作(zuò)者 | 不(bù)可(kě)說(shuō)
出品 | 汽車(chē)電(diàn)子(zǐ)與軟件(j×iàn)
近(jìn)年(nián)÷ππ₩來(lái)，在快(kuài)速發展的(de)電(diàn)子(zǐ)科(kē)技(jì)領域β←中，一(yī)個(gè)頻(pín)繁被提及的(d<e)技(jì)術(shù)術(shù)語便是(shì)UWB（超寬帶）。UWB技(jì)術(shù)憑借其獨特的(de)優勢，在衆多(duō)應用(yòng)場(chǎng)景中展現($♥∑xiàn)出了(le)巨大(dà)的(de)潛力，特别是(shì)在蘋果公司的(de)∏π産品中得(de)到(dào)了(le)顯著體(tǐ)現(xiàn)。例如(rú)，β↓↕σ蘋果的(de)“隔空(kōng)投送”功能(néng)就(jiù≠¶€♦)巧妙地(dì)利用(yòng)了(le)UWB技(jì)術(shù)，通(tōng)過精$£¶準定位目标設備，為(wèi)設備間(jiān)快(kuài)速建立無線連接提供了(le)堅↕∏φ₩實的(de)基礎。值得(de)注意的(de)是(sφελ✘hì)，盡管在數(shù)據傳輸的(de)過程中UWB并未直接參與，但(dàn)✘♦'其出色的(de)定位能(néng)力卻極大(dà)地(dì)提升了(l∑<e)用(yòng)戶體(tǐ)驗的(de)便捷性。
此外(wài)，蘋果的(de)AirTag也(yě)是(shì)UWB技(jì)術(shù)應用(yòng)的(de)★←♦←又(yòu)一(yī)典範。這(zhè)款小(xiǎo)巧的(£↔®de)追蹤器(qì)利用(yòng)UWB技(j$÷ì)術(shù)實現(xiàn)了(le)厘米級的(de)定位精度，并具備三維位置跟蹤功能(nén↑®←≈g)，讓用(yòng)戶能(néng)夠輕松找到(dào)遺失的(de)物(wùφε)品，無論是(shì)家(jiā)中的(de)鑰匙還(hái)是(shì)辦公室的(de← )文(wén)件(jiàn)夾，都(dōu)≤π能(néng)迅速定位，大(dà)大(dà)節省了(le)時(shí)間(jiān)和(hé)精力$λ λ。
除了(le)在消費(fèi)電(diàn)子(zǐ)領✔©>域的(de)廣泛應用(yòng)，UWB技(jì)術(shù)在汽車(chē)電(di"¶àn)子(zǐ)領域也(yě)逐漸嶄露頭角。其中，UWB鑰匙便ε'φ 是(shì)一(yī)個(gè)典型的(de)例子(zǐ)。這(≥←zhè)種新型的(de)鑰匙利用(yòng)UWB技(jì≈¶)術(shù)的(de)高(gāo)精度定位和(hΩ☆™¥é)低(dī)功耗特性，為(wèi)用(yòng)戶提供了(l♣σ€e)更加安全、便捷的(de)車(chē)輛(liàng)訪問(wèn)$&體(tǐ)驗。與傳統的(de)鑰匙相(xiàng)比，UWB鑰匙不←Ω∞(bù)僅更加智能(néng)化(huà)，還(hái)能(néng)夠在一(yī∏δ↕)定程度上(shàng)提升車(chē)輛(liàng)的(de)安全性，防止未經授權的(↕de)訪問(wèn)。
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#02 UWB介紹
簡介
