采用BLE+NFC+UWB 技術的汽車進入系統

2020 年3 月16 日，小米手機正式宣布，將推出一款能夠隨時隨地進行車控功能的汽車APP。隨著科技的日新月異，汽車進入系統由原先的機械鑰匙變為遙控系統，再到無鑰匙進入系統。例如，使用智能手機能夠實現開鎖功能，大大提高車主的便利性。除智能手機外，智能手表也將成為“開車”的重要“鑰匙”。早在2019 年5 月華為官宣，華為手機錢包新增愛車開鎖功能，NFC “碰一碰”全面支持某公司智能鎖，實現了“不用APP熄屏開鎖進家門”！只需要一部華為手機即可在公司、小區、家門以及更多地方，暢享更優開鎖體驗。用戶只需要通過華為錢包進行開通，即可使用。如果需要進行添加或者刪減，直接在華為錢包的“門鑰匙”功能進行管理。

2020 年10 月12 日，小米手機官方發布“一指連”小米UWB 技術。據稱這是新一代連接技術，能精準感知智能設備的空間位置，相當于室內GPS。其實現的效果是：手機指向智能設備就能對應呼出控制卡片，甚至對準電視還能直接投屏。用戶無需多余步驟，拿著手機指向智能設備即可進行操控。顯然，UWB 技術應用在汽車智能鑰匙上，將大大提升無鑰匙進入系統的性能和定位精度，據悉國內開發商正在積極開發集成有UWB技術的汽車進入系統。

目前PEPS 系統在高端車上已成標配，在智能化的驅動下，無鑰匙進入系統正在迅猛發展，將成為自動駕駛的必要組成部分。

1 鑰匙系統的發展歷史

第一代是普通的齒形鑰匙，可以開門也可以開點火鎖，沒有防盜芯片，防盜性很差。

第二代發展到帶防盜芯片的齒形鑰匙，可以打開車門，也可以轉動點火鎖；可以做成折疊遙控鑰匙RKE。

第三代是PEPS 系統，只要把鑰匙帶在身上就可以執行開閉鎖及啟動動作。

第四代是手機鑰匙PKE，采用NFC+UWB 技術的智能鑰匙，配合PEPS 使用，可以不操作開閉鎖按鍵就可以執行開閉鎖動作。

對于NFC 車鑰匙的應用嘗試，最早的車型是特斯拉Model 3，在此之后國內造車新勢力蔚來也實現了NFC 解鎖功能，不過都是類似公交卡的卡片為載體。

而比亞迪在2018 年5 月12 日的比亞迪秦Pro 超越版-手機NFC 車鑰匙技術線上溝通會上，重新為大家解讀了這項“黑科技”。

2 NFC、UWB 技術的智能鑰匙工作原理

PEPS 系統自誕生起，其控制器和鑰匙之間的無線通信經歷了傳統的射頻技術、藍牙技術，2019 年華為推出了NFC 技術，實現了手機熄屏碰一碰就開門的方式，中國引領了汽車智能鑰匙的新潮流。對前面兩種通信方式大家比較熟悉，但NFC（Near Field Communication,NFC）近場通信技術可能好多人比較陌生。再將UWB 集成在智能鑰匙系統中，將是下一代全新的產品。

NFC 近場通信技術是由非接觸式射頻識別（ RFID）及互聯互通技術整合演變而來，由飛利浦半導體（現恩智浦半導體）、 諾基亞和索尼共同研制開發，其基礎是RFID 及互連技術。NFC 是一種短距高頻的無線電技術，在13.56MHz 頻率運行于20 cm 距離內。其傳輸速度有106 Kbit/s、212 Kbit/s 或者424 Kbit/s 三種。目前近場通信已通過ISO/IEC IS 18092 國際標準、ECMA-340 標準與ETSI TS 102 190 標準。NFC 采用主動和被動兩種讀取模式。

NFC 在單一芯片上結合感應式讀卡器、感應式卡片和點對點的功能，能在短距離內與兼容設備進行識別和數據交換。這種技術使用在手機上首先是在支付系統，目前這項技術在日韓被廣泛應用。手機用戶憑著配置了支付功能的手機就可以行遍全國：他們的手機可以用作機場登機驗證、大廈的門禁鑰匙、交通一卡通、信用卡、支付卡等 。我們常用的門禁卡、公交卡及一些其他卡片就是這種NFC 技術，隨著這種技術應用在汽車智能鑰匙上，實現了手機熄屏或腕表碰一碰就開門的功能。

UWB 最初的定義是來自于60 年代興起的脈沖通信技術，又稱為脈沖無線電（Impulse Radio）技術。與在當今通信系統中廣泛采用的載波調制技術不同，這種技術用上升沿和下降沿都很陡的基帶脈沖直接通信，所以又稱為基帶傳輸（baseband transmission）或無載波（carrierless）技術。UWB 技術的脈沖長度通常在納秒量級，信號帶寬經常達數千兆赫茲，從而具有GHz量級的帶寬，比任何現有的無線通信技術的帶寬都大得多，所以最終在1989 年被美國國防部稱為超寬帶技術。早期超帶寬技術（UWB）用來大數據的近距離傳輸，近年來被應用在無線定位應用中。UWB 定位技術屬于無線定位技術的一種。

