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(bào)道層出不窮，但要真正實(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)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(jì)劃。諸如此類的發(fā)展進(jìn)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(hù)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(diǎn)，

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(jìn)車道的行人。

對于自動化能力達(dá)到3級及更高的車輛來說，要達(dá)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(xiàng)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(dá)為車載攝像頭提供輔助。但在保護(hù)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(jìn)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(xiàng)研究，證明了在城區(qū)使用無線電測距技術(shù)進(jìn)行定位可作為GNSS高精度車輛定位互補(bǔ)方案的潛力，而探索此類技術(shù)也會對保護(hù)交通安全弱勢群體有所幫助。

如今幾乎每款新車、智能手機(jī)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(jī)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(jī)中，也有車廠采用UWB技術(shù)來實(shí)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(jìn)行哪些進(jìn)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(jī)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(jì)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(xiàng)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(jì)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(diǎn)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(qiáng)大的關(guān)鍵碰撞規(guī)避功能，從而保護(hù)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(jìn)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(xiàng)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(qiáng)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(hù)

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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分散化和匿名化，但在保護(hù)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(jī)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(jìn)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(jìn)行識別的個人保護(hù)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(jìn)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(jī)已經(jīng)成熟

正如本文所述，為了保護(hù)交通安全弱勢群體，未來自動駕駛車輛需要更為先進(jìn)的系統(tǒng)，而這就要求設(shè)計(jì)者以全新方式融合先進(jìn)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(hù)交通安全弱勢群體

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審核編輯：湯梓紅