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车载UWB,起风了

作者:智汉科技 日期:2021-12-20 11:07:43 点击数:282

超宽带(UWB)技术正在迅速成为无线本地连接技术的新生力量;同时,由于在准确性(厘米级定位)、低功耗和安全性方面优于其他技术(Wi-Fi和蓝牙),UWB技术应用正在成为智能汽车多场景功能落地的关键技术支撑。


一周前,英飞凌宣布加入FiRa联盟,以支持超宽带(UWB)生态系统的扩展。这个联盟由恩智浦、三星和博世共同发起成立,致力于开发和推广精准测距和定位方案标准。


在2020年收购Cypress后,英飞凌拓展了连接芯片业务线,并开始推动将超宽带技术与汽车、支付、安全识别和嵌入式安全技术结合。这家公司认为,超宽带技术在安全精准测距和定位方面具有巨大潜力。


FiRa合规与认证工作组(CCWG)联合主席、三星美国研究院标准工程师Clint Chaplin甚至将FiRa联盟比作Wi-Fi联盟,Wi-Fi在各行各业的普及正在UWB技术上重演。如今,这个新的技术应用也已经在智能汽车领域刮起一阵量产“风潮”。


一、对于UWB技术的商业化落地,尤其是在汽车行业,手机厂商是至关重要的一环。而从目前全球主要的几个和UWB相关的行业标准联盟成员组成来看,这个问题已经不再是主要门槛。


目前,FiRa联盟宣称其成员企业已超过100家,其中包括全球数家顶级手机制造商,比如,苹果、三星、小米、VIVO。此外,高通、谷歌、Facebook、博世、NXP以及来自中国的清研讯科、欧菲光、比亚迪旗下的弗迪科技等企业都是成员之一。


其中,苹果手机在去年率先披露最新的iOS 15数字汽车钥匙的更多细节,该钥匙将使用超宽带(UWB)和低功耗蓝牙(BLE)技术,车主无需拿出iPhone就可以解锁车和启动车辆。


今年1月,苹果公司宣布了其基于UWB的数字汽车钥匙功能,并陆续为苹果手表用户的iOS 15和watchOS 8添加数字钥匙和数字ID选项。其中,首款量产搭载车型就是宝马即将上市的纯电动旗舰车型iX。


此外,苹果也正在制定一套使用U1芯片的行业标准。宝马公司也披露,正与苹果公司、Car Connectivity Consortium合作,将UWB技术支持构建到 Digital Key规范的3.0 版本中。


同时,考虑到推动商业化的关键一环,FiRa联盟推出的认证项目是全球第一个提供UWB基准测试和认证,重点是UWB的精确定位、测距能力,这是促进设备(比如,车与手机)互操作性的关键步骤之一。


按照计划,所有FiRa认证的设备将由独立的授权测试实验室(ATLs)使用FiRa设备认证过程进行测试。设备必须满足MAC/PHY一致性的FiRa规范,证明设备符合相关的FiRa规范。


从目前的时间点来看,首批认证产品将于2021年底发布,预计2022年将有更多产品获得相关认证。这意味着,通过认证的智能手机可以找到位置标签,安全地解锁车门,并与任何供应商使用FiRa认证的超宽带技术的产品无缝交互。


Car Connectivity Consortium(3C联盟)则是另一个类似FiRa的标准联盟。该联盟在今年宣布,其数字密钥发布3.0规范计划增加了蓝牙低能耗和超宽带(UWB)无线连接技术,使无源钥匙接入和引擎启动兼容移动设备。


3.0规范实在2.0规范的近场通信(NFC)技术实现智能手机和汽车之间的非接触通信基础上,通过实现超宽带连接增加了位置感知功能,以改善用户体验。


具体工作方式,主要是通过低功耗蓝牙验证车辆和移动设备之间的数字密钥,然后与UWB建立安全的测距会话,从而允许车辆进行安全、准确的距离测量,以定位移动设备,从而解决安全性和可用性问题。


其中,UWB生成关键密码,提供针对基于硬件或软件攻击的最高级别保护,从而确保将设备定位到车辆的最高安全性。和FiRa联盟相比,3C联盟成员由更多的汽车制造商、零部件供应商组成,并且也覆盖了全球主要的手机厂商。


