汽車PEPS系統(tǒng)診斷測(cè)試的應(yīng)用與研究（2）

范濤

摘要：隨著汽車技術(shù)的不斷提高，汽車PEPS系統(tǒng)也對(duì)其診斷測(cè)試結(jié)果的速度、準(zhǔn)確性、連續(xù)性提出了更高的要求，建立具有改進(jìn)AES算法認(rèn)證加密的汽車PEPS系統(tǒng)的測(cè)試仿真環(huán)境。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅可以在虛擬節(jié)點(diǎn)下進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，也可以在真實(shí)節(jié)點(diǎn)下進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試。

關(guān)鍵詞：汽車PEPS系統(tǒng)；診斷測(cè)試；應(yīng)用

所謂PEPS，是Passive Entry & PassiveStart的縮寫，意為無(wú)鑰匙進(jìn)入與無(wú)鑰匙啟動(dòng)系統(tǒng)，它采用先進(jìn)的RFID無(wú)線射頻技術(shù)和車輛身份編碼識(shí)別系統(tǒng)，徹底改變了汽車安全防盜應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展 前景，并給用戶帶來(lái)了便利、舒適的全新駕車體驗(yàn)。對(duì)于PEPS 系統(tǒng)來(lái)講，常出現(xiàn)的故障有3 類：用免鑰匙功能不能進(jìn)行解鎖或上鎖；用免鑰匙功能不能進(jìn)行ACC 或ON 檔電源的切換；用免鑰匙功能啟動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)。

一、PEPS系統(tǒng)

汽車PEPS系統(tǒng)即：汽車無(wú)鑰匙進(jìn)入和啟動(dòng)系統(tǒng)，是采用先進(jìn)的無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，通過自動(dòng)匹配檢測(cè)車主是否攜帶相應(yīng)汽車的有效鑰匙，從而自動(dòng)完成汽車的解鎖上鎖等一系列操作流程。汽車PEPS系統(tǒng)不需要拿出車鑰匙對(duì)汽車進(jìn)行解鎖或上鎖，當(dāng)車主通過手握汽車門把手時(shí)，車內(nèi)的天線會(huì)在車內(nèi)自動(dòng)搜索有效鑰匙。確認(rèn)鑰匙在車內(nèi)之后，就會(huì)對(duì)電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL）及發(fā)動(dòng)機(jī)引擎控制模塊（EMS）分別進(jìn)行解鎖認(rèn)證和啟動(dòng)認(rèn)證，當(dāng)認(rèn)證通過后就可以正常啟動(dòng)車輛。在汽車PEPS系統(tǒng)不斷完善和復(fù)雜化程度不斷加深的過程中，車身電子控制模塊本身更加精細(xì)，模塊內(nèi)部之間分工愈加明確，都對(duì)汽車CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)提出更高的要求，汽車PEPS系統(tǒng)故障診斷測(cè)試的重要性也日益凸顯。通過軟件可以查看通信過程中的報(bào)文，而且可以對(duì)報(bào)文進(jìn)行選擇性過濾，通過查看顯示的報(bào)文信息來(lái)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況等。

