汽車PEPS系統診斷測試的應用與研究（2）

范濤

摘要：隨著汽車技術的不斷提高，汽車PEPS系統也對其診斷測試結果的速度、準確性、連續性提出了更高的要求，建立具有改進AES算法認證加密的汽車PEPS系統的測試仿真環境。實際測試結果表明，該系統不僅可以在虛擬節點下進行模擬仿真測試，也可以在真實節點下進行實時測試。

關鍵詞：汽車PEPS系統；診斷測試；應用

所謂PEPS，是Passive Entry & PassiveStart的縮寫，意為無鑰匙進入與無鑰匙啟動系統，它采用先進的RFID無線射頻技術和車輛身份編碼識別系統，徹底改變了汽車安全防盜應用領域的發展 前景，并給用戶帶來了便利、舒適的全新駕車體驗。對于PEPS 系統來講，常出現的故障有3 類：用免鑰匙功能不能進行解鎖或上鎖；用免鑰匙功能不能進行ACC 或ON 檔電源的切換；用免鑰匙功能啟動機不運轉。

一、PEPS系統

汽車PEPS系統即：汽車無鑰匙進入和啟動系統，是采用先進的無線射頻識別（RFID）技術，通過自動匹配檢測車主是否攜帶相應汽車的有效鑰匙，從而自動完成汽車的解鎖上鎖等一系列操作流程。汽車PEPS系統不需要拿出車鑰匙對汽車進行解鎖或上鎖，當車主通過手握汽車門把手時，車內的天線會在車內自動搜索有效鑰匙。確認鑰匙在車內之后，就會對電子轉向柱鎖模塊（ESCL）及發動機引擎控制模塊（EMS）分別進行解鎖認證和啟動認證，當認證通過后就可以正常啟動車輛。在汽車PEPS系統不斷完善和復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，模塊內部之間分工愈加明確，都對汽車CAN總線通信網絡提出更高的要求，汽車PEPS系統故障診斷測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文，而且可以對報文進行選擇性過濾，通過查看顯示的報文信息來掌握系統的運行狀況等。

二、汽車PEPS系統診斷測試的應用

1.PEPS系統認證。從系統功能的角度劃分，PEPS系統可分為兩大部分，分為PE無鑰匙進入部分與PS無鑰匙啟動部分，分別代表了駕駛者在進入車輛前與進入車輛后的兩個階段。但若從系統工作原理的角度出發，兩者卻是極其相似的。簡單來說，無論是PE還是PS系統，均是通過低頻天線來探測智能鑰匙與車身基站（即PEPS ECU，下稱ECU）間的相對位置，并通過高、低頻信號（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ECU對智能鑰匙進行的身份驗證結果，決定是否打開門鎖（PE系統）或是啟動車輛引擎（PS系統）。在上述智能鑰匙與ECU間的雙向身份驗證過程中，低頻信號喚醒及高頻信號認證不僅是決定車輛防盜安全性能的關鍵，更是決定PEPS系統性能優劣的關鍵元素之一。所謂低頻信號喚醒，以PE系統為例是指當駕駛者給予PEPS系統一個觸發信號時，ECU會從睡眠狀態切換至工作狀態，并通過低頻天線向智能鑰匙發送一條鑰匙喚醒報文，當鑰匙通過自身的低頻天線收到此報文后，將通過自身的智能芯片對報文進行驗證，如驗證結果與鑰匙存儲的數據相匹配，智能鑰匙則被喚醒；而高頻信號驗證則是指在智能鑰匙被喚醒后，會將自身的ID身份碼以高頻信號的形式發送給ECU，若ECU識別出此ID號與自身系統的鑰匙編碼相匹配時，就會通過低頻信號向智能鑰匙發送驗證碼，收到驗證碼的智能鑰匙會通過特定的跳轉碼算法，對該驗證碼進行數據加密，并將加密結果通過高頻信號發回ECU。

