采用BLE+NFC+UWB 技術(shù)的汽車進(jìn)入系統(tǒng)

2020 年3 月16 日，小米手機(jī)正式宣布，將推出一款能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行車控功能的汽車APP。隨著科技的日新月異，汽車進(jìn)入系統(tǒng)由原先的機(jī)械鑰匙變?yōu)檫b控系統(tǒng)，再到無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)。例如，使用智能手機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)開鎖功能，大大提高車主的便利性。除智能手機(jī)外，智能手表也將成為“開車”的重要“鑰匙”。早在2019 年5 月華為官宣，華為手機(jī)錢包新增愛車開鎖功能，NFC “碰一碰”全面支持某公司智能鎖，實(shí)現(xiàn)了“不用APP熄屏開鎖進(jìn)家門”！只需要一部華為手機(jī)即可在公司、小區(qū)、家門以及更多地方，暢享更優(yōu)開鎖體驗(yàn)。用戶只需要通過華為錢包進(jìn)行開通，即可使用。如果需要進(jìn)行添加或者刪減，直接在華為錢包的“門鑰匙”功能進(jìn)行管理。

2020 年10 月12 日，小米手機(jī)官方發(fā)布“一指連”小米UWB 技術(shù)。據(jù)稱這是新一代連接技術(shù)，能精準(zhǔn)感知智能設(shè)備的空間位置，相當(dāng)于室內(nèi)GPS。其實(shí)現(xiàn)的效果是：手機(jī)指向智能設(shè)備就能對(duì)應(yīng)呼出控制卡片，甚至對(duì)準(zhǔn)電視還能直接投屏。用戶無需多余步驟，拿著手機(jī)指向智能設(shè)備即可進(jìn)行操控。顯然，UWB 技術(shù)應(yīng)用在汽車智能鑰匙上，將大大提升無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的性能和定位精度，據(jù)悉國(guó)內(nèi)開發(fā)商正在積極開發(fā)集成有UWB技術(shù)的汽車進(jìn)入系統(tǒng)。

目前PEPS 系統(tǒng)在高端車上已成標(biāo)配，在智能化的驅(qū)動(dòng)下，無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)正在迅猛發(fā)展，將成為自動(dòng)駕駛的必要組成部分。

1 鑰匙系統(tǒng)的發(fā)展歷史

第一代是普通的齒形鑰匙，可以開門也可以開點(diǎn)火鎖，沒有防盜芯片，防盜性很差。

第二代發(fā)展到帶防盜芯片的齒形鑰匙，可以打開車門，也可以轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)火鎖；可以做成折疊遙控鑰匙R(shí)KE。

第三代是PEPS 系統(tǒng)，只要把鑰匙帶在身上就可以執(zhí)行開閉鎖及啟動(dòng)動(dòng)作。

第四代是手機(jī)鑰匙PKE，采用NFC+UWB 技術(shù)的智能鑰匙，配合PEPS 使用，可以不操作開閉鎖按鍵就可以執(zhí)行開閉鎖動(dòng)作。

對(duì)于NFC 車鑰匙的應(yīng)用嘗試，最早的車型是特斯拉Model 3，在此之后國(guó)內(nèi)造車新勢(shì)力蔚來也實(shí)現(xiàn)了NFC 解鎖功能，不過都是類似公交卡的卡片為載體。

而比亞迪在2018 年5 月12 日的比亞迪秦Pro 超越版-手機(jī)NFC 車鑰匙技術(shù)線上溝通會(huì)上，重新為大家解讀了這項(xiàng)“黑科技”。

2 NFC、UWB 技術(shù)的智能鑰匙工作原理

PEPS 系統(tǒng)自誕生起，其控制器和鑰匙之間的無線通信經(jīng)歷了傳統(tǒng)的射頻技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)，2019 年華為推出了NFC 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)熄屏碰一碰就開門的方式，中國(guó)引領(lǐng)了汽車智能鑰匙的新潮流。對(duì)前面兩種通信方式大家比較熟悉，但NFC（Near Field Communication,NFC）近場(chǎng)通信技術(shù)可能好多人比較陌生。再將UWB 集成在智能鑰匙系統(tǒng)中，將是下一代全新的產(chǎn)品。

