汽車(chē)安全與防盜--無(wú)鑰匙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2013-12-12 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對(duì)面交流
  海量資料庫(kù)查詢(xún)

汽車(chē)安全與防盜最初的電子化開(kāi)始于1994年的引擎防盜(IMMO)，恩智浦半導(dǎo)體(當(dāng)時(shí)的飛利浦半導(dǎo)體)作為第一家半導(dǎo)體公司把RFID的電子標(biāo)簽技術(shù)成功的應(yīng)用于汽車(chē)電子引擎鎖：通過(guò)汽車(chē)與鑰匙間的125kHz的無(wú)線通訊實(shí)現(xiàn)電子身份識(shí)別，來(lái)判斷啟動(dòng)汽車(chē)引擎。這一技術(shù)極大的提高了汽車(chē)的安全性，很快就在歐洲以及北美地區(qū)廣泛應(yīng)用，并在短短幾年時(shí)間內(nèi)使歐洲的汽車(chē)失竊率大幅降低了90%，因而成為整個(gè)歐洲的汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)配置。

遙控鑰匙(RKE)的出現(xiàn)為人們帶來(lái)了很好的用戶(hù)體驗(yàn)，滿(mǎn)足了人們對(duì)便利性及舒適性的要求，但由于其射頻單向通訊的技術(shù)限制，在安全性上有其自身的不足。恩智浦半導(dǎo)體(以下簡(jiǎn)稱(chēng)NXP)適時(shí)推出的集成方案(Combi)把引擎防盜和遙控鑰匙合二為一，用一顆芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，既提高了系統(tǒng)的安全性，又降低了整個(gè)鑰匙的成本，逐漸替代獨(dú)立的遙控鑰匙成為歐美日市場(chǎng)上的主流方案。當(dāng)然，在射頻通訊上其依然保留單向通訊，安全性并沒(méi)有本質(zhì)的提高。

newmaker.com
圖一

2003，NXP推出了無(wú)鑰匙系統(tǒng)(PKE或稱(chēng)PEPS)，徹底改變了汽車(chē)安防應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展前景，給用戶(hù)帶來(lái)了全新舒適與便利的體驗(yàn)：車(chē)主在整個(gè)駕車(chē)過(guò)程中都完全不需要使用鑰匙，只需要隨身攜帶。當(dāng)車(chē)主進(jìn)入車(chē)子附近的有效范圍時(shí)，車(chē)子會(huì)自動(dòng)檢測(cè)鑰匙并進(jìn)行身份識(shí)別，如成功會(huì)相應(yīng)的打開(kāi)車(chē)門(mén)或后備箱；當(dāng)車(chē)主進(jìn)入車(chē)內(nèi)，只需要按引擎啟動(dòng)按鈕，車(chē)子會(huì)自動(dòng)檢測(cè)鑰匙的位置，判斷鑰匙是否在車(chē)內(nèi)，是否在主駕位置，如成功則發(fā)動(dòng)引擎。千萬(wàn)不要小瞧這個(gè)看似不起眼的改變，它在簡(jiǎn)化你的生活方面發(fā)揮著重大作用。無(wú)鑰匙系統(tǒng)絕不僅僅是帶來(lái)了舒適與方便，其在安全性方面也有了本質(zhì)的提高，通過(guò)低頻和射頻的雙向通訊，汽車(chē)與鑰匙之間可以完成復(fù)雜的雙向身份認(rèn)證，在安全性方面與引擎防盜類(lèi)似，要遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的遙控鑰匙。從2003年少量高端車(chē)型成功量產(chǎn)無(wú)鑰匙系統(tǒng)開(kāi)始，全球市場(chǎng)用了兩到三年的時(shí)間推廣普及這一技術(shù)，目前，幾乎全球每一個(gè)主流車(chē)廠都有應(yīng)用NXP的無(wú)鑰匙產(chǎn)品，覆蓋中高端的車(chē)型，甚至是低端車(chē)型。

