汽車安全與防盜——無鑰匙系統(tǒng)的設(shè)計

圖3：無鑰匙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

　　低頻發(fā)射模塊和射頻接收模塊是無鑰匙系統(tǒng)的基本通訊鏈路，低頻發(fā)射采用125KHz，為上行鏈路，由車子端發(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，可以實現(xiàn)精確的距離檢測，起到關(guān)鍵的定位作用。射頻則采用傳統(tǒng)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，這里需要著重聲明的是，所謂的通訊速度是指鑰匙跟車子間用于認證加密的數(shù)據(jù)傳輸，為保證在較短時間內(nèi)完成無鑰匙開門或點火的過程，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)射芯片來實現(xiàn)，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)射模塊包括多個低頻天線，安裝于車門把手內(nèi)用來實現(xiàn)無鑰匙進入(Keyless Entry)，安裝于車身內(nèi)部的用來實現(xiàn)無鑰匙啟動(一鍵啟動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(yīng)的在車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)，用來連接外圍3D天線。在無鑰匙系統(tǒng)中，鑰匙端需要外置3D低頻天線，可以接收檢測外部空間的3D能量場強，分別為X，Y，Z軸，通過疊加3個方向上的能量，可以保證鑰匙在任何角度都能檢測到同樣的場強。其中的一軸天線還被復(fù)用為IMMO的功能，實現(xiàn)無電模式下的引擎啟動。通過上行和下行鏈路，鑰匙跟汽車可以建立起雙向通訊，進行復(fù)雜的身份認證。最新的一代認證技術(shù)稱為交互認證技術(shù)(Mutual-Authentication)，不僅僅需要汽車來認證鑰匙，同時也需要鑰匙來判斷車子是否合法，任何錯誤都會導(dǎo)致整個通訊結(jié)束，以此來保證系統(tǒng)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(tǒng)工作有效距離為2.5m左右，而實際有效開關(guān)門距離為1.5m～2m。除了車內(nèi)外檢測精度以外，鑰匙端的功耗也是衡量一個無鑰匙系統(tǒng)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系統(tǒng)功耗，一套成熟的無鑰匙系統(tǒng)方案，鑰匙端在一顆2032的3V鋰電池供電的情況下，電池壽命可以長達三年。