汽车钥匙用了哪些芯片？BOM成本多少？

火辣西米秀 发表于 2024-10-9 07:42

本帖最后由火辣西米秀于 2024-10-10 09:46 编辑

01 什么是汽车 UWB 数字钥匙？

 

 

汽车钥匙经历了机械钥匙、遥控钥匙、PEPS（无钥匙进入/启动系统）、数字钥匙（分为 NFC/BLE/UWB 三种技术）四个阶段。各自对应的功能和依赖的主要技术如下：

 

PEPS-实体智能钥匙取代机械钥匙：PEPS（Passive Entry Passive Start）指无钥匙进入与无钥匙启动系统，主要通过 RFID 技术实现，PEPS 作用距离一般是 1.5 米（因为低频天线的侦测范围一般是 0.8-1.5 米）。

 

PEPS 主要实现三个功能：（1）无钥匙进入功能：需要给到车主一个智能钥匙，当车主携带智能钥匙并用手触碰车门把手上的电容传感器后，PEPS 控制器会驱动门把手上的低频天线扫描智能钥匙，扫描到并且通过认证后，就可以自动开锁；（2）无钥匙锁止：车主关闭车门并触碰门把手，此时 PEPS 控制器驱动车内和车外门把手上的低频天线同时扫描智能钥匙，如果车内扫描到钥匙，则无法锁止，如果车内扫描不到钥匙而且车外扫描到了，则锁止。（3）无钥匙启动功能：当车主携带智能钥匙在车内，按下车内一键启动开关就可以启动车辆引擎。

 

数字钥匙-把钥匙做到手机里变成虚拟钥匙，取代实体智能钥匙：数字钥匙有 NFC 钥匙、BLE 钥匙、UWB 钥匙三种技术路线。（1）NFC（近场通信）钥匙：NFC 钥匙必须贴在车上感应器 1-2 厘米的距离进行刷卡才能感应到从而开锁。（2）BLE（蓝牙）钥匙：体验和 PEPS 差不多，和 PEPS 的区别主要是通过蓝牙把手机变成了汽车虚拟钥匙，替代了实体智能钥匙。（3）UWB（超宽带）钥匙：在 20 米范围内可以先用蓝牙扫描手机进行蓝牙连接和身份认证以及蓝牙粗略测距；在 10-20 米范围就可以开启 UWB 锚点的定位和测距功能；在 3-10 米的范围内设置为迎宾区，可触发车辆进行迎宾功能的车灯打开或者喇叭提示，方便车主找车；走到距车 6 米的距离时，车内照明自动开启；当走到 1-3 米的范围内可以设置为解锁区，可自动解锁车门，自动调节座椅高度，后视镜折叠自动开启；当车主进入到车内，车内 UWB 锚点扫描到手机 UWB 信号时，按下启动键可以实现车辆的启动（扫描不到则无法启动）。

 

 

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UWB 的定位精度和安全性均高于蓝牙，定位覆盖范围大于 NFC，因此是实现汽车数字钥匙最优的技术。

 

（1）定位精度：蓝牙主要是靠识别信号的强弱来测距，所以定位的精度较低一般是1-3 米，10m 以外蓝牙定位就没有精度可言了，因此定位精度低是蓝牙钥匙最大的缺陷；UWB 主要通过 TOF 来测距，因此定位精度高，可达到 10-30cm，可以实现厘米级定位。

 

（2）定位覆盖范围：NFC 只能在离感应设备 1-2cm 处刷卡（或者刷手机）感应，作用距离十分有限；蓝牙只能在 10m 之内达到相对可靠的定位效果，现有蓝牙钥匙能做到10 米定位范围已经非常不容易了；而 UWB 能很轻松做到 10 米以上厘米级定位功能，能够实现迎宾、照明开启等更多功能。

 

（3）安全性：PEPS、蓝牙、NFC 都面临的问题是不能防止中继攻击——但是 UWB信号中加入了安全时间戳，只有与接收端的滚码相匹配后才能得到对应的时间戳，进而解锁车辆，极大地提升了 UWB 数字钥匙的防中继攻击能力；另外因为 UWB 能在 30 米范围内精确定位钥匙位置，系统也会判定车钥匙不在有效范围内，如此一来攻击者便无法对系统进行欺骗。

 

 

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由于“CCC 标准制定完毕+手机 UWB 渗透率提升“的推动，高端车型装配 UWB 数字钥匙逐渐成为趋势，2022 年成为 UWB 数字钥匙应用元年。

