一款針對汽車(chē)PEPS系統的方案設計與實(shí)現

　　1.引言

　　汽車(chē)PEPS系統在車(chē)輛的無(wú)線(xiàn)進(jìn)入應用中正迅速成為最具代表性的方案之一，所謂PEPS，是 Passive Entry PassiveStart的縮寫(xiě)，意為無(wú)鑰匙進(jìn)入與無(wú)鑰匙啟動(dòng)系統，它采用先進(jìn)的RFID無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)和車(chē)輛身份編碼識別系統，徹底改變了汽車(chē)安全防盜應用領(lǐng)域的發(fā)展前景，并給用戶(hù)帶來(lái)了便利、舒適的全新駕車(chē)體驗。

　　下文將從系統功能、工作原理及系統方案的設計與實(shí)現等方面，介紹分析這一集安全性與舒適性于一身的PEPS系統。

　　2.PEPS系統簡(jiǎn)介

　　對于一輛配備PEPS系統的汽車(chē)而言，駕駛者無(wú)需按動(dòng)智能鑰匙上的遙控按鍵或是將鑰匙插拔鎖芯，就可以完成開(kāi)啟車(chē)門(mén)和啟動(dòng)車(chē)輛引擎的操作，而前提僅是隨身攜帶智能鑰匙并按下把手上的觸發(fā)按鍵或一鍵啟動(dòng)按鍵即可。在車(chē)輛的防盜安全方面，智能鑰匙與 PEPS基站間復雜的雙向身份認證過(guò)程相比上一代的遙控鑰匙進(jìn)入（RKE）系統也有了本質(zhì)的提升。

　　3.PEPS系統的工作原理與認證流程

　　從系統功能的角度劃分，PEPS系統可分為兩大部分，分為PE無(wú)鑰匙進(jìn)入部分與PS無(wú)鑰匙啟動(dòng)部分，分別代表了駕駛者在進(jìn)入車(chē)輛前與進(jìn)入車(chē)輛后的兩個(gè)階段。

　　但若從系統工作原理的角度出發(fā)，兩者卻是極其相似的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，無(wú)論是PE還是PS系統，均是通過(guò)低頻天線(xiàn)來(lái)探測智能鑰匙與車(chē)身基站（即PEPS ECU，下稱(chēng)ECU）間的相對位置，并通過(guò)高、低頻信號（高頻433.92MHz，低頻125KHz）在ECU與智能鑰匙間建立起有效的雙向交互通訊，根據ECU對智能鑰匙進(jìn)行的身份驗證結果，決定是否打開(kāi)門(mén)鎖（PE系統）或是啟動(dòng)車(chē)輛引擎（PS系統）。

　　在上述智能鑰匙與ECU間的雙向身份驗證過(guò)程中，低頻信號喚醒及高頻信號認證不僅是決定車(chē)輛防盜安全性能的關(guān)鍵，更是決定PEPS系統性能優(yōu)劣的關(guān)鍵元素之一。所謂低頻信號喚醒，以PE系統為例，是指當駕駛者給予PEPS系統一個(gè)觸發(fā)信號時(shí)，ECU會(huì )從睡眠狀態(tài)切換至工作狀態(tài)，并通過(guò)低頻天線(xiàn)向智能鑰匙發(fā)送一條鑰匙喚醒報文，當鑰匙通過(guò)自身的低頻天線(xiàn)收到此報文后，將通過(guò)自身的智能芯片對報文進(jìn)行驗證，如驗證結果與鑰匙存儲的數據相匹配，智能鑰匙則被喚醒；而高頻信號驗證則是指在智能鑰匙被喚醒后，會(huì )將自身的ID身份碼以高頻信號的形式發(fā)送給 ECU，若ECU識別出此ID號與自身系統的鑰匙編碼相匹配時(shí)，就會(huì )通過(guò)低頻信號向智能鑰匙發(fā)送驗證碼，收到驗證碼的智能鑰匙會(huì )通過(guò)特定的跳轉碼算法，對該驗證碼進(jìn)行數據加密，并將加密結果通過(guò)高頻信號發(fā)回ECU.后者會(huì )將收到的加密數據與自身的計算結果進(jìn)行比對，如兩者匹配，就會(huì )將相應的操作指令通過(guò) CAN總線(xiàn)發(fā)送給BCM，由后者完成解鎖門(mén)鎖或是打開(kāi)后備箱的操作。

