2021智慧泊車與AVP技術(shù)交流論壇上，四川中電昆辰科技有限公司董事長朱曉章發(fā)表了《車載UWB節(jié)點的PEPS和AVP雙功能設(shè)計與應(yīng)用》主題演講。

以目前各家車廠和手機廠的新產(chǎn)品發(fā)布信息來看，UWB定位技術(shù)作為PEPS的量產(chǎn)部件上車已經(jīng)變成確定的現(xiàn)實。什么是PEPS？感應(yīng)鑰匙即PEPS的一種，攜帶感應(yīng)鑰匙去拉車門，車門會自動解鎖；按點火開關(guān)，車會自動點火。以前的PEPS采用125KHz LF+RF或者藍牙實現(xiàn)，從2020年8月25日 IEEE 802.15.4z UWB協(xié)議定稿開始，UWB開始變成PEPS的共識標準，并且?guī)缀跛兄鳈C廠和手機廠都加入了Car Connectivity Consortium來確認這個共識。這也就意味著在今明兩年的新車和新手機上，都會內(nèi)置UWB收發(fā)部件，來承擔PEPS功能，同時，這個部分也可以把它用來做AVP的定位。中電昆辰是業(yè)界首次利用4z協(xié)議完成了TDoA高精度定位的UWB技術(shù)與服務(wù)商，我們在車端做了一個雙功能UWB節(jié)點，同時支持 UWB PEPS功能和AVP的高精度TDoA定位。

AVP商業(yè)應(yīng)用——各方落地條件與挑戰(zhàn)

AVP的商業(yè)應(yīng)用需要“端、車、場、圖”四個主要的參與方，端是指手機端或服務(wù)器端，幾者之間都通過云或者公共網(wǎng)絡(luò)連接起來，各部分要能夠滿足如下的落地條件，AVP就可以商業(yè)落地交付。端就是移動端、用戶和車主，交互和支付接口都已經(jīng)成熟，可以認為已經(jīng)滿足落地條件。圖中標記綠色的部分都被認為技術(shù)成熟或者沒有技術(shù)難度，包括車端自動駕駛方案，經(jīng)過全球四五年來上百億計的資金投入，讓一輛車在停車場環(huán)境里動起來并不難，但是如果涉及到政策、法律、法規(guī)和保險的合規(guī)，以及某一個停車場尤其是公共停車場，包括醫(yī)院、火車站的停車場，是否允許無人駕駛車輛運行，這是商業(yè)落地面臨的必然挑戰(zhàn)，所以“車”這部分的落地條件只差政策許可，可是政策許可往往觀望后面的停車場和地圖的建設(shè)情況。

關(guān)于“場”，高精度定位、車位動態(tài)更新、場地運營許可，三者缺一不可。場端如何做高精度定位，不管是強場端方案的場遙控車，還是智能車+聰明場的車場協(xié)同方案，場端定位設(shè)施的建設(shè)都涉及到技術(shù)和成本挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計，中國非常有價值的公共停車場，包括商超綜合體、三甲醫(yī)院、政府大樓和機場高鐵站，加起來有兩三千個，如果不能把場端定位的建設(shè)成本做到足夠的合理，這么大范圍的建設(shè)就很難真正商業(yè)化落地。緊接著要把這些建成網(wǎng)連起來還面臨著挑戰(zhàn)，所有建了高精度定位網(wǎng)絡(luò)的停車場都需要地圖，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和地圖測繪可以是同步進行的，整體成本都要合理，總體社會成本才能足夠低。找到低成本的、高質(zhì)量的高精度定位技術(shù)，這部分商業(yè)落地的技術(shù)成本挑戰(zhàn)就解決了。

我今天跟大家分享的就是停車場場端定位的這部分技術(shù)成本挑戰(zhàn)，我們已經(jīng)完全有信心和有機會把它交付出來了。怎么做的呢？我們仔細分析這幾者之間，車、端、場、圖怎么連接？首先手機和車輛，如果大家最近幾年買車很多都可以用手機APP打開自己的車門，來進一步的把車點火開走，這就是用BLE藍牙的PEPS協(xié)議。場端定位是定位一輛車或者說車依賴于場端基礎(chǔ)設(shè)施的幫助定位來定位車輛自己，必然要建立車和場之間的連接，這段連接最好就是在本地，最好就是車和停車場內(nèi)的場端設(shè)備的互動，如果這條連接的建設(shè)成本低、技術(shù)標準化、定位性能好、兼容手機端，不光能定位終端，車主的手機也能定位，就把場端定位的技術(shù)成本挑戰(zhàn)解決了。

