三十年,苹果特斯拉们是如何干掉车钥匙的?

智东西2021-01-26
三十年迭代四次,车钥匙即将成为历史。

编者按:本文来自微信公众号“车东西”(ID:chedongxi),作者:James,编辑:晓寒,36氪经授权发布。

传统的实体车钥匙正在快速消亡。

眼下,出门不带车钥匙已经成为特斯拉、小鹏、宝马等品牌智能汽车用户的日常。

基于蓝牙技术,走近汽车即可直接打开车门;基于NFC技术,用小小的门禁卡或者手机碰一下汽车,同样可以实现车钥匙的所有功能。

随着智能汽车的快速普及,自动驾驶和智能座舱系统正在被越来越多的人所使用,同时还有一个不容易被观察到的细节功能—智能车门,或者说智能门禁系统也在快速变成生活中的一部分。

而最近一两年,恩智浦、苹果、大陆等科技和汽车企业,还在快速推进UWB超宽带技术在手机和汽车上的量产和普及。

得益于UWB技术的精确空间定位能力和高安全性,可以做出完全不需要掏出手机即可解锁的的数字车钥匙,同时安全性又远超蓝牙、移动互联网等上一代技术。

可以说,眼下正是到了跟汽车钥匙说再见的时刻。

那么不同的智能钥匙技术到底有哪些优缺点?从机械钥匙到数字钥匙再到智能钥匙,又经历了怎样的一个变迁过程呢?今天车东西就跟各位读者一起,回顾一下汽车门禁系统过去三十年的发展历程。

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01 第一代智能门锁:福特数字门锁

上世纪80年代之前,大多数汽车都是使用机械钥匙开启车门,无论在便利性还是安全性上都有缺点。必须走到车前转动钥匙开锁、车容易被偷成为当时用车的痛点,车企都在加紧研发新技术,在提升安全性的同时,也想让人们彻底扔掉车钥匙。

当时,福特在行业内率先推出了无钥匙进入系统,也就是在驾驶座车门外把手上的数字小键盘,输入密码就能开锁,下车之后可以彻底抛弃车钥匙。

与同期扭动钥匙才能开锁的车辆相比,密码锁更安全,也更优雅。

福特将这一解锁方式沿用至今,如今少数高端车型还在配备密码门锁,如果没带车钥匙或者将钥匙锁在车内,拥有密码就不致被锁在车外。

▲福特部分高端车型配备密码锁

不过,整个汽车行业的智能化发展,让密码门锁有些落伍。很快行业内就出现了射频信号车钥匙,车钥匙像遥控器一样,按下按钮就能解锁。随着技术发展,有些车型甚至不用掏出车钥匙就能直接解锁车辆。

同时,解锁和锁定不需要人走到车前,使用更加方便。

从功能上来说,这种车钥匙可以实现无钥匙进入车辆,也能一键启动,相比密码门锁有了巨大升级,同时这种解锁方式也是最无感的,射频信号钥匙成为当前行业内最常见的车钥匙种类之一。

车辆通过发出一定频率的信号,与车钥匙建立连接,只要信号足够强,车门就能够解锁。

显然,这种技术存在一定的漏洞。

当信号不强时,如果人为加强信号,车门不就能打开了?

确实如此,通过仪器将射频信号加强,让车辆误以为车钥匙离车很近,此时拉动门把手就能直接解锁。进入车内后,利用无钥匙启动系统就能把车轻松开走。

显然,无论是密码锁还是无钥匙进入、启动,虽然可以让车钥匙几乎无感,但是安全性问题始终无法根治。

射频信号的车钥匙发展了几十年后,在移动互联网时代,车钥匙终于迎来了再一次的革新。

02 第二代智能门锁:蓝牙+移动互联网

随着智能手机的快速普及,智能汽车也正在走进人们的生活。为了让车主彻底抛弃车钥匙,汽车厂商想到了用手机解锁车辆,运用可以随时随地用的移动网络,还有低延迟的蓝牙解锁车辆,就是一大探索。

利用车载移动网络,即使车主没在车辆旁边,也可以检查车门有没有锁上,或者帮助他人解锁车门。

这是汽车网联化的一大升级,如今特斯拉等造车新势力基本都有配备这一功能,甚至一些传统车企也有配备。

通过移动网络控制车门非常容易实现,但是安全性是一大难解的问题。

去年8月,特斯拉手机APP就曾出现BUG,多名中国车主发现自己名下的车辆在特斯拉APP中消失,同时出现多辆来自全球多国的其他车辆,可以查看车辆的所有信息,还能正常使用特斯拉APP的远程控制功能,包括解锁车门、打开车窗、开启空调等。

