汽车钥匙发展史

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介绍

最近在研究UWB数字钥匙的过程中，了解到汽车钥匙在短短的100多年以来的发展历程，让我不禁感慨科技的发展速度，本文主要介绍汽车发展过程中，车钥匙形态变化的历程及技术原理。

总体概述，汽车钥匙的发展，大致如下图：

机械时代

摇把

80、90年代生活在农村的孩子，对摇把钥匙应该比较熟悉。代表车型就是拖拉机，它采用的就是摇把子的启动方式。

启动原理：在汽车里有一个磁电机，在手摇的的时候，就会带动电机以给高压点火系统供电。这样火花塞就能有高压被点燃。火花塞都被点燃了，发动机自然也就可以启动了。

缺点：没有安全性，只需要有摇把子，就能启动车辆。容易被偷走。

机械钥匙

在20世纪，随着机械工艺越来越成熟，精准，机械钥匙便应运而生。它通过插入车门锁和点火开关的锁芯来启动车辆。

启动原理：

当车主将机械钥匙插入汽车点火开关时，钥匙的齿形会解锁点火开关中的锁芯，使得点火开关能够旋转。
点火开关内有多个接触点，当钥匙旋转时，锁芯会带动这些接触点发生变化，从而启动电流流向汽车的电池和启动系统。
启动系统通过机械方式旋转发动机的飞轮，带动发动机转动并启动发动机。如果一切正常，发动机开始运转，车辆便完成了启动。

缺点：安全性低。整个启动流程，只有机械钥匙的锯齿与锁芯匹配进行了验证。但是机械钥匙又极易被复制；经常在电影情节中，演员将汽车中一堆线速，将其中几根线，碰撞几次。就能启动汽车，其原理，应该就是步骤二，通过引起电流变化，让启动系统工作。

优点：因为器械钥匙依托可靠的机械结构，并不依赖电子器件，因此它的可靠性非常高。即使到今天，很多车型依然保持对机械钥匙的支持。

电子信息时代

随着电子信息的飞速发展，汽车钥匙的形态也在快速变化。

IMMO（Immobilizer，防盗系统）

IMMO（Immobilizer，防盗系统）是一种电子防盗系统，广泛应用于现代汽车中，用以防止未经授权的启动和防止车辆被盗。IMMO 系统的核心目的是通过识别合法的车钥匙或授权设备，防止未经授权的启动操作。
它通过在传统的机械钥匙中加入一些ECU，实现电子认证流程。

原理：

当车主插入钥匙并旋转时，车钥匙中的芯片会向车辆的接收单元发送信号，车辆的电子控制单元（ECU）接收该信号并验证其有效性。
钥匙中的芯片代码匹配预设的安全代码，ECU 会允许发动机启动。否则，IMMO 系统会阻止启动过程，并且通常会触发报警或发出警告。

优点：IMMO 系统有效防止盗贼利用盗窃工具、复制钥匙等手段盗窃车辆。无法通过简单的物理方法启动车辆，极大降低了盗窃成功的可能性。

PEPS

PEPS（Passive Entry Passive Start）系统即无钥匙进入及启动系统。目前常见的技术有四种：RFID（无线射频识别）技术、NFC、蓝牙、UWB。

RFID

它的系统框图一般如下：

可实现远程开锁，无需按动遥控器即可进入车内以及一键启动发动机。

远程开锁/闭锁流程：

用户按下解锁/闭锁按钮，汽车钥匙通过 RF发送模块将开锁/闭锁指令给 PEPS系统。
PEPS系统，收到RF 消息后，进行内部认证，若认证通过，则发送控制指令给BCM。
BCM 收到开锁/闭锁指令，则向车身CAN 发送信号，达到开锁/闭锁。

无感开锁流程目前主流的有两种：

方案一：

在车门闭锁状态下，PEPS系统中的LF发射模块会周期向外发射信号。
当车主携带钥匙靠近车门时，会进行认证流程。当认证通过之后。汽车钥匙会通过RF模块发送开锁指令。
PEPS系统，收到RF 消息后，进行内部认证，若认证通过，则发送控制指令给BCM。
BCM 收到开锁指令，则向车身CAN 发送信号，达到开锁功能。

方案二：

当车主触摸门把手时，会通知BCM。
BCM 知道有用户尝试开锁时，则会告知PEPS系统。此时PEPS 会尝试向外发送低频信号，尝试发现汽车钥匙。
若车钥匙在汽车附近，则会认证通过。达到自动解锁；若车钥匙不在附近，则不会自动解锁。

注：低频信号传输距离短，高频信号传输距离长。低频与高频的切换目的是，避免钥匙在远距离时，车门被意外打开，确保安全。

方案二相对于方案一，能耗会小一些。但是会多门把手触发模块的成本。我的RAV4 荣放车型，就在主驾驶门把手、副驾驶门把手、后备箱门把手安装了触发模块。

一键启动流程类似与无感开锁流程中的方案二。

数字钥匙

随着近些年的发展，很多车型已经进入无钥匙时代。数字钥匙相较于传统汽车一体式遥控钥匙，它没有固定的形态，可以是一张NFC卡片，也可以是智能穿戴设备，目前主流的载体还是手机。