伴隨著去年IEEE 802.15.4z UWB協(xié)議的定稿，幾乎所有手機廠和汽車廠都加入了CCC聯(lián)盟和FiRa聯(lián)盟，符合這個標準的手機、汽車都會內(nèi)置UWB收發(fā)器，具有高精度定位和測距的能力。我們應(yīng)該擁抱這個標準，這個標準直接打通了從停車場的場端定位網(wǎng)絡(luò)到車身再到手機這條完整的信息鏈。為什么UWB的兩個聯(lián)盟能整串打通呢？我們來看看聯(lián)盟的成員都是誰，看看這兩個聯(lián)盟的聯(lián)盟成員，這還僅僅是一部分成員，每天去他們的官網(wǎng)上看都在增加。CCC聯(lián)盟的主打技術(shù)從最早的車鑰匙、藍牙進化到現(xiàn)在的UWB，一直里面都是車企和手機企業(yè)。FiRa聯(lián)盟還包括更多的泛智能終端的廠家，例如智能門鎖和智能家居，以及BOSCH這類Tier 1供應(yīng)商。大家主要的目的就是讓車和手機之間能夠通過UWB實現(xiàn)連接。更進一步的，如果車上已經(jīng)有了UWB設(shè)備，除了可以讓車輛和手機相互定位之外，還可以和停車場內(nèi)安裝的UWB定位設(shè)備連接來定位車輛自身。在座的各位專家的手機里面很多已經(jīng)內(nèi)置了這樣的芯片，iPhone11開始就內(nèi)置符合IEEE802.15.4z的協(xié)議的U1芯片，三星Note 20 Ultra和2021年全系列都內(nèi)置UWB芯片。小米和OPPO已經(jīng)發(fā)布新聞，蔚來的ET7發(fā)布會也展示了內(nèi)置UWB收發(fā)器，在座的華為同事也跟我們確認，將來手機里面用4z協(xié)議的UWB芯片是確定的。

蘋果有公布過這樣一個專利，如果在車身上放幾個UWB天線，就能夠用車身來定位手機，反過來，如果在墻上放一些UWB的基站，靠車身的點是不是就能夠接收信號計算車體的位置了？事實上我們就是這樣做到的。

從芯片的角度來講，NXP推出了NCJ29D5，這是汽車廠目前唯一可用的車規(guī)級UWB芯片，再往下看還有BOSCH，這兩張PPT是我從BOSCH官網(wǎng)拿過來的，表明了BOSCH認為PEPS方案里面也會由UWB和BLE聯(lián)合在一起實現(xiàn)這個功能。從這來看我們就知道了，其實UWB上車和UWB進入手機已經(jīng)是確定的趨勢了，UWB將會是手機和汽車之間連接的橋梁。可以傳輸數(shù)據(jù)，可以傳輸授權(quán)，最重要的是在做通訊的同時還可以精確地測量二者之間的距離。

我們就來設(shè)計一個PEPS和AVP的雙功能節(jié)點，我們看一下不同Tier1的PEPS不同車載節(jié)點參考，比如左邊這個車身上布局了五個UWB節(jié)點，有兩個是在車燈，兩個是在尾燈，這個可能乘員艙里面還有兩個BLE節(jié)點，用這5個藍色的UWB節(jié)點，就可以把用戶的手機或者傳統(tǒng)的手持鑰匙定位出來。當人靠近這輛車的時候這幾個節(jié)點一起計算，車主從哪個方向靠近的，靠近的是駕駛門、副駕駛門，還是行李艙門，哪個門該解鎖，哪個門一伸手就能解鎖，這些都是靠這個來實現(xiàn)的。

它們共同的特點是：車身內(nèi)部和外部部署了多個標準的IEEE802.15.4z的UWB收發(fā)節(jié)點，只要是符合這個標準的收發(fā)節(jié)點，它應(yīng)該就能夠接收符合4z協(xié)議的UWB信號，不論是來自于手機還是來自于車主的鑰匙，還是來自于停車場的UWB基站，因為UWB是全球統(tǒng)一的國際標準了。車身上的這么多UWB節(jié)點所收到的UWB報文，目前都會在集中在一個處理器上綜合計算，可能是這些車的中央網(wǎng)關(guān)，也可能是它們的自動駕駛域控制器，有一個CPU會收集這些節(jié)點收到的UWB報文，一起做計算，像右側(cè)圖中BCM就在做這個計算。