　　雖說(shuō)上述的認證過(guò)程非常繁復，但憑借智能芯片的高速運算能力，整個(gè)認證過(guò)程在實(shí)際應用中僅需耗費幾十毫秒，所以對用戶(hù)而言是不會(huì )產(chǎn)生任何遲滯的感覺(jué)的。圖1所示為上述認證過(guò)程的工作流程圖。

　　4.PEPS系統的方案設計

　　本次設計的PEPS系統共包含了如下組件：PEPS ECU、BCM、智能鑰匙、電子門(mén)把手、低頻天線(xiàn)、一鍵啟動(dòng)按鍵、電子立柱鎖以及后備箱按鍵。各組件在車(chē)身上的安裝位置如圖2所示，下面對各組件的基本功能及設計原理作一簡(jiǎn)單的介紹。

　　4.1 PEPS ECU

　　PEPS ECU是Electronic ControlUnit的縮寫(xiě)，意為電子控制單元，是PEPS系統的核心組件，功能是對智能鑰匙進(jìn)行身份識別，若鑰匙合法，則通過(guò)CAN總線(xiàn)將相應的操作指令發(fā)送給BCM或EMS，由兩者執行后續的操作；若鑰匙非法，ECU則會(huì )進(jìn)入睡眠模式，拒絕這把鑰匙所發(fā)送的后續操作請求。

　　4.2 BCM

　　BCM是Body Control Module的縮寫(xiě)，意為車(chē)身控制單元，是集成車(chē)身燈、門(mén)、窗及防盜功能的控制模塊。在PEPS系統中，BCM通過(guò)CAN總線(xiàn)與ECU相連，根據后者提供的指令完成對車(chē)門(mén)、車(chē)窗及車(chē)燈的控制。

　　4.3 智能鑰匙

　　智能鑰匙在工作時(shí)會(huì )與E C U建立起高、低頻雙向通訊，在通過(guò)一系列的身份認證后，就可以解鎖車(chē)門(mén)或啟動(dòng)引擎。在整個(gè)過(guò)程中，駕駛者無(wú)需對鑰匙進(jìn)行任何操作而只需隨身攜帶即可，這也是無(wú)鑰匙系統的命名由來(lái)。

　　4.4 電子門(mén)把手

　　電子門(mén)把手內置低頻天線(xiàn)及微動(dòng)（或感應）開(kāi)關(guān)，天線(xiàn)用來(lái)探測鑰匙位置，開(kāi)關(guān)用來(lái)喚醒PEPS系統，令其從睡眠模式切換到工作模式。

　　4.5 低頻天線(xiàn)

　　低頻天線(xiàn)能向以自身為中心，半徑為1.5m的球形空間內發(fā)送125KHz的低頻信號，用來(lái)探測智能鑰匙與各低頻天線(xiàn)間的相對位置，并將測得的鑰匙坐標傳送給ECU.后者會(huì )根據鑰匙的當前坐標值，判定是否執行開(kāi)啟車(chē)門(mén)以及啟動(dòng)車(chē)輛引擎的后續操作。

　　4.6 一鍵啟動(dòng)按鍵

　　通過(guò)按鍵動(dòng)作并配合剎車(chē)（自動(dòng)檔）或離合器（手動(dòng)檔）的當前工作狀態(tài)，將點(diǎn)火裝置在A(yíng)CC、ON、START及OFF四檔間循環(huán)切換。一鍵啟動(dòng)按鍵可以免去駕駛者將鑰匙插入點(diǎn)火鎖芯，再扭轉鑰匙啟動(dòng)引擎，極大地簡(jiǎn)化了駕駛者的操作。

　　4.7 電子立柱鎖

　　電子立柱鎖通過(guò)內置的小型電機驅動(dòng)鎖舌的伸縮動(dòng)作，實(shí)現轉向管柱的閉鎖/解鎖功能。由于控制鎖舌運動(dòng)的小型電機是由PEPS系統統籌控制的，所以在安全性上電子立柱鎖較傳統的機械立柱鎖更為安全可靠。

