汽車無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)

陳家金

摘 要：隨著汽車進(jìn)入智能化時(shí)代，無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)系統(tǒng)（PEPS）成為智能汽車一個(gè)不可或缺的ECU模塊，它給車主帶來了極大的方便和舒適。用戶只需隨身攜帶鑰匙，當(dāng)走近前車門并按下門把手開關(guān)，就能實(shí)現(xiàn)車輛解閉鎖;當(dāng)走近后備門并按下后備門開關(guān)，就能實(shí)現(xiàn)后備門開啟;當(dāng)座到駕駛座后，只需按下啟動(dòng)開關(guān)，就能實(shí)現(xiàn)車輛啟動(dòng)。

關(guān)鍵詞：無鑰匙進(jìn)入 無鑰匙啟動(dòng) PEPS 一鍵啟動(dòng)

Research and Design of keyless car entry and start system

Chen Jiajin

Abstract：As the automobile enters the intelligent era， the keyless entry and start system （PEPS） has become an indispensable ECU module for smart cars， which brings great convenience and comfort to car owners. The user only needs to carry the key with him， and when approaching the front door and pressing the door handle switch， the vehicle can be unlocked; when approaching the backup door and pressing the backup door switch， the backup door can be opened; when the driver is in the driver's seat， he just needs to press the start switch to start the vehicle.

Key words：keyless entry， keyless start， PEPS， one key start

1 引言

無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱PEPS（Passive Entry Passive Start）系統(tǒng)采用射頻識(shí)別（RFID）的技術(shù)和跳碼技術(shù)。智能鑰匙通過發(fā)送433MHz無線高頻信號(hào)和接收125kHz低頻信號(hào)，與PEPS ECU之間進(jìn)行雙向通訊驗(yàn)證鑰匙和控制器的合法性，實(shí)現(xiàn)無須將鑰匙拿出口袋且在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)車門鎖的開啟和關(guān)閉，以及允許汽車啟動(dòng)。

2 系統(tǒng)構(gòu)成及原理

無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)系統(tǒng)主要由智能控制器（PEPS ECU）、智能鑰匙（FOB）、把手請(qǐng)求開關(guān)（Door Switch）、低頻天線（LF ANT）、后備門請(qǐng)求開關(guān)（Trunk Switch）、一鍵啟動(dòng)開關(guān)（SSB）、電子轉(zhuǎn)向柱鎖（ESCL）以及胎壓傳感器（TPMS）組成。

2.1 智能控制器（PEPS ECU）

PEPS系統(tǒng)的主控模塊，位于儀表臺(tái)下方，負(fù)責(zé)LF天線的驅(qū)動(dòng)，智能鑰匙R(shí)F信號(hào)的接收和識(shí)別、TPMS信號(hào)接收及偵測(cè)、對(duì)ESCL和緊急啟動(dòng)（IMMO）的控制以及電源分配控制的實(shí)現(xiàn)。對(duì)RF接收靈敏度要求較高。

2.2 智能鑰匙（FOB）

智能鑰匙帶有拔出式機(jī)械鑰匙，遙控按鍵及指示燈，負(fù)責(zé)LF 信號(hào)的接收、RF 信號(hào)的發(fā)射。對(duì)防塵防水、靜態(tài)功耗、抗靜電等電氣參數(shù)要求較高。

2.3 低頻天線（LF ANT）

發(fā)射LF信號(hào)，用于智能鑰匙的定位。低頻天線有一共5根分別位于駕駛側(cè)門把手內(nèi)、副駕駛側(cè)門把手內(nèi)、儀表臺(tái)內(nèi)、后排座椅下方、后保桿內(nèi)。

2.4 把手請(qǐng)求開關(guān)（Door Switch）

分別安裝在駕駛側(cè)門把手和副駕駛側(cè)門把手內(nèi)，用于駕駛員側(cè)或副駕駛員側(cè)無鑰匙進(jìn)入或離開時(shí)的觸發(fā)請(qǐng)求開關(guān)。對(duì)防塵防水、開關(guān)使用壽命等電氣參數(shù)要求較高。

