現(xiàn)代車輛采用越來越多的射頻 （RF） 技術(shù)，以滿足客戶對性能和功能的期望。然而，滿足這些要求只會增加整體設(shè)計的復(fù)雜性，并帶來與認(rèn)證和認(rèn)證相關(guān)的挑戰(zhàn)。

考慮到多種無線電技術(shù)的同時運行需要在開發(fā)過程中采取特殊的干擾預(yù)防措施，以及廣泛的車輛測試以確保服務(wù)可用性和高質(zhì)量的用戶體驗，這種設(shè)計挑戰(zhàn)只會增加。

為了克服這些障礙，設(shè)計人員正在轉(zhuǎn)向低功耗藍(lán)牙 （LE）。它作為減少車輛中射頻技術(shù)數(shù)量的解決方案越來越受歡迎，并且可能會擴展到鑰匙扣、胎壓監(jiān)測系統(tǒng) （TPMS） 和數(shù)字鑰匙系統(tǒng)。由于低功耗藍(lán)牙軟件堆棧提供特定的優(yōu)化配置文件、數(shù)據(jù)速率、有效負(fù)載和角色，因此將多個具有各自通信要求的系統(tǒng)合并到一個系統(tǒng)中可以降低整體復(fù)雜性，降低系統(tǒng)成本，并簡化認(rèn)證工作。

汽車藍(lán)牙 LE 設(shè)備支持多角色配置（外設(shè)、中央），并且可以保持與鑰匙扣、TPMS 傳感器和多部手機的大量同時連接。低功耗藍(lán)牙器件的電流消耗也非常低——單個紐扣電池可持續(xù)使用長達(dá) 10 年。如此低的功耗使得從專有的射頻解決方案切換到藍(lán)牙 LE 協(xié)議變得更加容易。

在本文中，我們將探討車輛射頻架構(gòu)的演變，以及如何從基于藍(lán)牙 LE 的終端設(shè)備（如鑰匙扣、TPMS 和數(shù)字鑰匙）方法中受益。

車輛 RF 架構(gòu)的演變

圖 1 顯示了傳統(tǒng)的 RF 車輛架構(gòu)。遙控鑰匙使用短距離雙向低頻通信進(jìn)行防盜器作以啟動車輛。對于無源進(jìn)入/無源啟動功能，長距離低頻通信喚醒遙控鑰匙，遙控鑰匙使用 UHF 頻率傳輸其響應(yīng)。

一些TPMS傳感器使用專有技術(shù)，在服務(wù)模式下采用短距離低頻通信來校準(zhǔn)和配置TPMS傳感器，UHF傳輸與車輛中央節(jié)點通信輪胎狀態(tài)。它們提供有關(guān)輪胎壓力、溫度和 TPMS 電池的信息。

圖 2 顯示了用于實現(xiàn)數(shù)字鑰匙系統(tǒng)的 RF 架構(gòu)，該系統(tǒng)利用智能手機應(yīng)用程序（包括一系列技術(shù)）進(jìn)行汽車訪問，以解鎖/鎖定車門，并在檢測到機艙內(nèi)有手機時啟動發(fā)動機。例如，智能手機集成允許用戶訪問應(yīng)用程序、撥打電話、發(fā)送消息、使用導(dǎo)航和流式傳輸音樂。用戶還可以遠(yuǎn)程訪問其中一些選項并實時檢查車輛的狀態(tài)。

高端版本的數(shù)字鑰匙集成使用藍(lán)牙 LE 進(jìn)行通信，使用 UWB 進(jìn)行定位，無需與智能手機交互即可訪問汽車，類似于被動進(jìn)入/被動啟動功能，如德州儀器 （TI） 的電話即鑰匙 （PaaK） 參考設(shè)計所示（slla679.pdf附在下面，以便讀者參考）。智能手機只需要在車輛范圍內(nèi)。

如圖 2 所示，典型的射頻車輛設(shè)置包括兩個 NFC 讀卡器和多個藍(lán)牙 LE 節(jié)點。以及多達(dá)六個 UWB 節(jié)點。這些標(biāo)準(zhǔn)無線電技術(shù)對于實現(xiàn)智能設(shè)備的數(shù)字密鑰功能是強制性的。然而，標(biāo)準(zhǔn)射頻技術(shù)與傳統(tǒng)汽車門禁架構(gòu)中使用的專有射頻技術(shù)不同。

低功耗藍(lán)牙在各種汽車應(yīng)用中的實施以及與數(shù)字鑰匙系統(tǒng)的集成可能會刺激進(jìn)一步的創(chuàng)新、增強和系統(tǒng)成本節(jié)約。最近發(fā)布的藍(lán)牙LE 6標(biāo)準(zhǔn)引入了信道探測測距功能，以顯著改善定位服務(wù)，這將為無鑰匙進(jìn)入和點火啟動提供更準(zhǔn)確、更可靠的接近感應(yīng)。車輛將能夠更精確地檢測支持藍(lán)牙 LE 的設(shè)備（例如智能手機或鑰匙扣）的存在，確保更順暢、更安全的訪問。

此外，藍(lán)牙 LE 可以提供無線軟件更新，確保不同的節(jié)點、鑰匙扣和 TPMS 傳感器具有最新功能和安全補丁，而無需駕駛員訪問經(jīng)銷商。通過智能手機的完全集成，藍(lán)牙 LE 有助于增強車輛健康監(jiān)控，為持續(xù)監(jiān)控車輛健康和性能打開大門。這些數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)街悄苁謾C應(yīng)用程序或直接傳輸?shù)椒?wù)中心，以進(jìn)行主動維護(hù)和故障排除。

