陈天殷
【摘 要】简要介绍汽车门禁安全防盗系统的历史沿革，阐述PKE（身份识别卡）的功能原理、主要技术参数、整体设计方案，并对无钥匙进入系统的功能和技术性能优势进行详细介绍。%The author introduces the developing history of auto security system, expounds the functional principle of PKE, its main technical parameters and the whole design proposal, emphasizing on the function and technical advantages of keyless entry system.
【期刊名称】《汽车电器》
【年(卷),期】2012(000)003
【总页数】6页(P1-5,7)
【关键词】门禁;安全防盗系统;RKE（遥控钥匙）;PKE（身份识别卡）
【作 者】陈天殷
【作者单位】美国亚派克机电（杭州）有限公司,浙江杭州310013
【正文语种】中 文
【中图分类】U463.854
1 概述与沿革
“门禁”（entrance guard）一词原指宫门的禁令，后泛指门户的防范戒备。这里我们介绍汽车门禁的安全防盗系统，实际上除了车门的安全控制管理外，还包括发动机的起动和车身后部的行李厢开启和关锁等的安全控制管理，是一个无钥匙的进入/启动系统，又叫身份识别卡或智能钥匙。
遥控钥匙 （RKE）引入微控制器 （MCU）， 通过低频和射频的双向通信，汽车与智能钥匙之间可完成复杂的双向身份辨认，实现无钥匙进入/启动，使汽车门禁的安全防盗系统发展到身份识别卡（PKE)。它的研发对汽车安全防盗起到划时代的作用，中高档汽车由PKE替代传统的遥控钥匙已是必然的趋势。图1简明地展示了汽车门禁发展历史过程的几个阶段。
图1 汽车门禁安全装置的几个发展阶段
1）IMMO(发动机防盗锁止系统)1994年以前，驾驶员或车主必须用钥匙机械地插入门锁孔才能开启车门，再用钥匙控制发动机的起动，即用机械的钥匙来实现电接点连接使起动机工作，驱动发动机点火运行。
2）RKE（遥控钥匙或称遥控门开关）RKE（Remote Key1ess Entry）在1994年后开始出现，当输入信号超过某一电平时进入粗间距均匀量化器，低于某一电平时进入细间距均匀量化器，即遥控钥匙 (RKE)。称为准瞬时压扩方式，即在有限的数字信道容量内传输尽可能多路高品质信号通信，必须将码速率较大幅度地降低，用线性编码、编码压缩和线性量化等技术实现快速通信。
3）PKE(无钥匙门禁或称身份识别卡)1999年梅赛德斯－奔驰公司最早研发成功将微控制器引入汽车门禁控制系统的PKE。 2003年起各大汽车公司先后成功投入商用，但称呼各异。福特叫 “带有点火按钮的智能钥匙”，丰田叫 “聪慧钥匙”，雷诺和尼桑称为 “智能钥匙”，德国大众标作 “无钥匙进入和起动卡”。本文为突出微控制器的作用，更贴近其功能和约定俗成，称为 “身份识别卡”。
PKE彻底改变了汽车车门、后行李厢开关的概念，消除了钥匙使用后会被遗忘在车内的顾虑，带来对整个安全系统全新的用户体验：车主在驾车过程中都完全不需要使用钥匙，只需要随身携带一个小巧的身份识别卡。
当你踏进指定范围时，该系统即可识别出你就是授权的驾驶者并自动开门。一旦上车，你只要按一个按钮即可起动点火开关，也可以在车门外实现远程点火。如今的智能钥匙还能 “锁定”钥匙本身，防止你将自己锁在外面。车主随身携带着身份识别卡 （智能钥匙），如在汽车行进的途中，你临时需要离开主驾位置，下车去路边小店购物，即使你未关车门，也没有熄火，任何别有用心的人都休想将这辆车开走。车主未将发动机熄火而离开汽车亦会发出报警信号。
目前，用户还可以通过嵌入式计算机内存和无线通信的结合，在卡中存储服务、维修和客户记录。
图2是雷诺-三星SM7轿车的身份识别卡，外尺寸为8.0×5.0×0.5 cm。右下角颜较深的方块是电池电源失效时备用机械钥匙的小把手，该钥匙自右向左插入身份识别卡下方的中空槽内。
