一種車用遙控接收器靜態(tài)功耗管理方法

摘要：低功耗是車用遙控接收器的重要技術難點，如何在保證遙控接收器正常工作、不降低靈敏度的前提下功耗最低尤為關鍵，本文提供一種車用遙控接收器的靜態(tài)功耗管理方法。文中基于應用場景和工作原理梳理遙控接收器的工作模式，軟件上根據間歇性工作的特點控制各模塊工作時長，硬件上從芯片選型和電源架構設計方案兩方面控制，最終將實際靜態(tài)功耗控制在系統(tǒng)要求之內，為間歇性工作的設備提供低功耗管理依據。

關鍵詞：車用遙控接收器；功耗管理方法；間歇性工作；芯片選型

中圖分類號：TN8 文獻標識碼：A

0 引言

隨著車輛智能化、電子化程度加深，車用電子類零件明顯增多，單車掛KL30 常電的控制器超20 個[1]。為避免靜態(tài)功耗過大對動力電池帶來不必要的負擔，縮短電池組使用壽命和車輛續(xù)航里程，降低各控制器的功耗顯得尤為重要。遙控接收器作為KL30 常電的零件之一，其靜態(tài)功耗是否達標將直接影響整車功耗。本文從遙控接收器的應用場景出發(fā)，結合遙控接收器的硬件、軟件開發(fā)思路，多維度降低遙控接收器的靜態(tài)功耗，確保遙控接收器正常工作的同時降低功耗，為車用遙控接收器的功耗管理提供參考意見。

1 遙控接收器的功能定義

遙控接收器是遙控模塊裝于車上的產品，與遙控發(fā)射器共同組成遙控模塊，實現車輛的遠程控制，其功能主要有：遙控起動、遠程鎖車與解鎖、尋車、遠程監(jiān)控、防盜報警、碰撞解鎖、車身控制、休眠及喚醒，以及娛樂系統(tǒng)控制等。以下對部分功能做簡要說明。

（1）遙控起動。提前遙控起動汽車并打開空調系統(tǒng)，讓車內溫度適宜，為用戶提供舒適的乘車環(huán)境。

（2）鎖車與解鎖。接收用戶發(fā)出的遙控發(fā)射器指令，控制車輛完成上鎖或者解鎖車輛；（3）尋車功能。通過遙控模塊讓汽車鳴笛或閃燈，幫助用戶快速找到自己的車輛。

（4）遠程監(jiān)控。實時監(jiān)控汽車的狀態(tài)，如油量、電量、胎壓等，并通過手機等設備接收通知。

（5）防盜報警。遙控啟動車輛安全系統(tǒng)，如防盜報警；在緊急情況下，如車輛被非法移動，可遠程報警并追蹤車輛位置。

（6）碰撞解鎖。當車輛發(fā)生碰撞，遙控接收器接收到安全氣囊碰撞有效信號時對車門進行解鎖，喇叭鳴叫，轉向燈閃爍。

（7）車身控制。根據車輛不同狀況，對車輛窗戶、門鎖進行動作，例如車速自動閉鎖、自動開關窗戶、啟動車內律動燈等。

2 遙控接收器的原理框圖

遙控接收器的基礎系統(tǒng)如圖1 所示，通過KL30 常電向供電模塊供電，供電模塊[2] 為遙控接收器及外部設備執(zhí)行機構供電。用戶通過遙控發(fā)射器將按鍵信息編碼并調制到射頻信號上，并發(fā)射出無線信號，遙控接收器將接收到的無線信號進行解碼，并將解碼后的指令傳給主控芯片MCU，主控芯片MCU 結合儀表、安全氣囊、門鎖等外部信號做分析，并作出判斷后發(fā)送執(zhí)行指令給外部設備如喇叭、門鎖和轉向燈等，則完成一套完整的指令控制及傳遞動作。

隨著車輛配置的不斷升級和汽車電子系統(tǒng)的復雜化，遙控接收器的功能不再滿足于基礎車身控制，而是集成更多功能，同時保持與車輛其他系統(tǒng)的兼容性，比如技術趨勢上逐步替換遙控模塊的BCM，或者高集成性的車身域控制器。圖1 所繪制的僅為基礎原理，不同的設計方案會按需新增其他模塊或外部驅動設備等。