UWB（Ultra Wide Band，超寬帶）技&Ω(jì)術(shù)是(shì)一(yī)種創©♥新的(de)近(jìn)距離(lí)無線通(tōng)信技÷↑→≠(jì)術(shù)，它顯著區(qū)别于傳統的(de)通(tōng)信技±≠(jì)術(shù)。傳統通(tōng)信通(tōng)常依↔ 賴載波來(lái)傳輸數(shù)據，而UWB則通(tōng)過發送和(hé)接收納秒(miǎ∑¥βo)甚至亞納秒(miǎo)級的(de)極窄脈沖來(lái)∑↔實現(xiàn)數(shù)據傳輸，每個(gè)信息比特可(kě)以映射為β→₩(wèi)數(shù)百個(gè)這(zhè)樣的(de)脈沖，這(zhè)種方式大(¶¶dà)大(dà)提升了(le)數(shù)據傳輸的(de)效率和(hé)獨特性。
特性
在當前的♦∏(de)車(chē)載近(jìn)距離(lí)無線通(tōng)信技(jì)術(♦<'shù)領域，藍(lán)牙和(hé)Wi-Fi已成為(wèi)常見(jiàn)的(de)選擇。然∏λ而，随著(zhe)技(jì)術(shù)的(de)發展和(hé)>£¥¥汽車(chē)電(diàn)子(zǐ)系統對(duì)數(shù)據傳輸速率與定位精度的(₹₹de)要(yào)求日(rì)益提升，引入UWB技(jì)術(shù≈₽∑φ)顯得(de)尤為(wèi)必要(yào)。UWB技(jì)術(shù)的(de)兩大(dà)♠∞♥核心優勢——數(shù)據傳輸速率可(kγ®™ě)達4~675Mbps，定位精度可(kě)達0.1-0.15米，Ω顯著超越了(le)藍(lán)牙和(hé)Wi-Fi等傳統技(jì)術(shù)，這(zhè)兩大£δ™₹(dà)特性在汽車(chē)電(diàn)子(zǐ)系統中至關重要(yào)，↔¶₩★直接關系到(dào)車(chē)輛(liàng)內(nèi)部通(tōng)信的(de)≤φ ♠效率和(hé)安全性。
下(xi$ à)面具體(tǐ)看(kàn)下(xià₽•)UWB具有(yǒu)哪些(xiē)特性：
UWβ₹γB之所以能(néng)在車(chē)載無線通(tōng)•♦信方案中占據一(yī)席之地(dì)，得(de)益于其多(duō)方面的(de)卓越性能(néng¶' ↑)。首先，UWB具有(yǒu)信道(dào)容量大(♠≈dà)的(de)特點，其帶寬通(tōng)常在500MHz以上(shàng)，根®↓≥¥據香農(nóng)公式，信道(dào)帶寬越寬，所能(néng)容納的(de)信息量就(jiù) £↔×越大(dà)，這(zhè)為(wèi)高(gāo)速數α↕×(shù)據傳輸提供了(le)堅實的(de)基礎。其次，UWB的(de)傳輸速率極高(×↓ gāo)，在10米左右的(de)範圍內($×nèi)，可(kě)實現(xiàn)數(shù)百Mbit/s至數(shù)Gbit/s的( ∞'♦de)數(shù)據傳輸速率，這(zhè)對(duì)于'≥&需要(yào)快(kuài)速交換大(dà)量數(shù)據的(de)車(chē)載<π系統而言，無疑是(shì)一(yī)個(gè)巨大(dà)的(de)優勢。π$
此外(wài)，UWB的(d≈•±e)發射功率低(dī)，能(néng)耗小(xiǎo)，對(duì)人(rén)體(tΩ÷↓ǐ)的(de)輻射危害幾乎可(kě)以忽略不(bù)計(jì)，這(zhè)使得(de)它在車(©÷ chē)載環境中使用(yòng)時(shí)更加安全可(kě)靠。同時↕¶(shí)，UWB信号的(de)多(duō)徑分(fēn)辨率高(gāo)，對(duì)信•↕↕道(dào)衰減不(bù)敏感，具有(yǒu)較強的(de)抗衰減能(nén↓" g)力，能(néng)夠在複雜(zá)環境中保持穩δ♠¥£定的(de)通(tōng)信質量。 &nb λ∞sp;
