汽车智能门锁(无钥匙进入启动)系统的介绍

汽车智能门锁（无钥匙进入\启动）系统介绍
摘要：简要介绍汽车无钥匙进入、起动系统的功能、组成、工作原理及流程。

1.绪论
随着汽车的普及和发展，人们对汽车的智能化和舒适性要求越来越高。

为满足人们对汽车的这些要求，汽车无钥匙进入、启动系统应运而生。

汽车无钥匙进入、启动系统包括无钥匙进入、无钥匙启动两大功能，简称CAPE（Car Access Passive Entry）,是在RKE(Remote Keyless Entry 遥控门禁系统)基础上发展起来的汽车电子技术。

作为新一代的防盗及驾驶技术迅速发展壮大，并且已从高端车市场逐步进入中级车市场。

2.功能
无钥匙进入包括无钥匙解锁车辆、无钥匙上锁车辆、无钥匙开启后备箱。

驾驶者不需要拿出钥匙，只需将智能钥匙装在身上或放在放在随身包，靠近车外天线1m，直接拉动车门或按动车门把手开关按钮后，车门门锁自动解锁或自动上锁，并可以被打开或锁死。

无钥匙启动即驾驶员不用拿出钥匙，只要钥匙在车，踩制动踏板或离合器底部开关后，直接按下起停开关，车辆即可启动。

3.结构
CAPE系统由无钥匙进入/启动控制器CAPE ECU、启停开关、电子转向柱锁ESCL(Electronic Steering Column Lock)、门把手、后备箱开启按钮、天线、智能钥匙UID(User Identifier Device)、车身控制模块BCM(Body Control Module)、发动机控制模块ECM(Engine Control Module)等零部件组成，各零部件在整车中的位置如图1所示。

图1 CAPE系统各零部件在整车中位置
3.1 无钥匙进入/启动控制器
无钥匙进入/启动控制器是整个系统的核心。

它负责接收门把手传感器信号、后背门开启按钮信号、制动踏板信号、档位开关信号、离合器开关信号；控制低频天线发出低频信号，与储存在智能钥匙的低频信号比较，实现与UID之间的认证，实现车辆的无钥匙进入、启动功能。

3.2 起停开关
起停开关代替传统的点火开关，安装在副仪表板点烟器左侧，方便驾驶员按下起停开关。

驾驶员可以通过按下起停开关接通ACC、IG、START继电器，进行车辆电源的ACC、ON、START、OFF之间的转换。

开关部包括2组开关、带IMMO（Immobilizer）线圈、带IMMO基站芯片。

2组开关防止一路开关失效，另一路开关可以备用起动，IMMO线圈、IMMO基站芯片作为钥匙亏电或电量低时，与CAPE ECU通信，实现与ECM防盗认证，从而起动车辆。

3.3门把手
汽车前门把手（左前门/右前门各一）封装低频天线以及触摸传感器或电容传感器。

门把手天线用于在门把手周围特定区域发射征询低频信号，与随身携带的UID认证。

认证通过后，才允许进入或退出。

传感器用于触发被动进入退出动作。

3.4后备厢开启按钮
汽车后备厢开启按钮是从行厢被动开启的开关，安装在后背门右牌照灯右侧。

它负责触发CAPE ECU控制低频天线发送低频信号，与UID认证，认证通过后，才允许开启行厢。

3.5天线
安装于部和外部，共6根，部天线分别安装在仪表板中部音响后部、副仪表板后部扶手支架上、行厢后隔板下方，外部天线分别安装在左、右扶手部、后防撞钢梁中部。

它受CAPE ECU控制，适时向外发出125kHz的低频信号。

3.6智能钥匙
智能钥匙接收低频天线发出的125 kHz信号，发送433 MHz的应答信号，与CAPE ECU认证。

认证通过后，实现无钥匙进入、起动功能。

UID一般有3个按键，实现遥控打开车门门锁、遥控打开后备厢、遥控闭锁功能。

机械钥匙集成UID，仅用于应急打开车门，不能用来起动发动机。

3.7电子转向锁
电子转向锁安装在转向管柱上，是防盗系统的一部分，它通过CAN （Controller Area Network控制器局域网络）总线与BCM、ECM、CAPE ECU通信，使部电动机动作，实现对转向管柱进行解锁与闭锁。

