新能源車載終端藍牙模塊適用性分析

郭來喜，莊濟寧，黃建鵬，唐 燕

（上汽通用五菱汽車股份有限公司廣西汽車新四化重點實驗室，廣西 柳州 545007）

1 研究背景

近年來，車聯網區域大量地使用藍牙技術，有著很不錯的效果。傳統的汽車造車領域正在向智能化、網聯化、科技化發展，汽車已經不是一個簡單的代步工具，而是一個智能座艙，一切都在向方便化、快捷化發展，汽車市場為我國的經濟增長做出了重要的貢獻。而汽車領域向著智能、快捷、方便的方向發展，勢必離不開無線通信技術的支持。但全新的無線通信技術不可能在這么短的時間內出現，而現有的藍牙技術可以滿足很多方便快捷的功能設計，為藍牙技術在車端的應用提供了肥沃的土壤?，F在生活中常用的功能像遠程開關車門、遠程啟動車輛等功能，可以通過客戶端APP 遠程下發指令，通過藍牙技術來實現，與整車數據進行交互。高集成度以及方便快捷的特點，為汽車以后走向智能化、網聯化、科技化奠定了根基。傳統汽車使用機械鑰匙進行開關車門、打火等操作，為用戶實現最基礎的用車，隨著科技的進步與發展，傳統的鑰匙已經開始落后于時代，不能滿足人們對方便快捷的追求，不能使用戶深層次與整車交互。目前廣泛應用于汽車的藍牙鑰匙，已經成為光大用戶與整車交互的首選方式。為了保證手機藍牙鑰匙的安全性，需要選擇出可靠的、低功耗的，符合車輛功能設計的藍牙模塊。

2 藍牙BR/EDR 與BLE 區別

2.1 信道

藍牙BR/EDR 和BLE 都在2.4GHzISM 頻段內通信，但它們劃分頻段的信道數不同。藍牙BR/EDR將頻段劃分為間隔1 MHz 的79 個頻道。采用更簡單的發射器和接收器的BLE，因此它將頻帶劃分為間隔2 MHz 的40 個通道。

2.2 功率

功耗是藍牙BR/EDR 和BLE 之間的關鍵區別因素，BLE 最大的優點就是低功耗。藍牙BR/EDR，可以使用100 mW 的最大輸出功率來傳輸大約10～100 m 的數據。對于這種功耗來講，如果設備可以隨時隨地方便的充電，這是一個很好的選擇。但是這針對汽車整車來講，卻并不是一個較好的選擇。目前普遍使用的這些車輛控制功能，都是在整車下電休眠的情況下進行的，整車下電后是由車載電源進行供電的，而BR/EDR 較大的功率對車載電源是一個不小的消耗，如果用戶一段時間不用車，很可能導致整車虧電給用戶帶來不便，而較多的充放電也會給車載電源壽命帶來不小的影響。

相較之下，BLE 則是一個非常不錯的選擇。BLE在發送數據時打開發射器，接收數據時打開接收器，可以將最大功率降到10 mW，很好地降低了功率消耗，同時保持和BR/EDR 相同的傳輸范圍。當BLE不發送數據包時，會將接收機置于空閑狀態，這種狀態下BLE 幾乎沒有說明能量消耗。

2.3 延遲

關于延遲方面，BLE 也是明顯優于BR/EDR 的。藍牙BR/EDR 進行數據傳輸首先需要做一個前期準備，發射器接收數據在內部轉化為可用的數據，第一步需要大概1 000 ms，第二步需要100 ms，這樣總的計算下來就有1 100 ms 的延遲。這對于用戶能感知到的功能來說，已經是相當明顯的延遲了。延遲的期間又會導致更多的功耗。

BLE 只需要3 ms 左右的延遲，即可準備好發送數據。從接收數據到轉化為可用的數據總時長約為6 ms，這樣又可以減少延遲期間的功率消耗。

2.4 吞吐量

關于吞吐量方面，BLE 相較于BR/EDR 就顯得稍遜一籌了。雖然都是采用的GFSK 技術，但是優于協議、無線電、軟件等因素的限制，實際吞吐量呈現了不小的差異。

藍牙BR 吞吐量可以達到0.7 Mb/s，藍牙EDR吞吐量可以達到2.1 Mb/s，這個吞吐量是可以滿足視頻音頻的吞吐量。BLE 發送數據采用短脈沖的形式，這就限制了BLE 技術的吞吐量。BLE 吞吐量為0.27 Mb/s，不足以支持傳輸音視頻，但是日常使用的這些車控指令是可以滿足的。