▲微博网友@袁启聪发布的博文

运用蓝牙解锁车辆也是取代射频信号车钥匙的一种探索。车辆蓝牙和移动设备连接,配对之后,就能给车辆发送指令,从而解锁车辆。

利用蓝牙技术解锁车门同样存在风险,最主要的原因在于蓝牙连接存在干扰不太稳定,同时蓝牙定位精度不高、MAC地址容易被盗用等问题导致安全性较差。

一位特斯拉车主就向车东西表示,他车内的蓝牙解锁功能经常会遇到连接不稳定、响应速度慢等问题。

同时,蓝牙设备的MAC地址容易被复制,导致安全性存在漏洞。

在定位表现上,蓝牙的精度并不高。通常情况下,蓝牙设备的通信距离在10米左右,但蓝牙的定位精度为1米,可能存在较大偏差。同时,如果仅有两根蓝牙天线互相通信,定位仅限于距离,而没有方位。

举例来说,如果车主带着手机进入蓝牙连接范围,车门就处于解锁状态,任何人都能拉开车门。

如果想要比较精准的蓝牙定位,需要多根蓝牙天线组成阵列,至少三根蓝牙天线才能判断出物体的方位。

在蓝牙5.1版本中,原生支持了蓝牙方向定位。通过到达角(Angle of Arrival)或者离去角(Angle of Departure),经过多天线的计算就能准确定位。在某些情况下,定位精度可以比此前提升5倍,方向角度的精度可以达到5度。

▲两种利用蓝牙测量方位的方法,都需要多根天线实现

不过,如果想要在空间中精准定位,蓝牙天线需要9根(xyz三个方向上分别三根天线定位)或者16根,这对于车辆来说,成本是个比较大的问题。

同时,真正原生支持蓝牙5.1的移动设备如今还少的可怜,小米华为、OPPO、vivo仅有部分新型号手机支持,最新的iPhone都是蓝牙5.0,没有原生支持。

对硬件设备要求高、成本高是一方面原因,另一方面,车企在设计蓝牙解锁的步骤时,为了安全也不会让解锁无感。

例如小鹏P7可以使用蓝牙解锁车门,但并非配对设备靠近车辆就能解锁,而是需要驾驶员拿出手机,在手机APP中点击解锁,通过移动网络的认证之后才能开锁,通过这一步骤,就能防止手机丢失后车也一并丢失的现象。

在智能车门的探索之中,蓝牙和移动互联网解锁车门确实是一大进步。但受限于通信技术,这两种解锁方式在易用性上有所妥协,甚至在安全性上也不能完全保证。

这就让蓝牙和移动网的解锁方式成为一个过渡性的产品。传统的射频信号车钥匙无法完全取消,仍然支持使用,新型解锁方法仅在少数情况下应急使用,蓝牙和移动网络始终没能代替主流的射频信号车钥匙。

03 第三代智能门锁:NFC成智能电动标配

除了蓝牙、移动网络解锁的方法,智能汽车也在探索更加安全的解锁方式,特斯拉等车企走在最前列,用NFC解锁车门成为又一个新的探索。

如今,购买一辆特斯拉,车钥匙并不是标配,取而代之的是一张NFC卡片,驾驶员只需要在B柱上刷卡,就能进入车内。小鹏P7、比亚迪汉等车型也有类似的设计。

▲小鹏P7刷卡开车门

如果手机支持复制NFC卡片,这张卡就能直接写入手机,用手机解锁车门也能实现。

此后,比亚迪秦Pro超越版更进一步,原生支持在手机上绑定NFC卡片,手机在左侧后视镜上刷一下,就能解锁车门。

▲比亚迪秦Pro超越版NFC车钥匙

通过手机解锁车门确实能够抛弃车钥匙,不过一旦手机没电了,既打不了电话,又开不了车。与此同时,使用NFC解锁车门,始终需要掏出手机或者拿出卡片,在易用性上甚至不如射频信号车钥匙。

