UWB在汽車電子通信中的應(yīng)用 - 副本

一、UWB引入近年來(lái)，在快速發(fā)展的電子科技領(lǐng)域中，一個(gè)頻繁被提及的技術(shù)術(shù)語(yǔ)便是UWB（超寬帶）。UWB技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出了巨大的潛力，特別是在蘋果公司的產(chǎn)品中得到了顯著體現(xiàn)。例如，蘋果的“隔空投送”功能就巧妙地利用了UWB技術(shù)，通過精準(zhǔn)定位目標(biāo)設(shè)備，為設(shè)備間快速建立無(wú)線連接提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。值得注意的是，盡管在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中UWB并未直接參與，但其出色的定位能力卻極大地提升了用戶體驗(yàn)的便捷性。此外，蘋果的AirTag也是UWB技術(shù)應(yīng)用的又一典范。這款小巧的追蹤器利用UWB技術(shù)實(shí)現(xiàn)了厘米級(jí)的定位精度，并具備三維位置跟蹤功能，讓用戶能夠輕松找到遺失的物品，無(wú)論是家中的鑰匙還是辦公室的文件夾，都能迅速定位，大大節(jié)省了時(shí)間和精力。除了在消費(fèi)電子領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，UWB技術(shù)在汽車電子領(lǐng)域也逐漸嶄露頭角。其中，UWB鑰匙便是一個(gè)典型的例子。這種新型的鑰匙利用UWB技術(shù)的高精度定位和低功耗特性，為用戶提供了更加安全、便捷的車輛訪問體驗(yàn)。與傳統(tǒng)的鑰匙相比，UWB鑰匙不僅更加智能化，還能夠在一定程度上提升車輛的安全性，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。?二、02UWB介紹簡(jiǎn)介

UWB（UltraWideBand，超寬帶）技術(shù)是一種創(chuàng)新的近距離無(wú)線通信技術(shù)，它顯著區(qū)別于傳統(tǒng)的通信技術(shù)。傳統(tǒng)通信通常依賴載波來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，而UWB則通過發(fā)送和接收納秒甚至亞納秒級(jí)的極窄脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)信息比特可以映射為數(shù)百個(gè)這樣的脈沖，這種方式大大提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎酮?dú)特性。從技術(shù)規(guī)格上看，UWB被定義為相對(duì)寬度不小于20%或絕對(duì)帶寬不小于500MHZ的無(wú)線電信號(hào)。這一特性使得UWB在定位精度、定位距離、安全性以及抗干擾能力等方面均表現(xiàn)出色，超越了藍(lán)牙和WiFi等傳統(tǒng)無(wú)線通信技術(shù)。特性

在當(dāng)前的車載近距離無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，藍(lán)牙和Wi-Fi已成為常見的選擇。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展和汽車電子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率與定位精度的要求日益提升，引入U(xiǎn)WB技術(shù)顯得尤為必要。UWB技術(shù)的兩大核心優(yōu)勢(shì)——數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)4~675Mbps，定位精度可達(dá)0.1-0.15米，顯著超越了藍(lán)牙和Wi-Fi等傳統(tǒng)技術(shù)，這兩大特性在汽車電子系統(tǒng)中至關(guān)重要，直接關(guān)系到車輛內(nèi)部通信的效率和安全性。下面具體看下UWB具有哪些特性：UWB之所以能在車載無(wú)線通信方案中占據(jù)一席之地，得益于其多方面的卓越性能。首先，UWB具有信道容量大的特點(diǎn)，其帶寬通常在500MHz以上，根據(jù)香農(nóng)公式，信道帶寬越寬，所能容納的信息量就越大，這為高速數(shù)據(jù)傳輸提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其次，UWB的傳輸速率極高，在10米左右的范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這對(duì)于需要快速交換大量數(shù)據(jù)的車載系統(tǒng)而言，無(wú)疑是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。

此外，UWB的發(fā)射功率低，能耗小，對(duì)人體的輻射危害幾乎可以忽略不計(jì)，這使得它在車載環(huán)境中使用時(shí)更加安全可靠。同時(shí)，UWB信號(hào)的多徑分辨率高，對(duì)信道衰減不敏感，具有較強(qiáng)的抗衰減能力，能夠在復(fù)雜環(huán)境中保持穩(wěn)定的通信質(zhì)量。在安全性方面，UWB也表現(xiàn)出色。由于其功率譜密度低于普通的環(huán)境噪聲，UWB信號(hào)難以被甄別，這為車載通信提供了更高的保密性。再者，UWB窄脈沖具有很強(qiáng)的穿透能力，能夠穿透障礙物并識(shí)別障礙物后隱藏的物體，這對(duì)于車輛的安全監(jiān)控和輔助駕駛系統(tǒng)具有重要意義。UWB的定位精度極高，其距離分辨精度可達(dá)到厘米級(jí)，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)車輛內(nèi)部精確的位置感知和定位功能至關(guān)重要。所以說(shuō)，UWB技術(shù)在車載近距離無(wú)線通信方案中的引入，不僅是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的補(bǔ)充，更是對(duì)未來(lái)汽車電子系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的積極響應(yīng)。

