汽車安全與防盜——無鑰匙系統(tǒng)的設計

　　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。

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，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)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 (Σ-Δ) 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5～10cm。