编辑指南：继Way ET7发布后，UWB数字钥匙变得非常热，其本质原因是什么？那么，本文围绕基于UWB技术的数字钥匙展开，值得通过以下四个部分分析UWB汽车钥匙的发展过程和今后的应用。
随着苹果、小米等消费电子工厂的加入，UWB技术再次受到关注。2020年以后，宝马和威来等主机厂开始配备UWB钥匙，国内主机厂也开始竞争性地进行研究。今天共享的数字密钥基于UWB技术，通过智能手机实现密钥功能。传统汽车钥匙由于钥匙遥控功能，只能关门关门关门。数字密钥具有解锁和解锁密钥、远程密钥确认、开关窗口、空调、共享车辆等功能。
这篇文章共有四部分
关于汽车钥匙的发展和演变，综述了当前UWB钥匙对低功耗BLE/UWB的技术方案：应用和挑战1、汽车钥匙的发展和演变。
整个汽车钥匙的发展过程从最初的机器钥匙到遥控钥匙、PEPS钥匙系统，再到今天我们将讨论的数字钥匙。数字密钥满足用户两个基本用户要求。
具体来说，宝马将在2022款机型上引进基于苹果超宽带(UWB)技术的“增强型数字汽车钥匙”。威瑞也将在今年提供的ET7和ET5上安装超宽带数字钥匙。三星也将与宝马、奥迪、现代、福特等汽车公司和UWB
从用户的角度来看，传统风格的汽车钥匙在使用过程中会遇到各种问题。比如钥匙忘了，钥匙丢了，找不到钥匙，钥匙锁在车里，手里拿着很多东西拿不到钥匙等。
由于以上各种原因，汽车钥匙从遥控钥匙到PEPS钥匙，再到今天的数码钥匙，都在逐步进行。
数字密钥的一些优点：
1.方便携带，或者不携带其他物理钥匙，手机也可以成为钥匙。
2.麻木地使用，解放双手。不操作钥匙或手机，根据钥匙和车辆之间的距离，从远到近提供舒适的迎宾、无钥匙进入、无钥匙启动等功能。
3.共享钥匙，解决共享汽车的场景需求，这个功能可以进一步应用于租车、汽车维修等生活场景。
4.安全保障从遥控钥匙诞生，发展到后面的蓝牙数码钥匙，其中中继攻击一直是绕不开的话题。UWB方案包括添加安全时间戳的技术，大大提高了UWB防中继攻击能力。
二、低功耗蓝牙BLE和超宽带工作原理
本节介绍低功耗蓝牙BLE和超宽带超宽带技术数字密钥的工作原理。
数字密钥简单来说就是以手机为钥匙，使用无线技术实现手机的定位功能。只要能识别和定位汽车末端的控制器，只要合法手机在其他地区，就能执行多种功能。例如，在几十米处实现远程控制功能，靠近车身10米左右就有迎宾动作，再靠近一两米左右就可以自动解锁。进入车内实现车辆启动。停车停止后远离车辆后实现车辆关闭功能。
这些功能取决于两种技术：蓝牙定位和UWB定位。
蓝牙定位原理主要应用蓝牙信号场强值，即接收信号强度指示器(RSSI)。
场强值与距离有关。基本趋势是，越近，场强值越大，越远，场强值越小。但是，蓝牙信号的频率高达2.4HGz左右，因此决定了物理特性之一。也就是说，在近处，场强度值发生了很大变化，并且存在着接近距离位置的线性关系。但是，如果到达比较远的地方，例如1.5米以外的地方，场强值的变化就比较小，所以无法准确识别距离的变化。
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一般而言，可以通过至少三根天线获得的场强值来计算距离获得定位的一个点。理论上，天线数量越多，定位精度越精确。但由于蓝牙本身的特性，在远距离的时候，它的定位精度很难被大幅度提高。下图，可以看到实测中，距离0.1米到1米之间，场强值的改变有20左右，到了10米-20米，场强值改变不到10，这说明这时距离的改变已很难精确。
在UWB技术应用到汽车钥匙之前，汽车使用的纯蓝牙数字钥匙在一定程度上代替了物理钥匙。其主要从软件标定算法上对测距效果进行了优化。但仅靠场强值来实现定位，感知精度不准始终是蓝牙的一个痛点。而基于UWB技术的数字钥匙带来的精准定位，无疑对数字钥匙开辟了另一个发展方向。
1. 什么是UWB技术
UWB（ultra wideband）也叫超宽带技术，是一种使用1GHz以上频率宽带的无线载波通信技术。其实超宽带UWB技术并非新技术。最早60年代就已运用在军事雷达领域，汽车领域应用UWB技术没有手机行业早。汽车数字钥匙引入UWB技术主要还是随着近几年手机应用UWB技术而衍生出来的。
UWB技术采用飞行时间测距，time of flight。车端中，UWB锚点可以实现钥匙和车身的测距功能。在发射装置中将含有时间戳的信号发射出去后，接收端通过接收到的信息计算出飞行时间，进而推算出飞行距离，实现精准的测距。根据钥匙与车端各锚点的综合距离，进行综合计算，这时候车端系统就可以实时获得钥匙所处的精确区域或者位置。