比如這是我們客戶車的布局圖，它采用了前大燈和尾燈放置四個UWB PEPS節(jié)點，全玻璃的車頂?shù)谖鍌€UWB節(jié)點，這個節(jié)點既可以接收車內(nèi)的UWB信號，也能接收車外的UWB信號，我們就在第五個節(jié)點上面做雙功能。好處是什么？首先車身上的UWB收發(fā)器有5個，是誰花的錢？不是自動駕駛部門花的錢，這個量產(chǎn)部件的預(yù)算不是自動駕駛部門爭取來的，是PEPS部門的同事爭取來的，因為車總是要有UWB PEPS感應(yīng)鑰匙功能。我們利用第五節(jié)點的UWB收發(fā)器硬件，接收停車場UWB基站的高精度定位信號，增加了這個車執(zhí)行AVP時的高精度定位能力，但是沒有增加額外的硬件成本。

同時，PEPS和AVP這兩個功能、性能完全不妥協(xié)。怎么做到的？我們看當它工作在PEPS模式下的時候，這個第五節(jié)點所收到的來自手機或者車鑰匙的測距報文和另外四個節(jié)點的報文一起送到中央網(wǎng)關(guān)或域控制器，去做鑰匙和手機位置的計算，以及是否可以開門的整套協(xié)議。但是當這輛車進入AVP模式的時候，第五節(jié)點就開始不斷地接收在停車場里鋪設(shè)的UWB基站播發(fā)的符合4z協(xié)議的UWB報文。這個報文所包含的信息類似露天狀態(tài)下收到的衛(wèi)星定位信號一樣，這些UWB定位報文被送到定位計算盒子里，計算出車輛在地庫內(nèi)的坐標并發(fā)給自動駕駛控制器。由于我們這個第五節(jié)點本身的射頻性能會比普通的UWB PEPS節(jié)點要好，要應(yīng)對更復(fù)雜的場景，所以當它工作在PEPS模式下的時候也完全滿足PEPS的需求。我們這個支持不低于50米以外的路側(cè)以及場端UWB基站所發(fā)的信號。

大家肯定更進一步想了解我們在場端做了什么，我們?nèi)绾伟?z協(xié)議的標準做到停車場端，最關(guān)鍵的就是這些固定站，每個站都在用IEEE802.15.4z這個協(xié)議的報文互相進行通信，每個站之間都在不斷地通信，它們不斷地在匯報自己的高精度時鐘，播發(fā)自己當前的時刻以及觀測到的周圍其他基站的時刻，實現(xiàn)了各個站之間皮秒級（10的負12次方秒）的同步。固定站之間互相同步時鐘的報文，加上每個固定站在停車場里面精確的坐標，這兩種信息加起來就可以被移動站（車載UWB接收機）收到，就可以精確車身坐標了。凡是符合4z協(xié)議的設(shè)備，不僅僅是汽車，還有手機，如果手機打開4z的芯片也能收到我們的報文，也能算出自己的坐標。

這張UWB定位網(wǎng)不僅僅可以給車提供服務(wù)，也可以給我們的手機提供服務(wù)，這張網(wǎng)不僅可以鋪設(shè)在地下車庫給AVP車輛提供服務(wù)，也可以用在衛(wèi)星信號不好的場景，例如高架橋、隧道、下穿立交。固定站之間不需要實現(xiàn)有線的數(shù)據(jù)連接，分別供電就可以了。這個應(yīng)用場景比較廣，UWB在物理層的協(xié)議已經(jīng)由IEEE協(xié)會完成了國際標準的統(tǒng)一，在應(yīng)用層已經(jīng)形成了兩大聯(lián)盟，CCC聯(lián)盟和FiRa聯(lián)盟，并且成員的重疊性非常高，都是車廠和手機廠。UWB技術(shù)在這個場景下為車輛提供低成本、高精度的定位，其實就已經(jīng)走到大家的眼前了，這個技術(shù)成本挑戰(zhàn)已經(jīng)達成了。

我們更進一步的不僅僅做地下的定位，我們還把衛(wèi)星定位做了融合，做成室內(nèi)外融合定位盒子，這里面有衛(wèi)星定位的RTK模組、室內(nèi)定位UWB模組，一起坐標融合之后直接給到車身，可以直接支持不管是AVP級別的還是車位導(dǎo)航級別的應(yīng)用。

