汽车遥控设计及常见故障案例分析

朱金娣

（安徽汽车职业技术学院，安徽 合肥 230601）



汽车遥控设计及常见故障案例分析

朱金娣

（安徽汽车职业技术学院，安徽 合肥 230601）

随着人们对汽车舒适性需求的不断提升，汽车遥控功能已经变成汽车的基本功能。文章就汽车遥控设计方案进行简要介绍，然后结合出现的主要故障模式，对防止遥控失灵的一些设计要点进行阐述。

汽车遥控器；编码器；遥控失效；天线

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.062

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-175-04

前言

汽车遥控功能的便捷性主要体现在：1.无需机械钥匙插入锁孔，即便是夜晚也能轻松实现汽车开闭锁，省力方便；2.电子防盗安全性能优于机械防盗；3.利用遥控声光可以轻松寻车，得知车辆开锁及闭锁状态。

然而，遥控系统的可靠性就变得尤为重要，因为遥控的故障往往会涉及到车辆的防盗，启动等重要功能。以下，我们将对汽车遥控的设计进行简介，重点介绍以KEELOQ加密算法为核心编码方案，然后重点对常见的失效模式进行分析，并寻找避免故障的方法。

1、汽车遥控设计

1.1汽车遥控系统简介

通常情况下遥控系统分为发射装置和接收执行装置，发射装置集成在汽车钥匙上，接收装置集成在BCM（车身控制模块），然后由BCM实现功能，控制喇叭，警示灯或者结合发动机ECU阻止发动机起动，实现防盗（遥控系统结构图如图1）。

图1　遥控系统结构示意图

防止汽车被盗主要是防止发动机不正当启动。要求具有独立报警功能，且当发现不正当启动发动机时，便可以切断发动机的工作。切断方式有：切断发动机点火；切断发动机燃油供应；不能启动发动机；切断车辆其他相关系统。利用数码防盗器可以锁住汽车的启动系统、电路和油路，在没有解除报警的情况下无法启动车辆。数字化的密码重码率极低而且要用密码钥匙接触车上的密码锁才能开锁，杜绝了被扫描的弊病，这是RFID技术（射频识别技术）较新的应用[1]。

遥控数据加密一般分为定码和跳码两种方式[3]。传统的固定编码芯片是基于单向传输的安全系统。只能提供有限的保护，因为这种系统的保密性是靠提高代码的长度来实现的，而代码的长度是有限的，因而只能得到有限的代码组合，用空中捕捉和扫描跟踪的办法就很容易得到代码，这样就被非法用户擅自使用。而如果采用Keeloq滚动码技术[2]，由于在传输代码之前用滚动码加密算法对原始代码进行非线性加密，从而产生高度保密的滚动码，使得每次传输的代码都是唯一的，绝不重复，从而使捕捉和扫描跟踪的手段都难以凑效。

1.2硬件设计

1.2.1遥控器

图2　各式遥控器

遥控器是遥控系统的最重要零部件[4]，主要包括微动开关、编码芯片、晶振、发光二极管及若干电阻和电容，这些电子元器件组合在PCB板上，而PCB板做成各式造型以适应不同外形的钥匙本体（各式遥控器如图2）。

图3　编码部分电路

1.2.2天线及接收装置

解码以及执行装置一般集成在BCM（车身控制器）中，通过天线接收到遥控钥匙发送过来的PWM信号后，进行数据解密，识别相应的命令是否有效，功能是否实现。BCM内部有存储单元，用来写入解密密码。

图4　接收芯片和内置板载天线

天线一般有内置和外置两种形式。内置天线印刷在PCB板上，封装在模块内部；外置天线是通过专用的遥控信号接收器接收，或者更简单的是通过接插件接到整车线束上，导线一头悬空包扎在线束内部，信号接收器的端部或者导线尾部都要放置在车身顶棚或者整车其他较容易接收外部信号的地方。

图5　遥控信号接收器

1.3软件设计

1.3.1构建发送的编码字的元素

目前，汽车遥控普遍使用的载波频率一般为 315MHZ 和433MHZ两种，但是发出来的数据是经过加密之后的PWM信号形式，然后根据每个厂家特定的格式和加密方法进行解密。加密和解密的算法KEELOQ编码算法使用密钥把需要发送的数据打乱，使非法入侵者破解数据里的信息的几率大大降低，可达1/192k。

