet d’extraire, notamment, des valeurs de phase décrivant le mouvement effectué par la cible.In practice, the return signal is advantageously mixed with a signal at the frequency of the emitted signal, to obtain data relating to an in-phase component I(t) and a quadrature phase component Q(t) of the return signal. The analysis of these components makes it possible to extract, in particular, phase values describing the movement carried out by the target.
En utilisation, la cible est formée par une partie du corps d’un utilisateur, généralement la main ou le pied. Par exemple, il est connu de mettre en œuvre la détection d’un mouvement de pied effectué par l’utilisateur sous le parechoc arrière du véhicule, pour piloter l’ouverture du coffre ou hayon. Une autre application consiste à détecter un mouvement de la main effectué par l’utilisateur à proximité d’un pilier intermédiaire latéral du véhicule (par exemple le « pilier B », ou « B-pillar » en anglais), pour piloter l’ouverture d’une portière latérale (par exemple une portière coulissante).In use, the target is formed by a part of a user's body, generally the hand or foot. For example, it is known to implement the detection of a foot movement made by the user under the rear bumper of the vehicle, to control the opening of the trunk or tailgate. Another application consists in detecting a hand movement made by the user near a lateral intermediate pillar of the vehicle (for example the "B-pillar", or "B-pillar" in English), to control the opening of a side door (for example a sliding door).
La détection d’un geste prédéterminé peut cependant être affectée par des mouvements parasites dans l’environnement extérieur, en particulier des mouvements parasites générés par des gouttelettes de pluie.The detection of a predetermined gesture can however be affected by parasitic movements in the external environment, in particular parasitic movements generated by rain droplets.
En effet, lorsqu’il pleut, les gouttelettes de pluie tombant tout autour du véhicule forment des cibles en mouvement pour le système de détection de geste. Ces gouttelettes génèrent alors un bruit de détection important. Qui plus est, ce bruit est situé dans la même bande de fréquence qu’un signal utile associé au geste effectué par l’utilisateur, car la vitesse de chute des gouttelettes est du même ordre de grandeur que la vitesse de déplacement de la cible dans le geste prédéterminé.Indeed, when it rains, the rain droplets falling all around the vehicle form moving targets for the gesture detection system. These droplets then generate significant detection noise. What is more, this noise is located in the same frequency band as a useful signal associated with the gesture performed by the user, because the falling speed of the droplets is of the same order of magnitude as the speed of movement of the target in the predetermined gesture.
Des solutions existent pour s’affranchir de ce bruit. Elles sont basées sur un traitement complexe des signaux numériques, qui montre des limites pour les fortes pluies et conditions climatiques extrêmes.There are solutions to overcome this noise. They are based on complex processing of digital signals, which shows limitations for heavy rain and extreme weather conditions.
Un objectif de la présente invention est de proposer un système de détection de geste destiné à être embarqué sur un véhicule automobile pour détecter un geste prédéterminé effectué par un utilisateur situé à l’extérieur du véhicule, et qui soit robuste au bruit généré par la pluie, même en cas de forte pluie.An objective of the present invention is to propose a gesture detection system intended to be embedded in a motor vehicle to detect a predetermined gesture performed by a user located outside the vehicle, and which is robust to noise generated by rain, even in the event of heavy rain.
Un autre but de la présente invention est de proposer une solution qui n’implique pas de traitements de signaux extrêmement complexes.Another aim of the present invention is to provide a solution which does not involve extremely complex signal processing.
Cet objectif est atteint avec un système de détection de geste destiné à être embarqué sur un véhicule automobile, pour détecter un geste prédéterminé effectué par un utilisateur situé à l’extérieur du véhicule, le système comportant :
- un module radar comportant une carte de circuit imprimé munie d’au moins une antenne radiofréquence, l’au moins une antenne radiofréquence étant configurée pour émettre un signal radiofréquence, nommé signal émis, et pour recevoir un signal radiofréquence, nommé signal retour, provenant de la réflexion sur une cible du signal émis ; et
- un module de traitement de signal en liaison de communication avec le module radar, configuré pour recevoir des données relatives au signal retour et pour en déduire une information relative à la détection d’un geste prédéterminé.This objective is achieved with a gesture detection system intended to be embedded in a motor vehicle, to detect a predetermined gesture made by a user located outside the vehicle, the system comprising:
- a radar module comprising a printed circuit board provided with at least one radiofrequency antenna, the at least one radiofrequency antenna being configured to emit a radiofrequency signal, called the emitted signal, and to receive a radiofrequency signal, called the return signal, originating from the reflection of the emitted signal on a target; and
- a signal processing module in communication connection with the radar module, configured to receive data relating to the return signal and to deduce therefrom information relating to the detection of a predetermined gesture.
Selon l’invention :
- l’au moins une antenne radiofréquence est configurée pour l’émission d’un signal émis polarisé linéairement selon un axe de polarisation prédéterminé, l’axe de polarisation prédéterminé étant destiné à être orienté sensiblement verticalement en utilisation ; et
- le système comporte au moins un logement recevant le module radar, avec une distance d1 supérieure ou égale à :
dlim=2*D²/λ+d0
entre l’au moins une antenne radiofréquence et une surface externe du logement, avec
D un diamètre de ladite antenne radiofréquence,
λ la longueur d’onde centrale du signal émis, et
d0une constante positive ou nulle, c’est-à-dire supérieure ou égale à la valeur nulle,
où ladite surface externe du logement est destinée à former une partie de la surface extérieure du véhicule, en utilisation.According to the invention:
- the at least one radiofrequency antenna is configured for the emission of a linearly polarized emitted signal along a predetermined polarization axis, the predetermined polarization axis being intended to be oriented substantially vertically in use; and
- the system includes at least one housing receiving the radar module, with a distance d1 greater than or equal to:
d lim =2*D²/λ+d 0
between the at least one radiofrequency antenna and an external surface of the housing, with
From a diameter of said radiofrequency antenna,
λ the central wavelength of the emitted signal, and
d 0 a positive or zero constant, that is, greater than or equal to the zero value,
where said external surface of the housing is intended to form part of the exterior surface of the vehicle, in use.
