數(shù)字鑰匙:開啟智能汽車之門
在這個數(shù)字化時代,我們正目睹著傳統(tǒng)與現(xiàn)代的完美融合。想象一下,無需攜帶笨重的實體鑰匙,當你走向你的愛車,隨著距離不斷接近,車燈自動亮起,走到愛車附近,車門已經(jīng)自動解鎖。這不再是科幻電影中的場景,而是現(xiàn)實生活中的數(shù)字鑰匙技術帶來的革新。
數(shù)字鑰匙不僅僅是一種解鎖方式的轉變,更代表了一種生活方式的轉變。它將安全性、便捷性和個性化融為一體,為駕駛體驗帶來了前所未有的提升。從智能手機到智能手表,甚至是更先進的生物識別技術,數(shù)字鑰匙正在不斷地拓展其邊界,讓我們的日常生活更加豐富多彩。
今天,我們將深入探討這一技術如何改變了我們開啟車門的方式,以及它如何預示著一個更加智能化、便捷化的未來。
圖片來源:中金
隨著時代發(fā)展和技術進步,汽車鑰匙逐漸從實體走向虛擬,即從機械鑰匙、遙控鑰匙逐步過渡到以智能手機、手環(huán)、手邊為載體的數(shù)字鑰匙,未來會發(fā)展為數(shù)字鑰匙和生物鑰匙相結合的形式,生物鑰匙包括:指紋識別、面部識別、聲音識別、虹膜識別等。
數(shù)字鑰匙有著以下功能:
無感被動無鑰匙進入。當用戶靠近車輛一定范圍內,汽車會自動解鎖啟動,并根據(jù)偏好設置好座椅、倒車鏡等。
鑰匙分享。用戶可以將鑰匙分享給家人和朋友,授權他們使用車輛。
終止或暫停數(shù)字鑰匙使用。用戶確定自己活好友不在需要使用車輛、移動設備丟失時可以進行終止或暫停操作,終止使用是永久性操作,如需再次使用需要分享新的數(shù)字鑰匙;暫停使用是暫時性操作,可稍后恢復使用。
圖片來源:CCC數(shù)字鑰匙架構,以CCC標準為例,分為云端、車端和設備端三個部分。
汽車與設備之間的接口(圖中下方黑色標準化鏈路)用于完成身份驗證協(xié)議、安全交換信息、移動設備與汽車配對等功能。
OEM服務器與設備服務器之間的接口(圖中上方黑色標準化鏈路)用于創(chuàng)建、跟蹤、管理、分享鑰匙,以及相互通報狀態(tài)更改情況。專有鏈路用于自定義權限和其他應用場景,例如針對特定用戶限制最高車速、只允許進入特定空間等。設備端架構。
移動設備利用安全組件(Secure Element)、原生及定制應用、數(shù)字鑰匙框架以及與設備服務器的通信來保護和管理數(shù)字鑰匙。數(shù)字鑰匙小程序(Digital Key Applet)負責執(zhí)行左右的安全處理,包括身份驗證、加密協(xié)議、配對秘鑰生成、安全測距、鑰匙分享、汽車進入和發(fā)動機啟動事務的密鑰派生,同時還為數(shù)字鑰匙及其元數(shù)據(jù)提供防篡改的安全存儲空間。技術路線和標準:協(xié)議數(shù)字鑰匙技術路線有三種,分別是NFC、BLE和UWB。NFC(Near Field Communication 近場通信)在非接觸式射頻識別(RFID)技術的基礎上,結合無線互連技術研發(fā)而成。部分汽車配備了NFC卡片作為解鎖車輛的鑰匙,部分汽車直接使用手機NFC功能作為解鎖車輛的鑰匙。特點:功耗低。定位精度:10cm以內,通常在1-2cm,無法進行遠距離定位。
工作模式:被動模式和主動模式,二者區(qū)別在于是否需要供電設備。
