無(wú)鑰匙≠無(wú)感知：UWB技術(shù)如何重新定義人車(chē)交互邊界

超寬帶（UWB）技術(shù)作為典型的"軍轉民"創(chuàng )新案例，其發(fā)展歷程映射了現代科技從軍事機密走向普惠民生的演進(jìn)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Hz至數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。在冷戰結束后，隨著(zhù)全球技術(shù)解禁浪潮，UWB開(kāi)始向民用領(lǐng)域滲透：1990年代，科研機構發(fā)現其納秒級脈沖調制特性不僅能實(shí)現厘米級定位精度，還可通過(guò)全數字化架構顯著(zhù)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(huì )（FCC）的批準成為關(guān)鍵轉折點(diǎn)，其劃定了3.1-10.6GHz專(zhuān)用頻段，并將發(fā)射功率嚴格限制在1mW以下，既保障了與傳統通信系統的兼容性，又釋放了短距高速傳輸潛力（10米內可達500Mbps以上）。此后全球標準化進(jìn)程加速推進(jìn)，IEEE 802.15.4a標準定義了物理層脈沖調制方式，歐洲計算機制造商協(xié)會(huì )（ECMA）則規范了MAC層協(xié)議，而2019年成立的FiRa聯(lián)盟更聚焦消費電子場(chǎng)景，推動(dòng)UWB與5G物聯(lián)網(wǎng)的深度融合。

如今UWB正從專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域向大眾消費市場(chǎng)延伸。除了以Apple為代表的手機和可穿戴設備之外，另一個(gè)UWB設備正在大展身手的領(lǐng)域是車(chē)鑰匙。這篇文章就同大家一起看看UWB與車(chē)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(gè)，一個(gè)是ToA，到達時(shí)間測距，還有TDoA，到達時(shí)間差定位。

ToA作為典型的圓交匯定位法，其數學(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)定位基站構成測量網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)基站通過(guò)測量電磁波從標簽到基站的傳播時(shí)間（ToF），乘以光速得到距離觀(guān)測值。這三個(gè)觀(guān)測值分別以基站為圓心繪制半徑，理論上三個(gè)圓的交點(diǎn)即為標簽坐標，就如下圖所示。

但是，這種測距方法有著(zhù)諸多問(wèn)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(shí)鐘同步，否則1ns的時(shí)間誤差將導致0.3米的測距偏差。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)現同步，但民用設備往往難以滿(mǎn)足；其次，標簽需與每個(gè)基站進(jìn)行"請求-響應"式雙向通信，導致系統容量受限。當并發(fā)標簽數超過(guò)信道容量時(shí)（如UWB系統約支持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)設備的續航能力。

相較之下，在目前的工程實(shí)現中，多以TDoA到達時(shí)間差定位為原理來(lái)實(shí)現UWB定位。作為雙曲線(xiàn)交匯定位法的典型實(shí)現，其核心原理在于通過(guò)信號到達多基站的時(shí)間差構建雙曲線(xiàn)方程組求解目標位置。在二維定位場(chǎng)景中，系統需部署至少四個(gè)定位基站構成定位網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)測量標簽發(fā)射的UWB信號到達每對基站的時(shí)間差（ΔT），將其轉換為距離差（ΔD = c·ΔT，c為光速）后，每?jì)山M基站可生成一條雙曲線(xiàn)，四條雙曲線(xiàn)的唯一交點(diǎn)即為標簽坐標（如下圖所示）。

相較于ToA來(lái)說(shuō)，標簽僅需單次廣播UWB脈沖信號（脈寬約2ns），無(wú)需與基站進(jìn)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(shí)隙分配策略，單基站每秒可處理5000個(gè)以上標簽的定位請求，系統容量較TOA提升10倍。因此，如今的UWB數字車(chē)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系統實(shí)現厘米級數字鑰匙定位。