1.3.2构建发送的编码字的元素64位密钥

1.3.2.164位密钥产生方法

密钥由厂家编号、28位序列号经过密钥生成算法计算（该算法可自定义）。KEELOQ加密算法是对称的，编码和解码使用相同的密钥。28位序列号和生成的64位密钥保存到编码器和解码器的EEPROM中，如图6：

图6　密钥产生办法

1.3.2.216位同步计数值

编码器每发送一次信息，同步计数器加一。编码器获取同步计数值后，首先判断是否小于历史值，如果小于历史值则认为是非法入情信息；然后判断获取值和历史值是否在合理范围内，如果在合理范围内则执行按键指令，否则重新同步（即将获取值保存到 EEPROM中，作为下一次解码的历史值）。

1.3.2.328位序列号

每一个编码器的序列号都不相同，解码器只认识已经学习过的编码器，28位序列号用来判断收到的信息是否是从已经学习过的编码器发送的。

1.3.2.410位识别位

识别码参与编码器加密计算，解码器解码后的识别码跟保存在EEPROM中的识别码一致后，解码器才能认为接收的信息才是匹配的。

1.3.2.52位溢出标志

当16位同步计数值溢出后，计数值回零，同时溢出标志置 1，这样将同步计数值的范围扩充到原来的 3倍，即3*64k=192k。使信息被破解的几率下降到1/192k。

注：溢出标志只能置1，不能被清零。

1.3.2.64位按键信息

按键信息为4位的信息数据，组成见图7：

图7　

其中：S0定义为遥控锁按键信息S1定义为遥控寻车信息

S2定义为遥控后备箱开启信息 S3定义为遥控解锁信息

1.3.3编码流程

16位同步计数值、10位识别码、4位功能键和2位溢出指示结合64位的编码密码，经过编码加密算法形成32位跳码。28位序号、4位功能键和2位状态指示形成34位固定码。32位跳码和34位固定码构成了总长度位66位的加密资料，然后以PWM信号形式发送。编码流程示意图如图8：

图8　编码流程示意图

1.3.4解码流程

解码的过程在接收模块中完成，解码密钥和算法在匹配钥匙的时候由解码仪写入接收单元EEPROM中，逐步对接收到的资料进行确认。解码流程示意图如图9：

图9　解码流程示意图

2、常见故障分析

2.1遥控失效

某乘用车车型曾经发生过计数值引起的的遥控失效问题，即用户使用过程中，突然某一次以后，钥匙无法遥控车辆开闭锁。现以此为例进行说明。

分析验证过程：在该车型上市的阶段，遥控失效的故障率比较高。分析过程如下：在遥控器按键按下的情况下，反复接通、断开电源，模拟遥控器在存储数据时产生掉电丢失数据的情况。同时通过遥控接收终端接收遥控器发送的无线数据，并在PC上显示。依此判断在多次随机试验后数据的正确性。

通过试验数据得出在遥控器反复接通、断开电源若干次后出现遥控器同步计数值异常现象同步计数值在正常工作状态下，每次按下遥控器按键同步计数值加 1，在异常断电的情况下出现同步计数值突增50000多或同步计数值随机变化的现象，因此发送端与接收端计数值偏差较大，上文介绍到，编码器每发送一次信息，同步计数器加一，相应的同步计数值在发送同时写入EEPROM中作为下一次发送数据的基准，同时BCM接收到数据并解码后，将该次计数值写入BCM的EEPROM内，作为下一次解码的依据，一旦新发送计数值解码后小于或远大于上一次记录值，将判定此次数据为非法。例如：上一次数据接收完成后，EEPROM各存储了一组计数值00BB1123，下一次数据接受完成之后会将计数值加1，若新发送值小于或远大于存储值（如 00BB122），该次命令无效，遥控器断电导致写入时数据随机，下次发送值与接收器EEPROM存储值差别较大，命令无效。变为因此，外部表现为遥控失效。

因此，制定的改进方案为：在E平方内分3个区对前3次数据进行备份，下次写入的数据分别进行对比，若超出范围，视为无效，该次不写入，确保不会将错误数据写入，数据确认正确后，再次存为3份，作为下次比较的依据，以此可以避免数据丢失。

