一種基于無鑰匙進入和一鍵啟動系統的智能手表鑰匙的設計

曹尚貴 張學超 劉愛民 李建才 陳飛

摘? 要：伴隨著國內智能穿戴設備的普及，手表作為智能穿戴設備的代表產品，被越來越多的用戶所喜愛。文章充分利用智能手表便攜和智能的優勢，將汽車智能鑰匙的功能集成在手表中，可以實現PEPS功能、RKE功能、4G車控、語音控制、酒精鎖功能、疲勞駕駛預警功能、車輛狀態預警功能、運動健康和快捷支付功能、低電量功能、社交、互聯等功能。

關鍵詞：無鑰匙進入;一鍵啟動系統;智能鑰匙;RKE功能;智能手表

中圖分類號：U464.337? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

0 引言

隨著電子產品的不斷發展，用戶對智能舒適汽車的要求也越來越高。無鑰匙進入一鍵啟動系統（PEPS 系統）是智能舒適汽車的重要體驗。與傳統的機械鑰匙相比，給用戶帶來的舒適性大大提高。新一代智能鑰匙系統實現了迎賓、接近解鎖和不拔鑰匙離開鎖定功能，但是，這種智能鑰匙的體積很大，是一把鑰匙觸發的鑰匙，或者是一把帶液晶顯示功能的鑰匙，傳統的車鑰匙存在著攜帶不便、容易遺忘和丟失等缺點。隨著智能穿戴設備在消費品中的普及，用戶購買和使用智能穿戴設備的情況越來越普遍，手表作為智能穿戴設備的代表產品，受到越來越多用戶的喜愛。本文將智能鑰匙peps系統集成到智能手表中，從技術、安全、舒適等方面探討了智能手表鑰匙的優勢和市場潛力，并根據智能手表和汽車鑰匙的特點定義了一些更實用的功能。

1 系統組成

系統由10個模塊組成，系統框圖如圖1所示，手表鑰匙與PEPS模塊之間通過LF/RF通訊（無線通信），其他各控制器同PEPS模塊之間通過CAN總線實現信息交互。

圖1中，手表鑰匙作為汽車智能鑰匙，是用戶合法身份的象征;防抱死控制器ABS提供車速信息供PEPS系統控制車輛電源切換和相關報警策略;自動變速箱控制單元TCU提供檔位信息供PEPS系統判斷啟動條件和解除變速箱換擋桿鎖止機構;發動機控制單元EMS與PEPS模塊進行防盜認證，啟動發動機;儀表主要用來顯示整個系統工作時的一些HMI信息，用來PEPS相關報警提醒;音響、座椅控制模塊用來通過語音預警和振動來提醒用戶當前身體疲勞狀態（手表監測用戶身體狀態通過無線信號反饋給PEPS模塊，后者通過CAN通信通知音響和座椅控制模塊）;座椅調節模塊和后視鏡調節模塊還具備識別用戶身份，記憶不同用戶的設置偏好（PEPS模塊可以識別手表鑰匙的ID，并通知座椅調節模塊和后視鏡模塊記錄和設置）;車身控制器BCM作為執行部件用來控制車門鎖和燈光（PEPS系統通過探測手表鑰匙位置可實現迎賓、走近解鎖、離開上鎖等功能）[1]。

2 智能手表鑰匙硬件設計

智能手表鑰匙集成了汽車鑰匙的芯片（NCF29A1XHN）、接收低頻信號的3D天線，以及發射高頻信號的天線?？梢詫崿FPEPS智能鑰匙的所有功能。

基于PEPS系統的智能手表鑰匙的硬件框圖，如圖2所示。

智能手表鑰匙采用藍牙（主系統）和安卓（從系統）的雙系統方案，主系統控制從系統的啟動與關閉。主系統選用Nodic 52840作為主控芯片，從系統選用MTK 6739芯片。

手表采用1.39英寸454*454高分辨率AMOLED彩色顯示屏;集成了4G模塊，可以獨立連接移動網絡實現4G車控功能;9軸重力加速度傳感器可以精確識別各類運動模型，實現不同的運動的模式和步數記錄;心率傳感器可以周期性或手動執行心率監測，實現疲勞監測功能;氣壓計、高度計、GPS傳感器可以顯示和記錄運動軌跡和海拔等信息;NFC芯片可以實現模擬實體卡提供便捷支付等功能;麥克風通過識別語言指令來實現各種控制功能[2，3]。

3 智能手表鑰匙系統設計

3.1 系統方案

智能手表鑰匙采用藍牙（主系統）和安卓（從系統）的雙系統方案，主系統控制從系統的啟動與關閉。電量充足時，雙系統并行運行，安卓系統為用戶提供4G手表交互的功能，可以使用手表的所有功能。電量降為35%的時候，主系統控制關閉從系統，4G及相應功能關閉，產品成為藍牙手表。電量降為15%的時候，主系統關閉顯示屏、運動健康等功能，剩余電量供汽車PEPS鑰匙芯片使用。