3 遙控接收器的控制邏輯

遙控接收器的工作原理與應用場景密切相關，大致可概括為以下三點。第一，信號接收。遙控接收器通過天線接收來自鑰匙遙控器發(fā)送的無線電頻率（RF）信號。第二，信號解碼。接收器對接收到的信號進行解碼，以驗證信號的合法性。第三，執(zhí)行指令。一旦信號被驗證為有效，接收器將執(zhí)行相應的指令。

基于其原理，工作特點概況可分為如下4 點。

（1）間歇性工作模式。節(jié)能考慮：車輛在不使用時，遙控接收器處于休眠狀態(tài)，以節(jié)省電能。喚醒機制：當遙控器發(fā)出信號時，接收器被喚醒，開始接收和解碼信號。工作時間短：接收器在接收到有效信號并執(zhí)行相應指令后，會迅速回到休眠狀態(tài)。

（2）低功耗。為了適應間歇性工作模式，接收器被設計為低功耗設備。

（3）抗干擾能力。車用遙控接收器需要具備較強的抗干擾能力，以避免誤操作或非法入侵。

（4）安全性。接收器通常配備有加密技術，以確保信號傳輸的安全性。

為達到低功耗管理的目標，需對間歇性工作模式進行管理。遙控接收器的工作模式可細化為多種，根據工作過程中的功耗對供電模塊、遙控接收器、主控模塊、外部設備驅動模塊、故障診斷模塊的打開和關閉狀態(tài)進行管理。這種管理方法可以達到遙控接收器在整個工作周期中總體功耗降低的目標。以下將根據遙控接收器的工作特點，將遙控接收器的工作模式分成3 種模式（圖2）。

遙控接收器的工作模式1 ：供電模塊正常工作，主控模塊進入低功耗，其他模塊（遙控接收器/ 外部設備驅動模塊/ 故障診斷模塊）關閉。

遙控接收器的工作模式2 ：供電模塊正常工作，主控模塊定時喚醒，喚醒遙控接收器和故障診斷模塊正常工作，此時若無其他信號輸入，則外部設備驅動模塊持續(xù)關閉，且遙控模塊再次進入工作模式1，直至模塊再次喚醒。

遙控接收器的工作模式3 ：基于工作模式1，若有外部喚醒信號（射頻信號、門碰信號等），所有模塊正常工作；基于工作模式2，在主控模塊定時喚醒，喚醒遙控接收器和故障診斷模塊正常工作期間，若有其他信號輸入（射頻信號、門碰信號等），則外部設備驅動模塊也進入正常工作模式。

工作模式選擇邏輯如下：在整車下電，用戶按下遙控鑰匙閉鎖鍵后，遙控模塊大部分時間處于工作模式1 和工作模式2（即處于間歇性工作模式），直到接收到用戶發(fā)出的喚醒信號（射頻信號、門碰信號等）才會進入工作模式3 ；由于工作模式3 是正常工作模式，降低功耗將會影響系統(tǒng)功能，因此盡可能延長工作模式1 的時間，并盡量縮短工作模式2 的時間，則可保證遙控模塊工作期間整體功耗最低。

4 降低遙控模塊功耗方式

根據遙控模塊的控制邏輯原理，分別可以從硬件設計和軟件設計兩個維度同時對功耗進行管理。硬件上通過主要元器件的選型和電源架構方案設計來完成目標；軟件上主要通過適時控制各模塊進入各工作模式的時長來達到目的。

4.1 軟件策略降低功耗

根據間歇工作的特點，需要在保證信號接收質量不降低的前提下，盡量延長工作模式1 并縮短工作模式2。具體的延長極限時間推導如下：假設遙控鑰匙每按一次按鍵發(fā)出n 個重復信號幀，為確保遙控接收器能夠正常工作，遙控接收器至少在遙控鑰匙發(fā)出的n 個重復信號幀中接收到1 幀完整的信號；重復的信號幀中，每幀信號包含“引導頭+ 同步頭+ID+ 密文”，假設共x 個字節(jié)，即每幀信號包含8x 個比特；按極限工況下，可以間歇性關閉遙控模塊的時長T [3] 如下。

T=（n-1）×t=（n-1）×（1/y）×8x（1）

式中：n 為每次按鍵發(fā)出的信號幀個數；t 為每個信號幀的時長；y 為數據傳輸速率；x 為發(fā)出的每幀信號字節(jié)數。

例如：假設遙控鑰匙每按次按鍵發(fā)出n ＝ 5 次信號；每幀信號x ＝ 30 個字節(jié)；數據傳輸速率y ＝ 2.5 kb/s ；則工作模式1 的最大時長T ＝ （5-1）×8×30×[1/（2.5×1 000）] ＝ 0.384 s， 向下取整約為380 ms，即關閉時間＜ 380 ms 時即能保證遙控模塊正常工作。

