虽然车企们仍在经历缺芯的煎熬，汽车智能化的趋势却如江水东流不可阻遏。作为“开门见智”的首选体验，peps系统已经走下贵胄的神坛，不再为高端车型所独享。众多的新能源汽车厂商正在将这种优越的体验奉献给普罗大众。在中国市场，比亚迪、广汽、吉利汽车和蔚小理等几乎已全系配备peps。默默地，ta为您的新车驾乘绽放惊艳。回首间，你有没有那一念，想了解ta的前世与今生，以及未来的归处？
因为业务的缘故，紫杨恶补了几天peps系统的知识。今晨幸得黄大律师提点，顿感“没有输出的学习，对不起浪掷的良辰美景。” 那就把自己对ta的理解记下来，希望能帮您打开一扇窗，窥见ta的机巧之美，畅想您的智驾未来。
peps即passive entry & passive start，中文可以理解为无钥匙进入及启动系统，也有人将其表述为无感开门和启动系统。（为什么叫无感呢？我想应该是因为除了惊艳，驾乘者感觉不到ta存在，而实际上ta一直默默地在感知驾乘者。）这种体验简言之，就是当驾乘者步入指定范围时，系统即可识别出汽车授权的驾乘者，并自动开门。离开汽车时，门锁会自动锁上并进到防盗状态。通过peps系统，您还可以在上车前启动汽车，让爱车的空调和座椅提前进入舒适状态。ta让你这么爽，却让偷车贼很不爽。这可是一代代汽车电子工程师不懈努力的结果，随着我们对这项技术的了解，你会窥见他们还有哪些激动人心的追求。
昨天：rke和pke
光在无线通信技术方面，如今主流的peps系统就集成了低功耗蓝牙技术、nfc技术、高频和低频rfid等技术。它们是怎么工作的呢？要是一开始就讲今天，那就容易囫囵吞枣了。我还是先讲讲ta的昨天吧。
大概到上世纪九十年代末，一些高端车型基于低频rfid（125khz）的引擎防盗系统immo的思路，发展了rke (remote keyless entry) “远程无钥匙进入”技术，以实现遥控开车门，它就是如今peps的前辈了。这个系统通过无线车钥（key fob）发射uhf（超高频）信号给车身控制模块所连接的无线接受器来完成验证，验证完成司机的操作即刻转化为车身控制模块驱动的开关门动作。这个机制如图1所示，是一种单向验证，就像谍战片中地下交通员事先设定接头暗号（密码），说出暗号的人就被放进门开会。这种机制的弊端是，一旦敌人窃取了暗号，交通站就会被攻破。
图1： rke 工作原理
rke方案采用的无线频率为315 mhz(美国、中国、日本)、433.92 hz(欧洲、中国)和868 mhz（欧洲）。信号调制方面，各国通常采用ask幅移键控调制模式，日本则采用fsk 移频键控调制模式。silicon labs、maxim、microchip、nxp等芯片厂商在这个领域一直都有布局。
进入本世纪初后，人们将rke的单向验证机制升级为双向验证机制，便有了pke, 即passive keyless entry “被动无钥匙进入”技术。这里说到“被动”，大概主要是因为验证动作的发起端并非持有key fob “钥匙牌”的司机，而是插接在汽车车身控制模块上的lf低频发射器。车门在关闭并且上锁以后，车载的无线模块会持续的发送低频（125khz）的编码，搜索并唤醒一定范围内的应答器（钥匙牌内）。如果长时间没有接收到响应信号，低频模块就会进入休眠状态降低功耗。一旦钥匙牌内的应答器接收到这个唤醒信号，就会发出一个高频（如433mhz）射频滚动编码报文。车载无线模块会对接收到的报文进行解码，识别成功以后会执行相应的动作。具体执行关门还是开门，就要依靠门把手传感器了。因为门把手传感器不同的信号，分别对应着关门动作和开门动作。由此可以看出，相对于rke机制，pke的验证实际上是双向验证的模式，如图2所示。
图2 pke工作原理
如果我们还以谍战片里的交通站为例子，那么这种模式就相当于在交通站不是坐等接头人上门，而是在附近发一些暗号，比如在某个柱子上标一个特殊符号，或者在窗户上放某一盆花，当接头人看到这些暗号，就知道交通站在找自己，于是再用另一套暗号过去交通站敲门接头。对移动站点而言，这种机制就有了主动权。当然，这样的双向验证机制，也给交通站的安全上了双保险。
在pke世代，无钥匙开/关门机制也和前面提到的无线引擎防盗系统immo相结合，就实现了无钥匙进入和无钥匙启动的双重智能体验，这就是peps的早期形式了，ta是2003年开始走进人们的生活的。
今天：蓝牙peps成为主流
