無鑰匙≠無感知：UWB技術(shù)如何重新定義人車交互邊界

超寬帶（UWB）技術(shù)作為典型的"軍轉(zhuǎn)民"創(chuàng)新案例，其發(fā)展歷程映射了現(xiàn)代科技從軍事機(jī)密走向普惠民生的演進(jìn)路徑。該技術(shù)起源于20世紀(jì)60年代的脈沖通信研究，早期因獨(dú)特的寬頻帶特性（覆蓋數(shù)Hz至數(shù)GHz）和低功率譜密度（等效于環(huán)境噪聲水平），被美軍用于高精度雷達(dá)探測(cè)與隱蔽通信系統(tǒng)。在冷戰(zhàn)結(jié)束后，隨著全球技術(shù)解禁浪潮，UWB開始向民用領(lǐng)域滲透：1990年代，科研機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)其納秒級(jí)脈沖調(diào)制特性不僅能實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位精度，還可通過全數(shù)字化架構(gòu)顯著降低設(shè)備成本，這為商業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

2002年2月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）的批準(zhǔn)成為關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其劃定了3.1-10.6GHz專用頻段，并將發(fā)射功率嚴(yán)格限制在1mW以下，既保障了與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的兼容性，又釋放了短距高速傳輸潛力（10米內(nèi)可達(dá)500Mbps以上）。此后全球標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程加速推進(jìn)，IEEE 802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層脈沖調(diào)制方式，歐洲計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì)（ECMA）則規(guī)范了MAC層協(xié)議，而2019年成立的FiRa聯(lián)盟更聚焦消費(fèi)電子場(chǎng)景，推動(dòng)UWB與5G物聯(lián)網(wǎng)的深度融合。

如今UWB正從專業(yè)領(lǐng)域向大眾消費(fèi)市場(chǎng)延伸。除了以Apple為代表的手機(jī)和可穿戴設(shè)備之外，另一個(gè)UWB設(shè)備正在大展身手的領(lǐng)域是車鑰匙。這篇文章就同大家一起看看UWB與車鑰匙能碰撞出怎么樣的火花。

上文中提到，UWB精度很高，可以達(dá)到厘米級(jí)定位，那么UWB是如何做到的呢？不同于傳統(tǒng)藍(lán)牙的AoA，也就是到達(dá)角測(cè)距，UWB的定位核心原理主要有兩個(gè)，一個(gè)是ToA，到達(dá)時(shí)間測(cè)距，還有TDoA，到達(dá)時(shí)間差定位。

ToA作為典型的圓交匯定位法，其數(shù)學(xué)模型依托三維空間中的球面交匯原理。在二維定位場(chǎng)景中，至少需要三個(gè)定位基站構(gòu)成測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)基站通過測(cè)量電磁波從標(biāo)簽到基站的傳播時(shí)間（ToF），乘以光速得到距離觀測(cè)值。這三個(gè)觀測(cè)值分別以基站為圓心繪制半徑，理論上三個(gè)圓的交點(diǎn)即為標(biāo)簽坐標(biāo)，就如下圖所示。

但是，這種測(cè)距方法有著諸多問題需要面對(duì)，首當(dāng)其沖的便是標(biāo)簽與所有基站需要維持亞納秒級(jí)時(shí)鐘同步，否則1ns的時(shí)間誤差將導(dǎo)致0.3米的測(cè)距偏差。在蜂窩通信場(chǎng)景中，基站需配置GPS/北斗授時(shí)模塊或原子鐘實(shí)現(xiàn)同步，但民用設(shè)備往往難以滿足；其次，標(biāo)簽需與每個(gè)基站進(jìn)行"請(qǐng)求-響應(yīng)"式雙向通信，導(dǎo)致系統(tǒng)容量受限。當(dāng)并發(fā)標(biāo)簽數(shù)超過信道容量時(shí)（如UWB系統(tǒng)約支持1000個(gè)/秒），將引發(fā)通信碰撞和定位失??；最后，單次定位需完成三次握手通信，使標(biāo)簽功耗較單向通信方案增加300%以上，嚴(yán)重制約物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的續(xù)航能力。

