在传统无钥匙进入系统中,其主要节点包括:
·智能钥匙:携带RFID标签或内置无线通信模块的钥匙,用于与车辆的身份验证;
·外部天线:通常安装在车门把手内或车体周围,用于检测钥匙的存在;
·内部天线:安装在车内,用于确认钥匙是否在车内;
·控制单元:如BCM等控制单元,用于控制车门锁和其他执行机构。
此时系统架构如下示意:
2.2.工作原理
当用户携带智能钥匙靠近车辆时,车辆上的低频发射器(通常覆盖车辆周围数米距离)会周期性的通过外部天线发送一个125kHz或134kHz的低频信号,当智能钥匙中的LF(低频)接收器接收到该信号后,它会被唤醒并开始工作。
此时智能钥匙将通过高频(HF,几百kHz到几十MHz之间)信号向车辆发送一个加密的身份验证信息,车载控制单元在接收到此信号后会对此进行解密和验证,一旦验证成功,通过信息交互智能钥匙会再发送一个确认信号回传给车辆系统,表明钥匙确实属于该车辆,在确认钥匙后,控制单元将控制门锁机构对车辆进行解锁。
三、数字钥匙生态催生新无钥匙进入系统
3.1.UWB简介
UWB技术是一种采用纳米级非正弦窄波脉冲信号对数据进行传输的无线载波通信技术,其传输的信号带宽可覆盖数千兆赫兹的频段,具有极高的分辨力和抗干扰能力,在实现高精度距离探测及目标物识别上具有相当优势。当下技术背景中,UWB在车载应用中具有如下特性:
1)信道容量大:带宽在500MHz以上;
2)高传输速率:在10米左右的范围内可实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率,通常工作在3.1GHz至10.6GHz的频段内;
3)高安全性:UWB信号的功率谱密度要低于普通的环境噪声,这使得UWB信号难以被甄别;
5)强穿透力:窄脉冲能穿透障碍物并识别障碍物后隐藏的物体;
6)高定位精度高:定位精度可达厘米级。
3.2.基于UWB数字钥匙的无钥匙进入系统
当用户通过手机等移动设备完成数字钥匙的认证后,车载系统将与数字钥匙形成连接,此时用户可通过携带完成配对的手机、手环等设备实现无钥匙进入车内。此方案下的无钥匙进入系统将车辆周围按照距离划分为唤醒区、迎宾区、解锁区三大区域。
超出区域:当数字钥匙处于划定区域之外时,在UWB可定位的最远距离内,其可感知到钥匙的具体位置,以此来判断用户是否处于靠近车辆的状态。目前在此超出划定区域,但又可被UWB检测到的区域中,通常系统不做任何处理。
唤醒区:当数字钥匙与车相距10~30m范围时,车载数字钥匙系统通过蓝牙(2.4GHz的高频信号)向手机等设备发送身份认证请求,以验证该UWB数字钥匙的合法性,若验证成功则与其进行连接。此环节下,UWB技术持续为车载系统提供数字钥匙的定位服务,但由于此时钥匙与车辆之间的距离相距还较远,其他车载系统尚未被唤醒,因此仅蓝牙功能处于工作中。
迎宾区:通过UWB的高精度定位技术,当检测到被验证的数字钥匙与车相距3~10m时,系统可通过控制车辆外部灯光自动打开或鸣笛等方式来提醒用户,一来便于用户识别车辆,二来该方式类似于车辆自主迎接用户,为此将该区域取名为'迎宾区’。
解锁区:当数字钥匙靠近车辆1~3m范围时,系统通过控制灯光闪烁、鸣笛等方式告知用户车门已自动解锁。
车内:当数字钥匙进入车内区域后,通过UWB定位技术可在厘米级范围内检测钥匙所处的位置,若钥匙在主驾区域并向车外溢出不超过一定距离(允许溢出是因为用户可能将带有配对的手环、手机等伸出窗外,该距离可根据需求标定),在具备启动条件后,便可启动车辆。
对此方案下的区域划分示意如下:
自动闭锁:自动落锁的条件根据不同产品定位、成本选择、用车习惯等常有不同的策略考虑。若在满足自动落锁条件的前提下,当数字钥匙离开解锁区域后,系统将自行锁定车辆,并通过灯光、鸣笛等方式告知用户车辆已锁定。
如上所述,此方案中,通过UWB技术实现对钥匙的测距与定位,并通过蓝牙(BLE系统)唤醒,从而实现无钥匙进入功能。在有冗余设计的方案中,还会通过NFC进行备份,以确保在手机没电、BLE和UWB均不能正常工作的情况下,用户可正常开启车门。系统架构如下:
·基于到达角度:通过测量信号的到达角度,可确定用户的方位以及钥匙所处的位置。
目前一些主流的国外UWB芯片厂家已可实现在50m范围、3-10cm测距精度、3°-10°测角精度的成熟应用,其中部分企业通过技术迭代实现了100m测距范围、1cm测距精度、1°测角精度的更高技术指标。
四、总结
相信随着技术的迭代,成本在得到优化的同时,其应用也将得以普及,此时UWB方案下的无钥匙进入将快速取代传统方案。