Allion Labs / Chris Wu

 

汽车的电子设备中,除了车载电脑(ECU)攸关全车的运行外,另一个开发重点即为汽车的防盗系统设计,在汽车防盗系统的设计领域中,传统靠芯片钥匙的设计方式目前已渐渐被射频识别(RFID, Radio Frequency Identification) 整合的Keyless免钥匙技术所取代,达到更全面的车辆防盗效果。

Keyless 免钥匙系统是在RFID射频识别系统技术基础上所延伸应用,基本的运作机制必须整合遥控钥匙与原本的车辆无线遥控器。可带来的方便性像是当钥匙靠近车门时无须将钥匙插入,直接拉手把或按按钮就可以自动解锁开启车门。

目前全球多家汽车电子厂商均拥有自家的Keyless免钥匙技术,例如Siemens、Valeo、Tokai Rika、Bosch、Delphi等,技术底层与关注的整合应用大致类似,当用车人持有内含感应芯片之remote key 靠近车子,大约一公尺,车门即可感应卡片并运行机制。

在进行远程遥控车门启闭时,Keyless免钥匙系统还必须能透过车门遥控传递安全认证码,以确认合法使用钥匙遥控车门,由于采用RFID的芯片密码认证,自然可以避免认证数据遭无线侧录、复制,避免被盗车的风险。

浅谈Keyless智能钥匙比较需要注意事项:

  1. 尽量不要跟电子装置放在一起,如手机、蓝牙喇叭或其他移动设备等,因为使用低强度的无线电波,在有磁场干扰时Keyless智能钥匙可能无法运作正常。

而如果汽车遥控器靠近手机信号辐射的位置,则RF的干扰在物理上会影响遥控的灵敏度,这会缩短车子对遥控器的接收距离甚至会导致无法感应的状况。

  1. 避免接触金属物品,因与金属物品接触可能对信号产生干扰导致功能异常。

面对各种外在因素所造成的干扰,却没有一套固定的标准去预防或解决相关难题,这使得产品要做到优化设计更为难上加难,尤其是现在几乎人手一支手机的使用习惯,虽然干扰源很小却影响很大。

汽车使用的RFID频段:

对于北美制造的汽车,大多数遥控器的工作频率为315 MHz,对于欧洲,日本和亚洲的汽车,其工作频率433.92 MHz

而频率应用到实际解锁情境,当车主按下车门手把上的按钮时,会发送13.56KHz 的低功率信号至遥控器,此时遥控器会经由 RF chip发送315MHz频率信号给汽车,一旦通过相互身份验证,车主便可以直接按下手把按钮解锁并打开车门,无须使用遥控器解锁。

能够产生信号干扰的无线射频信号干扰源不胜枚举。目前智能手机上,能够发送的无线信号有三种:

  1. Wi-Fi 2.4G (2.412GHz~2.484GHz)
  2. 蓝牙 (2.402GHz~2.480GHz)
  3. NFC (13.56 MHz)

Keyless免钥匙系统感应天线位置:

一般配备 Keyless免钥匙系统的汽车配置的内置天线如下(依实际车款会有不同配置)。

  1. 中央控制台(Centre console)
  2. 左前门把手(Door handle, left front)
  3. 右前门把手(Door handle, right front)

上图中的红色环表示系统天线所覆盖的范围。

下图中的黑色按钮为车门手把解锁按钮,将把手按钮按下时系统即会透过把手天线与钥匙通信。

Key Fob 天线

遥控器天线有许多不同的样式,有早期的螺旋弹簧天线,后来普遍使用电路版印刷天线,RFID天线以及目前Key Fob所使用的线圈天线,其信号接收发送性能以及抗干扰能力也不尽相同。

汽车遥控器与手机干扰测试实例 (Keyless Interference Test )

百佳泰依下列各种信号验证对无线感应车钥Key Fob产生干扰结果:

  1. Wi-Fi 2.4G Signal.
  2. 蓝牙
  3. NFC

无线感应车钥(品牌由左由右分别为Luxgen, Mazda, Skoda):

 

车外接收距离干扰测试(接收距离单位: 公分):

(Unit: cm)

 

