蓝牙和UWB技术在自动驾驶的应用前景

本文作者 | u-blox定位产品中心高级首席工程师David Bartlett及u-blox应用营销部负责人Stefania Sesia博士

导言

媒体上有关完全自动驾驶汽车亮相街头的报道层出不穷，但要真正实现全自动驾驶，这对我们而言仍然任重而道远。

当今的大多数以“自主驾驶”为名的车辆最多只能提供美国汽车工程师学会(SAE)所说的“驾驶辅助”，还算不上真正的“自动驾驶”。也就是说，无论何时，车辆的操控者都是坐在驾驶座椅中的驾驶员，就算启动了驾驶员辅助系统也不例外。

要跃升到自动驾驶状态(SAE J3016驾驶自动化量表中的3-5级)，车辆必须在某些情况下实现完全自主操控。这意味着在当今驾驶员支持功能的基础上，我们还要向前迈出很大的一步。

SAE International

L3级及更高级别的自动驾驶技术无法像辅助驾驶那样快速取得明显进展。其中一个原因是不断变化的监管环境，另一个原因是技术还有待成熟，唯有趋于成熟之后才能在更广泛的场景中支持自主驾驶。

01.监管基础

《维也纳道路交通公约》的修订为实现更高水平的自动驾驶奠定了基础。如果自主车辆监管框架的规范化管理进展顺利，那么在未来几年中，我们将看到许多此类框架涌现出来，特别是SAE量表中3级和4级相关功能的框架。

事实上，2022年初，美国公路安全保险协会宣布了针对部分自动化车辆的评级计划。诸如此类的发展进步将提高自动驾驶领域的确定性，加快应对技术挑战的创新步伐。

02.提高自主性等级

目前，围绕更高自动化水平所开展的大部分研发工作关注的都是高速公路驾驶。

相对而言，这是最简单的一种公共道路环境，导航过程中不涉及到环岛等复杂布局。在正常情况下，这类道路环境也没有行人或骑行者，也就是说没有任何类型的交通安全弱势群体(VRU)。

03.城区环境的多样性

城区的情况则完全不同，部分原因在于道路布局更加复杂，另一部分原因在于此类环境中交通安全弱势群体的数量和种类更多。

从车厂的角度来看，保护交通安全弱势群体带来极大的挑战。大多数交通安全弱势群体的行动都有着突发、不可预测的特点，

因此，即使是目前自动化水平较高的车辆所搭载的技术，也很难做到完全检测和准确识别。例如，摄像头依赖于视线，因此无法检测到即将从停泊的货车后方走进车道的行人。

对于自动化能力达到3级及更高的车辆来说，要达到在城区安全自主行驶的水平，必须大幅提升针对交通安全弱势群体的检测能力。

然而，没有单一技术能满足所有这些要求，使用多项技术融合将是提升检测能力的关键。相关工作已经在开展之中，例如通过激光雷达为车载摄像头提供辅助。但在保护交通安全弱势群体方面，短距离无线电技术的使用目前尚未取得重大进展，尤其是蓝牙和超宽带(UWB)技术。

04.蓝牙和UWB：未来可期

u-blox最近开展了一项研究，证明了在城区使用无线电测距技术进行定位可作为GNSS高精度车辆定位互补方案的潜力，而探索此类技术也会对保护交通安全弱势群体有所帮助。

如今几乎每款新车、智能手机和可穿戴设备都内置了蓝牙功能;而由于蓝牙模块成本低廉，因此完全可以集成到其他尚且不具备蓝牙的设备之中，例如微型机动车。

UWB的发展势头也非常迅猛，目前已经开始集成在智能手机中，也有车厂采用UWB技术来实现免钥匙门锁等应用领域。

05基于短距离无线电的交通安全弱势群体检测系统的工作原理

基于蓝牙或UWB的交通安全弱势群体检测系统如何工作?需要进行哪些进一步的研发，才能在未来车辆自动驾驶功能中融合这些技术?

为了让支持蓝牙或UWB的检测系统发挥作用，交通安全弱势群体必须随身携带、在自身附近、在车辆上使用特定的标签(比如说内置于智能手机或手表内的标签)。这些标签会定期发出信号，附近的自动驾驶车辆则利用此信号计算出与交通安全弱势群体间的距离与角度。

这种解决方案前景广阔，但其所适用的应用领域还有待拓展。

挑战1：建立数据可信度

首先，蓝牙或UWB测距系统发出的各项数据对于车辆决策应该有多大的影响?交通安全弱势群体可能在不断移动，因此决策系统有必要理解交通安全弱势群体传来的数据的可信度，并据此判断其不确定性。

随后还要考虑，如何将这些数据与来自其他系统的数据相整合，如果有冲突该怎么办?

我们需要建立稳健的流程和统一的指标，以评估蓝牙和UWB测距信息的完整性。这涉及到用统计学的方法更深入地评估无线电信号在不同场景下的性能。

通过创建这些模型，系统就能发现离群值，并为其采集到的每一次读数附加确定性或可信度评分。车辆控制系统可以据此评估每个数据点可能带来的影响。

挑战2：防范恶意入侵者

然而，当攻击者恶意入侵自动驾驶车辆的安全系统时，这往往会造成无法挽回的损失。因此，我们需要打造足够强大的关键碰撞规避功能，从而保护车辆周围和车辆内部人员的安全。

在这方面，UWB有着内在优势，能够进行安全的距离测量，而不易受到中间人攻击的影响。因此，UWB测距的可信度高于蓝牙和其他传统技术。

但无论采用哪种技术，防范恶意入侵者都至关重要。因此，我们也会在有必要时采用认证、合理性检查和不当行为检测等多种安全措施。

另一项举措是将恶意攻击的特征整合到前述信号模型中，从而加强车辆控制系统检测攻击并确定应对方法的能力。

为抵御破坏碰撞规避系统的企图，另一个关键要素是结合使用多种技术，就像我们之前建议的那样。同时对车辆内的数个系统发起攻击的复杂度要远超过针对一个系统发起攻击，因此这种冗余配置可以大幅度提高保障水平。

挑战3：隐私保护

任何追踪个人位置的行为都会引发隐私方面的问题，现有解决方案可以实现数据的分散化和匿名化，但在保护个人信息方面还有待提高，同时要确保个人对其所共享的内容、共享对象以及数据用途保有控制权。

挑战4：未携带标签的交通安全弱势群体

大多数青少年和成年人都随身携带智能手机或智能手表，因此可通过蓝牙或UWB了解他们的行踪，但仍然有一部分幼童或老年人不会佩戴此类设备。

这进一步体现出利用多种技术融合来防范交通事故的重要性。单纯用于自动驾驶车辆进行识别的个人保护标签也可能成为一个新的趋势，包括低功耗蓝牙设备和UWB可穿戴设备。

挑战5：使用和集成的简易性

最后，就蓝牙和UWB技术而言，还需要进一步拓展其适用的应用领域。关键要求包括降低成本、简化部署、提高可用性，并更好地集成于生态系统中。

06.创新时机已经成熟

正如本文所述，为了保护交通安全弱势群体，未来自动驾驶车辆需要更为先进的系统，而这就要求设计者以全新方式融合先进科技，以提供卓越的安全水平。蓝牙和UWB在定位测距方面展现出巨大的前景，并且已经用于汽车的其他用途。

因此，我们认为在打造更安全的未来车辆、解锁更高自动驾驶水平方面，蓝牙和UWB技术未来可期。

原文标题：自动驾驶车辆如何利用蓝牙和超宽带技术保护交通安全弱势群体

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审核编辑：汤梓红