汽車電子系統(tǒng)框圖大全

1、關(guān)鍵字：無鑰匙IMMO汽車安全汽車安全 與防盜最初的電子化開始于1994年的引擎防盜（IMMO ），恩智浦半導(dǎo)體（當(dāng)時(shí)的飛利浦半導(dǎo)體）作為第一家半導(dǎo)體公司把 RFID的電子標(biāo)簽技術(shù)成功的應(yīng)用于汽車電子引擎鎖： 通過汽車與鑰匙間的 125kHz的無線通訊實(shí)現(xiàn)電子身份識(shí)別，來判斷啟動(dòng)汽車引擎。 這一技術(shù)極大的提高了汽車的安全性，很快就在歐洲以及北美地區(qū)廣泛應(yīng)用，并在短短幾年時(shí)間內(nèi)使歐洲的汽車失竊 率大幅降低了 90%，因而成為整個(gè)歐洲的汽車標(biāo) 準(zhǔn)配置。遙控鑰匙（RKE）的出現(xiàn)為人們帶來了很好的用戶體驗(yàn)，滿足了人們對(duì)便利性及舒適性的要求， 但由于其射頻單向通訊的技術(shù)限制，在安全性上有其自身的不足。恩

2、智浦半導(dǎo)體（以下簡(jiǎn)稱 NXP）適時(shí)推出的集成方案（Combi）把引擎防盜和遙控鑰匙合二為一，用一顆芯片來實(shí)現(xiàn)，既 提高了系統(tǒng)的安全性，又降低了整個(gè)鑰匙的成本，逐漸替代獨(dú)立 的遙控鑰匙成為歐美 日市場(chǎng) 上的主流方案。當(dāng)然，在射頻通訊上其依然保留單向 通訊，安全性并 沒有本質(zhì)的提高。System configuration optionsHFIMMORKECOMBIPKEHFTP & 3口-LFIy CTP S 3D-LF uC TX冋?qǐng)@嚴(yán)制回畫回卜詢lLF 卜 1LF lLF 1RF 1LF 卜 w :科:彳亙咨：I網(wǎng) I I 網(wǎng):擔(dān): 岡 11 冋網(wǎng) 卜:可I 冋網(wǎng) IRFZ Ifi ISS

3、MH ZIrnmbilizTtiCiinRemotePyless EntrylIrTkrnobilizaticiini 3hd RKEPassivt 曉対肆 EntryConnd21時(shí) Key19942003 2010圖一2003，NXP推岀了無鑰匙系統(tǒng)（PKE或稱PEPS），徹底改變了汽車安防應(yīng)用 領(lǐng)域的發(fā)展前 景，給用戶帶來了全新舒適與便利的體驗(yàn)：車主在整個(gè)駕車過程中都完全不需要使用鑰匙， 只需要隨身攜帶。當(dāng)車主進(jìn)入車子附近的有效范圍時(shí)，車子會(huì)自動(dòng)檢測(cè)鑰匙并進(jìn)行身份識(shí)別， 如成功會(huì)相應(yīng)的打開車門或后備箱；當(dāng)車主進(jìn)入車內(nèi)，只需要按引擎啟動(dòng)按鈕，車子會(huì)自動(dòng) 檢測(cè)鑰匙的位置，判斷鑰匙是否在車內(nèi)，

4、是否在主駕位置，如成功則發(fā)動(dòng)引擎。千萬不要小 瞧這個(gè)看似不起眼的改變，它在簡(jiǎn)化你的生活方面發(fā)揮著重大作用。無鑰匙系統(tǒng)絕不僅僅是 帶來了舒適與方便，其在安全性方面也有了本質(zhì)的提高，通過低頻和射頻 的雙向通訊，汽車 與鑰匙之間可以完成復(fù)雜的雙向身份認(rèn)證，在安全性方面與引擎防盜 類似，要遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的 遙控鑰匙。從2003年少量高端車型成功量產(chǎn)無鑰匙系統(tǒng)開始，全球市場(chǎng)用了兩到三年的時(shí) 間推廣普及這一技術(shù)，目前，幾乎全球每一個(gè)主流車廠都有應(yīng)用NXP的無鑰匙 產(chǎn)品，覆蓋 中高端的車型，甚至是低端車型。我們一起看一下這一技術(shù)到底是如何實(shí)現(xiàn)的。如圖二所示，無鑰匙系統(tǒng)共需要檢測(cè)判斷三種 區(qū)域：灰色的車外區(qū)域，淡

