三十年,蘋果特斯拉們是如何幹掉車鑰匙的?

眼下，出門不帶車鑰匙已經成為特斯拉、小鵬、寶馬等品牌智能汽車用戶的日常。基於藍牙技術，走近汽車即可直接打開車門；基於NFC技術，用小小的門禁卡或者手機碰一下汽車，同樣可以實現車鑰匙的所有功能。隨著智能汽車的快速普及，自動駕駛和智能座艙系統正在被越來越多的人所使用，同時還有一個不容易被觀察到的細節功能—智能車門，或者說智能門禁系統也在快速變成生活中的一部分。而最近一兩年，恩智浦、蘋果、大陸等科技和汽車企業，還在快速推進UWB超寬帶技術在手機和汽車上的量產和普及。得益於UWB技術的精確空間定位能力和高安全性，可以做出完全不需要掏出手機即可解鎖的的數字車鑰匙，同時安全性又遠超藍牙、移動網際網路等上一代技術。那麼不同的智能鑰匙技術到底有哪些優缺點？從機械鑰匙到數字鑰匙再到智能鑰匙，又經歷了怎樣的一個變遷過程呢？今天車東西就跟各位讀者一起，回顧一下汽車門禁系統過去三十年的發展歷程。本文福利：智能汽車是物聯網時代最大的機遇，推薦深度研報《為什麼智能汽車時代來的比想像中更快？》，公眾號對話框回復【車東西0139】下載。

上世紀80年代之前，大多數汽車都是使用機械鑰匙開啟車門，無論在便利性還是安全性上都有缺點。必須走到車前轉動鑰匙開鎖、車容易被偷成為當時用車的痛點，車企都在加緊研發新技術，在提升安全性的同時，也想讓人們徹底扔掉車鑰匙。當時，福特在行業內率先推出了無鑰匙進入系統，也就是在駕駛座車門外把手上的數字小鍵盤，輸入密碼就能開鎖，下車之後可以徹底拋棄車鑰匙。與同期扭動鑰匙才能開鎖的車輛相比，密碼鎖更安全，也更優雅。福特將這一解鎖方式沿用至今，如今少數高端車型還在配備密碼門鎖，如果沒帶車鑰匙或者將鑰匙鎖在車內，擁有密碼就不致被鎖在車外。

▲福特部分高端車型配備密碼鎖

不過，整個汽車行業的智能化發展，讓密碼門鎖有些落伍。很快行業內就出現了射頻信號車鑰匙，車鑰匙像遙控器一樣，按下按鈕就能解鎖。隨著技術發展，有些車型甚至不用掏出車鑰匙就能直接解鎖車輛。從功能上來說，這種車鑰匙可以實現無鑰匙進入車輛，也能一鍵啟動，相比密碼門鎖有了巨大升級，同時這種解鎖方式也是最無感的，射頻信號鑰匙成為當前行業內最常見的車鑰匙種類之一。車輛通過發出一定頻率的信號，與車鑰匙建立連接，只要信號足夠強，車門就能夠解鎖。當信號不強時，如果人為加強信號，車門不就能打開了？確實如此，通過儀器將射頻信號加強，讓車輛誤以為車鑰匙離車很近，此時拉動門把手就能直接解鎖。進入車內後，利用無鑰匙啟動系統就能把車輕鬆開走。顯然，無論是密碼鎖還是無鑰匙進入、啟動，雖然可以讓車鑰匙幾乎無感，但是安全性問題始終無法根治。射頻信號的車鑰匙發展了幾十年後，在移動網際網路時代，車鑰匙終於迎來了再一次的革新。

隨著智慧型手機的快速普及，智能汽車也正在走進人們的生活。為了讓車主徹底拋棄車鑰匙，汽車廠商想到了用手機解鎖車輛，運用可以隨時隨地用的行動網路，還有低延遲的藍牙解鎖車輛，就是一大探索。利用車載行動網路，即使車主沒在車輛旁邊，也可以檢查車門有沒有鎖上，或者幫助他人解鎖車門。這是汽車網聯化的一大升級，如今特斯拉等造車新勢力基本都有配備這一功能，甚至一些傳統車企也有配備。通過行動網路控制車門非常容易實現，但是安全性是一大難解的問題。去年8月，特斯拉手機APP就曾出現BUG，多名中國車主發現自己名下的車輛在特斯拉APP中消失，同時出現多輛來自全球多國的其他車輛，可以查看車輛的所有信息，還能正常使用特斯拉APP的遠程控制功能，包括解鎖車門、打開車窗、開啟空調等。