2.2钥匙不灵敏

对于遥控器常见的异常掉电问题，通过在软件上增加保护数据分拣虽然可以有效防止遥控失效问题，但是如果异常掉电出现过于频繁，就会出现连续几次数据都不满足要求，比如前2次不满足，到第3次正确，那么就意味着，按键前两次都没反应，到第3次才能有功能。即是最常见的钥匙不灵敏问题。

图10　修改前后区别

分析问题时发现：PCB板镀层均为白锌处理，该材质抗氧化能力弱，尤其是与电池极片连接处接触面积小，易出现掉电。拆解其他车型的遥控器发现，绝大多数使用抗氧化能力和接触性能较好的沉金镀层。

因此，我们制定的改进措施为：将镀层由白锡修改为镀沉金，将与电池连接处焊盘面积加大，修改前后区别如下图所示。

2.3遥控距离不足

在汽车遥控的使用过程中，除了遥控失效和不灵敏外，遥控距离不够是第三种故障模式。假如某车型规定车辆停靠在空旷的地面上，半径20M范围内遥控没有盲区。

图11　某车型遥控距离测试雷达图

与遥控距离相关的因素有三个方面：1、发射功率；2、传输媒介；3、接收芯片灵敏度。在故障排查和改进过程中，基本上按照这三个方面进行。

图12　修改后的天线和接收芯片

原因分析：测试发射功率发现，信号密度符合要求，主要问题在传输和接收方面。接收天线为内置在顶棚线束中的一节悬空导线，该天线缺点是受导线电阻影响较大，导线较长且中间过接插件，电阻增大，对高频回路稳定性影响较大。

因此，对该接收装置制定的改进措施为：1、更换高频接收回路芯片，由原MICRF007（芯片灵敏度-96dbM）更换为英飞凌的TDA5200（芯片灵敏度-107dbM）；2、接收天线，由原外接线束做外置天线更换为板载天线，提升稳定性。

2.4影响遥控的其他原因

除车辆遥控系统设计问题外，影响汽车遥控性能的其他因素主要有以下几个方面：首先是车辆贴膜，即是在车辆前后挡玻璃，车窗玻璃以及天窗玻璃上贴一层膜状物质，以达到防止外线，隔热防爆以及单向透视的功能。隔热膜在防止紫外线的同时会挡住一部分电磁波，严重削减汽车遥控距离。改善的办法是将天线接收位置处附近的隔热膜挖掉一块。然后，无线电产品越来越多，电磁空间越来越复杂，汽车遥控会经常受到附近相近频率无线电产品的干扰。最后，停车区域的空间有电磁屏蔽或者金属设备过多不利于电磁波传递，比如汽车出厂之前的车间里，设备过多，严重削减遥控距离。

3、结论

通过以上案例分析，在汽车遥控系统设计时可以考虑以下几点具体因素，来防止汽车遥控在使用过程中发生故障：

(1)软件设计充分考虑到异常情况的发生，比如掉电，确保发生之后能够自动识别异常；

(2)电池极片作为关键部件，要具有良好的弹性和抗氧化性，需要严格选材，结构合理；

(3)接受天线形式以及位置选择要合理，经过充分验证和测试。

[1] 张子成.浅谈射频识别技术在汽车上的应用,2008.

[2] 王文虎,李建奇,陶曾杰. KEELOQ滚动加密技术在汽车防盗系统中的应用.

[3] 薛永前,毛敏,基于跳码技术的无线密码锁设计[J] .电子技术,2009 年06期.

[4] 孙华波.基于遥控电器开关解码芯片的设计与实现[D].合肥工业大学,2006.

Car remote control design and common fault case analysis

Zhu Jindi
（Anhui automobile Career Technical College Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

As the increasing comfort requirements to the car，remote control is a basically standard for a car. In this paper,we will have a brief introduction to the design of the automobile remote control, and then combined with the primary failure mode appears on the remote control, we will elaborate a number of design features to prevent the failure.

remote control; encoder; remote failure; antenna

朱金娣，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

U463.6

A

1671-7988 （2016）06-175-04