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PEPS（Passive Entry and Passive Start，無鑰匙進(jìn)入及啟動），通過采用無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛無感進(jìn)入及啟動的功能。相比傳統(tǒng)機(jī)械鑰匙或遙控鑰匙方案，PEPS系統(tǒng)通過智能鑰匙（集成有RFID/NFC/BLE/UWB等功能的智能手機(jī)、智能手表、智能手環(huán)等）可以實(shí)現(xiàn)更智能化的門禁管理、更高的防盜性能以及更加無感的用戶體驗(yàn)，已經(jīng)成為車身域智能化升級的典型代表。 作為車身域的經(jīng)典功能，PEPS系統(tǒng)發(fā)展至今，大致經(jīng)歷了三代演進(jìn)?；谏漕l識別技術(shù)的第一代，基于低功耗藍(lán)牙技術(shù)的第二代以及基于超帶寬技術(shù)的第三代。每一代的更迭都伴隨著產(chǎn)品功能的豐富、系統(tǒng)安全的提升、用戶體驗(yàn)的改善。故車身域黑話第一期，就來介紹下哥仨中前面兩位弟弟的音容相貌，身世背景。最后一位神秘的“大哥”我們留在PEPS（下）中單獨(dú)介紹。 第一代：RFID PEPS 一、技術(shù)特點(diǎn) RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可應(yīng)用于各種惡劣環(huán)境。 一個最基本的RFID系統(tǒng)主要包括三部分：（1）電子標(biāo)簽，由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象；（2）閱讀器，讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備；（3）天線，在標(biāo)簽和閱讀器之間傳遞射頻信號。 電子標(biāo)簽和閱讀器之間通過耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號的空間耦合，耦合的方式主要有兩種：（1）電感耦合，通過空間高頻交變磁場實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律；（2）電磁反向散射耦合，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。 電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125KHz、225KHz和13.56MHz。識別作用距離小于1m，典型作用距離為10~20cm。 電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：433MHz、915MHz、2.45GHz和5.8GHz。識別作用距離大于1m，典型作用距離為3~l0m。 目前汽車PEPS系統(tǒng)使用的RFID工作頻率有低頻（125KHz）和高頻（433MHz）兩種。低頻信號傳輸距離短，承載信息量少，因此特別適合靠近車門的喚醒功能。而高頻信號傳輸距離長，承載信息量大，比較適合數(shù)據(jù)量需求大的認(rèn)證過程。 二、系統(tǒng)方案 一套完整的汽車RFID PEPS系統(tǒng)包含智能鑰匙、低頻天線、PEPS控制器和IMMO線圈四大部分。 （1）智能鑰匙內(nèi)部集成了3D接收天線、MCU以及高頻發(fā)射模塊等。其中3D接收天線可用來喚醒MCU并接收低頻天線發(fā)射的低頻信號。