在®∞←安全性方面，UWB也(yě)表現(xiàn)≤↑₩出色。由于其功率譜密度低(dī)于普通(tōng)的(de)環境噪聲，U≈σ¥φWB信号難以被甄别，這(zhè)為(wèi)車(chē)載通(tōng)信提供了(le÷')更高(gāo)的(de)保密性。再者，UWB窄脈沖具有(yǒu)很(hě®φn)強的(de)穿透能(néng)力，能(néng)夠穿透障礙物(wù)并識别障礙物(↑÷wù)後隐藏的(de)物(wù)體(tǐ)，這(zhè)對(♣duì)于車(chē)輛(liàng)的(de)安全監控和(hé)輔助駕駛系≈✔統具有(yǒu)重要(yào)意義。
UWB的(de)定位精度極高(gāo)£，其距離(lí)分(fēn)辨精度可(kě)達到(dào)厘米級✘✔，這(zhè)對(duì)于實現(xiàn)車(chē)輛(liàng)內(nèi)部精♣ε£₽确的(de)位置感知(zhī)和(hé)定位功能(néng)至關重要(yào)。所以說(shuō)♣±ε，UWB技(jì)術(shù)在車(chē)¶>¥♥載近(jìn)距離(lí)無線通(tōng)信方案中的(de)引入，不(bù)僅是(shì) €對(duì)現(xiàn)有(yǒu)技(jì)術(shù)的(deπ₹λΩ)補充，更是(shì)對(duì)未來(lái)汽車α↓★₩(chē)電(diàn)子(zǐ)系統發展趨勢的(de)積極響應。
#03 UWB數(shù)字鑰匙
汽車(chē)數(shù)字鑰匙對(duì)比
現(xiàn)今，汽車(chē)數∞±(shù)字鑰匙技(jì)術(shù)已相(xiàng)當先進，主要(yào)存在λ"$♠三種主流方案：NFC（近(jìn)場(chǎng)通(tōng)↕↑訊）鑰匙、BLE（藍(lán)牙低(dī)功耗）數(shù)字鑰匙以•♥♥及UWB數(shù)字鑰匙。值得(de)注意的(de)是(shì)，盡管UW←©B數(shù)字鑰匙以其高(gāo)精度和(hé)高(gāo)安全性著稱，但(dàn₹α)它在實際應用(yòng)中往往也(yě)↑π₹會(huì)融合NFC與BLE技(jì)λλ<術(shù)，以實現(xiàn)更全面的(de)功能(néng)和(→♦hé)更高(gāo)的(de)用(yòng)戶便利性。
NFC鑰匙依賴 ε€于近(jìn)場(chǎng)通(tōng)訊技(jì∑→)術(shù)，其通(tōng)信距離(lí)僅限于厘φ×α米級别。車(chē)主隻需将配備有(yǒu)NFC功能(néng)的(de)卡片或手機(jī)貼近(jìn)≤↔™>車(chē)身(shēn)，即可(kě)輕松開(kāi)φα啓車(chē)輛(liàng)。這(zhè)一(yī)方案的✔£↑¥(de)顯著優勢在于，即便在手機(jī)電(diàn)量耗盡或BLE、UWB技(÷γjì)術(shù)因故無法工(gōng)作(zuβ$₽ ò)時(shí)，車(chē)主依然能(néng)夠依靠NFC啓動車(chē)輛(li©♣€€àng)，确保了(le)緊急情況下(xià)的(de)可(∞ kě)用(yòng)性。然而，NFC鑰匙的(de)局限性在于其極短(duǎn)的(de)©©通(tōng)信距離(lí)，這(zhè)限制(zhì)了(le)其功能(néng)拓展的(d✘∞↕e)可(kě)能(néng)性，并且相(xiàng)較™¶于BLE方案，NFC的(de)成本通(tōng)常會(¶™&huì)稍高(gāo)一(yī)些(xiē)。特斯拉✔Model 3等高(gāo)端車(chē)型已經成功應用(yòng)了(✔£le)NFC鑰匙技(jì)術(shù)。®π₹
UWB數(shù)字鑰匙實現(xiàn)方案