3 藍牙與汽車技術

目前市場上面生產的汽車，大部分都搭載了GPS 導航系統，藍牙功能在GPS 導航系統上面也有著廣泛的應用。一方面可以提供定位導航，另一方面也可以作為藍牙耳機接聽手機電話，給車主一個方便快捷的駕駛環境。

藍牙技術在汽車領域中現在已經十分普及，像藍牙播放器、藍牙鑰匙等已經成為很多用戶常用的功能之一。

4 藍牙鑰匙梳理

4.1 創建Owner 鑰匙

用戶進行掃碼綁車操作時，通過中臺調用云服務平臺創建鑰匙的接口，將車輛二維碼中的車輛VIN 信息填入系統中；將注冊手機APP 的號碼作為用戶ID；鑰匙類型置為owner 鑰匙類型；將unix 最大時間2038-01-19 11∶14∶08 作為結束時間。命令填充完成之后發給T-Box，T-Box 就會將創建好的owner 鑰匙保存在設備里。一個設備里只能有1把owner 鑰匙。見圖1。

圖1 掃碼綁車流程

4.2 創建Friends 鑰匙

車主在進行藍牙授權操作時，手機APP 通過中臺調用云服務平臺創建鑰匙的接口，將他綁定的車輛VIN 錄入系統中，將車主輸入的手機號作為用戶ID；鑰匙類型為friends 鑰匙；將車主輸入的時間作為該鑰匙的結束時間（不能超過unix 最大時間）。命令填充完成之后發給T-Box，T-Box 就會將創建好的friends 鑰匙保存在設備里。見圖2。

圖2 藍牙授權流程

4.3 刪除Owner 鑰匙

當用戶進行解綁操作時，會通過中臺調用云服務平臺刪除鑰匙的接口。云服務平臺會判斷被請求刪除鑰匙的類型。若需要刪除的鑰匙類型是owner，云服務平臺會下發指令將T-Box 內部鑰匙全部清掉。云服務平臺與手機App 會收到返回信息為刪除成功，此時手機App就可以成功解綁。

4.4 刪除Friends 鑰匙

若friends 鑰匙仍然在有效期內，車主通過App進行取消授權操作時，會通過中臺調用云服務平臺刪除鑰匙的接口。當需要刪除的鑰匙類型是friends時，云服務平臺會下發指令將該鑰匙刪除，不影響其他鑰匙。見下頁圖3。

圖3 刪除藍牙鑰匙邏輯

4.5 藍牙鑰匙失效

Friends 鑰匙不是永久存在的，達到授權結束時間之后會自動失效。機制如下：

T-Box：若T-Box 內部成功創建friends 鑰匙，在1s 之后會本地檢查所有鑰匙的有效時間。若是所有鑰匙有效時間全部在當前時間的1 h 之后，T-Box內部會運行一個計時器，每隔1 h 檢查鑰匙的有效時間。若是有檢查到存在friends 鑰匙會在1 小時以內過期，UCU 內部會重新計時，確保在鑰匙失效的那一時刻能喚醒設備，刪除設備里的藍牙鑰匙。刪除時T-Box 不會和云服務平臺做交互。

APP：APP 檢測到藍牙鑰匙即將過期，會在鑰匙失效時刻通過數據商店調用車控平臺刪除鑰匙的接口。若收到車控平臺刪除成功的返回，則判斷刪除成功，在APP 中將此鑰匙設置為失效。

云服務平臺：云服務平臺刪除鑰匙接口被調用時，會對比鑰匙有效時間與當前時間，若是檢測到當前鑰匙已過有效期，則平臺將庫里的鑰匙刪除。刪除時車控平臺不會和T-Box 做交互。具體見圖4。

圖4 藍牙鑰匙失效邏輯

5 結論

車載終端的藍牙模塊主要功能還是以手機鑰匙開關車門為主，對于信道和吞吐量要求沒那么苛刻，但是對于延遲和功耗存在一定要求，由于手機鑰匙是在車輛未上電的情況下使用的，所以需要較低的功耗，延遲在很大程度上會影響用戶的使用體驗，所以延遲也不能太高。因此低功耗藍牙模塊是一個很不錯的選擇，在滿足用戶開關車門的同時不會引起整車低壓蓄電池電量的消耗，不會產生虧電風險。