技術原理:NFC有三種工作模式,分別是點對點模式、讀卡器模式和卡模擬模式,NFC數(shù)字鑰匙是使用了卡模擬模式,類似我們使用門禁卡打開小區(qū)門或辦公室門,讀卡器向身份標簽發(fā)射射頻信號,碰到身份標簽后,將攜帶身份標簽的信息反射回讀卡器完成解鎖操作。BLE(Bluetooth Low Energy 藍牙低功耗)通過藍牙通信技術建立連接、進行定位,是目前最主要的數(shù)字鑰匙方案。特點:手機端覆蓋率較高缺點:易受中繼攻擊(Relay Attack)、藍牙穩(wěn)定性不好,容易出現(xiàn)用戶在車輛旁邊但無法解鎖的“罰站”情況。定位原理:RSSI(Received Signal Strength Indicator 接受信號強度指示)。一般在5米范圍內,隨著距離增加,信號強度迅速下降,逐漸區(qū)域平穩(wěn);距離增加到10米到12米左右,信號強度會有些許增加的波動。定位精度:分米級定位算法:
圖片來源:Bluetooth.comAOA(Angle of Arrival 到達角),通過陣列天線感知發(fā)射節(jié)點信號的到達方向,計算接收節(jié)點(藍牙AOA定位基站)和發(fā)射節(jié)點(藍牙AOA標簽)之間的相對方位或角度,利用三角測量法或其他方式計算出未知節(jié)點(藍牙AOA標簽)的位置。
AOD(Angle of Departure 出發(fā)角),發(fā)射端由射頻開關和天線陣列組成,通過發(fā)射測向廣播包,在發(fā)射過程中切換天線,使其出發(fā)角可被檢測到,接收端使用單個天線來接收這些廣播包,并在這些包中捕獲IQ(In-Phase and Quadrature)樣本。方向的確定基于單個發(fā)射端天線陣列中的不同天線發(fā)射無線電信號到接收機天線收到的廣播延遲,IQ測量可以檢測廣播延遲。任何具有支持AoD功能的單個天線的接收端都可以捕獲IQ樣本,并借助指定發(fā)射端天線布局的配置文件信息,計算無線電的入射角度信號。UWB(Ultra Wide Band 超寬帶技術)是一種采用納米級的非正弦窄波脈沖信號進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線載波通信技術(相對寬度不小于20%或者絕對帶寬不小于500Mhz的無線電信號)。
特點:信道容量大、傳輸速率高、安全性高、多徑分辨率高、穿透能力強、定位精度高。定位精度:厘米級定位算法:
圖片來源:QorvoTOFTOF(Time of Flight 飛行時間),通過測量UWB信號在基站與標簽之間飛行的時間來實現(xiàn)測距。TDOA(Time Difference of Arrival 到達時間差),通過UWB信號從標簽到達各個基站的時間差來進行定位,需要時間同步以及至少三個基站來確定標簽位置。PDOA(Phase Difference of Arrival 到達相位差):通過到達角相位來測量基站與標簽之間方位關系,需要至少兩個基站來確定標簽位置。UWB除了用于數(shù)字鑰匙外,還可以用于艙內兒童遺留檢測(CPD Child Presence Detection)、腳踢雷達、場端AVP等場景。三種技術對比
數(shù)字鑰匙協(xié)議分為私有協(xié)議和標準協(xié)議,在此僅介紹標準協(xié)議,分別是:以蘋果為代表的CCC(Car Connectivity Consortium 車聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟)。CCC使用非對稱密碼技術對車輛和設備進行相互簽名認證,目前最新的版本是Release 3,其中R1是NFC、R2是NFC+BLE、R3是NFC+BLE+UWB,2021年7月發(fā)布R3版本,可以兼容R1和R2版本。以華為為代表的ICCE(Intelligent Car Connectivity Industry Ecosystem Alliance 智慧車聯(lián)產(chǎn)業(yè)生態(tài)聯(lián)盟)。ICCE使用對稱密鑰體系,有三個版本,其中1.0是BLE、2.0是NFC、3.0是UWB。