融合了(le)UWB、BLE和(hé)NFC三種技(j™Ωπì)術(shù)，以實現(xiàn)高(gāo)效、安全的(de)車(chē)輛(liλ¶≥àng)訪問(wèn)與控制(zhì)。整個(gè)&∑≈流程設計(jì)得(de)既精密又(yòu)實用(yòng)，> 确保了(le)從(cóng)遠(yuǎn)程到(dào)近(jìn)距離(lí)的(de)不(b®>ù)同階段，用(yòng)戶都(dōu)能(néng)順暢地(dì)與車(chē)輛(liàng)↑ ↑進行(xíng)交互。
首先，在遠(yuǎn)離(lí)₩♦α車(chē)輛(liàng)時(shí)，BLE藍(lánγλ↔↑)牙因其低(dī)功耗且廣泛兼容的(de)特性被用(>≥∏<yòng)作(zuò)首選通(tōng)>☆信手段。它默認保持開(kāi)啓狀态，負責完成初步的(de)身(shēn)份認證$φφ、必要(yào)的(de)數(shù)據交互以及車(chē)輛₹•(liàng)的(de)粗略定位。這(zhè)一(yī)步驟确保了(le)>∏α☆用(yòng)戶身(shēn)份的(de)有(yǒu)效驗證，并為(wèi)後續的(de)精确操Ω•作(zuò)奠定了(le)基礎。 &∞$nbsp;
随著(zhe)用(yòng)戶逐漸靠近(jìn)車(ch✘→•ē)輛(liàng)（進入十幾米的(de)範圍內(nèi)），系統無↔§ε©縫切換至UWB技(jì)術(shù)。UWB以其♠β£→高(gāo)精度、低(dī)延遲的(de)特 ₹¥←點，通(tōng)過布置在車(chē)輛(liàng)周圍的(de)錨點進行(§♥xíng)實時(shí)測距和(hé)精确定位。這(zhè)一(yī)轉±♥&變不(bù)僅提升了(le)定位的(de)精确性，還(hái)為(wèi)用(yòng)戶提供₩β≠∞了(le)更加流暢和(hé)即時(shí)的(de)車(chē)¥★∞輛(liàng)接入體(tǐ)驗。
NFC技(jì)術(shù)則扮演著(zhe)雙重角色：δ♥一(yī)方面，在車(chē)輛(liàng)制(zhì)造或配置階段，NF∑βεC用(yòng)于安全地(dì)将秘鑰信息注入到(dào)鑰匙設備中，确保了( ←<≤le)整個(gè)系統的(de)安全性；另一(yβπī)方面，NFC作(zuò)為(wèi)應急•∞備用(yòng)方案，在BLE和(hé)"↓¥φUWB因故無法正常工(gōng)作(zuò)（例如(rú)，手機(j±π¶¶ī)和(hé)鑰匙電(diàn)量耗盡）時(shí)，用(yòng)戶仍可(kě)通→λ≠×(tōng)過NFC刷開(kāi)車(chē)門(mδ✘ ♣én)并啓動車(chē)輛(liàng)，從(cóng)而保證 σσ£了(le)系統的(de)可(kě)靠性和(hé)應急處理(lǐ)能(néng)力。
硬件(jiàn)配置上(shàng)需©∑σ 要(yào)UWB模塊、BLE模塊以及NFC模塊。這(zhè)些(xiē)模塊的(de)協同Ω₩工(gōng)作(zuò)能(néng)夠為(wèi)用(yòng✔ε€)戶提供高(gāo)效、安全的(de)交互體(tǐ)驗。
首先，UWB模塊作(zuò)為(wèπi)系統中的(de)核心組件(jiàn)，其布©≠局策略至關重要(yào)。通(tōng)常有(yǒu)兩種布局方案可(kě)供♣'<選擇： &n>≥bsp;