从测试结果可以看出,不同的手机本身(Original)对于信号的干扰已可造成一定的影响,甚至搭配在特定车款的遥控器上时,其接收距离甚至只剩下不到原本的一半。

而在三种干扰的信号中,Wi-Fi信号干扰的情况较其他两种来的明显,因此在非必要情况下可以关闭手机的Wi-Fi功能以减少对遥控器感应的影响。

而汽车遥控器的天线设计与本身造型也有着相对应的关系,从测试结果可以看出,越是扁平造型的遥控器,越是容易被手机干扰或阻挡信号,反之越为立体的遥控器,其被干扰的情况则越轻微。

大部分的时候智能手机和Key Fob会一同放在至口袋或是公事包中,而当我们靠近并想要将车子解除锁定,此时按下车门手把上的按钮后却经常发现无法将车子顺利解锁,原因是汽车的 Keyless免钥匙系统容易受到RF信号的干扰,以及手机本身的金属屏蔽,特别是两者紧邻的状态,因此Keyless免钥匙系统是否有足够的能力来克服其他设备所造成的干扰为一重要课题。

而为了提升车辆的防盗保护、安全性和便利性的功能,超宽带 (Ultra-Wide-Band) 技术也逐渐开始导入,将来使用内建UWB技术的手机即可以取代传统的汽车钥匙,提供更多样化的应用。

 

免钥匙与数字钥匙系统全方位天线检验测试服务

也许有人会问:在比手机更大的车子上整合多支天线还有什么困难,首先,针对车用天线进行安全、温度与振动等标准测试的要求更严格。其次,当今的车子不再是简单地用铁打造,这表示在决定天线安装的位置时有了更多的选择。因此天线模块必须考虑到是否适合安装在车门把手、后视镜、行李厢或保险杆,甚至是仪表板内。

不同的品牌与车款其天线接收器与控制模块依照负责的功能各有不同的设置,但是主要的用户接口都会在所对应的位置。下图针对汽车感应天线设置做了明确的说明。

依所需功能车上所布置的感应天线主要在下列位置:

  1. 车侧两边的车门把手,用以感应使用者在车外时,是否开启或解除锁定。
  2. 车内前后用以感应钥匙是否在车内以决定车辆可被启动。
  3. 车子后方的行李箱天线用以感应车厢是否可被开启。

 

车上的接收天线依各家车厂设计会有不同的位置以及数量,越精密的感应则需要更多的天线设计,目前甚至可到九组之多,因此对于汽车天线的全方位性能检测则为相对重要,可依据相对位置检测感应信号强度(RSSI),感应距离是否符合要求。

以下例子为无线钥匙在实际应用上的测试,针对天线装置的总全向灵敏度TIS(Total Isotropic Sensitivity)以及总辐射功率TRP(Total Radiated Power)进行检验,发现车身的收发确实有感应死角。

如图所示,经过TIS和TRP测试分析后,明显发现该车辆在特定角度无法感应。

百佳泰整合性验证打造最佳用户体验

汽车天线性能表现会受到许多因素影响,例如噪音、频率干扰,安装位置及车体设计,厂商除了从源头管控产品质量,确定使用的RF技术符合相关标准规范与法规限制外,更重要的是进行全面性检测,以便及早发现问题并找出对策。

如何以具竞争力的成本让多支天线能有效率地在小空间中运作,这正是目前汽车制造商团队所面临的最大挑战。因此,每一家制造商都需要具有差异化的解决方案。

而除了实体钥匙之外,车厂也准备开始导入数字钥匙,驾驶人只要将数字钥匙下载到智能手机上,只要加载这个系统后,就能远程解锁或锁上汽车,甚至启动引擎,这将大幅强化智能手机与车辆之间的连接,而系统能利用 NFC 的距离限制,以及直接链接到装置上的安全组件,确保汽车与智能手机之间拥有最高安全等级。

百佳泰测试实验室除了能够为您测试RF产品的性能表现,同时提供更进一步的除错服务,对于愈来愈多样化的车用产品也提供了以下测试做为质量的保证,若有测试需求还请来信至cn_service@allion.com.cn。

  • 天线性能测试 (Antenna Performance)
  • 无线智能钥匙质量测试 (TRS & TIS)
  • 车用免钥匙与数字钥匙系统验证测试 (RF performance & Security)
  • 车内显示器质量性能测试 (Display Performance)。
  • 车内储存装置质量性能测试 (SSD Stability)。
  • Wi-Fi 性能测试 (Max Throughput)。
  • 导航系统质量测试 (Positioning performance)。
  • 车用信息娱乐系统(IVI system Quality)
  • 语音助理 (Speech recognition)