NFC 近場(chǎng)通信技術(shù)是由非接觸式射頻識(shí)別（ RFID）及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來，由飛利浦半導(dǎo)體（現(xiàn)恩智浦半導(dǎo)體）、 諾基亞和索尼共同研制開發(fā)，其基礎(chǔ)是RFID 及互連技術(shù)。NFC 是一種短距高頻的無線電技術(shù)，在13.56MHz 頻率運(yùn)行于20 cm 距離內(nèi)。其傳輸速度有106 Kbit/s、212 Kbit/s 或者424 Kbit/s 三種。目前近場(chǎng)通信已通過ISO/IEC IS 18092 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、ECMA-340 標(biāo)準(zhǔn)與ETSI TS 102 190 標(biāo)準(zhǔn)。NFC 采用主動(dòng)和被動(dòng)兩種讀取模式。

NFC 在單一芯片上結(jié)合感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的功能，能在短距離內(nèi)與兼容設(shè)備進(jìn)行識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。這種技術(shù)使用在手機(jī)上首先是在支付系統(tǒng)，目前這項(xiàng)技術(shù)在日韓被廣泛應(yīng)用。手機(jī)用戶憑著配置了支付功能的手機(jī)就可以行遍全國(guó)：他們的手機(jī)可以用作機(jī)場(chǎng)登機(jī)驗(yàn)證、大廈的門禁鑰匙、交通一卡通、信用卡、支付卡等 。我們常用的門禁卡、公交卡及一些其他卡片就是這種NFC 技術(shù)，隨著這種技術(shù)應(yīng)用在汽車智能鑰匙上，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)熄屏或腕表碰一碰就開門的功能。

UWB 最初的定義是來自于60 年代興起的脈沖通信技術(shù)，又稱為脈沖無線電（Impulse Radio）技術(shù)。與在當(dāng)今通信系統(tǒng)中廣泛采用的載波調(diào)制技術(shù)不同，這種技術(shù)用上升沿和下降沿都很陡的基帶脈沖直接通信，所以又稱為基帶傳輸（baseband transmission）或無載波（carrierless）技術(shù)。UWB 技術(shù)的脈沖長(zhǎng)度通常在納秒量級(jí)，信號(hào)帶寬經(jīng)常達(dá)數(shù)千兆赫茲，從而具有GHz量級(jí)的帶寬，比任何現(xiàn)有的無線通信技術(shù)的帶寬都大得多，所以最終在1989 年被美國(guó)國(guó)防部稱為超寬帶技術(shù)。早期超帶寬技術(shù)（UWB）用來大數(shù)據(jù)的近距離傳輸，近年來被應(yīng)用在無線定位應(yīng)用中。UWB 定位技術(shù)屬于無線定位技術(shù)的一種。

我們都知道衛(wèi)星信號(hào)在室內(nèi)會(huì)被嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致GPS 或是北斗無法發(fā)定位。所以在室內(nèi)定位主要采用無線通訊、基站定位、慣導(dǎo)定位等多種技術(shù)集成形成一套室內(nèi)位置定位體系，從而實(shí)現(xiàn)人員、物體等在室內(nèi)空間中的位置監(jiān)控。除通訊網(wǎng)絡(luò)的蜂窩定位技術(shù)外，常見的室內(nèi)無線定位技術(shù)還有：Wi-Fi、藍(lán)牙、紅外線、RFID、ZigBee 和超聲波，還有 UWB-Ultra Wideband(超寬帶)定位原理。

NFC 解鎖，不必考慮聯(lián)網(wǎng)、電量和信號(hào)等問題，可以實(shí)現(xiàn)熄屏解鎖。NFC+UWB 結(jié)合手機(jī)APP、云端，實(shí)現(xiàn)虛擬鑰匙控制車輛車門解閉鎖、開啟后備箱、尋車、授權(quán)借車、啟動(dòng)車輛功能。

PEPS 系統(tǒng)分3 個(gè)部分，車載部分由控制模塊、門把手模塊、天線、轉(zhuǎn)向鎖、啟動(dòng)開關(guān)組成，系統(tǒng)開發(fā)商有安智欣、躍博、比亞迪等，他們和整車BCM 之間一般采用CAN/LIN 通信；

鑰匙部分，傳統(tǒng)的機(jī)械鑰匙面臨著淘汰，智能鑰匙集成在手機(jī)或腕表上，開發(fā)商有華為、小米等，鑰匙和控制模塊之間采用射頻、藍(lán)牙、NFC、UWB 技術(shù)通信；

云端部分，只有配置手機(jī)APP 和車載TBOX 的車輛才能通過4G/5G 網(wǎng)絡(luò)和汽車通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，如遠(yuǎn)程上鎖、解鎖車門，開啟或關(guān)閉車窗、空調(diào)等。