這是我們做過的一些測試，RTK部分是由ST8100完成的。這輛車在室外用RTK定位，拐了個彎拐下坡道，坡道的時候衛(wèi)星信號丟掉了，由UWB接手繼續(xù)定位，進到地下車庫完全由UWB進行定位計算，根據(jù)客戶車身CAN總線的負載率限制UWB以30Hz刷新率輸出，其實可以輸出到最高200Hz。車輛在地下車庫拐個彎，在車位挪幾次車再開出地庫，回到衛(wèi)星區(qū)域，這是地下車庫從外到內(nèi)、從內(nèi)到外的完整的數(shù)據(jù)。

我們?nèi)绻堰@個站裝到高速路的隧道里怎么樣？沒有衛(wèi)星的區(qū)域我們都可以利用低成本的方式讓車計算自己的位置，我們跑過三個時速的測試，60、80、120公里每小時。三個誤差矢量圖可以看到，車的行進方向向上。圖示是X方向（車身左右）和Y方向（車身前后）的逐次定位誤差分布圖，沿車的行進方向并沒有出現(xiàn)誤差點向車尾方向（Y軸負方向）的偏移，這套系統(tǒng)的實時性很好，120公里的時速對定位性能幾乎沒有影響。如果要是系統(tǒng)實時性不夠好的話，可以想像每次測算得到的坐標都應(yīng)該向車尾方向偏移，但是從圖中的數(shù)據(jù)看來，93%的點都在真值十厘米以內(nèi)，這是一個非常好的高速下面實時性的驗證。

最后一個環(huán)節(jié)是我們商業(yè)化思考。我們面對的三個挑戰(zhàn)，第一是政策和許可挑戰(zhàn)，保險有沒有政策，商業(yè)停車場允不允許這樣的車跑。第二個是技術(shù)成本的挑戰(zhàn)，場端定位的技術(shù)成本挑戰(zhàn)，我們用UWB定位解決了技術(shù)成本挑戰(zhàn)。第三個我們怎么去推廣覆蓋。一起分析可以看出，面對技術(shù)成本挑戰(zhàn)，UWB的車端硬件上車已經(jīng)不用額外付出硬件成本了，可以復(fù)用PEPS節(jié)點車載硬件。

當然，要用這個PEPS硬件計算我們場端UWB基站發(fā)出的信號，也是需要鑒權(quán)的，當年蘋果的iBeacon室內(nèi)定位可能在座的朋友很多都知道，為什么生態(tài)沒有起來，就是因為協(xié)議上沒設(shè)計好，沒辦法鑒權(quán)認證，沒有人愿意去鋪iBeacon。我們用4z協(xié)議做成自動駕駛級別的高精度定位的這張網(wǎng)，還要面對主機廠對我們的ASIL B等級的挑戰(zhàn)，這張UWB定位服務(wù)網(wǎng)背后的技術(shù)非常復(fù)雜，就像RTK服務(wù)商建設(shè)了地面增強站之后收取高精度定位服務(wù)費一樣，我們在車身上的UWB解算軟件會有小額的license和NRE費用。

接著看場端的建設(shè)成本，可以先看到高亮的綠色文字，低于一家奶茶店的加盟費用，對于一個典型的商超綜合體，大幾百個車位的地庫，并且不光覆蓋了UWB場端基站，還包含基站的供電和數(shù)據(jù)網(wǎng)，以及采集車位動態(tài)信息的攝像頭和處理器都放進去，形成“高精度的車輛定位、車位的動態(tài)更新”關(guān)鍵服務(wù)的支撐硬件系統(tǒng)，加上施工所需的輔材和人工、第一年的運維費用全部合計，百分之百覆蓋也就是這個數(shù)，低于一個奶茶店的加盟費用。

更何況如果我們跟合作伙伴合作，可能車位信息這部分是不需要的，可能合作伙伴直接可以提供它的常駐施工人員來進行網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)和施工架設(shè)，最終真正落實到UWB場端基站成本上來講是遠低于這個數(shù)的。如果說我們再進一步做個ROI的投入回報測算，假設(shè)如果年度訂閱，按某輛新車銷往C城市，車主買地下車庫的高精度定位和地圖服務(wù)，支持AVP功能，我們假設(shè)他只訂閱本地車庫的服務(wù)包（考慮用車習慣，一般大家的私家車都在本地使用），這個服務(wù)包里面包含了3sigma 10cm的高精度UWB定位服務(wù)、空車位秒級動態(tài)更新、AVP高精度地圖的實時推送（地圖來源可以多樣化）。

