剧情简介
编辑导语：继蔚来ET7发布后，UWB数字(💑)钥匙变得异常火热，究其本质原因有哪些呢？那么本文内容围绕基于UWB技术的数字钥匙展开，并通过以下四(👓)个部分对UWB汽车钥匙(🍩)发展历程及未来应用(🚷)进行拆析，值得阅读了解。 随着苹果、小米等消费电(💛)子大厂的加持，UWB技术重新引起了大家(🛰)的关注。而2020年以来，宝马和蔚来等主机厂(💵)搭载UWB钥匙开始，国内主机厂也开始争(📙)相研究。今天分享的(🏼)数字钥(👐)匙基于UWB技术，通过智能手机，实现钥匙功能。传统汽车钥匙(😆)是钥匙+遥控功能，只能实现开门关门。数字钥匙拥有无钥匙解锁和闭锁，远程钥匙授权，开关车窗、空调和共享车辆等功能。 本文共四个部分(🚯) 整个汽车钥(🥚)匙的发展历程，经历了最初的机械钥匙到遥控钥匙，再到PEPS钥匙(🥒)系统，以及(🎴)我们今天要(🛸)讲的数(🛠)字钥匙。数字钥匙对于用户来说，实现了2个基本用户需求： 尤其是，宝马将在 2022 款车型引入基于(😤)苹果超宽带（UWB）(☝)技术的“增强版数字车钥匙(🉐)”，蔚来也将在今年交付的ET7和ET5配备UWB数字钥匙，此外，三星也正与(🐯)宝(🤡)马、(⏺)奥迪、现代、福特等(🤵)车企进行基于UWB技术的合作，基于此国内主机(🌥)厂也开始争(🕺)相研究UWB。 从用户的(🕷)角度出发，传统样式的汽(✨)车钥匙在使用过程中，会遇到各种问(🌡)题。例如钥匙忘带了、钥匙丢失了、找不到钥匙、钥匙被锁车里(🈸)，或者手里拿了很多东西腾不出手拿钥匙等等。 基于(✍)以上各种原因，汽车钥匙逐步从遥控钥匙到PEPS钥匙，再到如今的数字钥匙。 数字钥匙(❣)几个优(🌼)点： 1. 便于携带，或者说不需要额外携带物理钥匙，手机即可成为钥匙。 2. 无感使用，解放双手。不用操作钥匙或者手机，根据钥匙和车辆之间的不同距离，由远到近，分别实现舒适迎宾、(🍙)无钥匙进入和无钥匙启动等(👷)功能。 3. 钥匙共享，解决汽车共享(🗣)的场景需求，此功能更可以在汽车租赁和汽车维修等生活场景中进一步应用。 4. 安全保障 从遥控钥匙诞生，一直发展到后面的蓝牙数字钥匙，其中中继攻击一直是绕不开的话题。UWB方案中加入了安全时间戳的技术，极大提升了UWB防中继攻击能力。 这部分介绍低功耗蓝牙(🌴)BLE和(🤲)超宽带UWB技术数字钥匙的工作原理。 数字钥匙简单说，就是把手机当钥匙，并且用无(🥊)线技术来(🎊)实现手(🈸)机的定位功能。只要车端的控制器可以识别并且定位到，合法手机处在(🏷)不同区域，就能实现不同功能。例如在(❔)几十米的地方实现的是遥控功能，而靠近车身十(🐊)米左右就会有迎宾动作，再靠近(🤣)一两米左(🐥)右就可以实现自动解锁。进到车里，实现车辆启(🧛)动。停车熄火后，在远离车辆后，实(😧)现车辆闭锁功能。 以上种种功能，依赖于两种技术，分别是蓝(🏽)牙定位和UWB定位。 蓝牙定位的(😩)原理主要应用的是蓝牙信号场强值，简称RSSI（Received signal strength Inducaror）。 场强值与距离相(🌿)关。基本趋势是，离的越近，场强值越大，离的越远，场强值越小。但由于蓝牙(🎦)信号的频率比较高为2.4HGz左右，这就决定了它的一个物理特性：距离较近(🏤)的地方，场强值变化较大，和距离位置有趋近线性的关系。但是到了比较远的地方，比如1.5米以外，这时候场强值的变化比较小，此时就不能精确地识别到距离的变化。 一般而言，可以通过至少(👪)三根(😃)天线获得的场强值来计算距离获得定位的一个点。理论上，天线数量越多，定位精度越精确。但由于蓝牙本身的特性，在远距离(😯)的时(🔤)候，它的定位精度很难被大(🎭)幅度提高。下图，可以看到实测中，距离0.1米到1米之间，场强值的改变有20左右，到了10米-20米，场强值改变不到10，这说明这时距离的改变(👢)已很难精确(🏗)。 在(🦈)UWB技术应用到汽车钥匙之前，汽车使用的纯蓝牙数字钥(🖍)匙在一定程度上代替了(🚴)物理钥(🌆)匙(⛸)。其主要从软件标定算法上对测距效果进行了优化。但仅靠场强值(👽)来实现定位，感知精度不准始终是蓝牙的一个痛点。而基于UWB技术的数字钥匙带来的精准定位，无疑对数字钥匙开辟了另一个发展方向。 UWB（ultra wideband）也叫超宽带技术，是一种使用1GHz以上频率宽带的无线载波通信技术。其实超宽带UWB技术并非新技术。最早60年代就已运用在军事雷达领域，汽车领域应用UWB技术没有手机行业早。汽车数字钥匙引入UWB技(🥟)术主要还是(👖)随着近几年手机应用UWB技术而衍生出来的。 UWB技术采用飞行时间测距，time of flight。车端中，UWB锚点可以实现钥匙和车身的测距功能。在发射装置中将(🤓)含有时间戳的(🎭)信号发射出去后，接收端通过接收到的信息计算出飞行时间，进而推算出飞行距离，实现精准的测距。