基于汽車遙控門禁 (RKE) 系統性能及可靠性測試的研究

賈天陽，陳勝國

( 河南天海科技有限公司，河南鄭州450001)

1 汽車RKE 介紹

遙控門禁系統(Remote Keyless Entry，簡稱RKE)，包括鑰匙扣中的遙控發射器和車輛內部安裝的遙控接收器。這個發射器向安裝在車內的接收器發出一串短脈沖數字信號，信號經過解碼，通過接收器控制傳動機構，打開或關閉車門或行李箱。隨著人們對汽車智能性、舒適性、安全性的不斷追求，遙控門禁(RKE) 系統已經備受用戶的青睞，尤其作為轎車的配置更彰顯了它的安全實用，RKE 系統基本上成了轎車的標準配置。

圖1 是一款RKE 系統原理框圖。

2 汽車RKE 系統原理介紹

汽車RKE 系統包括鑰匙扣遙控發射器部分和車輛內部遙控接收器部分，遙控發射器包括無線電發射部分和加密算法部分。當按下遙控發射器上的開鎖、閉鎖或后備箱解鎖按鍵，將喚醒微控制器。微控制器向鑰匙的射頻發射器送出一串64 位或128 位的數據流，經過載波調制，通過高頻震蕩電路把射頻信號發射到空間中。接收器部分包括無線電接收部分和解碼部分，接收來自遙控發射器發出的射頻信號，經解密后將獲取的命令信息發送給執行器，進而獲得希望得到的開鎖、閉鎖或后備箱解鎖等動作。遙控器發射頻率通常為315 MHz 和433.92 MHz 兩種，編碼方式通常為ASK 和FSK，為保證較長的有效遙控距離(一般不小于10m)，接收部分需要較高的靈敏度、較寬的接收帶寬、接近發射頻率的接收諧振頻率、接近于1 的接收駐波比、與接收LC 網絡配合良好的天線等。為保證射頻通信方式的安全，所有經由遙控器發送的信息均被某種加密方式進行加密，這就需要對接收到的射頻信號進行軟件解密［1］。

圖2、3 是一款RKE 系統實物圖。

3 汽車RKE 系統性能及可靠性測試

上述實例是一款典型的RKE 發射系統，采用的編碼方式為ASK。其中遙控器發射頻率在315 MHz±40 KHz 范圍內，發射功率不小于5 dBm，接收靈敏度不大于-110 dBm，接收帶寬不小于160 kHz，接收頻率上頻點不小于315.08 MHz，接收頻率下頻點不大于314.92 MHz，諧振頻率在315 ±3 MHz 范圍內，駐波比不大于1.8，空間遙控距離不少于15 m (實際上車測試)。其實影響RKE 性能優劣的參數指標通常為遙控發射器的發射功率和發射頻率，接收器的接收靈敏度、接收帶寬、接收諧振頻率、接收駐波比、遙控距離等。以下將通過以上實例為例，一一介紹這些性能參數的測試方法。需要注意的是，所有的測試均應在屏蔽室內完成，以防空間同頻段的無線電信號干擾影響到測試結果的準確性［2-3］。

3.1 RKE 發射頻率測試

RKE 系統的發射頻率測試是指發射端遙控器的發射頻率測試。通常是將頻譜分析儀 (型號ESA - L1500A 9 kHz ～1.5 GHz) 的同軸電纜中心端接遙控器發射天線的輸出端，同軸電纜的屏蔽層接遙控器的地。開啟頻譜分析儀，按動遙控器按鍵，觀看波形并讀出發射頻率［4］。測試方法與結果如圖4所示。

3.2 RKE 發射功率測試

RKE 系統的發射功率測試是指發射端遙控器的發射功率測試。通常是將頻譜分析儀 (型號ESA - L1500A 9 kHz ～1.5 GHz) 的同軸電纜中心端接遙控器發射天線的輸出端，同軸電纜的屏蔽層接遙控器的地。開啟頻譜分析儀，按動遙控器按鍵，觀看波形讀出發射功率［4］。測試方法與結果如圖4 所示。