5、粉色的車內(nèi)區(qū) 域以及灰白色的主駕位置。其中灰色的陰影區(qū)包括 三部分，分別表示主駕，副駕，后備箱的車門控制的有效區(qū)域，當(dāng)車主帶著鑰匙進(jìn)入這一位 置時(shí)，車子跟鑰匙間就可以建立起有效通訊，通過低頻信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)，車子可以判斷出鑰 匙的相應(yīng)位置，由此決定打開對(duì)應(yīng)的車門。淡粉色的車內(nèi)區(qū)域是整個(gè)PKE系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)， 要精確的判斷鑰匙 是否在車內(nèi)，來決定車門狀態(tài)以及發(fā)動(dòng)機(jī)是否可以啟動(dòng)。在一些高端車型 的設(shè)計(jì)中還會(huì)檢測(cè)灰白色 的主駕區(qū)域，鑰匙是否有效，主駕位置是否有人，避免諸如兒童誤 操作導(dǎo)致的引擎啟動(dòng)；另外還可能包括后備箱內(nèi)區(qū)域的檢測(cè)，為防止鑰匙被誤鎖入后備箱。 綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)在無鑰匙 系統(tǒng)中，區(qū)

6、域檢測(cè)是一個(gè)非常重要且區(qū)別于以往各種汽車 安防產(chǎn)品的技術(shù)，因而區(qū)域檢測(cè)的精度就成為衡量一個(gè)無鑰匙系統(tǒng)好壞的重要參數(shù)。目前市 場(chǎng)上主要有 兩種相應(yīng)技術(shù)，其一是通過調(diào)節(jié)低頻信號(hào)靈敏度強(qiáng)弱 進(jìn)而根據(jù)通訊是否穩(wěn)定進(jìn)行 模糊判斷，其精度有限但實(shí)現(xiàn)方便；其二是基于接收低頻信號(hào)的強(qiáng)度檢測(cè)來判斷，即RSSI(Received Signal Strength Indication)，根據(jù)低頻信號(hào)的大小來計(jì)算鑰匙與車內(nèi) 低頻天線的相對(duì)距離，通過多根低頻天線交叉覆蓋范圍，精確定位鑰匙的具體位置。NXP的產(chǎn)品 全部采用第二種技術(shù)。為達(dá)到理想的性能參數(shù)，NXP提供了最小2.5 mV的三維低頻接受前 端的信號(hào)靈敏度，而典

7、型的靈敏度值可以達(dá)到1mV。不同于其他解決方案的逐次逼近式 (Successive Approximation) ADC , NXP 采用 12 位的 Sigma-Delta (吝) ADC，通過多點(diǎn) 采樣平均來消除噪聲干擾，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的最好的車內(nèi)車外檢測(cè)精度高達(dá)2cm。目前，車 廠通常要求的車內(nèi)車 外檢測(cè)精度為510cm。PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 Keyless Entry I GoDriver Door Detectlon RangeDriver Interior Detection RangeTrunk AreaDetection RangeSecuri

8、ty TagPassenger Door Detection RangeCONFl&FNW 応圖二無鑰匙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖三所示，左側(cè)為汽車端，包括主控制器(Body Co ntrol Un it)，車 門把手和后備箱把手觸發(fā)模塊，引擎一鍵啟動(dòng)模塊，引擎防盜 基站模塊(IMMO Basestation)， 低頻發(fā)射 模塊和射頻接收模塊。其中三個(gè)綠色的模塊主要是用來觸發(fā)整個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)車主拉動(dòng) 車門或按下一鍵啟動(dòng)按鈕，相應(yīng)的模塊會(huì)發(fā)送中斷信號(hào)來喚醒主控MCU，開始整個(gè)通訊過 程。常見的無鑰匙 系統(tǒng)工作模式分兩大類：觸發(fā)模式和掃描模式(poll in g)，其中觸發(fā)模式分 為機(jī)械觸發(fā)和電子感應(yīng)觸發(fā)，這

9、里需要綜合考慮系統(tǒng)成本和系統(tǒng)性能，例如整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng) 時(shí)間。引擎防盜 基站模塊是低頻通訊模塊(125KHZ)，用來實(shí)現(xiàn) 跟鑰匙的近距離通訊，發(fā)動(dòng) 引擎，這一功 能是備用方案，又稱 無電模式”只有在鑰匙電池耗盡或者有意外干擾無鑰匙 系統(tǒng)導(dǎo)致無法正常工作時(shí)才會(huì)采用。這種情況下，用戶只需要手持鑰匙放在固定位置(例如 凹槽)，鑰匙就可以跟基站建立通訊，進(jìn)行身份認(rèn)證來啟動(dòng)引擎。NXP的無鑰匙 系統(tǒng)PCF7952 和PCF7953的一大特色就是芯片本身集成了引擎防盜功 能，完全兼容NXP的所有 Transponder產(chǎn)品，包含PCF7936。這極大的提高了 系統(tǒng)的可靠性而且不需要額外增加成 本，具體細(xì)節(jié)后