根据钥匙与车端各锚点的综合距离，进行综合计算，这(🙀)时候车端系统就可以实时获得钥匙所处的精确区域或者位置。 但UWB也(🐧)有一个多径传输问题，UWB信号碰到障碍物，可能会被反射或者被吸收，导致(🎿)测距未必是真实距离。这(👂)就需要开(👞)发人员通过一系列算法优化，借助多(🤵)个锚点辅助，尽量(🕚)精确测距。一般来说，UWB定位精度可以达到零米级。 总的来说，UWB技术有两(⛹)个特征： 以下表格是传统无钥匙系统的PEPS高低频技术蓝牙BLE技术和UWB技术的对比。 总体上，PEPS高低频物理钥(🏣)匙的定位精度很高，但定位覆盖范围比较(🦅)小，也没有办法做钥匙(⛪)分享和做防中继攻击。BLE蓝牙技术覆盖范围广，定(📷)位精度同样不高，基于手机和云端，它可以实现钥匙分享，但依然在防中继(🌵)攻(😮)击方面没有好办法。而UWB技术，它的定位精度(🤠)很高，定位覆盖范围很广，而且具备了防中继攻击(🤰)的能力。防中继攻击问题，也打开了UWB在汽车、支付等高安全要求场景应用的大门。但它成本太高了，这个也是各个主机厂比较关注的问题。 表格中另(🐰)一个(✊)蓝牙BLE技术：AOA技术，其实也可以和UWB技术一样，可以基于信号本身，比如用飞行时间(🍈)TOF来做精准测距，效果也远(🔑)远好于场强值的计算，且也无(🚱)需加装(🚣)昂贵的(🛩)UWB设备。 那为何到目前为止，都没有实现呢？ 根本原因是目前市面上的手机不支持这种蓝牙的测(🛸)距方式，所以我们现在用的蓝牙通通都(📽)是用场强值计算来做定位。 UWB数字钥匙(📬)为何会兴起，主要(🐉)是手机配置了该功能。现在市面上(📧)，主要是苹果、小米和三星手机支持UWB功(🥙)能。所以，从这方面来说，汽车数字钥匙的发展开拓，已不再是汽车行业本身的发(📌)展趋势单方面的决(🔁)定的，而是由越来越(🚟)多的(🗯)跨界合作在左右着。 UWB的开发过程，还有一个绕不开的话(🌺)题，即CCC规范。基于UWB功(🚚)能开发的CCC3.0规(📅)范，是2021年7月份正式发布的。2021年7月CCC车联网联盟（(🥗)Car Connectivity Consortium)将UWB定义为第三代数字密钥的核心技术，这个规范明确了第三代数字(🦎)钥匙是基于UWB/BLE+NFC的互联方案。这个规范的出台，明确提(🧥)出了UWB与BLE技术的结合，进一步推进了数字钥匙的发展。这也是近年来主流车企纷纷改道UWB数字钥匙的原因。 UWB数字钥匙融合了UWB、BLE蓝牙和NFC三种(🐴)无线通信技术。 UWB测距功耗很高，无法(🧦)像蓝牙一样，进行(🧡)不间断地广播和连接。因此UWB测距功能，建立在蓝牙连接的基础上。蓝(⚽)牙的功耗较低，在较(🦊)远(😽)的地方，可以先进行蓝牙连接，进行身份认证、数据交互，并进行粗略的定位。继续靠近车辆之后达到UWB测距的范围后（离车十几米左右），再开启各个锚点的UWB的测距功能，各个锚点进入工作状态，就可以实现实时的定位。 从上图(🦀)可以看到(📪)，UWB系统(🚀)增加了信息安全相关的硬件安全芯片，并且在安(😏)全芯片里面集成了和CCC协议相关的软件(🐞)。这个(🌴)主要是为配合手机端的加解密和CCC协议。这种架构也是参考原来NFC数字钥匙(🈹)的方案，也就是CCC2.0规范的要求，只是把原来的NFC通道改(🍘)成了蓝牙通道(🌗)。 UWB技术的引入为人车互动带来更多想象空间，但UWB的应用(🈷)是在尽量不增加硬件成本的基础上，让(💀)UWB的特性得到最(🌙)大化的应用。比如，UWB雷达脚踢技术。 在确认数字钥匙到达车辆后备箱外部(🏋)指定的位置之后，可以开启UWB的雷达探测方式，对用户靠近后的脚踢动作进行识别。 另一个应用，用UWB技术实现车内活体检测功能。用车内布置的UWB锚点，使用多普勒原理，对人体(🎆)和宠物进行精细动作对识别，以达到预警(🤟)功能。 在数字钥匙系统开发过程中(🚚)，还有很多东西是可(🎟)以探索和尝试的。比如各个协议平台的共存和互通，这也(🧥)是各主机厂比较关注的问题。目前协议平台主要(🏇)有三(🙂)个，以苹果为代表的CCC协议，以(🗝)华为为代表的ICCE协议，以小米为代表的ICCOA协议。 对于车厂和各车端供(😑)应商而言，如何做到跨平台的支持和维护就(🍊)显得尤为重(📞)要。毕竟，用户只关注体验感(⤵)和舒适度(📫)，关心钥匙分享是否都可以跨平台进行，更重要的，用户更关心车端的应用是不是可以达到一个平衡。 本文由 @赛博七号 原创(🗞)发布于人人都是产品经(🏩)理(🎥)，未经许可，禁止转载。 题图来(🍜)自Unsplash，基于 CC0 协议。
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