編輯導(dǎo)語：繼蔚來ET7發(fā)布后，UWB數(shù)字鑰匙變得異?；馃?，究其本質(zhì)原因有哪些呢？那么本文內(nèi)容圍繞基于UWB技術(shù)的數(shù)字鑰匙展開，并通過以下四個部分對UWB汽車鑰匙發(fā)展歷程及未來應(yīng)用進(jìn)行拆析，值得閱讀了解。

隨著蘋果、小米等消費電子大廠的加持，UWB技術(shù)重新引起了大家的關(guān)注。而2020年以來，寶馬和蔚來等主機廠搭載UWB鑰匙開始，國內(nèi)主機廠也開始爭相研究。今天分享的數(shù)字鑰匙基于UWB技術(shù)，通過智能手機，實現(xiàn)鑰匙功能。傳統(tǒng)汽車鑰匙是鑰匙+遙控功能，只能實現(xiàn)開門關(guān)門。數(shù)字鑰匙擁有無鑰匙解鎖和閉鎖，遠(yuǎn)程鑰匙授權(quán)，開關(guān)車窗、空調(diào)和共享車輛等功能。

本文共四個部分

1. 關(guān)于汽車鑰匙的發(fā)展和演變
2. 關(guān)于低功耗藍(lán)牙BLE/UWB介紹
3. 目前UWB鑰匙的技術(shù)方案
4. 總結(jié)：應(yīng)用與挑戰(zhàn)

一、汽車鑰匙的發(fā)展和演變

整個汽車鑰匙的發(fā)展歷程，經(jīng)歷了最初的機械鑰匙到遙控鑰匙，再到PEPS鑰匙系統(tǒng)，以及我們今天要講的數(shù)字鑰匙。數(shù)字鑰匙對于用戶來說，實現(xiàn)了2個基本用戶需求：

1. 安全性越來越高
2. 便捷性體驗越來越高。

尤其是，寶馬將在 2022 款車型引入基于蘋果超寬帶（UWB）技術(shù)的“增強版數(shù)字車鑰匙”，蔚來也將在今年交付的ET7和ET5配備UWB數(shù)字鑰匙，此外，三星也正與寶馬、奧迪、現(xiàn)代、福特等車企進(jìn)行基于UWB技術(shù)的合作，基于此國內(nèi)主機廠也開始爭相研究UWB。

從用戶的角度出發(fā)，傳統(tǒng)樣式的汽車鑰匙在使用過程中，會遇到各種問題。例如鑰匙忘帶了、鑰匙丟失了、找不到鑰匙、鑰匙被鎖車?yán)?，或者手里拿了很多東西騰不出手拿鑰匙等等。

基于以上各種原因，汽車鑰匙逐步從遙控鑰匙到PEPS鑰匙，再到如今的數(shù)字鑰匙。

數(shù)字鑰匙幾個優(yōu)點：

1. 便于攜帶，或者說不需要額外攜帶物理鑰匙，手機即可成為鑰匙。

2. 無感使用，解放雙手。不用操作鑰匙或者手機，根據(jù)鑰匙和車輛之間的不同距離，由遠(yuǎn)到近，分別實現(xiàn)舒適迎賓、無鑰匙進(jìn)入和無鑰匙啟動等功能。

3. 鑰匙共享，解決汽車共享的場景需求，此功能更可以在汽車租賃和汽車維修等生活場景中進(jìn)一步應(yīng)用。

4. 安全保障 從遙控鑰匙誕生，一直發(fā)展到后面的藍(lán)牙數(shù)字鑰匙，其中中繼攻擊一直是繞不開的話題。UWB方案中加入了安全時間戳的技術(shù)，極大提升了UWB防中繼攻擊能力。

二、低功耗藍(lán)牙BLE和超寬帶UWB的工作原理

這部分介紹低功耗藍(lán)牙BLE和超寬帶UWB技術(shù)數(shù)字鑰匙的工作原理。

數(shù)字鑰匙簡單說，就是把手機當(dāng)鑰匙，并且用無線技術(shù)來實現(xiàn)手機的定位功能。只要車端的控制器可以識別并且定位到，合法手機處在不同區(qū)域，就能實現(xiàn)不同功能。例如在幾十米的地方實現(xiàn)的是遙控功能，而靠近車身十米左右就會有迎賓動作，再靠近一兩米左右就可以實現(xiàn)自動解鎖。進(jìn)到車?yán)?，實現(xiàn)車輛啟動。停車熄火后，在遠(yuǎn)離車輛后，實現(xiàn)車輛閉鎖功能。