通過手機(jī)APP 可以進(jìn)行身份認(rèn)證、授權(quán)、借車工作，解決第二人用車問題。

3 典型案例

PEPS 的主要生產(chǎn)商（外資、自主）外資主要廠商有NXP、霍夫、馬夸特，國(guó)內(nèi)有安智欣、納恩、比亞迪等廠商。安智欣正在和某整車廠聯(lián)合研發(fā)下一代集成UWB 定位技術(shù)的智能鑰匙系統(tǒng)，而躍博汽車電器采用PEPS 和BCM 集成的產(chǎn)品已成熟應(yīng)用，在2018 年就有產(chǎn)品批量應(yīng)用在了東風(fēng)商用車上，在國(guó)內(nèi)最大道路工程機(jī)械領(lǐng)域也首先應(yīng)用了PS 產(chǎn)品。

通過對(duì)目前大面積使用情況的分析，有幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：一是在新能源車上更廣泛得到使用，二是PEPS 控制器有集成到BCM 中的趨勢(shì)，三是商用車配置PEPS 系統(tǒng)被得到重視。

案例1

江蘇安智欣電子科技有限公司的BLE+NFC+UWB 智能鑰匙系統(tǒng)，代表下一代智能鑰匙系統(tǒng)，采用藍(lán)牙+UWB 定位技術(shù)，國(guó)內(nèi)一些新能源汽車和高檔乘用車正在積極開發(fā)此類產(chǎn)品，預(yù)計(jì)不久將有配置此產(chǎn)品的車型面世。

BLE 控制器與BLE 天線通過CAN 總線連接及通訊；BLE 控制器通過藍(lán)牙與手機(jī)進(jìn)行連接認(rèn)證與數(shù)據(jù)交付，并通過CAN 總線與整車BCM 或者VCU 數(shù)據(jù)交互。

BLE 控制器功能

BLE 天線功能

采用藍(lán)牙+NFC+UWB 技術(shù)的天線布置圖

案例2

商用車領(lǐng)域以躍博已大量使用的智能鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)為例簡(jiǎn)單介紹如下：躍博采用集成式方案，就是把PEPS 控制器和BCM 集成在一起。

主控模塊

·高頻信號(hào)接收RF receiver

·低頻天線驅(qū)動(dòng)LF transmitter

·車門上鎖解鎖控制

·后備箱上解鎖控制

·點(diǎn)火控制

遙控器

· 高頻發(fā)射，加密（車門開鎖閉鎖，后備箱開啟關(guān)閉）

· 低頻收發(fā)，加密（驗(yàn)證鑰匙合法性，檢測(cè)鑰匙位置）

· 集成IMMO transponder（發(fā)動(dòng)機(jī)防盜）天線

天線

· 通過低頻信號(hào)檢測(cè)鑰匙的位置，（駕駛員側(cè)，副駕駛員側(cè)，車內(nèi)，后備箱內(nèi)外）

· 2 個(gè)車內(nèi)天線，檢測(cè)鑰匙是不是在車內(nèi)

· 2 個(gè)門把手側(cè)天線，檢測(cè)鑰匙位于駕駛員門側(cè)還是副駕駛員門側(cè)

· 1 個(gè)在后備箱內(nèi)，檢測(cè)鑰匙是否在后備箱內(nèi)部

· 1 個(gè)在后備箱外部，檢測(cè)鑰匙是否在后備箱區(qū)域

門開關(guān)

· 當(dāng)駕駛員離開車子或者后備箱時(shí)，按下此開關(guān)，用于車子自動(dòng)上鎖

· 用于駕駛員開啟或者關(guān)閉后備箱

· 一個(gè)位于駕駛員側(cè)門把手，一個(gè)位于副駕駛員側(cè)門把手，一個(gè)位于后備箱側(cè)

· 可以通過電容式觸摸開關(guān)代替

啟動(dòng)開關(guān)

·OFF/ACC/IGN/Start 開關(guān)

以上系統(tǒng)主要用在商用車包括卡車、東風(fēng)皮卡及新能源汽車，如新特汽車、天際汽車、眾泰汽車。徐工集團(tuán)等工程機(jī)械都有應(yīng)用。

4 PEPS 的未來趨勢(shì)

總而言之，可以預(yù)見的是，無鑰匙進(jìn)入技術(shù)漸成趨勢(shì)，未來實(shí)體鑰匙可能真的會(huì)被手機(jī)虛擬鑰匙、智能穿戴設(shè)備以及其他一些新的技術(shù)（比如人臉識(shí)別、靜脈識(shí)別）所取代。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，未來幾年將快速發(fā)展，迎來爆發(fā)增長(zhǎng)期，無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)將逐漸成必裝系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)將最終整合到自動(dòng)駕駛域中，并成為自動(dòng)駕駛的必要條件。