技術(shù)分享：UWB-AOA汽車(chē)數(shù)字鑰匙與雷達(dá)
本文整理自全跡科技CEO都延星先生在SAECC 2025 汽車(chē)數(shù)字鑰匙論壇的演講PPT，意在用通俗易懂的語(yǔ)言向大家分享UWB-AOA方案在汽車(chē)領(lǐng)域的價(jià)值應(yīng)用。如需授權(quán)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系我們，未經(jīng)授權(quán)傳播、洗稿等行為全跡科技將追究法律責(zé)任。
全跡科技成立于2016年，成立近10年來(lái)只專(zhuān)注做UWB定位這一件事。早些年市場(chǎng)上還沒(méi)有UWB汽車(chē)數(shù)字鑰匙的需求，我們主要把UWB定位應(yīng)用于工業(yè)制造等領(lǐng)域，對(duì)人員、物資、車(chē)輛做亞米級(jí)精準(zhǔn)定位。三一重工、富士康、京東、都是我們的客戶(hù)，我們還服務(wù)了北京冬奧會(huì)，收到科技冬奧領(lǐng)導(dǎo)小組（科技部代章）發(fā)來(lái)的感謝信。后來(lái)我們嘗試把工業(yè)領(lǐng)域的多年經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用在汽車(chē)上。全跡在全球首創(chuàng)了汽車(chē)UWB-AOA少錨點(diǎn)數(shù)字鑰匙與雷達(dá)方案，可顯著降低成本。
汽車(chē)數(shù)字鑰匙最早是NFC卡片鑰匙，后來(lái)出現(xiàn)了藍(lán)牙鑰匙，基于RSSI信號(hào)強(qiáng)度定位，因?yàn)榫炔桓叽嬖诹P站、乒乓等體驗(yàn)問(wèn)題；而且因?yàn)榘踩圆蛔悖跉W美市場(chǎng)也不太被認(rèn)可。當(dāng)前最新一代的數(shù)字鑰匙技術(shù)，我們認(rèn)為主要有：UWB、藍(lán)牙6（CS）、星閃（SLE）這三種。這三種技術(shù)的定位精度相對(duì)于傳統(tǒng)藍(lán)牙5的鑰匙都有明顯提升，極大程度改善了罰站和乒乓的問(wèn)題。同時(shí)安全性也很好，可以防止黑客中繼攻擊。 但是這三種新技術(shù)也都存在缺點(diǎn)，除了各自的特點(diǎn)外，有一個(gè)共性的缺點(diǎn)是當(dāng)前手機(jī)的支持度都不夠高。
我這里重點(diǎn)介紹下UWB技術(shù)。UWB超寬帶物理特性比較獨(dú)特，總結(jié)如下：
超精確：UWB是目前各種無(wú)線電定位技術(shù)中精度最高的。
超可靠：UWB的超窄脈沖賦予了更好的抗多徑與抗電磁干擾能力。
超安全：基于TOF飛線時(shí)間測(cè)距可以抵抗黑客中繼攻擊。
超實(shí)時(shí)：UWB的定位和傳輸時(shí)延顯著優(yōu)于藍(lán)牙、星閃SLE等其它技術(shù)。
超全能：UWB是唯一可以同時(shí)支持定位+雷達(dá)+通信的技術(shù)，藍(lán)牙和星閃SLE都不具備雷達(dá)的能力。
超兼容：IOS/安卓/鴻蒙都支持UWB技術(shù)，IOS支持度是最高的，安卓也在快速增加。
超稀缺：UWB擁有非常珍貴的大帶寬頻譜資源，賦予該技術(shù)很多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和相當(dāng)長(zhǎng)的生命力。
當(dāng)前UWB鑰匙上車(chē)的體驗(yàn)如何呢？首先優(yōu)點(diǎn)是定位精度最高（體驗(yàn)一致性好、車(chē)內(nèi)外識(shí)別也可以做的很準(zhǔn)）；可復(fù)用為兒童檢測(cè)雷達(dá)、腳踢雷達(dá)、哨兵雷達(dá)等功能，買(mǎi)一贈(zèng)多；可兼容全球市場(chǎng)，因?yàn)闅W美市場(chǎng)的手機(jī)終端和安全性的特點(diǎn)，UWB鑰匙比較被認(rèn)可。當(dāng)然UWB鑰匙也有很多缺點(diǎn)，最主要是單車(chē)成本高，UWB芯片價(jià)格相對(duì)貴，所以多錨點(diǎn)UWB方案成本顯著高于藍(lán)牙、星閃等技術(shù)。