كيف يمكن لرادار الموجات المليمترية داخل المقصورة أن يحسن سلامة السيارات والمقصورة الذكية؟

مع تطور تكنولوجيا السيارات، تتزايد الحاجة إلى بيئات داخلية ذكية وآمنة. أصبح رادار الموجات المليمترية داخل المقصورة، أو ما يُعرف بـ"رادار المقصورة"، ضرورة ملحة بسبب اللوائح التنظيمية، وليس مجرد ميزة للراحة. فالحلول التقليدية، كأجهزة استشعار الضغط والكاميرات، غالبًا ما تعاني من عيوب، مثل ارتفاع معدلات الإنذارات الكاذبة، وحساسيته للإضاءة، ومخاوف تتعلق بالخصوصية. وقد برز رادار الموجات المليمترية كتقنية رائدة لمراقبة المقصورة بفضل قدرته العالية على الاختراق (حتى من خلال الأغطية)، وقدرته على الكشف دون تلامس، وحفاظه على الخصوصية. وتُقرّ الأطر التنظيمية، مثل برنامج تقييم السيارات الأوروبي الجديد (Euro NCAP)، الذي يدمج الآن نظام تذكير حزام الأمان (SBR/SOD) ونظام الكشف عن وجود الأطفال (CPD) ضمن نظام تقييم السلامة النشط، بهذا التوجه.

الاستخدامات الرئيسية

1. تحديد وجود الطفل (CPD)
   يستطيع الرادار الموجود داخل مقصورة السيارة رصد إشارات الحركة الدقيقة، مثل حركة الصدر التي لا تتجاوز 4 ملم، لتحديد ما إذا كان طفل قد تُرك في السيارة. ووفقًا للمتطلبات التنظيمية، يجب أن يعمل النظام لفترة زمنية محددة مسبقًا بعد إطفاء السيارة، وأن يُصدر تنبيهات متعددة المستويات عبر إشعارات خارجية وسمعية ومرئية. وبفضل هذه الميزة، تقل احتمالية تعرض الأطفال الذين يُتركون في السيارات لإصابات ناتجة عن الحرارة بشكل كبير.

2. نظام التذكير بربط حزام الأمان ونظام الكشف عن وجود شاغل في المقعد (SOD/SBR)
   بفضل قدرته على التمييز بدقة بين البالغين والأطفال، يُحسّن الرادار حماية الركاب في حوادث التصادم ويُحسّن استراتيجيات عمل الوسائد الهوائية. كما تُساهم أنظمة التذكير بربط حزام الأمان المدمجة، من خلال توفير تنبيهات فورية للركاب غير المربوطين، في تعزيز السلامة العامة داخل المقصورة. ويتم الحفاظ على دقة عالية في الكشف حتى في بيئات المقصورة المعقدة، وذلك بفضل الخوارزميات المتطورة.

3. نظام كشف الاختراقات (IDS)
   يوفر الرادار أمانًا على مدار الساعة مع الحفاظ على خصوصية الركاب من خلال مراقبة التحركات غير المعتادة داخل المقصورة، مثل الدخول غير المصرح به أو كسر النوافذ، عندما تكون السيارة مطفأة. ويتم ذلك من خلال العمل في وضع استهلاك منخفض للطاقة (حوالي 15 ميلي واط).

4. مراقبة العلامات الحيوية
   بهدف تتبع إرهاق السائق، وتقييم صحة الركاب، أو توفير خدمات ذكية مخصصة داخل المقصورة، يمكن للرادار الموجود داخل المقصورة استخلاص بيانات فسيولوجية آنية، مثل معدل ضربات القلب والتنفس. وتساهم تقنيات TinyML والذكاء الاصطناعي الطرفي في تقليل الإنذارات الكاذبة وزيادة دقة المراقبة.

هندسة الأنظمة التقنية

يدمج النظام المعقد للرادار داخل المقصورة كلاً من الأجهزة والبرامج:

• طبقة الأجهزة: لاكتساب الإشارة والمعالجة الأولية، ودوائر RFICs، ووحدات التحكم الدقيقة (MCU)، ومعالجات الإشارات الرقمية (DSP).