以上種種功能，依賴于兩種技術(shù)，分別是藍(lán)牙定位和UWB定位。

藍(lán)牙定位的原理主要應(yīng)用的是藍(lán)牙信號場強值，簡稱RSSI（Received signal strength Inducaror）。

場強值與距離相關(guān)。基本趨勢是，離的越近，場強值越大，離的越遠(yuǎn)，場強值越小。但由于藍(lán)牙信號的頻率比較高為2.4HGz左右，這就決定了它的一個物理特性：距離較近的地方，場強值變化較大，和距離位置有趨近線性的關(guān)系。但是到了比較遠(yuǎn)的地方，比如1.5米以外，這時候場強值的變化比較小，此時就不能精確地識別到距離的變化。

一般而言，可以通過至少三根天線獲得的場強值來計算距離獲得定位的一個點。理論上，天線數(shù)量越多，定位精度越精確。但由于藍(lán)牙本身的特性，在遠(yuǎn)距離的時候，它的定位精度很難被大幅度提高。下圖，可以看到實測中，距離0.1米到1米之間，場強值的改變有20左右，到了10米-20米，場強值改變不到10，這說明這時距離的改變已很難精確。

在UWB技術(shù)應(yīng)用到汽車鑰匙之前，汽車使用的純藍(lán)牙數(shù)字鑰匙在一定程度上代替了物理鑰匙。其主要從軟件標(biāo)定算法上對測距效果進(jìn)行了優(yōu)化。但僅靠場強值來實現(xiàn)定位，感知精度不準(zhǔn)始終是藍(lán)牙的一個痛點。而基于UWB技術(shù)的數(shù)字鑰匙帶來的精準(zhǔn)定位，無疑對數(shù)字鑰匙開辟了另一個發(fā)展方向。

1. 什么是UWB技術(shù)

UWB（ultra wideband）也叫超寬帶技術(shù)，是一種使用1GHz以上頻率寬帶的無線載波通信技術(shù)。其實超寬帶UWB技術(shù)并非新技術(shù)。最早60年代就已運用在軍事雷達(dá)領(lǐng)域，汽車領(lǐng)域應(yīng)用UWB技術(shù)沒有手機行業(yè)早。汽車數(shù)字鑰匙引入UWB技術(shù)主要還是隨著近幾年手機應(yīng)用UWB技術(shù)而衍生出來的。

UWB技術(shù)采用飛行時間測距，time of flight。車端中，UWB錨點可以實現(xiàn)鑰匙和車身的測距功能。在發(fā)射裝置中將含有時間戳的信號發(fā)射出去后，接收端通過接收到的信息計算出飛行時間，進(jìn)而推算出飛行距離，實現(xiàn)精準(zhǔn)的測距。根據(jù)鑰匙與車端各錨點的綜合距離，進(jìn)行綜合計算，這時候車端系統(tǒng)就可以實時獲得鑰匙所處的精確區(qū)域或者位置。

但UWB也有一個多徑傳輸問題，UWB信號碰到障礙物，可能會被反射或者被吸收，導(dǎo)致測距未必是真實距離。這就需要開發(fā)人員通過一系列算法優(yōu)化，借助多個錨點輔助，盡量精確測距。一般來說，UWB定位精度可以達(dá)到零米級。

總的來說，UWB技術(shù)有兩個特征：

1. 定位精度高，UWB定位精度可以達(dá)到零米級別
2. 抗干擾性強，UWB技術(shù)可以實現(xiàn)有效對抗多徑干擾問題

以下表格是傳統(tǒng)無鑰匙系統(tǒng)的PEPS高低頻技術(shù)藍(lán)牙BLE技術(shù)和UWB技術(shù)的對比。

總體上，PEPS高低頻物理鑰匙的定位精度很高，但定位覆蓋范圍比較小，也沒有辦法做鑰匙分享和做防中繼攻擊。BLE藍(lán)牙技術(shù)覆蓋范圍廣，定位精度同樣不高，基于手機和云端，它可以實現(xiàn)鑰匙分享，但依然在防中繼攻擊方面沒有好辦法。而UWB技術(shù)，它的定位精度很高，定位覆蓋范圍很廣，而且具備了防中繼攻擊的能力。防中繼攻擊問題，也打開了UWB在汽車、支付等高安全要求場景應(yīng)用的大門。但它成本太高了，這個也是各個主機廠比較關(guān)注的問題。

表格中另一個藍(lán)牙BLE技術(shù)：AOA技術(shù)，其實也可以和UWB技術(shù)一樣，可以基于信號本身，比如用飛行時間TOF來做精準(zhǔn)測距，效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于場強值的計算，且也無需加裝昂貴的UWB設(shè)備。

