編輯導語：繼蔚來ET7發布後，UWB數字鑰匙變得異常火熱，究其本質原因有哪些呢？那麼本文内容圍繞基于UWB技術的數字鑰匙展開，并通過以下四個部分對UWB汽車鑰匙發展曆程及未來應用進行拆析，值得閱讀了解。

随着蘋果、小米等消費電子大廠的加持，UWB技術重新引起了大家的關注。而2020年以來，寶馬和蔚來等主機廠搭載UWB鑰匙開始，國内主機廠也開始争相研究。今天分享的數字鑰匙基于UWB技術，通過智能手機，實現鑰匙功能。傳統汽車鑰匙是鑰匙 遙控功能，隻能實現開門關門。數字鑰匙擁有無鑰匙解鎖和閉鎖，遠程鑰匙授權，開關車窗、空調和共享車輛等功能。

本文共四個部分

1. 關于汽車鑰匙的發展和演變
2. 關于低功耗藍牙BLE/UWB介紹
3. 目前UWB鑰匙的技術方案
4. 總結：應用與挑戰

一、汽車鑰匙的發展和演變

整個汽車鑰匙的發展曆程，經曆了最初的機械鑰匙到遙控鑰匙，再到PEPS鑰匙系統，以及我們今天要講的數字鑰匙。數字鑰匙對于用戶來說，實現了2個基本用戶需求：

尤其是，寶馬将在 2022 款車型引入基于蘋果超寬帶（UWB）技術的“增強版數字車鑰匙”，蔚來也将在今年交付的ET7和ET5配備UWB數字鑰匙，此外，三星也正與寶馬、奧迪、現代、福特等車企進行基于UWB技術的合作，基于此國内主機廠也開始争相研究UWB。

從用戶的角度出發，傳統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、鑰匙丢失了、找不到鑰匙、鑰匙被鎖車裡，或者手裡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，再到如今的數字鑰匙。

數字鑰匙幾個優點：

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，根據鑰匙和車輛之間的不同距離，由遠到近，分别實現舒适迎賓、無鑰匙進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一步應用。

4. 安全保障 從遙控鑰匙誕生，一直發展到後面的藍牙數字鑰匙，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，極大提升了UWB防中繼攻擊能力。

二、低功耗藍牙BLE和超寬帶UWB的工作原理

這部分介紹低功耗藍牙BLE和超寬帶UWB技術數字鑰匙的工作原理。

數字鑰匙簡單說，就是把手機當鑰匙，并且用無線技術來實現手機的定位功能。隻要車端的控制器可以識别并且定位到，合法手機處在不同區域，就能實現不同功能。例如在幾十米的地方實現的是遙控功能，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自動解鎖。進到車裡，實現車輛啟動。停車熄火後，在遠離車輛後，實現車輛閉鎖功能。

以上種種功能，依賴于兩種技術，分别是藍牙定位和UWB定位。

藍牙定位的原理主要應用的是藍牙信号場強值，簡稱RSSI（Received signal strength Inducaror）。

場強值與距離相關。基本趨勢是，離的越近，場強值越大，離的越遠，場強值越小。但由于藍牙信号的頻率比較高為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系。但是到了比較遠的地方，比如1.5米以外，這時候場強值的變化比較小，此時就不能精确地識别到距離的變化。

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，天線數量越多，定位精度越精确。但由于藍牙本身的特性，在遠距離的時候，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确。

在UWB技術應用到汽車鑰匙之前，汽車使用的純藍牙數字鑰匙在一定程度上代替了物理鑰匙。其主要從軟件标定算法上對測距效果進行了優化。但僅靠場強值來實現定位，感知精度不準始終是藍牙的一個痛點。而基于UWB技術的數字鑰匙帶來的精準定位，無疑對數字鑰匙開辟了另一個發展方向。

1. 什麼是UWB技術

UWB（ultra wideband）也叫超寬帶技術，是一種使用1GHz以上頻率寬帶的無線載波通信技術。其實超寬帶UWB技術并非新技術。最早60年代就已運用在軍事雷達領域，汽車領域應用UWB技術沒有手機行業早。汽車數字鑰匙引入UWB技術主要還是随着近幾年手機應用UWB技術而衍生出來的。

UWB技術采用飛行時間測距，time of flight。車端中，UWB錨點可以實現鑰匙和車身的測距功能。在發射裝置中将含有時間戳的信号發射出去後，接收端通過接收到的信息計算出飛行時間，進而推算出飛行距離，實現精準的測距。根據鑰匙與車端各錨點的綜合距離，進行綜合計算，這時候車端系統就可以實時獲得鑰匙所處的精确區域或者位置。