其中的一路天線在進(jìn)行防盜認(rèn)證時還可以發(fā)送低頻信號到IMMO基站； （2）低頻天線用于發(fā)射125KHz的低頻信號，一般連接在PEPS控制器上，由PEPS控制器內(nèi)部的低頻驅(qū)動芯片進(jìn)行驅(qū)動； （3）PEPS控制器內(nèi)部集成了高頻接收模塊，可接收智能鑰匙的高頻信號； （4）IMMO線圈在智能鑰匙沒電時，可和智能鑰匙進(jìn)行防盜認(rèn)證。當(dāng)前的技術(shù)方案可用低頻天線和PEPS控制器內(nèi)部的低頻驅(qū)動芯片配合代替原有的IMMO獨(dú)立線圈。 PEPS系統(tǒng)雖然對應(yīng)車輛進(jìn)入和啟動兩個功能，但從系統(tǒng)原理角度出發(fā)，過程極其相似，都可分為兩個階段：低頻喚醒和高頻認(rèn)證。 （1）低頻喚醒。當(dāng)車主攜帶智能鑰匙出現(xiàn)在低頻天線覆蓋的檢測范圍，并拉動門把手/按壓開門按鈕/一鍵啟動按鈕時，門把手/開門按鈕/一鍵啟動按鈕會喚醒PEPS控制器，PEPS控制器會通過低頻天線發(fā)射125KHz的低頻觸發(fā)信號。智能鑰匙收到低頻觸發(fā)信號后，其內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流而被激活； （2）高頻認(rèn)證。智能鑰匙被喚醒后，會將自身的身份碼通過433MHz高頻信號發(fā)送給PEPS控制器。PEPS控制器識別到智能鑰匙的身份碼與內(nèi)部存儲的鑰匙碼匹配時，就會通過低頻信號向智能鑰匙發(fā)送驗(yàn)證碼。收到驗(yàn)證碼的智能鑰匙會根據(jù)一定的算法計(jì)算出對應(yīng)的數(shù)據(jù)并加密后以高頻信號形式發(fā)出解鎖/啟動信號。PEPS控制器分析收到的數(shù)據(jù)與自己所計(jì)算出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果二者匹配成功，就會開啟車門/啟動車輛。整個過程，從喚醒到開啟車門/啟動車輛，只需幾十毫秒的時間，用戶不會感覺到有任何延時。 三、應(yīng)用前景 當(dāng)前RFID PEPS系統(tǒng)已經(jīng)非常普及，可以說是新車的標(biāo)配。整套系統(tǒng)經(jīng)過近十年的快速發(fā)展，技術(shù)也已經(jīng)非常的成熟，成本也非常喜人。對于部分保守的主機(jī)廠來說，RFID PEPS系統(tǒng)仍將是未來幾年新車的首選方案。但是RFID PEPS在系統(tǒng)安全性、用戶體驗(yàn)上仍有明顯的不足。伴隨著低功耗藍(lán)牙和超帶寬基礎(chǔ)設(shè)施的普及，RFID PEPS退位可能僅剩下時間問題。 第二代：BLE PEPS 一、技術(shù)特點(diǎn) BT（Bluetooth，經(jīng)典藍(lán)牙）是指支持藍(lán)牙協(xié)議4.0以下的技術(shù)，用于音樂、視頻等大數(shù)據(jù)量傳輸應(yīng)用場景。BLE（Bluetooth Low Energy，低功耗藍(lán)牙）是指支持藍(lán)牙協(xié)議4.0及以上的技術(shù)，通過追求極低的功耗，廣泛應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。BLE技術(shù)具有如下特點(diǎn)： （1）標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。BLE工作在2.4GHz頻段，該頻道無需申領(lǐng)許可證，且免費(fèi)。BLE的兼容性較好，已經(jīng)能夠發(fā)展成為獨(dú)立于操作系統(tǒng)的一項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在各種操作系統(tǒng)中良好的兼容性能； （2）抗干擾能力強(qiáng)。BLE具有跳頻的功能，通過將2.4～2.48GHz的頻段分成79個間隔1MHz的頻點(diǎn)，彼此之間正交。