2.5 后備門請(qǐng)求開關(guān)（Trunk Switch）

位于后備門處，用于后備門開啟的觸發(fā)請(qǐng)求開關(guān)。對(duì)防塵防水、開關(guān)使用壽命等電氣參數(shù)要求較高。

2.6 一鍵啟動(dòng)開關(guān)（SSB）

位于儀表臺(tái)附近，帶一背景燈及兩個(gè)狀態(tài)指示燈且集成IMMO線圏和IMMO基站，用于指示電源切換模式信號(hào)、緊急啟動(dòng)以及點(diǎn)火/熄火觸發(fā)信號(hào)。

2.7 電子轉(zhuǎn)向柱鎖（ESCL）

負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向立柱的閉鎖和解鎖控制，用于鎖定方向盤。它的電源正極和鎖極由PEPS和BPM控制，鎖舌狀態(tài)由PEPS和BPM獨(dú)立判斷。

2.8 胎壓傳感器信號(hào)（TPMS）

安裝于四個(gè)輪胎內(nèi)部，測(cè)量車輛輪胎內(nèi)部的溫度、壓力、加速度及傳感器電池電量等參數(shù)并按照設(shè)定的規(guī)范將所監(jiān)測(cè)的信息通過RF信號(hào)發(fā)送到外部空間，對(duì)防水等級(jí)、靜態(tài)功耗、工作溫度等電氣參數(shù)要求較高。當(dāng)某端口檢測(cè)到輸入信號(hào)，則將該信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)端口上。它的作用是放大信號(hào)，補(bǔ)償信號(hào)衰減，加大線纜的傳輸距離。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

3.1 無鑰匙進(jìn)入功能

當(dāng)系統(tǒng)電源處理OFF狀態(tài)且所有車門處于關(guān)閉、閉鎖狀態(tài)。用戶攜帶智能鑰匙在駕駛側(cè)或副駕駛側(cè)車外有效區(qū)域內(nèi)按下門把手請(qǐng)求開關(guān)，PEPS ECU將通過與所按下的請(qǐng)求開關(guān)相對(duì)應(yīng)的外部天線發(fā)出低頻信號(hào)來檢查鑰匙是否具有合法性，如果合法則鑰匙發(fā)出射頻信號(hào)響應(yīng)，等到PEPS ECU收到響應(yīng)和正確的認(rèn)證結(jié)果，如果PEPS ECU檢測(cè)到智能鑰匙且認(rèn)證通過，則通過CAN向BCM發(fā)送解鎖車門信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)關(guān)閉車輛的車門鎖。如果無法找到合法鑰匙，則忽略該操作。

用戶攜帶智能鑰匙在駕駛側(cè)或副駕駛側(cè)車外有效區(qū)域內(nèi)按下后備門請(qǐng)求開關(guān)，PEPS ECU通過與所按下的請(qǐng)求開關(guān)相對(duì)應(yīng)的外部天線發(fā)送請(qǐng)求低頻信號(hào)，檢查鑰匙是否具有合法性，如果合法則鑰匙發(fā)出射頻響應(yīng)，等到PPES ECU收到響應(yīng)和正確的認(rèn)證結(jié)果，PEPS ECU通過CAN向BCM發(fā)送后備門開啟信號(hào)，最終打開后備門。如果無法找到合法鑰匙，則忽略該操作。

為了防止門把手開關(guān)被頻繁的惡意操作，PEPS ECU設(shè)定最大請(qǐng)求開關(guān)觸發(fā)次數(shù)及間隔時(shí)間，超出范圍則使無鑰匙進(jìn)入功能暫時(shí)失效。