以小米為代表的ICCOA(Intelligent Car Connectivity Open Alliance 智慧車聯(lián)開放聯(lián)盟)。ICCOA使用非對稱的證書認證體系,基本對標CCC,有1.2和2.0兩個版本。
解決方案NFC+BLE+UWB,BLE用于數(shù)字鑰匙發(fā)現(xiàn)和用戶驗證,UWB用于定位和測距,NFC作為備份冗余,用于備用鑰匙,即使在手機沒電的情況下也可以用來解鎖車輛。
圖片來源:Qorvo硬件布置通常有兩種方案:1+4,車內1+車外4,車外UWB錨點一般布置在前后保險杠兩側,車內錨點布置在中控位置;
4+0,車內4+車外0,車內安裝4個UWB錨點,一般安裝在B柱兩端和前后擋風玻璃的中上位置。
國外方案通常僅支持CCC協(xié)議,國內方案CCC、ICCE、ICCOA協(xié)議都支持。搭載UWB芯片的手機以蘋果、三星為主,國產(chǎn)手機只有少數(shù)搭載UWB芯片,如果想使用蘋果手機需要過MFI認證,否則需要使用搭載UWB芯片的實體鑰匙(Key FOB)來實現(xiàn)數(shù)字鑰匙功能。
開鎖和閉鎖的場景:用戶距離車輛小于20米時(圖中Zone3區(qū)域),數(shù)字鑰匙系統(tǒng)會通過藍牙向智能設備發(fā)送身份驗證,驗證成功后數(shù)字鑰匙系統(tǒng)會與數(shù)字鑰匙配對連接;用戶距離車輛3-10米時(圖中Zone2區(qū)域),車輛會打開車燈進入迎賓模式;用戶距離車輛1-3米時(圖中Zone1區(qū)域),車門自動解鎖。用戶遠離車輛,距離車輛3米時,車門自動閉鎖。上述距離是一個大致范圍,可以根據(jù)需求標定調整。隨著數(shù)字鑰匙技術的不斷進步和普及,我們正站在一個新時代的門檻上。這不僅是一種技術的革新,更是我們生活方式的一次飛躍。從機械鑰匙到數(shù)字鑰匙,再到未來可能的生物鑰匙,每一次變革都讓我們的出行更加安全、便捷和智能。
無論是NFC、BLE還是UWB,每一種技術都在以其獨特的方式推動著汽車鑰匙的發(fā)展。而CCC、ICCE和ICCOA等標準協(xié)議的制定,更是為數(shù)字鑰匙的互操作性和安全性提供了堅實的基礎。
現(xiàn)在,當你再次站在愛車前,感受到車門自動解鎖的便捷,是否會感嘆科技的力量?數(shù)字鑰匙不只是開啟了智能化車門,更是開啟了一種全新的生活方式,讓我們的每一次出行都變得更加輕松愉快,讓我們的生活更加豐富多彩。讓我們共同期待數(shù)字鑰匙將帶給我們更多驚喜,讓我們的出行更加智能,讓我們的世界更加美好。這正是科技賦予我們的力量,也是我們對未來無限的憧憬和期待。感謝你與我們一同走進數(shù)字鑰匙的世界,一同開啟智能化生活的大門。
*未經(jīng)準許嚴禁轉載和摘錄-參考資料:
中金:數(shù)字鑰匙解鎖無感智能體驗
落地更多場景智聯(lián)汽車:UWB鑰匙,單價700元的智能汽車新賽道
CCC數(shù)字鑰匙-進入汽車的未來
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Qorvo UWB Automotive CCC Digital Key EGuide
原文標題 : 數(shù)字鑰匙:開啟智能汽車之門
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