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汽車安全與防盜最初的電子化開始與1994年的引擎防盜(IMMO)，NXP(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。這之后，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。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，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。 2003，NXP推出的無鑰匙系統(tǒng)(PKE 或稱PEPS)成功商用，徹底改變了整個(gè)系統(tǒng)并帶來了全新的用戶體驗(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，如成功會(huì)發(fā)動(dòng)引擎。千萬不要小看這個(gè)小小的改變，它在簡化你生活的時(shí)候發(fā)揮著巨大作用。而無鑰匙系統(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BMW7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產(chǎn)品的無鑰匙產(chǎn)品，覆蓋中高端的車型，甚至是低端車型。接下來我們就一起看一下這一技術(shù)到底是如何實(shí)現(xiàn)的： 
如圖所示，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)低頻信號靈敏度強(qiáng)弱來根據(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的強(qiáng)度檢測來判斷， 即RSSI(Received Signal Strength Indication)，根據(jù)低頻信號的大小來計(jì)算鑰匙與車內(nèi)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(chǎn)品全部采用第二種技術(shù)，為達(dá)到比較理想的性能參數(shù)，我們提供了最小1mV的信號靈敏度，并且采用12bit的ADC，通過多點(diǎn)采樣平均來消除噪聲干擾，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)2cm的車內(nèi)車外檢測精度，目前，通常車廠要求的車內(nèi)車外檢測精度為5～10cm。 通過以上簡單的功能描述我們可以看出，無鑰匙系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的遙控鑰匙和發(fā)動(dòng)機(jī)防盜在系統(tǒng)層面上要復(fù)雜很多：首先由于要控制車門和后備箱的開關(guān)，無鑰匙系統(tǒng)需要跟BCM(車身控制模塊)建立直接的通訊；為了實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)，無鑰匙系統(tǒng)需要跟ECU(引擎控制單元)建立通訊；要實(shí)現(xiàn)精確的位置檢測，需要在車內(nèi)加裝多個(gè)低頻天線，而所有的這些低頻天線，都需要由無鑰匙系統(tǒng)自身的MCU來控制。通常來說，根據(jù)車身大小的不同以及系統(tǒng)性能要求的不同，無鑰匙系統(tǒng)中的低頻天線數(shù)量在3個(gè)到7個(gè)不等。安裝在門把手中的車外天線為1個(gè)到3個(gè)，最低端的配置是只有主駕車門帶一個(gè)低頻天線，而最復(fù)雜的設(shè)計(jì)中需要5個(gè)天線，分別是四個(gè)車門和一個(gè)后備箱門。同樣道理，車內(nèi)天線也在1個(gè)到3個(gè)不等。另外，目前主流的無鑰匙系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的不同分為兩類：按鍵式一鍵啟動(dòng)和旋鈕式啟動(dòng)。看起來很小的區(qū)別，在實(shí)現(xiàn)上卻有著很大的不同，旋鈕式啟動(dòng)更多的是延續(xù)了傳統(tǒng)的鑰匙點(diǎn)火方式，通過機(jī)械的方式完成方向盤轉(zhuǎn)向柱鎖的功能，用戶體驗(yàn)略微遜色一些；而按鍵式一鍵啟動(dòng)，使用上更為方便靈活，也更加的新穎，只要輕輕一按，發(fā)動(dòng)機(jī)便隨之轟鳴。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上付出的代價(jià)是需要加裝 ESCL(電子轉(zhuǎn)向柱鎖)，通過電子模塊完成轉(zhuǎn)向柱鎖的功能，相應(yīng)的無鑰匙系統(tǒng)需要跟ESCL建立通訊。還有一個(gè)功能不得不提，無電模式下的備用IMMO 方案，也就是說，為了確保車主在某些意外情況發(fā)生時(shí)，依然可以發(fā)動(dòng)引擎，PKE系統(tǒng)保留了整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)防盜系統(tǒng)。當(dāng)鑰匙電池耗盡時(shí)，車主可以用機(jī)械鑰匙來打開車門，然后把鑰匙放在一個(gè)固定位置(通常是在點(diǎn)火開關(guān)附近的卡槽)通過按鍵來發(fā)動(dòng)引擎，整個(gè)過程和傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)防盜系統(tǒng)完全一致。 如上所述，一個(gè)小小的無鑰匙系統(tǒng)需要跟以下六個(gè)整車模塊相連接：1. 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元；2. 車身控制模塊；3. 中控門鎖系統(tǒng)；4. 發(fā)動(dòng)機(jī)防盜系統(tǒng)；5. 電子轉(zhuǎn)向柱鎖；6. 電子點(diǎn)火開關(guān)。 這也必然帶來了巨大的成本差異和研發(fā)難度。為了讓這一應(yīng)用變得更加普遍，從芯片和系統(tǒng)的角度我們可以做些什么改進(jìn)，未來的發(fā)展方向又是如何呢？ 首先，應(yīng)該進(jìn)一步提高LF信號的靈敏度，LF靈敏度是PKE系統(tǒng)的重要指標(biāo)，它直接決定了鑰匙位置的檢測精度和車內(nèi)低頻天線的數(shù)量。假設(shè)我們可以把LF靈敏度從目前最好的1mV(參數(shù)來自于NXP的PCF7952)進(jìn)一步提高到0.25mV，我們不僅可以提供更小的車內(nèi)車外誤差，而且可以直接降低低頻天線的數(shù)量，方便的用車內(nèi)天線同時(shí)覆蓋車外空間，完成無鑰匙開門的位置檢測。這對于降低整個(gè)系統(tǒng)成本有著顯著的幫助。 其次，我們可以考慮進(jìn)一步降低鑰匙端的功耗，來延長鑰匙電池的使用壽命，目前的方案中，2年左右的電池壽命并不能完全讓車廠和用戶滿意，而如果通過降低休眠功耗，甚至通過無線低頻的充電方式給鑰匙的電池充電的話，整個(gè)無鑰匙系統(tǒng)的使用壽命會(huì)進(jìn)一步延長。當(dāng)然，目前來看，低頻充電的效率還相對低下，有待于進(jìn)一步提升性能。 最后，目前的IMMO備用方案需要車主把鑰匙放在固定位置，例如一個(gè)固定卡槽，這一應(yīng)用并不方便，而且需要車主明確區(qū)分鑰匙的方向，主要是因?yàn)榈皖l通訊的方向唯一性，如果方向錯(cuò)誤，低頻通訊不能成功建立，則無法啟動(dòng)引擎。如果可以通過提高低頻信號的靈敏度和方向性，就可以更加方便的使用鑰匙，只要鑰匙出現(xiàn)在天線附近，都可以成功的發(fā)動(dòng)引擎。 我們相信，通過不斷的技術(shù)改進(jìn)，并不斷的降低系統(tǒng)成本，無鑰匙系統(tǒng)會(huì)擁有更加美好的市場前景，并在很大程度上取代傳統(tǒng)的遙控鑰匙，不僅僅帶給用戶方便和快捷，更提高了整個(gè)汽車自身的安全。 圖2：無鑰匙系統(tǒng)共需要檢測判斷三種區(qū)域 作者：周翔，恩智浦半導(dǎo)體汽車電子市場經(jīng)理 |
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