三、03UWB數(shù)字鑰匙汽車數(shù)字鑰匙對(duì)比

現(xiàn)今，汽車數(shù)字鑰匙技術(shù)已相當(dāng)先進(jìn)，主要存在三種主流方案：NFC（近場(chǎng)通訊）鑰匙、BLE（藍(lán)牙低功耗）數(shù)字鑰匙以及UWB數(shù)字鑰匙。值得注意的是，盡管UWB數(shù)字鑰匙以其高精度和高安全性著稱，但它在實(shí)際應(yīng)用中往往也會(huì)融合NFC與BLE技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更全面的功能和更高的用戶便利性。NFC鑰匙依賴于近場(chǎng)通訊技術(shù)，其通信距離僅限于厘米級(jí)別。車主只需將配備有NFC功能的卡片或手機(jī)貼近車身，即可輕松開啟車輛。這一方案的顯著優(yōu)勢(shì)在于，即便在手機(jī)電量耗盡或BLE、UWB技術(shù)因故無(wú)法工作時(shí)，車主依然能夠依靠NFC啟動(dòng)車輛，確保了緊急情況下的可用性。然而，NFC鑰匙的局限性在于其極短的通信距離，這限制了其功能拓展的可能性，并且相較于BLE方案，NFC的成本通常會(huì)稍高一些。特斯拉Model3等高端車型已經(jīng)成功應(yīng)用了NFC鑰匙技術(shù)。NFC數(shù)字鑰匙BLE數(shù)字鑰匙則采用了更為廣泛的藍(lán)牙技術(shù)，其通信距離相較于NFC有了顯著提升，能夠通過藍(lán)牙信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)大致判斷車與鑰匙之間的相對(duì)位置。BLE鑰匙的優(yōu)勢(shì)在于其低功耗特性，這對(duì)于延長(zhǎng)手機(jī)電池壽命至關(guān)重要。然而，BLE在感知精度和準(zhǔn)確性方面存在不足，這在一定程度上影響了用戶體驗(yàn)。盡管如此，BLE和NFC仍然是當(dāng)前市場(chǎng)上最為流行的兩種數(shù)字鑰匙方案，而BLE在成本控制上更具優(yōu)勢(shì)。問界M7、阿維塔等車型已經(jīng)采用了BLE數(shù)字鑰匙技術(shù)。

BLE數(shù)字鑰匙UWB鑰匙則代表了汽車數(shù)字鑰匙技術(shù)的最前沿。它通常結(jié)合了NFC、BLE和UWB三種技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)和安全的車輛訪問控制。當(dāng)車主遠(yuǎn)離車輛時(shí)，BLE技術(shù)首先進(jìn)行粗略定位；隨著車主逐漸靠近車輛（通常在十幾米范圍內(nèi)），UWB技術(shù)開始發(fā)揮作用，利用錨點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)距和精確定位。而NFC則作為備用方案，在手機(jī)電量不足時(shí)仍能提供開啟車輛的功能。UWB鑰匙的最大優(yōu)點(diǎn)在于其高安全性，UWB測(cè)距序列支持高達(dá)8000個(gè)安全位，且鑰匙和車端需進(jìn)行滾碼解鎖，這大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。同時(shí)，UWB的定位精度可達(dá)厘米級(jí)別，為車主提供了更為便捷的車輛訪問體驗(yàn)。然而，UWB鑰匙的功耗相對(duì)較大，且成本最高，可達(dá)BLE方案的兩三倍之多。騰勢(shì)D9就采用了UWB數(shù)字鑰匙技術(shù)。

UWB數(shù)字鑰匙UWB數(shù)字鑰匙實(shí)現(xiàn)方案

融合了UWB、BLE和NFC三種技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高效、安全的車輛訪問與控制。整個(gè)流程設(shè)計(jì)得既精密又實(shí)用，確保了從遠(yuǎn)程到近距離的不同階段，用戶都能順暢地與車輛進(jìn)行交互。

首先，在遠(yuǎn)離車輛時(shí)，BLE藍(lán)牙因其低功耗且廣泛兼容的特性被用作首選通信手段。它默認(rèn)保持開啟狀態(tài)，負(fù)責(zé)完成初步的身份認(rèn)證、必要的數(shù)據(jù)交互以及車輛的粗略定位。這一步驟確保了用戶身份的有效驗(yàn)證，并為后續(xù)的精確操作奠定了基礎(chǔ)。隨著用戶逐漸靠近車輛（進(jìn)入十幾米的范圍內(nèi)），系統(tǒng)無(wú)縫切換至UWB技術(shù)。UWB以其高精度、低延遲的特點(diǎn)，通過布置在車輛周圍的錨點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)距和精確定位。這一轉(zhuǎn)變不僅提升了定位的精確性，還為用戶提供了更加流暢和即時(shí)的車輛接入體驗(yàn)

