在自動駕駛汽車(AV)系統(tǒng)中采用藍牙(Bluetooth)和超寬帶(UWB)等短距離射頻技術，有助于保護弱勢道路使用者(VRU)。
盡管有關自動駕駛亮相街頭的報導經常出現(xiàn)在媒體頭條，但要真正落實這一步仍然任重而道遠。其中，缺少足以保護弱勢道路使用者的技術格外重要。當今大多數所謂的“自動駕駛”汽車充其量也只能提供美國汽車工程師學會(Society of Automotive Engineer，SAE)定義的“輔助駕駛”，還稱不上是真正的“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的駕駛人，就算啟動了駕駛輔助系統(tǒng)也不例外。為了升級到自動駕駛領域—SAE J3016自動駕駛分級標準(SAE J3016 Levels of Driving Automation Scale)中的3-5級(Level 3-5)，車輛必須在某些情況下實現(xiàn)完全自主操控。這意味著在當今駕駛輔助功能的基礎上，還必須向前邁出很大的一步。Level 3及其更高等級的自動駕駛技術一直未能像駕駛輔助技術那樣快速地取得明顯進展。其中，原因之一在于不斷變化的監(jiān)管環(huán)境，其次則是技術還有待發(fā)展成熟，以便能在更廣泛的場景中支持自動駕駛。
SAE J3016自動駕駛分級標準。(圖片來源：SAE International)
監(jiān)管基礎
《維也納道路交通公約》(Vienna Convention on Road Traffic)的修訂，為實現(xiàn)更高等級的自動駕駛奠定了基礎。如果管理自動駕駛汽車的監(jiān)管架構進展順利，那么預計在未來幾年將可看到許多此類架構涌現(xiàn)，特別是SAE分級標準中有關Level 3和Level 4的功能架構。事實上，早在2022年初，美國高速公路安全保險協(xié)會(Insurance Institute for Highway Safety，IIHS)就宣布針對部分自動化車輛的評級計劃。諸如此類的進展大幅提高了自動駕駛的確定性，從而推動加快創(chuàng)新步伐，以應對技術挑戰(zhàn)。
提高自主能力范圍
目前，圍繞著更高度自動化等級所展開的大部分研發(fā)(R&D)任務關注的都是高速公路駕駛。相對而言，這是最簡單的公共道路環(huán)境之一，導航過程中不涉及繞路或彎道等復雜設計。在正常情況下，這類道路環(huán)境也沒有行人、摩托車或自行車，也就是說不會出現(xiàn)任何類型的弱勢道路使用者。
城區(qū)環(huán)境的自主性
城市地區(qū)的情況則全然不同，部分原因在于道路設計更加復雜，另一部分原因則是此類環(huán)境中弱勢道路使用者的數量和類型更多且日益增加。從汽車廠商的角度來看，保護弱勢道路使用者極具挑戰(zhàn)性。大多數弱勢道路使用者的行動都有著突發(fā)以及不可預測的特性，因此，即使采用目前較高水平的自動化車輛中所搭載的技術，也很難做到完全檢測和準確識別。例如，攝像頭受限于視線(LoS)范圍，因而可能無法檢測到正從停著的貨車后方步入車道的行人。對于自動化能力達到Level 3以及更高等級的車輛來說，為了達到在城市中安全自動駕駛的要求，針對弱勢道路使用者的檢測能力必須有大幅進展。然而，沒有單一技術本身就足以達到要求，其關鍵在于使用多項互補技術。例如，目前以激光雷達(LiDAR)輔助車載攝像頭的相關工作已經在展開中。然而，在保護弱勢道路使用者方面，目前尚未取得重大進展的是短距離射頻技術的使用，尤其是藍牙和UWB技術。
自動駕駛汽車系統(tǒng)中所使用的藍牙和UWB等短距離射頻技術有助于保護弱勢道路使用者。（圖片來源：u-blox）
藍牙和UWB：技術發(fā)展成熟
根據u-blox最近進行的一項研究顯示，使用短距離無線測距技術可望在都市中補充增強全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的高精度車輛定位能力，而延伸這項技術將可用于保護弱勢道路使用者。如今幾乎每一款新車、智能手機和可穿戴設備中都內置了藍牙功能；而由于藍牙模塊成本低廉，因此可以輕松集成于其他尚不具備藍牙功能的產品中，例如自行車、電動自行車與電動滑板車等微型交通工具。UWB也日益發(fā)展壯大，目前已經開始出現(xiàn)在智能手機中，并有部分車廠采用UWB技術來實現(xiàn)無鑰匙進入(keyless entry)等應用。
