新能源车载终端蓝牙模块适用性分析

郭来喜，庄济宁，黄建鹏，唐 燕

（上汽通用五菱汽车股份有限公司广西汽车新四化重点实验室，广西 柳州 545007）

1 研究背景

近年来，车联网区域大量地使用蓝牙技术，有着很不错的效果。传统的汽车造车领域正在向智能化、网联化、科技化发展，汽车已经不是一个简单的代步工具，而是一个智能座舱，一切都在向方便化、快捷化发展，汽车市场为我国的经济增长做出了重要的贡献。而汽车领域向着智能、快捷、方便的方向发展，势必离不开无线通信技术的支持。但全新的无线通信技术不可能在这么短的时间内出现，而现有的蓝牙技术可以满足很多方便快捷的功能设计，为蓝牙技术在车端的应用提供了肥沃的土壤。现在生活中常用的功能像远程开关车门、远程启动车辆等功能，可以通过客户端APP 远程下发指令，通过蓝牙技术来实现，与整车数据进行交互。高集成度以及方便快捷的特点，为汽车以后走向智能化、网联化、科技化奠定了根基。传统汽车使用机械钥匙进行开关车门、打火等操作，为用户实现最基础的用车，随着科技的进步与发展，传统的钥匙已经开始落后于时代，不能满足人们对方便快捷的追求，不能使用户深层次与整车交互。目前广泛应用于汽车的蓝牙钥匙，已经成为光大用户与整车交互的首选方式。为了保证手机蓝牙钥匙的安全性，需要选择出可靠的、低功耗的，符合车辆功能设计的蓝牙模块。

2 蓝牙BR/EDR 与BLE 区别

2.1 信道

蓝牙BR/EDR 和BLE 都在2.4GHzISM 频段内通信，但它们划分频段的信道数不同。蓝牙BR/EDR将频段划分为间隔1 MHz 的79 个频道。采用更简单的发射器和接收器的BLE，因此它将频带划分为间隔2 MHz 的40 个通道。

2.2 功率

功耗是蓝牙BR/EDR 和BLE 之间的关键区别因素，BLE 最大的优点就是低功耗。蓝牙BR/EDR，可以使用100 mW 的最大输出功率来传输大约10～100 m 的数据。对于这种功耗来讲，如果设备可以随时随地方便的充电，这是一个很好的选择。但是这针对汽车整车来讲，却并不是一个较好的选择。目前普遍使用的这些车辆控制功能，都是在整车下电休眠的情况下进行的，整车下电后是由车载电源进行供电的，而BR/EDR 较大的功率对车载电源是一个不小的消耗，如果用户一段时间不用车，很可能导致整车亏电给用户带来不便，而较多的充放电也会给车载电源寿命带来不小的影响。

相较之下，BLE 则是一个非常不错的选择。BLE在发送数据时打开发射器，接收数据时打开接收器，可以将最大功率降到10 mW，很好地降低了功率消耗，同时保持和BR/EDR 相同的传输范围。当BLE不发送数据包时，会将接收机置于空闲状态，这种状态下BLE 几乎没有说明能量消耗。

2.3 延迟

关于延迟方面，BLE 也是明显优于BR/EDR 的。蓝牙BR/EDR 进行数据传输首先需要做一个前期准备，发射器接收数据在内部转化为可用的数据，第一步需要大概1 000 ms，第二步需要100 ms，这样总的计算下来就有1 100 ms 的延迟。这对于用户能感知到的功能来说，已经是相当明显的延迟了。延迟的期间又会导致更多的功耗。

BLE 只需要3 ms 左右的延迟，即可准备好发送数据。从接收数据到转化为可用的数据总时长约为6 ms，这样又可以减少延迟期间的功率消耗。

2.4 吞吐量

关于吞吐量方面，BLE 相较于BR/EDR 就显得稍逊一筹了。虽然都是采用的GFSK 技术，但是优于协议、无线电、软件等因素的限制，实际吞吐量呈现了不小的差异。

蓝牙BR 吞吐量可以达到0.7 Mb/s，蓝牙EDR吞吐量可以达到2.1 Mb/s，这个吞吐量是可以满足视频音频的吞吐量。BLE 发送数据采用短脉冲的形式，这就限制了BLE 技术的吞吐量。BLE 吞吐量为0.27 Mb/s，不足以支持传输音视频，但是日常使用的这些车控指令是可以满足的。