-&nbs→✘≠p;車(chē)內(nèi)4個(gè)UWB模塊布局：這(zhè)種方案将UWB模塊分(fēn)别安裝在車(chē)內(nè✔£i)B柱的(de)兩側以及前後擋風(fēng)玻璃的(de)中上(shàng)位置。這(zh™→è)樣的(de)布局設計(jì)能(néng)夠确保在車(chē)輛(l↑×≠∑iàng)內(nèi)部形成全面的(de)覆蓋，從(cóng)而精确判斷乘員(yuá↑✘n)的(de)位置信息，對(duì)于提升車(chē)內(☆≤αnèi)乘員(yuán)安全監測等功能(néng)具有(β↓₽↔yǒu)重要(yào)意義。然而，這(zhè)種布局在車(chē)輛(liàn↑Ω∑δg)外(wài)部遠(yuǎn)距離(lí)時(shí)的(d'<✘e)性能(néng)可(kě)能(néng)會(huì)受到(dào)一(yī)定影(yǐng ₽©γ)響，因為(wèi)UWB信号在穿透車(chē©♥&)身(shēn)金(jīn)屬結構時(shí)會←&₩(huì)遭遇衰減。
- 車(chē)外(wài)4個(gè)+車(chē)內(nèi)1個(gè)UWB模★♥♦∏塊布局：此方案在車(chē)外(wài)前後保險杠的(de)兩側以及車(chē)內(nèi)中控÷£σ位置分(fēn)别安裝UWB模塊。這(zhè)種布局方式&β≈顯著增強了(le)車(chē)外(wài)UWB的(de)性能(néng)，因為(wèi)信♥∞☆∑号無需穿透車(chē)身(shēn)即可(kě)直接傳輸，從(cóng)而覆蓋≠≈♥δ了(le)更廣泛的(de)區(qū)域，提高(gāo)了(le)車(chē)輛(liàng)外(wφ✘ài)部的(de)定位精度和(hé)響應速度。但(dàn)相(xiàng)應♣✘地(dì)，車(chē)內(nèi)對(duì)于乘≤φ員(yuán)位置的(de)感知(zhī)能(→•✔néng)力會(huì)相(xiàng)對(duì)減弱，因為(wèi)車(chē)內(✘αnèi)隻有(yǒu)一(yī)個(gè)UWB模塊提供數(shù)據。
除"£≤了(le)UWB模塊外(wài)，系統還(hái)需要(yào)至少(shǎo)一(yī)個(£>σgè)BLE模塊來(lái)支持遠(yuǎn)距離(lí)的(de§)通(tōng)信與身(shēn)份認證。BLE模塊的(de)低(dī)功耗特性使其能(>β→↔néng)夠長(cháng)時(shí)間(jiān)保持工(®≠ gōng)作(zuò)狀态，确保用(yòng)戶即使在遠(yuǎn)離(lí)車₹∏↓¶(chē)輛(liàng)時(shí)也(yě)能(néng)順利進行(xíng)信息交互。 &nbs 䥩p;
此外(wài)，NFC模塊÷←作(zuò)為(wèi)系統的(de)安全備份和(hé)近←♦(jìn)距離(lí)交互手段，通(tōng)常需要(yào)配備€✘兩個(gè)。一(yī)個(gè)NFC模塊可(kě)以用(yò←λng)于車(chē)輛(liàng)出廠(chǎng)時(✘♦shí)的(de)秘鑰注入，确保整個(gè)系統的(de)安全性；®≤另一(yī)個(gè)則作(zuò)為(wèi)應急備用(yòng)，當BLE和(hé)UW<>B模塊因故無法正常工(gōng)作(zuò)時(shí)，用(yòng)戶≠₽ σ可(kě)以通(tōng)過NFC刷開(kāi)車(chē)門(mén)并啓動車(chē)輛(li ★→àng)，從(cóng)而保證了(le)系統的(d§×φe)可(kě)靠性和(hé)靈活性。&n¥↑bsp;
#04 UWB在車(chē)載領域的(de)其他≠©(tā)應用(yòng)
UWB雷達無需依賴UWB标簽的(de)存在即可(kě)運作(zuò)。UWB雷達的(de)工(φ∑♠gōng)作(zuò)原理(lǐ)更接近(jìn)于我們在飛(fēi)機(jī)和(hé)Ω≠汽車(chē)上(shàng)常見(jiàn)的(d→ε∑₩e)各類雷達系統。具體(tǐ)來(lái)說(shuō)，UWB雷達系統通(←$γtōng)過在車(chē)輛(liàng)內(nèi)部精心布置的(✘₩∞<de)UWB錨點發射出UWB脈沖信号。這(zhè®αγ)些(xiē)信号在遇到(dào)障礙物(wù)後會(huì)反射回來(lái)≠≠λ←，形成回波，系統随後接收這(zhè)些(xiē)回波。通(tōng ♥)過對(duì)回波中的(de)擾動進行(xíng)精密分(fēn)析，←&β♦UWB雷達能(néng)夠判斷其附近(jìn)是(shì)否存∏✔ε在物(wù)體(tǐ)或人(rén)。 ∞♠;
