汽車(chē)安全與防盜——無(wú)鑰匙系統的設計

圖3：無(wú)鑰匙系統的結構框圖。

　　低頻發(fā)射模塊和射頻接收模塊是無(wú)鑰匙系統的基本通訊鏈路，低頻發(fā)射采用125KHz，為上行鏈路，由車(chē)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(chē)子端。之所以采用125KHz，一方面是為了兼容引擎防盜的相關(guān)技術(shù)，更為重要的是125KHz的信號對距離敏感，可以實(shí)現精確的距離檢測，起到關(guān)鍵的定位作用。射頻則采用傳統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(zhù)重聲明的是，所謂的通訊速度是指鑰匙跟車(chē)子間用于認證加密的數據傳輸，為保證在較短時(shí)間內完成無(wú)鑰匙開(kāi)門(mén)或點(diǎn)火的過(guò)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(shù)的發(fā)射芯片來(lái)實(shí)現，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(gè)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(gè)低頻天線(xiàn)，安裝于車(chē)門(mén)把手內用來(lái)實(shí)現無(wú)鑰匙進(jìn)入(Keyless Entry)，安裝于車(chē)身內部的用來(lái)實(shí)現無(wú)鑰匙啟動(dòng)(一鍵啟動(dòng)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(chē)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(lái)連接外圍3D天線(xiàn)。在無(wú)鑰匙系統中，鑰匙端需要外置3D低頻天線(xiàn)，可以接收檢測外部空間的3D能量場(chǎng)強，分別為X，Y，Z軸，通過(guò)疊加3個(gè)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(chǎng)強。其中的一軸天線(xiàn)還被復用為IMMO的功能，實(shí)現無(wú)電模式下的引擎啟動(dòng)。通過(guò)上行和下行鏈路，鑰匙跟汽車(chē)可以建立起雙向通訊，進(jìn)行復雜的身份認證。最新的一代認證技術(shù)稱(chēng)為交互認證技術(shù)(Mutual-Authentication)，不僅僅需要汽車(chē)來(lái)認證鑰匙，同時(shí)也需要鑰匙來(lái)判斷車(chē)子是否合法，任何錯誤都會(huì )導致整個(gè)通訊結束，以此來(lái)保證系統的安全性。通訊距離是由低頻上行鏈路125KHz決定，通常的PKE系統工作有效距離為2.5m左右，而實(shí)際有效開(kāi)關(guān)門(mén)距離為1.5m～2m。除了車(chē)內外檢測精度以外，鑰匙端的功耗也是衡量一個(gè)無(wú)鑰匙系統好壞的重要指標，PCF7952自帶的電源管理模塊可以最大程度的降低整個(gè)系統功耗，一套成熟的無(wú)鑰匙系統方案，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(cháng)達三年。