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2021-12-06 14:07:11
汽車遙控鑰匙(RKE)的原理與應用
2021-12-06 14:07:11 來源: 網絡
遙控鑰匙(RKE)的為人們帶來了很好的用戶體驗，滿足了人們對便利性及舒適性的要求，但由于其射頻單向通訊的技術限制，在安全性上有其自身的不足。恩智浦半導體(以下簡稱NXP)適時推出的集成方案(Combi)把引擎防盜和遙控鑰匙合二為一，用一顆芯片來實現，既提高了系統的安全性，又降低了整個鑰匙的成本，逐漸替代獨立的遙控鑰匙成為歐美日市場上的主流方案。當然，在射頻通訊上其依然保留單向通訊，安全性并沒有本質的提高。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/160823.htm2003，NXP推出了無鑰匙系統(PKE或稱PEPS)，徹底改變了汽車安防應用領域的發展前景，給用戶帶來了全新舒適與便利的體驗：車主在整個駕車過程中都完全不需要使用鑰匙，只需要隨身攜帶。當車主進入車子附近的有效范圍時，車子會自動檢測鑰匙并進行身份識別，如成功會相應的打開車門或后備箱;當車主進入車內，只需要按引擎啟動按鈕，車子會自動檢測鑰匙的位置，判斷鑰匙是否在車內，是否在主駕位置，如成功則發動引擎。千萬不要小瞧這個看似不起眼的改變，它在簡化你的生活方面發揮著重大作用。無鑰匙系統絕不僅僅是帶來了舒適與方便，其在安全性方面也有了本質的提高，通過低頻和射頻的雙向通訊，汽車與鑰匙之間可以完成復雜的雙向身份認證，在安全性方面與引擎防盜類似，要遠好于傳統的遙控鑰匙。從2003年少量高端車型成功量產無鑰匙系統開始，全球市場用了兩到三年的時間推廣普及這一技術，目前，幾乎全球每一個主流車廠都有應用NXP的無鑰匙產品，覆蓋中高端的車型，甚至是低端車型。
我們一起看一下這一技術到底是如何實現的。如圖二所示，無鑰匙系統共需要檢測判斷三種區域：灰色的車外區域，淡粉色的車內區域以及灰白色的主駕位置。其中灰色的陰影區包括三部分，分別表示主駕，副駕，后備箱的車門控制的有效區域，當車主帶著鑰匙進入這一位置時，車子跟鑰匙間就可以建立起有效通訊，通過低頻信號的場強檢測，車子可以判斷出鑰匙的相應位置，由此決定打開對應的車門。淡粉色的車內區域是整個PKE系統設計的難點，要精確的判斷鑰匙是否在車內，來決定車門狀態以及發動機是否可以啟動。在一些高端車型的設計中還會檢測灰白色的主駕區域，鑰匙是否有效，主駕位置是否有人，避免諸如兒童誤操作導致的引擎啟動;另外還可能包括后備箱內區域的檢測，為防止鑰匙被誤鎖入后備箱。
綜上所述，我們可以發現在無鑰匙系統中，區域檢測是一個非常重要且區別于以往各種汽車安防產品的技術，因而區域檢測的精度就成為衡量一個無鑰匙系統好壞的重要參數。目前市場上主要有兩種相應技術，其一是通過調節低頻信號靈敏度強弱進而根據通訊是否穩定進行模糊判斷，其精度有限但實現方便;其二是基于接收低頻信號的強度檢測來判斷，即RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)，根據低頻信號的大小來計算鑰匙與車內低頻天線的相對距離，通過多根低頻天線交叉覆蓋范圍，精確定位鑰匙的具體位置。
NXP的產品全部采用第二種技術。為達到理想的性能參數，NXP提供了最小2.5mV的三維低頻接受前端的信號靈敏度，而典型的靈敏度值可以達到1mV。不同于其他解決方案的逐次逼近式(SuccessiveApproximation)ADC，NXP采用12位的Sigma-Delta(Σ-Δ)ADC，通過多點采樣平均來消除噪聲干擾，目前已經實現的最好的車內車外檢測精度高達2cm。目前，車廠通常要求的車內車外檢測精度為5～10cm。
無鑰匙系統的結構框圖如圖三所示，左側為汽車端，包括主控制器(BodyControlUnit)，車門把手和后備箱把手觸發模塊，引擎一鍵啟動模塊，引擎防盜基站模塊(IMMOBasestation)，低頻發射模塊和射頻接收模塊。其中三個綠色的模塊主要是用來觸發整個系統，當車主拉動車門或按下一鍵啟動按鈕，相應的模塊會發送中斷信號來喚醒主控MCU，開始整個通訊過程。常見的無鑰匙系統工作模式分兩大類：觸發模式和掃描模式(polling)，其中觸發模式分為機械觸發和電子感應觸發，這里需要綜合考慮系統成本和系統性能，例如整個系統的響應時間。引擎防盜基站模塊是低頻通訊模塊(125KHz)，用來實現跟鑰匙的近距離通訊，發動引擎，這一功能是備用方案，又稱“無電模式”，只有在鑰匙電池耗盡或者有意外干擾無鑰匙系統導致無法正常工作時才會采用。
這種情況下，用戶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，進行身份認證來啟動引擎。NXP的無鑰匙系統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產品，包含PCF7936。這極大的提高了系統的可靠性而且不需要額外增加成本，具體細節后續還會提到。
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