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活动回顾 | 郭广阔:UWB在新一代汽车数字钥匙上的技术挑战及应用潜力展望

 

 

“2021国际大湾区充换电论坛”于2021年11月20日在中国进出口商品交易会展馆B区11.2馆论坛区举办,活动邀请了清研讯科(北京)科技有限公司智能汽车事业部总经理郭广阔先生参与活动并发表演讲。

 

演讲嘉宾:郭广阔

8年汽车电子行业经验,丰富的智能网联汽车业务拓展及量产落地经验。曾参与编写《中国智能网联汽车产业发展报告(2020)》,牵头编写《智能网联汽车高精度卫星定位白皮书(2020)》,并参与两项车载卫星导航定位国家标准制定工作。

 

以下是郭广阔演讲实录:

 

 

UWB在新一代汽车数字钥匙上的技术挑战及应用潜力展望

——郭广阔
 

大家好!很开心与大家进行UWB在新一代汽车数字钥匙上的技术挑战及应用潜力展望。

非常抱歉,因北京突发疫情的影响,现在还在居家隔离,不能到场,今天以视频的形式给大家汇报一下我司在UWB数字钥匙、UWB活体检测、脚踢雷达方面的最新研究进展。

首先介绍一下清研讯科,清研讯科是一家世界领先的精准定位产品算法及解决方案提供商,同时也是国内第一家UWB解决方案提供商,自2013年至今持续七年专注于UWB定位算法的研究,同时是2019到2020年UWB定位终端出货量全球第一名,在全球范围内真正出货过百万级UWB终端出货量的2家公司之一,一个是苹果,苹果从苹果11开始内置了UWB芯片,所以苹果手机面向消费者,它的出货量会很快,但是在全球范围内真正ToB超过百万量级的UWB终端出货量的公司只有清研讯科一家。

右侧是我们加入的智能网联汽车相关的组织,ICCE、CC、ICCOA、IIFAA会员,在UWB FIRA Consitum十余个投票权会员之一,ICCE数字钥匙UWB标准编写组成员,中国通信标准化协会实时定位工作组成员,AVP团体标准工作组室内定位技术组成员,精准定位联盟副理事长单位,UWB Alliance唯一的中国UWB解决方案商。

下面就是目前来看UWB不管是在技术上还是在标准上都具备了相应的条件,首先来看看UWB技术的历程及特点,UWB技术具备抗干扰能力强、定位精度高、共存性强三大特性,在IEEE的802.15.4z底性协议中加入了安全测距机制,这也是加速了UWB技术在IOT和汽车领域的应用。UWB也不是一种很新的技术,之前是用在短距离的无线通讯,因为其特点,今年在这些高精度定位领域展现出了非凡的实力,在工业领域的一些定位方案上,比如工业的智能制造、商超、公检法司,UWB应用的场景还是比较多的,汽车也只是其中一部分。

下面来看一下UWB行业的标准,还有相关的一些重要联盟组织,第一个是IEEE,它是致力于建立无线网络通信的通用标准,包含FiRa层、MAC层定义的服务和协议,其中IEEE的820.15.4z在2020年正式对外公布,里面也是加入了这种STS,包括安全测距的一些协议,这是对后面的IOT,包括汽车领域的应用有很好的支撑作用。

第二个是UWB FiRa联盟,这个FiRa联盟致力于UWB技术在IOT领域的应用和用户体验的提升,主要也是定义了应用层、PHY层、MAC层。CAC是致力于智能手机与汽车的连接,定义应用层、PHY层、MAC层,这里面的成员包括了车厂,像大众、宝马,还有芯片厂商,包括手机厂商,像苹果、三星、小米以及清研讯科这种做产品解决方案的提供商,下面这个图是汽车数字钥匙CAC一些标准的发展,第一代就是CAC1.0,它是基于NFC的技术,它连接快、安全性高,但是它的通信距离受限,只有几个厘米,需要你添加一些卡才能使用。第二代是基于蓝牙的技术,它的传输距离有很大的提升,可以做到米级,但是带来的坏处是基于信号强度的测距,定位精度比较差,而且安全性得不到保障。第三代也是最新推出的UWB技术方案,因为UWB的这些特点,所以UWB一是定位距离,二是它的定位精度,最重要一点是它的高安全性,这块也是在汽车数字钥匙领域得到了很好的应用。