3.2 PEPS功能

用戶攜帶智能手表鑰匙，在車輛低頻信號輻射有效區域內，通過按下門把手按鈕或觸摸電容按鈕，閉鎖、解鎖車輛;在車輛后備箱天線輻射有效區域內，按下后備箱開啟按鈕開啟后備箱。同時，攜帶智能手表鑰匙靠近車輛時，可實現迎賓和自動解鎖功能。關閉車輛電源和所有車門，攜帶手表鑰匙離開車輛時，車輛可自動上鎖。攜帶手表鑰匙靠近車輛尾部時，可感應開啟電動尾門。用戶在車內時，踩下離合器踏板（MT）或剎車踏板（AT），按下一鍵啟動按鈕，車輛探測到有合法的智能手表鑰匙，可以啟動車輛。

3.3 RKE功能

用戶觸摸手表屏幕上對應的遙控鑰匙功能菜單，PEPS控制器收到RF射頻信號解析、驗證鑰匙合法后，將指令發送給BCM執行相應的車門解鎖、落鎖、開啟后備箱、升降車窗、尋車功能。

3.4 4G車控

手表集成4G通訊模塊，采用eSIM卡方式實現聯網。手環連接網絡后，選擇遠程車控功能，手表將指令發送到TSP平臺，TSP平臺收到指令驗證合法性后，將指令下發至車輛的T-BOX模塊，完成遠程車輛控制。可以控制車輛發動機啟動關閉、車門的解鎖閉鎖、車窗的降窗升窗、開啟電動尾門、開啟設置空調溫度、座椅加熱等。T-BOX模塊定期地采集車輛的油量、胎壓、位置等狀態信息并反饋給TSP平臺，用戶需要查看車輛狀態時，手表從TSP平臺獲取信息并展示。

3.5 語音控制

手表鑰匙軟件上集成了AI語音助手，硬件上集成了麥克風，對著手表說出需要的操作，即可實現各種控制功能。語音控制可以實現4G車控的所有功能，也可以查詢車輛狀態。

3.6 酒精鎖功能

表鍵上的酒精傳感器可以通過使用者的皮膚實時檢測使用者血液中的酒精含量。 當用戶準備啟動車內發動機時，peps 控制器除了判斷是否滿足起動條件外，還要求司機的血液酒精含量信息，如果酒精濃度超過某一參數定義，發動機將被禁用，并相應地警告客戶。 但用戶可以切換車輛動力狀態，使用車輛的其他功能。酒精鎖運行啟動判斷條件有，手表鑰匙在車內且酒精濃度參數在定義范圍內。目前歐洲已經有部分法規出來，后期國內應該也會有相應要求。

3.7 疲勞駕駛預警功能和車輛狀態預警功能

手表按鍵可以通過實時監測駕駛員的心率來識別駕駛員的疲勞狀況。當車輛行駛時，一旦駕駛員疲勞，手表按鍵檢測到心率變化，立即通過無線信號將危險信息發送至PEPS模塊。接收到信號后，PEPS模塊通過CAN網絡將信息發送給儀表、音響和座椅控制模塊。通過對駕駛員感官的多方位刺激，實現疲勞預警功能。

當車輛檢測系統發現車內有異常裝置時，及時向車主發送信息，提醒車主既要保證頻率，又不能干擾車主，如車輛缺油、需要維修等重要信息時，將信息發送給手表，提醒用戶盡快處理，以免影響行程，如果車輛超出電子圍欄設置的范圍，或者發送主機工廠希望用戶看到的重要信息，如保險、維護等。

3.8 運動健康和快捷支付功能

智能手表還有運動健康和快速支付功能。 手表的運動傳感器記錄了常見的運動信息。 連接到手機后，將數據同步到應用程序中，允許用戶看到他們做了多少運動，并幫助用戶科學地計算他們每天的卡路里消耗和運動量。 手表按鈕的定義還包括支持移動支付的 NFC 芯片和智能金融卡。每天補充燃料和花費可以讓這種體驗變得容易得多。當車輛準備在商場停車場支付官方賬戶時，免費卡管理系統被授權將手表密鑰綁定到微信，并通過微信的后端網絡確認終端設備。點擊確認鍵來支付停車費和退出現場，以達到沒有付款感[4]。

4 結語

無鑰匙進入一鍵啟動系統作為一種新的舒適性功能，在國內市場得到了推廣，接近標準配置。PEPS系統的技術逐漸完善和成熟，汽車PEPS系統的功能也不斷提高。作為一個成熟的產品，未來與相關系統的集成變得越來越重要和必要，如移動藍牙鑰匙、4G遙控智能手表、無人駕駛、RPA、APA、呼叫等智能汽車的功能。

參考文獻

[1]張學超.一種基于無鑰匙進入和一鍵式啟動系統的智能手環鑰匙的設計[J].汽車實用技術，2018（5）：15-17.

[2]魏秋蘭.汽車無鑰匙進入及一鍵啟動系統的工作原理與故障診斷[J].汽車實用術，2015（7）：11-14.

[3]張學超.一種基于新一代PEPS系統的遠程啟動控制方案[J].汽車實用技術，2018（5）：16-18.

[4]李建才.汽車無鑰匙進入和啟動控制系統[J].信息與電腦，2017（6）：124-127.

收稿日期：2020-01-06

作者簡介：曹尚貴（1977—），男，安徽池州人，碩士，工程師，研究方向：汽車電子。

通訊作者：張學超（1983—），男，安徽蕭縣人，碩士，工程師，研究方向：汽車電子。