我們一起看一下這一技術(shù)到底是如何實(shí)現(xiàn)的。如圖二所示，無(wú)鑰匙系統(tǒng)共需要檢測(cè)判斷三種區(qū)域：灰色的車(chē)外區(qū)域，淡粉色的車(chē)內(nèi)區(qū)域以及灰白色的主駕位置。其中灰色的陰影區(qū)包括三部分，分別表示主駕，副駕，后備箱的車(chē)門(mén)控制的有效區(qū)域，當(dāng)車(chē)主帶著鑰匙進(jìn)入這一位置時(shí)，車(chē)子跟鑰匙間就可以建立起有效通訊，通過(guò)低頻信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)，車(chē)子可以判斷出鑰匙的相應(yīng)位置，由此決定打開(kāi)對(duì)應(yīng)的車(chē)門(mén)。淡粉色的車(chē)內(nèi)區(qū)域是整個(gè)PKE系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，要精確的判斷鑰匙是否在車(chē)內(nèi)，來(lái)決定車(chē)門(mén)狀態(tài)以及發(fā)動(dòng)機(jī)是否可以啟動(dòng)。在一些高端車(chē)型的設(shè)計(jì)中還會(huì)檢測(cè)灰白色的主駕區(qū)域，鑰匙是否有效，主駕位置是否有人，避免諸如兒童誤操作導(dǎo)致的引擎啟動(dòng)；另外還可能包括后備箱內(nèi)區(qū)域的檢測(cè)，為防止鑰匙被誤鎖入后備箱。綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)在無(wú)鑰匙系統(tǒng)中，區(qū)域檢測(cè)是一個(gè)非常重要且區(qū)別于以往各種汽車(chē)安防產(chǎn)品的技術(shù)，因而區(qū)域檢測(cè)的精度就成為衡量一個(gè)無(wú)鑰匙系統(tǒng)好壞的重要參數(shù)。目前市場(chǎng)上主要有兩種相應(yīng)技術(shù)，其一是通過(guò)調(diào)節(jié)低頻信號(hào)靈敏度強(qiáng)弱進(jìn)而根據(jù)通訊是否穩(wěn)定進(jìn)行模糊判斷，其精度有限但實(shí)現(xiàn)方便；其二是基于接收低頻信號(hào)的強(qiáng)度檢測(cè)來(lái)判斷，即RSSI(Received Signal Strength Indication)，根據(jù)低頻信號(hào)的大小來(lái)計(jì)算鑰匙與車(chē)內(nèi)低頻天線的相對(duì)距離，通過(guò)多根低頻天線交叉覆蓋范圍，精確定位鑰匙的具體位置。NXP的產(chǎn)品全部采用第二種技術(shù)。為達(dá)到理想的性能參數(shù)，NXP提供了最小2.5 mV的三維低頻接受前端的信號(hào)靈敏度，而典型的靈敏度值可以達(dá)到1mV。不同于其他解決方案的逐次逼近式(Successive Approximation) ADC，NXP采用12位的Sigma-Delta (Σ-Δ) ADC，通過(guò)多點(diǎn)采樣平均來(lái)消除噪聲干擾，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的最好的車(chē)內(nèi)車(chē)外檢測(cè)精度高達(dá)2cm。目前，車(chē)廠通常要求的車(chē)內(nèi)車(chē)外檢測(cè)精度為5～10cm。

newmaker.com
圖二

無(wú)鑰匙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖三所示，左側(cè)為汽車(chē)端，包括主控制器(Body Control Unit)，車(chē)門(mén)把手和后備箱把手觸發(fā)模塊，引擎一鍵啟動(dòng)模塊，引擎防盜基站模塊(IMMO Basestation)，低頻發(fā)射模塊和射頻接收模塊。其中三個(gè)綠色的模塊主要是用來(lái)觸發(fā)整個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)車(chē)主拉動(dòng)車(chē)門(mén)或按下一鍵啟動(dòng)按鈕，相應(yīng)的模塊會(huì)發(fā)送中斷信號(hào)來(lái)喚醒主控MCU，開(kāi)始整個(gè)通訊過(guò)程。常見(jiàn)的無(wú)鑰匙系統(tǒng)工作模式分兩大類(lèi)：觸發(fā)模式和掃描模式(polling)，其中觸發(fā)模式分為機(jī)械觸發(fā)和電子感應(yīng)觸發(fā)，這里需要綜合考慮系統(tǒng)成本和系統(tǒng)性能，例如整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。引擎防盜基站模塊是低頻通訊模塊(125KHz)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)跟鑰匙的近距離通訊，發(fā)動(dòng)引擎，這一功能是備用方案，又稱(chēng)“無(wú)電模式”，只有在鑰匙電池耗盡或者有意外干擾無(wú)鑰匙系統(tǒng)導(dǎo)致無(wú)法正常工作時(shí)才會(huì)采用。這種情況下，用戶(hù)只需要手持鑰匙放在固定位置(例如凹槽)，鑰匙就可以跟基站建立通訊，進(jìn)行身份認(rèn)證來(lái)啟動(dòng)引擎。NXP的無(wú)鑰匙系統(tǒng)PCF7952和 PCF7953的一大特色就是芯片本身集成了引擎防盜功能，完全兼容NXP的所有Transponder產(chǎn)品，包含PCF7936。這極大的提高了系統(tǒng)的可靠性而且不需要額外增加成本，具體細(xì)節(jié)后續(xù)還會(huì)提到。

新聞中心

汽車(chē)安全與防盜--無(wú)鑰匙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

評(píng)論

相關(guān)推薦

技術(shù)專(zhuān)區(qū)