10、續(xù)還會(huì)提到。PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 Keyless Entry / Go SystemPDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 CO1FIDBITIAL 1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(hào)對(duì)距離敏感，可以實(shí)現(xiàn)精確的距離檢測(cè)，起到關(guān)鍵

11、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(shì)，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(rèn)證加密的數(shù)據(jù)傳輸， 為保證在較短時(shí)間內(nèi)完成無鑰匙開 門或點(diǎn)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(shí)現(xiàn)，例如NXP的PCF7900 ,其在FSK的模式下最高波特率可達(dá)到20kbps。同 樣是為了這個(gè)目的，射頻頻段也有采用更高頻的868MHz或915MHz的趨勢(shì)。如圖所示, 低頻發(fā)射 模塊包括多個(gè)低頻天線，安裝于車門把手內(nèi)用來實(shí)現(xiàn)無

12、鑰匙 進(jìn)入(Keyless Entry), 安裝于車身內(nèi)部的用來實(shí)現(xiàn)無鑰匙啟動(dòng)(一鍵啟動(dòng)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(cè)外部空間的3D能量場(chǎng)強(qiáng)，分別為X , Y, Z軸，通過疊加 3個(gè)方向上的能量，可以保證鑰匙在任何角度都能檢測(cè)到同樣的場(chǎng)強(qiáng)。其中的一軸天線還被 復(fù)用為IMMO

13、的功能，實(shí)現(xiàn)無電 模式下的引擎啟動(dòng)。通過 上行和下行鏈路，鑰匙跟汽車可 以建立起雙向通訊，進(jìn)行復(fù)雜的身份 認(rèn)證。最新的一代認(rèn)證技術(shù)稱為交互認(rèn)證技術(shù) (Mutual-Authentication),不僅僅需要汽車來認(rèn)證鑰匙，同時(shí)也需要鑰匙來判斷車子 是否合 法，任何錯(cuò)誤都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)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(shí)際有效開關(guān)門距離為 1.5m2m。除了車內(nèi)外檢測(cè)精度以外，鑰匙端的功耗也是衡量一個(gè)無鑰匙系統(tǒng)好壞的重要指標(biāo)，PCF7952自帶的電源管理模塊可以最大程度的降低整個(gè)系統(tǒng) 功耗，一套成熟的無鑰 匙系

14、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(zhǎng)達(dá)三年。Keyless Entry / Go Communication (LFAJHF)up-link: uj3kup. dsta Q nductive) 125kHzin duktivetrsrsmitter(EEUHF-ReceiverPQJ791Odownlink: d3l3 (UHF)PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 COIFIDBITIAL 訂圖4 :鑰匙端的模塊框圖在無鑰匙 系統(tǒng)之后，汽車安全與防盜 產(chǎn)品將會(huì)走向何方？ NXP已經(jīng)給

15、出了確切的答案： Keylink，即下一代的汽車鑰匙。它最大的突破在于，把車鑰匙跟外圍的智能終端聯(lián)系起來， 使鑰匙可以跟諸如手機(jī)，PDA等設(shè)備實(shí)現(xiàn)近距離的無線連接，借助于手機(jī)等智能終端的顯 示功能和強(qiáng)大的處理能力，一個(gè)無比廣闊的應(yīng)用空間擺在了我們面前：-隨時(shí)查詢車輛狀態(tài)，門窗狀態(tài)，油箱油量，車內(nèi)溫度手機(jī)屏幕上的顯示應(yīng)有盡有-尋找汽車，通過鑰匙 跟手機(jī)的配合，手機(jī)的GPS導(dǎo)航幫你輕松找到停車地點(diǎn)-輕松制定出行路線，在電腦前將選定的出行路線存入鑰匙。進(jìn)入汽車時(shí)，車載導(dǎo)航儀將自 動(dòng)導(dǎo)入出行信息-車輛維護(hù)，車輛的出廠記錄，維修記錄，全部都存在鑰匙中，便于維護(hù)。類似以上的應(yīng)用還有很多很多，下面這則新聞則

