汽车玻璃集成UWB数字钥匙发展研究白皮书2023.docx

waM<yI目录第一章汽车数字钥匙概况41.1 汽车数字钥匙国内外研究现状41.2 汽车数字钥匙软件系统架构介绍51.3 汽乍数字钥匙硬件系统架构介绍6第二章汽车数字钥匙政策标准与认证情况92.1 汽车数字钥匙标准法规及政策92.2 汽车数字钥匙国内外行业认证情况11第三章UWB超宽带定位技术153.1 UWB超宽带信号及特点153.2 UWB定位技术发展16第四章汽车数字钥匙UWB应用场景分析184.1 汽车数字钥匙UWB核心应用场景194.2 汽车数字钥匙UWB扩展应用场景20第五章汽车玻璃集成UWB的必要性和充分性235.1 汽车数字钥匙UWB模组布局常见方案235.2 汽车玻璃集成UWB的必要性分析245.3 汽车玻璃集成UWB的充分性分析25第六章汽车玻璃集成UWB的产业生态研究276.1 汽车玻璃集成UWB产业链分析276.2 产业链上游：芯片环节286.3 产业链中游：解决方案306.4 产业链下游：汽车厂商32第七章福耀集团关于汽车玻璃集成UWB的最佳实践357.1 UWB数字钥匙模块布局方案357.2 汽车玻璃集成UWB系统测试数据分析36第八章总结与展望408.1 汽车玻璃集成UWB的共性挑战408.2 汽车玻璃集成UWB的发展趋势408.3 汽车玻璃集成UWB的发展建议41参考文献42Ll汽车数字钥匙国内外研究现状随着汽车技术的发展，智能化的电子模块和其他复杂功能也在汽车领域得到了广泛应用。汽车电子技术的发展也带来了汽车钥匙的革新，汽车钥匙经历了机械式钥匙、芯片钥匙、遥控钥匙、智能钥匙等发展阶段，每个发展阶段都是在朝着用户使用便捷与智能方向发展(如图所示)。其中，基于汽车电子的遥控钥匙、智能进入和智能启动系统、数字钥匙等使得车辆的使用越来越便捷，越来越智能。图1-1汽车钥匙的发展当前，汽车数字钥匙的研究与应用在国内外都得到了广泛关注和发展。据统计，2021年中国乘用车数字钥匙装配量超过200万，同比增长243%装配率10.9%,比上年增加7.5个百分点。受芯片供应影响，2021年汽车数字钥匙装配量比预期要少，未来随着芯片供应趋稳，数字钥匙装配量也会快速上涨。预计到2025年汽车数字钥匙装配量达到784万，平均增长38%;装配率达到30%,平均每年保持5个百分点的增长。2022年，宝马在其旗舰车型iX之上，展示了基于苹果UWB技术的全新超宽带(UWB)数字钥匙。同年，蔚来在2022年交付的ET7和ET5装备UWB数字钥匙.以实现厘米级高精定位。止匕外，三星也正在与宝马、奥迪、现代、福特等多家车企进行基于UWB技术的合作。与传统汽车钥匙不同，数字钥匙是指通过手机或智能穿戴设备，将开锁从“手动”变为“遥控”。由此，汽车数字钥匙可以简单定义为通过精确的蓝牙定位、NFC、UWB等近场通讯技术将手机、智能手表、智能手环等可穿戴设备转化为汽车钥匙，从而实现无钥匙进入和启动车辆、钥匙分享等舒适便捷的用车体验1。1.2汽车数字钥匙软件系统架构介绍在汽车数字钥匙软件系统架构之中，手机、服务平台、车辆构成了一个紧密的系统如图1-2所示。手机端对服务器发送的数字钥匙进行存储，并通过签名和证书的方式对信息进行加解密并验证接收到的消息。服务端接收手机端的信息后进行验证、存储，生成数字证书、数字钥匙、为车主提供服务等。车主通过注册、登录，在服务器对用户的身份与数字钥匙进行认证后，为用户提供与车辆相关的功能。用户注册图1-2汽车数字钥匙软件系统架构1.2.1智能移动设备端数字钥匙数字钥匙通常以用户随身智能设备为载体，目前主流的主要分为智能手机设备和可穿戴设备。在两大类别下会细分出不同的用户视觉可感知的形态。