那么再了解了UWB的基本原理之后，另一個(gè)問(wèn)題隨之而來(lái)：UWB數字鑰匙能給我們帶來(lái)什么和以往不一樣的用車(chē)體驗呢？

在我國前幾年各大手機廠(chǎng)商、智能設備制造商的努力下，無(wú)數手機、智能手表設備都加入了UWB功能。結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(jìn)行藍牙連接，進(jìn)行身份認證、數據交互，并進(jìn)行粗略的定位。當車(chē)主靠近到UWB的范圍內（10米左右），開(kāi)啟錨點(diǎn)的UWB的測距功能實(shí)現實(shí)時(shí)的定位。這時(shí)手機就會(huì )成為上文中提到的“標簽”，被汽車(chē)中四個(gè)不同位置的UWB“基站”發(fā)現并實(shí)現精確定位。不僅能實(shí)現只用一臺手機無(wú)需車(chē)鑰匙即可解鎖車(chē)輛，還能進(jìn)一步實(shí)現全新的無(wú)鑰匙進(jìn)入系統：在接近車(chē)輛時(shí)，根據距離車(chē)輛會(huì )自動(dòng)首先開(kāi)啟迎賓燈，然后隨著(zhù)距離的接近，會(huì )自動(dòng)調整座椅位置等，然后靠近車(chē)門(mén)時(shí)，則自動(dòng)解鎖；當遠離車(chē)輛時(shí)，也能夠自動(dòng)根據位置變化來(lái)自動(dòng)鎖車(chē)。解決車(chē)輛電子鑰匙中繼攻擊的安全漏洞。

有著(zhù)種種優(yōu)勢的UWB數字鑰匙自2021年被蔚來(lái)ET7首發(fā)搭載以來(lái)，已經(jīng)有越來(lái)越多的車(chē)企加入到了UWB數字車(chē)鑰匙的行列，2023年，吉利極氪、比亞迪騰勢D9、問(wèn)界、特斯拉等等企業(yè)紛紛加入UWB數字車(chē)鑰匙功能，業(yè)界稱(chēng)之為“UWB數字鑰匙落地元年”。

根據高工智能汽車(chē)研究院的數據，2024年1月至9月間，中國市場(chǎng)乘用車(chē)前裝標配UWB數字鑰匙的交付量達到了79.76萬(wàn)輛，同比去年激增338%，顯示出該市場(chǎng)的強勁增長(cháng)態(tài)勢。在車(chē)型價(jià)格分布上，30萬(wàn)以上的高端車(chē)型依然是UWB數字鑰匙的主要搭載領(lǐng)域，占比約55%，但20-30萬(wàn)價(jià)格區間的車(chē)型搭載量增長(cháng)尤為顯著(zhù)，其中20-25萬(wàn)價(jià)格段的車(chē)型增幅超過(guò)838%，20萬(wàn)以下車(chē)型的搭載量也有顯著(zhù)增長(cháng)，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數字車(chē)鑰匙在市場(chǎng)上快速鋪開(kāi)的最大阻礙還是老生常談的價(jià)格因素（UWB車(chē)型普遍要30萬(wàn)元人民幣以上），藍牙成本要低于UWB。在汽車(chē)行業(yè)“降本增效”的主旋律下，第一代數字鑰匙方案基本上采用五六個(gè)基站，成本高昂，一套UWB數字鑰匙的成本在1000元人民幣，這顯然阻止了搭載了UWB數字鑰匙的車(chē)型下探到中低端市場(chǎng)。

但是隨著(zhù)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(huì )下降到2-3個(gè)，單車(chē)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(lái)，預計到2026年，UWB汽車(chē)在汽車(chē)總出貨量中的占比將達到15%；到2030年，將達到40%。

從冷戰時(shí)期的軍用雷達技術(shù)，到如今智能汽車(chē)的數字鑰匙革命，UWB技術(shù)完成了從戰場(chǎng)到車(chē)間的歷史跨越。這項以納秒級脈沖定義時(shí)空精度的技術(shù)，正通過(guò)TDoA定位系統的工程化創(chuàng )新，重構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(wú)感解鎖"成為現實(shí)，更催生出基于空間感知的智能場(chǎng)景生態(tài)。

當前UWB數字鑰匙的市場(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(zhù)單基站成本以每年20%的速率下降，定位系統正從"四基站豪華配置"向"兩基站經(jīng)濟方案"演進(jìn)，這為技術(shù)下沉至15萬(wàn)級主流車(chē)型鋪平道路。而5G-V2X與UWB的融合創(chuàng )新，更將推動(dòng)車(chē)輛對用戶(hù)行為的主動(dòng)預判：通過(guò)深度學(xué)習用戶(hù)移動(dòng)軌跡，車(chē)輛可提前調節座艙環(huán)境；結合毫米波雷達，甚至能實(shí)現"人車(chē)距離分級響應"的安全防護體系。

站在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵節點(diǎn)，UWB數字鑰匙的普及不僅意味著(zhù)車(chē)鑰匙的形態(tài)消亡，更標志著(zhù)汽車(chē)正從"響應式工具"向"感知型空間"進(jìn)化。當技術(shù)成本突破臨界點(diǎn)，這項曾專(zhuān)屬高端車(chē)型的配置，必將如當年ABS防抱死系統般完成全民普惠，最終實(shí)現"人車(chē)共融"的智能出行新紀元。