此外,除了苹果手机的iOS,谷歌的安卓手机操作系统也在今年初宣布将在Android 12版本中添加支持UWB传感器的api,但暂时可能不会用于第三方应用程序。苹果的iPhone 11是全球第一款支持UWB技术的智能手机。三星紧随其后,成为第一家支持UWB的安卓生态智能手机厂商。


随着越来越多的智能手机有望在未来几年支持这种被视为无线技术领域的下一个主流商业化技术,这其中包括从上游芯片、协议、标准到下游手机硬件等等产业链的逐步成熟,UWB在手机及汽车上的应用将成为新的市场赛道。


不过,和3C联盟相比,FiRa联盟更加强调UWB作为一种安全、精准测距和传感技术的范式转变,尤其是在6-9GHz频段的超宽带应用场景上。而3C联盟更加强调无线连接技术,从蓝牙、NFC以及UWB等多种不同方式的互补和融合。


二、UWB在车载场景,除了用于数字钥匙,实际上还有很多新的应用。


比如,清研讯科推出的UWB数字钥匙方案中,还可通过复用车端UWB硬件实现UWB雷达功能,在无需增加成本的情况下,通过高灵敏度的UWB雷达算法,实现精准检测脚踢动作的智能尾门功能;



另外,类似的方案也可实时监测车内生命体征状态,包括对车内遗留的儿童、宠物等的智能化活体检测。目前,该公司相关的硬件与软件开发,在关键性能上已经达到了满足车用需求的水平。


按照UWB芯片方案供应商NXP的说法,超宽带技术的潜力是巨大的。尤其是非常精确的定位和车辆内部及周围的距离精准确定,将实现许多令人兴奋的新应用。


例如,对于检测车内的人和动物,自动代客泊车、自动支付等等都是新的应用。同时,基于人工智能技术,还可以来“学习”用户的运动模式和习惯。


车载UWB,起风了(图1)


而在恩智浦公司相关负责人看来,目前正是UWB技术标准化的关键阶段,一方面解决量产上车的验证测试和认证,另一方面,定义更多的应用。


另一个典型应用场景就是泊车。简单来说,UWB技术通过飞行时间测量法,能够非常精确地确定两个超宽带设备的距离以及物体在给定空间中的位置。


这意味着,当车辆进入停车场时,道闸能识别车辆并自动放行,并于手机App进行通讯,将停车信息存储在智能手机上(出车时,可以实现自动支付)。同时,车辆也将与与配备超宽带设备的停车场系统连接,并无缝导航到空余的停车位。


这意味着,在AVP应用场景下,车辆系统可以自动泊车至停车位,而不需要在停车场进行车位寻找。如果是一辆搭载无线充电技术的纯电动汽车,超宽带技术可以确保车辆停在充电板的正上方,以启动充电服务。


从某种意义上来说,UWB技术也可以被视为另外一种V2X应用。


比如,今年3月,OxTS公司在一个多层停车场交付了首个基于UWB辅助技术的室内定位解决方案,用于开发和测试自动代客泊车(AVP)和其他ADAS系统,如泊车辅助系统。


车载UWB,起风了(图2)


这套定制开发的解决方案满足≤5 cm位置精度和≤/=1°航向精度的要求,最高时速至少为30kph;最关键的是,解决方案确保了必要的安全性、准确性和可重复性。


对于OxTS来说,这个项目是一个重要的里程碑。“从示范项目来看,基于UWB的室内定位解决方案在技术和商业上都是可行的。”目前,该公司正在开发扩展解决方案的能力,包括从内到外和从一个楼层到另一个楼层的转换。


此外,对于类似特斯拉提供的智能召唤功能,如果GPS信号不好(比如,在地下停车场),UWB提供的定位信号,车辆也可以被自动呼叫到车主所在精确位置。目前,特斯拉也已经在启动UWB相关技术在下一款新车上的量产应用开发。


同时,按照恩智浦首席技术官的判断,未来的智能汽车可能会在车内需要安装多个超宽带终端终端,以用于不同应用的技术开发和落地。


文章转载至高工智能汽车


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