3.3 RKE 接收靈敏度測試

RKE 系統的接收靈敏度測試是指接收端的接收靈敏度測試。接收靈敏度是指在給定接收機解調前要求的信噪比條件下，接收機所能檢測和識別的最小信號電平。通常靈敏度用dBm 表示。測試時通常是將信號源(HP -8648A) 的同軸電纜中心端接接收板接收天線的入口端，同軸電纜的屏蔽層接接收板的地。信號源輸出信號數值為1 k 方波、AM 調制度100%、頻率315 MHz、幅度-70 dBm。接收板接收芯片的輸出端接入示波器(TDS380)。逐漸減小信號源輸出信號的幅度，觀察示波器直至方波出現不穩定、不規則的情況，讀出信號幅度即為靈敏度的值［4］。測試方法與結果如圖5 所示。

3.4 RKE 接收帶寬范圍

RKE 接收帶寬測試主要是測試接收機接收的頻點范圍的選擇性，是圍繞與中心諧振頻點的差值再取絕對值。具體是將信號源(HP-8648A) 的同軸電纜中心端接接收板接收天線的入口端，同軸電纜的屏蔽層接接收板的地。信號源輸出信號數值為1 k 方波、AM 調制度100%、頻率315 MHz、幅度- 70 dBm。接收板接收芯片的輸出端接入示波器(TDS380)。逐漸增加信號源輸出信號的頻率，觀察示波器直至方波出現不穩定、不規則的情況，讀出當前信號頻率。當前信號頻率減去315 MHz 即為接收帶寬正偏差值; 逐漸減小信號源輸出信號的頻率，觀察示波器直至方波出現不穩定、不規則的情況，讀出當前信號頻率。315 MHz 減去當前信號頻率即為接收帶寬負偏差值。接收帶寬正偏差值加上接收帶寬負偏差值即為接收帶寬［2］。測試方法與結果如圖5 所示。

3.5 RKE 接收諧振頻率

RKE 接收諧振頻率和接收駐波比是RKE 系統測試的重要性能參數，在整個測試環節顯得尤為重要。諧振頻率的測試是將接收器供5 V 電源，同軸電纜連接到網絡分析儀的“REFLCTION RF OUTPUT”端，同軸電纜中心端接接收器天線的入口端，同軸電纜的屏蔽層接接收器的地。網絡分析儀設置為：中心頻率315 MHz，范圍300 MHz; 開始頻率150 MHz，停止頻率450 MHz; 設置為“reflection”模式。按下“format”，選擇“SWR”; 選擇顯示通道，按下“Marker”并設置Marker點。然后打開5 V 電源讀出網絡分析儀上的諧振頻率［2］。測試方法與結果如圖6 所示。

3.6 RKE 接收駐波比

駐波比參數是指行波系數的倒數，其值在1 到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配; 駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動通信系統中，過大的駐波比會減小接收機的覆蓋并造成系統內干擾加大，影響接收性能。接收器供5 V 電源，同軸電纜連接到網絡分析儀的“REFLCTION RF OUTPUT”端。同軸電纜中心端接接收器天線的入口端，同軸電纜的屏蔽層接接收器的地。網絡分析儀設置為： 中心頻率315 MHz，范圍300 MHz; 開始頻率150 MHz，停止頻率450 MHz; 設置為“reflection”模式。按下“format”，選擇“SWR”; 選擇顯示通道，按下“Marker”并設置Marker 點。然后打開5 V 電源讀出網絡分析儀上的駐波比［2］。測試方法與結果如圖6 所示。

