基于RFID的汽车无钥匙进入系统研究

金鑫，朱金涛

（湖北文理学院物理与电子工程学院，湖北 襄阳 441053）

汽车技术的发展推动了产品的更新，汽车进入系统由原来的机械钥匙变为了遥控系统，随着RFID技术的广泛应用和汽车市场的实际需求，遥控进入系统被无钥匙进入系统替代已经成为必然趋势，汽车中高级配置大都使用无钥匙进入系统，而且市场销售和客户反馈都很好，其所带来的便捷和安全性已经被大多数用户所接受。

1 RFID技术概述

RFID技术中文全称为无线射频识别技术，其是一种非接触式智能自动识别技术，开始盛行于20世纪90年代。其能够在各种比较坏的环境中使用，对高速移动物体能够很好进行识别，并且也可以同时对多个目标记忆识别，从而让其操作变得更加简单方便。射频识别技术就是使用射频信号通过空间耦合，并对无接触信息进行传递，通过其所传递信息，不用人工干预就可以达到辨别目的。通常情况下，RFID系统通常都是由便签、读写器和天线等三个位置而组成。标签则是耦合元件与芯片构成的，并且每个标签都会拥有一个电子码，其就在目标标识上。阅读器拥有两种形式，即手持式、固定式，其作用就是为了获取标签上的信息。天线作用就是为了传递好标签与读取器之间的信号，系统中工作原理就是在标签进入磁场后，借助相应感应电流，通过天线接收读写器，发送出储存芯片中的信息，或自身能够主动发送出某种频率信号，当读写器在获得便签信息后，对其实行译码，再次送其到重要信息系统进行处理。RFID按照应用频率不同，分为低频、高频、超高频、微波，但如果结合能源供给，就使其分为无源RFID、有源RFID以及半有源RFID[1]。无源RFID其有着很短的读写距离，并且价格也很低。而有源RFID也能够让读写距离更加远离，但仍旧要求拥有电池提供电流，这样成本就会变高一些，其适用于远距离读写的应用场合。

2 汽车无钥匙进入系统的设计需求

装载了无钥匙进入系统的汽车内置了5～6根低频天线，一般都是汽车左右门各一根，车内部拥有两根，在后备箱、保险杠也各自拥有一根。首先，可以运用低频交变电压启动谐振电路，而谐振电路则是由天线与电筒先组合，使用低频能够让谐振电路形成磁场，其中所覆盖磁场外围就比较容易受到控制。通过调整驱动电压大小来确定覆盖范围，从而利用设计对区域进行规划，比如，其中一键启动在使用后，能够成为后备箱检测使用，门把手两边天线应当作为门解锁使用的。当车主带着钥匙进入时，就会让其中天线感应一定范围内中是不是拥有钥匙，但接受到指令后，就可以利用射频将车辆信息返回ECU，这样就可以实行解码解密，在获取到密码是正确的后，就能够使用相应功能。在设计汽车无钥匙进入系统时，充分考虑了车主不需要使用钥匙，只需要放在口袋中就可以有效增加防盗安全性，从而为车主提供了便捷。无钥匙进入系统结构图如图1所示。

图1 无钥匙进入系统结构图

3 基于RFID的汽车无钥匙进入系统设计研究

3.1 无钥匙进入功能设计

（1）电子转向柱锁功能。电子转向柱锁系统是由电子转向柱锁执行器与电子转向柱锁控制器两个部门组成，电子转向柱锁控制器可以建立电子转向执行器和车身系统的智能连接，并对所输入的信号进行判断与识别，从而让电子转向柱锁执行器实现开闭锁。

（2）防盗功能。功率控制单元会定时发送检测信号，一旦卡检测到信号，两者进行尝试通讯，由于卡和功率控制各单元之间信号具有随机和加密的特点，就能够确保通信数据信息具有唯一性，任何一部分的鉴别发生失败，通讯就会立即中断并关闭车门锁，不允许发动机启动，以此达到防盗的效果。同时，如果非法卡信号产生了多次探测，为了保障汽车的安全性，功率控制单元就将会被禁止使用。

（3）一键启动功能。进入汽车内部时踩下制动踏板，此时，无论车档位是在n档还是p档，只要按一下启动按钮，都能够正常启动汽车。当汽车停止时，驾驶员轻按启动按钮，能够将发动机关闭。

（4）无钥匙进入功能。无钥匙进入功能主要包括自动开锁和自动闭锁。其中，自动开锁就是当智能钥匙位于低频天线工作范围内，驾驶员身上的卡就能够接收到信号，车载基站通过识别和验证卡身份合法信号，就可以解锁车门。自动闭锁就是当发动机停止工作后，将会自动关闭所有车门，如果车门没有全部关闭，车门指示灯会发生闪烁，以此来提醒驾驶员。

（5）低功耗、可靠性、系统成本、发送器与接收器的寿命等。钥匙中的电池要满足工作3～5年的要求，为了极大地节省电量，接收器就需要在其他时间段进行睡眠，并适时被唤醒。

3.2 系统硬件设计

在PKE系统设计的过程中，主要需要考虑和分析以下方面的问题。

（1）功能功耗平衡问题。可以采用低频前端与数字电路相连接的方式，实现对芯片工作模式的调节和控制，让系统功能功耗得到平衡，并较好地节省电量消耗。同时，在芯片中引入纳瓦技术，从而进一步实现系统内部的有效节能。

（2）天线方向性问题。车载基站端与钥匙端的天线感性耦合度决定了低频信号的通信距离，所以，就需要尽可能增大耦合效率。为了能够让信号向着任意方向进行传播，钥匙端的低频接收天线一般采用三维绕线天线来保证接收低频信号的强度与钥匙的姿态无关。

（3）加密安全问题。因信号在空间中进行无线传输，易被监听，为保证车辆的安全性，系统需要采用滚码等加密技术，进行非线性加密等处理，这样就可以较好地确保汽车端与钥匙端通信的安全性，避免系统被预测、追踪和破译。

对于汽车端的硬件设计而言，汽车端高频接收器电路采用的是SYN480R等作为高频接收芯片，通过固定模式和扫频模式来完成协调操作和控制，从而实现系统的关闭和唤醒功能。汽车专低频发射器电路采用的是UCC57325等芯片，其中，包含有INA接口、INB信号输入接口。

对于钥匙端的硬件设计而言，钥匙端内置低功耗高精度芯片，当进入汽车端低频场时，芯片执行接收、鉴权，并在鉴权通过后发送射频回应信号；同时，为各个通道提供一个数字RSSI值，反映内部接收信号的强度，以用于判断钥匙与汽车的位置关系。

3.3 系统软件设计

（1）中断处理程序的设计。采用RFID技术的汽车无钥匙进入系统，利用定时中断接收的方式，来实现CPU资源的协调分配，并及时接收发射过来的信号进行相应的操作。同时，还要采集芯片引脚电压，提高采集信号的精准度，进而增强系统抗干扰的性能。

（2）汽车安全防盗系统的支持。汽车安全防盗系统所使用的射频识别技术，可以通过射频信号自动对目标进行识别，并获取相关数据信息。通信数据在使用功能加密算法时，需要对数据进行加密处理，从而让数据安全的得到储存、管理和通信。

4 结语

综上所述，由于传统的汽车防盗系统存在被解锁和侵入的安全风险，所以，人们研发了基于RFID的汽车无钥匙进入系统，用来提升系统的安全性和可靠性。本文阐述了RFID技术概述，详细分析了汽车无钥匙进入系统设计需求，并论述了基于RFID的汽车无钥匙进入系统设计研究，希望本文能够为汽车无钥进入系统提供一些有价值的参考。