3 蓝牙与汽车技术

目前市场上面生产的汽车，大部分都搭载了GPS 导航系统，蓝牙功能在GPS 导航系统上面也有着广泛的应用。一方面可以提供定位导航，另一方面也可以作为蓝牙耳机接听手机电话，给车主一个方便快捷的驾驶环境。

蓝牙技术在汽车领域中现在已经十分普及，像蓝牙播放器、蓝牙钥匙等已经成为很多用户常用的功能之一。

4 蓝牙钥匙梳理

4.1 创建Owner 钥匙

用户进行扫码绑车操作时，通过中台调用云服务平台创建钥匙的接口，将车辆二维码中的车辆VIN 信息填入系统中；将注册手机APP 的号码作为用户ID；钥匙类型置为owner 钥匙类型；将unix 最大时间2038-01-19 11∶14∶08 作为结束时间。命令填充完成之后发给T-Box，T-Box 就会将创建好的owner 钥匙保存在设备里。一个设备里只能有1把owner 钥匙。见图1。

图1 扫码绑车流程

4.2 创建Friends 钥匙

车主在进行蓝牙授权操作时，手机APP 通过中台调用云服务平台创建钥匙的接口，将他绑定的车辆VIN 录入系统中，将车主输入的手机号作为用户ID；钥匙类型为friends 钥匙；将车主输入的时间作为该钥匙的结束时间（不能超过unix 最大时间）。命令填充完成之后发给T-Box，T-Box 就会将创建好的friends 钥匙保存在设备里。见图2。

图2 蓝牙授权流程

4.3 删除Owner 钥匙

当用户进行解绑操作时，会通过中台调用云服务平台删除钥匙的接口。云服务平台会判断被请求删除钥匙的类型。若需要删除的钥匙类型是owner，云服务平台会下发指令将T-Box 内部钥匙全部清掉。云服务平台与手机App 会收到返回信息为删除成功，此时手机App就可以成功解绑。

4.4 删除Friends 钥匙

若friends 钥匙仍然在有效期内，车主通过App进行取消授权操作时，会通过中台调用云服务平台删除钥匙的接口。当需要删除的钥匙类型是friends时，云服务平台会下发指令将该钥匙删除，不影响其他钥匙。见下页图3。

图3 删除蓝牙钥匙逻辑

4.5 蓝牙钥匙失效

Friends 钥匙不是永久存在的，达到授权结束时间之后会自动失效。机制如下：

T-Box：若T-Box 内部成功创建friends 钥匙，在1s 之后会本地检查所有钥匙的有效时间。若是所有钥匙有效时间全部在当前时间的1 h 之后，T-Box内部会运行一个计时器，每隔1 h 检查钥匙的有效时间。若是有检查到存在friends 钥匙会在1 小时以内过期，UCU 内部会重新计时，确保在钥匙失效的那一时刻能唤醒设备，删除设备里的蓝牙钥匙。删除时T-Box 不会和云服务平台做交互。

APP：APP 检测到蓝牙钥匙即将过期，会在钥匙失效时刻通过数据商店调用车控平台删除钥匙的接口。若收到车控平台删除成功的返回，则判断删除成功，在APP 中将此钥匙设置为失效。

云服务平台：云服务平台删除钥匙接口被调用时，会对比钥匙有效时间与当前时间，若是检测到当前钥匙已过有效期，则平台将库里的钥匙删除。删除时车控平台不会和T-Box 做交互。具体见图4。

图4 蓝牙钥匙失效逻辑

5 结论

车载终端的蓝牙模块主要功能还是以手机钥匙开关车门为主，对于信道和吞吐量要求没那么苛刻，但是对于延迟和功耗存在一定要求，由于手机钥匙是在车辆未上电的情况下使用的，所以需要较低的功耗，延迟在很大程度上会影响用户的使用体验，所以延迟也不能太高。因此低功耗蓝牙模块是一个很不错的选择，在满足用户开关车门的同时不会引起整车低压蓄电池电量的消耗，不会产生亏电风险。