藍(lán)牙和UWB技術(shù)在自動駕駛的應(yīng)用前景

本文作者 | u-blox定位產(chǎn)品中心高級首席工程師David Bartlett及u-blox應(yīng)用營銷部負(fù)責(zé)人Stefania Sesia博士

導(dǎo)言

媒體上有關(guān)完全自動駕駛汽車亮相街頭的報道層出不窮，但要真正實現(xiàn)全自動駕駛，這對我們而言仍然任重而道遠(yuǎn)。

當(dāng)今的大多數(shù)以“自主駕駛”為名的車輛最多只能提供美國汽車工程師學(xué)會(SAE)所說的“駕駛輔助”，還算不上真正的“自動駕駛”。也就是說，無論何時，車輛的操控者都是坐在駕駛座椅中的駕駛員，就算啟動了駕駛員輔助系統(tǒng)也不例外。

要躍升到自動駕駛狀態(tài)(SAE J3016駕駛自動化量表中的3-5級)，車輛必須在某些情況下實現(xiàn)完全自主操控。這意味著在當(dāng)今駕駛員支持功能的基礎(chǔ)上，我們還要向前邁出很大的一步。

SAE International

L3級及更高級別的自動駕駛技術(shù)無法像輔助駕駛那樣快速取得明顯進展。其中一個原因是不斷變化的監(jiān)管環(huán)境，另一個原因是技術(shù)還有待成熟，唯有趨于成熟之后才能在更廣泛的場景中支持自主駕駛。

01.監(jiān)管基礎(chǔ)

《維也納道路交通公約》的修訂為實現(xiàn)更高水平的自動駕駛奠定了基礎(chǔ)。如果自主車輛監(jiān)管框架的規(guī)范化管理進展順利，那么在未來幾年中，我們將看到許多此類框架涌現(xiàn)出來，特別是SAE量表中3級和4級相關(guān)功能的框架。

事實上，2022年初，美國公路安全保險協(xié)會宣布了針對部分自動化車輛的評級計劃。諸如此類的發(fā)展進步將提高自動駕駛領(lǐng)域的確定性，加快應(yīng)對技術(shù)挑戰(zhàn)的創(chuàng)新步伐。

02.提高自主性等級

目前，圍繞更高自動化水平所開展的大部分研發(fā)工作關(guān)注的都是高速公路駕駛。

相對而言，這是最簡單的一種公共道路環(huán)境，導(dǎo)航過程中不涉及到環(huán)島等復(fù)雜布局。在正常情況下，這類道路環(huán)境也沒有行人或騎行者，也就是說沒有任何類型的交通安全弱勢群體(VRU)。

03.城區(qū)環(huán)境的多樣性

城區(qū)的情況則完全不同，部分原因在于道路布局更加復(fù)雜，另一部分原因在于此類環(huán)境中交通安全弱勢群體的數(shù)量和種類更多。

從車廠的角度來看，保護交通安全弱勢群體帶來極大的挑戰(zhàn)。大多數(shù)交通安全弱勢群體的行動都有著突發(fā)、不可預(yù)測的特點，

因此，即使是目前自動化水平較高的車輛所搭載的技術(shù)，也很難做到完全檢測和準(zhǔn)確識別。例如，攝像頭依賴于視線，因此無法檢測到即將從停泊的貨車后方走進車道的行人。

對于自動化能力達到3級及更高的車輛來說，要達到在城區(qū)安全自主行駛的水平，必須大幅提升針對交通安全弱勢群體的檢測能力。

然而，沒有單一技術(shù)能滿足所有這些要求，使用多項技術(shù)融合將是提升檢測能力的關(guān)鍵。相關(guān)工作已經(jīng)在開展之中，例如通過激光雷達為車載攝像頭提供輔助。但在保護交通安全弱勢群體方面，短距離無線電技術(shù)的使用目前尚未取得重大進展，尤其是藍(lán)牙和超寬帶(UWB)技術(shù)。

04.藍(lán)牙和UWB：未來可期

u-blox最近開展了一項研究，證明了在城區(qū)使用無線電測距技術(shù)進行定位可作為GNSS高精度車輛定位互補方案的潛力，而探索此類技術(shù)也會對保護交通安全弱勢群體有所幫助。

如今幾乎每款新車、智能手機和可穿戴設(shè)備都內(nèi)置了藍(lán)牙功能;而由于藍(lán)牙模塊成本低廉，因此完全可以集成到其他尚且不具備藍(lán)牙的設(shè)備之中，例如微型機動車。

UWB的發(fā)展勢頭也非常迅猛，目前已經(jīng)開始集成在智能手機中，也有車廠采用UWB技術(shù)來實現(xiàn)免鑰匙門鎖等應(yīng)用領(lǐng)域。

05基于短距離無線電的交通安全弱勢群體檢測系統(tǒng)的工作原理

基于藍(lán)牙或UWB的交通安全弱勢群體檢測系統(tǒng)如何工作?需要進行哪些進一步的研發(fā)，才能在未來車輛自動駕駛功能中融合這些技術(shù)?