• سلسلة الإشارة: بالنسبة للتحليل الخوارزمي، يتم إنتاج البيانات الأولية أحادية البعد أو ثنائية البعد أو ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية الموجة المستمرة المعدلة التردد (FMCW).

• طبقة الخوارزمية: لتحديد هوية الركاب، وتتبع العلامات الحيوية، وإطلاق التنبيهات، تقوم نماذج التعلم الآلي بتحليل السحب النقطية والخرائط الحرارية. ويتم تعزيز المتانة في سيناريوهات المقصورة المعقدة من خلال التدريب على بيانات من العالم الحقيقي.

• طبقة الاتصال: لتمكين التكامل مع أنظمة سلامة المركبات، يتم إرسال النتائج إلى وحدات التحكم المركزية عبر ناقل CAN أو شبكات المركبات الأخرى.

مقاييس الأداء الحاسمة

مجال الرؤية (FoV)، وطوبولوجيا الهوائي، ودقة المسافة، والدقة الزاوية، ودقة الزاوية، والامتثال التنظيمي، وكثافة القناة هي أمثلة على المقاييس الحاسمة.

• دقة المسافة: يمكن تحقيق دقة تصل إلى مستوى السنتيمتر باستخدام الرادار عالي التردد، وذلك اعتمادًا على عرض نطاق المسح.

• يحدد الطول الموجي وقنوات الهوائي الدقة الزاوية؛ وتعمل التصميمات متعددة القنوات على تحسين تحديد موقع الركاب.

• الامتثال التنظيمي: لضمان النشر القانوني في المركبات الإنتاجية، يجب أن تلتزم الأنظمة بلوائح الطيف الإقليمية.

الاتجاهات والمسارات في مجال التكنولوجيا

• رادار دوبلر بتردد 24 جيجاهرتز: غير مكلف، ومفيد لمراقبة العلامات الحيوية الأساسية، ولكنه لا يوفر بيانات دقيقة عن المسافة.

• رادار FMCW بتردد 60 جيجاهرتز: حل شائع يتيح معالجة الذكاء الاصطناعي في الوقت الحقيقي والتصوير السحابي ثلاثي/رباعي الأبعاد عالي الدقة.

• رادار النطاق العريض للغاية: جهاز منخفض التكلفة وقابل لإعادة الاستخدام بدقة زاوية أقل يمكن استخدامه في التطبيقات التي لا تتطلب دقة عالية.

يُعدّ التباين في الإشارات الفيزيولوجية في الحياة الواقعية والتداخل البيئي (مثل العوائق والانعكاسات والضوضاء الإلكترونية) من التحديات. وتُشكّل معالجة الإشارات، وتصميم الهوائيات الأمثل، وخوارزميات الذكاء الاصطناعي المحسّنة، جميعها جزءاً من الحلول.

من بين اتجاهات التطوير القادمة ما يلي:

1. معالجة الذكاء الاصطناعي على الحافة: للكشف في الوقت الحقيقي بزمن استجابة منخفض، قم بتثبيت الشبكات العصبية مباشرة على أنظمة الرادار على رقاقة.

2. دمج الوسائط المتعددة: بالنسبة لتطبيقات المقصورة الذكية من المستوى 3+، قم بدمج البيانات الدلالية للكاميرا مع الكشف عن الحركة الدقيقة للرادار لزيادة دقة الكشف والموثوقية.

3. تحليل تقلب معدل ضربات القلب: أصبحت خدمات المقصورة الذكية الشخصية ممكنة من خلال توسيع نطاق المراقبة لتقييم الحالات الصحية والحالات العاطفية ومستويات التعب.

تلخيص

يجب تحقيق التوازن بين تصميم الهوائي، وكثافة القنوات، وخوارزميات الذكاء الاصطناعي، والمتطلبات التنظيمية عند تصميم رادار داخل المقصورة، وهو ما يمثل مهمة هندسية معقدة. يوفر رادار الموجات المليمترية دعماً تقنياً قوياً لسلامة السيارات من خلال التحسين المستمر والتكامل متعدد الوسائط، مما يُمكّنه من لعب دور محوري في الكشف عن وجود الأطفال، ومراقبة العلامات الحيوية، وتوفير تجارب قيادة ذكية داخل المقصورة.