下面看一下UWB汽车数字钥匙这块一些典型的场景,其实UWB汽车数字钥匙跟之前多蓝牙的数字钥匙的应用场景很相似,首先是咱们拿着车钥匙,就是数字钥匙走进车辆的时候,比如在20米的范围内车辆的蓝牙扫描到手机进行身份验证,比如20米或者10米范围内就开始启动UWB的精准定位,当走进距车还有3到10米的范围内,比如设置为迎宾区,可触发车辆进行迎宾功能的车灯打开,另外当走到1到3米的范围内开始设置为解锁区,会自动解锁车门,同时可以有一些个性化的设置,包括喇叭的提示,当用户进入车内以后,启动键可以实现车辆的启动和熄火,其实这些范围都是可以去配置的。

下面看一下UWB数字钥匙整体方案的架构,因为整个数字钥匙方案也包括多个产业链上的玩家,比如手机厂商、车厂,还有TSP的方案商,以及类似于清研讯科这种专注于做高精度定位核心算法的厂家,左侧是手机和实体钥匙,因为目前搭载UWB的手机并不是特别多,所以很多厂家还要配一个UWB的实体钥匙,通过BLE、UWB与车进行连接通信,车端要求UWB的锚点、BLE和NFC的节点,这个图是典型的架构图,具体的安装位置和数量需要根据OEM的具体需求做灵活的调整。

在保证满足客户需求的情况下,我们的目的是要提供一个最优的高性价比的方案,我们来看一下粉色的,就是车外的前后保险杠的四个角,这个就相当于是UWB的锚点,它与钥匙端进行测距,车内的UWB的硬件主要是来判断你的钥匙是否在车内,车外的锚点测距信息通过CAN传到MCU中进行位置解算,输出一个高精度的位置信息,高精度的位置信息通过CAN输给BCM或者DCU,进行应用层的开发,高精度的位置信息拓展一些其他方面的应用。

在这个方案当中,因为外部的锚点也能看到只有UWB的芯片,考虑到现在支持UWB的手机还不是特别多,所以不能很好的兼容非UWB的手机,如果想要很好的兼容非UWB的手机,我们可以在外部的几个UWB锚点中也加入BLE的芯片,这样即使是非UWB的手机,在手机不支持UWB的情况下利用多蓝牙进行定位可以带来较为理想的定位缺点就是成本会增加,因为它外部的锚点上既包含了UWB芯片,也包含了蓝牙的芯片。

这一页是基于刚才提到的低成本多UWB+单蓝牙的方案,和较好效果的多UWB+多蓝牙的方案,这块就不做过多的介绍。

刚才提到数字钥匙效果的好坏与硬件方案构型和算法有关,其中硬件现在用的基本上都是NXP车规级的UWB芯片,所以整个硬件上的设计差别不会特别大,但是UWB对射频、天线的设计能力有很高的要求,我们公司在天线设计、仿真和应用方面具有很强的技术实力。

下面讲一下不同方案构型的优劣势,第一个是比较常见的,我们叫4+1的方案,就是车外有四个UWB的锚点,车内有一个,这样的好处就是车外的覆盖区域会比较大,另外车外的角度会比较好,劣势就是我的舱内只有一个UWB的锚点,所以未来舱内只能判断出来你是在车内还是在车外,不能精准地判断在车上的哪个位置。

第二个是0+4的方案,就是车外不安装UWB的锚点,车内安装四个,这个的好处就是可以实现舱内的二维定位,我能精准地知道乘客在哪个座位上坐着,有利于拓展其他一些个性化的设置。

在后面做UWB检测时也可以直接复用舱内的两个锚点的硬件,但是这个方案的缺点就是车外区域的覆盖范围会比较少,牺牲了一些范围的覆盖,因为车外没有锚点了,他利用舱内要传输到经过整个车身的影响,所以车外的区域会降低,而且在精度这块,在某些区域上的精度也会降低。

这个图是刚才讲到的两个不同的构型方案的区别,我们设置了几个维度,第一个是PE区的性能、PS区的性能,还有覆盖范围等等,我们可以基于客户的实际需求提供不同的方案构型,做一些灵活、便利化的调控,这两个是基于目前我们跟客户交流过程中,行业内绝大多数的客户典型需求进行的对比测试。

