一种基于无钥匙进入和一键启动系统的智能手表钥匙的设计

曹尚贵 张学超 刘爱民 李建才 陈飞

摘  要：伴随着国内智能穿戴设备的普及，手表作为智能穿戴设备的代表产品，被越来越多的用户所喜爱。文章充分利用智能手表便携和智能的优势，将汽车智能钥匙的功能集成在手表中，可以实现PEPS功能、RKE功能、4G车控、语音控制、酒精锁功能、疲劳驾驶预警功能、车辆状态预警功能、运动健康和快捷支付功能、低电量功能、社交、互联等功能。

关键词：无钥匙进入;一键启动系统;智能钥匙;RKE功能;智能手表

中图分类号：U464.337  文献标识码：A  文章编号：1671-2064（2020）03-0000-00

0 引言

随着电子产品的不断发展，用户对智能舒适汽车的要求也越来越高。无钥匙进入一键启动系统（PEPS 系统）是智能舒适汽车的重要体验。与传统的机械钥匙相比，给用户带来的舒适性大大提高。新一代智能钥匙系统实现了迎宾、接近解锁和不拔钥匙离开锁定功能，但是，这种智能钥匙的体积很大，是一把钥匙触发的钥匙，或者是一把带液晶显示功能的钥匙，传统的车钥匙存在着携带不便、容易遗忘和丢失等缺点。随着智能穿戴设备在消费品中的普及，用户购买和使用智能穿戴设备的情况越来越普遍，手表作为智能穿戴设备的代表产品，受到越来越多用户的喜爱。本文将智能钥匙peps系统集成到智能手表中，从技术、安全、舒适等方面探讨了智能手表钥匙的优势和市场潜力，并根据智能手表和汽车钥匙的特点定义了一些更实用的功能。

1 系统组成

系统由10个模块组成，系统框图如图1所示，手表钥匙与PEPS模块之间通过LF/RF通讯（无线通信），其他各控制器同PEPS模块之间通过CAN总线实现信息交互。

图1中，手表钥匙作为汽车智能钥匙，是用户合法身份的象征;防抱死控制器ABS提供车速信息供PEPS系统控制车辆电源切换和相关报警策略;自动变速箱控制单元TCU提供档位信息供PEPS系统判断启动条件和解除变速箱换挡杆锁止机构;发动机控制单元EMS与PEPS模块进行防盗认证，启动发动机;仪表主要用来显示整个系统工作时的一些HMI信息，用来PEPS相关报警提醒;音响、座椅控制模块用来通过语音预警和振动来提醒用户当前身体疲劳状态（手表监测用户身体状态通过无线信号反馈给PEPS模块，后者通过CAN通信通知音响和座椅控制模块）;座椅调节模块和后视镜调节模块还具备识别用户身份，记忆不同用户的设置偏好（PEPS模块可以识别手表钥匙的ID，并通知座椅调节模块和后视镜模块记录和设置）;车身控制器BCM作为执行部件用来控制车门锁和灯光（PEPS系统通过探测手表钥匙位置可实现迎宾、走近解锁、离开上锁等功能）[1]。

2 智能手表钥匙硬件设计

智能手表钥匙集成了汽车钥匙的芯片（NCF29A1XHN）、接收低频信号的3D天线，以及发射高频信号的天线。可以实现PEPS智能钥匙的所有功能。

基于PEPS系统的智能手表钥匙的硬件框图，如图2所示。

智能手表钥匙采用蓝牙（主系统）和安卓（从系统）的双系统方案，主系统控制从系统的启动与关闭。主系统选用Nodic 52840作为主控芯片，从系统选用MTK 6739芯片。

手表采用1.39英寸454*454高分辨率AMOLED彩色显示屏;集成了4G模块，可以独立连接移动网络实现4G车控功能;9轴重力加速度传感器可以精确识别各类运动模型，实现不同的运动的模式和步数记录;心率传感器可以周期性或手动执行心率监测，实现疲劳监测功能;气压计、高度计、GPS传感器可以显示和记录运动轨迹和海拔等信息;NFC芯片可以实现模拟实体卡提供便捷支付等功能;麦克风通过识别语言指令来实现各种控制功能[2，3]。

3 智能手表钥匙系统设计

3.1 系统方案

智能手表钥匙采用蓝牙（主系统）和安卓（从系统）的双系统方案，主系统控制从系统的启动与关闭。电量充足时，双系统并行运行，安卓系统为用户提供4G手表交互的功能，可以使用手表的所有功能。电量降为35%的时候，主系统控制關闭从系统，4G及相应功能关闭，产品成为蓝牙手表。电量降为15%的时候，主系统关闭显示屏、运动健康等功能，剩余电量供汽车PEPS钥匙芯片使用。