硬件上的“缺陷”,软件是有能力补齐的。NFC解锁的几个痛点在2020年6月有了新的进展。

在去年召开的WWDC全球开发者大会上,苹果正式发布了Car Key手机车钥匙功能。在与支持Car Key的车辆配对之后,只需要将手机靠近门把手,车门就能打开。将手机放进车内的无线充电板上,车辆就能启动。车东西去年曾对苹果Car Key进行了深入报道《深度:苹果干掉车钥匙》。

▲苹果Car Key功能

与苹果合作的首家车企是宝马,去年7月1日之后生产的宝马1、2、3、4、5、6、8、X5、X6、X7、X5M、X6M、Z4、iX3等车型都支持用手机解锁,其中宝马旗舰轿车宝马7系不支持这项功能。移动设备硬件要求是2018年发布的iPhone XR或更新机型,Apple Watch Series 5或更新机型。这项功能不一定要更新到iOS 14,从iOS 13.4开始就支持这一功能。

可能有人会担心,如果手机丢了怎么办?

在使用手机解锁车辆时,可以为车钥匙设置密码或者指纹/面部解锁,手机丢了也不会导致车辆丢失。如果没有为车钥匙设置密码,也能通过iCloud远程锁定车钥匙,降低财产损失。

此外,苹果的车钥匙功能还能通过iMessage与他人共享车辆的访问权限,也能随时取消他人的权限。在美国,如果将车辆授权给青少年驾驶员,还能限制车辆的加速、最高速度等参数,保障安全行驶。

▲可通过iMessage分享车钥匙

还有一个问题,如果手机没电了怎么办?

车钥匙和Apple Pay交通卡类似,即便手机电量完全耗尽已经关机,车钥匙还能坚持5个小时,在此期间可以解锁车辆,上车之后就能用无线充电给手机补电。

在WWDC的演讲中,苹果软件工程高级副总裁Craig Federighi表示,苹果加入了行业联盟——汽车通信联盟(CCC),正是这一联盟制定了Digital Key Release 2.0规范,能够让苹果和宝马达成车钥匙的合作。

▲Digital Key Release 2.0规范中NFC与车通信的流程

在汽车通信联盟官方网站上,也有不少车企和手机厂商的身影,小米、华为、OPPO、vivo都是联盟成员,同时吉利汽车、比亚迪、蔚来也是联盟成员,高德地图在智能座舱领域也是成员之一。

在Digital Key Release 2.0规范中,规定了用NFC解锁车门的流程和方法,同时也预告今年开始Digital Key Release 3.0规范即将发布,届时将支持用超宽频芯片解锁车辆,驾驶员可以无感使用手机车钥匙。

同时,在汽车通信联盟的董事组成中,苹果、宝马、通用、本田、现代、LG电子、松下、三星、大众都是董事,也就意味着标准将由这几家公司主导。

虽然苹果等企业主导的这一行业联盟解决了手机没电、手机丢失、共享车辆等多个使用场景中的痛点,但是掏出手机靠近感应区域才能解锁的问题几乎无法解决,这也成为NFC解锁车门的一大遗留问题。

手机车钥匙使用便利性的问题在2021年有望得到解决。

04 第四代智能门锁:UWB开始步入现实

首先回顾一下苹果在一年多以前举行的一场发布会。2019年9月,iPhone 11系列正式发布,相比此前的型号多了一颗U1超宽频(UWB)芯片,虽然在发布会上有展示,但时任苹果高级副总裁的Philip W. Schiller在演讲中对此只字未提,在iPhone 11的介绍页面中,也只有简短的一段文字描述这颗芯片。

在2020年发布的iPhone 12系列中,U1芯片也是其主要硬件配置之一。

▲U1芯片搭载于iPhone 12 Pro中

这颗U1芯片类似Wi-Fi和蓝牙,能够以较小的功率在短距离范围内传输大量数据。因此,两台在iPhone 11或者iPhone 12进行AirDrop文件传输时,速度会更快。

除此之外,这颗芯片最厉害的一点是精确定位。

苹果介绍称,U1芯片可以“让iPhone 11具备空间感知能力,可感应附近其他配备U1芯片的苹果设备,并准确判断出彼此的位置关系,你可以把它想象成覆盖你家整个客厅的GPS。”

▲iPhone 12 Pro Max中的U1芯片(绿色框内)

