通过多种无线技术来增强汽车连接性

汽车行业正在发生巨大的变化，连接性在使当今的汽车更安全、更舒适并配备新功能方面发挥着至关重要的作用。为了实现这一点，车辆需要支持多种无线技术——本文讨论了如何实现这一点。

车到云

车辆正在从以硬件为中心转变为软件定义的平台，这些平台在其生命周期中不断发展，具有新功能并提高了安全性和效率。与此同时，最终用户对更好的车载体验的需求正在导致采用更多的信息娱乐功能。

联网车辆的数量正在快速增长（图 1）。这越来越将车到云连接置于车辆设计的最前沿：当今的汽车需要高速、强大的 Wi-Fi 和蜂窝连接到云。

图1：全球联网汽车出货量（来源：ABI Research）

图 2 显示了一些用例。虽然许多应用程序以前专注于信息共享，例如基于位置的服务，但在更高级的分析和机器学习方面的活动越来越多，这些活动将利用车辆传感器生成的大量数据——自动驾驶可能会增加到每小时 4 TB汽车。

图 2：联网车辆用例（来源：NXP）

为了实现这些用例，OEM 越来越多地采用面向服务的网关，这些网关支持安全的全车 OTA 更新，超出了典型汽车微控制器 (MCU) 的能力。例如，恩智浦的汽车级 S32G 处理器具有快速部署新用例和支持可升级车辆的性能和网络功能。

连接要求

OTA 更新通常通过 Wi-Fi 网络进行，以确保有效覆盖并避免蜂窝数据消耗（以及成本）的增加。这需要一个安全、高性能的 Wi-Fi 网络（例如新的 Wi-Fi 6 标准）。

传统的分散式车辆架构方法，其中添加新的 ECU 以支持具有自己的处理和连接性的每个新功能，由于其复杂性而无法扩展。相反，汽车架构正在从基于平面硬件的设计转向域和区域计算架构。

在基于域的架构中，车辆的逻辑或软件系统分为五个主要的不同功能区域，例如连接性、信息娱乐、ADAS、动力总成、车身和舒适性。车辆的物理结构通过转向区域拓扑得到简化，其中处理集中在车辆的区域内，例如左前、右前、左后和右后，并带有中央车载计算机。

关键是连接域控制器。它负责无线电接收、蜂窝连接、DSRC V2X 通信和安全汽车访问，以及包括蓝牙、Wi-Fi、GNSS 和 NFC 在内的消费者连接。

另一个重要领域是安全性：随着车辆变得更加自主，确保它们不会被渗透变得越来越重要。新的域架构意味着 OTA 更新被安全下载到连接域控制器，在那里它们被授权并发送到面向车辆网络服务的网关。在这里，它们被进一步验证并安全地分布在整个车辆中。

车内体验

车内体验正成为汽车制造商日益重要的差异化因素。通过 Wi-Fi 6 和蓝牙 5.2 增强无线连接对于实现改进至关重要。

例如，Wi-Fi 6 的高吞吐量和高效网络可在多个显示器上实现更好的超高清视频流性能，并支持停车和安全摄像头（参见图 3）。从长远来看，Wi-Fi 还可以用作不同 ECU 之间的无线链接，通过更换电缆来节省成本、重量和空间。

图 3：不断发展的 Wi-Fi 信息娱乐带宽要求

蓝牙的作用将扩大到支持新的应用，例如连接用于车内游戏的控制器、连接到智能手机以进行照明和加热控制，以及使用可穿戴设备监测驾驶员以检测疲劳。

新的蓝牙增强功能将改善车内体验。例如，蓝牙 5.2 中包含的 LE 音频可在较低数据速率下提高音频质量。LE Audio 还引入了广播音频，它允许信息娱乐系统等设备向可能无限数量的设备广播音频。

恩智浦即将推出的汽车级 Wi-Fi 和蓝牙 5.2 芯片组将同时支持 Wi-Fi 6 和蓝牙 5.2 LE 音频。

更多无线技术

作为 Wi-Fi 和蓝牙 IC 的补充，其他车载技术包括广播无线电接收。

此外，车载 NFC 用例包括用于发动机启动的驾驶员身份验证、个人设备与蓝牙或 Wi-Fi 的无缝配对，以及识别驾驶员以实现个性化。NFC 和其他智能卡非接触式解决方案也可用于车辆访问，作为超宽带 (UWB) 的备份。

对于无线遥控钥匙，UWB 比蓝牙提供更大的攻击抵抗力，因为它可以确定飞行时间 (ToF)，从而更准确地确定两个设备之间的距离。当今的数字密钥设计通常通过蓝牙处理初始唤醒和身份验证，以及使用 UWB 安全检测范围。NFC 还可用作移动设备电池电量耗尽时的备用技术。

在车牌或挡风玻璃贴纸中嵌入 RAIN RFID 芯片组的车辆可以利用智能移动应用，例如车辆识别和登记、道路收费和访问控制。

另一个关键的汽车功能将是车辆与其他车辆、智慧城市基础设施和其他道路用户之间的车对一切 (V2X) 通信。图 4 显示了 V2X 的一些用例，它们需要低延迟、高可靠性和稳定的性能。

V2X 已经在一些地区部署，使用基于 802.11p 标准的专用短程通信 (DSRC)，越来越多的新车采用该技术。

图 4：V2X 用例

结论

汽车无线连接不再是事后的想法。联网汽车的增长将支持从预测性维护到完全可升级的软件定义车辆的新用例。

图 5：无线连接技术的主要汽车用例

如图 6 所示，通过芯片组为面向服务的网关提供汽车处理解决方案以及为连接域控制器提供处理和连接的供应商可以很好地实现这一转变。

图 6：恩智浦汽车系统解决方案

总之，OEM 应通过 Wi-Fi 6、蓝牙 5.2 和 UWB 等新技术确保其汽车连接的未来，以确保当今强大的用户体验以及支持信息娱乐、车辆到云、安全访问和 V2X。

审核编辑 黄昊宇