L’invention est donc basée sur une combinaison avantageuse de deux caractéristiques.The invention is therefore based on an advantageous combination of two characteristics.
D’une part, on utilise, pour la détection de geste, un signal radar émis qui est polarisé linéairement. Le système de détection de geste est configuré de manière que, en utilisation au sein d’un véhicule automobile et lorsque le véhicule a ses quatre roues en contact avec un sol horizontal, l’axe de polarisation soit orienté sensiblement verticalement. Par « sensiblement verticalement », on entend « parallèle à l’axe de la gravité, à plus ou moins 10° d’angle, voire plus ou moins 5° d’angle, voire plus ou moins 1° d’angle (où 180° d’angle vaut π radians). L’axe de polarisation prédéterminé est donc, en utilisation, sensiblement parallèle à l’axe de déplacement des gouttelettes de pluie.On the one hand, for gesture detection, an emitted radar signal is used that is linearly polarized. The gesture detection system is configured such that, when used within a motor vehicle and when the vehicle has its four wheels in contact with horizontal ground, the polarization axis is oriented substantially vertically. By “substantially vertically” is meant “parallel to the axis of gravity, at plus or minus 10° angle, or even plus or minus 5° angle, or even plus or minus 1° angle (where 180° angle is equal to π radians). The predetermined polarization axis is therefore, when used, substantially parallel to the axis of movement of the rain droplets.
D’autre part, on garantit une distance d1 supérieure ou égale à dlim=2*D²/λ+d0, entre l’au moins une antenne radiofréquence, et une surface externe du logement formant, en utilisation, une partie de la surface extérieure du véhicule. Lorsqu’il y a plusieurs antennes radiofréquence pour émettre le signal émis et/ou recevoir le signal retour, chacune d’entre elles vérifie cette condition. d1 est la plus petite distance entre l’antenne considérée et ladite surface externe du logement formant, en utilisation, une partie de la surface extérieure du véhicule.On the other hand, we guarantee a distance d1 greater than or equal to dlim=2*D²/λ+d0, between the at least one radiofrequency antenna, and an external surface of the housing forming, in use, a part of the external surface of the vehicle. When there are several radiofrequency antennas for emitting the transmitted signal and/or receiving the return signal, each of them satisfies this condition. d1 is the smallest distance between the antenna considered and said external surface of the housing forming, in use, a part of the external surface of the vehicle.
D correspond à un diamètre de l’antenne radiofréquence, défini dans le plan de la carte de circuit imprimé et correspondant à la plus grande dimension rectiligne de l’antenne dans ce plan. De préférence, D est le diamètre du plus petit carré ou rectangle dans lequel est inscrite l’antenne radiofréquence considérée. Le plan de masse n’est pas considéré comme faisant partie de l’antenne.D corresponds to a diameter of the radiofrequency antenna, defined in the plane of the printed circuit board and corresponding to the largest rectilinear dimension of the antenna in this plane. Preferably, D is the diameter of the smallest square or rectangle in which the radiofrequency antenna considered is inscribed. The ground plane is not considered as part of the antenna.
λ correspond à une longueur d’onde centrale du signal émis, avec λ=C/f, où C est la célérité de la lumière dans le vide et f la fréquence centrale du signal émis.λ corresponds to a central wavelength of the emitted signal, with λ=C/f, where C is the speed of light in vacuum and f the central frequency of the emitted signal.
2*D²/λ définit la distance limite entre le champ lointain, et le champ proche et la région de Fresnel de l’antenne considérée.2*D²/λ defines the limiting distance between the far field, and the near field and the Fresnel region of the antenna considered.
La constante d0définit une marge de sécurité pour assurer le travail en champ lointain compte tenu notamment des valeurs de tolérances mécaniques du système selon l’invention.The constant d 0 defines a safety margin to ensure work in the far field, taking into account in particular the mechanical tolerance values of the system according to the invention.
La constante d0peut prendre la valeur nulle, mais elle est avantageusement comprise entre 2 mm et 7 mm, par exemple égale à 5 mm.The constant d 0 can take the value zero, but it is advantageously between 2 mm and 7 mm, for example equal to 5 mm.
Par cette distance d1 supérieure ou égale à dlim, on s’assure que l’environnement extérieur susceptible de générer du bruit, et plus particulièrement les éventuelles gouttes de pluie, se trouve dans le champ lointain de l’au moins une antenne radiofréquence.By this distance d1 greater than or equal to d lim , we ensure that the external environment likely to generate noise, and more particularly any raindrops, is in the far field of the at least one radiofrequency antenna.
Par cette combinaison d’une détection en champ lointain uniquement, et d’une polarisation verticale à l’émission, on s’assure que le signal retour parvenant au module radar ne soit pas ou peu affecté par le mouvement des gouttelettes de pluie.By this combination of far-field detection only and vertical polarization on transmission, we ensure that the return signal reaching the radar module is not or only slightly affected by the movement of the rain droplets.
En particulier, l’agencement selon l’invention évite toute détection en champ proche associée aux gouttelettes de pluie. En champ lointain, les gouttelettes de pluie pourraient être détectées avec un signal émis de polarisation circulaire. Grâce à la polarisation linéaire verticale du signal émis, sensiblement parallèle à l’axe de déplacement des gouttelettes de pluie, la détection des gouttelettes en champ lointain est également minimisée.In particular, the arrangement according to the invention avoids any near-field detection associated with rain droplets. In the far field, rain droplets could be detected with a circularly polarized emitted signal. Thanks to the vertical linear polarization of the emitted signal, substantially parallel to the axis of movement of the rain droplets, the detection of droplets in the far field is also minimized.