　　4.8 后備箱按鍵

　　按動(dòng)后備箱按鍵，裝配在后保險杠位置上的低頻天線(xiàn)將探測智能鑰匙的當前位置，如滿(mǎn)足解鎖條件，PEPS ECU會(huì )命令BCM解鎖后備箱，簡(jiǎn)化了駕駛者插拔鑰匙解鎖的操作。

　　5.PEPS系統的區域探測與鑰匙定位技術(shù)的實(shí)現

　　PEPS系統共有三個(gè)檢測判斷區域，分別為灰色的車(chē)外區域，紅色的車(chē)內區域以及灰白色的主駕區域，如圖3所示。

　　灰色的車(chē)外區域共有三個(gè)部分，分為主駕、副駕和后備箱探測區域。當駕駛者攜帶智能鑰匙進(jìn)入這些區域并給予觸發(fā)信號時(shí)，ECU會(huì )與智能鑰匙建立高、低頻雙向通訊，通過(guò)低頻信號的場(chǎng)強檢測，判斷出智能鑰匙的當前位置，再通過(guò)鑰匙反饋的高頻信號驗證鑰匙身份，來(lái)決定是否解鎖車(chē)門(mén)或后備箱；紅色的車(chē)內探測區域則是整個(gè)PEPS系統設計的重點(diǎn)與難點(diǎn)，這是因為PEPS系統需要精確地判斷出智能鑰匙是否在車(chē)內，來(lái)判定車(chē)門(mén)的鎖止狀態(tài)是否正確并決定引擎是否可以啟動(dòng)，兩者都是與行車(chē)安全息息相關(guān)的重中之重，所以該區域的表現會(huì )直接影響PEPS系統的性能優(yōu)劣；而在大部分中、高級車(chē)型中，PEPS系統還會(huì )檢測灰白色的主駕區域，冗余判斷鑰匙是否有效、主駕位置是否有人，以避免諸如兒童誤操作等所導致的安全隱患。

　　綜上所述，我們可以發(fā)現在汽車(chē)PEPS系統中，區域檢測是一個(gè)非常重要且區別于以往汽車(chē)安防的技術(shù)，其鑰匙位置的檢測精度就成為衡量一個(gè)PEPS系統優(yōu)良與否的重要參數之一。目前，市場(chǎng)上主要有兩種技術(shù)方案用來(lái)提升鑰匙位置的檢測精度，其一是通過(guò)調節低頻信號的靈敏度對智能鑰匙的位置進(jìn)行模糊判斷，其特點(diǎn)是精度有限但實(shí)現方便；其二是根據低頻信號的強弱程度來(lái)計算智能鑰匙與車(chē)內低頻天線(xiàn)的相對距離，再通過(guò)多根低頻天線(xiàn)的交叉覆蓋，精確定位出智能鑰匙的具體位置，稱(chēng)為RSSI（Received SignalStrength Indication）技術(shù)，本次設計的PEPS系統就是采用了上述第二種方法，故在車(chē)內內置了兩根低頻天線(xiàn)用以交叉定位鑰匙的精確位置。

　　6.結束語(yǔ)

　　目前，PEPS系統在國內汽車(chē)行業(yè)還處于起步階段。相比寶馬、奔馳等國外一線(xiàn)品牌，我國自主研發(fā)的 PEPS系統還存在著(zhù)一定的差距。隨著(zhù)中國車(chē)市的發(fā)展以及人們對車(chē)輛要求的不斷提升，一套品質(zhì)優(yōu)良的PEPS系統勢必成為左右車(chē)輛是否熱賣(mài)的關(guān)鍵因素之一，所以在PEPS系統還未普及的今天，研發(fā)出一套自主品牌的PEPS系統正被越來(lái)越多的國內整車(chē)廠(chǎng)視為一個(gè)勢在必行的戰略方針。通過(guò)研究和分析汽車(chē) PEPS系統工作原理及工作流程，將為自主研發(fā)PEPS系統打下堅實(shí)的基礎，同時(shí)也為優(yōu)化汽車(chē)PEPS系統提供了可能。