汽車(chē)遙控設(shè)計(jì)及常見(jiàn)故障案例分析

朱金娣

（安徽汽車(chē)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230601）

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汽車(chē)遙控設(shè)計(jì)及常見(jiàn)故障案例分析

朱金娣

（安徽汽車(chē)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230601）

隨著人們對(duì)汽車(chē)舒適性需求的不斷提升，汽車(chē)遙控功能已經(jīng)變成汽車(chē)的基本功能。文章就汽車(chē)遙控設(shè)計(jì)方案進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，然后結(jié)合出現(xiàn)的主要故障模式，對(duì)防止遙控失靈的一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行闡述。

汽車(chē)遙控器；編碼器；遙控失效；天線

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.062

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-175-04

前言

汽車(chē)遙控功能的便捷性主要體現(xiàn)在：1.無(wú)需機(jī)械鑰匙插入鎖孔，即便是夜晚也能輕松實(shí)現(xiàn)汽車(chē)開(kāi)閉鎖，省力方便；2.電子防盜安全性能優(yōu)于機(jī)械防盜；3.利用遙控聲光可以輕松尋車(chē)，得知車(chē)輛開(kāi)鎖及閉鎖狀態(tài)。

然而，遙控系統(tǒng)的可靠性就變得尤為重要，因?yàn)檫b控的故障往往會(huì)涉及到車(chē)輛的防盜，啟動(dòng)等重要功能。以下，我們將對(duì)汽車(chē)遙控的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)介，重點(diǎn)介紹以KEELOQ加密算法為核心編碼方案，然后重點(diǎn)對(duì)常見(jiàn)的失效模式進(jìn)行分析，并尋找避免故障的方法。

1、汽車(chē)遙控設(shè)計(jì)

1.1汽車(chē)遙控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

通常情況下遙控系統(tǒng)分為發(fā)射裝置和接收?qǐng)?zhí)行裝置，發(fā)射裝置集成在汽車(chē)鑰匙上，接收裝置集成在BCM（車(chē)身控制模塊），然后由BCM實(shí)現(xiàn)功能，控制喇叭，警示燈或者結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)ECU阻止發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)防盜（遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1）。

圖1　遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

防止汽車(chē)被盜主要是防止發(fā)動(dòng)機(jī)不正當(dāng)啟動(dòng)。要求具有獨(dú)立報(bào)警功能，且當(dāng)發(fā)現(xiàn)不正當(dāng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，便可以切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。切斷方式有：切斷發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火；切斷發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供應(yīng)；不能啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；切斷車(chē)輛其他相關(guān)系統(tǒng)。利用數(shù)碼防盜器可以鎖住汽車(chē)的啟動(dòng)系統(tǒng)、電路和油路，在沒(méi)有解除報(bào)警的情況下無(wú)法啟動(dòng)車(chē)輛。數(shù)字化的密碼重碼率極低而且要用密碼鑰匙接觸車(chē)上的密碼鎖才能開(kāi)鎖，杜絕了被掃描的弊病，這是RFID技術(shù)（射頻識(shí)別技術(shù)）較新的應(yīng)用[1]。

遙控?cái)?shù)據(jù)加密一般分為定碼和跳碼兩種方式[3]。傳統(tǒng)的固定編碼芯片是基于單向傳輸?shù)陌踩到y(tǒng)。只能提供有限的保護(hù)，因?yàn)檫@種系統(tǒng)的保密性是靠提高代碼的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而代碼的長(zhǎng)度是有限的，因而只能得到有限的代碼組合，用空中捕捉和掃描跟蹤的辦法就很容易得到代碼，這樣就被非法用戶擅自使用。而如果采用Keeloq滾動(dòng)碼技術(shù)[2]，由于在傳輸代碼之前用滾動(dòng)碼加密算法對(duì)原始代碼進(jìn)行非線性加密，從而產(chǎn)生高度保密的滾動(dòng)碼，使得每次傳輸?shù)拇a都是唯一的，絕不重復(fù)，從而使捕捉和掃描跟蹤的手段都難以湊效。

1.2硬件設(shè)計(jì)

1.2.1遙控器

圖2　各式遙控器

遙控器是遙控系統(tǒng)的最重要零部件[4]，主要包括微動(dòng)開(kāi)關(guān)、編碼芯片、晶振、發(fā)光二極管及若干電阻和電容，這些電子元器件組合在PCB板上，而PCB板做成各式造型以適應(yīng)不同外形的鑰匙本體（各式遙控器如圖2）。