L’invention propose ainsi une solution astucieuse pour minimiser l’effet de la pluie sur le signal retour, dans un système de détection de geste destiné à être embarqué sur un véhicule automobile pour détecter un geste prédéterminé effectué par un utilisateur situé à l’extérieur du véhicule. Au lieu d’optimiser des traitements de signaux reçus, comme l’homme du métier était incité à le faire, l’invention propose d’optimiser plutôt les caractéristiques physiques du système de détection. Cette solution permet de s’affranchir de traitement complexes coûteux en ressources de calcul et en énergie. En outre, cette solution présente une robustesse optimale, même à l’égard de fortes pluies et de conditions météorologiques extrêmes.The invention thus proposes a clever solution for minimizing the effect of rain on the return signal, in a gesture detection system intended to be embedded in a motor vehicle to detect a predetermined gesture made by a user located outside the vehicle. Instead of optimizing the processing of received signals, as the person skilled in the art was encouraged to do, the invention proposes to optimize the physical characteristics of the detection system instead. This solution makes it possible to avoid complex processing that is costly in terms of computing resources and energy. In addition, this solution has optimal robustness, even with regard to heavy rain and extreme weather conditions.
En réduisant l’effet de la pluie sur le signal retour, on augmente un rapport signal sur bruit entre le signal utile associé à un geste effectué par l’utilisateur et le bruit lié notamment à la pluie. Cela permet notamment de réduire un taux de fausse détection du geste prédéterminé (détection erronée du geste prédéterminé, ou à l’inverse absence de détection du geste prédéterminé malgré l’action adéquate de l’utilisateur).By reducing the effect of rain on the return signal, we increase a signal-to-noise ratio between the useful signal associated with a gesture made by the user and the noise linked in particular to rain. This makes it possible in particular to reduce a false detection rate of the predetermined gesture (erroneous detection of the predetermined gesture, or conversely absence of detection of the predetermined gesture despite the appropriate action of the user).
En pratique, la distance entre l’au moins une antenne radiofréquence et ladite surface externe du logement est avantageusement supérieure ou égale à 5 mm, voire supérieure ou égale à 8 mm, voire supérieure ou égale à 10 mm.In practice, the distance between the at least one radiofrequency antenna and said external surface of the housing is advantageously greater than or equal to 5 mm, or even greater than or equal to 8 mm, or even greater than or equal to 10 mm.
Dans un mode de réalisation avantageux, une unique antenne est configurée pour émettre le signal émis et recevoir le signal retour.In an advantageous embodiment, a single antenna is configured to transmit the transmitted signal and receive the return signal.
En variante, une antenne est configurée pour émettre le signal émis et une autre antenne distincte est configurée pour recevoir le signal retour. Les deux antennes sont avantageusement intégrées sur une même carte de circuit imprimé. Selon l’invention, elles vérifient toutes deux la condition selon laquelle la distance à la surface externe du logement est supérieure ou égale à 2*Di²/λ, avec Dile diamètre de l’antenne considérée et λ la longueur d’onde centrale du signal émis par l’antenne d’émission.Alternatively, one antenna is configured to transmit the transmitted signal and another separate antenna is configured to receive the return signal. The two antennas are advantageously integrated on the same printed circuit board. According to the invention, they both satisfy the condition that the distance to the external surface of the housing is greater than or equal to 2*D i ²/λ, with D i the diameter of the antenna considered and λ the central wavelength of the signal transmitted by the transmitting antenna.
Dans un mode de réalisation avantageux, le module radar comporte au moins deux antennes radiofréquences, avec une antenne polarisée linéairement, pour l’émission du signal émis, et une antenne à polarisation circulaire, pour la réception du signal retour.In an advantageous embodiment, the radar module comprises at least two radiofrequency antennas, with a linearly polarized antenna, for the emission of the transmitted signal, and a circularly polarized antenna, for the reception of the return signal.
Le signal émis est avantageusement un signal radiofréquence de fréquence centrale comprise entre 5 GHz et 10 GHz.The emitted signal is advantageously a radiofrequency signal with a central frequency between 5 GHz and 10 GHz.
En complément ou en variante, le signal émis est avantageusement un signal radiofréquence de largeur spectrale supérieure à 500 MHz.In addition or as a variant, the emitted signal is advantageously a radiofrequency signal with a spectral width greater than 500 MHz.
Le logement comporte avantageusement une pièce d’habillage ou une pièce structurelle de véhicule munie d’un renfoncement pour recevoir le module radar, ainsi qu’une plaque d’ornement recouvrant le renfoncement et formant ladite surface externe du logement.The housing advantageously comprises a trim part or a structural part of the vehicle provided with a recess for receiving the radar module, as well as an ornamental plate covering the recess and forming said external surface of the housing.
Le module radar peut être fixé au fond du logement, du côté opposé à ladite surface externe du logement.The radar module may be fixed to the bottom of the housing, on the side opposite to said external surface of the housing.
En complément ou en variante, le module radar est muni d’au moins une cale, du côté de ladite surface externe du logement.Additionally or as a variant, the radar module is provided with at least one shim, on the side of said external surface of the housing.
L’invention couvre également un véhicule automobile équipé d’un système selon l’invention.The invention also covers a motor vehicle equipped with a system according to the invention.