4.2 硬件策略降低功耗

在方案的主要元器件選型時，考慮元器件的功耗情況，主要的元器件有：主控芯片MCU、電源芯片、射頻接收芯片以及外部驅動芯片。具體選型關注如下。

主控芯片MCU ：用于系統(tǒng)控制執(zhí)行，在選用時特別關注要有多種工作模式，以實現不同工況下的需求，本方案選用的MCU有5 種功耗模式：正常運行模式、普通休眠模式、停止模式、待機模式和關斷模式[4]。

電源芯片：用于電源供電，本方案選用車規(guī)級線性電壓調節(jié)器（LDO）[5]，具備超低靜態(tài)電流、寬輸入電壓范圍、壓降低、噪聲低、電流檢測和保護等多種功能，適用于車身控制模塊、暖通空調、儀表及ADAS 等車身模塊。

射頻接收芯片：用于接收遙控發(fā)射器發(fā)出的信號，并進行處理，由于本方案的工作頻率是433.92 MHz，因此在選用射頻接收芯片[6] 時，應確保該器件工作在3.0 ～ 5.5 V 供電電壓區(qū)間時接收性能不隨供電電壓的變化而明顯改變，且在433.92 MHz 時，僅需低電流便可實現較高接收靈敏度。

外部驅動芯片：用于驅動外部設備執(zhí)行機構，本方案選用的是一顆車規(guī)級智能高邊開關[7]，待機電流低，3.3 V 和5.0 V 兼容邏輯輸入，在關閉狀態(tài)下具有極低的漏電流。除了考慮元器件選型，還在硬件設計階段充分考慮各模塊電路靜態(tài)電流，本設計方案的電源架構框圖如圖3 所示。

通過實測不同工作模式的靜態(tài)電流可以得到，工作模式1 下的靜態(tài)電流為4.70 mA，工作模式2 下的靜電電流為0.10 mA，系統(tǒng)要求的總靜態(tài)電流為3.00 mA。結合軟件和硬件策略，最終的功耗設計結果如表1 所示，實測總靜態(tài)功耗為2.95 mA，達到系統(tǒng)設計要求。

5 結束語

目前遙控接收器對功耗的管理可能大部分還是通過降低靈敏度來達到降低功耗的目的，但此方法存在一定的弊端即接收距離會縮短。本文提供了一種車用遙控接收器的低功耗管理方法，分別從軟件和硬件對功耗管理進行闡述，以達到保證正常工作的前提下且不降低靈敏度的同時降低功耗，為遙控接收器的功耗管理提供指導依據，提高功耗管理的效率。

本文所提及的方法均適用于間歇性工作的設備，比如車用遙控模塊、PEPS、BCM、域控等，也可應用于家用電器。其應用廣泛，可基于不同的應用場景做出適應性調整，以達到節(jié)省能源、延長設備壽命、提高工作效率或響應特定的觸發(fā)條件等目的。

【參考文獻】

[1] 單新平， 覃華強， 彭承榮， 等. 基于智能網聯汽車靜態(tài)電流控制方法淺析[J]. 汽車電器，2022（01）：38-40.

[2] 覃華強. 車身控制模塊設計與實現[J]. 汽車電器，2019（10）：51-53+56.

[3] 上汽通用五菱汽車股份有限公司. 一種車用遙控接收器的低功耗管理方法：中國，117523708A[P].2024-02-06.

[4] 李菲， 王飛， 王蒙， 等. 低靜態(tài)功耗TFT 液晶汽車儀表的硬件系統(tǒng)設計[J].電腦知識與技術，2021，17（06）：229-230.

[5] 謝海情， 曹武， 崔凱月， 等. 一種低功耗高穩(wěn)定性的LDO 設計[J]. 電子設計工程，2024，32（14）：115-120.

[6] 陳瑞. 超低功耗射頻接收機芯片關鍵技術研究[D]. 南京： 東南大學，2021.

[7] 李君瑞. 應用于汽車電子的高可靠性雙通道高邊智能功率開關的研究[D]. 武漢： 華中科技大學，2023.

作者簡介：

梁艷艷，本科，工程師，研究方向為車用控制器開發(fā)。