相較之下，在目前的工程實(shí)現(xiàn)中，多以TDoA到達(dá)時(shí)間差定位為原理來實(shí)現(xiàn)UWB定位。作為雙曲線交匯定位法的典型實(shí)現(xiàn)，其核心原理在于通過信號(hào)到達(dá)多基站的時(shí)間差構(gòu)建雙曲線方程組求解目標(biāo)位置。在二維定位場(chǎng)景中，系統(tǒng)需部署至少四個(gè)定位基站構(gòu)成定位網(wǎng)絡(luò)，通過測(cè)量標(biāo)簽發(fā)射的UWB信號(hào)到達(dá)每對(duì)基站的時(shí)間差（ΔT），將其轉(zhuǎn)換為距離差（ΔD = c·ΔT，c為光速）后，每?jī)山M基站可生成一條雙曲線，四條雙曲線的唯一交點(diǎn)即為標(biāo)簽坐標(biāo)（如下圖所示）。

相較于ToA來說，標(biāo)簽僅需單次廣播UWB脈沖信號(hào)（脈寬約2ns），無需與基站進(jìn)行雙向握手通信，使得標(biāo)簽功耗降低80%以上；而單次廣播機(jī)制避免了信道競(jìng)爭(zhēng)，配合TDMA時(shí)隙分配策略，單基站每秒可處理5000個(gè)以上標(biāo)簽的定位請(qǐng)求，系統(tǒng)容量較TOA提升10倍。因此，如今的UWB數(shù)字車鑰匙也是多采用這種技術(shù)，就比如特斯拉Cybertruck采用四基站TDOA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)數(shù)字鑰匙定位。

那么再了解了UWB的基本原理之后，另一個(gè)問題隨之而來：UWB數(shù)字鑰匙能給我們帶來什么和以往不一樣的用車體驗(yàn)?zāi)兀?/span>

在我國(guó)前幾年各大手機(jī)廠商、智能設(shè)備制造商的努力下，無數(shù)手機(jī)、智能手表設(shè)備都加入了UWB功能。結(jié)合上手機(jī)等設(shè)備原本就有的藍(lán)牙、NFC等等技術(shù)直接形成定位技術(shù)矩陣，在較遠(yuǎn)的地方可以先進(jìn)行藍(lán)牙連接，進(jìn)行身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)交互，并進(jìn)行粗略的定位。當(dāng)車主靠近到UWB的范圍內(nèi)（10米左右），開啟錨點(diǎn)的UWB的測(cè)距功能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的定位。這時(shí)手機(jī)就會(huì)成為上文中提到的“標(biāo)簽”，被汽車中四個(gè)不同位置的UWB“基站”發(fā)現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)精確定位。不僅能實(shí)現(xiàn)只用一臺(tái)手機(jī)無需車鑰匙即可解鎖車輛，還能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全新的無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)：在接近車輛時(shí)，根據(jù)距離車輛會(huì)自動(dòng)首先開啟迎賓燈，然后隨著距離的接近，會(huì)自動(dòng)調(diào)整座椅位置等，然后靠近車門時(shí)，則自動(dòng)解鎖；當(dāng)遠(yuǎn)離車輛時(shí)，也能夠自動(dòng)根據(jù)位置變化來自動(dòng)鎖車。解決車輛電子鑰匙中繼攻擊的安全漏洞。

有著種種優(yōu)勢(shì)的UWB數(shù)字鑰匙自2021年被蔚來ET7首發(fā)搭載以來，已經(jīng)有越來越多的車企加入到了UWB數(shù)字車鑰匙的行列，2023年，吉利極氪、比亞迪騰勢(shì)D9、問界、特斯拉等等企業(yè)紛紛加入U(xiǎn)WB數(shù)字車鑰匙功能，業(yè)界稱之為“UWB數(shù)字鑰匙落地元年”。