但UWB也有一个多径传输问题，UWB信号碰到障碍物，可能会被反射或者被吸收，导致测距未必是真实距离。这就需要开发人员通过一系列算法优化，借助多个锚点辅助，尽量精确测距。一般来说，UWB定位精度可以达到零米级。
总的来说，UWB技术有两个特征：
- 定位精度高，UWB定位精度可以达到零米级别
- 抗干扰性强，UWB技术可以实现有效对抗多径干扰问题
以下表格是传统无钥匙系统的PEPS高低频技术蓝牙BLE技术和UWB技术的对比。
总体上，PEPS高低频物理钥匙的定位精度很高，但定位覆盖范围比较小，也没有办法做钥匙分享和做防中继攻击。BLE蓝牙技术覆盖范围广，定位精度同样不高，基于手机和云端，它可以实现钥匙分享，但依然在防中继攻击方面没有好办法。而UWB技术，它的定位精度很高，定位覆盖范围很广，而且具备了防中继攻击的能力。防中继攻击问题，也打开了UWB在汽车、支付等高安全要求场景应用的大门。但它成本太高了，这个也是各个主机厂比较关注的问题。
表格中另一个蓝牙BLE技术：AOA技术，其实也可以和UWB技术一样，可以基于信号本身，比如用飞行时间TOF来做精准测距，效果也远远好于场强值的计算，且也无需加装昂贵的UWB设备。
那为何到目前为止，都没有实现呢？
根本原因是目前市面上的手机不支持这种蓝牙的测距方式，所以我们现在用的蓝牙通通都是用场强值计算来做定位。
UWB数字钥匙为何会兴起，主要是手机配置了该功能。现在市面上，主要是苹果、小米和三星手机支持UWB功能。所以，从这方面来说，汽车数字钥匙的发展开拓，已不再是汽车行业本身的发展趋势单方面的决定的，而是由越来越多的跨界合作在左右着。
三、UWB系统的实现方案
1. 为何UWB技术将成为汽车数字钥匙的主要技术？
UWB的开发过程，还有一个绕不开的话题，即CCC规范。基于UWB功能开发的CCC3.0规范，是2021年7月份正式发布的。2021年7月CCC车联网联盟（Car Connectivity Consortium)将UWB定义为第三代数字密钥的核心技术，这个规范明确了第三代数字钥匙是基于UWB/BLE+NFC的互联方案。这个规范的出台，明确提出了UWB与BLE技术的结合，进一步推进了数字钥匙的发展。这也是近年来主流车企纷纷改道UWB数字钥匙的原因。
UWB数字钥匙融合了UWB、BLE蓝牙和NFC三种无线通信技术。
UWB测距功耗很高，无法像蓝牙一样，进行不间断地广播和连接。因此UWB测距功能，建立在蓝牙连接的基础上。蓝牙的功耗较低，在较远的地方，可以先进行蓝牙连接，进行身份认证、数据交互，并进行粗略的定位。继续靠近车辆之后达到UWB测距的范围后（离车十几米左右），再开启各个锚点的UWB的测距功能，各个锚点进入工作状态，就可以实现实时的定位。
从上图可以看到，UWB系统增加了信息安全相关的硬件安全芯片，并且在安全芯片里面集成了和CCC协议相关的软件。这个主要是为配合手机端的加解密和CCC协议。这种架构也是参考原来NFC数字钥匙的方案，也就是CCC2.0规范的要求，只是把原来的NFC通道改成了蓝牙通道。
四、总结
1. UWB技术的拓展应用
UWB技术的引入为人车互动带来更多想象空间，但UWB的应用是在尽量不增加硬件成本的基础上，让UWB的特性得到最大化的应用。比如，UWB雷达脚踢技术。
在确认数字钥匙到达车辆后备箱外部指定的位置之后，可以开启UWB的雷达探测方式，对用户靠近后的脚踢动作进行识别。
另一个应用，用UWB技术实现车内活体检测功能。用车内布置的UWB锚点，使用多普勒原理，对人体和宠物进行精细动作对识别，以达到预警功能。
在数字钥匙系统开发过程中，还有很多东西是可以探索和尝试的。比如各个协议平台的共存和互通，这也是各主机厂比较关注的问题。目前协议平台主要有三个，以苹果为代表的CCC协议，以华为为代表的ICCE协议，以小米为代表的ICCOA协议。
2. 数字钥匙面临的挑战
对于车厂和各车端供应商而言，如何做到跨平台的支持和维护就显得尤为重要。毕竟，用户只关注体验感和舒适度，关心钥匙分享是否都可以跨平台进行，更重要的，用户更关心车端的应用是不是可以达到一个平衡。
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题图来自Unsplash，基于 CC0 协议。