▲微博網友@袁啟聰發布的博文

運用藍牙解鎖車輛也是取代射頻信號車鑰匙的一種探索。車輛藍牙和行動裝置連接，配對之後，就能給車輛發送指令，從而解鎖車輛。利用藍牙技術解鎖車門同樣存在風險，最主要的原因在於藍牙連接存在幹擾不太穩定，同時藍牙定位精度不高、MAC地址容易被盜用等問題導致安全性較差。一位特斯拉車主就向車東西表示，他車內的藍牙解鎖功能經常會遇到連接不穩定、響應速度慢等問題。同時，藍牙設備的MAC地址容易被複製，導致安全性存在漏洞。在定位表現上，藍牙的精度並不高。通常情況下，藍牙設備的通信距離在10米左右，但藍牙的定位精度為1米，可能存在較大偏差。同時，如果僅有兩根藍牙天線互相通信，定位僅限於距離，而沒有方位。舉例來說，如果車主帶著手機進入藍牙連接範圍，車門就處於解鎖狀態，任何人都能拉開車門。如果想要比較精準的藍牙定位，需要多根藍牙天線組成陣列，至少三根藍牙天線才能判斷出物體的方位。在藍牙5.1版本中，原生支持了藍牙方向定位。通過到達角（Angle of Arrival）或者離去角（Angle of Departure），經過多天線的計算就能準確定位。在某些情況下，定位精度可以比此前提升5倍，方向角度的精度可以達到5度。

▲兩種利用藍牙測量方位的方法，都需要多根天線實現

不過，如果想要在空間中精準定位，藍牙天線需要9根（xyz三個方向上分別三根天線定位）或者16根，這對於車輛來說，成本是個比較大的問題。同時，真正原生支持藍牙5.1的行動裝置如今還少的可憐，小米、華為、OPPO、vivo僅有部分新型號手機支持，最新的iPhone都是藍牙5.0，沒有原生支持。對硬體設備要求高、成本高是一方面原因，另一方面，車企在設計藍牙解鎖的步驟時，為了安全也不會讓解鎖無感。例如小鵬P7可以使用藍牙解鎖車門，但並非配對設備靠近車輛就能解鎖，而是需要駕駛員拿出手機，在手機APP中點擊解鎖，通過行動網路的認證之後才能開鎖，通過這一步驟，就能防止手機丟失後車也一併丟失的現象。在智能車門的探索之中，藍牙和移動網際網路解鎖車門確實是一大進步。但受限於通信技術，這兩種解鎖方式在易用性上有所妥協，甚至在安全性上也不能完全保證。這就讓藍牙和移動網的解鎖方式成為一個過渡性的產品。傳統的射頻信號車鑰匙無法完全取消，仍然支持使用，新型解鎖方法僅在少數情況下應急使用，藍牙和行動網路始終沒能代替主流的射頻信號車鑰匙。

除了藍牙、行動網路解鎖的方法，智能汽車也在探索更加安全的解鎖方式，特斯拉等車企走在最前列，用NFC解鎖車門成為又一個新的探索。如今，購買一輛特斯拉，車鑰匙並不是標配，取而代之的是一張NFC卡片，駕駛員只需要在B柱上刷卡，就能進入車內。小鵬P7、比亞迪漢等車型也有類似的設計。

▲小鵬P7刷卡開車門

如果手機支持複製NFC卡片，這張卡就能直接寫入手機，用手機解鎖車門也能實現。此後，比亞迪秦Pro超越版更進一步，原生支持在手機上綁定NFC卡片，手機在左側後視鏡上刷一下，就能解鎖車門。

▲比亞迪秦Pro超越版NFC車鑰匙

通過手機解鎖車門確實能夠拋棄車鑰匙，不過一旦手機沒電了，既打不了電話，又開不了車。與此同時，使用NFC解鎖車門，始終需要掏出手機或者拿出卡片，在易用性上甚至不如射頻信號車鑰匙。硬體上的「缺陷」，軟體是有能力補齊的。NFC解鎖的幾個痛點在2020年6月有了新的進展。在去年召開的WWDC全球開發者大會上，蘋果正式發布了Car Key手機車鑰匙功能。在與支持Car Key的車輛配對之後，只需要將手機靠近門把手，車門就能打開。將手機放進車內的無線充電板上，車輛就能啟動。車東西去年曾對蘋果Car Key進行了深入報導《深度：蘋果乾掉車鑰匙》。