16、是Keylink的又一新應(yīng)用，可以讓我們更近 距離地了解這一技術(shù)，也以此作為本文的結(jié)束：2008年10月22日寶馬(BMW)技術(shù)研發(fā)部與恩智浦半導(dǎo)體(NXP Semiconductors ,由 飛利浦創(chuàng)建的獨(dú)立半導(dǎo)體公司)推出全球第一款多功能車鑰匙原型。這款產(chǎn)品原型具備非接 觸支付功能，個(gè)人進(jìn)入控制以及先進(jìn)的公共交通電子車票功能，以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的移動(dòng)性體驗(yàn)。 配備了恩智浦的SmartMX安全芯片，這款產(chǎn)品原型首次實(shí)現(xiàn)了通過車鑰匙 讓駕駛者進(jìn)行快 速、安全和便捷的電子支付，為未來的消費(fèi)者開創(chuàng)了激動(dòng)人心的全新應(yīng)用環(huán)境。PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 Smart KeyJBss

17、/TPMSMain MCUImmabiitzerA/DDoor LockHA13723SIOOther DwiceSafe-by-WIre PiusOtti-er DeviceUndei PlanningTireAMeef Air Pressure Detection UnitTransmitief andReceiver UnitCurtanAirbagshve-rAwfcNagPower車載 LAN/LINPDF 文件使用pdfFactory Pro智能無鑰/TPMS （胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）INIInput Capture UARTSbW+ EI JSlavWWW* Squ制斗 Sqwti0卵J

18、 丁 Siil粉*試用版本創(chuàng)建 Mam MCUSbW* Master* ASIC (MSIG)SubMCURoBover SensorEEPROMHA13727XYSwkwSbW+ SensorOccupant Detectio-nSlaveSerr&oreSbW+ G+ntsor SlavkPrsiuie SefisorBSbW+ en&crG SensorsEngine/ATEPSRadarPre-Preiension SystamMclcnzad SaaibellPWMSleeTing Angle卜IgnitionBatlefYEngineCurtain創(chuàng)兇gsn c氣囊Transmis

19、sion Control System傳動(dòng)控制系統(tǒng)Renesas DeviceOthr DeviceCluteiiShiHingYa忡骼Msri MCUAnalio InterfacesDtgllal interfaCflSH705xSH725kASICleinp&fatijreCANTranficeivefCAN TfansceitfefRawer MOS FETCANGwr SpaedVehtde Spd *AirbagHA13721Main MCUSatelliteEEPROMHA13721Engine/ATEPSOthflr DeviceSquib DfierM59346M59347S

20、enior IFF AStCfi 謝SIGPowr RegulatoryAjrbaggMotorized SeatbellPre-Pretansicrn Sy stern ECUPWW：Vi CANRadar ECUWeighlSeniorOccupant Detection ECU ASICaG SensorsASICsCclfrsion Serr&Dir&PDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 HEVEngine ControlMotor ControlGenerator ControlEngineHighCANMam MCUSM7H7RegpulatiDrCAN Tra

21、nsceivefSub MCU RSC/TinyIGB7Perjpiiieral |CMoLorMflin MCUSHF I g：iHID ECU (LXenonBulb 心Body lncilnationCarRadarColurnii SwitchMotor Optical Axle ConbnNR)Dtnr Optical Axis Control L)IcvelneF ECU何Main MCUMl6C/TirryRaoninyDrivers Seat Pusitlcri SwitchLevelizerECUg卜國(guó)P譏碼1Room Lamp4 Winker Trunk Lock etc.

22、Driver* Door Lock winkRear Door-Lock1 WindoHBCM (Gateway)D 目 shbcarcl：1口哋0色rrt Pnej)Di&tant# B 尬軸電 ei Tow t anReguLatorCAN TransrvePDF 文件使用pdfFactory ProAFS （自適應(yīng)前照明系統(tǒng)）Paswugers Seat -Positian Swrfjh試用版本創(chuàng)建 XenonLow Speed CAN 125kbpsfor BodvhSlTOHigh Speed CAN for Powertrain . tv Inlbtain merit皿LawGAN

23、T25kbpsAL 111 i 1 ri jHfT ,1亠一 一r_Fan一Damper1 LDamperDamperCo)nprssdOHiPDF 文件使用pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建 BCM (Body Control Module)Switches(UNCan TransceiverUN TranscievsfMain MCU R32CHxx M32CJ8XM16CJ6NxRegulator CAN TransceerColumn LockSoundRear LightWinkerTrunk LockDoor LockRoom LampSteerlngi Wheei Angie SenserPower Window / Door；fSwilcti InputGear Key SWLocked/L nlockedBCM （車身控制模塊）Man MCUMiecrrtnyRiJC/TinyReguEatorCAN Transceiver車門Power MOS FETPavwr MOS FETPower MOS FETUp CarvcelPowtr MOS FETDown CancelPuls&Se