基于汽車遙控門禁 (RKE) 系統(tǒng)性能及可靠性測試的研究

賈天陽，陳勝國

( 河南天海科技有限公司，河南鄭州450001)

1 汽車RKE 介紹

遙控門禁系統(tǒng)(Remote Keyless Entry，簡稱RKE)，包括鑰匙扣中的遙控發(fā)射器和車輛內(nèi)部安裝的遙控接收器。這個發(fā)射器向安裝在車內(nèi)的接收器發(fā)出一串短脈沖數(shù)字信號，信號經(jīng)過解碼，通過接收器控制傳動機構(gòu)，打開或關(guān)閉車門或行李箱。隨著人們對汽車智能性、舒適性、安全性的不斷追求，遙控門禁(RKE) 系統(tǒng)已經(jīng)備受用戶的青睞，尤其作為轎車的配置更彰顯了它的安全實用，RKE 系統(tǒng)基本上成了轎車的標準配置。

圖1 是一款RKE 系統(tǒng)原理框圖。

2 汽車RKE 系統(tǒng)原理介紹

汽車RKE 系統(tǒng)包括鑰匙扣遙控發(fā)射器部分和車輛內(nèi)部遙控接收器部分，遙控發(fā)射器包括無線電發(fā)射部分和加密算法部分。當按下遙控發(fā)射器上的開鎖、閉鎖或后備箱解鎖按鍵，將喚醒微控制器。微控制器向鑰匙的射頻發(fā)射器送出一串64 位或128 位的數(shù)據(jù)流，經(jīng)過載波調(diào)制，通過高頻震蕩電路把射頻信號發(fā)射到空間中。接收器部分包括無線電接收部分和解碼部分，接收來自遙控發(fā)射器發(fā)出的射頻信號，經(jīng)解密后將獲取的命令信息發(fā)送給執(zhí)行器，進而獲得希望得到的開鎖、閉鎖或后備箱解鎖等動作。遙控器發(fā)射頻率通常為315 MHz 和433.92 MHz 兩種，編碼方式通常為ASK 和FSK，為保證較長的有效遙控距離(一般不小于10m)，接收部分需要較高的靈敏度、較寬的接收帶寬、接近發(fā)射頻率的接收諧振頻率、接近于1 的接收駐波比、與接收LC 網(wǎng)絡(luò)配合良好的天線等。為保證射頻通信方式的安全，所有經(jīng)由遙控器發(fā)送的信息均被某種加密方式進行加密，這就需要對接收到的射頻信號進行軟件解密［1］。

圖2、3 是一款RKE 系統(tǒng)實物圖。

3 汽車RKE 系統(tǒng)性能及可靠性測試

上述實例是一款典型的RKE 發(fā)射系統(tǒng)，采用的編碼方式為ASK。其中遙控器發(fā)射頻率在315 MHz±40 KHz 范圍內(nèi)，發(fā)射功率不小于5 dBm，接收靈敏度不大于-110 dBm，接收帶寬不小于160 kHz，接收頻率上頻點不小于315.08 MHz，接收頻率下頻點不大于314.92 MHz，諧振頻率在315 ±3 MHz 范圍內(nèi)，駐波比不大于1.8，空間遙控距離不少于15 m (實際上車測試)。其實影響RKE 性能優(yōu)劣的參數(shù)指標通常為遙控發(fā)射器的發(fā)射功率和發(fā)射頻率，接收器的接收靈敏度、接收帶寬、接收諧振頻率、接收駐波比、遙控距離等。以下將通過以上實例為例，一一介紹這些性能參數(shù)的測試方法。需要注意的是，所有的測試均應(yīng)在屏蔽室內(nèi)完成，以防空間同頻段的無線電信號干擾影響到測試結(jié)果的準確性［2-3］。

3.1 RKE 發(fā)射頻率測試

RKE 系統(tǒng)的發(fā)射頻率測試是指發(fā)射端遙控器的發(fā)射頻率測試。通常是將頻譜分析儀 (型號ESA - L1500A 9 kHz ～1.5 GHz) 的同軸電纜中心端接遙控器發(fā)射天線的輸出端，同軸電纜的屏蔽層接遙控器的地。開啟頻譜分析儀，按動遙控器按鍵，觀看波形并讀出發(fā)射頻率［4］。測試方法與結(jié)果如圖4所示。

3.2 RKE 發(fā)射功率測試

RKE 系統(tǒng)的發(fā)射功率測試是指發(fā)射端遙控器的發(fā)射功率測試。通常是將頻譜分析儀 (型號ESA - L1500A 9 kHz ～1.5 GHz) 的同軸電纜中心端接遙控器發(fā)射天線的輸出端，同軸電纜的屏蔽層接遙控器的地。開啟頻譜分析儀，按動遙控器按鍵，觀看波形讀出發(fā)射功率［4］。測試方法與結(jié)果如圖4 所示。