 

（1）CCC 标准在 2021 年7 月正式发布：2021 年 7 月，CCC 联盟发布了汽车数字秘钥 3.0 版规范，明确了第三代数字钥匙是基于 UWB/BLE(蓝牙)+NFC 的互联方案，UWB 作为数字钥匙的标准正式公布——自此开始，UWB 数字钥匙开始真正得到车厂的大量关注，并主动推动技术落地。

 

（2）手机厂商从 2019 年开始相继推出搭载 UWB 技术的机型：最先应用 UWB的是 2019 年苹果发布的 iPhone11，加装 UWB 主要是为了增强空间感知能力，比如在隔空投送时会识别投送设备的距离，越近越优先；2020 年三星 Note20 系列也开始搭载 UWB，主要用于“对准分享”功能；2021 年小米发布 IMX4 时展示的“一指连”功能，主要就是靠 UWB 技术实现。——在上述两方面因素驱动下，2022 年 1 月上市的宝马 iX M60 和 iX xDrive40 是全球应用 UWB 数字钥匙的第一款车型；2022 年 3 月交付的蔚来 ET7 是国内首发 UWB 的车型；另外特斯拉、大众、福特、奥迪、现代、长城等车厂都对 UWB 技术开始布局。

 

 

 

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02  需要在车端和手机端装什么东西？

 

 

硬件部分：控制器+天线

 

PEPS 的 BOM 成本构成-车端大约 150 元，实体钥匙大约 100 元：1 个 PEPS 控制器+4 个低频天线（车内和车外分别 2 个）+1 个智能钥匙。

 

 

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蓝牙钥匙 BOM 成本大约 123 元，售价大约 175 元：1 个 PEPS 控制器+N 个蓝牙天线。天线的数量跟对于蓝牙定位精度的要求有关系，要求蓝牙精度较高的话，需要的天线数量就越多，例如常规的 1+3，主机模块+3 天线的状态，就是左右门侧各有一个，后备箱有一个，基本上能涵盖车内定位的 90%以上。乘用车 2022 年开始都在做 1+N 方案，现在单天线配置已经很少见了。

 

 

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NFC 钥匙 BOM 成本大约 137 元，售价大约 196 元：1 个 PEPS 控制器+2 个 NFC读卡器+1 个 NFC 卡片车钥匙。其中 NFC 读卡器应该在车内和车外各布置一个，车外一般布置在 B 柱或者后视镜，用于车辆进入；车内布置在中控台，用于一键启动。

 

 

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NFC+BLE 钥匙 BOM 成本大约 174 元，售价大约 248 元：1 个 PEPS 控制器+1 个NFC 读卡器+ N 个蓝牙天线+1 个 NFC 卡片车钥匙。由于 NFC 解锁可以在手机没电的情况正常运行，可以弥补蓝牙钥匙在手机没电时的特殊紧急场景下的解锁需求，所以在NFC+BLE 方案中，车主日常使用的是 BLE 钥匙，一般 NFC 钥匙可作为蓝牙钥匙的备份。

 

 

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UWB+BLE 钥匙 BOM 成本大约 461 元，售价大约 659 元：一套 UWB 汽车钥匙系统由 1 个 PEPS 控制器+N 个 UWB 锚点构成。UWB 常见的车端硬件架构有两种方案：（1）“车外 4+车内 1”：将 4 个 UWB 锚点布置在车外前后保险杠两侧，车内锚点布置在中控位置。（2）“车外 0+车内 4”：在车内 B 柱两侧和前后挡风玻璃处安装 4 个 UWB 锚点。UWB 锚点中的 UWB 天线可以用陶瓷天线，也可以用 PCB 天线，使用陶瓷天线的效果好于 PCB 天线。但是 UWB 的测距功耗很高，无法像蓝牙一样进行无间断的广播和连接，因此 UWB 的测距功能建立在蓝牙连接的基础上，因此车身控制器 BCM 中还有一个 BLE 蓝牙通信模块。BLE 后面将会替代 RF 实现远距离遥控功能；UWB 将会替代 LF 用作近距离通信以及测距定位；NFC 将会替代 IMMO 用于近距离（10cm）解锁和开启发动机（可无电使用）。

 

 

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根据世平集团的 UWB 芯片选型方案，UWB 系统的组成和安装位置如下：

