汽车PEPS系统诊断测试的应用与研究（2）

范涛

摘要：随着汽车技术的不断提高，汽车PEPS系统也对其诊断测试结果的速度、准确性、连续性提出了更高的要求，建立具有改进AES算法认证加密的汽车PEPS系统的测试仿真环境。实际测试结果表明，该系统不仅可以在虚拟节点下进行模拟仿真测试，也可以在真实节点下进行实时测试。

关键词：汽车PEPS系统；诊断测试；应用

所谓PEPS，是Passive Entry & PassiveStart的缩写，意为无钥匙进入与无钥匙启动系统，它采用先进的RFID无线射频技术和车辆身份编码识别系统，彻底改变了汽车安全防盗应用领域的发展 前景，并给用户带来了便利、舒适的全新驾车体验。对于PEPS 系统来讲，常出现的故障有3 类：用免钥匙功能不能进行解锁或上锁；用免钥匙功能不能进行ACC 或ON 档电源的切换；用免钥匙功能启动机不运转。

一、PEPS系统

汽车PEPS系统即：汽车无钥匙进入和启动系统，是采用先进的无线射频识别（RFID）技术，通过自动匹配检测车主是否携带相应汽车的有效钥匙，从而自动完成汽车的解锁上锁等一系列操作流程。汽车PEPS系统不需要拿出车钥匙对汽车进行解锁或上锁，当车主通过手握汽车门把手时，车内的天线会在车内自动搜索有效钥匙。确认钥匙在车内之后，就会对电子转向柱锁模块（ESCL）及发动机引擎控制模块（EMS）分别进行解锁认证和启动认证，当认证通过后就可以正常启动车辆。在汽车PEPS系统不断完善和复杂化程度不断加深的过程中，车身电子控制模块本身更加精细，模块内部之间分工愈加明确，都对汽车CAN总线通信网络提出更高的要求，汽车PEPS系统故障诊断测试的重要性也日益凸显。通过软件可以查看通信过程中的报文，而且可以对报文进行选择性过滤，通过查看显示的报文信息来掌握系统的运行状况等。

二、汽车PEPS系统诊断测试的应用

1.PEPS系统认证。从系统功能的角度划分，PEPS系统可分为两大部分，分为PE无钥匙进入部分与PS无钥匙启动部分，分别代表了驾驶者在进入车辆前与进入车辆后的两个阶段。但若从系统工作原理的角度出发，两者却是极其相似的。简单来说，无论是PE还是PS系统，均是通过低频天线来探测智能钥匙与车身基站（即PEPS ECU，下称ECU）间的相对位置，并通过高、低频信号（高频433.92MHz，低频125KHz）在ECU与智能钥匙间建立起有效的双向交互通讯，根据ECU对智能钥匙进行的身份验证结果，决定是否打开门锁（PE系统）或是启动车辆引擎（PS系统）。在上述智能钥匙与ECU间的双向身份验证过程中，低频信号唤醒及高频信号认证不仅是决定车辆防盗安全性能的关键，更是决定PEPS系统性能优劣的关键元素之一。所谓低频信号唤醒，以PE系统为例是指当驾驶者给予PEPS系统一个触发信号时，ECU会从睡眠状态切换至工作状态，并通过低频天线向智能钥匙发送一条钥匙唤醒报文，当钥匙通过自身的低频天线收到此报文后，将通过自身的智能芯片对报文进行验证，如验证结果与钥匙存储的数据相匹配，智能钥匙则被唤醒；而高频信号验证则是指在智能钥匙被唤醒后，会将自身的ID身份码以高频信号的形式发送给ECU，若ECU识别出此ID号与自身系统的钥匙编码相匹配时，就会通过低频信号向智能钥匙发送验证码，收到验证码的智能钥匙会通过特定的跳转码算法，对该验证码进行数据加密，并将加密结果通过高频信号发回ECU。