Ledit système est situé avantageusement au niveau d’un pilier structurel du véhicule, avec l’axe de polarisation de l’antenne radiofréquence polarisée linéairement sensiblement parallèle à un axe d’allongement dudit pilier, à plus ou moins 10° d’angle.Said system is advantageously located at the level of a structural pillar of the vehicle, with the polarization axis of the linearly polarized radiofrequency antenna substantially parallel to an elongation axis of said pillar, at a plus or minus 10° angle.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :Other features and advantages of the invention will become apparent from reading the description which follows. This description is purely illustrative and must be read in conjunction with the attached drawings in which:
Description détaillée d’au moins un mode de réalisationDetailed description of at least one embodiment
On décrit tout d’abord un premier mode de réalisation d’un système de détection de geste 1 selon l’invention, représenté à la
Le système de détection de geste 1 est destiné à être embarqué sur un véhicule automobile, non représenté, pour détecter un geste prédéterminé effectué par un utilisateur situé à l’extérieur du véhicule.The gesture detection system 1 is intended to be installed on a motor vehicle, not shown, to detect a predetermined gesture made by a user located outside the vehicle.
De manière avantageuse, la détection du geste prédéterminé génère, directement ou indirectement, une commande d’ouverture et/ou de déverrouillage d’un ouvrant tel qu’une portière latérale ou une porte de coffre du véhicule.Advantageously, the detection of the predetermined gesture generates, directly or indirectly, a command to open and/or unlock an opening such as a side door or a trunk door of the vehicle.
Par exemple, en utilisation, le système de détection de geste 1 est intégré au niveau d’un parechoc arrière du véhicule, pour détecter un geste prédéterminé réalisé par le pied d’un utilisateur en vue de piloter l’ouverture d’une porte de coffre ou hayon.For example, in use, the gesture detection system 1 is integrated into a rear bumper of the vehicle, to detect a predetermined gesture made by a user's foot in order to control the opening of a trunk door or tailgate.
En variante, le système de détection de geste 1 est intégré au niveau d’un pilier intermédiaire latéral du véhicule, de préférence le « pilier B », ou « B-pillar » en anglais, pour détecter un geste prédéterminé réalisé par la main d’un utilisateur en vue de piloter l’ouverture d’une portière latérale. L’invention n’est évidemment pas limitée à ces deux exemples.Alternatively, the gesture detection system 1 is integrated at the level of a lateral intermediate pillar of the vehicle, preferably the “B-pillar”, to detect a predetermined gesture made by the hand of a user in order to control the opening of a side door. The invention is obviously not limited to these two examples.
Le système 1 comprend un module radar 2, un module de traitement de signal 3, et un logement 4 recevant au moins le module radar 2.The system 1 comprises a radar module 2, a signal processing module 3, and a housing 4 receiving at least the radar module 2.
Le module radar 2 est illustré plus en détail et selon une vue de dessus à la
Le module radar 2 comporte en particulier une carte de circuit imprimé 20, la
La carte de circuit imprimé 20 est munie d’au moins une antenne radiofréquence 21, représentée de façon schématique aux figures 1 et 2.The printed circuit board 20 is provided with at least one radiofrequency antenna 21, shown schematically in FIGS. 1 and 2.
Dans tout le texte, le terme « radiofréquence » se rapporte à un signal dont la fréquence de la porteuse est comprise entre 3 kHz et 300 GHz. De préférence, la fréquence de la porteuse est comprise, dans l’invention, entre 5 GHz et 30 GHz. Par exemple, la fréquence de la porteuse est comprise entre 5 GHz et 10 GHz, plus préférentiellement entre 7 GHz et 9 GHz, plus préférentiellement entre 6,5 GHz et 8 GHz bornes incluses, par exemple égale à 8 GHz. En variante, la fréquence de la porteuse est comprise entre 20 GHz et 30 GHz, par exemple égale à 24 GHz.Throughout the text, the term “radio frequency” refers to a signal whose carrier frequency is between 3 kHz and 300 GHz. Preferably, the carrier frequency is, in the invention, between 5 GHz and 30 GHz. For example, the carrier frequency is between 5 GHz and 10 GHz, more preferably between 7 GHz and 9 GHz, more preferably between 6.5 GHz and 8 GHz inclusive, for example equal to 8 GHz. Alternatively, the carrier frequency is between 20 GHz and 30 GHz, for example equal to 24 GHz.
L’au moins une antenne radiofréquence 21 est configurée pour émettre un signal radiofréquence, nommé signal émis, et pour recevoir un signal radiofréquence, nommé signal retour, provenant de la réflexion sur une cible du signal émis.The at least one radiofrequency antenna 21 is configured to emit a radiofrequency signal, called the emitted signal, and to receive a radiofrequency signal, called the return signal, originating from the reflection of the emitted signal on a target.
Le signal émis est avantageusement un signal impulsionnel, dans lequel les impulsions sont portées par une porteuse à une fréquence radiofréquence telle que définie ci-dessus. La fréquence de la porteuse peut varier en fonction du temps à l’intérieur de chaque impulsion.The transmitted signal is advantageously a pulsed signal, in which the pulses are carried by a carrier at a radio frequency as defined above. The frequency of the carrier may vary as a function of time within each pulse.
De préférence, le signal émis présente alors un rapport supérieur ou égal à 20% entre sa largeur spectrale et sa fréquence centrale, et/ou sa largeur spectrale est supérieure à 500 MHz. Dit autrement, le signal émis est un signal ultra-large bande, ou UWB, pour l’anglais « ultra-wide band ».Preferably, the emitted signal then has a ratio greater than or equal to 20% between its spectral width and its central frequency, and/or its spectral width is greater than 500 MHz. In other words, the emitted signal is an ultra-wideband signal, or UWB, for the English “ultra-wide band”.
