在自動(dòng)駕駛汽車(AV)系統(tǒng)中采用藍(lán)牙(Bluetooth)和超寬帶(UWB)等短距離射頻技術(shù)，有助于保護(hù)弱勢道路使用者(VRU)。
在自動(dòng)駕駛汽車(AV)系統(tǒng)中采用藍(lán)牙(Bluetooth)和超寬帶(UWB)等短距離射頻技術(shù)，有助于保護(hù)弱勢道路使用者(VRU)。
盡管有關(guān)自動(dòng)駕駛亮相街頭的報(bào)導(dǎo)經(jīng)常出現(xiàn)在媒體頭條，但要真正落實(shí)這一步仍然任重而道遠(yuǎn)。其中，缺少足以保護(hù)弱勢道路使用者的技術(shù)格外重要。當(dāng)今大多數(shù)所謂的“自動(dòng)駕駛”汽車充其量也只能提供美國汽車工程師學(xué)會(huì)(Society of Automotive Engineer，SAE)定義的“輔助駕駛”，還稱不上是真正的“自動(dòng)駕駛”。也就是說，無論何時(shí)，車輛的操控者都是坐在駕駛座的駕駛?cè)耍退銌?dòng)了駕駛輔助系統(tǒng)也不例外。為了升級到自動(dòng)駕駛領(lǐng)域—SAE J3016自動(dòng)駕駛分級標(biāo)準(zhǔn)(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(shí)現(xiàn)完全自主操控。這意味著在當(dāng)今駕駛輔助功能的基礎(chǔ)上，還必須向前邁出很大的一步。Level 3及其更高等級的自動(dòng)駕駛技術(shù)一直未能像駕駛輔助技術(shù)那樣快速地取得明顯進(jìn)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(shù)還有待發(fā)展成熟，以便能在更廣泛的場景中支持自動(dòng)駕駛。
SAE J3016自動(dòng)駕駛分級標(biāo)準(zhǔn)。(圖片來源：SAE International)
監(jiān)管基礎(chǔ)
《維也納道路交通公約》(Vienna Convention on Road Traffic)的修訂，為實(shí)現(xiàn)更高等級的自動(dòng)駕駛奠定了基礎(chǔ)。如果管理自動(dòng)駕駛汽車的監(jiān)管架構(gòu)進(jìn)展順利，那么預(yù)計(jì)在未來幾年將可看到許多此類架構(gòu)涌現(xiàn)，特別是SAE分級標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)Level 3和Level 4的功能架構(gòu)。事實(shí)上，早在2022年初，美國高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)(Insurance Institute for Highway Safety，IIHS)就宣布針對部分自動(dòng)化車輛的評級計(jì)劃。諸如此類的進(jìn)展大幅提高了自動(dòng)駕駛的確定性，從而推動(dòng)加快創(chuàng)新步伐，以應(yīng)對技術(shù)挑戰(zhàn)。
提高自主能力范圍
目前，圍繞著更高度自動(dòng)化等級所展開的大部分研發(fā)(R&D)任務(wù)關(guān)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(dǎo)航過程中不涉及繞路或彎道等復(fù)雜設(shè)計(jì)。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(huì)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(shè)計(jì)更加復(fù)雜，另一部分原因則是此類環(huán)境中弱勢道路使用者的數(shù)量和類型更多且日益增加。從汽車廠商的角度來看，保護(hù)弱勢道路使用者極具挑戰(zhàn)性。大多數(shù)弱勢道路使用者的行動(dòng)都有著突發(fā)以及不可預(yù)測的特性，因此，即使采用目前較高水平的自動(dòng)化車輛中所搭載的技術(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(dòng)化能力達(dá)到Level 3以及更高等級的車輛來說，為了達(dá)到在城市中安全自動(dòng)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(jìn)展。然而，沒有單一技術(shù)本身就足以達(dá)到要求，其關(guān)鍵在于使用多項(xiàng)互補(bǔ)技術(shù)。例如，目前以激光雷達(dá)(LiDAR)輔助車載攝像頭的相關(guān)工作已經(jīng)在展開中。然而，在保護(hù)弱勢道路使用者方面，目前尚未取得重大進(jìn)展的是短距離射頻技術(shù)的使用，尤其是藍(lán)牙和UWB技術(shù)。
自動(dòng)駕駛汽車系統(tǒng)中所使用的藍(lán)牙和UWB等短距離射頻技術(shù)有助于保護(hù)弱勢道路使用者。（圖片來源：u-blox）
藍(lán)牙和UWB：技術(shù)發(fā)展成熟
根據(jù)u-blox最近進(jìn)行的一項(xiàng)研究顯示，使用短距離無線測距技術(shù)可望在都市中補(bǔ)充增強(qiáng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的高精度車輛定位能力，而延伸這項(xiàng)技術(shù)將可用于保護(hù)弱勢道路使用者。如今幾乎每一款新車、智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備中都內(nèi)置了藍(lán)牙功能；而由于藍(lán)牙模塊成本低廉，因此可以輕松集成于其他尚不具備藍(lán)牙功能的產(chǎn)品中，例如自行車、電動(dòng)自行車與電動(dòng)滑板車等微型交通工具。UWB也日益發(fā)展壯大，目前已經(jīng)開始出現(xiàn)在智能手機(jī)中，并有部分車廠采用UWB技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無鑰匙進(jìn)入(keyless entry)等應(yīng)用。