但UWB也有一個多徑傳輸問題，UWB信号碰到障礙物，可能會被反射或者被吸收，導緻測距未必是真實距離。這就需要開發人員通過一系列算法優化，借助多個錨點輔助，盡量精确測距。一般來說，UWB定位精度可以達到零米級。

總的來說，UWB技術有兩個特征：

1. 定位精度高，UWB定位精度可以達到零米級别
2. 抗幹擾性強，UWB技術可以實現有效對抗多徑幹擾問題

以下表格是傳統無鑰匙系統的PEPS高低頻技術藍牙BLE技術和UWB技術的對比。

總體上，PEPS高低頻物理鑰匙的定位精度很高，但定位覆蓋範圍比較小，也沒有辦法做鑰匙分享和做防中繼攻擊。BLE藍牙技術覆蓋範圍廣，定位精度同樣不高，基于手機和雲端，它可以實現鑰匙分享，但依然在防中繼攻擊方面沒有好辦法。而UWB技術，它的定位精度很高，定位覆蓋範圍很廣，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用的大門。但它成本太高了，這個也是各個主機廠比較關注的問題。

表格中另一個藍牙BLE技術：AOA技術，其實也可以和UWB技術一樣，可以基于信号本身，比如用飛行時間TOF來做精準測距，效果也遠遠好于場強值的計算，且也無需加裝昂貴的UWB設備。

那為何到目前為止，都沒有實現呢？

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

UWB數字鑰匙為何會興起，主要是手機配置了該功能。現在市面上，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，汽車數字鑰匙的發展開拓，已不再是汽車行業本身的發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着。

三、UWB系統的實現方案

1. 為何UWB技術将成為汽車數字鑰匙的主要技術？

UWB的開發過程，還有一個繞不開的話題，即CCC規範。基于UWB功能開發的CCC3.0規範，是2021年7月份正式發布的。2021年7月CCC車聯網聯盟（Car Connectivity Consortium)将UWB定義為第三代數字密鑰的核心技術，這個規範明确了第三代數字鑰匙是基于UWB/BLE NFC的互聯方案。這個規範的出台，明确提出了UWB與BLE技術的結合，進一步推進了數字鑰匙的發展。這也是近年來主流車企紛紛改道UWB數字鑰匙的原因。

UWB數字鑰匙融合了UWB、BLE藍牙和NFC三種無線通信技術。

UWB測距功耗很高，無法像藍牙一樣，進行不間斷地廣播和連接。因此UWB測距功能，建立在藍牙連接的基礎上。藍牙的功耗較低，在較遠的地方，可以先進行藍牙連接，進行身份認證、數據交互，并進行粗略的定位。繼續靠近車輛之後達到UWB測距的範圍後（離車十幾米左右），再開啟各個錨點的UWB的測距功能，各個錨點進入工作狀态，就可以實現實時的定位。

從上圖可以看到，UWB系統增加了信息安全相關的硬件安全芯片，并且在安全芯片裡面集成了和CCC協議相關的軟件。這個主要是為配合手機端的加解密和CCC協議。這種架構也是參考原來NFC數字鑰匙的方案，也就是CCC2.0規範的要求，隻是把原來的NFC通道改成了藍牙通道。

四、總結

1. UWB技術的拓展應用

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

在确認數字鑰匙到達車輛後備箱外部指定的位置之後，可以開啟UWB的雷達探測方式，對用戶靠近後的腳踢動作進行識别。

另一個應用，用UWB技術實現車内活體檢測功能。用車内布置的UWB錨點，使用多普勒原理，對人體和寵物進行精細動作對識别，以達到預警功能。

在數字鑰匙系統開發過程中，還有很多東西是可以探索和嘗試的。比如各個協議平台的共存和互通，這也是各主機廠比較關注的問題。目前協議平台主要有三個，以蘋果為代表的CCC協議，以華為為代表的ICCE協議，以小米為代表的ICCOA協議。

2. 數字鑰匙面臨的挑戰

對于車廠和各車端供應商而言，如何做到跨平台的支持和維護就顯得尤為重要。畢竟，用戶隻關注體驗感和舒适度，關心鑰匙分享是否都可以跨平台進行，更重要的，用戶更關心車端的應用是不是可以達到一個平衡。

本文由 @賽博七号 原創發布于人人都是産品經理，未經許可，禁止轉載。

題圖來自Unsplash，基于 CC0 協議。

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