BLE信道采用的是跳頻/時分復(fù)用方案，信道分為若干個625微秒時隙，每一個時隙對應(yīng)不同的頻率，頻點(diǎn)的排列順序采用偽隨機(jī)碼。正常的跳頻速率為1600跳/秒，每一個時隙可以傳送一個單時隙數(shù)據(jù)包，保證了鏈路的穩(wěn)定性； （3）安全性高。BLE與BT相比增加了AES-128的加密算法，通過對數(shù)據(jù)包進(jìn)行嚴(yán)格的加密和認(rèn)證，進(jìn)一步保證通訊設(shè)備的安全性； （4）低功耗。BLE大部分時間會處于睡眠模式，只在傳輸數(shù)據(jù)時建立連接，因此BLE整體功耗很低，只有BT的百分之一。這為整車越來越嚴(yán)格的靜態(tài)電流要求，提供了解決方案。 二、系統(tǒng)方案 BLE PEPS系統(tǒng)主要由一個BLE主模塊（負(fù)責(zé)BLE定位算法、與整車通訊、與BLE從模塊通訊、BLE信號收發(fā)等功能）、若干個BLE從模塊（與BLE主模塊通訊、BLE信號收發(fā)等功能）和藍(lán)牙智能鑰匙組成。BLE PEPS系統(tǒng)基于BLE的RSSI（Received Signal Strength Indicator，接收的信號強(qiáng)度指示）值來定位藍(lán)牙智能鑰匙的位置。 （1）BLE主模塊檢測到藍(lán)牙智能鑰匙后，主動喚醒BLE從模塊。BLE從模塊和藍(lán)牙智能鑰匙進(jìn)行通訊，以獲得藍(lán)牙智能鑰匙對應(yīng)的RSSI值。BLE從模塊將獲得的信息發(fā)送給BLE主模塊，BLE主模塊再根據(jù)藍(lán)牙智能鑰匙的RSSI值計(jì)算藍(lán)牙智能鑰匙的位置； （3）BLE主模塊把藍(lán)牙智能鑰匙的位置信息給到車身域控制器，車身域控制器根據(jù)藍(lán)牙智能鑰匙的位置信息再結(jié)合用戶的操作，對車輛執(zhí)行解閉鎖或者一鍵啟動的操作。 本文以車內(nèi)中央布置3個BLE模塊（1個主模塊，2個從模塊），車外布置3個BLE模塊（從模塊）的BLE PEPS系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹BLE基于RSSI的定位邏輯。藍(lán)牙智能鑰匙的識別在實(shí)際應(yīng)用中分為車內(nèi)和車外識別，車內(nèi)用于啟動，車外用于解鎖。RSSI值隨著距離的增加而衰減，兩者直接存在著對應(yīng)的關(guān)系，因此可以通過測量RSSI值界定藍(lán)牙智能鑰匙位于車內(nèi)還是車外。 以扶手箱處、后排座椅、駕駛員側(cè)BLE模塊為例，三個BLE模塊的有效檢測區(qū)域分別為A區(qū)，B區(qū)，C區(qū)。車內(nèi)前、中部分的區(qū)域判斷可用A區(qū)和B區(qū)的交集確定。駕駛員側(cè)車外區(qū)域可由C區(qū)位置除去車內(nèi)部分確定。除了正常車內(nèi)、車外覆蓋區(qū)域，還存在溢出區(qū)、盲區(qū)兩類特殊的檢測區(qū)域。 溢出區(qū)：為保證扶手箱處BLE模塊覆蓋區(qū)域A可以把車內(nèi)的范圍全部覆蓋，此時會有部分區(qū)域超出車內(nèi)以外部分，如上圖黃色覆蓋區(qū)域，該區(qū)域稱為溢出區(qū)。若把藍(lán)牙智能鑰匙放在該區(qū)域內(nèi)，BLE PEPS系統(tǒng)依然會認(rèn)為藍(lán)牙智能鑰匙在車內(nèi)，此時也可以實(shí)現(xiàn)車輛啟動功能。 盲區(qū)：為保證車內(nèi)BLE模塊覆蓋的區(qū)域盡量少的溢出車外，用于判斷車內(nèi)區(qū)域的A區(qū)和B區(qū)的合集會遺漏部分車內(nèi)區(qū)域，如上圖兩塊紅色區(qū)域，該區(qū)域稱為盲區(qū)。