同時這張網(wǎng)絡(luò)還支持符合4z UWB協(xié)議的手機，如果用戶手機也是帶UWB的安卓手機，手機也能在地庫里進行定位。假設(shè)新車AVP訂閱覆蓋率是5%，次年覆蓋率是50%，根據(jù)ROI測算結(jié)果，覆蓋大型城市70%商超地圖的投入兩年內(nèi)就可以收回投資。兩年就能ROI的事聽上去挺誘人的，為什么能做到這個效果，就是采用了標準的UWB無線協(xié)議，低廉的建設(shè)成本和高質(zhì)量的定位數(shù)據(jù)，它能夠為我們AVP不論是純場端方案還是車場協(xié)同方案，解決技術(shù)成本的挑戰(zhàn)，在定位上解決技術(shù)成本的挑戰(zhàn)。有這么好的位置數(shù)據(jù)來源，大家都可以放心大膽的把單車智能的AVP功能往公眾停車場這類復(fù)雜的地方跑起來了。

我們的生態(tài)路線可以給大家分享，2017年到2020年，橫軸是生態(tài)發(fā)展的時間軸。縱軸是建設(shè)的參與方，運營方、物業(yè)方、主機廠和我們。2017年到2020年，我們在車端跟主機廠上汽做了車型的量產(chǎn)開發(fā)，當時上汽車型配套的停車場都是上汽的自持物業(yè)，他們既是OEM車廠也是物業(yè)方，AVP功能的定位服務(wù)是我們提供。從去年開始，合作范圍迅速擴大，在停車場方面，我們跟地方政府的智能駕駛相關(guān)物業(yè)方做了合作，這些項目在做的業(yè)內(nèi)人士都知道，比如各種示范區(qū)項目，合作伙伴包括運營方和物業(yè)方。

從今年開始，我們在上海建成了公開的停車場，成都、北京、廣州這些城市我們都會開建公共停車場的覆蓋，大家都能把車開下去測的停車場，我們與合作伙伴一起去溝通物業(yè)，自己來當運營方來做先行先試的停車場。乘用車這邊我們上了多款新車，基本2021年上市的帶有UWB PEPS的車型都可以用停車場的服務(wù)了，都能夠在我們覆蓋了的地庫里計算高精度定位坐標。

場端運營這邊我們有一家正在籌備中的合資公司，來去做一些停車場的投資建設(shè)，還有某地文旅發(fā)展集團一起來參與，用的都是國際標準的UWB技術(shù)方案。從2021年往后，也就是今天想給大家非常重要的信息，我們希望在運營方能有更多的AVP共建伙伴，這些潛在的伙伴包括：停車場服務(wù)運營商、地產(chǎn)商和商超業(yè)主、OEM、自動駕駛方案商、地圖商、地方政府基金都可以共建，一起建設(shè)能夠支持L4級別的高精度室內(nèi)定位網(wǎng)絡(luò)，一起當這張網(wǎng)絡(luò)的運營商。全國2500個高價值地庫的持有方或者停車場經(jīng)營方都可以來參與。

這張地庫高精度定位網(wǎng)絡(luò)，可以給自動駕駛車輛支持AVP功能，也可以給非自動駕駛的車輛提供精確的車位車庫導(dǎo)航。

全國每個停車場大家都跟我們一起投入，也可以按單個城市某一個合作伙伴，在一個城市里資源非常多，那我們就在這個城市合作共建，也可以按項目合作共建。對于合作伙伴，我們會透明建設(shè)成本，我們把每一分錢都給大家呈現(xiàn)出來，這個停車場是怎么建的，大家按比例投入現(xiàn)金。如果伙伴的場地資源非常好，我們來出錢，您那邊用場地資源可以跟我們做等效現(xiàn)金投入，最后收到高精度地位的服務(wù)費我們按比例分成。

AVP是最具有商業(yè)化落地的可能的自動駕駛功能，我們已經(jīng)把場端定位的技術(shù)成本挑戰(zhàn)突破了，還有一套符合商業(yè)邏輯的停車場建設(shè)方案，技術(shù)方案、商業(yè)合作方式方案、背后的經(jīng)濟賬全部算清楚的情況下，AVP車場協(xié)同方案的商業(yè)落地已經(jīng)近在眼前了。謝謝大家！

原文標題：中電昆辰丨車載UWB節(jié)點的PEPS和AVP雙功能設(shè)計與應(yīng)用

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