3.2 PEPS功能

用户携带智能手表钥匙，在车辆低频信号辐射有效区域内，通过按下门把手按钮或触摸电容按钮，闭锁、解锁车辆;在车辆后备箱天线辐射有效区域内，按下后备箱开启按钮开启后备箱。同时，携带智能手表钥匙靠近车辆时，可实现迎宾和自动解锁功能。关闭车辆电源和所有车门，携带手表钥匙离开车辆时，车辆可自动上锁。携带手表钥匙靠近车辆尾部时，可感应开启电动尾门。用户在车内时，踩下离合器踏板（MT）或刹车踏板（AT），按下一键启动按钮，车辆探测到有合法的智能手表钥匙，可以启动车辆。

3.3 RKE功能

用户触摸手表屏幕上对应的遥控钥匙功能菜单，PEPS控制器收到RF射频信号解析、验证钥匙合法后，将指令发送给BCM执行相应的车门解锁、落锁、开启后备箱、升降车窗、寻车功能。

3.4 4G车控

手表集成4G通讯模块，采用eSIM卡方式实现联网。手环连接网络后，选择远程车控功能，手表将指令发送到TSP平台，TSP平台收到指令验证合法性后，将指令下发至车辆的T-BOX模块，完成远程车辆控制。可以控制车辆发动机启动关闭、车门的解锁闭锁、车窗的降窗升窗、开启电动尾门、开启设置空调温度、座椅加热等。T-BOX模块定期地采集车辆的油量、胎压、位置等状态信息并反馈给TSP平台，用户需要查看车辆状态时，手表从TSP平台获取信息并展示。

3.5 语音控制

手表钥匙软件上集成了AI语音助手，硬件上集成了麦克风，对着手表说出需要的操作，即可实现各种控制功能。语音控制可以实现4G车控的所有功能，也可以查询车辆状态。

3.6 酒精锁功能

表键上的酒精传感器可以通过使用者的皮肤实时检测使用者血液中的酒精含量。 当用户准备启动车内发动机时，peps 控制器除了判断是否满足起动条件外，还要求司机的血液酒精含量信息，如果酒精浓度超过某一参数定义，发动机将被禁用，并相应地警告客户。 但用户可以切换车辆动力状态，使用车辆的其他功能。酒精锁运行启动判断条件有，手表钥匙在车内且酒精浓度参数在定义范围内。目前欧洲已经有部分法规出来，后期国内应该也会有相应要求。

3.7 疲劳驾驶预警功能和车辆状态预警功能

手表按键可以通过实时监测驾驶员的心率来识别驾驶员的疲劳状况。当车辆行驶时，一旦驾驶员疲劳，手表按键检测到心率变化，立即通过无线信号将危险信息发送至PEPS模块。接收到信号后，PEPS模块通过CAN网络将信息发送给仪表、音响和座椅控制模块。通过对驾驶员感官的多方位刺激，实现疲劳预警功能。

当车辆检测系统发现车内有异常装置时，及時向车主发送信息，提醒车主既要保证频率，又不能干扰车主，如车辆缺油、需要维修等重要信息时，将信息发送给手表，提醒用户尽快处理，以免影响行程，如果车辆超出电子围栏设置的范围，或者发送主机工厂希望用户看到的重要信息，如保险、维护等。

3.8 运动健康和快捷支付功能

智能手表还有运动健康和快速支付功能。 手表的运动传感器记录了常见的运动信息。 连接到手机后，将数据同步到应用程序中，允许用户看到他们做了多少运动，并帮助用户科学地计算他们每天的卡路里消耗和运动量。 手表按钮的定义还包括支持移动支付的 NFC 芯片和智能金融卡。每天补充燃料和花费可以让这种体验变得容易得多。当车辆准备在商场停车场支付官方账户时，免费卡管理系统被授权将手表密钥绑定到微信，并通过微信的后端网络确认终端设备。点击确认键来支付停车费和退出现场，以达到没有付款感[4]。

4 结语

无钥匙进入一键启动系统作为一种新的舒适性功能，在国内市场得到了推广，接近标准配置。PEPS系统的技术逐渐完善和成熟，汽车PEPS系统的功能也不断提高。作为一个成熟的产品，未来与相关系统的集成变得越来越重要和必要，如移动蓝牙钥匙、4G遥控智能手表、无人驾驶、RPA、APA、呼叫等智能汽车的功能。

参考文献

[1]张学超.一种基于无钥匙进入和一键式启动系统的智能手环钥匙的设计[J].汽车实用技术，2018（5）：15-17.

[2]魏秋兰.汽车无钥匙进入及一键启动系统的工作原理与故障诊断[J].汽车实用术，2015（7）：11-14.

[3]张学超.一种基于新一代PEPS系统的远程启动控制方案[J].汽车实用技术，2018（5）：16-18.

[4]李建才.汽车无钥匙进入和启动控制系统[J].信息与电脑，2017（6）：124-127.

收稿日期：2020-01-06

作者简介：曹尚贵（1977—），男，安徽池州人，硕士，工程师，研究方向：汽车电子。

通讯作者：张学超（1983—），男，安徽萧县人，硕士，工程师，研究方向：汽车电子。