En variante, le signal émis est un signal continu à modulation de fréquence, ou FMCW pour l’anglais « frequency modulated continuous wave ». Il s’agit d’un signal continu dont la fréquence varie en fonction du temps, pour pouvoir balayer une large plage de fréquences.Alternatively, the emitted signal is a frequency modulated continuous wave, or FMCW. This is a continuous signal whose frequency varies over time, in order to be able to sweep a wide range of frequencies.
En tout état de cause, il est avantageux que le signal émis présente une large bande spectrale, pour la mise en œuvre de la détection de geste. Pour autant, l’invention n’est pas limitée à cette caractéristique et couvre également le cas d’un signal émis continu.In any event, it is advantageous for the emitted signal to have a wide spectral band, for the implementation of gesture detection. However, the invention is not limited to this characteristic and also covers the case of a continuous emitted signal.
En utilisation, le signal émis se réfléchit sur au moins une cible présente dans l’environnement du module radar 2 et revient vers le module radar sous la forme d’un signal retour. Le signal retour présente des caractéristiques physiques, notamment en termes de phase, de fréquence de battement et d’amplitude, qui permettent de décrire un mouvement de la cible. Ce signal retour est réceptionné par l’au moins une antenne radiofréquence 21.In use, the emitted signal is reflected on at least one target present in the environment of the radar module 2 and returns to the radar module in the form of a return signal. The return signal has physical characteristics, in particular in terms of phase, beat frequency and amplitude, which make it possible to describe a movement of the target. This return signal is received by the at least one radiofrequency antenna 21.
Dans l’exemple illustré à la
Ici, et de manière avantageuse, la carte de circuit imprimé 21 comporte également une unité de pré-traitement 22, reliée à l’au moins une antenne 21.Here, and advantageously, the printed circuit board 21 also comprises a pre-processing unit 22, connected to the at least one antenna 21.
L’unité de pré-traitement 22 est configurée pour :
- générer un signal électrique adapté et amener ce signal en entrée de l’au moins une antenne 21, pour l’émission du signal émis ;
- recevoir un signal électrique provenant de l’au moins une antenne 21 et correspondant au signal retour ;
- réaliser au moins un mixage entre un signal électrique correspondant au signal retour et un signal électrique à la fréquence du signal émis, de préférence un signal en phase et un signal en quadrature de phase de manière à générer un signal I(t), respectivement Q(t).The pre-treatment unit 22 is configured to:
- generate a suitable electrical signal and bring this signal to the input of the at least one antenna 21, for the emission of the emitted signal;
- receive an electrical signal coming from the at least one antenna 21 and corresponding to the return signal;
- performing at least one mix between an electrical signal corresponding to the return signal and an electrical signal at the frequency of the emitted signal, preferably an in-phase signal and a quadrature-phase signal so as to generate a signal I(t), respectively Q(t).
Pour cela, l’unité de pré-traitement 22 comporte avantageusement des éléments tels qu’un oscillateur électrique, pour générer un signal électrique apte à être converti en signal radiofréquence, au moins un mélangeur, ainsi qu’au moins un convertisseur analogique numérique pour réaliser un échantillonnage temporel et convertir un signal analogique en un signal numérique.For this, the pre-processing unit 22 advantageously comprises elements such as an electrical oscillator, to generate an electrical signal capable of being converted into a radiofrequency signal, at least one mixer, as well as at least one analog-digital converter to carry out time sampling and convert an analog signal into a digital signal.
Le module radar 2 est connecté au module de traitement de signal 3. Le module de traitement de signal comporte au moins un processeur ainsi qu’au moins une mémoire stockant un programme informatique d’analyse de données.The radar module 2 is connected to the signal processing module 3. The signal processing module comprises at least one processor and at least one memory storing a data analysis computer program.
Le module de traitement de signal 3 est configuré pour recevoir en entrée des données relatives au signal retour, par exemple les signaux I(t) et Q(t) mentionnés plus haut (par exemple sous la forme de matrices dites CIR, regroupant ces signaux en paquets transmis à intervalles réguliers). Il est configuré pour réaliser une analyse de ces données relatives au signal retour, de manière à reconnaître lorsqu’une cible a effectué un geste prédéterminé au regard de l’antenne 21.The signal processing module 3 is configured to receive as input data relating to the return signal, for example the signals I(t) and Q(t) mentioned above (for example in the form of matrices called CIR, grouping these signals into packets transmitted at regular intervals). It is configured to perform an analysis of this data relating to the return signal, so as to recognize when a target has made a predetermined gesture with regard to the antenna 21.
La reconnaissance de geste est basée sur une extraction de caractéristiques telles qu’un déphasage entre le signal émis et le signal retour, et/ou une fréquence Doppler, et/ou une variation d’amplitude entre le signal émis et le signal retour, etc. Les données extraites sont analysées, par exemple comparées à des valeurs seuil prédéterminées définissant le geste prédéterminé. De manière avantageuse, le signal émis est un signal large bande comme décrit ci-avant, et le module de traitement de signal 3 réalise au préalable une extraction des données relatives à un intervalle souhaité de distance entre la cible et l’antenne 21.Gesture recognition is based on an extraction of features such as a phase shift between the emitted signal and the return signal, and/or a Doppler frequency, and/or an amplitude variation between the emitted signal and the return signal, etc. The extracted data are analyzed, for example compared to predetermined threshold values defining the predetermined gesture. Advantageously, the emitted signal is a broadband signal as described above, and the signal processing module 3 first performs an extraction of the data relating to a desired distance interval between the target and the antenna 21.
