自動駕駛汽車：BT 和 UWB 可以保護(hù)易受傷害的道路使用者

在 AV 系統(tǒng)中使用藍(lán)牙和 UWB 等地面無線電技術(shù)有助于保護(hù)易受傷害的道路使用者。

雖然媒體上有很多關(guān)于我們街道上全自動駕駛汽車 (AV) 的曙光的討論，但我們離這個現(xiàn)實(shí)還有很長的路要走。這包括缺乏保護(hù)弱勢道路使用者 (VRU) 的技術(shù)。

今天的大多數(shù)“自動駕駛”車輛最多只能提供汽車工程師協(xié)會 (SAE) 所稱的“駕駛員支持”，而不是“自動駕駛”。這意味著駕駛座上的人始終是駕駛車輛的人，即使在駕駛員輔助系統(tǒng)啟動時也是如此。

要進(jìn)入自動駕駛領(lǐng)域(SAE J3016 駕駛自動化等級等級 3-5 級)，車輛必須能夠在某些情況下完全控制。這是當(dāng)前驅(qū)動程序支持功能的一大進(jìn)步。

自治級別 3 及以上的可見進(jìn)展并不像駕駛輔助技術(shù)那樣快。原因之一是仍在不斷發(fā)展的監(jiān)管環(huán)境。另一個是需要使使能技術(shù)成熟以支持更多情況下的自動駕駛。

監(jiān)管基礎(chǔ)

為更高水平的車輛自主性奠定基礎(chǔ)的《維也納道路交通公約》的修改正在醞釀之中。假設(shè)這些沒有被拒絕，他們將看到管理 AV 的監(jiān)管框架在未來幾年出現(xiàn)，特別是圍繞與 SAE 規(guī)模中的 3 級和 4 級相關(guān)的功能。事實(shí)上，2022 年初，公路安全保險協(xié)會宣布了其對部分自動化車輛的評級計劃。此類發(fā)展帶來的更大確定性將推動創(chuàng)新步伐加快，以應(yīng)對技術(shù)挑戰(zhàn)。

提升自治規(guī)模

當(dāng)前圍繞更高水平自動化進(jìn)行的大部分研發(fā)都集中在高速公路駕駛上。相對而言，這是最簡單的公共道路環(huán)境之一。沒有復(fù)雜的布局，例如環(huán)形交叉路口，可以導(dǎo)航。在正常情況下，沒有人走路、輪子或騎自行車——所有類別的 VRU——都在場。

城市地區(qū)的自治

城市地區(qū)完全不同，部分原因是道路布局的復(fù)雜性增加，部分原因是環(huán)境中 VRU 的數(shù)量和種類。從汽車制造商的角度來看，保護(hù) VRU 極具挑戰(zhàn)性。大多數(shù) VRU 可能會以突然和不可預(yù)測的方式移動，并且很難使用目前在具有更高自動化水平的車輛中使用的技術(shù)來檢測。例如，攝像頭依靠視線，無法看到即將從停放的貨車后面踏入車道的行人。

對于具有 3 級及以上自動化能力的車輛被認(rèn)為足夠安全以在城市地區(qū)自主運(yùn)行，VRU 的檢測需要顯著發(fā)展。

沒有任何一項(xiàng)技術(shù)本身就足夠了。關(guān)鍵將是使用多種互補(bǔ)的技術(shù)。例如，使用激光雷達(dá)輔助車載攝像頭的工作已經(jīng)在進(jìn)行中。然而，在 VRU 保護(hù)方面尚未出現(xiàn)重大發(fā)展的一個領(lǐng)域是使用地面無線電技術(shù)，特別是藍(lán)牙和超寬帶 (UWB)。

藍(lán)牙和超寬帶：發(fā)展成熟

u-blox 最近進(jìn)行了一項(xiàng)研究，該研究證明了使用地面無線電測距來補(bǔ)充 GNSS 在城市地區(qū)進(jìn)行高精度車輛定位的前景。對此的自然延伸將是探索將其用作保護(hù) VRU 的一種手段。藍(lán)牙幾乎已內(nèi)置于每一輛新車、智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備中，而且組件的低成本意味著它可以集成到其他尚未實(shí)現(xiàn)的地方，例如微型移動車輛。UWB 也獲得了發(fā)展勢頭，已開始出現(xiàn)在智能手機(jī)中，并被汽車制造商用于無鑰匙進(jìn)入等應(yīng)用。

地面無線電技術(shù)如何運(yùn)作

那么藍(lán)牙或 UWB VRU 檢測系統(tǒng)將如何工作，需要進(jìn)行哪些進(jìn)一步的研發(fā)才能使這些技術(shù)成為未來車輛自動駕駛能力的一部分?