3.2 無鑰匙離開功能

當(dāng)系統(tǒng)電源處理OFF狀態(tài)且所有車門處于關(guān)閉、解鎖狀態(tài)。用戶攜帶智能鑰匙在駕駛側(cè)或副駕駛側(cè)車外有效區(qū)域內(nèi)按下門把手請(qǐng)求開關(guān)，PEPS ECU將通過與所按下的請(qǐng)求開關(guān)相對(duì)應(yīng)的外部天線發(fā)出低頻信號(hào)來檢查鑰匙是否具有合法性，如果合法則鑰匙發(fā)出射頻信號(hào)響應(yīng)，等到PEPS ECU收到響應(yīng)和正確的認(rèn)證結(jié)果，如果PEPS ECU檢測(cè)到智能鑰匙且認(rèn)證通過，則通過CAN向BCM發(fā)送閉鎖車門信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)關(guān)閉車輛的車門鎖。如果無法找到合法鑰匙，則忽略該操作。

后備門請(qǐng)求開關(guān)只用于開啟后備門，因此與無鑰匙離開功能不相關(guān)。

為了防止門把手開關(guān)被頻繁的惡意操作，PEPS ECU設(shè)定最大請(qǐng)求開關(guān)觸發(fā)次數(shù)及間隔時(shí)間，超出范圍則使無鑰匙離開功能暫時(shí)失效。

3.3 無鑰匙啟動(dòng)功能

當(dāng)用戶攜帶合法智能鑰匙進(jìn)入車輛后，先踩下剎車踏板，然后按下啟動(dòng)開關(guān)，PEPS ECU將通過車內(nèi)低頻天線發(fā)出低頻信號(hào)來檢查鑰匙是否具有合法性，如果合法則鑰匙發(fā)出射頻信號(hào)響應(yīng)，等到PEPS ECU收到響應(yīng)和正確的認(rèn)證結(jié)果，如果PEPS ECU檢測(cè)到智能鑰匙且認(rèn)證通過，就發(fā)起ESCL解鎖認(rèn)證，判斷ESCL解鎖成功則PEPS ECU控制系統(tǒng)電源從OFF到ON的切換。系統(tǒng)電源模式切換完成后，EMS ECU將被喚醒并初始化，同時(shí)通過CAN向PEPS ECU進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)防盜認(rèn)證。若認(rèn)證成功，則PEPS ECU將系統(tǒng)電源切換到CRANK，并發(fā)送啟動(dòng)請(qǐng)求信號(hào)給EMS ECU，EMS ECU接收到啟動(dòng)信號(hào)后控制起動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，并控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行噴油，從而啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，最后PEPS ECU將系統(tǒng)電源切換回ON，最終完成車輛啟動(dòng)。

3.4 緊急啟動(dòng)功能

當(dāng)智能鑰匙電池耗盡后，無法通過正常方式來啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，但是PEPS ECU系統(tǒng)可以通過緊急啟動(dòng)的方式保證在智能鑰匙沒有電的情況下啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。緊急啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)用戶攜帶合法智能鑰匙進(jìn)入車輛后，踩下剎車踏板，然后按下啟動(dòng)開關(guān)，PEPS ECU 驅(qū)動(dòng)車內(nèi)低頻天線無法找到合法鑰匙，儀表顯示車內(nèi)無合法鑰匙的報(bào)警信息，用戶只需要將智能鑰匙按規(guī)定靠近帶啟動(dòng)開關(guān)并按下一鍵啟動(dòng)開關(guān)2s，PEPS ECU 控制啟動(dòng)開關(guān)內(nèi)的IMMO 線圈來檢測(cè)合法鑰匙。緊急啟動(dòng)的流程同無鑰匙啟動(dòng)流程是一致的，唯一不同的是PEPS ECU檢測(cè)合法鑰匙的方式不同。

3.5 胎壓監(jiān)測(cè)功能

PEPS ECU通過射頻信號(hào)接收四個(gè)輪胎內(nèi)的胎壓傳感器信號(hào)，首先核對(duì)該傳感器是否已經(jīng)學(xué)習(xí)在本車上，若是本車的傳感器，則對(duì)壓力、溫度、標(biāo)志信息解碼，并再通過CAN網(wǎng)絡(luò)向儀表發(fā)送對(duì)應(yīng)輪胎信息，為駕駛員提供輪胎氣壓/溫度信息，在輪胎高壓、低壓、高溫等緊急情況下發(fā)送報(bào)警信號(hào)。PEPS的胎壓檢測(cè)功能有三個(gè)工作模式，分別為：初始模式、工作模式、學(xué)習(xí)匹配模式。具體描述如下：

