基于汽车遥控门禁 (RKE) 系统性能及可靠性测试的研究

贾天阳，陈胜国

( 河南天海科技有限公司，河南郑州450001)

1 汽车RKE 介绍

遥控门禁系统(Remote Keyless Entry，简称RKE)，包括钥匙扣中的遥控发射器和车辆内部安装的遥控接收器。这个发射器向安装在车内的接收器发出一串短脉冲数字信号，信号经过解码，通过接收器控制传动机构，打开或关闭车门或行李箱。随着人们对汽车智能性、舒适性、安全性的不断追求，遥控门禁(RKE) 系统已经备受用户的青睐，尤其作为轿车的配置更彰显了它的安全实用，RKE 系统基本上成了轿车的标准配置。

图1 是一款RKE 系统原理框图。

2 汽车RKE 系统原理介绍

汽车RKE 系统包括钥匙扣遥控发射器部分和车辆内部遥控接收器部分，遥控发射器包括无线电发射部分和加密算法部分。当按下遥控发射器上的开锁、闭锁或后备箱解锁按键，将唤醒微控制器。微控制器向钥匙的射频发射器送出一串64 位或128 位的数据流，经过载波调制，通过高频震荡电路把射频信号发射到空间中。接收器部分包括无线电接收部分和解码部分，接收来自遥控发射器发出的射频信号，经解密后将获取的命令信息发送给执行器，进而获得希望得到的开锁、闭锁或后备箱解锁等动作。遥控器发射频率通常为315 MHz 和433.92 MHz 两种，编码方式通常为ASK 和FSK，为保证较长的有效遥控距离(一般不小于10m)，接收部分需要较高的灵敏度、较宽的接收带宽、接近发射频率的接收谐振频率、接近于1 的接收驻波比、与接收LC 网络配合良好的天线等。为保证射频通信方式的安全，所有经由遥控器发送的信息均被某种加密方式进行加密，这就需要对接收到的射频信号进行软件解密［1］。

图2、3 是一款RKE 系统实物图。

3 汽车RKE 系统性能及可靠性测试

上述实例是一款典型的RKE 发射系统，采用的编码方式为ASK。其中遥控器发射频率在315 MHz±40 KHz 范围内，发射功率不小于5 dBm，接收灵敏度不大于-110 dBm，接收带宽不小于160 kHz，接收频率上频点不小于315.08 MHz，接收频率下频点不大于314.92 MHz，谐振频率在315 ±3 MHz 范围内，驻波比不大于1.8，空间遥控距离不少于15 m (实际上车测试)。其实影响RKE 性能优劣的参数指标通常为遥控发射器的发射功率和发射频率，接收器的接收灵敏度、接收带宽、接收谐振频率、接收驻波比、遥控距离等。以下将通过以上实例为例，一一介绍这些性能参数的测试方法。需要注意的是，所有的测试均应在屏蔽室内完成，以防空间同频段的无线电信号干扰影响到测试结果的准确性［2-3］。

3.1 RKE 发射频率测试

RKE 系统的发射频率测试是指发射端遥控器的发射频率测试。通常是将频谱分析仪 (型号ESA - L1500A 9 kHz ～1.5 GHz) 的同轴电缆中心端接遥控器发射天线的输出端，同轴电缆的屏蔽层接遥控器的地。开启频谱分析仪，按动遥控器按键，观看波形并读出发射频率［4］。测试方法与结果如图4所示。

3.2 RKE 发射功率测试

RKE 系统的发射功率测试是指发射端遥控器的发射功率测试。通常是将频谱分析仪 (型号ESA - L1500A 9 kHz ～1.5 GHz) 的同轴电缆中心端接遥控器发射天线的输出端，同轴电缆的屏蔽层接遥控器的地。开启频谱分析仪，按动遥控器按键，观看波形读出发射功率［4］。测试方法与结果如图4 所示。

3.3 RKE 接收灵敏度测试

RKE 系统的接收灵敏度测试是指接收端的接收灵敏度测试。接收灵敏度是指在给定接收机解调前要求的信噪比条件下，接收机所能检测和识别的最小信号电平。通常灵敏度用dBm 表示。测试时通常是将信号源(HP -8648A) 的同轴电缆中心端接接收板接收天线的入口端，同轴电缆的屏蔽层接接收板的地。信号源输出信号数值为1 k 方波、AM 调制度100%、频率315 MHz、幅度-70 dBm。接收板接收芯片的输出端接入示波器(TDS380)。逐渐减小信号源输出信号的幅度，观察示波器直至方波出现不稳定、不规则的情况，读出信号幅度即为灵敏度的值［4］。测试方法与结果如图5 所示。

3.4 RKE 接收带宽范围

RKE 接收带宽测试主要是测试接收机接收的频点范围的选择性，是围绕与中心谐振频点的差值再取绝对值。具体是将信号源(HP-8648A) 的同轴电缆中心端接接收板接收天线的入口端，同轴电缆的屏蔽层接接收板的地。信号源输出信号数值为1 k 方波、AM 调制度100%、频率315 MHz、幅度- 70 dBm。接收板接收芯片的输出端接入示波器(TDS380)。逐渐增加信号源输出信号的频率，观察示波器直至方波出现不稳定、不规则的情况，读出当前信号频率。当前信号频率减去315 MHz 即为接收带宽正偏差值; 逐渐减小信号源输出信号的频率，观察示波器直至方波出现不稳定、不规则的情况，读出当前信号频率。315 MHz 减去当前信号频率即为接收带宽负偏差值。接收带宽正偏差值加上接收带宽负偏差值即为接收带宽［2］。测试方法与结果如图5 所示。