数字钥匙主要包括低功耗的蓝牙、近场通信NFC、超宽带UWB三条技术路线。其中蓝牙钥匙较为广泛和成熟。

蓝牙钥匙

汽车蓝牙数字钥匙方案采用蓝牙（BLE）多点监听方式，通过多个监听锚点获取钥匙与中心节点通讯的蓝牙信号RSSI值实现对钥匙的定位。

功能框图如下：

方案部署如下：

介绍：

蓝牙分为中心节点和监听节点。中心节点负责蓝牙钥匙的发现及认证过程；监听节点检测蓝牙钥匙的RSSI值。
当车处于锁门状态时，只有中心节点处于低功耗工作状态，监听节点处于休眠状态。
当蓝牙钥匙靠近车时，中心节点会进行发现，认证过程。若认证成功，则唤醒监听节点进行工作。各监听节点会将RSSI值发送给中心节点。
中心节点根据各RSSI值，经过内部算法，得出蓝牙钥匙的具体位置（方向，距离）。
当蓝牙钥匙达到预先设置的迎宾区时，则中心节点向BCM发送亮灯请求，进行迎宾；当蓝牙钥匙达到解锁区时，则中心节点向BCM发送解锁请求，用户无感进入车内；当蓝牙钥匙进入车内区时，用户可一键启动。

NFC

汽车NFC数字钥匙，一般是通过在门把手或后视镜安装NFC读卡器，手机或NFC卡片，通过近距离接触，实现认证，解锁的目的。

功能框图大致如下：

介绍：

NFC 读卡芯片，获取到NFC 信号数据后，将其通过SPI串口，发送给MCU。
MCU 内部进行认证。
若认证通过，则通知BCM进行锁车；否则不响应。

优点：NFC最大的优点就是即使手机没电了，也可以使用。

UWB

UWB（Ultra Wide Band，超宽带）技术是一种新型的近距离无线通信技术，具高分辨率和抗干扰能力，定位精度为厘米级，可实现高精度目标探测和测距，并且在定位精度、定位距离、安全性、抗干扰等方面均优于蓝牙和WiFi。它的应用方向与蓝牙类似。

它的使用方案一般如下：

介绍：
车身一般会分布5个UWB模块（4+1），4个在车外，1个在车内。

工作流程：

各UWB模块检测UWB钥匙的位置信息，将其向CAN总线发送。
主控（T-box）通过获取各UWB模块的数据参数，透传给算法模块，得到钥匙的具体位置。
当UWB钥匙达到预先设置的迎宾区时，则中心节点向BCM发送亮灯请求，进行迎宾；当UWB钥匙达到解锁区时，则中心节点向BCM发送解锁请求，用户无感进入车内；当UWB钥匙进入车内区时，用户可一键启动。

注：手机必须要也要支持UWB

分析

NFC、蓝牙、UWB各有自己的优缺点，目前主流的方案是三者结合使用。

在锁车的状态下，车内蓝牙模块会周期进行钥匙发现。因为蓝牙的功耗更低、识别距离更远。
当蓝牙节点发现钥匙靠近时，会进行发现、认证流程。若认证通过，则唤醒UWB模块，并将一些参数进行传递。
UWB模块进行钥匙定位，执行迎宾、解锁、一键启动功能。
当手机没有电时，蓝牙及UWB是无法进行使用的，此时可以通过NFC进行解锁。

生物识别时代

传统的基于钥匙和无钥匙的车辆进入系统长期以来是车辆访问控制的标准。然而，这些系统存在固有的局限性，尤其是随着技术漏洞（如中继攻击和信号拦截）的增加，车辆盗窃和未经授权访问的事件日益增多。为应对这些挑战，汽车行业开始向生物识别技术转变，以弥补传统系统的不足，并提供更高水平的安全性。

指纹识别和面部识别作为当前汽车安全领域的主要生物识别技术，通过传感器捕捉用户的生理特征，为车辆提供个性化（座椅姿势，驾驶习惯等）和安全的访问控制。用户只需简单的指纹触摸或面部扫描，即可实现车辆的解锁和启动，这不仅减少了丢失钥匙的风险，还提高了使用的便利性。相较于传统的物理钥匙，生物识别技术的优势在于它可以显著降低未经授权进入的可能性，为用户提供更个性化的车内体验。

虽然该技术还未在汽车行业普及，但我相信在不远的将来便会兴起。

总结

本文介绍了汽车钥匙从机械时代到数字化时代的发展历程，强调了科技进步如何推动车钥匙形态和技术原理的演变。

机械时代：
- 摇把：早期的启动方式，通过手摇磁电机启动发动机，缺乏安全性。
- 机械钥匙：通过插入车门锁和点火开关启动，具有高可靠性，但安全性差，容易被复制。
电子信息时代：
- IMMO（防盗系统）：通过芯片和电子控制单元（ECU）认证车主身份，提高了防盗性能。
- PEPS（无钥匙进入及启动）：包括RFID、NFC、蓝牙、UWB技术，允许车主远程开锁、解锁和一键启动，方便快捷。
数字钥匙技术：
- 蓝牙钥匙：基于多点监听方式，利用蓝牙信号定位，实现无钥匙开锁和启动。
- NFC：通过近距离接触实现解锁和认证，适合手机没电时使用。
- UWB：提供厘米级的高精度定位和抗干扰能力，在安全性和定位精度上优于蓝牙和WiFi，成为新兴的技术路线。
生物识别时代：
- 随着技术进步，生物识别技术（如指纹识别和面部识别）被应用于汽车钥匙系统，提供更高的安全性和个性化的车内体验，解决传统系统的漏洞。