。NFC技術(shù)則扮演著雙重角色：一方面，在車輛制造或配置階段，NFC用于安全地將秘鑰信息注入到鑰匙設(shè)備中，確保了整個(gè)系統(tǒng)的安全性；另一方面，NFC作為應(yīng)急備用方案，在BLE和UWB因故無(wú)法正常工作（例如，手機(jī)和鑰匙電量耗盡）時(shí)，用戶仍可通過NFC刷開車門并啟動(dòng)車輛，從而保證了系統(tǒng)的可靠性和應(yīng)急處理能力。硬件配置上需要UWB模塊、BLE模塊以及NFC模塊。這些模塊的協(xié)同工作能夠?yàn)橛脩籼峁└咝?、安全的交互體驗(yàn)。首先，UWB模塊作為系統(tǒng)中的核心組件，其布局策略至關(guān)重要。通常有兩種布局方案可供選擇：

車內(nèi)4個(gè)UWB模塊布局：這種方案將UWB模塊分別安裝在車內(nèi)B柱的兩側(cè)以及前后擋風(fēng)玻璃的中上位置。這樣的布局設(shè)計(jì)能夠確保在車輛內(nèi)部形成全面的覆蓋，從而精確判斷乘員的位置信息，對(duì)于提升車內(nèi)乘員安全監(jiān)測(cè)等功能具有重要意義。然而，這種布局在車輛外部遠(yuǎn)距離時(shí)的性能可能會(huì)受到一定影響，因?yàn)閁WB信號(hào)在穿透車身金屬結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)遭遇衰減。車外4個(gè)+車內(nèi)1個(gè)UWB模塊布局：此方案在車外前后保險(xiǎn)杠的兩側(cè)以及車內(nèi)中控位置分別安裝UWB模塊。這種布局方式顯著增強(qiáng)了車外UWB的性能，因?yàn)樾盘?hào)無(wú)需穿透車身即可直接傳輸，從而覆蓋了更廣泛的區(qū)域，提高了車輛外部的定位精度和響應(yīng)速度。但相應(yīng)地，車內(nèi)對(duì)于乘員位置的感知能力會(huì)相對(duì)減弱，因?yàn)檐噧?nèi)只有一個(gè)UWB模塊提供數(shù)據(jù)。

車外4個(gè)+車內(nèi)1個(gè)UWB模塊布局除了UWB模塊外，系統(tǒng)還需要至少一個(gè)BLE模塊來(lái)支持遠(yuǎn)距離的通信與身份認(rèn)證。BLE模塊的低功耗特性使其能夠長(zhǎng)時(shí)間保持工作狀態(tài)，確保用戶即使在遠(yuǎn)離車輛時(shí)也能順利進(jìn)行信息交互。

此外，NFC模塊作為系統(tǒng)的安全備份和近距離交互手段，通常需要配備兩個(gè)。一個(gè)NFC模塊可以用于車輛出廠時(shí)的秘鑰注入，確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性；另一個(gè)則作為應(yīng)急備用，當(dāng)BLE和UWB模塊因故無(wú)法正常工作時(shí)，用戶可以通過NFC刷開車門并啟動(dòng)車輛，從而保證了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

四、UWB在車載領(lǐng)域的其他應(yīng)用

UWB雷達(dá)無(wú)需依賴UWB標(biāo)簽的存在即可運(yùn)作。UWB雷達(dá)的工作原理更接近于我們?cè)陲w機(jī)和汽車上常見的各類雷達(dá)系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，UWB雷達(dá)系統(tǒng)通過在車輛內(nèi)部精心布置的UWB錨點(diǎn)發(fā)射出UWB脈沖信號(hào)。這些信號(hào)在遇到障礙物后會(huì)反射回來(lái)，形成回波，系統(tǒng)隨后接收這些回波。通過對(duì)回波中的擾動(dòng)進(jìn)行精密分析，UWB雷達(dá)能夠判斷其附近是否存在物體或人。關(guān)鍵的一點(diǎn)是，UWB雷達(dá)技術(shù)能夠與數(shù)字車鑰匙系統(tǒng)共存。這一特性使得我們可以重復(fù)使用原本為數(shù)字鑰匙功能配置的UWB錨點(diǎn)硬件，從而提高了硬件資源的利用效率，降低了整體系統(tǒng)的成本。

UWB雷達(dá)在探測(cè)能力上的優(yōu)勢(shì)尤為突出，它能夠檢測(cè)到包括嬰幼兒呼吸在內(nèi)的細(xì)微動(dòng)作（UWB雷達(dá)的多普勒效應(yīng)）。這一特點(diǎn)使得UWB雷達(dá)能夠支持車內(nèi)活體檢測(cè)功能，為車內(nèi)兒童檢測(cè)功能的開發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。在實(shí)際應(yīng)用中，這一功能對(duì)于提高行車安全性、預(yù)防兒童被遺忘在車內(nèi)等危險(xiǎn)情況具有重要意義。此外，UWB雷達(dá)在檢測(cè)精度方面也表現(xiàn)出色。它能夠以優(yōu)于1bpm（每分鐘呼吸次數(shù)，BreathPerMinute）的分辨率提供更加精確的檢測(cè)數(shù)據(jù)。這