2.程序设计。一是意为电子控制单元，是PEPS系统的核心组件，功能是对智能钥匙进行身份识别，若钥匙合法，则通过CAN总线将相应的操作指令发送给BCM或EMS，由两者执行后续的操作；若钥匙非法，ECU则会进入睡眠模式，拒绝这把钥匙所发送的后续操作请求。二智能钥匙。智能钥匙在工作时会与ECU建立起高、低频双向通讯，在通过一系列的身份认证后，就可以解锁车门或启动引擎。在整个过程中，驾驶者无需对钥匙进行任何操作而只需随身携带即可，这也是无钥匙系统的命名由来。三是电子门把手。电子门把手内置低频天线及微动（或感应）开关，天线用来探测钥匙位置，开关用来唤醒PEPS系统，令其从睡眠模式切换到工作模式。四是电子立柱锁。电子立柱锁通过内置的小型电机驱动锁舌的伸缩动作，实现转向管柱的闭锁/解锁功能。由于控制锁舌运动的小型电机是由PEPS系统统筹控制的，所以在安全性上电子立柱锁较传统的机械立柱锁更为安全可靠。按动后备箱按键，装配在后保险杠位置上的低频天线将探测智能钥匙的当前位置，如满足解锁条件，PEPS ECU会命令BCM解锁后备箱，简化了驾驶者插拔钥匙解锁的操作。

3.PEPS系统技术实现。PEPS系统共有三个检测判断区域，分别为灰色的车外区域，红色的车内区域以及灰白色的主驾区域，如图1所示。灰色的车外区域共有三个部分，分为主驾、副驾和后备箱探测区域。当驾驶者携带智能钥匙进入这些区域并给予触发信号时，ECU会与智能钥匙建立高、低频双向通讯，通过低频信号的场强检测，判断出智能钥匙的当前位置，再通过钥匙反馈的高频信号验证钥匙身份，来决定是否解锁车门或后备箱；红色的车 内探测区域则是整个PEPS系统设计的重点与难点，这是因为PEPS系统需要精确地判断出智能钥匙是否在车内，来判定车门的锁止状态是否正确并决定引擎是否可以启动，两者都是与行车安全息息相关的重中之重，所以该区域的表现会直接影响PEPS系统的性能优劣；而在大部分中、高级车型中，PEPS系统还会检测灰白色的主驾区域，冗余判断钥匙是否有效、主驾位置是否有人，以避免诸如儿童误操作等所导致的安全隐患。综上所述，我们可以发现在汽车PEPS系统中，区域检测是一个非常重要且区别于以往汽车安防的技术，其钥匙位置的检测精度就成为衡量一个PEPS系统优良与否的重要参数之一。目前，市场上主要有两种技术方案用来提升鑰匙位置的检测精度，其一是通过调节低频信号的灵敏度对智能钥匙的位置进行模糊判断，其特点是精度有限但实现方便；其二是根据低频信号的强弱程度来计算智能钥匙与车内低频天线的相对距离，再通过多根低频天线的交叉覆盖，精确定位出智能钥匙的具体位置，称为RSSI技术，本次设计的PEPS系统就是采用了上述第二种方法，故在车内内置了两根低频天线用以交叉定位钥匙的精确位置。

4.PEPS系统的认证算法。PEPS系统与传统的启动系统不同之处主要体现在汽车的门把手和启动按钮两部分上。因此，PEPS系统的认证算法的作用主要表现在汽车门把手和启动按钮的触发与响应的过程中。PEPS系统的认证算法采用的是在全世界广泛使用的，加密安全性极高的AES算法。PEPS系统启动时，需要分别与电子转向柱锁模块及发动机控制模块之间进行认证，而在仿真环境条件下，上述模块间的认证算法的编程部分都是设计在相应模块内部的。当汽车PEPS系统启动的有效钥匙在汽车认证范围内时，按启动按钮启动汽车，汽车PEPS系统首先需要对电子转向柱锁模块进行认证，汽车PEPS系统首先发一帧认证消息到汽车CAN总线上，电子转向柱锁模块接收到这帧认证消息后生成一帧随机数，并将这帧随机数发到CAN总线上，汽车PEPS系统从CAN总线上接收这帧随机数，无线通道也提供了一个可以连通列车以及控制中心的透明传输通道。只需通过增加与车辆以及主控系统相关接口，即可改用无线通道建立。

汽车PEPS系统诊断测试的仿真环境，能真实有效地模拟出车载网络的通信情况，对车载总线上的诊断信息进行快速精准的采集，分析和管理，不仅大大降低了测试成本，还提高了系统测试的准确性，在汽车PEPS系统发展和完善过程中起到了非常重要的作用。

参考文献：

[1]黎善斌.基于网络控制系统的CAN实时性能研究[J].自动化，2016，30（4）：1—6.

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[3]魏嘉银，吕虹，秦永彬.一种基于AES算法的通信信息加密传输方案[J].计算机与数字工程，2017（10）：121—124.