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)代科技從軍事機密走向普惠民生的演進路徑。該技術(shù)起源于20世紀60年代的脈沖通信研究，早期因獨特的寬頻帶特性（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探測與隱蔽通信系統(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，科研機構(gòu)發(fā)現(xiàn)其納秒級脈沖調(diào)制特性不僅能實現(xiàn)厘米級定位精度，還可通過全數(shù)字化架構(gòu)顯著降低設備成本，這為商業(yè)化奠定了基礎。

2002年2月，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）的批準成為關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點，其劃定了3.1-10.6GHz專用頻段，并將發(fā)射功率嚴格限制在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500Mbps以上）。此后全球標準化進程加速推進，IEEE 802.15.4a標準定義了物理層脈沖調(diào)制方式，歐洲計算機制造商協(xié)會（ECMA）則規(guī)范了MAC層協(xié)議，而2019年成立的FiRa聯(lián)盟更聚焦消費電子場景，推動UWB與5G物聯(lián)網(wǎng)的深度融合。

如今UWB正從專業(yè)領(lǐng)域向大眾消費市場延伸。除了以Apple為代表的手機和可穿戴設備之外，另一個UWB設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，可以達到厘米級定位，那么UWB是如何做到的呢？不同于傳統(tǒng)藍牙的AoA，也就是到達角測距，UWB的定位核心原理主要有兩個，一個是ToA，到達時間測距，還有TDoA，到達時間差定位。

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

但是，這種測距方法有著諸多問題需要面對，首當其沖的便是標簽與所有基站需要維持亞納秒級時鐘同步，否則1ns的時間誤差將導致0.3米的測距偏差。在蜂窩通信場景中，基站需配置GPS/北斗授時模塊或原子鐘實現(xiàn)同步，但民用設備往往難以滿足；其次，標簽需與每個基站進行"請求-響應"式雙向通信，導致系統(tǒng)容量受限。當并發(fā)標簽數(shù)超過信道容量時（如UWB系統(tǒng)約支持1000個/秒），將引發(fā)通信碰撞和定位失敗；最后，單次定位需完成三次握手通信，使標簽功耗較單向通信方案增加300%以上，嚴重制約物聯(lián)網(wǎng)設備的續(xù)航能力。

相較之下，在目前的工程實現(xiàn)中，多以TDoA到達時間差定位為原理來實現(xiàn)UWB定位。作為雙曲線交匯定位法的典型實現(xiàn)，其核心原理在于通過信號到達多基站的時間差構(gòu)建雙曲線方程組求解目標位置。在二維定位場景中，系統(tǒng)需部署至少四個定位基站構(gòu)成定位網(wǎng)絡，通過測量標簽發(fā)射的UWB信號到達每對基站的時間差（ΔT），將其轉(zhuǎn)換為距離差（ΔD = c·ΔT，c為光速）后，每兩組基站可生成一條雙曲線，四條雙曲線的唯一交點即為標簽坐標（如下圖所示）。

相較于ToA來說，標簽僅需單次廣播UWB脈沖信號（脈寬約2ns），無需與基站進行雙向握手通信，使得標簽功耗降低80%以上；而單次廣播機制避免了信道競爭，配合TDMA時隙分配策略，單基站每秒可處理5000個以上標簽的定位請求，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)實現(xiàn)厘米級數(shù)字鑰匙定位。

那么再了解了UWB的基本原理之后，另一個問題隨之而來：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呢？

在我國前幾年各大手機廠商、智能設備制造商的努力下，無數(shù)手機、智能手表設備都加入了UWB功能。結(jié)合上手機等設備原本就有的藍牙、NFC等等技術(shù)直接形成定位技術(shù)矩陣，在較遠的地方可以先進行藍牙連接，進行身份認證、數(shù)據(jù)交互，并進行粗略的定位。當車主靠近到UWB的范圍內(nèi)（10米左右），開啟錨點的UWB的測距功能實現(xiàn)實時的定位。這時手機就會成為上文中提到的“標簽”，被汽車中四個不同位置的UWB“基站”發(fā)現(xiàn)并實現(xiàn)精確定位。不僅能實現(xiàn)只用一臺手機無需車鑰匙即可解鎖車輛，還能進一步實現(xiàn)全新的無鑰匙進入系統(tǒng)：在接近車輛時，根據(jù)距離車輛會自動首先開啟迎賓燈，然后隨著距離的接近，會自動調(diào)整座椅位置等，然后靠近車門時，則自動解鎖；當遠離車輛時，也能夠自動根據(jù)位置變化來自動鎖車。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D9、問界、特斯拉等等企業(yè)紛紛加入UWB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，中國市場乘用車前裝標配UWB數(shù)字鑰匙的交付量達到了79.76萬輛，同比去年激增338%，顯示出該市場的強勁增長態(tài)勢。在車型價格分布上，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20-30萬價格區(qū)間的車型搭載量增長尤為顯著，其中20-25萬價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，盡管當前占比僅為4%，但同比去年的搭載量增幅達到了10倍?。

目前，阻礙UWB數(shù)字車鑰匙在市場上快速鋪開的最大阻礙還是老生常談的價格因素（UWB車型普遍要30萬元人民幣以上），藍牙成本要低于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。

但是隨著UWB技術(shù)的種種優(yōu)勢和今年UWB技術(shù)的近一步成熟，UWB方案的基站可能會下降到2-3個，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，預計到2026年，UWB汽車在汽車總出貨量中的占比將達到15%；到2030年，將達到40%。

從冷戰(zhàn)時期的軍用雷達技術(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)場到車間的歷史跨越。這項以納秒級脈沖定義時空精度的技術(shù)，正通過TDoA定位系統(tǒng)的工程化創(chuàng)新，重構(gòu)人與機器的交互范式——當厘米級定位誤差與毫秒級響應速度相遇，不僅讓"無感解鎖"成為現(xiàn)實，更催生出基于空間感知的智能場景生態(tài)。

當前UWB數(shù)字鑰匙的市場爆發(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)濟方案"演進，這為技術(shù)下沉至15萬級主流車型鋪平道路。而5G-V2X與UWB的融合創(chuàng)新，更將推動車輛對用戶行為的主動預判：通過深度學習用戶移動軌跡，車輛可提前調(diào)節(jié)座艙環(huán)境；結(jié)合毫米波雷達，甚至能實現(xiàn)"人車距離分級響應"的安全防護體系。

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