二、汽車PEPS系統(tǒng)診斷測(cè)試的應(yīng)用

1.PEPS系統(tǒng)認(rèn)證。從系統(tǒng)功能的角度劃分，PEPS系統(tǒng)可分為兩大部分，分為PE無(wú)鑰匙進(jìn)入部分與PS無(wú)鑰匙啟動(dòng)部分，分別代表了駕駛者在進(jìn)入車輛前與進(jìn)入車輛后的兩個(gè)階段。但若從系統(tǒng)工作原理的角度出發(fā)，兩者卻是極其相似的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，無(wú)論是PE還是PS系統(tǒng)，均是通過低頻天線來(lái)探測(cè)智能鑰匙與車身基站（即PEPS ECU，下稱ECU）間的相對(duì)位置，并通過高、低頻信號(hào)（高頻433.92MHz，低頻125KHz）在ECU與智能鑰匙間建立起有效的雙向交互通訊，根據(jù)ECU對(duì)智能鑰匙進(jìn)行的身份驗(yàn)證結(jié)果，決定是否打開門鎖（PE系統(tǒng)）或是啟動(dòng)車輛引擎（PS系統(tǒng)）。在上述智能鑰匙與ECU間的雙向身份驗(yàn)證過程中，低頻信號(hào)喚醒及高頻信號(hào)認(rèn)證不僅是決定車輛防盜安全性能的關(guān)鍵，更是決定PEPS系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵元素之一。所謂低頻信號(hào)喚醒，以PE系統(tǒng)為例是指當(dāng)駕駛者給予PEPS系統(tǒng)一個(gè)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，ECU會(huì)從睡眠狀態(tài)切換至工作狀態(tài)，并通過低頻天線向智能鑰匙發(fā)送一條鑰匙喚醒報(bào)文，當(dāng)鑰匙通過自身的低頻天線收到此報(bào)文后，將通過自身的智能芯片對(duì)報(bào)文進(jìn)行驗(yàn)證，如驗(yàn)證結(jié)果與鑰匙存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)相匹配，智能鑰匙則被喚醒；而高頻信號(hào)驗(yàn)證則是指在智能鑰匙被喚醒后，會(huì)將自身的ID身份碼以高頻信號(hào)的形式發(fā)送給ECU，若ECU識(shí)別出此ID號(hào)與自身系統(tǒng)的鑰匙編碼相匹配時(shí)，就會(huì)通過低頻信號(hào)向智能鑰匙發(fā)送驗(yàn)證碼，收到驗(yàn)證碼的智能鑰匙會(huì)通過特定的跳轉(zhuǎn)碼算法，對(duì)該驗(yàn)證碼進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，并將加密結(jié)果通過高頻信號(hào)發(fā)回ECU。

2.程序設(shè)計(jì)。一是意為電子控制單元，是PEPS系統(tǒng)的核心組件，功能是對(duì)智能鑰匙進(jìn)行身份識(shí)別，若鑰匙合法，則通過CAN總線將相應(yīng)的操作指令發(fā)送給BCM或EMS，由兩者執(zhí)行后續(xù)的操作；若鑰匙非法，ECU則會(huì)進(jìn)入睡眠模式，拒絕這把鑰匙所發(fā)送的后續(xù)操作請(qǐng)求。二智能鑰匙。智能鑰匙在工作時(shí)會(huì)與ECU建立起高、低頻雙向通訊，在通過一系列的身份認(rèn)證后，就可以解鎖車門或啟動(dòng)引擎。在整個(gè)過程中，駕駛者無(wú)需對(duì)鑰匙進(jìn)行任何操作而只需隨身攜帶即可，這也是無(wú)鑰匙系統(tǒng)的命名由來(lái)。三是電子門把手。電子門把手內(nèi)置低頻天線及微動(dòng)（或感應(yīng)）開關(guān)，天線用來(lái)探測(cè)鑰匙位置，開關(guān)用來(lái)喚醒PEPS系統(tǒng)，令其從睡眠模式切換到工作模式。四是電子立柱鎖。電子立柱鎖通過內(nèi)置的小型電機(jī)驅(qū)動(dòng)鎖舌的伸縮動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向管柱的閉鎖/解鎖功能。由于控制鎖舌運(yùn)動(dòng)的小型電機(jī)是由PEPS系統(tǒng)統(tǒng)籌控制的，所以在安全性上電子立柱鎖較傳統(tǒng)的機(jī)械立柱鎖更為安全可靠。按動(dòng)后備箱按鍵，裝配在后保險(xiǎn)杠位置上的低頻天線將探測(cè)智能鑰匙的當(dāng)前位置，如滿足解鎖條件，PEPS ECU會(huì)命令BCM解鎖后備箱，簡(jiǎn)化了駕駛者插拔鑰匙解鎖的操作。