我們都知道衛星信號在室內會被嚴重影響，從而導致GPS 或是北斗無法發定位。所以在室內定位主要采用無線通訊、基站定位、慣導定位等多種技術集成形成一套室內位置定位體系，從而實現人員、物體等在室內空間中的位置監控。除通訊網絡的蜂窩定位技術外，常見的室內無線定位技術還有：Wi-Fi、藍牙、紅外線、RFID、ZigBee 和超聲波，還有 UWB-Ultra Wideband(超寬帶)定位原理。

NFC 解鎖，不必考慮聯網、電量和信號等問題，可以實現熄屏解鎖。NFC+UWB 結合手機APP、云端，實現虛擬鑰匙控制車輛車門解閉鎖、開啟后備箱、尋車、授權借車、啟動車輛功能。

PEPS 系統分3 個部分，車載部分由控制模塊、門把手模塊、天線、轉向鎖、啟動開關組成，系統開發商有安智欣、躍博、比亞迪等，他們和整車BCM 之間一般采用CAN/LIN 通信；

鑰匙部分，傳統的機械鑰匙面臨著淘汰，智能鑰匙集成在手機或腕表上，開發商有華為、小米等，鑰匙和控制模塊之間采用射頻、藍牙、NFC、UWB 技術通信；

云端部分，只有配置手機APP 和車載TBOX 的車輛才能通過4G/5G 網絡和汽車通信，實現遠程控制功能，如遠程上鎖、解鎖車門，開啟或關閉車窗、空調等。

通過手機APP 可以進行身份認證、授權、借車工作，解決第二人用車問題。

3 典型案例

PEPS 的主要生產商（外資、自主）外資主要廠商有NXP、霍夫、馬夸特，國內有安智欣、納恩、比亞迪等廠商。安智欣正在和某整車廠聯合研發下一代集成UWB 定位技術的智能鑰匙系統，而躍博汽車電器采用PEPS 和BCM 集成的產品已成熟應用，在2018 年就有產品批量應用在了東風商用車上，在國內最大道路工程機械領域也首先應用了PS 產品。

通過對目前大面積使用情況的分析，有幾個顯著的特點：一是在新能源車上更廣泛得到使用，二是PEPS 控制器有集成到BCM 中的趨勢，三是商用車配置PEPS 系統被得到重視。

案例1

江蘇安智欣電子科技有限公司的BLE+NFC+UWB 智能鑰匙系統，代表下一代智能鑰匙系統，采用藍牙+UWB 定位技術，國內一些新能源汽車和高檔乘用車正在積極開發此類產品，預計不久將有配置此產品的車型面世。

BLE 控制器與BLE 天線通過CAN 總線連接及通訊；BLE 控制器通過藍牙與手機進行連接認證與數據交付，并通過CAN 總線與整車BCM 或者VCU 數據交互。

BLE 控制器功能

BLE 天線功能

采用藍牙+NFC+UWB 技術的天線布置圖

案例2

商用車領域以躍博已大量使用的智能鑰匙進入系統為例簡單介紹如下：躍博采用集成式方案，就是把PEPS 控制器和BCM 集成在一起。

主控模塊

·高頻信號接收RF receiver

·低頻天線驅動LF transmitter

·車門上鎖解鎖控制

·后備箱上解鎖控制

·點火控制

遙控器

· 高頻發射，加密（車門開鎖閉鎖，后備箱開啟關閉）

· 低頻收發，加密（驗證鑰匙合法性，檢測鑰匙位置）

· 集成IMMO transponder（發動機防盜）天線

天線

· 通過低頻信號檢測鑰匙的位置，（駕駛員側，副駕駛員側，車內，后備箱內外）

· 2 個車內天線，檢測鑰匙是不是在車內

· 2 個門把手側天線，檢測鑰匙位于駕駛員門側還是副駕駛員門側

· 1 個在后備箱內，檢測鑰匙是否在后備箱內部

· 1 個在后備箱外部，檢測鑰匙是否在后備箱區域

門開關

· 當駕駛員離開車子或者后備箱時，按下此開關，用于車子自動上鎖

· 用于駕駛員開啟或者關閉后備箱

· 一個位于駕駛員側門把手，一個位于副駕駛員側門把手，一個位于后備箱側

· 可以通過電容式觸摸開關代替

啟動開關

·OFF/ACC/IGN/Start 開關

以上系統主要用在商用車包括卡車、東風皮卡及新能源汽車，如新特汽車、天際汽車、眾泰汽車。徐工集團等工程機械都有應用。

4 PEPS 的未來趨勢

總而言之，可以預見的是，無鑰匙進入技術漸成趨勢，未來實體鑰匙可能真的會被手機虛擬鑰匙、智能穿戴設備以及其他一些新的技術（比如人臉識別、靜脈識別）所取代。隨著自動駕駛技術的發展，未來幾年將快速發展，迎來爆發增長期，無鑰匙進入系統將逐漸成必裝系統，其控制系統將最終整合到自動駕駛域中，并成為自動駕駛的必要條件。