然而智能化的脚步才刚刚开始。此后的十几年中，智能手机逐渐普及。如今，它已成为日常生活中身份认证的最方便的工具。于是，车企开始把智能手机的元素加入peps，逐步形成了今天的peps系统。
那么今天的peps系统都加入了哪些功能呢？当前主流的peps都加入了nfc和蓝牙元素。驾驶员可以将带有nfc功能的手机贴近汽车的b柱，实现刷手机进入。它免除了驾驶员同时在口袋内塞车钥匙和手机的不便。而将蓝牙引入peps，则更具革命性。首先，蓝牙在智能手机中的植入率是百分之一百，用户不需要为自己持有那款机型而烦恼。蓝牙的高频率、跳频机制及其固有的加密机制，相比uhf/lf的保险加密机制更加安全。而蓝牙的测距精度和定位功能，也更方便用于确认开关门时机，大幅降低尾随进入的可能性。蓝牙功能还方便用户通过app将车辆的使用权转授给其他用户，实现亲友间的远程共享授权。这种机制也方便了租车公司的业务管理和共享自驾出行模式的实现。
蓝牙peps的定位测距精度在半米级~米级。相对低端的蓝牙peps方案采用rssi测距，最多实现1-5米级的定位精度, 而aoa技术，则可以实现半米级的定位。
rssi技术实现入门级peps
rssi依据无线电波在介质中传输，信号功率随传播距离衰减的衰减模型计算出节点间的距离。然后用三边计算完成定位计算。
由于信号传播的过程中，受到距离和障碍物的影响。信号的功率强度随之衰减，间接影响精度。所以rssi在短距离内才能有较好的精度。但由于其部署成本低、低功耗，被用来实现入门级蓝牙peps。这种实现方法中最低配版，是只在汽车a柱上放置一个蓝牙基站，只用rssi来计算用户所持蓝牙设备离a柱的距离，从而判断是否开/关门，如图3所示。
图3： 入门级蓝牙peps方案配置（rssi 单站）
aoa定位技术实现主流级peps
蓝牙5.1版本中增加了对于ble数字钥匙具有意义的aoa（angle of arrival 入射角算法）功能。这个功能支持更加精确的定位方法。aoa方案（如图4）中，发射设备例如手机定期发送特殊的信号，接收设备例如车辆通过一个天线阵列对特殊信号进行接收，并进行相位分析，进而计算出发射设备的方向角度。结合其它的测量方法和设备，该方案能够较为准确地判断发射设备的位置（距离和方向），精度可以达到0.5米左右。
图4. 蓝牙aoa 定位
显然，定位精度的提高是需要多个支持aoa算法的蓝牙基站支持的。于是，在中端以上车型中配备的蓝牙peps都是如图5所示的这样布局（各车型具体基站数量和摆放方式仍有所不同）。
图5： 主流级蓝牙peps方案配置（aoa定位）
目前用于蓝牙peps领域的芯片方案有ti cc2640、nxp kw36 以及silicon labs的efr32bg22等。
未来：uwb是趋势
然而，岁月并未止步，peps的创新更是如此。uwb技术以其更高的安全性、更快的响应速度和厘米级的定位精度，日益为车企产品创新团队所瞩目。2019 年，全球车联联盟（ccc）将uwb 列为下一代车辆安全访问技术，由此uwb 开始大批量应用于出行设备领域。
2020年6月，ieee 更新 uwb 的相关标准（802.15.4z），增强 uwb 安全功能（在 phy/rf 级别），进一步为 uwb进入主流应用市场铺平道路。2021年7月，ccc联盟正式发布了ccc digital key 3.0规范，其中明确提出将uwb与ble(蓝牙)无线技术相结合，能够实现通过兼容的移动设备进行被动无钥匙进入和引擎启动。
图6. peps所采用的定位技术的比较
uwb 的定位算法
uwb目前有三种比较成熟的定位算法，toa（time of arrival，到达时间）、tdoa （time difference of arrival，到达时间差）和 aoa（angel of arrival，到达角度）。具体实现过程中，一般会采用融合三种定位方法的混合定位方案，实现最优定位性能。
toa采用圆周定位法（如图7），通过测量移动终端与三个或更多uwb基站之间的距离来实现定位。通过三圆相交于一点可确定移动终端的位置。然而由于多径、噪声等现象存在，会造成多圆无法相交或相交不是一个点而是一个区域，因此实际上很少单独使用toa定位。
图7： toa定位算法(圆周定位法)
tdoa基于toa进行了改进，对基站进行精确时间同步，这是容易实现的，而不关心移动终端与基站之间的时间同步，如图8所示。首先计算出移动终端与基站a和基站b之间的距离差，则移动终端必定在以基站a和基站b为焦点，与焦点距离差恒定的双曲线上。再通过移动终端与基站a和基站c之间的距离差，可得另一组双曲线，而双曲线的交点就是移动终端的位置。在车辆空间范围内，通过距离差的方式还可以减少多径、噪声等的影响。