3.8车身控制模块
车身控制模块安装在仪表板横梁右侧，负责接收门状态信号，UID认证通过后，判断是驱动电动机解锁还是开锁。

3.9发动机控制模块
发动机控制模块安装在BCM右侧，当UID认证通过后，接收到起停开关起动信号，闭合起动继电器，起动发动机。

4.系统工作原理
无钥匙系统原理如图2所示。

CAPE ECU通过CAN总线与BCM、ECM、ESCL进行通信，CAPE ECU从总线上获得车速信号、发动机转速信号、车门状态信号、ESCL状态、发动机运转情况等信息，通过总线与ECM、ESCL进行防盗认证。

CAPE ECU把从开关或传感器得到的档位信号、制动开关信号、离合开关信号，发送至CAN总线上，实现信息共享。

图2 CAPE系统框图
5.系统工作流程
5.1无钥匙解锁开门
当驾驶员持有UID靠近左前门车门把手天线1m后，直接拉动左前门把手，左前门把手的传感器便给CAPE ECU一个左前门需要打开的信号，CAPE ECU开始驱动门把手的低频天线发出125 kHz低频信号，驾驶员身上的UID将接收到的低频信号与自身保存的信息比较，认证通过后，UID发射433 MHz的高频加密信号。

CAPE ECU将接收到的高频信号解密，通过 CAN总线将信息传送给BCM，BCM驱动门锁电动机解锁，门锁解锁后所有车门可以被打开，驾驶员便可进入车。

只有先打开左前门，其他车门和后备厢才允许被打开。

无钥匙解锁工作流程如图3所示。

图3 无钥匙解锁工作流程
5.2无钥匙上锁
当驾驶员拿有效的UID下车关闭所有车门后CAPE ECU通过室低频天线发出125 kHz低频编码信号，查询钥匙是否在车。

驾驶员触发门把手闭锁，CAPE ECU 通过门把手的低频天线125 kHz低频信号查询车外有效区域是否存在合法的UID。

当判断车无合法的UID，而车外存在合法的UID时，CAPE ECU发送信息，通过CAN总线传输给BCM，BCM驱动门锁电动机闭锁，所有车门上锁。

无钥匙上锁工作流程如图4所示。

图4 无钥匙上锁流程
5.3无钥匙开启后备厢
无钥匙开启后备厢功能是有效钥匙在后保险杠1m之，才能操作后备厢开启按钮打开后备厢。

当驾驶员按动后备厢开启按钮后，该信号首先传送到CAPE ECU，CAPE ECU开始激活后部天线，天线发出一个低频钥匙信号，UID捕获到低频信号，与自身储存的低频信号比较，认证通过后，UID发射一高频加密信号，CAPE ECU 将接收到的高频信号解密，通过CAN总线将信息传送给BCM，BCM驱动后备厢电动机解锁。

只要车门没有上锁，轻轻按动后备厢开启按钮，BCM就可以直接打开后备厢。

无钥匙开启后备厢工作流程如图5所示。

图5 无钥匙开启后备厢工作流程
6.缺陷及改进方案
6.1系统缺陷
由CAPE系统的工作原理可知，从主机发射的信号有两种方式，一种是高频信号，一种是低频信号。

高频信号的特点是功率大，距离远，所以采用这种方案的产品通常用一根鞭状或者螺旋天线，其缺点非常明显。

首先，使用鞭状或者螺旋天线的发射效率比较低，为达到需要的辐射强度，必然需要增加高频发射功率，因此，使用这种产品的汽车将可能出现整车没电的现象。

这是由于虽然车门锁闭了，但主机其实还在一直工作，不管是否找到识别器，直到启动车辆为止，在这段时间，主机其实一直在工作，其工作电源就是原车电瓶，由于高频信号发射效率低，功率大的原因，如果车主连续三天以上没有使用车辆，整车电瓶将会耗尽电量，这会给车主造成极大的不便。

其次，由于受高频发射及接收天线尺寸以及结构的影响，感应距离会很不稳定，时远时近，所以采用高频信号这种解决方案的产品，有时在距离车身十米开外车锁就会被打开，这样会产生极大安全隐患。

再次，高频信号还有易被干扰的特点。

这会造成车主靠近时门锁不开的严重事故。

6.2解决方案
针对上述问题，我认为各汽车电子研发机构可着重考虑低频发射的方式，因为只有低频发射才能延长车上蓄电池的使用时间，并提高抗干扰能力，增强系统可靠性。

随着个人智能移动终端的发展，人们所使用的智能手机、平板电脑等早已具备诸如蓝牙、WIFI等多种无线通信功能，所以可将汽车无钥匙进入、起动系统与这些智能设备进行有机结合，以提高该系统的通用性和便捷性。

另外还需进一步优化UID的认证算法，并降低整套系统的制造成本。

参考文献
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