為了讓支持藍(lán)牙或UWB的檢測系統(tǒng)發(fā)揮作用，交通安全弱勢群體必須隨身攜帶、在自身附近、在車輛上使用特定的標(biāo)簽(比如說內(nèi)置于智能手機或手表內(nèi)的標(biāo)簽)。這些標(biāo)簽會定期發(fā)出信號，附近的自動駕駛車輛則利用此信號計算出與交通安全弱勢群體間的距離與角度。

這種解決方案前景廣闊，但其所適用的應(yīng)用領(lǐng)域還有待拓展。

挑戰(zhàn)1：建立數(shù)據(jù)可信度

首先，藍(lán)牙或UWB測距系統(tǒng)發(fā)出的各項數(shù)據(jù)對于車輛決策應(yīng)該有多大的影響?交通安全弱勢群體可能在不斷移動，因此決策系統(tǒng)有必要理解交通安全弱勢群體傳來的數(shù)據(jù)的可信度，并據(jù)此判斷其不確定性。

隨后還要考慮，如何將這些數(shù)據(jù)與來自其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相整合，如果有沖突該怎么辦?

我們需要建立穩(wěn)健的流程和統(tǒng)一的指標(biāo)，以評估藍(lán)牙和UWB測距信息的完整性。這涉及到用統(tǒng)計學(xué)的方法更深入地評估無線電信號在不同場景下的性能。

通過創(chuàng)建這些模型，系統(tǒng)就能發(fā)現(xiàn)離群值，并為其采集到的每一次讀數(shù)附加確定性或可信度評分。車輛控制系統(tǒng)可以據(jù)此評估每個數(shù)據(jù)點可能帶來的影響。

挑戰(zhàn)2：防范惡意入侵者

然而，當(dāng)攻擊者惡意入侵自動駕駛車輛的安全系統(tǒng)時，這往往會造成無法挽回的損失。因此，我們需要打造足夠強大的關(guān)鍵碰撞規(guī)避功能，從而保護車輛周圍和車輛內(nèi)部人員的安全。

在這方面，UWB有著內(nèi)在優(yōu)勢，能夠進行安全的距離測量，而不易受到中間人攻擊的影響。因此，UWB測距的可信度高于藍(lán)牙和其他傳統(tǒng)技術(shù)。

但無論采用哪種技術(shù)，防范惡意入侵者都至關(guān)重要。因此，我們也會在有必要時采用認(rèn)證、合理性檢查和不當(dāng)行為檢測等多種安全措施。

另一項舉措是將惡意攻擊的特征整合到前述信號模型中，從而加強車輛控制系統(tǒng)檢測攻擊并確定應(yīng)對方法的能力。

為抵御破壞碰撞規(guī)避系統(tǒng)的企圖，另一個關(guān)鍵要素是結(jié)合使用多種技術(shù)，就像我們之前建議的那樣。同時對車輛內(nèi)的數(shù)個系統(tǒng)發(fā)起攻擊的復(fù)雜度要遠(yuǎn)超過針對一個系統(tǒng)發(fā)起攻擊，因此這種冗余配置可以大幅度提高保障水平。

挑戰(zhàn)3：隱私保護

任何追蹤個人位置的行為都會引發(fā)隱私方面的問題，現(xiàn)有解決方案可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分散化和匿名化，但在保護個人信息方面還有待提高，同時要確保個人對其所共享的內(nèi)容、共享對象以及數(shù)據(jù)用途保有控制權(quán)。

挑戰(zhàn)4：未攜帶標(biāo)簽的交通安全弱勢群體

大多數(shù)青少年和成年人都隨身攜帶智能手機或智能手表，因此可通過藍(lán)牙或UWB了解他們的行蹤，但仍然有一部分幼童或老年人不會佩戴此類設(shè)備。

這進一步體現(xiàn)出利用多種技術(shù)融合來防范交通事故的重要性。單純用于自動駕駛車輛進行識別的個人保護標(biāo)簽也可能成為一個新的趨勢，包括低功耗藍(lán)牙設(shè)備和UWB可穿戴設(shè)備。

挑戰(zhàn)5：使用和集成的簡易性

最后，就藍(lán)牙和UWB技術(shù)而言，還需要進一步拓展其適用的應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)鍵要求包括降低成本、簡化部署、提高可用性，并更好地集成于生態(tài)系統(tǒng)中。

06.創(chuàng)新時機已經(jīng)成熟

正如本文所述，為了保護交通安全弱勢群體，未來自動駕駛車輛需要更為先進的系統(tǒng)，而這就要求設(shè)計者以全新方式融合先進科技，以提供卓越的安全水平。藍(lán)牙和UWB在定位測距方面展現(xiàn)出巨大的前景，并且已經(jīng)用于汽車的其他用途。

因此，我們認(rèn)為在打造更安全的未來車輛、解鎖更高自動駕駛水平方面，藍(lán)牙和UWB技術(shù)未來可期。

原文標(biāo)題：自動駕駛車輛如何利用藍(lán)牙和超寬帶技術(shù)保護交通安全弱勢群體

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審核編輯：湯梓紅