作者 | 不可說
出品 | 汽車電子與軟件
近年來，在快速發(fā)展的電子科技領域中，一個頻繁被提及的技術術語便是UWB（超寬帶）。UWB技術憑借其獨特的優(yōu)勢，在眾多應用場景中展現(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，通過精準定位目標設備，為設備間快速建立無線連接提供了堅實的基礎。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的便捷性。
此外，蘋果的AirTag也是UWB技術應用的又一典范。這款小巧的追蹤器利用UWB技術實現(xiàn)了厘米級的定位精度，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)省了時間和精力。
除了在消費電子領域的廣泛應用，UWB技術在汽車電子領域也逐漸嶄露頭角。其中，UWB鑰匙便是一個典型的例子。這種新型的鑰匙利用UWB技術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。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)授權的訪問。
#02 UWB介紹
簡介
UWB（Ultra Wide Band，超寬帶）技術是一種創(chuàng)新的近距離無線通信技術，它顯著區(qū)別于傳統(tǒng)的通信技術。傳統(tǒng)通信通常依賴載波來傳輸數(shù)據(jù)，而UWB則通過發(fā)送和接收納秒甚至亞納秒級的極窄脈沖來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，每個信息比特可以映射為數(shù)百個這樣的脈沖，這種方式大大提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎酮毺匦浴?/span>
特性
在當前的車載近距離無線通信技術領域，藍牙和Wi-Fi已成為常見的選擇。然而，隨著技術的發(fā)展和汽車電子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸速率與定位精度的要求日益提升，引入UWB技術顯得尤為必要。UWB技術的兩大核心優(yōu)勢——數(shù)據(jù)傳輸速率可達4~675Mbps，定位精度可達0.1-0.15米，顯著超越了藍牙和Wi-Fi等傳統(tǒng)技術，這兩大特性在汽車電子系統(tǒng)中至關重要，直接關系到車輛內(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，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)傳輸提供了堅實的基礎。其次，UWB的傳輸速率極高，在10米左右的范圍內(nèi)，可實現(xiàn)數(shù)百Mbit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這對于需要快速交換大量數(shù)據(jù)的車載系統(tǒng)而言，無疑是一個巨大的優(yōu)勢。
此外，UWB的發(fā)射功率低，能耗小，對人體的輻射危害幾乎可以忽略不計，這使得它在車載環(huán)境中使用時更加安全可靠。同時，UWB信號的多徑分辨率高，對信道衰減不敏感，具有較強的抗衰減能力，能夠在復雜環(huán)境中保持穩(wěn)定的通信質量。
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窄脈沖具有很強的穿透能力，能夠穿透障礙物并識別障礙物后隱藏的物體，這對于車輛的安全監(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到厘米級，這對于實現(xiàn)車輛內(nèi)部精確的位置感知和定位功能至關重要。所以說，UWB技術在車載近距離無線通信方案中的引入，不僅是對現(xiàn)有技術的補充，更是對未來汽車電子系統(tǒng)發(fā)展趨勢的積極響應。
#03 UWB數(shù)字鑰匙
汽車數(shù)字鑰匙對比
現(xiàn)今，汽車數(shù)字鑰匙技術已相當先進，主要存在三種主流方案：NFC（近場通訊）鑰匙、BLE（藍牙低功耗）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，但它在實際應用中往往也會融合NFC與BLE技術，以實現(xiàn)更全面的功能和更高的用戶便利性。
NFC鑰匙依賴于近場通訊技術，其通信距離僅限于厘米級別。車主只需將配備有NFC功能的卡片或手機貼近車身，即可輕松開啟車輛。這一方案的顯著優(yōu)勢在于，即便在手機電量耗盡或BLE、UWB技術因故無法工作時，車主依然能夠依靠NFC啟動車輛，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的成本通常會稍高一些。特斯拉Model 3等高端車型已經(jīng)成功應用了NFC鑰匙技術。
UWB數(shù)字鑰匙實現(xiàn)方案