短距離射頻技術(shù)工作原理
那么，藍(lán)牙或UWB的弱勢道路用戶檢測系統(tǒng)如何運(yùn)作？需要進(jìn)行哪些進(jìn)一步的研發(fā)，才能在未來的車輛自動(dòng)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，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(biāo)簽，例如內(nèi)置于智能手機(jī)或手表的標(biāo)簽。這些標(biāo)簽會(huì)定期發(fā)出信號，讓附近的自動(dòng)駕駛汽車能夠計(jì)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(yīng)用領(lǐng)域還有待拓展。
挑戰(zhàn)一：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？弱勢道路使用者可能在不斷移動(dòng)中，因此決策系統(tǒng)必須理解弱勢道路用戶傳來的數(shù)據(jù)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(lán)牙和UWB測距信息的完整性。這涉及發(fā)展統(tǒng)計(jì)學(xué)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(shù)附加確定性或可信度評分。這有助于車輛控制系統(tǒng)據(jù)此評估每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)可能帶來的影響。
挑戰(zhàn)二：防范惡意入侵者
遺憾的是，當(dāng)惡意入侵者企圖癱瘓自動(dòng)駕駛汽車的安全系統(tǒng)時(shí)，往往會(huì)造成無法挽回的傷害和損失。因此，關(guān)鍵在于打造足夠強(qiáng)大的防碰撞功能，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，而不易于受到中間人攻擊(MITM)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)，防范惡意入侵者至關(guān)重要。因此，必要時(shí)還得配合采用驗(yàn)證、合理性檢查以及不當(dāng)行為檢測等多種安全措施。另一項(xiàng)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(qiáng)車輛控制系統(tǒng)檢測攻擊并確定應(yīng)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(xiàng)關(guān)鍵要素是同時(shí)采用多種技術(shù)。同時(shí)對多個(gè)車內(nèi)系統(tǒng)發(fā)起攻擊的復(fù)雜度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(hù)
任何追蹤個(gè)人行蹤的行為都會(huì)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(jī)追蹤新冠密接。現(xiàn)有的解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的分散化和匿名性，但在保護(hù)個(gè)人信息方面還有待加強(qiáng)，同時(shí)還要確保個(gè)人對其共享內(nèi)容、共享對象以及數(shù)據(jù)用途保有控制權(quán)。
挑戰(zhàn)四：未攜帶標(biāo)簽的弱勢道路使用者
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(huì)隨時(shí)攜帶此類設(shè)備。這進(jìn)一步反映出利用多種技術(shù)融合以避免碰撞與防范交通事故的重要性。單純用于自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行識別的個(gè)人保護(hù)標(biāo)簽也可能成為一種新興趨勢，包括低功耗藍(lán)牙和UWB可穿戴設(shè)備，都可用于在行人出現(xiàn)時(shí)通知附近的自動(dòng)駕駛。
挑戰(zhàn)五：易用性與集成
最后，藍(lán)牙和UWB技術(shù)還需要進(jìn)一步拓展其適合的應(yīng)用領(lǐng)域。其關(guān)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(shí)機(jī)成熟
正如文中所述，為了保護(hù)弱勢道路使用者，未來的自動(dòng)駕駛汽車需要更先進(jìn)的系統(tǒng)，而這就需要設(shè)計(jì)者能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)巨大的前景，并且已經(jīng)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(dòng)駕駛時(shí)，藍(lán)牙和UWB技術(shù)及其商機(jī)指日可待。
