采用BLE+NFC+UWB 技术的汽车进入系统

2020 年3 月16 日，小米手机正式宣布，将推出一款能够随时随地进行车控功能的汽车APP。随着科技的日新月异，汽车进入系统由原先的机械钥匙变为遥控系统，再到无钥匙进入系统。例如，使用智能手机能够实现开锁功能，大大提高车主的便利性。除智能手机外，智能手表也将成为“开车”的重要“钥匙”。早在2019 年5 月华为官宣，华为手机钱包新增爱车开锁功能，NFC “碰一碰”全面支持某公司智能锁，实现了“不用APP熄屏开锁进家门”！只需要一部华为手机即可在公司、小区、家门以及更多地方，畅享更优开锁体验。用户只需要通过华为钱包进行开通，即可使用。如果需要进行添加或者删减，直接在华为钱包的“门钥匙”功能进行管理。

2020 年10 月12 日，小米手机官方发布“一指连”小米UWB 技术。据称这是新一代连接技术，能精准感知智能设备的空间位置，相当于室内GPS。其实现的效果是：手机指向智能设备就能对应呼出控制卡片，甚至对准电视还能直接投屏。用户无需多余步骤，拿着手机指向智能设备即可进行操控。显然，UWB 技术应用在汽车智能钥匙上，将大大提升无钥匙进入系统的性能和定位精度，据悉国内开发商正在积极开发集成有UWB技术的汽车进入系统。

目前PEPS 系统在高端车上已成标配，在智能化的驱动下，无钥匙进入系统正在迅猛发展，将成为自动驾驶的必要组成部分。

1 钥匙系统的发展历史

第一代是普通的齿形钥匙，可以开门也可以开点火锁，没有防盗芯片，防盗性很差。

第二代发展到带防盗芯片的齿形钥匙，可以打开车门，也可以转动点火锁；可以做成折叠遥控钥匙RKE。

第三代是PEPS 系统，只要把钥匙带在身上就可以执行开闭锁及启动动作。

第四代是手机钥匙PKE，采用NFC+UWB 技术的智能钥匙，配合PEPS 使用，可以不操作开闭锁按键就可以执行开闭锁动作。

对于NFC 车钥匙的应用尝试，最早的车型是特斯拉Model 3，在此之后国内造车新势力蔚来也实现了NFC 解锁功能，不过都是类似公交卡的卡片为载体。

而比亚迪在2018 年5 月12 日的比亚迪秦Pro 超越版-手机NFC 车钥匙技术线上沟通会上，重新为大家解读了这项“黑科技”。

2 NFC、UWB 技术的智能钥匙工作原理

PEPS 系统自诞生起，其控制器和钥匙之间的无线通信经历了传统的射频技术、蓝牙技术，2019 年华为推出了NFC 技术，实现了手机熄屏碰一碰就开门的方式，中国引领了汽车智能钥匙的新潮流。对前面两种通信方式大家比较熟悉，但NFC（Near Field Communication,NFC）近场通信技术可能好多人比较陌生。再将UWB 集成在智能钥匙系统中，将是下一代全新的产品。

NFC 近场通信技术是由非接触式射频识别（ RFID）及互联互通技术整合演变而来，由飞利浦半导体（现恩智浦半导体）、 诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID 及互连技术。NFC 是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz 频率运行于20 cm 距离内。其传输速度有106 Kbit/s、212 Kbit/s 或者424 Kbit/s 三种。目前近场通信已通过ISO/IEC IS 18092 国际标准、ECMA-340 标准与ETSI TS 102 190 标准。NFC 采用主动和被动两种读取模式。

NFC 在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。这种技术使用在手机上首先是在支付系统，目前这项技术在日韩被广泛应用。手机用户凭着配置了支付功能的手机就可以行遍全国：他们的手机可以用作机场登机验证、大厦的门禁钥匙、交通一卡通、信用卡、支付卡等 。我们常用的门禁卡、公交卡及一些其他卡片就是这种NFC 技术，随着这种技术应用在汽车智能钥匙上，实现了手机熄屏或腕表碰一碰就开门的功能。

UWB 最初的定义是来自于60 年代兴起的脉冲通信技术，又称为脉冲无线电（Impulse Radio）技术。与在当今通信系统中广泛采用的载波调制技术不同，这种技术用上升沿和下降沿都很陡的基带脉冲直接通信，所以又称为基带传输（baseband transmission）或无载波（carrierless）技术。UWB 技术的脉冲长度通常在纳秒量级，信号带宽经常达数千兆赫兹，从而具有GHz量级的带宽，比任何现有的无线通信技术的带宽都大得多，所以最终在1989 年被美国国防部称为超宽带技术。早期超带宽技术（UWB）用来大数据的近距离传输，近年来被应用在无线定位应用中。UWB 定位技术属于无线定位技术的一种。