说完硬件和方案的构型,接下来说一下最重要的软件算法,软件算法做的好坏直接决定了数字钥匙效果的好坏。我们下面看一下这个定位采集部分,包括BLE的连接、UWB安全测距,这部分是CAC3.0中有明确规定的,我们方案商照着CAC里面的规定做就行,做出来也不会有特别大的差别,上面核心的应用软件才是我们各个玩家重点要做的内容,包括UWB高精度的定位服务、区域检测服务 ,我判断你是在哪个区域,另外就是控制器,我同主控进行交互,输出PEPS应用信息,其他的包括OTA及密钥的管理平台等等。这块就是我们解决方案商最和的实力体现,就是核心软件这部分。

下面讲讲一下UWB的技术挑战,UWB做出一个定位的效果并不难,但是能做出来在复杂环境下的高精度高可靠的定位需要一定的功底,首先我从三方面来重点说一下UWB数字钥匙技术的挑战,第一个是复杂的NLOS环境下,它的定位效果,因为UWB是基于TOF的定位,我们实际的应用场景大多数都是非理想的环境,比如车身的金属、人体、停车场、旁边的车、高楼大厦都会带来信号的遮挡,你每检错了1纳米的时间,直接导致带来的定位精度会在50个厘米以上。

第二个是锚点的构型,其实我们最理想的定位是被定为对象在锚点围成的区域之内,比如室内,室内我在每个角上放基站,在基站围成的区域内,我的定位是比较理想的场景,但是比如在车上用,车上做锚点,我的钥匙是在它们围成的区域以外的,这对定位来说也是增加了一些难度。

第三个是交叉的底层数据,因为这些底层数据直接拿过来是不能直接用的,差别还是很大的,甚至差别比如在一些复杂的区域,它的底层数据的误差会很大,比如这里的“1、2、3”三个点是我的实际位置,周围的都是原始的底层数据点,可以看到尤其是在第三个点这块,我这个3其实是在车内的,如果拿到这个底层的数据,都是显示的车外,而且有的点漂的还比较厉害,这也是对算法这块有很强的要求。

UWB数字钥匙现在也是业内公认的趋势,目前UWB的芯片价格还是稍微有些贵,客户也是想着基于UWB上车看看能不能拓展其他的应用场景,我们觉得在以下三个方面可以快速的落地场景,第一个是AVP,通过车上已有的硬件,然后停车场、地下车库装上UWB的基站,我们就可以做UWB技术的定位,结合汽车厂商实现AVP的功能。第二个是乘客的脚踢雷达,我们可以替换现在用的传感器或者毫米波雷达,来实现脚踢。第三个是车内的活体检测,现在的活体检测大部分是用毫米波雷达,包括摄像头来做的,一是它的成本比较高,二是如果用摄像头,在隐私这块得不到保障,所以我们是这三个功能可以复用车上同样的硬件,来实现不同的功能,所以综合成本上也是帮客户去节省一定的成本。

目前脚踢、活体,我们也在跟国内的几个OEM谈具体的项目合作。这一页是我们现在的一些市场开拓的情况,很明显的看出来,UWB上车已经成为是一个不可逆的趋势,UWB数字钥匙也是未来智能汽车的一个重要组成部分。

清研讯科基于在UWB领域多年来的产品研发和量产项目交付经验,核心的算法优势,定位于最专业的UWB车用算法提供商,目前我们已经与40家国内外主流OEM、Tier1建立联系,并有具体项目深度对接,预计2022年和2023年陆续会有量产车型推出,未来我们致力于UWB技术在汽车领域的应用普及,成为汽车领域内最受信赖的UWB车用解决方案专家。

最后给大家播放一下UWB数字钥匙和活体检测、脚踢雷达的宣传视频,便于大家更直观地了解UWB数字钥匙和UWB雷达的功能应用。

以上就是我今天的全部分享,我们参展了此次的广州车展,展位在11.2号馆C71,非常欢迎感兴趣的朋友莅临指导,交流合作。

谢谢大家!
 
 

 

 
 

 
 
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创建时间:2021-12-28 10:25

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