Le module de traitement de signal 3 est configuré pour fournir en sortie, lorsqu’il a détecté le geste prédéterminé, une information relative à ladite détection. Cette information est envoyée en entrée d’une unité de pilotage telle qu’une unité pour piloter un déverrouillage et/ou une ouverture d’un ouvrant du véhicule, où une commande de déverrouillage et/ou d’ouverture est alors générée. Dans des variantes, ladite unité de pilotage fait partie intégrante du module de traitement de signal 3.The signal processing module 3 is configured to provide as an output, when it has detected the predetermined gesture, information relating to said detection. This information is sent as an input to a control unit such as a unit for controlling an unlocking and/or opening of an opening of the vehicle, where an unlocking and/or opening command is then generated. In variants, said control unit is an integral part of the signal processing module 3.
Le système de détection de geste 1 vise à reconnaître qu’un geste prédéterminé a été effectué par une cible 50, située à l’extérieur du véhicule, et formée par une partie du corps d’un utilisateur (généralement la main ou le pied). On comprend cependant que n’importe quel objet en mouvement dans le champ de vision de l’antenne radiofréquence 21 peut réfléchir une partie au moins du signal émis et générer ainsi un signal parasite. Ce signal parasite brouille la détection du signal réfléchi par la cible 50. Ce brouillage est d’autant plus difficile à limiter, qu’il est généré par des objets en mouvement à une vitesse comparable à celle de la cible 50. C’est le cas notamment lorsque ces objets sont formés par des gouttelettes de pluie 60.The gesture detection system 1 aims to recognize that a predetermined gesture has been performed by a target 50, located outside the vehicle, and formed by a part of a user's body (generally the hand or the foot). It is understood, however, that any moving object in the field of vision of the radiofrequency antenna 21 can reflect at least part of the emitted signal and thus generate a parasitic signal. This parasitic signal jams the detection of the signal reflected by the target 50. This jamming is all the more difficult to limit, since it is generated by objects moving at a speed comparable to that of the target 50. This is the case in particular when these objects are formed by rain droplets 60.
Selon l’invention, l’au moins une antenne radiofréquence 21 est configurée pour l’émission d’un signal émis polarisé linéairement selon un axe de polarisation prédéterminé. Dit autrement :
- lorsqu’une même et unique antenne radiofréquence 21 réalise à la fois l’émission du signal émis et la réception du signal retour, cette dernière est polarisée linéairement ; et
- lorsque deux antennes distinctes réalisent respectivement l’émission du signal émis et la réception du signal retour, l’antenne d’émission, au moins, est polarisée linéairement. L’antenne de réception du signal retour peut présenter une polarisation non linéaire, par exemple une polarisation circulaire.According to the invention, the at least one radiofrequency antenna 21 is configured for the emission of a linearly polarized emitted signal along a predetermined polarization axis. In other words:
- when a single radiofrequency antenna 21 carries out both the emission of the transmitted signal and the reception of the return signal, the latter is linearly polarized; and
- when two separate antennas respectively perform the transmission of the transmitted signal and the reception of the return signal, the transmission antenna, at least, is linearly polarized. The antenna for receiving the return signal may have a non-linear polarization, for example a circular polarization.
Sur la
En utilisation, lorsque le système 1 selon l’invention est installé sur un véhicule ayant ses roues en appui sur un sol plan horizontal, l’axe de polarisation 201 est orienté sensiblement à la verticale, c’est-à-dire sensiblement parallèle à l’axe de la gravité.In use, when the system 1 according to the invention is installed on a vehicle having its wheels resting on horizontal ground, the polarization axis 201 is oriented substantially vertically, that is to say substantially parallel to the axis of gravity.
Par « sensiblement parallèle », on comprend un écart angulaire inférieur ou égal à 10° d’angle en valeur absolue, voire inférieur ou égal à 5° d’angle en valeur absolue, inférieur ou égal à 1° d’angle en valeur absolue (où 180° d’angle vaut π radians).By “substantially parallel” we mean an angular difference less than or equal to 10° of angle in absolute value, or even less than or equal to 5° of angle in absolute value, less than or equal to 1° of angle in absolute value (where 180° of angle is worth π radians).
Dans un exemple avantageux mais non limitatif, le système 1 selon l’invention est configuré pour être logé au niveau d’un pilier intermédiaire latéral du véhicule, par exemple le « B-pillar », avec ledit axe de polarisation 201 sensiblement parallèle à un axe d’allongement dudit pilier. Là encore, par « sensiblement parallèle », on comprend un écart angulaire inférieur ou égal à 10° d’angle en valeur absolue, voire inférieur ou égal à 5° d’angle en valeur absolue, inférieur ou égal à 1° d’angle en valeur absolue (où 180° d’angle vaut π radians). Le pilier intermédiaire latéral s’étendant généralement selon l’axe vertical, cet agencement de l’axe de polarisation 201 relativement à l’axe d’allongement dudit pilier réalise aisément l’orientation souhaitée relativement à l’axe vertical.In an advantageous but non-limiting example, the system 1 according to the invention is configured to be housed at the level of a lateral intermediate pillar of the vehicle, for example the “B-pillar”, with said polarization axis 201 substantially parallel to an elongation axis of said pillar. Here again, by “substantially parallel”, we understand an angular difference less than or equal to 10° of angle in absolute value, or even less than or equal to 5° of angle in absolute value, less than or equal to 1° of angle in absolute value (where 180° of angle is worth π radians). The lateral intermediate pillar generally extending along the vertical axis, this arrangement of the polarization axis 201 relative to the elongation axis of said pillar easily achieves the desired orientation relative to the vertical axis.
L’homme du métier saura aisément trouver dans la littérature et ses connaissances générales, des exemples d’antenne radiofréquence polarisée linéairement, de préférence apte à être intégrée directement sur une carte de circuit imprimé. On pourra citer par exemple les antennes monopoles intégrées sur circuit imprimé.The person skilled in the art will easily be able to find in the literature and his general knowledge, examples of linearly polarized radiofrequency antennas, preferably capable of being integrated directly on a printed circuit board. Examples include monopole antennas integrated on a printed circuit board.