融合了UWB、BLE和NFC三種技術，以實現(xiàn)高效、安全的車輛訪問與控制。整個流程設計得既精密又實用，確保了從遠程到近距離的不同階段，用戶都能順暢地與車輛進行交互。
首先，在遠離車輛時，BLE藍牙因其低功耗且廣泛兼容的特性被用作首選通信手段。它默認保持開啟狀態(tài)，負責完成初步的身份認證、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證，并為后續(xù)的精確操作奠定了基礎。
隨著用戶逐漸靠近車輛（進入十幾米的范圍內(nèi)），系統(tǒng)無縫切換至UWB技術。UWB以其高精度、低延遲的特點，通過布置在車輛周圍的錨點進行實時測距和精確定位。這一轉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的車輛接入體驗。
NFC技術則扮演著雙重角色：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備中，確保了整個系統(tǒng)的安全性；另一方面，NFC作為應急備用方案，在BLE和UWB因故無法正常工作（例如，手機和鑰匙電量耗盡）時，用戶仍可通過NFC刷開車門并啟動車輛，從而保證了系統(tǒng)的可靠性和應急處理能力。
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)同工作能夠為用戶提供高效、安全的交互體驗。
首先，UWB模塊作為系統(tǒng)中的核心組件，其布局策略至關重要。通常有兩種布局方案可供選擇：
- 車內(nèi)4個UWB模塊布局：這種方案將UWB模塊分別安裝在車內(nèi)B柱的兩側以及前后擋風玻璃的中上位置。這樣的布局設計能夠確保在車輛內(nèi)部形成全面的覆蓋，從而精確判斷乘員的位置信息，對于提升車內(nèi)乘員安全監(jiān)測等功能具有重要意義。然而，這種布局在車輛外部遠距離時的性能可能會受到一定影響，因為UWB信號在穿透車身金屬結構時會遭遇衰減。
- 車外4個+車內(nèi)1個UWB模塊布局：此方案在車外前后保險杠的兩側以及車內(nèi)中控位置分別安裝UWB模塊。這種布局方式顯著增強了車外UWB的性能，因為信號無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速度。但相應地，車內(nèi)對于乘員位置的感知能力會相對減弱，因為車內(nèi)只有一個UWB模塊提供數(shù)據(jù)。
除了UWB模塊外，系統(tǒng)還需要至少一個BLE模塊來支持遠距離的通信與身份認證。BLE模塊的低功耗特性使其能夠長時間保持工作狀態(tài)，確保用戶即使在遠離車輛時也能順利進行信息交互。
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。一個NFC模塊可以用于車輛出廠時的秘鑰注入，確保整個系統(tǒng)的安全性；另一個則作為應急備用，當BLE和UWB模塊因故無法正常工作時，用戶可以通過NFC刷開車門并啟動車輛，從而保證了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。
#04 UWB在車載領域的其他應用
UWB雷達無需依賴UWB標簽的存在即可運作。UWB雷達的工作原理更接近于我們在飛機和汽車上常見的各類雷達系統(tǒng)。具體來說，UWB雷達系統(tǒng)通過在車輛內(nèi)部精心布置的UWB錨點發(fā)射出UWB脈沖信號。這些信號在遇到障礙物后會反射回來，形成回波，系統(tǒng)隨后接收這些回波。通過對回波中的擾動進行精密分析，UWB雷達能夠判斷其附近是否存在物體或人。
關鍵的一點是，UWB雷達技術能夠與數(shù)字車鑰匙系統(tǒng)共存。這一特性使得我們可以重復使用原本為數(shù)字鑰匙功能配置的UWB錨點硬件，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雷達在探測能力上的優(yōu)勢尤為突出，它能夠檢測到包括嬰幼兒呼吸在內(nèi)的細微動作（UWB 雷達的多普勒效應）。這一特點使得UWB雷達能夠支持車內(nèi)活體檢測功能，為車內(nèi)兒童檢測功能的開發(fā)提供了強有力的技術支撐。在實際應用中，這一功能對于提高行車安全性、預防兒童被遺忘在車內(nèi)等危險情況具有重要意義。
此外，UWB雷達在檢測精度方面也表現(xiàn)出色。它能夠以優(yōu)于1bpm（每分鐘呼吸次數(shù)，Breath Per Minute）的分辨率提供更加精確的檢測數(shù)據(jù)。這種高精度的檢測能力使得UWB雷達在監(jiān)測生命體征、實現(xiàn)精準控制等方面具有廣泛的應用前景。
UWB雷達還可以用于尾門腳踢感應功能。借助其精準的檢測能力，尾門腳踢感應功能能夠準確識別用戶的動作意圖，實現(xiàn)尾門的自動開啟或關閉，同時大大降低了誤觸發(fā)的可能性，提升了用戶體驗。
#05 小 結
UWB技術在可以實現(xiàn)高精度定位與測距、提升安全性、升級智能化體驗、帶動產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，因此，UWB技術在汽車電子通信技術領域具有巨大的應用潛力和市場前景。