3.3 RKE 接收靈敏度測試

RKE 系統(tǒng)的接收靈敏度測試是指接收端的接收靈敏度測試。接收靈敏度是指在給定接收機解調(diào)前要求的信噪比條件下，接收機所能檢測和識別的最小信號電平。通常靈敏度用dBm 表示。測試時通常是將信號源(HP -8648A) 的同軸電纜中心端接接收板接收天線的入口端，同軸電纜的屏蔽層接接收板的地。信號源輸出信號數(shù)值為1 k 方波、AM 調(diào)制度100%、頻率315 MHz、幅度-70 dBm。接收板接收芯片的輸出端接入示波器(TDS380)。逐漸減小信號源輸出信號的幅度，觀察示波器直至方波出現(xiàn)不穩(wěn)定、不規(guī)則的情況，讀出信號幅度即為靈敏度的值［4］。測試方法與結(jié)果如圖5 所示。

3.4 RKE 接收帶寬范圍

RKE 接收帶寬測試主要是測試接收機接收的頻點范圍的選擇性，是圍繞與中心諧振頻點的差值再取絕對值。具體是將信號源(HP-8648A) 的同軸電纜中心端接接收板接收天線的入口端，同軸電纜的屏蔽層接接收板的地。信號源輸出信號數(shù)值為1 k 方波、AM 調(diào)制度100%、頻率315 MHz、幅度- 70 dBm。接收板接收芯片的輸出端接入示波器(TDS380)。逐漸增加信號源輸出信號的頻率，觀察示波器直至方波出現(xiàn)不穩(wěn)定、不規(guī)則的情況，讀出當前信號頻率。當前信號頻率減去315 MHz 即為接收帶寬正偏差值; 逐漸減小信號源輸出信號的頻率，觀察示波器直至方波出現(xiàn)不穩(wěn)定、不規(guī)則的情況，讀出當前信號頻率。315 MHz 減去當前信號頻率即為接收帶寬負偏差值。接收帶寬正偏差值加上接收帶寬負偏差值即為接收帶寬［2］。測試方法與結(jié)果如圖5 所示。

3.5 RKE 接收諧振頻率

RKE 接收諧振頻率和接收駐波比是RKE 系統(tǒng)測試的重要性能參數(shù)，在整個測試環(huán)節(jié)顯得尤為重要。諧振頻率的測試是將接收器供5 V 電源，同軸電纜連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀的“REFLCTION RF OUTPUT”端，同軸電纜中心端接接收器天線的入口端，同軸電纜的屏蔽層接接收器的地。網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)置為：中心頻率315 MHz，范圍300 MHz; 開始頻率150 MHz，停止頻率450 MHz; 設(shè)置為“reflection”模式。按下“format”，選擇“SWR”; 選擇顯示通道，按下“Marker”并設(shè)置Marker點。然后打開5 V 電源讀出網(wǎng)絡(luò)分析儀上的諧振頻率［2］。測試方法與結(jié)果如圖6 所示。

3.6 RKE 接收駐波比

駐波比參數(shù)是指行波系數(shù)的倒數(shù)，其值在1 到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配; 駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動通信系統(tǒng)中，過大的駐波比會減小接收機的覆蓋并造成系統(tǒng)內(nèi)干擾加大，影響接收性能。接收器供5 V 電源，同軸電纜連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀的“REFLCTION RF OUTPUT”端。同軸電纜中心端接接收器天線的入口端，同軸電纜的屏蔽層接接收器的地。網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)置為： 中心頻率315 MHz，范圍300 MHz; 開始頻率150 MHz，停止頻率450 MHz; 設(shè)置為“reflection”模式。按下“format”，選擇“SWR”; 選擇顯示通道，按下“Marker”并設(shè)置Marker 點。然后打開5 V 電源讀出網(wǎng)絡(luò)分析儀上的駐波比［2］。測試方法與結(jié)果如圖6 所示。