Selon l’invention également, le système 1 comporte le logement 4, à l’intérieur duquel se trouve le module radar 2. Ici, mais de manière non limitative, le module de traitement de signal 3 est agencé déporté à l’extérieur du logement 4. En pratique, le logement 4 est configuré pour laisser émerger des fils de connexion électrique, s’étendant du module radar 2 vers l’extérieur.According to the invention also, the system 1 comprises the housing 4, inside which the radar module 2 is located. Here, but in a non-limiting manner, the signal processing module 3 is arranged remote to the outside of the housing 4. In practice, the housing 4 is configured to allow electrical connection wires to emerge, extending from the radar module 2 towards the outside.
Le module radar 2 est agencé fixement dans le logement 4, et assure qu’une distance d1 entre l’au moins une antenne radiofréquence 21, et une surface externe 41 du logement, vérifie :
d1≥dlim, avec dlim=2*D²/λ+d0.The radar module 2 is fixedly arranged in the housing 4, and ensures that a distance d1 between the at least one radiofrequency antenna 21, and an external surface 41 of the housing, verifies:
d1≥d lim , with d lim =2*D²/λ+d 0 .
D est le diamètre de l’antenne radiofréquence 21 considérée. Le diamètre D de l’antenne 21 est sa plus grande dimension rectiligne transverse dans le plan de la carte de circuit imprimé 20. En pratique, il s’agit avantageusement du diamètre du plus petit rectangle (ou carré) dans lequel est inscrite l’antenne, selon une vue de dessus dans le plan de la carte de circuit imprimé 20. A la
λ est la longueur d’onde centrale du signal émis (sensiblement égale à la longueur d’onde du signal retour).λ is the central wavelength of the emitted signal (roughly equal to the wavelength of the return signal).
d0est une constante positive ou nulle, avantageusement comprise entre 2 mm et 20 mm, voire entre 2 mm et 5 mm, par exemple égale à 5 mm.d 0 is a positive or zero constant, advantageously between 2 mm and 20 mm, or even between 2 mm and 5 mm, for example equal to 5 mm.
Ladite surface externe 41 du logement est une surface externe du logement destinée à former une partie de la surface extérieure du véhicule, en utilisation.Said external surface 41 of the housing is an external surface of the housing intended to form a part of the external surface of the vehicle, in use.
La surface externe 41 du logement se trouve ainsi, en utilisation, au regard de la zone de détection du système de détection de geste 1.The external surface 41 of the housing is thus, in use, opposite the detection zone of the gesture detection system 1.
La valeur 2*D²/λ délimite une région R1 de la zone de détection correspondant au champ lointain de l’antenne radiofréquence 21 (distances supérieures ou égales à 2*D²/λ), d’une région R2 de la zone de détection correspondant au champ proche et à la région de Fresnel (distances inférieures à 2*D²/λ).The value 2*D²/λ delimits a region R1 of the detection zone corresponding to the far field of the radiofrequency antenna 21 (distances greater than or equal to 2*D²/λ), a region R2 of the detection zone corresponding to the near field and the Fresnel region (distances less than 2*D²/λ).
Ainsi, grâce au logement 4 et à l’agencement du module radar 2 dans le logement 4, on s’assure de ne détecter que des objets en champ lointain.Thus, thanks to housing 4 and the arrangement of radar module 2 in housing 4, it is ensured that only objects in the far field are detected.
Or, en champ lointain, la détection est sensible à la polarisation. Dit autrement, en champ lointain, le signal retour n’est pas ou peu affecté par des objets dont le mouvement est parallèle à l’axe de polarisation du signal émis. En orientant l’axe de polarisation du signal émis selon un axe parallèle à l’axe de déplacement des gouttes de pluie, on s’assure, par construction, d’une grande robustesse à l’égard d’un bruit généré par la pluie.However, in the far field, detection is sensitive to polarization. In other words, in the far field, the return signal is not or only slightly affected by objects whose movement is parallel to the polarization axis of the emitted signal. By orienting the polarization axis of the emitted signal along an axis parallel to the axis of movement of the raindrops, we ensure, by construction, great robustness with regard to noise generated by rain.
L’invention permet ainsi, en combinant une émission de signal polarisé linéairement et une détection en champ lointain uniquement, de minimiser un signal parasite généré par le mouvement des gouttelettes de pluie au regard du module radar 2.The invention thus makes it possible, by combining a linearly polarized signal emission and a far-field detection only, to minimize a parasitic signal generated by the movement of rain droplets in relation to the radar module 2.
Selon un mode de réalisation avantageux, le signal émis présente une fréquence centrale f égale à 8 GHz (où λ=C/f, avec C la célérité de la lumière dans le vide. Cela correspond à 2*D²/λ≈ 5,3 mm. De manière avantageuse, on choisit alors dlimcompris entre 8 mm et 20 mm, par exemple dlim= 8mm, ou dlim=10 mm.According to an advantageous embodiment, the emitted signal has a central frequency f equal to 8 GHz (where λ=C/f, with C the speed of light in a vacuum. This corresponds to 2*D²/λ≈ 5.3 mm. Advantageously, d lim is then chosen to be between 8 mm and 20 mm, for example d lim = 8mm, or d lim =10 mm.
La
Dans cette variante, le logement 4 est formé par un renfoncement 43 dans une pièce d’habillage 44 ou une pièce structurelle de véhicule automobile, et par une partie au moins d’une plaque d’ornement 45 recouvrant ledit renfoncement 43.In this variant, the housing 4 is formed by a recess 43 in a trim part 44 or a structural part of a motor vehicle, and by at least part of an ornamental plate 45 covering said recess 43.
