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浅谈汽车无线通信技术-低功耗蓝牙(BLE)

发布：lichengwan 来源：

PostTime：5-5-2024 20:17

基于低功耗蓝牙BLE广泛的生态系统、低功耗特性以及在智能手机中广泛的使用，低功耗蓝牙BLE正成为汽车应用中首选无线技术。1 前言蓝牙是一种很流行的数据传输技术。已广泛应用于 ... ...

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基于低功耗蓝牙BLE广泛的生态系统、低功耗特性以及在智能手机中广泛的使用，低功耗蓝牙BLE正成为汽车应用中首选无线技术。

1 前言

蓝牙是一种很流行的数据传输技术。已广泛应用于各种设备，从音乐播放到文件共享，都很受欢迎。

蓝牙的一个缺点是会消耗设备的大量电池。如果一整天都保持蓝牙连接，额外的耗电量就会很明显。对于电量有限的设备（如物联网设备，甚至只是智能手机）来说尤其棘手。低功耗蓝牙BLE就是为了解决这个问题而设计的。

2 什么是低功耗蓝牙BLE?

什么是蓝牙？
蓝牙是一种短距离无线技术标准。它利用 2.402GHz 至 2.48GHz ISM 频段的超高频无线电波。

它允许您建立个人区域网络，并在附近的设备之间交换数据。它的诞生最初是为了替代线缆。在它问世之前，大多数 PC 外围设备都不是无线的。
什么是低功耗蓝牙BLE？
低功耗蓝牙以蓝牙为基础。它于 2011 年发布，也被称为蓝牙智能（Bluetooth Smart）和蓝牙 4.0。

BLE 的设计旨在提供许多与蓝牙相同的功能，但侧重于低功耗。因此，它的传输速度不如蓝牙，也不适合传输大文件。但它非常适合以最低的功耗传输少量数据。

BLE 使各种小型物联网设备（如传感器和标签）能够在没有大电池的情况下进行通信。

3 BLE 如何降低功耗？

BLE 使用与蓝牙相同的无线电波段，允许两个设备以许多相同的方式交换数据。

不同之处在于，BLE 设备在两次连接之间保持休眠状态。它们在连接时也仅能通信几秒钟。

这与 "传统蓝牙 "形成鲜明对比，后者始终处于开启状态，设计用于持续通信，通常可持续数小时。

在两次传输之间关闭蓝牙，可使 BLE 设备以极小的功耗进行有效通信。BLE 设备使用一块电池可持续一年。
4 蓝牙与BLE的区别

BLE 主要用于省电，但实际上有几个重要的区别。

蓝牙提供双向连续通信。BLE 只能进行短时间的通信，而且某些 BLE 连接只能单向进行。
蓝牙的数据传输速度为 1-3MB。BLE 的传输速率限制在 125KB 至 2MB。
蓝牙支持语音，而 BLE 不支持语音。
蓝牙连接的延迟可达 100 毫秒。BLE 连接的延迟为 6 毫秒。
蓝牙耗电 1 瓦。BLE 的耗电量在 0.01 到 0.5 瓦之间。这意味着一些 BLE 设备的耗电量要低 100 倍。

5 BLE在汽车中的应用

基于低功耗BLE广泛的生态系统、低功耗特性以及在智能手机中广泛的使用，低功耗蓝牙BLE正成为汽车应用中首选无线技术。这些用例包括手机钥匙、车身电缆替代、电池管理系统、信息娱乐系统和无线传感器。

低功耗蓝牙在汽车中的应用
手机钥匙
蓝牙低功耗技术为被动进入被动启动PEPS系统提供了手机即钥匙功能，围绕数字钥匙和数字配置文件提供了新的用户体验。

基于低功耗蓝牙技术的钥匙扣会越来越受欢迎，因为钥匙扣必须具有低功耗。为低功耗蓝牙BLE钥匙扣以及蓝牙智能手机取代超高频钥匙扣铺平道路。下图显示了一个基于低功耗蓝牙BLE技术的被动进入被动启动（PEPS）系统的示例。

汽车中的PEPS系统
汽车制造商利用围绕蓝牙低功耗节点建立的汽车应用，取代基于低频和超高频频段的传统技术。推动蓝牙取代其他无线技术的因素包括

与智能手机的可靠互操作性
标准化，有明确的规范和认证程序
在嘈杂的环境中具有高性能
功耗低
系统成本低

无线传感器的发展趋势
汽车无线技术的整合有助于制造商降低轮胎压力监测系统（TPMS）等功能的成本。系统集成商目前正在研究开发基于低能耗蓝牙BLE设备的下一代 TPMS，让驾驶员可以使用手机检查胎压，甚至在轮胎瘪了时接收通知。
低功耗车载信息娱乐系统
低功耗是信息娱乐系统的关键要求。通常情况下，这些系统包括高功耗连接设备或元件，如蜂窝调制解调器（4G 或 5G）、Wi-Fi 和许多其他类型的连接。在钥匙关闭状态下，车辆必须保持严格的功率消耗，以避免耗尽电池。

信息娱乐系统要求低功耗运行，因为它们在汽车关闭时的功率预算有限（<1 mA）。这一要求迫使系统开发人员寻找低功耗无线微控制器和系统级芯片，它们可以对系统中功耗高的组件进行控制。

需要有某种系统能让车辆关闭耗电较高的组件，但在需要时仍能唤醒。低功耗蓝牙是质量和可靠性方面的最佳选择。它通常被用来启用信息娱乐系统，确定其是否需要唤醒以处理OTA更新或其他诊断功能。

替代电缆
随着汽车中半导体和传感器含量的急剧增长，用无线连接取代车内电缆已成为行业的一大趋势。将这些车身系统与各种车载计算机互连的需求也呈指数级增长。这从可制造性、成本和系统复杂性的角度提出了巨大挑战。低功耗蓝牙BLE是基于本地互连网络的传统互连解决方案的一种低功耗、高成本效益的选择。
无线电池管理系统
另一个趋势是在电池管理系统中使用低功耗蓝牙，定期发送电池组温度和电压信息到主计算机。

低功耗蓝牙BLE无线技术在动力传动系统电气化中的应用，为开发更轻便、可扩展和更易于制造的电池管理系统提供了新的可能性。这使制造商可以灵活地开发电池组，以最大限度地利用底盘空间，或根据底盘尺寸创建可增减能量容量的系统。