汽車安全與防盜-- 無鑰匙系統如何升級和發展

　　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。這之后，遙控鑰匙(RKE)的出現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。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，既提高了系統的安全性，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。

　　2003，NXP推出的無鑰匙系統(PKE或稱PEPS)成功商用，徹底改變了整個系統并帶來了全新的用戶體驗：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，如成功會發動引擎。千萬不要小看這個小小的改變，它在簡化你生活的時候發揮著巨大作用。而無鑰匙系統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，要遠好于傳統的遙控鑰匙。從2003年BMW7成功量產無鑰匙系統開始，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產品的無鑰匙產品，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到底是如何實現的：

　　如圖所示，無鑰匙系統共需要檢測判斷三種區域：灰色的車外區域，淡粉色的車內區域以及灰白色的主駕位置。其中灰色的陰影區包括三部分，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。淡粉色的車內區域是整個PKE系統設計的難點，要精確的判斷鑰匙是否在車內，來決定車門狀態以及發動機是否可以啟動。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，我們可以發現在無鑰匙系統中，區域檢測是一個非常重要且區別于以往各種汽車安防產品的技術，因而區域檢測的精度就成為衡量一個無鑰匙系統好壞的重要參數。目前市場上主要有兩種相應技術，其一是通過調節低頻信號靈敏度強弱來根據通訊是否穩定進行模糊判斷，其精度有限但實現方便；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，為達到比較理想的性能參數，我們提供了最小1mV的信號靈敏度，并且采用12bit的ADC，通過多點采樣平均來消除噪聲干擾，可以實現高達2cm的車內車外檢測精度，目前，通常車廠要求的車內車外檢測精度為5～10cm。

　　通過以上簡單的功能描述我們可以看出，無鑰匙系統相比于傳統的遙控鑰匙和發動機防盜在系統層面上要復雜很多：首先由于要控制車門和后備箱的開關，無鑰匙系統需要跟BCM(車身控制模塊)建立直接的通訊；為了實現一鍵啟動，無鑰匙系統需要跟ECU(引擎控制單元)建立通訊；要實現精確的位置檢測，需要在車內加裝多個低頻天線，而所有的這些低頻天線，都需要由無鑰匙系統自身的MCU來控制。通常來說，根據車身大小的不同以及系統性能要求的不同，無鑰匙系統中的低頻天線數量在3個到7個不等。安裝在門把手中的車外天線為1個到3個，最低端的配置是只有主駕車門帶一個低頻天線，而最復雜的設計中需要5個天線，分別是四個車門和一個后備箱門。同樣道理，車內天線也在1個到3個不等。另外，目前主流的無鑰匙系統根據發動機啟動方式的不同分為兩類：按鍵式一鍵啟動和旋鈕式啟動。看起來很小的區別，在實現上卻有著很大的不同，旋鈕式啟動更多的是延續了傳統的鑰匙點火方式，通過機械的方式完成方向盤轉向柱鎖的功能，用戶體驗略微遜色一些；而按鍵式一鍵啟動，使用上更為方便靈活，也更加的新穎，只要輕輕一按，發動機便隨之轟鳴。在技術實現上付出的代價是需要加裝ESCL(電子轉向柱鎖)，通過電子模塊完成轉向柱鎖的功能，相應的無鑰匙系統需要跟ESCL建立通訊。還有一個功能不得不提，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生時，依然可以發動引擎，PKE系統保留了整個發動機防盜系統。當鑰匙電池耗盡時，車主可以用機械鑰匙來打開車門，然后把鑰匙放在一個固定位置(通常是在點火開關附近的卡槽)通過按鍵來發動引擎，整個過程和傳統的發動機防盜系統完全一致。