新能源汽車毫無懸念地成為了2023年的熱點詞之一。據統計,2023年第一季度新能源汽車的市場滲透率已經超過30%;出口貿易領域,更是在全球獨領風騷!
圖表源自中國汽車工業協會-統計數據
同時,更具科技感智能座艙,倍受年輕人的追捧;手機控制的門鎖,也標志著新一代的鎖止系統(車鑰匙)閃亮登場。
對于傳統燃油車車主來說,車鑰匙就是那個和薄荷糖盒大小差不多,其貌不揚的家伙;而對于新能源車車主來說,它還可以是手機+App,以及背后那些各種無線技術和協議的有機組合。
先做個
小型調研
● 傳統的遙控鑰匙(RKE: Remote Keyless Entry;PKE:Passive Keyless Entry)
RKE是今天大多數有車族使用的主動式遙控鑰匙技術,平均每輛機動車標配2把,這也是目前眾多新能源汽車的標配。這種系統由鑰匙發射模塊和車內接收模塊組成,當你按下車鑰匙的開鎖鍵后,鑰匙內的無線發射器向車內的接收器發送一串數字信號,信號在接收端經過解調解碼后,通過控制單元控制響應的傳動機構,打開或關閉車門。
RKE/PKE工作在ISM頻段,通常在315 MHz或433 MHz 頻段,車輛密鑰信息采用FSK(常見2-FSK)或GFSK調制加載到載波上進行傳送。這是一種成熟的技術,然而成熟不代表簡單,適量的射頻測試仍然是保證遙控鑰匙質量的必經過程,以確保遙控車鑰匙的品質:
?
是否工作在正確的頻點,且在可控誤差范圍之內
?
是否能達到設計要求的發射功率
?
是否能達到設計要求的FSK調制頻偏
在頻譜模式下,利用trace
最大保持和marker讀取FSK調制頻偏
這是我們在是德科技N9321C/N9322C 基礎型頻譜分析儀上觀測到的頻譜特性。這類頻譜儀有一個秘密武器:專門針對這類低速率無線數據傳輸模塊的一鍵式綜合測量解決方案,可以將這類遙控鑰匙的測試做得多、快、好、省。
在N9321C頻譜分析儀的
DMA解調模式下,得到全部的數據
●第三代數字鑰匙
伴隨著新能源汽車的快速發展和對科技感的不懈需求,數字鑰匙這個概念已由第一代的NFC、第二代的藍牙,到了2021年CCC(Car Connectivity Consortium)全球車聯聯盟發布了汽車數字密鑰3.0規范,明確了第三代數字鑰匙是基于UWB/Bluetooth,以及NFC技術的互聯方案。
從使用者層面看,數字鑰匙是一項創新的品類,它把實體鑰匙轉化成了以手機以及應用程序為代理的虛擬鑰匙;從技術層面看,它則是一系列技術和協議的有機整合。其工作流程大致如下:
1.
80米范圍內可以先用車內藍牙模塊掃描手機,進行藍牙連接和身份認證、藍牙粗略測距,同時喚醒UWB功能。
2.
10-20米范圍 UWB 啟動定位和測距功能。
3.
在3-10米的范圍內設置為迎賓區,可觸發車輛進行迎賓功能的車燈打開或者喇叭提示方便車主找車;走到距車 6 米的距離時,車內照明自動開啟。
4.
當走到 1-3 米的范圍內可以設置為解鎖區,可自動解鎖車門,自動調節座椅高度,后視鏡折疊自動開啟。
5.
當車主進入到車內,車內UWB錨點掃描到手機UWB信號時,按下啟動鍵可以實現車輛的啟動(掃描不到則無法啟動)。
通過對CCC定義的第三代數字鑰匙的解讀,我們可以大致歸納出以下幾個使用場景:
?
大量用戶大概率上會使用到手機藍牙,或藍牙+UWB這種組合方式解鎖車門
?
當手機電量不足時,手機上的NFC標簽會成為補救解鎖方式
?
手機App-云端解鎖和傳統的RKE遙控鑰匙成為備用解鎖方式
●UWB(ultra-wide band)
近年UWB以越來越頻繁的節奏出現在汽車電子和消費類電子領域內。這是一種超低功耗、短距離無線技術,可用于傳輸數據并捕獲準確的位置和方向信息。它可以在10米半徑范圍內為無線個人區域通信提供高達1Gbit/s的數據速率,并在短距離(10-15米)內提供發射器和接收器之間的厘米級位置信息,其定位和測向能力比藍牙和Wi-Fi準確得多。在第三代數字鑰匙的定義里,UWB和藍牙技術的配合,為我們提供流暢舒適的無感門禁體驗。
●工作頻率和帶寬
UWB技術主要在 3.1 至 10.6 GHz 的寬頻率范圍內運行,信道帶寬超過 500 MHz。它使用基于脈沖模式的無線電技術,發送寬度為幾納秒的短脈沖。由于該技術可用的頻譜很廣,因此可以非常快速地發送脈沖數據。寬帶寬還允許它具有低功率譜密度,從而最大限度地減少對在同一頻段運行的其他技術的干擾。我國工信部無線電管理局在今年2月發布的UWB新規征求意見稿中提出將UWB涉及的全頻段內的頻譜密度限制在 -41dBm/MHz之內,在與5G或WiFi6重疊的頻段將帶外發射功率限值限制在-51 dBm/MHz之內。
UWB信道# |
中心頻點(MHz) |
帶寬 |
地區或國家 |
0 |
499.2 |
499.2 |
美國 |
1 |
3494.4 |
499.2 |
美國,歐洲 |
2 |
3993.6 |
499.2 |
美國,歐洲,中國,日本,韓國 |
3 |
4992.8 |
499.2 |
美國,歐洲,日本,韓國 |
4 |
3993.6 |
1331.2 |
美國,歐洲 |
5 |
6489.6 |
499.2 |
美國,歐洲,中國 |
6 |
6988.8 |
499.2 |
美國,歐洲,中國 |
7 |
6489.6 |
1081.6 |
美國 |
8 |
7448 |
499.2 |
美國,歐洲,中國,韓國 |
9 |
7987.2 |
499.2 |
美國,歐洲,中國,日本,韓國 |
10 |
8486.4 |
499.2 |
美國,歐洲,中國,日本,韓國 |
11 |
7987.2 |
1331.2 |
美國,日本,韓國 |
12 |
8985.6 |
499.2 |
美國,日本,韓國 |
13 |
9494.8 |
499.2 |
美國,日本,韓國 |
14 |
9984 |
499.2 |
美國,日本,韓國 |
15 |
9484.8 |
1354.97 |
美國,日本,韓國 |
從工信部發布的UWB新規征詢意見稿中,我們還可以看到,相對于早期于2008年發布的版本,2023版對UWB設備提出了更嚴格的要求。例如,增加了帶外發射功率限制的要求,細化了雜散測試的限值要求等。
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?
信道功率
?
占用帶寬
?
平均功率譜密度
?
最大峰值功率
?
發射雜散
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原文標題:智能化汽車的守門神,數字車鑰的無線技術
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