關鍵的(de)一(yī)點是(shì)，UWB₹₹雷達技(jì)術(shù)能(néng)夠與數(shù)字車(chē)鑰匙系統共存ε©☆φ。這(zhè)一(yī)特性使得(de)我們可&≥(kě)以重複使用(yòng)原本為(wèi)數(shù©₹φ)字鑰匙功能(néng)配置的(de)UW'≤φ♣B錨點硬件(jiàn)，從(cóng)而提高( ☆φ₽gāo)了(le)硬件(jiàn)資源的(©∏•de)利用(yòng)效率，降低(dī)了(le)整體(©♠★tǐ)系統的(de)成本。
UWB雷達在探測能(néng)力上(sh<☆$÷àng)的(de)優勢尤為(wèi)突出，它能(néng)夠檢測到(dào)包括∞λ$$嬰幼兒(ér)呼吸在內(nèi)的(de)細微(wēi)動作(zuò)（UWB 雷達的(d"π♦✔e)多(duō)普勒效應）。這(zhè)一(yī)特點使得(de)UWB雷達能(néng)夠支持車α™≤×(chē)內(nèi)活體(tǐ)檢測功能(néng)，為(wèi)車(chē)內σ↔✘(nèi)兒(ér)童檢測功能(néng)的(≤"de)開(kāi)發提供了(le)強有(yǒu©φ)力的(de)技(jì)術(shù)支撐。在實際應用(yòng)中，這(zhè)一(yī)功¶→≈能(néng)對(duì)于提高(gāo)行(xíng)車(chē)安全性、預防兒€←∞(ér)童被遺忘在車(chē)內(nèi)等危險情況具有<÷∑δ(yǒu)重要(yào)意義。 ∞↑
此外(wài)，UWB雷達在檢測精度♦πλ方面也(yě)表現(xiàn)出色。它能(néng)夠以優于1bpm（每α§♥≤分(fēn)鐘(zhōng)呼吸次數(shù)，Breath Per Minute）的(→σde)分(fēn)辨率提供更加精确的(de)檢測數(shù)據。這(zhè)種× ™高(gāo)精度的(de)檢測能(néng)力使得(de)UWB雷達在監測生(shēng)命體(t©Ω♠$ǐ)征、實現(xiàn)精準控制(zhì)等方面具有(yǒu)廣泛的(d≤→¥σe)應用(yòng)前景。 &"λ÷≥nbsp;
UWB雷達還(hái)可(kě)以用(yòn♣γg)于尾門(mén)腳踢感應功能(néng)。借助其精準的(de)檢測能(né±☆λ©ng)力，尾門(mén)腳踢感應功能(néng)能(néng)夠≥β∞§準确識别用(yòng)戶的(de)動作(zuò)意圖，實現(xiàn)尾門(mén)的(d&♠ e)自(zì)動開(kāi)啓或關閉，同時(shí)大(dà)大(dà↕↓&)降低(dī)了(le)誤觸發的(de)可(kě)能(néng)性，提升了(le)用(Ω♣★•yòng)戶體(tǐ)驗。
#05 小(xiǎo) 結
↓∏≈UWB技(jì)術(shù)在可(kě)以實現(xiàn)高(gāo)精度 ₽$∑定位與測距、提升安全性、升級智能(néng)化↓←"(huà)體(tǐ)驗、帶動産業(yè)鏈₩±發展，因此，UWB技(jì)術(shù)在汽 ↔'車(chē)電(diàn)子(zǐ)通(tōng)信技(jì)術(shù)領域具有(yǒ ₽u)巨大(dà)的(de)應用(yòng)潛力≤ ↓和(hé)市(shì)場(chǎng)前景。
