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文檔簡介
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
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