2.程序設計。一是意為電子控制單元，是PEPS系統的核心組件，功能是對智能鑰匙進行身份識別，若鑰匙合法，則通過CAN總線將相應的操作指令發送給BCM或EMS，由兩者執行后續的操作；若鑰匙非法，ECU則會進入睡眠模式，拒絕這把鑰匙所發送的后續操作請求。二智能鑰匙。智能鑰匙在工作時會與ECU建立起高、低頻雙向通訊，在通過一系列的身份認證后，就可以解鎖車門或啟動引擎。在整個過程中，駕駛者無需對鑰匙進行任何操作而只需隨身攜帶即可，這也是無鑰匙系統的命名由來。三是電子門把手。電子門把手內置低頻天線及微動（或感應）開關，天線用來探測鑰匙位置，開關用來喚醒PEPS系統，令其從睡眠模式切換到工作模式。四是電子立柱鎖。電子立柱鎖通過內置的小型電機驅動鎖舌的伸縮動作，實現轉向管柱的閉鎖/解鎖功能。由于控制鎖舌運動的小型電機是由PEPS系統統籌控制的，所以在安全性上電子立柱鎖較傳統的機械立柱鎖更為安全可靠。按動后備箱按鍵，裝配在后保險杠位置上的低頻天線將探測智能鑰匙的當前位置，如滿足解鎖條件，PEPS ECU會命令BCM解鎖后備箱，簡化了駕駛者插拔鑰匙解鎖的操作。

3.PEPS系統技術實現。PEPS系統共有三個檢測判斷區域，分別為灰色的車外區域，紅色的車內區域以及灰白色的主駕區域，如圖1所示?；疑能囃鈪^域共有三個部分，分為主駕、副駕和后備箱探測區域。當駕駛者攜帶智能鑰匙進入這些區域并給予觸發信號時，ECU會與智能鑰匙建立高、低頻雙向通訊，通過低頻信號的場強檢測，判斷出智能鑰匙的當前位置，再通過鑰匙反饋的高頻信號驗證鑰匙身份，來決定是否解鎖車門或后備箱；紅色的車 內探測區域則是整個PEPS系統設計的重點與難點，這是因為PEPS系統需要精確地判斷出智能鑰匙是否在車內，來判定車門的鎖止狀態是否正確并決定引擎是否可以啟動，兩者都是與行車安全息息相關的重中之重，所以該區域的表現會直接影響PEPS系統的性能優劣；而在大部分中、高級車型中，PEPS系統還會檢測灰白色的主駕區域，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致的安全隱患。綜上所述，我們可以發現在汽車PEPS系統中，區域檢測是一個非常重要且區別于以往汽車安防的技術，其鑰匙位置的檢測精度就成為衡量一個PEPS系統優良與否的重要參數之一。目前，市場上主要有兩種技術方案用來提升鑰匙位置的檢測精度，其一是通過調節低頻信號的靈敏度對智能鑰匙的位置進行模糊判斷，其特點是精度有限但實現方便；其二是根據低頻信號的強弱程度來計算智能鑰匙與車內低頻天線的相對距離，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，本次設計的PEPS系統就是采用了上述第二種方法，故在車內內置了兩根低頻天線用以交叉定位鑰匙的精確位置。

4.PEPS系統的認證算法。PEPS系統與傳統的啟動系統不同之處主要體現在汽車的門把手和啟動按鈕兩部分上。因此，PEPS系統的認證算法的作用主要表現在汽車門把手和啟動按鈕的觸發與響應的過程中。PEPS系統的認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系統啟動時，需要分別與電子轉向柱鎖模塊及發動機控制模塊之間進行認證，而在仿真環境條件下，上述模塊間的認證算法的編程部分都是設計在相應模塊內部的。當汽車PEPS系統啟動的有效鑰匙在汽車認證范圍內時，按啟動按鈕啟動汽車，汽車PEPS系統首先需要對電子轉向柱鎖模塊進行認證，汽車PEPS系統首先發一幀認證消息到汽車CAN總線上，電子轉向柱鎖模塊接收到這幀認證消息后生成一幀隨機數，并將這幀隨機數發到CAN總線上，汽車PEPS系統從CAN總線上接收這幀隨機數，無線通道也提供了一個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相關接口，即可改用無線通道建立。

汽車PEPS系統診斷測試的仿真環境，能真實有效地模擬出車載網絡的通信情況，對車載總線上的診斷信息進行快速精準的采集，分析和管理，不僅大大降低了測試成本，還提高了系統測試的準確性，在汽車PEPS系統發展和完善過程中起到了非常重要的作用。

參考文獻：

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