▲蘋果Car Key功能

與蘋果合作的首家車企是寶馬，去年7月1日之後生產的寶馬1、2、3、4、5、6、8、X5、X6、X7、X5M、X6M、Z4、iX3等車型都支持用手機解鎖，其中寶馬旗艦轎車寶馬7系不支持這項功能。行動裝置硬體要求是2018年發布的iPhone XR或更新機型，Apple Watch Series 5或更新機型。這項功能不一定要更新到iOS 14，從iOS 13.4開始就支持這一功能。在使用手機解鎖車輛時，可以為車鑰匙設置密碼或者指紋/面部解鎖，手機丟了也不會導致車輛丟失。如果沒有為車鑰匙設置密碼，也能通過iCloud遠程鎖定車鑰匙，降低財產損失。此外，蘋果的車鑰匙功能還能通過iMessage與他人共享車輛的訪問權限，也能隨時取消他人的權限。在美國，如果將車輛授權給青少年駕駛員，還能限制車輛的加速、最高速度等參數，保障安全行駛。

▲可通過iMessage分享車鑰匙

車鑰匙和Apple Pay交通卡類似，即便手機電量完全耗盡已經關機，車鑰匙還能堅持5個小時，在此期間可以解鎖車輛，上車之後就能用無線充電給手機補電。在WWDC的演講中，蘋果軟體工程高級副總裁Craig Federighi表示，蘋果加入了行業聯盟——汽車通信聯盟（CCC），正是這一聯盟制定了Digital Key Release 2.0規範，能夠讓蘋果和寶馬達成車鑰匙的合作。

▲Digital Key Release 2.0規範中NFC與車通信的流程

在汽車通信聯盟官方網站上，也有不少車企和手機廠商的身影，小米、華為、OPPO、vivo都是聯盟成員，同時吉利汽車、比亞迪、蔚來也是聯盟成員，高德地圖在智能座艙領域也是成員之一。在Digital Key Release 2.0規範中，規定了用NFC解鎖車門的流程和方法，同時也預告今年開始Digital Key Release 3.0規範即將發布，屆時將支持用超寬頻晶片解鎖車輛，駕駛員可以無感使用手機車鑰匙。同時，在汽車通信聯盟的董事組成中，蘋果、寶馬、通用、本田、現代、LG電子、松下、三星、大眾都是董事，也就意味著標準將由這幾家公司主導。雖然蘋果等企業主導的這一行業聯盟解決了手機沒電、手機丟失、共享車輛等多個使用場景中的痛點，但是掏出手機靠近感應區域才能解鎖的問題幾乎無法解決，這也成為NFC解鎖車門的一大遺留問題。手機車鑰匙使用便利性的問題在2021年有望得到解決。

首先回顧一下蘋果在一年多以前舉行的一場發布會。2019年9月，iPhone 11系列正式發布，相比此前的型號多了一顆U1超寬頻（UWB）晶片，雖然在發布會上有展示，但時任蘋果高級副總裁的Philip W. Schiller在演講中對此隻字未提，在iPhone 11的介紹頁面中，也只有簡短的一段文字描述這顆晶片。在2020年發布的iPhone 12系列中，U1晶片也是其主要硬體配置之一。

▲U1晶片搭載於iPhone 12 Pro中

這顆U1晶片類似Wi-Fi和藍牙，能夠以較小的功率在短距離範圍內傳輸大量數據。因此，兩臺在iPhone 11或者iPhone 12進行AirDrop文件傳輸時，速度會更快。蘋果介紹稱，U1晶片可以「讓iPhone 11具備空間感知能力，可感應附近其他配備U1晶片的蘋果設備，並準確判斷出彼此的位置關係，你可以把它想像成覆蓋你家整個客廳的GPS。」

