汽車電子系統(tǒng)框圖大全

1、關鍵字：無鑰匙IMMO汽車安全汽車安全 與防盜最初的電子化開始于1994年的引擎防盜（IMMO ），恩智浦半導體（當時的飛利浦半導體）作為第一家半導體公司把 RFID的電子標簽技術成功的應用于汽車電子引擎鎖： 通過汽車與鑰匙間的 125kHz的無線通訊實現(xiàn)電子身份識別，來判斷啟動汽車引擎。 這一技術極大的提高了汽車的安全性，很快就在歐洲以及北美地區(qū)廣泛應用，并在短短幾年時間內使歐洲的汽車失竊 率大幅降低了 90%，因而成為整個歐洲的汽車標 準配置。遙控鑰匙（RKE）的出現(xiàn)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

2、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(xiàn)，既 提高了系統(tǒng)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。System configuration optionsHFIMMORKECOMBIPKEHFTP & 3口-LFIy CTP S 3D-LF uC TX冋園嚴制回畫回卜詢lLF 卜 1LF lLF 1RF 1LF 卜 w :科:彳亙咨：I網(wǎng) I I 網(wǎng):擔: 岡 11 冋網(wǎng) 卜:可I 冋網(wǎng) IRFZ Ifi ISS

3、MH ZIrnmbilizTtiCiinRemotePyless EntrylIrTkrnobilizaticiini 3hd RKEPassivt 曉対肆 EntryConnd21時 Key19942003 2010圖一2003，NXP推岀了無鑰匙系統(tǒng)（PKE或稱PEPS），徹底改變了汽車安防應用 領域的發(fā)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，

4、是否在主駕位置，如成功則發(fā)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(fā)揮著重大作用。無鑰匙系統(tǒng)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(tǒng)的 遙控鑰匙。從2003年少量高端車型成功量產無鑰匙系統(tǒng)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(xiàn)的。如圖二所示，無鑰匙系統(tǒng)共需要檢測判斷三種 區(qū)域：灰色的車外區(qū)域，淡

5、粉色的車內區(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，后備箱的車門控制的有效區(qū)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(qū)域是整個PKE系統(tǒng)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(tài)以及發(fā)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(qū)域，鑰匙是否有效，主駕位置是否有人，避免諸如兒童誤 操作導致的引擎啟動；另外還可能包括后備箱內區(qū)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(fā)現(xiàn)在無鑰匙 系統(tǒng)中，區(qū)

6、域檢測是一個非常重要且區(qū)別于以往各種汽車 安防產品的技術，因而區(qū)域檢測的精度就成為衡量一個無鑰匙系統(tǒng)好壞的重要參數(shù)。目前市 場上主要有 兩種相應技術，其一是通過調節(jié)低頻信號靈敏度強弱 進而根據(jù)通訊是否穩(wěn)定進行 模糊判斷，其精度有限但實現(xiàn)方便；其二是基于接收低頻信號的強度檢測來判斷，即RSSI(Received Signal Strength Indication)，根據(jù)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(shù)，NXP提供了最小2.5 mV的三維低頻接受前 端的信號靈敏度，而典

7、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 (Successive Approximation) ADC , NXP 采用 12 位的 Sigma-Delta (吝) ADC，通過多點 采樣平均來消除噪聲干擾，目前已經實現(xiàn)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510cm。PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 Keyless Entry I GoDriver Door Detectlon RangeDriver Interior Detection RangeTrunk AreaDetection RangeSecuri

8、ty TagPassenger Door Detection RangeCONFl&FNW 応圖二無鑰匙系統(tǒng)的結構框圖如圖三所示，左側為汽車端，包括主控制器(Body Co ntrol Un it)，車 門把手和后備箱把手觸發(fā)模塊，引擎一鍵啟動模塊，引擎防盜 基站模塊(IMMO Basestation)， 低頻發(fā)射 模塊和射頻接收模塊。其中三個綠色的模塊主要是用來觸發(fā)整個系統(tǒng)，當車主拉動 車門或按下一鍵啟動按鈕，相應的模塊會發(fā)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(tǒng)工作模式分兩大類：觸發(fā)模式和掃描模式(poll in g)，其中觸發(fā)模式分 為機械觸發(fā)和電子感應觸發(fā)，這

9、里需要綜合考慮系統(tǒng)成本和系統(tǒng)性能，例如整個系統(tǒng)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(xiàn) 跟鑰匙的近距離通訊，發(fā)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(tǒng)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(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，具體細節(jié)后