在PEPS ECU未學(xué)習(xí)任何胎壓傳感器ID之前，一直處于初始模式。在初始模式下PEPS ECU不接收和處理任何胎壓傳感器的信息。此時(shí)，PEPS ECU中存儲(chǔ)的四個(gè)車輪的胎壓傳感器ID、胎壓值及溫度值均為默認(rèn)值，PEPS ECU將此報(bào)警信號(hào)傳送至儀表，儀表的胎壓報(bào)警指示燈顯示常亮。

PEPS ECU在匹配胎壓后進(jìn)入工作模式。在此模式下，壓力和溫度異常報(bào)警功能和系統(tǒng)故障功能均處于激活狀態(tài)。工作模式分為兩種：停車模式和運(yùn)行模式。胎壓傳感器檢測(cè)到滿足從運(yùn)行模式到停車模式的條件后，延時(shí)數(shù)分鐘進(jìn)入停車模式;PEPS ECU檢測(cè)到滿足從運(yùn)行模式到停車模式的條件后，延時(shí)數(shù)分鐘進(jìn)入停車模式。

主機(jī)廠將胎壓傳感器裝進(jìn)輪胎內(nèi)后，需對(duì)PEPS ECU進(jìn)行學(xué)習(xí)匹配以確保PEPS ECU能識(shí)別到胎壓傳感器所對(duì)應(yīng)的輪胎是否異常。主機(jī)廠的操作人員通過胎壓匹配設(shè)備發(fā)送CAN命令，使PEPS ECU進(jìn)入某個(gè)輪胎的胎壓傳感器的學(xué)習(xí)匹配模式，然后胎壓匹配設(shè)備觸發(fā)相應(yīng)位置的胎壓傳感器，使其發(fā)送胎壓射頻信息，PEPS ECU再根據(jù)接收到的胎壓射頻信息，解析其中的胎壓ID和觸發(fā)類型中方位信息。若觸發(fā)類型中的方位信息和匹配設(shè)備命令的方位信息一致，則PEPS ECU將存儲(chǔ)解析出的胎壓ID。學(xué)習(xí)匹配成功后，PEPS ECU向儀表發(fā)送相應(yīng)的壓力、溫度值。

3.6 電源管理功能

電源管理功能具有失效備份功能。PEPS ECU集成了電源主控制模塊（PEPS）和備份控制模塊（BPM），兩個(gè)模塊都具有控制系統(tǒng)電源模式在OFF、ACC、ON之間的切換。在正常工作模式下，由PEPS模塊負(fù)責(zé)對(duì)電源模式的控制，而在PEPS模塊失效或者驅(qū)動(dòng)電路故障的情況下由BPM負(fù)責(zé)或協(xié)同對(duì)電源模式的控制，在車輛行駛過程中，為保證系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性，PEPS和BPM共同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電源繼電器。PEPS和BPM須必實(shí)時(shí)交互相關(guān)信息。PEPS通過CAN網(wǎng)絡(luò)周期地發(fā)送握手消息給BPM，BPM在接收到握手消息后，必須在固定時(shí)間內(nèi)發(fā)送應(yīng)答信息給PEPS，否則PEPS將判定和BPM握手失敗，即電源管理功能異常。如果BPM在一段時(shí)間內(nèi)沒有接收到PEPS發(fā)出的握手消息，則BPM判定和PEPS的握手失敗，即電源管理功能異常。

4 結(jié)束語

無鑰匙進(jìn)入與啟動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了讓用戶開車不用操作鑰匙，該系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)完全符合人們所需的“方便、高效、智能”的理念。因此，被廣泛應(yīng)用在汽車行業(yè)，具有良好的市場(chǎng)前景。

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