浅析射频识别技术在汽车上的应用

2021-04-02刘忠明

时代汽车 2021年4期

刘忠明

摘要：射频识别技术RFID最早可以追溯到上世纪五十年代，至今已有超过七十年的历史，RFID兼具高效、实时、简易等特点被广泛应用于交通运输、零售业、物流、门禁安保等各领域，回首看去射频识别技术依然如火如荼，很多领域应用有待继续深究与开发。本文主要从汽车防盗技术角度，分射频识别技术、无钥匙进入及启动系统、故障分析三个维度进行简要阐述。

关键词：射频识别技术RFID 无钥匙进入及启动系统故障分析

Analysis on the Application of Radio Frequency Identification Technology in Automobile

Liu Zhongming

Abstract：Radio frequency identification technology RFID can be traced back to the 1950s and has a history of more than 70 years. RFID has the characteristics of high efficiency， real-time and simplicity， and is widely used in transportation， retail， logistics， and access security. In various fields， looking back， RFID technology is still in full swing， and applications in many fields need to be further studied and developed. This article is mainly from the perspective of automobile anti-theft technology， divided into three dimensions： radio frequency identification technology， keyless entry and start system， and failure analysis.

Key words：Radio Frequency Identification Technology RFID， keyless entry and start system， failure analysis

1 射频識别技术

射频识别是一种非接触式的无线通信方式，它可以通过向特定的目标体发射固定频率的电磁波实现元件间的耦合来感知、获取对方信息。射频识别的最大优点在于并不需要建立直接的物理连接，这也意味着它能轻易穿透雾、尘、木柴等各种障碍物，其次RFID的识别速率极快，一次阅读信息的过程通常不超过100毫秒[1]。

射频识别系统主要由阅读器、应答器（电子标签）、天线、数据交换和管理系统等组成，RFID系统可根据工作频率波段的不同分成低频、高频、超高频、微波四种，按照 IEEE制定的频谱划分如下：低频LF为30～300kHz;中频MF为300～3000kHz;高频HF为3～30MHz;甚高频VHF为30～300MHz;特高频UHF为300-3GHZ;超高频SHF为3GHZ;其中低频的典型工作频率125KHZ、133KHZ，高频典型工作频率为13.56MHZ。

RFID系统还可根据电子标签的供能方式分成有源、无源、半有源三种。

（1）有源RFID。即电子标签内部具备电池供电或外加电源不间断地供能模式，电子标签能持续稳定且按照一定规律主动向外发送定频信号，当阅读器经过接收天线铺捉到信号后，将信号进行解调，并把相关信息传递至数据交换管理系统作进一步处理。有源RFID可以根据自身的实际需要建立某一高频载波电路，所以兼备传输信息量大、距离远等优点。

（2）无源RFID。当处于工作状态时，阅读器通过发射线圈向电子标签发射一定频率的电磁波，当标签的感应线圈感应到同频段的电磁波后，将发生电磁耦合效应产生的轻微电能能驱动标签内置芯片辐射信号，辐射的信号比较弱，所以只有当阅读器与电子标签的距离足够接近时，阅读器上的识读线圈才能感应到辐射信号。由于采用的是无源模式所以元件的成本、体积、寿命等得到了优化，无源RFID被广泛应用于门禁卡、公交智能卡、自助收银系统等生活方面。

（3）半有源RFID。此系统兼具有源RFID可以实现长距离通信和无源RFID较为省电的优点，其内部有电池供电，但却采用较为科学的被动触发工作模式，电子标签只有接收到来自阅读器天线发射的同频信号时，才能主动向外发射信号即芯片的储存数据经过调质、运放电路处理后经发射天线对外通讯。

2 无钥匙进入及启动系统

2.1 加密技术

无钥匙进入及启动系统是汽车豪华与尊贵的象征，也是便捷、高效、安全的一种体现。无钥匙进入系统的可靠性、稳定性直接关系到驾驶员的财产安全，早期的汽车主要采用机械式钥匙对汽车进行防盗功能，这种防盗方式的保密性、安全性极低相关信息容易泄露，而随着电子加密技术、RFID的发展，无钥匙进入及防盗系统应运而生，相关数据信息需要得到相互匹配与认证过后才能解除防盗功能，反着则启动防盗，这大大地增加了车辆的安全与可靠性。现代的智能钥匙可以分成固定码与滚动码两种，采用固定码加密技术时，不变的密码数据被保存在钥匙的芯片中，这种防盗技术缺乏安全性，数据一旦被复制或非法拦截获取时将给车主带来不可估量的风险，显然这种技术无法满足当代的需求，而Keelop滚动码（跳码）加密技术是解决这一难题的关键，滚动码技术是一种非线性的加解密算法[2]，能实现钥匙端与车端的双向同步加密功能，每当按下钥匙按键或车辆在有效接收到钥匙信号时，双方的地址码、功能码都能按照一定的规律在前一数据基础上进行加密滚动，即使在无效的按下按键钥匙值发生滚动，只要在车端解码出的信息在数据库范围内，车辆都能进行解锁，如果按键无效值高达上百次超出允许值，通讯间失效，只有将车辆与智能钥匙重新匹配才能工作，由此可见Keelop技术大大增加破译难度。