手机，常规的如APP、小程序、手机快捷操作按键等；可穿戴设备，如智能手表、手环等。钥匙被数字化之后所存在的形态即为数字状态下可被车端读卡器所识别的数据，数据里至少应包括使用者的身份以及具备的操作权限等。智能移动设备数字钥匙是面向C端用户的车联网服务应用，其通过集成数字钥匙SDK组建实现向用户提供数字钥匙服务功能。数字钥匙SDK组建内包含了短距离通信控制模块、数字钥匙业务服务模块、辅助测距定位模块、手机车钥匙框架对接模块以及安全中间件模块等。%皿m国匹麋网联汽车产业创新联盟OMmMmv*M0a>*bmM*wtICm>mMhm1.2.2 智能设备端数字钥匙服务平台智能设备端数字钥匙服务平台，是指智能设备厂商数字钥匙业务的管理平台，其核心业务包括用户管理、钥匙管理、车辆接入、设备管理、验证、数据安全服务、通信安全服务等。当用户注册数字钥匙时，需要在数字钥匙服务平台申请，通过后传送到手机应用，并安全存储，当每次使用时，使用近场通信即可开启完成相关操作。1.2.3 车端数字钥匙设备车端硬件设备主要包括车辆控制器(MCU)、通信元件、SE安全元件等，这些硬件设备是实现车辆与数字钥匙之间的连接与通信，以及相应的车控功能的基础。例如：车主的“数字钥匙”与车辆通过通信元件建立连接之后，车主通过数字发出解锁车辆的指令，则相应的控制器会执行解锁车辆的指令。1.2.4 车端数字钥匙服务平台汽车钥匙的数字化与相应车控功能的实现，除了需要基础硬件设施的支持，还需要软件层面的协同。车辆服务平台，作为连接车辆和智能设备&服务平台之间的桥梁，在整个数字钥匙系统中扮演着重要角色，主要负责与智能设备侧、车辆端的数据交互与指令下发，其核心业务包括用户管理、车辆管理、智能设备管理、钥匙数字化、钥匙生命周期管理、车控、数据安全等。1.3汽车数字钥匙硬件系统架构介绍汽车数字钥匙联盟规定了数字钥匙主要分为UWB、BLE以及NFC三个部分，UWB主要负责车身附近10米左右的定位以及车内定位、BLE主要负责连接车身主模块，NFC主要负责刷卡解锁车辆。数字钥匙主模块分为：BLE和BLE+UWB两种情况。(1) 只有BLE的主模块硬件架构，如图1-3所示。,，”C“中国智能网联汽车产业创新跌嬲三*rCM>3<gCBkMdCO图1-3只有BLE的主模块硬件电路架构(2) 具备BLE+UWB的主模块硬件架构，如图1-4所示。主模块硬件电路架构图1-4具备BLE+UWB的主模块硬件架构数字钥匙从模块分为：BLE、BLE+UWB、UWB和NFC四种情况。(1) 只有BLE的从模块硬件架构，如图1-5所示。从模块硬件电路架构图IT只有BLE的从模块硬件架构注意：图中MeU可以根据产品性能要求不大，有些情况可以省略；图中CAN_FD可以改为LIN。(2) 只有UWB的从模块硬件架构，如图1-6所示。zcalPower架构图1-6只有BLE的从模块硬件架构注意：图中MCU可以根据产品性能要求不大，有些情况可以省略；图中CAN_FD可以改为UN。(3) 有UWB+BLE的从模块硬件架构，如图1-7所示。PowerBwEUssVCCUARTcan MCU Iic架构图1-7有UWB+BLE的从模块硬件架构注意：图中MCU可以根据产品性能要求不大，有些情况可以省略；图中CANJD可以改为LlN。(4) NFC的电路架构如图1-8所示。NN模块硬件电路架构图1-8 NFC的电路架构“HO中国智能网联汽车产业创新联脸zMM*wm.<n.UbMeftrttvnfwf<*mWtM第二章汽车数字钥匙政策标准与认证情况2. 1汽车数字钥匙标准法规及政策2.1.1 国外政策标准现状CCC(CarConnectivityCOnSoniUm)车联网联盟是一个致力于制定智能手机到汽车连接解决方案标准的全球跨行业组织。