其次UWB鑰匙的功耗較大，更換紐扣電池的時(shí)間可能較頻繁。還有UWB手機(jī)的支持度還不夠高，蘋(píng)果幾乎都支持了，安卓和鴻蒙還不夠多，但目前安卓增長(zhǎng)很快，小米這兩年發(fā)布的多款新手機(jī)都已經(jīng)開(kāi)始支持UWB了。最后就是當(dāng)人和車(chē)距離較遠(yuǎn)且人體嚴(yán)重遮擋UWB信號(hào)時(shí)，可能會(huì)有部分性能下降，但這個(gè)可以結(jié)合藍(lán)牙粗定位與最新的4ab協(xié)議做很大的改善。我們公司推薦新方案：少錨點(diǎn)UWB-AOA數(shù)字鑰匙與雷達(dá)，可以同時(shí)解決成本和功耗2個(gè)大問(wèn)題。
傳統(tǒng)UWB定位技術(shù)主要采用三角定位原理，每個(gè)UWB錨點(diǎn)只有TOF測(cè)距能力，多個(gè)錨點(diǎn)分別測(cè)量到UWB手機(jī)的距離，然后以距離為半徑畫(huà)圓，3個(gè)不同圓的交點(diǎn)就是UWB鑰匙的位置。AOA是一個(gè)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，Angle of Arrival到達(dá)角度的意思。UWB-AOA錨點(diǎn)拆開(kāi)能看到由很多天線組成的天線陣列，通過(guò)天線陣列的相位差，我們不僅可以像傳統(tǒng)錨點(diǎn)一樣測(cè)量TOF距離，還可以測(cè)量UWB信號(hào)從哪個(gè)方向發(fā)過(guò)來(lái)的。知道了方向+距離，單個(gè)錨點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。原理比較簡(jiǎn)單，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難，難點(diǎn)在天線陣列和算法的設(shè)計(jì)，全跡在18年申請(qǐng)專(zhuān)利開(kāi)始做，到現(xiàn)在已經(jīng)做了7年。
左圖是現(xiàn)有UWB數(shù)字鑰匙的方案，每輛車(chē)需要安裝5或6個(gè)UWB的錨點(diǎn)設(shè)備，成本比較高。因?yàn)楝F(xiàn)有UWB技術(shù)主要采用三角定位原理，UWB鑰匙需要與多個(gè)不同位置的UWB錨點(diǎn)做TOF測(cè)距，然后通過(guò)畫(huà)圓求交點(diǎn)的方法來(lái)計(jì)算鑰匙的位置。因?yàn)檐?chē)身會(huì)遮擋UWB信號(hào)，為了保證人在車(chē)的任何區(qū)域都能看到至少3個(gè)錨點(diǎn)，所以車(chē)輛保險(xiǎn)杠4個(gè)角各部署1個(gè)，車(chē)內(nèi)再部署1到2個(gè)，整體成本很高。而全跡行業(yè)首創(chuàng)把UWB-AOA錨點(diǎn)放在車(chē)輛內(nèi)頂棚，讓信號(hào)從玻璃里穿透出去覆蓋到車(chē)外，定位算法要處理好A/B/C柱、車(chē)門(mén)和車(chē)身對(duì)UWB信號(hào)的遮擋影響，這樣最少僅需1個(gè)新型錨點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)UWB鑰匙的360°定位；如果全車(chē)放2個(gè)UWB-AOA錨點(diǎn)可以讓系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定。