（1）钥匙端：钥匙端是 UWB 芯片 NCJ29D5+BLE 芯片 KW38。

（2）车身端：车身端有 5 个由 UWB 芯片 NCJ29D5+MCU S32K144 组成的锚点，1块单独的 KW38 BLE 和 1 块单独的 S32K144 作为 BCM，车身 7 个部分都是使用 CAN 来通讯，一套 UWB 总共使用了 6 颗 S32K 的 MCU。

 

 

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软件部分

 

除了硬件，汽车数字钥匙软件包括车端软件组件、手机 APP、车厂云端数字钥匙管理平台三个方面，其中车端软件组件最为核心，而定位算法和信息安全软件能力是核心中的核心。车端软件组件包括蓝牙连接、钥匙管理、定位算法、信息安全模块等。

 

UWB 为了通过增加功能应用提升性价比从而降低系统整体成本，还拓展了脚踢雷达、车内活体检测、AVP 三大方面的应用。预计最开始收开发费（云平台、手机、车端开发）大概 200-300 万，推算之后收 License 维护费用大概 30-50 元/车（包括小功能更新、基础服务等等）。脚踢雷达和车内活体检测都是通过复用车端 UWB 硬件，并匹配专门的 UWB雷达算法来实现，硬件成本没有增加，只需增加小额算法 Licence，相当于整车厂通过一套UWB 数字钥匙的研发成本，可以同时实现三个功能。

 

（1）CPD 车内儿童存在检测：欧洲新车评估计划（E-NCAP）决定从 2023 年开始将车内儿童存在检测（CPD, Child Presence Detection）纳入测评汽车的评分系统；中国新车评价规程（C-NCAP）正在研究在 2025 版规程中加入 CPD 测试项目，为安装该装置的车辆提供加分项。业内一般都是用 60GHz 毫米波雷达来做，还有一些方案是用摄像头来做，上述方案的缺陷在于成本较高，以及用摄像头来做的话有隐私保护问题。UWB 在 50-60年代在军用用作探地雷达，UWB 雷达多普勒效应可以探测到人体呼吸非常小的动作，因此可以用于活体检测。NXP 联合国内方案商做出了 CPD 系统，车厂反馈不错。

 

（2）替代脚踢雷达：在汽车脚踢尾厢门的脚踢雷达应用中，传统的方案是超声波和电容感应，但现有脚踢雷达现在体验不好，主要问题在于覆盖范围和灵敏度，UWB 是全向天线灵敏度很高，并且可以在 30m 范围内能够做到厘米级精度，体验比传统方案好很多。

 

（3）AVP：车位级导航是 UWB 明确应用方向，车和充电桩之间相互配合，无感支付都是利用 UWB 的能力。在 AVP 场景中，从停车场的 A 点到 B 点，包括进停车场以及出停车场的时候，往往会因为卫星信号被遮挡而无法准确定位。在这个时候，如果在停车场内安装一些 UWB 定位基站，通过复用车端的锚点，也可以解算出车辆的相对位置，实现对激光雷达等车端传感器的补盲。但是基于 UWB 的 AVP 需要对停车场进行场端改造，加装UWB 场端基站以及供电设备等，一个大几百个车位的商场停车场场端改造费用加上第一年运维费大概 20 万左右。根据中电昆辰计算，假设新车 AVP 订阅覆盖率是 5%，次年覆盖率是 50%，根据 ROI 测算结果，覆盖大型城市 70%商超地图的投入两年内就可以收回投资。中电昆辰与合作的 OEM、自动驾驶企业经过深入的探讨，场端网络由中电昆辰进行安装覆盖并实施后期运营。目前上汽乘用车、上汽大通、上汽通用、上汽通用五菱、比亚迪、北汽、德赛西威、百度、中兴、华为、纵目、驭势等企业相继与中电昆辰建立了合作关系，并且也得到了上汽两款 AVP 车型的定点，其他整车厂的 AVP 定点工作也正在开展中。

 

用 UWB 技术路径实现 3 个功能（数字钥匙+脚踢雷达+CPD），目前整体车端软硬件BOM 成本现在大概 100 美金，2025 年可以降低到 70 美金。

 

 

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tjtony1983 发表于 2024-10-10 10:19

写得不错

skycity 发表于 2024-10-11 08:37

謝謝教學說明

点方@ 发表于 2024-10-11 10:50

谢谢

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