那為何到目前為止，都沒有實現(xiàn)呢？

根本原因是目前市面上的手機不支持這種藍(lán)牙的測距方式，所以我們現(xiàn)在用的藍(lán)牙通通都是用場強值計算來做定位。

UWB數(shù)字鑰匙為何會興起，主要是手機配置了該功能。現(xiàn)在市面上，主要是蘋果、小米和三星手機支持UWB功能。所以，從這方面來說，汽車數(shù)字鑰匙的發(fā)展開拓，已不再是汽車行業(yè)本身的發(fā)展趨勢單方面的決定的，而是由越來越多的跨界合作在左右著。

三、UWB系統(tǒng)的實現(xiàn)方案

1. 為何UWB技術(shù)將成為汽車數(shù)字鑰匙的主要技術(shù)？

UWB的開發(fā)過程，還有一個繞不開的話題，即CCC規(guī)范?；赨WB功能開發(fā)的CCC3.0規(guī)范，是2021年7月份正式發(fā)布的。2021年7月CCC車聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（Car Connectivity Consortium)將UWB定義為第三代數(shù)字密鑰的核心技術(shù)，這個規(guī)范明確了第三代數(shù)字鑰匙是基于UWB/BLE+NFC的互聯(lián)方案。這個規(guī)范的出臺，明確提出了UWB與BLE技術(shù)的結(jié)合，進(jìn)一步推進(jìn)了數(shù)字鑰匙的發(fā)展。這也是近年來主流車企紛紛改道UWB數(shù)字鑰匙的原因。

UWB數(shù)字鑰匙融合了UWB、BLE藍(lán)牙和NFC三種無線通信技術(shù)。

UWB測距功耗很高，無法像藍(lán)牙一樣，進(jìn)行不間斷地廣播和連接。因此UWB測距功能，建立在藍(lán)牙連接的基礎(chǔ)上。藍(lán)牙的功耗較低，在較遠(yuǎn)的地方，可以先進(jìn)行藍(lán)牙連接，進(jìn)行身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)交互，并進(jìn)行粗略的定位。繼續(xù)靠近車輛之后達(dá)到UWB測距的范圍后（離車十幾米左右），再開啟各個錨點的UWB的測距功能，各個錨點進(jìn)入工作狀態(tài)，就可以實現(xiàn)實時的定位。

從上圖可以看到，UWB系統(tǒng)增加了信息安全相關(guān)的硬件安全芯片，并且在安全芯片里面集成了和CCC協(xié)議相關(guān)的軟件。這個主要是為配合手機端的加解密和CCC協(xié)議。這種架構(gòu)也是參考原來NFC數(shù)字鑰匙的方案，也就是CCC2.0規(guī)范的要求，只是把原來的NFC通道改成了藍(lán)牙通道。

四、總結(jié)

1. UWB技術(shù)的拓展應(yīng)用

UWB技術(shù)的引入為人車互動帶來更多想象空間，但UWB的應(yīng)用是在盡量不增加硬件成本的基礎(chǔ)上，讓UWB的特性得到最大化的應(yīng)用。比如，UWB雷達(dá)腳踢技術(shù)。

在確認(rèn)數(shù)字鑰匙到達(dá)車輛后備箱外部指定的位置之后，可以開啟UWB的雷達(dá)探測方式，對用戶靠近后的腳踢動作進(jìn)行識別。

另一個應(yīng)用，用UWB技術(shù)實現(xiàn)車內(nèi)活體檢測功能。用車內(nèi)布置的UWB錨點，使用多普勒原理，對人體和寵物進(jìn)行精細(xì)動作對識別，以達(dá)到預(yù)警功能。

在數(shù)字鑰匙系統(tǒng)開發(fā)過程中，還有很多東西是可以探索和嘗試的。比如各個協(xié)議平臺的共存和互通，這也是各主機廠比較關(guān)注的問題。目前協(xié)議平臺主要有三個，以蘋果為代表的CCC協(xié)議，以華為為代表的ICCE協(xié)議，以小米為代表的ICCOA協(xié)議。

2. 數(shù)字鑰匙面臨的挑戰(zhàn)

對于車廠和各車端供應(yīng)商而言，如何做到跨平臺的支持和維護(hù)就顯得尤為重要。畢竟，用戶只關(guān)注體驗感和舒適度，關(guān)心鑰匙分享是否都可以跨平臺進(jìn)行，更重要的，用戶更關(guān)心車端的應(yīng)用是不是可以達(dá)到一個平衡。

#專欄作家#

賽博七號，人人都是產(chǎn)品經(jīng)理專欄作家。一個產(chǎn)品老兵，專注汽車智能化體驗和設(shè)計。

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題圖來自Unsplash，基于 CC0 協(xié)議。