圖3　編碼部分電路

1.2.2天線及接收裝置

解碼以及執(zhí)行裝置一般集成在BCM（車(chē)身控制器）中，通過(guò)天線接收到遙控鑰匙發(fā)送過(guò)來(lái)的PWM信號(hào)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)解密，識(shí)別相應(yīng)的命令是否有效，功能是否實(shí)現(xiàn)。BCM內(nèi)部有存儲(chǔ)單元，用來(lái)寫(xiě)入解密密碼。

圖4　接收芯片和內(nèi)置板載天線

天線一般有內(nèi)置和外置兩種形式。內(nèi)置天線印刷在PCB板上，封裝在模塊內(nèi)部；外置天線是通過(guò)專用的遙控信號(hào)接收器接收，或者更簡(jiǎn)單的是通過(guò)接插件接到整車(chē)線束上，導(dǎo)線一頭懸空包扎在線束內(nèi)部，信號(hào)接收器的端部或者導(dǎo)線尾部都要放置在車(chē)身頂棚或者整車(chē)其他較容易接收外部信號(hào)的地方。

圖5　遙控信號(hào)接收器

1.3軟件設(shè)計(jì)

1.3.1構(gòu)建發(fā)送的編碼字的元素

目前，汽車(chē)遙控普遍使用的載波頻率一般為 315MHZ 和433MHZ兩種，但是發(fā)出來(lái)的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)加密之后的PWM信號(hào)形式，然后根據(jù)每個(gè)廠家特定的格式和加密方法進(jìn)行解密。加密和解密的算法KEELOQ編碼算法使用密鑰把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)打亂，使非法入侵者破解數(shù)據(jù)里的信息的幾率大大降低，可達(dá)1/192k。

1.3.2構(gòu)建發(fā)送的編碼字的元素64位密鑰

1.3.2.164位密鑰產(chǎn)生方法

密鑰由廠家編號(hào)、28位序列號(hào)經(jīng)過(guò)密鑰生成算法計(jì)算（該算法可自定義）。KEELOQ加密算法是對(duì)稱的，編碼和解碼使用相同的密鑰。28位序列號(hào)和生成的64位密鑰保存到編碼器和解碼器的EEPROM中，如圖6：

圖6　密鑰產(chǎn)生辦法

1.3.2.216位同步計(jì)數(shù)值

編碼器每發(fā)送一次信息，同步計(jì)數(shù)器加一。編碼器獲取同步計(jì)數(shù)值后，首先判斷是否小于歷史值，如果小于歷史值則認(rèn)為是非法入情信息；然后判斷獲取值和歷史值是否在合理范圍內(nèi)，如果在合理范圍內(nèi)則執(zhí)行按鍵指令，否則重新同步（即將獲取值保存到 EEPROM中，作為下一次解碼的歷史值）。

1.3.2.328位序列號(hào)

每一個(gè)編碼器的序列號(hào)都不相同，解碼器只認(rèn)識(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的編碼器，28位序列號(hào)用來(lái)判斷收到的信息是否是從已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的編碼器發(fā)送的。

1.3.2.410位識(shí)別位

識(shí)別碼參與編碼器加密計(jì)算，解碼器解碼后的識(shí)別碼跟保存在EEPROM中的識(shí)別碼一致后，解碼器才能認(rèn)為接收的信息才是匹配的。

1.3.2.52位溢出標(biāo)志

當(dāng)16位同步計(jì)數(shù)值溢出后，計(jì)數(shù)值回零，同時(shí)溢出標(biāo)志置 1，這樣將同步計(jì)數(shù)值的范圍擴(kuò)充到原來(lái)的 3倍，即3*64k=192k。使信息被破解的幾率下降到1/192k。

注：溢出標(biāo)志只能置1，不能被清零。

1.3.2.64位按鍵信息

按鍵信息為4位的信息數(shù)據(jù)，組成見(jiàn)圖7：

圖7　

其中：S0定義為遙控鎖按鍵信息S1定義為遙控尋車(chē)信息

S2定義為遙控后備箱開(kāi)啟信息 S3定義為遙控解鎖信息

1.3.3編碼流程

16位同步計(jì)數(shù)值、10位識(shí)別碼、4位功能鍵和2位溢出指示結(jié)合64位的編碼密碼，經(jīng)過(guò)編碼加密算法形成32位跳碼。28位序號(hào)、4位功能鍵和2位狀態(tài)指示形成34位固定碼。32位跳碼和34位固定碼構(gòu)成了總長(zhǎng)度位66位的加密資料，然后以PWM信號(hào)形式發(fā)送。編碼流程示意圖如圖8：