短距離射頻技術工作原理
那么，藍牙或UWB的弱勢道路用戶檢測系統(tǒng)如何運作？需要進行哪些進一步的研發(fā)，才能在未來的車輛自動駕駛功能中融合這些技術？為了讓支持藍牙或UWB的檢測系統(tǒng)發(fā)揮作用，弱勢道路使用者必須隨身攜帶、在自身附近或在車輛上使用特定的標簽，例如內置于智能手機或手表的標簽。這些標簽會定期發(fā)出信號，讓附近的自動駕駛汽車能夠計算與弱勢道路用戶之間的距離與信號發(fā)出的角度。這種解決方案的前景廣闊，但其適合的應用領域還有待拓展。
挑戰(zhàn)一：建立數據可信度
首先，藍牙或UWB測距系統(tǒng)發(fā)出的各項數據對于車輛決策應該有多大的影響？弱勢道路使用者可能在不斷移動中，因此決策系統(tǒng)必須理解弱勢道路用戶傳來的數據可信度，并據此判斷其不確定性。隨后還要考慮如何將這些數據與來自其他系統(tǒng)的數據相互整合，以及如果有沖突該怎么辦。業(yè)界需要建立一套魯棒的流程和度量，以評估藍牙和UWB測距信息的完整性。這涉及發(fā)展統(tǒng)計學的方法，更深入地評估射頻信號在不同場景的情況。創(chuàng)建這些模型可望讓系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常值，并為其采集到的每一次讀數附加確定性或可信度評分。這有助于車輛控制系統(tǒng)據此評估每個數據點可能帶來的影響。
挑戰(zhàn)二：防范惡意入侵者
遺憾的是，當惡意入侵者企圖癱瘓自動駕駛汽車的安全系統(tǒng)時，往往會造成無法挽回的傷害和損失。因此，關鍵在于打造足夠強大的防碰撞功能，從而保護車輛周圍和車輛內部人員的安全。在這方面，UWB有著內在優(yōu)勢，能夠進行安全的距離測量，而不易于受到中間人攻擊(MITM)的影響。因此，UWB測距的可信度高于藍牙和其他傳統(tǒng)技術。但無論采用哪種技術，防范惡意入侵者至關重要。因此，必要時還得配合采用驗證、合理性檢查以及不當行為檢測等多種安全措施。另一項舉措則是將惡意攻擊的特征集成到前述信號模型中，從而加強車輛控制系統(tǒng)檢測攻擊并確定應對方法的能力。如同上述的建議，為了抵御企圖破壞車輛防碰撞系統(tǒng)的攻擊，另一項關鍵要素是同時采用多種技術。同時對多個車內系統(tǒng)發(fā)起攻擊的復雜度，遠遠超過針對一套系統(tǒng)的攻擊，因此這種冗余配置有助于大幅提高安全保障等級。
挑戰(zhàn)三：隱私保護
任何追蹤個人行蹤的行為都會引發(fā)隱私方面的顧慮——正如疫情初期政府試圖以人們的智能手機追蹤新冠密接。現(xiàn)有的解決方案能夠實現(xiàn)數據的分散化和匿名性，但在保護個人信息方面還有待加強，同時還要確保個人對其共享內容、共享對象以及數據用途保有控制權。
挑戰(zhàn)四：未攜帶標簽的弱勢道路使用者
大多數青少年和成年人都隨身攜帶智能手機或智能手表，因此可通過藍牙或UWB掌握其行蹤，但仍然有一部分幼童或老年人等弱勢道路使用者并不一定會隨時攜帶此類設備。這進一步反映出利用多種技術融合以避免碰撞與防范交通事故的重要性。單純用于自動駕駛汽車進行識別的個人保護標簽也可能成為一種新興趨勢，包括低功耗藍牙和UWB可穿戴設備，都可用于在行人出現(xiàn)時通知附近的自動駕駛。
挑戰(zhàn)五：易用性與集成
最后，藍牙和UWB技術還需要進一步拓展其適合的應用領域。其關鍵要求包括降低成本、簡化部署、提高可用性，以及使其更適于集成至生態(tài)系統(tǒng)中。
創(chuàng)新時機成熟
正如文中所述，為了保護弱勢道路使用者，未來的自動駕駛汽車需要更先進的系統(tǒng)，而這就需要設計者能以全新方式融合先進科技，以提供卓越的安全水平。藍牙和UWB在定位測距方面展現(xiàn)巨大的前景，并且已經用于汽車的其他用途。因此，在打造更安全的未來車輛以及解鎖更高等級的自動駕駛時，藍牙和UWB技術及其商機指日可待。