10、續(xù)還會提到。PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 Keyless Entry / Go SystemPDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 CO1FIDBITIAL 1低頻發(fā)射 模塊和射頻接收模塊是無鑰匙系統(tǒng)的基本通訊鏈路，低頻發(fā)射 采用125KHZ ,為上 行鏈路，由車子端發(fā)送至鑰匙端；射頻接收采用315MHz或434MHz，為下行鏈路，由鑰 匙端發(fā)送至車子端。之所以采用125KHZ，一方面是為了兼容引擎防盜的 相關技術，更為重 要的是125KHZ的信號對距離敏感，可以實現(xiàn)精確的距離檢測，起到關鍵

11、的定位作用。射 頻則采用傳統(tǒng)RKE的頻段，一方面兼容遙控鑰匙的基本功能，更利用了其通訊速度快的優(yōu) 勢，這里需要著重聲明的是，所謂的通訊速度是指鑰匙跟車子間用于 認證加密的數(shù)據(jù)傳輸， 為保證在較短時間內完成無鑰匙開 門或點火的過程，需要采用較高的波特率(一般為8 20kbps),通常不建議采用低端的SAW發(fā)射模塊(1kbps左右),而采用基于鎖相環(huán)技術的發(fā) 射芯片來實現(xiàn)，例如NXP的PCF7900 ,其在FSK的模式下最高波特率可達到20kbps。同 樣是為了這個目的，射頻頻段也有采用更高頻的868MHz或915MHz的趨勢。如圖所示, 低頻發(fā)射 模塊包括多個低頻天線，安裝于車門把手內用來實現(xiàn)無

12、鑰匙 進入(Keyless Entry), 安裝于車身內部的用來實現(xiàn)無鑰匙啟動(一鍵啟動Keyless Start)。鑰匙端的具體框圖如圖四所示，主芯片是NXP的PCF7952或PCF7953 ,射頻發(fā)射芯片采 用NXP的PCF7900 ,相應的在車子端的射頻接收芯片是NXP的PQJ7910。PCF7952/53 具有低頻模擬前端(LF Front End)，用來連接外圍3D天線。在無鑰匙 系統(tǒng)中，鑰匙端需要 外置3D低頻天線，可以接收檢測外部空間的3D能量場強，分別為X , Y, Z軸，通過疊加 3個方向上的能量，可以保證鑰匙在任何角度都能檢測到同樣的場強。其中的一軸天線還被 復用為IMMO

13、的功能，實現(xiàn)無電 模式下的引擎啟動。通過 上行和下行鏈路，鑰匙跟汽車可 以建立起雙向通訊，進行復雜的身份 認證。最新的一代認證技術稱為交互認證技術 (Mutual-Authentication),不僅僅需要汽車來認證鑰匙，同時也需要鑰匙來判斷車子 是否合 法，任何錯誤都會導致整個通訊結束，以此來保證系統(tǒng)的安全性。通訊距離是由低頻上行鏈 路125KHz決定，通常的PKE系統(tǒng)工作有效距離為2.5m左右，而實際有效開關門距離為 1.5m2m。除了車內外檢測精度以外，鑰匙端的功耗也是衡量一個無鑰匙系統(tǒng)好壞的重要指標，PCF7952自帶的電源管理模塊可以最大程度的降低整個系統(tǒng) 功耗，一套成熟的無鑰 匙系

14、統(tǒng)方案，鑰匙端在一顆2032的3V鋰電池供電的情況下，電池壽命可以長達三年。Keyless Entry / Go Communication (LFAJHF)up-link: uj3kup. dsta Q nductive) 125kHzin duktivetrsrsmitter(EEUHF-ReceiverPQJ791Odownlink: d3l3 (UHF)PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 COIFIDBITIAL 訂圖4 :鑰匙端的模塊框圖在無鑰匙 系統(tǒng)之后，汽車安全與防盜 產品將會走向何方？ NXP已經給

15、出了確切的答案： Keylink，即下一代的汽車鑰匙。它最大的突破在于，把車鑰匙跟外圍的智能終端聯(lián)系起來， 使鑰匙可以跟諸如手機，PDA等設備實現(xiàn)近距離的無線連接，借助于手機等智能終端的顯 示功能和強大的處理能力，一個無比廣闊的應用空間擺在了我們面前：-隨時查詢車輛狀態(tài)，門窗狀態(tài)，油箱油量，車內溫度手機屏幕上的顯示應有盡有-尋找汽車，通過鑰匙 跟手機的配合，手機的GPS導航幫你輕松找到停車地點-輕松制定出行路線，在電腦前將選定的出行路線存入鑰匙。進入汽車時，車載導航儀將自 動導入出行信息-車輛維護，車輛的出廠記錄，維修記錄，全部都存在鑰匙中，便于維護。類似以上的應用還有很多很多，下面這則新聞則