圖8　編碼流程示意圖

1.3.4解碼流程

解碼的過(guò)程在接收模塊中完成，解碼密鑰和算法在匹配鑰匙的時(shí)候由解碼儀寫(xiě)入接收單元EEPROM中，逐步對(duì)接收到的資料進(jìn)行確認(rèn)。解碼流程示意圖如圖9：

圖9　解碼流程示意圖

2、常見(jiàn)故障分析

2.1遙控失效

某乘用車(chē)車(chē)型曾經(jīng)發(fā)生過(guò)計(jì)數(shù)值引起的的遙控失效問(wèn)題，即用戶使用過(guò)程中，突然某一次以后，鑰匙無(wú)法遙控車(chē)輛開(kāi)閉鎖?，F(xiàn)以此為例進(jìn)行說(shuō)明。

分析驗(yàn)證過(guò)程：在該車(chē)型上市的階段，遙控失效的故障率比較高。分析過(guò)程如下：在遙控器按鍵按下的情況下，反復(fù)接通、斷開(kāi)電源，模擬遙控器在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生掉電丟失數(shù)據(jù)的情況。同時(shí)通過(guò)遙控接收終端接收遙控器發(fā)送的無(wú)線數(shù)據(jù)，并在PC上顯示。依此判斷在多次隨機(jī)試驗(yàn)后數(shù)據(jù)的正確性。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出在遙控器反復(fù)接通、斷開(kāi)電源若干次后出現(xiàn)遙控器同步計(jì)數(shù)值異常現(xiàn)象同步計(jì)數(shù)值在正常工作狀態(tài)下，每次按下遙控器按鍵同步計(jì)數(shù)值加 1，在異常斷電的情況下出現(xiàn)同步計(jì)數(shù)值突增50000多或同步計(jì)數(shù)值隨機(jī)變化的現(xiàn)象，因此發(fā)送端與接收端計(jì)數(shù)值偏差較大，上文介紹到，編碼器每發(fā)送一次信息，同步計(jì)數(shù)器加一，相應(yīng)的同步計(jì)數(shù)值在發(fā)送同時(shí)寫(xiě)入EEPROM中作為下一次發(fā)送數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)，同時(shí)BCM接收到數(shù)據(jù)并解碼后，將該次計(jì)數(shù)值寫(xiě)入BCM的EEPROM內(nèi)，作為下一次解碼的依據(jù)，一旦新發(fā)送計(jì)數(shù)值解碼后小于或遠(yuǎn)大于上一次記錄值，將判定此次數(shù)據(jù)為非法。例如：上一次數(shù)據(jù)接收完成后，EEPROM各存儲(chǔ)了一組計(jì)數(shù)值00BB1123，下一次數(shù)據(jù)接受完成之后會(huì)將計(jì)數(shù)值加1，若新發(fā)送值小于或遠(yuǎn)大于存儲(chǔ)值（如 00BB122），該次命令無(wú)效，遙控器斷電導(dǎo)致寫(xiě)入時(shí)數(shù)據(jù)隨機(jī)，下次發(fā)送值與接收器EEPROM存儲(chǔ)值差別較大，命令無(wú)效。變?yōu)橐虼?，外部表現(xiàn)為遙控失效。

因此，制定的改進(jìn)方案為：在E平方內(nèi)分3個(gè)區(qū)對(duì)前3次數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，下次寫(xiě)入的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行對(duì)比，若超出范圍，視為無(wú)效，該次不寫(xiě)入，確保不會(huì)將錯(cuò)誤數(shù)據(jù)寫(xiě)入，數(shù)據(jù)確認(rèn)正確后，再次存為3份，作為下次比較的依據(jù)，以此可以避免數(shù)據(jù)丟失。

2.2鑰匙不靈敏

對(duì)于遙控器常見(jiàn)的異常掉電問(wèn)題，通過(guò)在軟件上增加保護(hù)數(shù)據(jù)分揀雖然可以有效防止遙控失效問(wèn)題，但是如果異常掉電出現(xiàn)過(guò)于頻繁，就會(huì)出現(xiàn)連續(xù)幾次數(shù)據(jù)都不滿足要求，比如前2次不滿足，到第3次正確，那么就意味著，按鍵前兩次都沒(méi)反應(yīng)，到第3次才能有功能。即是最常見(jiàn)的鑰匙不靈敏問(wèn)題。

圖10　修改前后區(qū)別

分析問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)：PCB板鍍層均為白鋅處理，該材質(zhì)抗氧化能力弱，尤其是與電池極片連接處接觸面積小，易出現(xiàn)掉電。拆解其他車(chē)型的遙控器發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)使用抗氧化能力和接觸性能較好的沉金鍍層。