在iOS 14中,同样配备U1芯片的HomePod mini,在与iPhone互动切换歌曲时,会更加精准流畅。

回到智能车门,如果将超宽频芯片内嵌至车门,当驾驶员靠近车辆时,就能精准判断驾驶员在车辆的哪个区域。同时,超宽频芯片的通信距离相比NFC更远,因此打开车门完全不用掏出手机。

例如,驾驶员带着手机站在车后方,此时有人试图拉开驾驶室车门,是无法解锁的,只能驾驶员自己拉开车门或者为全车车门解锁才能让其他人进入汽车。

如果手机没电,超宽频芯片无法工作,但iPhone中的NFC芯片还能工作,电量也不是问题。

此外,超宽频芯片的安全性较高,不像蓝牙的MAC地址容易被破解。

至此,使用内置超宽频芯片的手机解锁车门,可以实现和射频车钥匙基本相同的解锁效果。

作为全球最大的手机厂商,三星已经跟进安装了超宽频芯片,去年发布的折叠屏手机Galaxy Z Fold2、Galaxy Note 20的部分机型以及今年发布的S21系列部分机型搭载了超宽频芯片,用于定位和车门解锁。

▲三星宣布与四家车企达成合作

在刚刚闭幕的CES 2021上,三星宣布和奥迪、宝马、福特、捷恩斯四个品牌达成合作,搭载超宽频芯片的三星手机将用于解锁车门,预计最早将在今年8月上市。

与此同时,宝马宣布纯电SUV车型iX将是旗下首款支持超宽频技术解锁的车型。

▲宝马iX将支持使用UWB芯片解锁

作为汽车零部件供应商,恩智浦对超宽频技术也非常重视,在去年10月举行的NXP Connects开发者大会上,恩智浦执行副总裁、CTO Lars Reger就表示,“绝大部分从2025年到2030年上线的、新的汽车平台都将搭载UWB技术。”

目前,利用恩智浦的技术,超宽频芯片已经在大众第八代高尔夫等车型中得到应用。

利用超宽频芯片的精准定位,加上手机断电关机后能继续使用,基于超宽频芯片的手机车钥匙已经能够在安全性、易用性上远远超过射频信号车钥匙。

05 车门智能化加速,新技术不断涌现

在超宽频芯片解锁之后,智能汽车的车门还能玩出什么新花样吗?

观察智能手机的发展过程或许能略知一二,锁定手机经历了密码、指纹再到面部解锁的进化过程,安全性大幅提升的同时,如果没有新冠肺炎疫情人们不用戴口罩,也变得更加好用以及无感。

那么智能汽车是不是也能借鉴这一发展路径呢?

目前,确实有厂商已经做到了,例如零跑汽车。零跑S01纯电车型可以对车主的指静脉识别解锁车辆,指静脉相比指纹更加“独一无二”,安全性更高,在车内也能通过人脸识别启动车辆,实现完全抛弃车钥匙。

▲零跑S01指静脉识别解锁

不过,无论是指纹解锁还是面部识别,在车外都必须面对一个问题:传感器上有污渍识别灵敏度就会下降。这也是日常使用指纹和面部识别过程中的痛点。在风吹雨淋的天气下,还能保证传感器正常工作,将是指纹、面部识别面临的一大难点问题。

零跑汽车将指静脉识别模块“藏”在比较靠内的位置,就是为了解决这一问题,否则每次使用之前都有可能需要手动清洁,对于用户来说非常麻烦。

实际上,行业内的一些车企也在探索在车门或车窗上安装传感器,做面部识别。国内造车新势力威马就曾推出一款概念车型,车主在上车前就能看到车辆的关键信息。

此外,无论是指纹解锁还是面部识别,都需要驾驶员亲自解锁,使用便利性上打了一些折扣,如果使用NFC、UWB技术解锁,电子卡片可以共享使用,更加易用。

面向未来,智能车门还有很长的路要走,也需要厂商和科技公司之间在技术上不断磨合。

06 结语:智能汽车发展势不可挡

智能汽车的飞速发展,让科技和汽车的联系愈加紧密,同时消费电子领域的优秀实践也正移植到汽车当中。以特斯拉为代表的智能汽车已经成为市场中的佼佼者,智能汽车的发展早已势不可挡。

智能车门只能是智能汽车发展中很小的一部分,甚至被许多厂商忽视。但从去年开始,苹果、华为等多家科技公司开始从不同领域进入汽车行业,甚至传出苹果即将造车,智能汽车或将成为科技行业未来重要的增长点。

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