這個(gè)方案最大的優(yōu)勢(shì)就是顯著降低成本。每個(gè)UWB-AOA錨點(diǎn)上只有1顆UWB芯片，天線是我們自己設(shè)計(jì)的PCB天線沒(méi)有額外的成本。成本比傳統(tǒng)多錨點(diǎn)方案便宜一半；線束、連接器和組裝成本也降低了；功耗方面，不僅是車(chē)端錨點(diǎn)數(shù)量少功耗得到降低，主要是UWB fob鑰匙的功耗得到了顯著降低。因?yàn)槊看味ㄎ粫r(shí)，UWB鑰匙只需要與車(chē)上僅有的1~2個(gè)錨點(diǎn)分別測(cè)距一次即可實(shí)現(xiàn)定位，而傳統(tǒng)方案UWB鑰匙需要與車(chē)上全部5~6個(gè)錨點(diǎn)分別測(cè)距一次才能實(shí)現(xiàn)定位，UWB工作時(shí)間越短越省電，所以該方案UWB鑰匙功耗也能降低一半以上。還有個(gè)反直覺(jué)的點(diǎn)，有的客戶(hù)實(shí)測(cè)認(rèn)為全跡的2錨點(diǎn)方案比他們現(xiàn)有量產(chǎn)車(chē)采用的6錨點(diǎn)的抗人體和車(chē)輛遮擋的穩(wěn)定性要明顯更好。我們分析一個(gè)原因是因?yàn)槎噱^點(diǎn)方案需要同時(shí)看到車(chē)上不同位置的3個(gè)錨點(diǎn)，很容易因?yàn)檐?chē)身、立柱、人體等各類(lèi)遮擋擋住某個(gè)方向，造成定位卡頓；而UWB-AOA錨點(diǎn)任意看到一個(gè)就能精準(zhǔn)定位。此外，多錨點(diǎn)方案的車(chē)外4個(gè)錨點(diǎn)安裝在保險(xiǎn)杠上，比較低矮，很容易被相鄰?fù)７诺能?chē)輛擋住；而UWB-AOA錨點(diǎn)安裝在車(chē)內(nèi)頂棚，還可以透過(guò)旁邊車(chē)輛的車(chē)窗玻璃傳輸?shù)母h(yuǎn)。再加上全跡持續(xù)7年對(duì)UWB-AOA的研究，過(guò)往豐富的處理工業(yè)UWB定位環(huán)境中大量金屬遮擋的算法經(jīng)驗(yàn)，讓全跡2錨點(diǎn)的用戶(hù)體驗(yàn)效果相比傳統(tǒng)多錨點(diǎn)并不遜色，甚至部分指標(biāo)還有超出。傳統(tǒng)方案只能用在高端高配車(chē)型上，全跡UWB-AOA少錨點(diǎn)方案成本更低、達(dá)到藍(lán)牙鑰匙價(jià)位，可以讓更多主流車(chē)型享受到這項(xiàng)新技術(shù)。
UWB錨點(diǎn)除了做鑰匙定位，還可以兼做兒童存在檢測(cè)（CPD）雷達(dá)，這是為了防止粗心的父母不小心把孩子遺留在車(chē)內(nèi)。目前歐洲ENCAP、中國(guó)CNCAP都已經(jīng)開(kāi)始給新車(chē)測(cè)試這項(xiàng)功能，如果擁有該功能的話安全得分就會(huì)更高。全跡與Tier1合作已經(jīng)在某國(guó)際頭部品牌車(chē)型成功量產(chǎn)CPD雷達(dá)，是全行業(yè)最早一批量產(chǎn)的車(chē)型。CPD雷達(dá)量產(chǎn)最困難的是在保證全車(chē)座椅和腳坑覆蓋的同時(shí)，要避免外溢和車(chē)內(nèi)其它物品晃動(dòng)引起的誤報(bào)。UWB CPD雷達(dá)相比毫米波雷達(dá)成本更低，且可與UWB數(shù)字鑰匙錨點(diǎn)復(fù)用，相當(dāng)于是買(mǎi)一贈(zèng)一的功能。
UWB還可以用于腳踢尾箱雷達(dá)。全跡的UWB腳踢雷達(dá)產(chǎn)品可以支持踢腿和掃腿，幾乎達(dá)到100%成功率；寵物從后保下方跑過(guò)、人貼著車(chē)尾徘徊、充電線從后保下甩過(guò)、下雨等場(chǎng)景都不會(huì)有誤報(bào)。全跡與Tier1配合已經(jīng)獲得了某國(guó)際車(chē)型的量產(chǎn)定點(diǎn)，明年年初量產(chǎn)。
全跡的UWB-AOA車(chē)內(nèi)兩錨點(diǎn)還可以兼做哨兵監(jiān)測(cè)雷達(dá)。當(dāng)車(chē)輛落鎖人員遠(yuǎn)離后，UWB哨兵雷達(dá)自動(dòng)啟動(dòng)，可探測(cè)到車(chē)輛周邊區(qū)域的活動(dòng)人員、物體或車(chē)輛，再觸發(fā)攝像頭啟動(dòng)記錄。UWB哨兵雷達(dá)的功耗相比通常攝像頭哨兵雷達(dá)方案的功耗可以忽略不計(jì)，車(chē)主可以放心開(kāi)一整夜。
兩個(gè)錨點(diǎn)裝在車(chē)的內(nèi)頂棚左右對(duì)稱(chēng)中軸線上，前錨點(diǎn)推薦裝在內(nèi)后視鏡支架附近，也可以裝在閱讀燈、天窗開(kāi)關(guān)附近；后錨點(diǎn)在后排頭頂后方。