根據(jù)高工智能汽車研究院的數(shù)據(jù)，2024年1月至9月間，中國(guó)市場(chǎng)乘用車前裝標(biāo)配UWB數(shù)字鑰匙的交付量達(dá)到了79.76萬輛，同比去年激增338%，顯示出該市場(chǎng)的強(qiáng)勁增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在車型價(jià)格分布上，30萬以上的高端車型依然是UWB數(shù)字鑰匙的主要搭載領(lǐng)域，占比約55%，但20-30萬價(jià)格區(qū)間的車型搭載量增長(zhǎng)尤為顯著，其中20-25萬價(jià)格段的車型增幅超過838%，20萬以下車型的搭載量也有顯著增長(zhǎng)，盡管當(dāng)前占比僅為4%，但同比去年的搭載量增幅達(dá)到了10倍?。

目前，阻礙UWB數(shù)字車鑰匙在市場(chǎng)上快速鋪開的最大阻礙還是老生常談的價(jià)格因素（UWB車型普遍要30萬元人民幣以上），藍(lán)牙成本要低于UWB。在汽車行業(yè)“降本增效”的主旋律下，第一代數(shù)字鑰匙方案基本上采用五六個(gè)基站，成本高昂，一套UWB數(shù)字鑰匙的成本在1000元人民幣，這顯然阻止了搭載了UWB數(shù)字鑰匙的車型下探到中低端市場(chǎng)。

但是隨著UWB技術(shù)的種種優(yōu)勢(shì)和今年UWB技術(shù)的近一步成熟，UWB方案的基站可能會(huì)下降到2-3個(gè)，單車成本可能已經(jīng)下降到500元以下，因此，今年極有可能是UWB技術(shù)“井噴”的一年。展望未來，預(yù)計(jì)到2026年，UWB汽車在汽車總出貨量中的占比將達(dá)到15%；到2030年，將達(dá)到40%。

從冷戰(zhàn)時(shí)期的軍用雷達(dá)技術(shù)，到如今智能汽車的數(shù)字鑰匙革命，UWB技術(shù)完成了從戰(zhàn)場(chǎng)到車間的歷史跨越。這項(xiàng)以納秒級(jí)脈沖定義時(shí)空精度的技術(shù)，正通過TDoA定位系統(tǒng)的工程化創(chuàng)新，重構(gòu)人與機(jī)器的交互范式——當(dāng)厘米級(jí)定位誤差與毫秒級(jí)響應(yīng)速度相遇，不僅讓"無感解鎖"成為現(xiàn)實(shí)，更催生出基于空間感知的智能場(chǎng)景生態(tài)。

當(dāng)前UWB數(shù)字鑰匙的市場(chǎng)爆發(fā)，印證了技術(shù)迭代與成本優(yōu)化的雙重突破。隨著單基站成本以每年20%的速率下降，定位系統(tǒng)正從"四基站豪華配置"向"兩基站經(jīng)濟(jì)方案"演進(jìn)，這為技術(shù)下沉至15萬級(jí)主流車型鋪平道路。而5G-V2X與UWB的融合創(chuàng)新，更將推動(dòng)車輛對(duì)用戶行為的主動(dòng)預(yù)判：通過深度學(xué)習(xí)用戶移動(dòng)軌跡，車輛可提前調(diào)節(jié)座艙環(huán)境；結(jié)合毫米波雷達(dá)，甚至能實(shí)現(xiàn)"人車距離分級(jí)響應(yīng)"的安全防護(hù)體系。

站在智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，UWB數(shù)字鑰匙的普及不僅意味著車鑰匙的形態(tài)消亡，更標(biāo)志著汽車正從"響應(yīng)式工具"向"感知型空間"進(jìn)化。當(dāng)技術(shù)成本突破臨界點(diǎn)，這項(xiàng)曾專屬高端車型的配置，必將如當(dāng)年ABS防抱死系統(tǒng)般完成全民普惠，最終實(shí)現(xiàn)"人車共融"的智能出行新紀(jì)元。