▲iPhone 12 Pro Max中的U1晶片（綠色框內）

在iOS 14中，同樣配備U1晶片的HomePod mini，在與iPhone互動切換歌曲時，會更加精準流暢。回到智能車門，如果將超寬頻晶片內嵌至車門，當駕駛員靠近車輛時，就能精準判斷駕駛員在車輛的哪個區域。同時，超寬頻晶片的通信距離相比NFC更遠，因此打開車門完全不用掏出手機。例如，駕駛員帶著手機站在車後方，此時有人試圖拉開駕駛室車門，是無法解鎖的，只能駕駛員自己拉開車門或者為全車車門解鎖才能讓其他人進入汽車。如果手機沒電，超寬頻晶片無法工作，但iPhone中的NFC晶片還能工作，電量也不是問題。此外，超寬頻晶片的安全性較高，不像藍牙的MAC地址容易被破解。至此，使用內置超寬頻晶片的手機解鎖車門，可以實現和射頻車鑰匙基本相同的解鎖效果。作為全球最大的手機廠商，三星已經跟進安裝了超寬頻晶片，去年發布的摺疊屏手機Galaxy Z Fold2、Galaxy Note 20的部分機型以及今年發布的S21系列部分機型搭載了超寬頻晶片，用於定位和車門解鎖。

▲三星宣布與四家車企達成合作

在剛剛閉幕的CES 2021上，三星宣布和奧迪、寶馬、福特、捷恩斯四個品牌達成合作，搭載超寬頻晶片的三星手機將用於解鎖車門，預計最早將在今年8月上市。與此同時，寶馬宣布純電SUV車型iX將是旗下首款支持超寬頻技術解鎖的車型。

▲寶馬iX將支持使用UWB晶片解鎖

作為汽車零部件供應商，恩智浦對超寬頻技術也非常重視，在去年10月舉行的NXP Connects開發者大會上，恩智浦執行副總裁、CTO Lars Reger就表示，「絕大部分從2025年到2030年上線的、新的汽車平臺都將搭載UWB技術。」目前，利用恩智浦的技術，超寬頻晶片已經在大眾第八代高爾夫等車型中得到應用。利用超寬頻晶片的精準定位，加上手機斷電關機後能繼續使用，基於超寬頻晶片的手機車鑰匙已經能夠在安全性、易用性上遠遠超過射頻信號車鑰匙。

在超寬頻晶片解鎖之後，智能汽車的車門還能玩出什麼新花樣嗎？觀察智慧型手機的發展過程或許能略知一二，鎖定手機經歷了密碼、指紋再到面部解鎖的進化過程，安全性大幅提升的同時，如果沒有新冠肺炎疫情人們不用戴口罩，也變得更加好用以及無感。目前，確實有廠商已經做到了，例如零跑汽車。零跑S01純電車型可以對車主的指靜脈識別解鎖車輛，指靜脈相比指紋更加「獨一無二」，安全性更高，在車內也能通過人臉識別啟動車輛，實現完全拋棄車鑰匙。

▲零跑S01指靜脈識別解鎖

不過，無論是指紋解鎖還是面部識別，在車外都必須面對一個問題：傳感器上有汙漬識別靈敏度就會下降。這也是日常使用指紋和面部識別過程中的痛點。在風吹雨淋的天氣下，還能保證傳感器正常工作，將是指紋、面部識別面臨的一大難點問題。零跑汽車將指靜脈識別模塊「藏」在比較靠內的位置，就是為了解決這一問題，否則每次使用之前都有可能需要手動清潔，對於用戶來說非常麻煩。實際上，行業內的一些車企也在探索在車門或車窗上安裝傳感器，做面部識別。國內造車新勢力威馬就曾推出一款概念車型，車主在上車前就能看到車輛的關鍵信息。此外，無論是指紋解鎖還是面部識別，都需要駕駛員親自解鎖，使用便利性上打了一些折扣，如果使用NFC、UWB技術解鎖，電子卡片可以共享使用，更加易用。面向未來，智能車門還有很長的路要走，也需要廠商和科技公司之間在技術上不斷磨合。

智能汽車的飛速發展，讓科技和汽車的聯繫愈加緊密，同時消費電子領域的優秀實踐也正移植到汽車當中。以特斯拉為代表的智能汽車已經成為市場中的佼佼者，智能汽車的發展早已勢不可擋。智能車門只能是智能汽車發展中很小的一部分，甚至被許多廠商忽視。但從去年開始，蘋果、華為等多家科技公司開始從不同領域進入汽車行業，甚至傳出蘋果即將造車，智能汽車或將成為科技行業未來重要的增長點。