2.2 系统组成及原理

在此以比亚迪E5为例，该车的进入及启动系统由高频接收模块、keyless-ECU、BCM模块、转向轴锁、一键启动按钮、智能钥匙、微动开关、低頻天线等组成。比亚迪E5全车共设有6根工作频率为125KHZ低频发射天线，其中车外3根，分别位于左前门、右前门、行李箱处，而车内的三根则分别位于车辆的前、中、后部，车辆配有三个微动开关分别用于主、副驾驶及行李箱的解锁，智能钥匙采用的是半有源RFID技术，其发射频率为315MHZ，一键启动按钮内部集成IMMO识别线圈，可用于智能钥匙无源近场工作。

（1）无钥匙进入功能的实现。当微动开光被按下激活后，用户的请求开门信号通过硬连接传递给Keyless-ECU，ECU在接收到信号后，需要验证钥匙的合法性，所以驱动外部低频天线对钥匙进行定位，当处于车辆1.5m探测范围内的授权钥匙被低频天线有效唤醒后，则将储存在芯片中的ID滚动加密后采用高频载波对外发出（伴随有智能钥匙指示灯闪烁）[3]，高频接收器接收该信号并送至Keyless-ECU单元进行解调比对，若钥匙认证合法则通过CAN总线向BCM发出车门解锁指令，完成车门解锁，反之则终止，车门无钥匙上锁功能亦是如此。

（2）无钥匙启动功能的实现。当踩下制动踏板且按下启动按钮后，Keyless-ECU接收到用户请求后，同样需要认证钥匙的合法性，通过驱动车内低频天线寻找钥匙，高频接收器反馈钥匙信号，若Keyless-ECU认证通过，则通过CAN总线向转向轴锁及BCM发出解锁及启动信号完成后续上电的工作，反之则不动作。若授权钥匙的电量较低不足以对外回应高频信号时，可以将智能钥匙贴在启动按钮处，采用无源RFID通讯方式完成信息的认证。

通过对比吉利、北汽、荣威等品牌的新能源汽车不难发现，在无钥匙进入及启动系统的总体设计思路上都是一致的，值得注意的地方主要有两点：一是在无钥匙的触发方式上可以采用的是按钮开关式、电容触摸式或是其它传感方式;二是高频接收方式上可以采用单独高频接收器、集成模块式或是多功能天线来实现高频信息的获取。

3 故障分析

造成车辆无钥匙进入及启动功能失效的因素种类繁多，可以根据车辆故障现象，结合车辆维修手册并借助解码仪、万用表等维修工具，对故障码、测量数值作进一步综合分析，才能快速锁定故障原因，故障源可以归纳为以下几类：

（1）电源及供电线路故障。车辆启动前电瓶正常工作电压为11.8V-12.8V之间，如果电瓶欠压或是供电电路短路、断路等因素都可能导致防盗模块失去工作电源。

（2）智能钥匙故障。电池欠压、芯片ID丢失、电子元件损坏，可以通过无源近场或专用设备对钥匙频率等进行检测。

（3）外场干扰。处于变电站等强场环境下将影响信号的接收与发射。

（4）硬件故障。门把手微动开关触摸传感器失效，门锁电机、行李箱电机、转向轴锁等执行机构失效、启动按钮失效、ECU模块电子元件损坏。

（5）通信故障。高频接收器、启动按钮信号识读针脚故障，CAN总线断路、断路、虚接等因素。

4 结束语

随着智能网联汽车技术的推进，更多的新兴技术将被赋予汽车身上，汽车将变得多元化与科幻化，手纹识别、人脸识别等技术可以应用于汽车之上，而得益于云端技术的开发通过蓝牙、APP遥控车辆已经变成了现实，结合GPS卫星定位等远程监控系统，构筑了汽车多方位坚不可摧的防盗堡垒。

参考文献：

[1]陆锌渤.浅析射频识别技术[J].中国新通信，2018，20（01）：67-68.