我们都知道卫星信号在室内会被严重影响，从而导致GPS 或是北斗无法发定位。所以在室内定位主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。除通讯网络的蜂窝定位技术外，常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、红外线、RFID、ZigBee 和超声波，还有 UWB-Ultra Wideband(超宽带)定位原理。

NFC 解锁，不必考虑联网、电量和信号等问题，可以实现熄屏解锁。NFC+UWB 结合手机APP、云端，实现虚拟钥匙控制车辆车门解闭锁、开启后备箱、寻车、授权借车、启动车辆功能。

PEPS 系统分3 个部分，车载部分由控制模块、门把手模块、天线、转向锁、启动开关组成，系统开发商有安智欣、跃博、比亚迪等，他们和整车BCM 之间一般采用CAN/LIN 通信；

钥匙部分，传统的机械钥匙面临着淘汰，智能钥匙集成在手机或腕表上，开发商有华为、小米等，钥匙和控制模块之间采用射频、蓝牙、NFC、UWB 技术通信；

云端部分，只有配置手机APP 和车载TBOX 的车辆才能通过4G/5G 网络和汽车通信，实现远程控制功能，如远程上锁、解锁车门，开启或关闭车窗、空调等。

通过手机APP 可以进行身份认证、授权、借车工作，解决第二人用车问题。

3 典型案例

PEPS 的主要生产商（外资、自主）外资主要厂商有NXP、霍夫、马夸特，国内有安智欣、纳恩、比亚迪等厂商。安智欣正在和某整车厂联合研发下一代集成UWB 定位技术的智能钥匙系统，而跃博汽车电器采用PEPS 和BCM 集成的产品已成熟应用，在2018 年就有产品批量应用在了东风商用车上，在国内最大道路工程机械领域也首先应用了PS 产品。

通过对目前大面积使用情况的分析，有几个显著的特点：一是在新能源车上更广泛得到使用，二是PEPS 控制器有集成到BCM 中的趋势，三是商用车配置PEPS 系统被得到重视。

案例1

江苏安智欣电子科技有限公司的BLE+NFC+UWB 智能钥匙系统，代表下一代智能钥匙系统，采用蓝牙+UWB 定位技术，国内一些新能源汽车和高档乘用车正在积极开发此类产品，预计不久将有配置此产品的车型面世。

BLE 控制器与BLE 天线通过CAN 总线连接及通讯；BLE 控制器通过蓝牙与手机进行连接认证与数据交付，并通过CAN 总线与整车BCM 或者VCU 数据交互。

BLE 控制器功能

BLE 天线功能

采用蓝牙+NFC+UWB 技术的天线布置图

案例2

商用车领域以跃博已大量使用的智能钥匙进入系统为例简单介绍如下：跃博采用集成式方案，就是把PEPS 控制器和BCM 集成在一起。

主控模块

·高频信号接收RF receiver

·低频天线驱动LF transmitter

·车门上锁解锁控制

·后备箱上解锁控制

·点火控制

遥控器

· 高频发射，加密（车门开锁闭锁，后备箱开启关闭）

· 低频收发，加密（验证钥匙合法性，检测钥匙位置）

· 集成IMMO transponder（发动机防盗）天线

天线

· 通过低频信号检测钥匙的位置，（驾驶员侧，副驾驶员侧，车内，后备箱内外）

· 2 个车内天线，检测钥匙是不是在车内

· 2 个门把手侧天线，检测钥匙位于驾驶员门侧还是副驾驶员门侧

· 1 个在后备箱内，检测钥匙是否在后备箱内部

· 1 个在后备箱外部，检测钥匙是否在后备箱区域

门开关

· 当驾驶员离开车子或者后备箱时，按下此开关，用于车子自动上锁

· 用于驾驶员开启或者关闭后备箱

· 一个位于驾驶员侧门把手，一个位于副驾驶员侧门把手，一个位于后备箱侧

· 可以通过电容式触摸开关代替

启动开关

·OFF/ACC/IGN/Start 开关

以上系统主要用在商用车包括卡车、东风皮卡及新能源汽车，如新特汽车、天际汽车、众泰汽车。徐工集团等工程机械都有应用。

4 PEPS 的未来趋势

总而言之，可以预见的是，无钥匙进入技术渐成趋势，未来实体钥匙可能真的会被手机虚拟钥匙、智能穿戴设备以及其他一些新的技术（比如人脸识别、静脉识别）所取代。随着自动驾驶技术的发展，未来几年将快速发展，迎来爆发增长期，无钥匙进入系统将逐渐成必装系统，其控制系统将最终整合到自动驾驶域中，并成为自动驾驶的必要条件。