為這個(gè)產(chǎn)品我們起了響亮的名稱(chēng)，全跡ONE系列。ONE正好是One Node Entry單錨點(diǎn)進(jìn)入的縮寫(xiě)。我們提供多種帶算法的UWB模組和成品給不同的合作伙伴。ONE1000模塊集成了UWB芯片、天線陣列、定位算法，需要搭配客戶(hù)自研的MCU和藍(lán)牙底板運(yùn)行我們提供的算法庫(kù)，組成完整的UWB定位與雷達(dá)錨點(diǎn)。
我們的方案可與CCC、ICCE等數(shù)字鑰匙標(biāo)準(zhǔn)兼容，因?yàn)檐?chē)上的UWB-AOA錨點(diǎn)是在UWB鑰匙的一次標(biāo)準(zhǔn)TOF測(cè)距過(guò)程同時(shí)，自動(dòng)獲取到UWB鑰匙的角度的。天線陣列在車(chē)端錨點(diǎn)上，對(duì)鑰匙的硬件設(shè)計(jì)沒(méi)有特殊要求。我們公司參與了國(guó)內(nèi)ICCE數(shù)字鑰匙標(biāo)準(zhǔn)的制訂，也有署名。我們成功打通了iPhone與多種安卓UWB手機(jī)的定位。
蘋(píng)果認(rèn)可全跡的UWB-AOA少錨點(diǎn)技術(shù)方案，最新的Carkey測(cè)試模板已經(jīng)增添了UWB-AOA測(cè)試選項(xiàng)，感興趣的主機(jī)廠可以聯(lián)系蘋(píng)果索取。
我們來(lái)對(duì)比下UWB與多種不同的技術(shù)：UWB-AOA擁有最高的定位精度，非常準(zhǔn)的車(chē)內(nèi)外識(shí)別，不用擔(dān)心把手機(jī)鎖在車(chē)內(nèi)；擁有較多的存量手機(jī)和未來(lái)新手機(jī)的支持度；最少的錨點(diǎn)數(shù)量和相應(yīng)低廉的BOM成本；唯一可復(fù)用為UWB雷達(dá)，相當(dāng)于可免費(fèi)獲得NCAP得分；國(guó)際市場(chǎng)對(duì)UWB鑰匙的認(rèn)可度最高可以直接出海。補(bǔ)充再說(shuō)下藍(lán)牙6（CS），藍(lán)牙6的數(shù)字鑰匙標(biāo)準(zhǔn)尚未確定，按目前我們獲得的信息，蘋(píng)果不一定能把藍(lán)牙6的鑰匙放到蘋(píng)果錢(qián)包，而是讓藍(lán)牙6補(bǔ)充和增強(qiáng)UWB鑰匙的性能。所以現(xiàn)在基于獨(dú)立的藍(lán)牙6做數(shù)字鑰匙還是存在將來(lái)放不進(jìn)蘋(píng)果錢(qián)包的風(fēng)險(xiǎn)。
因?yàn)槭謾C(jī)的支持度不同，國(guó)內(nèi)車(chē)廠目前青睞采用多模定位。左邊兩個(gè)圖是常見(jiàn)的藍(lán)牙RSSI方案。中間是常見(jiàn)的UWB多錨點(diǎn)方案。右邊是我們公司建議的少錨點(diǎn)UWB-AOA方案。如果想要比較好的藍(lán)牙解閉鎖體驗(yàn)，就用右二的方案。想要更好的性?xún)r(jià)比，就用右一。 從最左邊的藍(lán)牙鑰匙，升級(jí)到最右邊的UWB鑰匙，還可以去掉原車(chē)的PEPS高低頻天線，總體成本并沒(méi)有提升，同時(shí)新增了倉(cāng)內(nèi)兒童檢測(cè)雷達(dá)的功能。 圖里藍(lán)色芯片還可以換成同時(shí)支持藍(lán)牙5/藍(lán)牙6或星閃的多模芯片。
最后做個(gè)總結(jié)，我們推薦少錨點(diǎn)的UWB-AOA數(shù)字鑰匙與雷達(dá)方案。用單車(chē)2個(gè)UWB-AOA錨點(diǎn)作為主力定位錨點(diǎn)，對(duì)存量和未來(lái)都越來(lái)越多的UWB手機(jī)提供最佳定位效果。同時(shí)搭載至少1顆藍(lán)牙5/6/星閃芯片，讓沒(méi)有UWB的其它手機(jī)也都能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的數(shù)字鑰匙功能。這樣用最低成本可以支持全球市場(chǎng)可用的UWB鑰匙，附加兒童存在檢測(cè)雷達(dá)。全跡UWB-AOA技術(shù)可以顯著降低傳統(tǒng)UWB數(shù)字鑰匙的成本，并保持多功能不變。
