汽車安全與防盜——無鑰匙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　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(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)用于汽車電子引擎鎖：通過汽車與鑰匙間的125kHz的無線通訊實(shí)現(xiàn)電子身份識(shí)別，來判斷啟動(dòng)汽車引擎。這一技術(shù)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(yīng)用，并在短短幾年時(shí)間內(nèi)使歐洲的汽車失竊率大幅降低了90%，因而成為整個(gè)歐洲的汽車標(biāo)準(zhǔn)配置。

　　遙控鑰匙(RKE)的出現(xiàn)為人們帶來了很好的用戶體驗(yàn)，滿足了人們對(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(以下簡稱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，安全性并沒有本質(zhì)的提高。

圖一

　　2003，NXP推出了無鑰匙系統(tǒng)(PKE或稱PEPS)，徹底改變了汽車安防應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展前景，給用戶帶來了全新舒適與便利的體驗(yàn)：車主在整個(gè)駕車過程中都完全不需要使用鑰匙，只需要隨身攜帶。當(dāng)車主進(jìn)入車子附近的有效范圍時(shí)，車子會(huì)自動(dòng)檢測鑰匙并進(jìn)行身份識(shí)別，如成功會(huì)相應(yīng)的打開車門或后備箱；當(dāng)車主進(jìn)入車內(nèi)，只需要按引擎啟動(dòng)按鈕，車子會(huì)自動(dòng)檢測鑰匙的位置，判斷鑰匙是否在車內(nèi)，是否在主駕位置，如成功則發(fā)動(dòng)引擎。千萬不要小瞧這個(gè)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(zhì)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(fù)雜的雙向身份認(rèn)證，在安全性方面與引擎防盜類似，要遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的遙控鑰匙。從2003年少量高端車型成功量產(chǎn)無鑰匙系統(tǒng)開始，全球市場用了兩到三年的時(shí)間推廣普及這一技術(shù)，目前，幾乎全球每一個(gè)主流車廠都有應(yīng)用NXP的無鑰匙產(chǎn)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(shù)到底是如何實(shí)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，淡粉色的車內(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，后備箱的車門控制的有效區(qū)域，當(dāng)車主帶著鑰匙進(jìn)入這一位置時(shí)，車子跟鑰匙間就可以建立起有效通訊，通過低頻信號(hào)的場強(qiáng)檢測，車子可以判斷出鑰匙的相應(yīng)位置，由此決定打開對(duì)應(yīng)的車門。淡粉色的車內(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內(nèi)，來決定車門狀態(tài)以及發(fā)動(dòng)機(jī)是否可以啟動(dòng)。在一些高端車型的設(shè)計(jì)中還會(huì)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(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，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)域檢測是一個(gè)非常重要且區(qū)別于以往各種汽車安防產(chǎn)品的技術(shù)，因而區(qū)域檢測的精度就成為衡量一個(gè)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(yīng)技術(shù)，其一是通過調(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)度檢測來判斷，即RSSI(Received Signal Strength Indication)，根據(jù)低頻信號(hào)的大小來計(jì)算鑰匙與車內(nèi)低頻天線的相對(duì)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(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，通過多點(diǎn)采樣平均來消除噪聲干擾，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的最好的車內(nèi)車外檢測精度高達(dá)2cm。目前，車廠通常要求的車內(nèi)車外檢測精度為5～10cm。