啟用藍(lán)牙或 UWB 的檢測系統(tǒng)將要求易受攻擊的道路使用者在他們的身體或他們正在使用的車輛上或附近安裝某種標(biāo)簽。這可能在智能手機(jī)或手表內(nèi)。標(biāo)簽會周期性地發(fā)出信號，使附近的 AV 能夠計算到 VRU 的距離和信號來自的角度。該解決方案提供了巨大的希望，但需要在許多領(lǐng)域進(jìn)行重大開發(fā)。

挑戰(zhàn)一：建立數(shù)據(jù)可信度

首先，來自藍(lán)牙或超寬帶測距系統(tǒng)的每條數(shù)據(jù)對車輛決策的影響有多大?鑒于 VRU 可能正在移動，重要的是決策系統(tǒng)了解來自 VRU 的任何數(shù)據(jù)的新近程度，因此，它周圍可能存在多少不確定性。然后如何將它與來自其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，這可能會發(fā)生沖突?

我們需要建立可靠的流程和指標(biāo)來評估藍(lán)牙和 UWB 測距信息的完整性。這將涉及對無線電信號在不同情況下的樣子進(jìn)行更深入的統(tǒng)計理解。創(chuàng)建這些模型將使系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)異常值并將確定性或可信度評級附加到它們收集的每個讀數(shù)中。這將有助于車輛的控制系統(tǒng)評估每個數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)具有的影響。

挑戰(zhàn) 2：防止不良行為者

不幸的是，不友好的行為者總是會試圖通過破壞 AV 的安全系統(tǒng)來引發(fā)碰撞。因此，這些關(guān)鍵的防撞功能必須足夠強(qiáng)大，以保護(hù)車輛周圍和內(nèi)部的人員。UWB 在這方面具有固有的優(yōu)勢，因?yàn)樗軌蜻M(jìn)行安全的距離測量，不受中間人攻擊的影響。因此，對其測量范圍的信心將高于藍(lán)牙和其他傳統(tǒng)技術(shù)。

也就是說，無論采用哪種技術(shù)，防御不良行為者的行為都是必不可少的。結(jié)合安全措施，如身份驗(yàn)證、合理性檢查和不當(dāng)行為檢測都是故事的一部分。另一個是將可怕事件的特征整合到我們上面提到的信號模型中，以提高車輛控制系統(tǒng)識別何時發(fā)生攻擊并知道如何響應(yīng)的能力。

正如我們所提議的那樣，對任何破壞防撞系統(tǒng)的嘗試進(jìn)行防御的另一個重要方面是并行使用多種技術(shù)。同時組織對多個車輛系統(tǒng)的攻擊比只針對一個車輛系統(tǒng)要復(fù)雜得多，因此這種冗余極大地提高了保障水平。

挑戰(zhàn)三：隱私

任何跟蹤個人活動的事情都會引發(fā)對隱私的質(zhì)疑——正如我們在大流行初期看到的那樣，當(dāng)時政府正尋求使用人們的智能手機(jī)推出 Covid-19 接觸者追蹤。存在用于分散和匿名數(shù)據(jù)的技術(shù)解決方案，但需要做更多工作來保護(hù)人們的信息并確保個人保留對他們共享的內(nèi)容、與誰共享以及出于什么目的進(jìn)行的控制。

挑戰(zhàn) 4：沒有標(biāo)簽的易受傷害的道路使用者

雖然大多數(shù)青少年和成年人總是隨身攜帶智能手機(jī)或智能手表，以提供支持藍(lán)牙或 UWB 的可發(fā)現(xiàn)性，但總會有 VRU 沒有，包括幼兒和老年人。

這進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了使用多種技術(shù)避免碰撞的重要性。個人保護(hù)標(biāo)簽的市場也可能出現(xiàn)：低功耗藍(lán)牙和 UWB 可穿戴設(shè)備，其唯一目的是通知附近的 AV 個人的存在。

挑戰(zhàn) 5：易用性和集成性

最后，需要圍繞藍(lán)牙和 UWB 進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)，以將它們集中在這個應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)鍵要求將是降低成本、簡化部署、增強(qiáng)可用性以及更好地與生態(tài)系統(tǒng)的其他部分集成。

是時候創(chuàng)新了

正如我們在這里所概述的，未來的自動駕駛汽車將需要復(fù)雜的系統(tǒng)來保護(hù)易受傷害的道路使用者，這將需要設(shè)計人員以新的方式結(jié)合技術(shù)來提供卓越的安全水平。藍(lán)牙和 UWB 在本地化測距方面顯示出巨大的潛力，并且已經(jīng)在車輛領(lǐng)域用于其他目的。因此，我們看到了這兩種技術(shù)令人興奮的機(jī)會，可以讓未來的車輛更安全，從而解鎖更高水平的自動駕駛。