3.5 RKE 接收谐振频率

RKE 接收谐振频率和接收驻波比是RKE 系统测试的重要性能参数，在整个测试环节显得尤为重要。谐振频率的测试是将接收器供5 V 电源，同轴电缆连接到网络分析仪的“REFLCTION RF OUTPUT”端，同轴电缆中心端接接收器天线的入口端，同轴电缆的屏蔽层接接收器的地。网络分析仪设置为：中心频率315 MHz，范围300 MHz; 开始频率150 MHz，停止频率450 MHz; 设置为“reflection”模式。按下“format”，选择“SWR”; 选择显示通道，按下“Marker”并设置Marker点。然后打开5 V 电源读出网络分析仪上的谐振频率［2］。测试方法与结果如图6 所示。

3.6 RKE 接收驻波比

驻波比参数是指行波系数的倒数，其值在1 到无穷大之间。驻波比为1，表示完全匹配; 驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。在移动通信系统中，过大的驻波比会减小接收机的覆盖并造成系统内干扰加大，影响接收性能。接收器供5 V 电源，同轴电缆连接到网络分析仪的“REFLCTION RF OUTPUT”端。同轴电缆中心端接接收器天线的入口端，同轴电缆的屏蔽层接接收器的地。网络分析仪设置为： 中心频率315 MHz，范围300 MHz; 开始频率150 MHz，停止频率450 MHz; 设置为“reflection”模式。按下“format”，选择“SWR”; 选择显示通道，按下“Marker”并设置Marker 点。然后打开5 V 电源读出网络分析仪上的驻波比［2］。测试方法与结果如图6 所示。

3.7 RKE 等效距离测试

RKE 等效距离测试是将遥控接收器供5 V 电源，放入特定的屏蔽箱内进行测试。这种测试的目的是为了模仿实车环境中车体对射频无线信号的干扰和屏蔽作用，而这种干扰和屏蔽作用能实现遥控距离的大幅下降，这样就能实现在非实车环境中进行遥控距离测试。因为在产品量产的时候RKE 的距离测试不可能都放在实车上进行，如果在实车上进行测试，一方面需要花费大量的人力和时间成本，同时这种低效率的测试也是无法满足整车厂的供货时间要求的。所以使用屏蔽箱测试基本上可以代替了实车距离测试，实现的是实车等效距离测试。这种等效距离是相对的，而且是可以在测试之前做出设定的。比如要求实车测试距离不小于15 m，在设置屏蔽箱时可以屏蔽在3 m的范围以内(这个范围根据测试空间大小决定)，而且这个距离在实车测试时是标定过的。测试结果在3 m 以外收到的均视为实测距离不小于15 m。而在3 m 以外(包括3 m 这个位置) 无法收到的均视为实测距离不大于15 m。但有些时候空间接收范围中可能会存在盲区或盲点，影响测试结果的准确性，所以为了确保得到更加准确的测试结果，测试时可以在空间内多选择几个点，一般可以选择8 个点，或是围绕屏蔽箱为圆心以3 m 为半径做环绕测试。测试方法与结果如图7所示。

3.8 RKE 可靠性测试

RKE 系统的可靠性测试是指发射端遥控器和遥控接收器功能的周期性循环测试。首先测试的是遥控器寿命，包括按键寿命、电池寿命、发射电路的稳定性; 其次测试的是遥控接收器接收性能的稳定性和可靠性，包括接收器是否每次都能够接收到遥控器的发射信号，其次是接收器接收到信号后是否都能正确输出相应信号来控制相应负载的可靠性验证。具体是将接收器供5 V 电源测试台(图8 中图)，然后将带壳体的遥控发射器放入定做好的遥控器耐久测试台(图8 左图)。其中，5 V 电源测试台上有3 个LED 指示灯，分别对应遥控器按键上的中控开锁、中控闭锁和尾门开锁，用来模拟接收器接收到发射信号后解码输出的指示。同时，这个测试台上还设置有数码管，可对电压和电流的监控进行显示。而遥控器耐久测试台则是利用气压原理设置气源压力来模拟按下遥控器按键的力度，设置好按键每隔几秒按下一次按键。同时，该测试台上设有两个计数器，一个用来监控按键的次数，一个用来监控接收器接收信号后经解码输出后的反馈信号。这两个计数器所计数值应该完全一致，即每一次按键发射都对应一次接收输出。一般情况下允许这两个计数器有时间上的差异，因为接收器接收信号再解码后输出控制需要时间，但每一次解码输出之后到第二次按键按下之前，计数器显示的次数应该保持完全一致。测试方法与结果如图7 所示。

4 结论

与所有大批量生产的汽车零部件一样，RKE 系统必须具备低成本和高可靠性。不能单一地说是发射功率越大越好，或者说是接收带宽越宽越好，或者说是接收灵敏度越高越好。实际上，发射功率越大其功耗就越大，接收带宽越宽就会越容易受到外界干扰。与此同时，更换钥匙发射器的电池非常麻烦，为汽车电池充电也更加复杂。因此，发射器和接收器都应该消耗最小功率。另外，RKE 系统必须确保一定的接收灵敏度、载波容限以及其他技术参数。因此，只有确保较低功耗的发射功率、合适的接收带宽和一定的接收灵敏度，才能满足低成本、小电流限制的条件，从而实现最大的发射范围，并具有较高的可靠性。

【1】李海方. 汽车RKE 接收模块： 中国，ZL200920298423. X［P］.2010-09-29.

【2】Micrel-Innovation Through Technology 官方网站.MICRF213AYQS的PDF 资料［OL］.

【3】Microchip Technology Inc 官方网站.HCS300 的PDF 资料［OL］.

【4】Q/THB JS031 乘用车车身控制模块企业标准［S］. 河南天海电器有限公司，2010：18-19.