因此，我們制定的改進(jìn)措施為：將鍍層由白錫修改為鍍沉金，將與電池連接處焊盤(pán)面積加大，修改前后區(qū)別如下圖所示。

2.3遙控距離不足

在汽車(chē)遙控的使用過(guò)程中，除了遙控失效和不靈敏外，遙控距離不夠是第三種故障模式。假如某車(chē)型規(guī)定車(chē)輛?？吭诳諘绲牡孛嫔希霃?0M范圍內(nèi)遙控沒(méi)有盲區(qū)。

圖11　某車(chē)型遙控距離測(cè)試?yán)走_(dá)圖

與遙控距離相關(guān)的因素有三個(gè)方面：1、發(fā)射功率；2、傳輸媒介；3、接收芯片靈敏度。在故障排查和改進(jìn)過(guò)程中，基本上按照這三個(gè)方面進(jìn)行。

圖12　修改后的天線和接收芯片

原因分析：測(cè)試發(fā)射功率發(fā)現(xiàn)，信號(hào)密度符合要求，主要問(wèn)題在傳輸和接收方面。接收天線為內(nèi)置在頂棚線束中的一節(jié)懸空導(dǎo)線，該天線缺點(diǎn)是受導(dǎo)線電阻影響較大，導(dǎo)線較長(zhǎng)且中間過(guò)接插件，電阻增大，對(duì)高頻回路穩(wěn)定性影響較大。

因此，對(duì)該接收裝置制定的改進(jìn)措施為：1、更換高頻接收回路芯片，由原MICRF007（芯片靈敏度-96dbM）更換為英飛凌的TDA5200（芯片靈敏度-107dbM）；2、接收天線，由原外接線束做外置天線更換為板載天線，提升穩(wěn)定性。

2.4影響遙控的其他原因

除車(chē)輛遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題外，影響汽車(chē)遙控性能的其他因素主要有以下幾個(gè)方面：首先是車(chē)輛貼膜，即是在車(chē)輛前后擋玻璃，車(chē)窗玻璃以及天窗玻璃上貼一層膜狀物質(zhì)，以達(dá)到防止外線，隔熱防爆以及單向透視的功能。隔熱膜在防止紫外線的同時(shí)會(huì)擋住一部分電磁波，嚴(yán)重削減汽車(chē)遙控距離。改善的辦法是將天線接收位置處附近的隔熱膜挖掉一塊。然后，無(wú)線電產(chǎn)品越來(lái)越多，電磁空間越來(lái)越復(fù)雜，汽車(chē)遙控會(huì)經(jīng)常受到附近相近頻率無(wú)線電產(chǎn)品的干擾。最后，停車(chē)區(qū)域的空間有電磁屏蔽或者金屬設(shè)備過(guò)多不利于電磁波傳遞，比如汽車(chē)出廠之前的車(chē)間里，設(shè)備過(guò)多，嚴(yán)重削減遙控距離。

3、結(jié)論

通過(guò)以上案例分析，在汽車(chē)遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮以下幾點(diǎn)具體因素，來(lái)防止汽車(chē)遙控在使用過(guò)程中發(fā)生故障：

(1)軟件設(shè)計(jì)充分考慮到異常情況的發(fā)生，比如掉電，確保發(fā)生之后能夠自動(dòng)識(shí)別異常；

(2)電池極片作為關(guān)鍵部件，要具有良好的彈性和抗氧化性，需要嚴(yán)格選材，結(jié)構(gòu)合理；

(3)接受天線形式以及位置選擇要合理，經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證和測(cè)試。

[1] 張子成.淺談射頻識(shí)別技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用,2008.

[2] 王文虎,李建奇,陶曾杰. KEELOQ滾動(dòng)加密技術(shù)在汽車(chē)防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用.

[3] 薛永前,毛敏,基于跳碼技術(shù)的無(wú)線密碼鎖設(shè)計(jì)[J] .電子技術(shù),2009 年06期.

[4] 孫華波.基于遙控電器開(kāi)關(guān)解碼芯片的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].合肥工業(yè)大學(xué),2006.

Car remote control design and common fault case analysis

Zhu Jindi
（Anhui automobile Career Technical College Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

As the increasing comfort requirements to the car，remote control is a basically standard for a car. In this paper,we will have a brief introduction to the design of the automobile remote control, and then combined with the primary failure mode appears on the remote control, we will elaborate a number of design features to prevent the failure.

remote control; encoder; remote failure; antenna

朱金娣，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司。

U463.6

A

1671-7988 （2016）06-175-04