图2 雷诺汽车身份识别卡
2 PKE及其功能原理
汽车无钥匙系统不是传统的钥匙，而是一个智能钥匙，或者称为智能卡，身份识别卡。如果你的车是高端车型，你打开车门时用的正是这种 “智能钥匙”。它发射的微米波或红外信号既可以打开1或2个车门、行李厢和燃油加注孔盖，也可操纵车窗和天窗。携带身份识别卡的驾驶员接触到门把手时，中央锁控制系统开始工作，发射的无线查询信号与身份识别卡相互确认后，车锁会自动打开。只有当中央处理器感知身份识别卡在车内，发动机才能起动。
该解决方案将RFID（无线射频技术）、NFC(近距离无线通信)和GPS（全球定位系统）等技术的功能集成在智能的身份识别卡中。
2.1 RFID在汽车中的应用
RFID在汽车中最早的应用是20世纪90年代初的汽车电子发动机防盗技术 （IMMO），在汽车中集成RFID的下一个重要应用是无钥匙进入。1999年奔驰的 “无钥匙进入”要求驾驶者在
汽车附近即可，而不必将智能钥匙或身份识别卡从口袋或钱包中取出，只要拉动驾驶位的门把手即可激活车内RFID收发器中的唤醒模式。此时RFID收发器会扫描周围区域，以识别、寻钥匙或智能卡中嵌入的RFID芯片的特定ID代码。一旦到，安全算法会确定该芯片是否合法并决定是否打开车门。
常见的无钥匙进入系统 （智能钥匙系统）是由发射器、遥控中央锁控制模块、驾驶授权系统控制模块3个接收器及相关线束组成的控制系统组成。遥控器和发射器集成在智能卡上，车辆可以根据智能卡发来的信号，进入锁止或不锁止状态，甚至可以自动关闭车窗和天窗。
这种系统采用无线射频识别RFID技术，通常情况下，当车主走近车辆大约2 m以内距离时，门锁就会自动打开并解除防盗；当离开车辆时，门锁会自动锁上并进入防盗状态。当车主进入车内时，车内检测系统会马上识别智能卡，这时只需轻轻按动起动按钮 (或旋钮)，就可以正常起动车辆，整个过程，车钥匙无须拿出。
2.2 PKE功能原理
如图3所示，无钥匙系统共需要检测判断3种区域：车外区域，车内的区域以及标有②的主驾位置。其中灰的阴影区包括3部分，分别表示①主驾、③副驾、④后备厢的车门控制的有效区域，当车主带着钥匙进入这一位置时，车子跟钥匙间就可以建立起有效通信，通过低频信号的场强检测，车子可以判断出钥匙的相应位置，由此决定打开对应的车门。
图3 无钥匙系统需要检测判断3种区域
车内区域是整个PKE系统设计的难点，要精确地判断钥匙是否在车内，来决定车门状态以及发动机是否可以起动。在一些高端车型的设计中，还会检测主驾区域钥匙是否有效，主驾位置是否有人，避免诸如儿童误操作导致的发动机起动；另外还可能包括后备厢内区域的检测，为防止钥匙被误锁在后备厢内。
综上所述，我们可以发现在无钥匙系统中，区域检测是一个非常重要且区别于以往各种汽车安防产品的技术，因而区域检测的精度就成为衡量一个无钥匙系统好坏的重要参数。
目前市场上主要有2种相应技术，其一是通过调节低频信号灵敏度强弱来根据通信是否稳定进行模糊判断，其精度有限但实现方便；其二是基于接收低频信号的强度检测来判断， 即
RSSI(Received Signa1 Strength Indication)，根据低频信号的大小来计算钥匙与车内低频天线的相对距离，通过多根低频天线交叉覆盖范围，精确定位钥匙的具体位置。NXP的产品全部采用第2种技术，为达到比较理想的性能参数，我们提供了最小1mV的信号灵敏度，并且采用12bit的ADC，通过多点采样平均来消除噪声干扰，可以实现高达2cm的车内车外检测精度。目前，通常车厂要求的车内车外检测精度为5～10cm。
通过以上简单的功能描述可以看出，相比于传统的遥控钥匙和发动机防盗，无钥匙系统在系统层面上要复杂：首先由于要控制车门和后备厢的开关，无钥匙系统需要跟BCM(车身控制模块)建立直接的通信；为了实现一键启动，无钥匙系统需要跟ECU建立通信；要实现精确的位置检测，需要在车内加装多个低频天线，而所有的这些低频天线，都需要由无钥匙系统自身的MCU来控制。