3.7 RKE 等效距離測試

RKE 等效距離測試是將遙控接收器供5 V 電源，放入特定的屏蔽箱內(nèi)進行測試。這種測試的目的是為了模仿實車環(huán)境中車體對射頻無線信號的干擾和屏蔽作用，而這種干擾和屏蔽作用能實現(xiàn)遙控距離的大幅下降，這樣就能實現(xiàn)在非實車環(huán)境中進行遙控距離測試。因為在產(chǎn)品量產(chǎn)的時候RKE 的距離測試不可能都放在實車上進行，如果在實車上進行測試，一方面需要花費大量的人力和時間成本，同時這種低效率的測試也是無法滿足整車廠的供貨時間要求的。所以使用屏蔽箱測試基本上可以代替了實車距離測試，實現(xiàn)的是實車等效距離測試。這種等效距離是相對的，而且是可以在測試之前做出設(shè)定的。比如要求實車測試距離不小于15 m，在設(shè)置屏蔽箱時可以屏蔽在3 m的范圍以內(nèi)(這個范圍根據(jù)測試空間大小決定)，而且這個距離在實車測試時是標定過的。測試結(jié)果在3 m 以外收到的均視為實測距離不小于15 m。而在3 m 以外(包括3 m 這個位置) 無法收到的均視為實測距離不大于15 m。但有些時候空間接收范圍中可能會存在盲區(qū)或盲點，影響測試結(jié)果的準確性，所以為了確保得到更加準確的測試結(jié)果，測試時可以在空間內(nèi)多選擇幾個點，一般可以選擇8 個點，或是圍繞屏蔽箱為圓心以3 m 為半徑做環(huán)繞測試。測試方法與結(jié)果如圖7所示。

3.8 RKE 可靠性測試

RKE 系統(tǒng)的可靠性測試是指發(fā)射端遙控器和遙控接收器功能的周期性循環(huán)測試。首先測試的是遙控器壽命，包括按鍵壽命、電池壽命、發(fā)射電路的穩(wěn)定性; 其次測試的是遙控接收器接收性能的穩(wěn)定性和可靠性，包括接收器是否每次都能夠接收到遙控器的發(fā)射信號，其次是接收器接收到信號后是否都能正確輸出相應(yīng)信號來控制相應(yīng)負載的可靠性驗證。具體是將接收器供5 V 電源測試臺(圖8 中圖)，然后將帶殼體的遙控發(fā)射器放入定做好的遙控器耐久測試臺(圖8 左圖)。其中，5 V 電源測試臺上有3 個LED 指示燈，分別對應(yīng)遙控器按鍵上的中控開鎖、中控閉鎖和尾門開鎖，用來模擬接收器接收到發(fā)射信號后解碼輸出的指示。同時，這個測試臺上還設(shè)置有數(shù)碼管，可對電壓和電流的監(jiān)控進行顯示。而遙控器耐久測試臺則是利用氣壓原理設(shè)置氣源壓力來模擬按下遙控器按鍵的力度，設(shè)置好按鍵每隔幾秒按下一次按鍵。同時，該測試臺上設(shè)有兩個計數(shù)器，一個用來監(jiān)控按鍵的次數(shù)，一個用來監(jiān)控接收器接收信號后經(jīng)解碼輸出后的反饋信號。這兩個計數(shù)器所計數(shù)值應(yīng)該完全一致，即每一次按鍵發(fā)射都對應(yīng)一次接收輸出。一般情況下允許這兩個計數(shù)器有時間上的差異，因為接收器接收信號再解碼后輸出控制需要時間，但每一次解碼輸出之后到第二次按鍵按下之前，計數(shù)器顯示的次數(shù)應(yīng)該保持完全一致。測試方法與結(jié)果如圖7 所示。

4 結(jié)論

與所有大批量生產(chǎn)的汽車零部件一樣，RKE 系統(tǒng)必須具備低成本和高可靠性。不能單一地說是發(fā)射功率越大越好，或者說是接收帶寬越寬越好，或者說是接收靈敏度越高越好。實際上，發(fā)射功率越大其功耗就越大，接收帶寬越寬就會越容易受到外界干擾。與此同時，更換鑰匙發(fā)射器的電池非常麻煩，為汽車電池充電也更加復(fù)雜。因此，發(fā)射器和接收器都應(yīng)該消耗最小功率。另外，RKE 系統(tǒng)必須確保一定的接收靈敏度、載波容限以及其他技術(shù)參數(shù)。因此，只有確保較低功耗的發(fā)射功率、合適的接收帶寬和一定的接收靈敏度，才能滿足低成本、小電流限制的條件，從而實現(xiàn)最大的發(fā)射范圍，并具有較高的可靠性。

【1】李海方. 汽車RKE 接收模塊： 中國，ZL200920298423. X［P］.2010-09-29.

【2】Micrel-Innovation Through Technology 官方網(wǎng)站.MICRF213AYQS的PDF 資料［OL］.

【3】Microchip Technology Inc 官方網(wǎng)站.HCS300 的PDF 資料［OL］.

【4】Q/THB JS031 乘用車車身控制模塊企業(yè)標準［S］. 河南天海電器有限公司，2010：18-19.