图8. tdoa定位算法
aoa定位基于相位差的原理计算到达角度，只需要两个基站即可实现定位。由于涉及到角度分辨率问题，因此定位精度随基站距离的增加而降低，多用于中短距离的定位。
uwb peps场景
当车主携带智能钥匙靠近车辆，在最远80米的位置，车辆ble节点就可以探测到智能钥匙ble信号。车辆ble节点唤醒车身域控制器，车身域控制器控制迎宾灯缓缓亮起，从而进入迎宾状态。于此同时，车辆uwb节点被唤醒，在车主携带的智能钥匙与车辆的距离小于10m时，车辆uwb节点通过定位手段可以实时精准感知到车主的位置，此时车主只要拉动车门就能自动解锁。此外，车辆也会配备nfc近场通讯的功能，在智能钥匙没电等特殊情况下，可以采用nfc近场通信解锁、启动车辆。其实现架构如图9所示。
图9. ccc3.0 规范下uwb-peps实现架构
在uwb芯片领域，当前公认成熟的厂家是苹果、nxp trimension和qorvo dw系列，目前只有nxp trimension ncj29d5满足车规要求。
uwb peps延伸：生物雷达
uwb peps给司机的体验既贴心又安全，怎一个爽字了得？然而，车上的乘客是不是感受也一样呢？平时是一样的，但是不怕一万，就怕万一。如果司机下车了，车门自动锁上了。车里却不小心落下了稚气婴童，或者留下了甜心宠物，汽车是不是该向司机报警呢？完全有必要啊！幸好，这一切还是可以由uwb来搞定。
作为一种超宽带无线载波通信技术，uwb利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，这一技术让uwb成就了超凡的雷达功能。相比于普通雷达，uwb这种超宽带雷达具有多种优势，如功率低、毫米级分辨率、强穿透力、抗干扰能力强，以及适宜于近距离探测等，uwb超宽带雷达尤其适合应用在生命探测领域，作为超宽带生物雷达使用。
uwb超宽带生物雷达，可以在不需要任何电极或传感器接触生命体的情况下，实现非接触、远距离、无约束的检测到人体或动物的呼吸和心跳等生命体征。他不但可以帮助peps系统杜绝错关人或动物在车里的事故，还可以侦测司机的生理状态，在司机身体不适或疲倦时及时发出提醒甚至介入，防范驾驶中的认为不测。
图10. uwb 生物雷达活体检测
除车内活体检测外，基于uwb雷达对于运动的感知，uwb还有一个巧妙的应用是跺脚开后备箱。当驾驶员身份到达车辆尾部，uwb高灵敏度雷达可精准检测跺脚动作，从而自动打开车辆后备箱。
图11. uwb 踢脚雷达图示
以上描述的两项uwb雷达功能，包括uwb活体雷达以及uwb踢脚雷达，都无需额外的硬件，而只是通过复用车端uwb硬件实现，无需增加额外的成本。我们也可以把它们当成未来uwb peps功能的一部分。
uwb peps: 畅想avp
avp(automated valet parking)即自主代客泊车功能，被称为是解决用户“最后一公里自由”的l4级自动驾驶技术，是目前最有希望实现商业落地的自动驾驶技术应用场景，如图10所示。用uwb实现peps体验的另一个巨大好处是，它为实现avp在汽车一端提供了充分必要条件。
图12. avp 自主代客泊车系统
图11所示的是一种可行的车端uwb节点布局方案。前大灯和尾灯处共放置四个uwb peps节点，车顶放置第五个uwb peps avp节点。第五个节点既可以接收车内的uwb信号，也能接收车外的uwb信号，而且也是实现avp功能的关键节点。
图13. uwb peps avp实现架构
在peps模式下，第五个uwb节点和其它四个uwb节点一起，协同合作，完成智能钥匙位置的测量，并将测距信息发送给车身域控制器，完成智能钥匙位置的计算，从而决定后续的解锁和启动操作。
进入avp模式时，第五个节点就开始不断地接收停车场里铺设的uwb节点播发的uwb定位报文，报文中包含有停车场停车位的信息，类似gnss定位信号里的经纬度信息。车端uwb节点将收到的定位报文送入智驾域控制器中，从而实现车辆在车库内的坐标计算，并进一步输入给规划控制模块，用于avp功能的实现。
结语
此时此刻，明月装饰了我的窗子，peps是否装饰了你的梦？感谢深圳老友信驰达康总提供在技术理解上给予的点拨。此时，比亚迪的市值才到贵州茅台的40%、特斯拉的20%。海上明月共潮生，愿中国车企驭新能源和智能驾驶之风，鲲鹏直上。