3.PEPS系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。PEPS系統(tǒng)共有三個(gè)檢測(cè)判斷區(qū)域，分別為灰色的車外區(qū)域，紅色的車內(nèi)區(qū)域以及灰白色的主駕區(qū)域，如圖1所示?；疑能囃鈪^(qū)域共有三個(gè)部分，分為主駕、副駕和后備箱探測(cè)區(qū)域。當(dāng)駕駛者攜帶智能鑰匙進(jìn)入這些區(qū)域并給予觸發(fā)信號(hào)時(shí)，ECU會(huì)與智能鑰匙建立高、低頻雙向通訊，通過低頻信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)，判斷出智能鑰匙的當(dāng)前位置，再通過鑰匙反饋的高頻信號(hào)驗(yàn)證鑰匙身份，來(lái)決定是否解鎖車門或后備箱；紅色的車 內(nèi)探測(cè)區(qū)域則是整個(gè)PEPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，這是因?yàn)镻EPS系統(tǒng)需要精確地判斷出智能鑰匙是否在車內(nèi)，來(lái)判定車門的鎖止?fàn)顟B(tài)是否正確并決定引擎是否可以啟動(dòng)，兩者都是與行車安全息息相關(guān)的重中之重，所以該區(qū)域的表現(xiàn)會(huì)直接影響PEPS系統(tǒng)的性能優(yōu)劣；而在大部分中、高級(jí)車型中，PEPS系統(tǒng)還會(huì)檢測(cè)灰白色的主駕區(qū)域，冗余判斷鑰匙是否有效、主駕位置是否有人，以避免諸如兒童誤操作等所導(dǎo)致的安全隱患。綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)在汽車PEPS系統(tǒng)中，區(qū)域檢測(cè)是一個(gè)非常重要且區(qū)別于以往汽車安防的技術(shù)，其鑰匙位置的檢測(cè)精度就成為衡量一個(gè)PEPS系統(tǒng)優(yōu)良與否的重要參數(shù)之一。目前，市場(chǎng)上主要有兩種技術(shù)方案用來(lái)提升鑰匙位置的檢測(cè)精度，其一是通過調(diào)節(jié)低頻信號(hào)的靈敏度對(duì)智能鑰匙的位置進(jìn)行模糊判斷，其特點(diǎn)是精度有限但實(shí)現(xiàn)方便；其二是根據(jù)低頻信號(hào)的強(qiáng)弱程度來(lái)計(jì)算智能鑰匙與車內(nèi)低頻天線的相對(duì)距離，再通過多根低頻天線的交叉覆蓋，精確定位出智能鑰匙的具體位置，稱為RSSI技術(shù)，本次設(shè)計(jì)的PEPS系統(tǒng)就是采用了上述第二種方法，故在車內(nèi)內(nèi)置了兩根低頻天線用以交叉定位鑰匙的精確位置。

4.PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法。PEPS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的啟動(dòng)系統(tǒng)不同之處主要體現(xiàn)在汽車的門把手和啟動(dòng)按鈕兩部分上。因此，PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法的作用主要表現(xiàn)在汽車門把手和啟動(dòng)按鈕的觸發(fā)與響應(yīng)的過程中。PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法采用的是在全世界廣泛使用的，加密安全性極高的AES算法。PEPS系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，需要分別與電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊及發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊之間進(jìn)行認(rèn)證，而在仿真環(huán)境條件下，上述模塊間的認(rèn)證算法的編程部分都是設(shè)計(jì)在相應(yīng)模塊內(nèi)部的。當(dāng)汽車PEPS系統(tǒng)啟動(dòng)的有效鑰匙在汽車認(rèn)證范圍內(nèi)時(shí)，按啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)汽車，汽車PEPS系統(tǒng)首先需要對(duì)電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊進(jìn)行認(rèn)證，汽車PEPS系統(tǒng)首先發(fā)一幀認(rèn)證消息到汽車CAN總線上，電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊接收到這幀認(rèn)證消息后生成一幀隨機(jī)數(shù)，并將這幀隨機(jī)數(shù)發(fā)到CAN總線上，汽車PEPS系統(tǒng)從CAN總線上接收這幀隨機(jī)數(shù)，無(wú)線通道也提供了一個(gè)可以連通列車以及控制中心的透明傳輸通道。只需通過增加與車輛以及主控系統(tǒng)相關(guān)接口，即可改用無(wú)線通道建立。

汽車PEPS系統(tǒng)診斷測(cè)試的仿真環(huán)境，能真實(shí)有效地模擬出車載網(wǎng)絡(luò)的通信情況，對(duì)車載總線上的診斷信息進(jìn)行快速精準(zhǔn)的采集，分析和管理，不僅大大降低了測(cè)試成本，還提高了系統(tǒng)測(cè)試的準(zhǔn)確性，在汽車PEPS系統(tǒng)發(fā)展和完善過程中起到了非常重要的作用。

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