若把藍(lán)牙智能鑰匙放在該區(qū)域內(nèi)，定位算法會認(rèn)為在車外，此時無法實(shí)現(xiàn)車輛啟動功能。 魚和熊掌不可兼得，減少溢出區(qū)，會增加盲區(qū)；減少盲區(qū)，又會增加溢出區(qū)。如何設(shè)計(jì)合理的盲區(qū)和溢出區(qū)，而不影響功能的正常使用以及用戶的體驗(yàn)，這是特別考驗(yàn)OEM和Tier1工程能力的地方。 在面對整車的復(fù)雜環(huán)境，很難有上文描述的規(guī)則覆蓋圖，也就很難僅依靠邊界就可以區(qū)分車內(nèi)車外區(qū)域。因此在實(shí)際的覆蓋區(qū)域標(biāo)定過程中，先用車內(nèi)的天線確定出車內(nèi)大部分區(qū)域，再根據(jù)車窗、前后擋風(fēng)等位置修補(bǔ)剩余未被標(biāo)定進(jìn)范圍的區(qū)域。 比如把藍(lán)牙智能鑰匙放在車窗以及前擋風(fēng)玻璃的位置，此時測得對應(yīng)的扶手箱處、后排座椅和駕駛員側(cè)的BLE模塊對應(yīng)的RSSI值，然后以此RSSI值作為判斷藍(lán)牙智能鑰匙是否處于車內(nèi)的判斷依據(jù)。按照上述方法，把車窗、擋風(fēng)玻璃以及整個車輛外殼分成N份的格子，把藍(lán)牙智能鑰匙逐一放在對應(yīng)的格子中，不斷重復(fù)，即可得出一個RSSI值表。之后軟件每次在獲取到新的RSSI值后，通過查表的方式來判斷接收到的RSSI值是處于車內(nèi)還是車外，滿足則執(zhí)行相應(yīng)操作，不滿足則不執(zhí)行動作并提示用戶。 三、應(yīng)用前景 BLE由于普及度高、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、生態(tài)完善、價格較低，BLE PEPS目前已經(jīng)成為2020年以來最熱門的功能，它提供了一部手機(jī)可以搞定一切的解決方案，但是BLE PEPS所存在的缺陷，也注定不是PEPS智能化進(jìn)程中的最終歸宿。 （1）致命的安全隱患。BLE PEPS通過RSSI值判斷藍(lán)牙智能鑰匙和車輛藍(lán)牙模塊的位置，定位精度和信息安全方面略有不足。試想一個場景，當(dāng)你將車停在別墅門前的私家車位上，進(jìn)屋后你又將藍(lán)牙智能鑰匙丟在門口的收納盒中。如果竊賊在靠近藍(lán)牙智能鑰匙的區(qū)域安裝一個大號的中繼器來放大藍(lán)牙智能鑰匙發(fā)射的低頻觸發(fā)信號，同時在車門附近放置另一個藍(lán)牙收發(fā)器，則可輕松進(jìn)入車輛，并開走車輛。這也被稱為中繼攻擊（Relay Attack）; （2）BLE采用的是2.4GHz頻段，該頻段的無線電波受人體的干擾非常大。當(dāng)藍(lán)牙智能鑰匙和車輛藍(lán)牙模塊中間隔著人，此時的信號強(qiáng)度值會迅速衰減，使得BLE PEPS系統(tǒng)對藍(lán)牙智能鑰匙的位置判斷出現(xiàn)問題，導(dǎo)致功能失效； （3）藍(lán)牙智能鑰匙可能是智能手機(jī)、智能手表或智能手環(huán)。這些移動終端的類型，藍(lán)牙芯片型號都不完全一樣，所以對應(yīng)的RSSI值也會產(chǎn)生變化，使得之前標(biāo)定參數(shù)不能完全兼容所有的移動終端，導(dǎo)致車內(nèi)和車外的區(qū)域識別不完全準(zhǔn)確，一定程度上影響用戶體驗(yàn)； （3）BLE PEPS還不能完全取代當(dāng)下的 RFID PEPS，藍(lán)牙智能鑰匙在沒有電的情況下，無法打開車門，且不能進(jìn)行備份啟動。當(dāng)前配置有BLE PEPS系統(tǒng)的新車，一般還會給車輛配置NFC或者保留IMMO的啟動功能。
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