Le renfoncement 43 est formé par exemple au niveau d’un pilier B tel que défini ci-avant, directement dans le pilier, ou sinon dans un habillage dudit pilier.The recess 43 is formed for example at the level of a pillar B as defined above, directly in the pillar, or otherwise in a covering of said pillar.
La plaque d’ornement 45 est par exemple en verre ou en plastique. La face externe de la plaque d’ornement 45, située du côté opposé au renfoncement 43 et au module radar 2, forme la surface externe 41 du logement 4 telle que mentionnée ci-avant.The decorative plate 45 is for example made of glass or plastic. The external face of the decorative plate 45, located on the side opposite the recess 43 and the radar module 2, forms the external surface 41 of the housing 4 as mentioned above.
Dans le mode de réalisation de la
La
Ici, le module radar 2 est muni de cales 25, situées entre la carte de circuit imprimé 20 du module radar 2 et la surface externe 41 du logement 4, et permettant d’assurer le maintien d’une distance souhaitée entre ces deux éléments.Here, the radar module 2 is provided with shims 25, located between the printed circuit board 20 of the radar module 2 and the external surface 41 of the housing 4, and making it possible to ensure that a desired distance is maintained between these two elements.
Dans des variantes non représentées, la paroi du logement 4 située du côté de la zone de détection du module radar 2 présente une forte épaisseur, par exemple supérieure ou égale à 5 mm, permettant d’assurer la distance souhaitée entre la carte de circuit imprimé 20 du module radar 2 et la surface externe 41 du logement 4.In variants not shown, the wall of the housing 4 located on the side of the detection zone of the radar module 2 has a large thickness, for example greater than or equal to 5 mm, making it possible to ensure the desired distance between the printed circuit board 20 of the radar module 2 and the external surface 41 of the housing 4.
Claims (10)
- un module radar (2) comportant une carte de circuit imprimé (20) munie d’au moins une antenne radiofréquence (21), l’au moins une antenne radiofréquence (21) étant configurée pour émettre un signal radiofréquence, nommé signal émis, et pour recevoir un signal radiofréquence, nommé signal retour, provenant de la réflexion sur une cible (50) du signal émis ; et
- un module de traitement de signal (3) connecté au module radar (2), configuré pour recevoir des données relatives au signal retour et pour en déduire une information relative à la détection d’un geste prédéterminé ;
caractérisé en ce que :
- l’au moins une antenne radiofréquence (21) est configurée pour l’émission d’un signal émis polarisé linéairement selon un axe de polarisation prédéterminé (201), l’axe de polarisation prédéterminé étant destiné à être orienté sensiblement verticalement en utilisation ; et
- le système (1 ; 1’ ; 1’’) comporte au moins un logement (4) recevant le module radar (2), avec une distance (d1) supérieure ou égale à :
dlim=2*D²/λ+d0
entre l’au moins une antenne radiofréquence (21) et une surface externe (41) du logement (4), avec
D un diamètre de ladite antenne radiofréquence (21),
λ la longueur d’onde centrale du signal émis, et
d0une constante supérieure ou égale à la valeur nulle,
où ladite surface externe (41) du logement (4) est destinée à former une partie de la surface extérieure du véhicule, en utilisation.Gesture detection system (1; 1';1'') intended to be mounted on a motor vehicle, to detect a predetermined gesture made by a user located outside the vehicle, the system comprising:
- a radar module (2) comprising a printed circuit board (20) provided with at least one radiofrequency antenna (21), the at least one radiofrequency antenna (21) being configured to emit a radiofrequency signal, called the emitted signal, and to receive a radiofrequency signal, called the return signal, originating from the reflection on a target (50) of the emitted signal; and
- a signal processing module (3) connected to the radar module (2), configured to receive data relating to the return signal and to deduce therefrom information relating to the detection of a predetermined gesture;
characterized in that:
- the at least one radiofrequency antenna (21) is configured for the emission of a linearly polarized emitted signal along a predetermined polarization axis (201), the predetermined polarization axis being intended to be oriented substantially vertically in use; and
- the system (1; 1';1'') comprises at least one housing (4) receiving the radar module (2), with a distance (d1) greater than or equal to:
d lim =2*D²/λ+d 0
between the at least one radiofrequency antenna (21) and an external surface (41) of the housing (4), with
From a diameter of said radiofrequency antenna (21),
λ the central wavelength of the emitted signal, and
d 0 a constant greater than or equal to the zero value,
wherein said external surface (41) of the housing (4) is intended to form a part of the exterior surface of the vehicle, in use.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| FR2302667A FR3147022B1 (en) | 2023-03-22 | 2023-03-22 | Improved sensitivity gesture detection system for a motor vehicle |
| PCT/EP2024/057103 WO2024194230A1 (en) | 2023-03-22 | 2024-03-18 | Gesture-detecting system of improved sensitivity, for a motor vehicle |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR2302667 | 2023-03-22 | ||
| FR2302667A FR3147022B1 (en) | 2023-03-22 | 2023-03-22 | Improved sensitivity gesture detection system for a motor vehicle |
Publications (2)
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|---|---|
| FR3147022A1 true FR3147022A1 (en) | 2024-09-27 |
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Family Applications (1)
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| FR2302667A Active FR3147022B1 (en) | 2023-03-22 | 2023-03-22 | Improved sensitivity gesture detection system for a motor vehicle |
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| FR (1) | FR3147022B1 (en) |
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2023
- 2023-03-22 FR FR2302667A patent/FR3147022B1/en active Active
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2024
- 2024-03-18 WO PCT/EP2024/057103 patent/WO2024194230A1/en unknown
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| WO2024194230A1 (en) | 2024-09-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20240927 |