16、是Keylink的又一新應用，可以讓我們更近 距離地了解這一技術，也以此作為本文的結束：2008年10月22日寶馬(BMW)技術研發(fā)部與恩智浦半導體(NXP Semiconductors ,由 飛利浦創(chuàng)建的獨立半導體公司)推出全球第一款多功能車鑰匙原型。這款產品原型具備非接 觸支付功能，個人進入控制以及先進的公共交通電子車票功能，以實現(xiàn)更強的移動性體驗。 配備了恩智浦的SmartMX安全芯片，這款產品原型首次實現(xiàn)了通過車鑰匙 讓駕駛者進行快 速、安全和便捷的電子支付，為未來的消費者開創(chuàng)了激動人心的全新應用環(huán)境。PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 Smart KeyJBss

17、/TPMSMain MCUImmabiitzerA/DDoor LockHA13723SIOOther DwiceSafe-by-WIre PiusOtti-er DeviceUndei PlanningTireAMeef Air Pressure Detection UnitTransmitief andReceiver UnitCurtanAirbagshve-rAwfcNagPower車載 LAN/LINPDF 文件使用pdfFactory Pro智能無鑰/TPMS （胎壓監(jiān)測系統(tǒng)）INIInput Capture UARTSbW+ EI JSlavWWW* Squ制斗 Sqwti0卵J

18、 丁 Siil粉*試用版本創(chuàng)建 Mam MCUSbW* Master* ASIC (MSIG)SubMCURoBover SensorEEPROMHA13727XYSwkwSbW+ SensorOccupant Detectio-nSlaveSerr&oreSbW+ G+ntsor SlavkPrsiuie SefisorBSbW+ en&crG SensorsEngine/ATEPSRadarPre-Preiension SystamMclcnzad SaaibellPWMSleeTing Angle卜IgnitionBatlefYEngineCurtain創(chuàng)兇gsn c氣囊Transmis

19、sion Control System傳動控制系統(tǒng)Renesas DeviceOthr DeviceCluteiiShiHingYa忡骼Msri MCUAnalio InterfacesDtgllal interfaCflSH705xSH725kASICleinp&fatijreCANTranficeivefCAN TfansceitfefRawer MOS FETCANGwr SpaedVehtde Spd *AirbagHA13721Main MCUSatelliteEEPROMHA13721Engine/ATEPSOthflr DeviceSquib DfierM59346M59347S

20、enior IFF AStCfi 謝SIGPowr RegulatoryAjrbaggMotorized SeatbellPre-Pretansicrn Sy stern ECUPWW：Vi CANRadar ECUWeighlSeniorOccupant Detection ECU ASICaG SensorsASICsCclfrsion Serr&Dir&PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 HEVEngine ControlMotor ControlGenerator ControlEngineHighCANMam MCUSM7H7RegpulatiDrCAN Tra

21、nsceivefSub MCU RSC/TinyIGB7Perjpiiieral |CMoLorMflin MCUSHF I g：iHID ECU (LXenonBulb 心Body lncilnationCarRadarColurnii SwitchMotor Optical Axle ConbnNR)Dtnr Optical Axis Control L)IcvelneF ECU何Main MCUMl6C/TirryRaoninyDrivers Seat Pusitlcri SwitchLevelizerECUg卜國P譏碼1Room Lamp4 Winker Trunk Lock etc.

22、Driver* Door Lock winkRear Door-Lock1 WindoHBCM (Gateway)D 目 shbcarcl：1口哋0色rrt Pnej)Di&tant# B 尬軸電 ei Tow t anReguLatorCAN TransrvePDF 文件使用pdfFactory ProAFS （自適應前照明系統(tǒng)）Paswugers Seat -Positian Swrfjh試用版本創(chuàng)建 XenonLow Speed CAN 125kbpsfor BodvhSlTOHigh Speed CAN for Powertrain . tv Inlbtain merit皿LawGAN

23、T25kbpsAL 111 i 1 ri jHfT ,1亠一 一r_Fan一Damper1 LDamperDamperCo)nprssdOHiPDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 BCM (Body Control Module)Switches(UNCan TransceiverUN TranscievsfMain MCU R32CHxx M32CJ8XM16CJ6NxRegulator CAN TransceerColumn LockSoundRear LightWinkerTrunk LockDoor LockRoom LampSteerlngi Wheei Angie SenserPower Window / Door；fSwilcti InputGear Key SWLocked/L nlockedBCM （車身控制模塊）Man MCUMiecrrtnyRiJC/TinyReguEatorCAN Transceiver車門Power MOS FETPavwr MOS FETPower MOS FETUp CarvcelPowtr MOS FETDown CancelPuls&Se