CCC着力发展汽车数字钥匙，消费者用智能手机等设备就能锁车、解锁、启动引擎或分享车辆的访问权，因此CeC定义了一套数字钥匙规范，即CCC数字钥匙标准1.0、CCC数字钥匙标准2.0、CCC数字钥匙标准3.0。2021年7月CCC将UWB定义为第三代数字钥匙的核心技术，并发布CCC数字钥匙标准3.0。CCC数字钥匙标准3.0是基于NFCBLEUWB作为基础的无线电技术的使用，该系统采用非对称密码技术对车辆和设备进行相互签名认证，且只对已知车辆显示身份，只有使用和车辆存储的公钥相对应的私钥签名计算，车辆才能进行解闭锁、启动发动机等功能。CCC数字钥匙标准2.0标准中，利用NFC近场非接触通信技术，提供手机数字钥匙与车辆端的安全模块(SeCUreElement)进行数据交互的通道，以实现车主认证(OWrIerPairing)、标准传输(StandTransaction),快速传输(FastTransaction)等流程。CCC数字钥匙标准3.0标准作为CCC数字钥匙标准2.0标准的补充，强制保留对NFC技术的支持作为向CCC数字钥匙标准2.0兼容备份的解决方案，除此外还增加了以下功能：(1) 增加BLE无线通信技术，BLE可替代NFC作为安全模块数据交互的通道，同时承担协商UWB安全测距的会话参数，提供UWB首次安全测距时间同步机制，可以提供RKE远程控制，启动/闭锁引擎等功能实现。(2) 增加UWB安全测距功能，通过实施UWB连接来增加无钥匙进入和位置感知功能，可以带来更好的用户友好体验。CCC数字钥匙标准3.0通过BLE将端到端安全性从手机的安全元素扩展到汽车的安全元素。通过加入UWB无线连接技术，建立安全测距会话，测距密钥来源于安全地存储在SeCUreEIement中的数字密钥，测距密钥具有有限的生命周期，缩短攻击者可用时间窗口进而提供安全的测距。2.1.2 国内政策标准现状国外有CCC(CarConnectivityConsortium)车联网联盟，致力于推动全球智能手机和汽车连接解决方案技术规范；国内，则有ICCE(汽车智慧车联产业生态联盟)，IFAA(蚂蚁集团牵头的互联网身份认证产业联盟)、ICCOA(智慈车联开放联盟)等多个机构也在寻求产业协同。智慧车联产业生态联盟(ICCEjntelligemCarConnectivityIndustryEcosystemAlliance)先后发布7项汽车数字钥匙相关的联盟标准，分别是：(1) ICCE/T001-2020智慧车联产业生态联盟数字车钥匙系统第1部分：总体要求(2) ICCE/T001-2021智慧车联产业生态联盟数字车钥匙系统第2部分：蓝牙系统规范(3) ICCE/T002-2021移动终端与车载设备互联技术规范第1部分：系统架构(4) ICCE/T003-2021移动终端与车载设备互联技术规范第2部分：发现连接(5) ICCE/T001-2022移动终端与车载设备互联测试规程第1部分：性能符合性测试(6) ICCE/T003-2022智慧车联产业生态联盟数字车钥匙系统第3部分：NFC系统要求(7) ICCE/T002-2022移动终端与车载设备互联技术规范第4部分：应用服务协议该系列标准包括总体技术要求、技术规范以及性能符合性测试等，适配多种底层通信技术的分册及帮助产业链各环节更便捷开发的指南，为车企、终端厂商和方案商在对接车钥匙业务方面提供了相关依据。此外，数字钥匙的国家标准编制工作也在有序推进，由比亚迪、中汽中心共同牵头的推荐性国家标准汽车数字钥匙系统技术规范己完成标准初稿编制。标准主要分为4部分：汽车数字钥匙系统结构、汽车数字钥匙系统及车辆要求、零部件要求、