鑒于系統(tǒng)成本壓力、簡化車輛架構(gòu)的需求、較短的上市時間要求和較低的認(rèn)證工作，許多設(shè)計人員正在考慮從專有射頻技術(shù)過渡到在低功耗藍(lán)牙通信方案上標(biāo)準(zhǔn)化所有系統(tǒng)。

用于物理鑰匙扣的藍(lán)牙 LE

從低頻和 UHF 技術(shù)過渡到鑰匙扣中的藍(lán)牙 LE 將通過消除車輛上的低頻收發(fā)器、天線、電纜、連接器和 UHF 接收器模塊來簡化車輛架構(gòu)，從而釋放空間并降低線束復(fù)雜性。由于低頻天線通常放置在門把手內(nèi)，因此移除它們可以實現(xiàn)新的門把手設(shè)計，從而通過優(yōu)化車輛的形狀來改善油耗。

在鑰匙扣本身上，藍(lán)牙 LE 可以取代低頻喚醒接收器，包括大型、重型 3D 天線和 UHF 發(fā)射器，從而顯著降低鑰匙扣的復(fù)雜性。通道探測可為無鑰匙進(jìn)入和點火啟動場景提供準(zhǔn)確可靠的接近感應(yīng)。通過雙向通信，可以實現(xiàn)更高的安全性協(xié)議，防止使用單向通信協(xié)議時發(fā)生的重放攻擊。

鑰匙扣中的藍(lán)牙 LE 技術(shù)可以簡化車隊管理和汽車共享服務(wù)中的訪問控制，從而允許將車輛安全靈活地分配給不同的用戶。它還將通過跟蹤車輛使用情況和駕駛員行為，為優(yōu)化車隊運營和維護(hù)計劃提供有價值的數(shù)據(jù)。

總體而言，配備藍(lán)牙 LE 的遙控鑰匙將在汽車應(yīng)用的發(fā)展中發(fā)揮重要作用，增強安全性、便利性、個性化和連接性。

用于 TPMS 應(yīng)用的藍(lán)牙 LE

在TPMS中，低功耗藍(lán)牙在能效、連接性和數(shù)據(jù)傳輸方面具有優(yōu)勢。新一代低功耗藍(lán)牙器件非常適合 TPMS 傳感器，因為它們需要長時間運行，僅由小型紐扣電池供電。增強的藍(lán)牙 LE 技術(shù)將延長電池壽命。

低功耗藍(lán)牙通信的數(shù)據(jù)速率比傳統(tǒng)解決方案快 100 倍。因此，現(xiàn)在可以實施實時監(jiān)控，并且可以更頻繁、更準(zhǔn)確地從TPMS傳感器到車輛的中央系統(tǒng)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸。

駕駛員可以收到最新的輪胎壓力信息（例如輪胎溫度、傳感器健康狀況和潛在漏氣）、輪胎胎面信息，甚至有關(guān)路況的信息。這通過創(chuàng)建分析隨時間變化的數(shù)據(jù)趨勢的能力，可以實現(xiàn)更高級的診斷（因為傳輸了額外的診斷數(shù)據(jù)）以及更全面的監(jiān)控和主動維護(hù)。

藍(lán)牙 LE 電子控制單元 （ECU） 已經(jīng)可用于數(shù)字鑰匙系統(tǒng)，還可以處理鑰匙扣和 TPMS 連接，從而簡化車輛架構(gòu)和復(fù)雜性。信息娛樂系統(tǒng)、駕駛員輔助系統(tǒng)和移動應(yīng)用程序可以通過包含所有車輛健康信息的集中集線器輕松訪問 TPMS 狀態(tài)信息。

移動設(shè)備和 TPMS 傳感器之間的直接藍(lán)牙 LE 連接是可行的。即使駕駛員不在車內(nèi)，它也可以輕松直接配置、診斷功能和警報。

向基于藍(lán)牙 LE 的 TPMS 解決方案的過渡將帶來更強大的加密、身份驗證以及防偽和欺詐保護(hù)方法，確保從 TPMS 傳感器傳輸?shù)杰囕v中央系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是安全的，并防止篡改或黑客攻擊。這對于自動駕駛汽車尤其重要。

簡化 TPMS 傳感器和車輛中央系統(tǒng)之間的配對過程，減少了設(shè)置時間和用戶干預(yù)。它最終消除了在服務(wù)點提供定制工具的需要，因為可以與任何現(xiàn)代智能手機進(jìn)行通信。

隨著藍(lán)牙 LE 的不斷發(fā)展，更先進(jìn)、更可靠、更具成本效益的 TPMS 解決方案將有助于提供更安全、更高效的駕駛體驗。

采用低功耗藍(lán)牙的下一代車輛架構(gòu)

現(xiàn)代車輛架構(gòu)將融合數(shù)字鑰匙系統(tǒng)、鑰匙扣和TPMS（圖3），使用標(biāo)準(zhǔn)射頻技術(shù)來顯著降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。低功耗藍(lán)牙通過提供最高的協(xié)議靈活性和易于采用性，在這一趨勢中發(fā)揮著核心作用。低功耗、長電池壽命和低系統(tǒng)成本的優(yōu)化是可行的，降低制造成本和縮短上市時間也是可行的。