3.7 RKE 等效距離測試

RKE 等效距離測試是將遙控接收器供5 V 電源，放入特定的屏蔽箱內進行測試。這種測試的目的是為了模仿實車環境中車體對射頻無線信號的干擾和屏蔽作用，而這種干擾和屏蔽作用能實現遙控距離的大幅下降，這樣就能實現在非實車環境中進行遙控距離測試。因為在產品量產的時候RKE 的距離測試不可能都放在實車上進行，如果在實車上進行測試，一方面需要花費大量的人力和時間成本，同時這種低效率的測試也是無法滿足整車廠的供貨時間要求的。所以使用屏蔽箱測試基本上可以代替了實車距離測試，實現的是實車等效距離測試。這種等效距離是相對的，而且是可以在測試之前做出設定的。比如要求實車測試距離不小于15 m，在設置屏蔽箱時可以屏蔽在3 m的范圍以內(這個范圍根據測試空間大小決定)，而且這個距離在實車測試時是標定過的。測試結果在3 m 以外收到的均視為實測距離不小于15 m。而在3 m 以外(包括3 m 這個位置) 無法收到的均視為實測距離不大于15 m。但有些時候空間接收范圍中可能會存在盲區或盲點，影響測試結果的準確性，所以為了確保得到更加準確的測試結果，測試時可以在空間內多選擇幾個點，一般可以選擇8 個點，或是圍繞屏蔽箱為圓心以3 m 為半徑做環繞測試。測試方法與結果如圖7所示。

3.8 RKE 可靠性測試

RKE 系統的可靠性測試是指發射端遙控器和遙控接收器功能的周期性循環測試。首先測試的是遙控器壽命，包括按鍵壽命、電池壽命、發射電路的穩定性; 其次測試的是遙控接收器接收性能的穩定性和可靠性，包括接收器是否每次都能夠接收到遙控器的發射信號，其次是接收器接收到信號后是否都能正確輸出相應信號來控制相應負載的可靠性驗證。具體是將接收器供5 V 電源測試臺(圖8 中圖)，然后將帶殼體的遙控發射器放入定做好的遙控器耐久測試臺(圖8 左圖)。其中，5 V 電源測試臺上有3 個LED 指示燈，分別對應遙控器按鍵上的中控開鎖、中控閉鎖和尾門開鎖，用來模擬接收器接收到發射信號后解碼輸出的指示。同時，這個測試臺上還設置有數碼管，可對電壓和電流的監控進行顯示。而遙控器耐久測試臺則是利用氣壓原理設置氣源壓力來模擬按下遙控器按鍵的力度，設置好按鍵每隔幾秒按下一次按鍵。同時，該測試臺上設有兩個計數器，一個用來監控按鍵的次數，一個用來監控接收器接收信號后經解碼輸出后的反饋信號。這兩個計數器所計數值應該完全一致，即每一次按鍵發射都對應一次接收輸出。一般情況下允許這兩個計數器有時間上的差異，因為接收器接收信號再解碼后輸出控制需要時間，但每一次解碼輸出之后到第二次按鍵按下之前，計數器顯示的次數應該保持完全一致。測試方法與結果如圖7 所示。

4 結論

與所有大批量生產的汽車零部件一樣，RKE 系統必須具備低成本和高可靠性。不能單一地說是發射功率越大越好，或者說是接收帶寬越寬越好，或者說是接收靈敏度越高越好。實際上，發射功率越大其功耗就越大，接收帶寬越寬就會越容易受到外界干擾。與此同時，更換鑰匙發射器的電池非常麻煩，為汽車電池充電也更加復雜。因此，發射器和接收器都應該消耗最小功率。另外，RKE 系統必須確保一定的接收靈敏度、載波容限以及其他技術參數。因此，只有確保較低功耗的發射功率、合適的接收帶寬和一定的接收靈敏度，才能滿足低成本、小電流限制的條件，從而實現最大的發射范圍，并具有較高的可靠性。

【1】李海方. 汽車RKE 接收模塊： 中國，ZL200920298423. X［P］.2010-09-29.

【2】Micrel-Innovation Through Technology 官方網站.MICRF213AYQS的PDF 資料［OL］.

【3】Microchip Technology Inc 官方網站.HCS300 的PDF 資料［OL］.

【4】Q/THB JS031 乘用車車身控制模塊企業標準［S］. 河南天海電器有限公司，2010：18-19.