汽車防盜系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

鮑漢勇

（華晨汽車工程研究院 電子工程室，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

0 引言

隨著汽車數(shù)量增多，車輛被盜給社會(huì)帶來(lái)極大的不安定因素，由此汽車防盜系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。簡(jiǎn)單的機(jī)械式的防盜器已經(jīng)不能有效的防止汽車被盜，無(wú)法滿足人們的需求。先進(jìn)防盜措施是在汽車上應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖止系統(tǒng)，在鑰匙內(nèi)藏有密碼應(yīng)答器，在沒(méi)有合法鑰匙的情況下，將不能啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，因此有效地防止了車輛被盜。

1 汽車防盜器系統(tǒng)的定義與類型

1.1 汽車防盜系統(tǒng)的定義

汽車防盜器就是一種安裝在車上，用來(lái)增加盜車難度，延長(zhǎng)盜車時(shí)間的裝置，是汽車的保護(hù)神。它通過(guò)將防盜器與汽車電路配接在一起，從而可以達(dá)到防止車輛被盜、被侵犯、保護(hù)汽車并實(shí)現(xiàn)防盜器各種功能的目的。

1.2 汽車防盜器的類型和特點(diǎn)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，為對(duì)付不斷升級(jí)的盜車手段，人們研制出各種方式、不同結(jié)構(gòu)的防盜器，目前防盜器按其結(jié)構(gòu)可分四大類：機(jī)械式、機(jī)電式、電子式和發(fā)動(dòng)機(jī)電子式。

（1）機(jī)械式防盜器。早期的汽車防盜器材主要是機(jī)械式的防盜鎖。機(jī)械鎖發(fā)展至今經(jīng)過(guò)了數(shù)次技術(shù)升級(jí)，鉤鎖、轉(zhuǎn)向盤(pán)鎖和變速檔鎖等基本屬于機(jī)械式防盜器，它主要是通過(guò)鎖定離合、制動(dòng)、油門或轉(zhuǎn)向盤(pán)、變速檔來(lái)達(dá)到防盜的目的，只防盜不報(bào)警。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，只需幾十元至幾百元，且安裝簡(jiǎn)便，可以在一定程度上嚇阻盜車賊，或增加盜賊被發(fā)現(xiàn)的可能性。缺點(diǎn)是防盜不徹底，每次拆裝比較麻煩，不用時(shí)還得找地方放置。

目前市場(chǎng)上推出了一種護(hù)盤(pán)式方向盤(pán)鎖。這種鎖較為隱藏，有一層防鋸防鉆鋼板保護(hù)，材質(zhì)比傳統(tǒng)的拐杖鎖堅(jiān)固，鎖芯也設(shè)計(jì)得更加精密，因而可靠性更高。但是車主必須找一個(gè)空間藏這個(gè)拆下的轉(zhuǎn)向盤(pán)；排檔鎖是目前車主最欣賞的防盜裝置之一，這種防盜裝置簡(jiǎn)便又而堅(jiān)固，材質(zhì)采用特殊高硬度合金鋼制造，防撬、防鉆、防鋸，且采用同材質(zhì)鎳銀合金鎖芯和鑰匙，沒(méi)有原廠配備的鑰匙極難打開(kāi)。如果鑰匙丟失，可用原廠電腦卡復(fù)制鑰匙。

（2）機(jī)電式防盜裝置。隨著科學(xué)的進(jìn)步，出現(xiàn)了機(jī)電一體式的防盜裝置（中央門鎖）。中央門鎖是以電來(lái)控制門鎖的開(kāi)啟或鎖止，并由駕駛員集中控制所有車門門鎖的鎖止或開(kāi)啟。中央門鎖系統(tǒng)具有下列功能：

當(dāng)鎖住（或打開(kāi)）駕駛員側(cè)車門門鎖時(shí)，其它幾個(gè)車門及行李廂都能鎖止（或打開(kāi)）；如鑰匙鎖門也可鎖好（或打開(kāi)）其它車門和行李廂；在車內(nèi)個(gè)別門鎖需要打開(kāi)時(shí)，可分別拉開(kāi)各自門鎖的按鈕。

（3）電子式防盜器。為了克服機(jī)械鎖只防盜不報(bào)警的缺點(diǎn)，電子報(bào)警防盜器應(yīng)運(yùn)而生。汽車電子防盜系統(tǒng)是在原有中央門鎖的基礎(chǔ)上加設(shè)了防盜系統(tǒng)的控制電路，以控制汽車移動(dòng)的同時(shí)并報(bào)警。如果有行竊者盜竊汽車或汽車上的物品，防盜系統(tǒng)不僅具有切斷起動(dòng)電路、點(diǎn)火電路、噴油電路、供油電路和變速電路、將制動(dòng)鎖死等的功能，同時(shí)，還會(huì)發(fā)出不同的求救的聲光信號(hào)進(jìn)行報(bào)警，給竊賊一個(gè)精神上的打擊，以阻止竊賊行竊。

插片式、按鍵式和遙控式等都屬于電子式防盜器。遙控式汽車防盜器的特點(diǎn)是可遙控防盜器的全部功能，可靠方便，可帶有振動(dòng)偵測(cè)門控保護(hù)及微波或紅外探頭等功能。隨著科技的快速發(fā)展，遙控式汽車防盜器還增加了許多方便實(shí)用的附加功能，如：遙控中控門鎖、遙控送放冷暖風(fēng)、遙控電動(dòng)門窗及遙控開(kāi)行李艙等。現(xiàn)在市場(chǎng)上已有雙向功能的電子防盜器，這種防盜器不僅能由車主遙控車輛，車輛還能將自身狀態(tài)傳送給車主，例如車門被開(kāi)啟或車窗玻璃被破壞等。但是在破壞電子防盜器的情況下，車輛還是可以被盜，而且普遍存在誤報(bào)警現(xiàn)象，也沒(méi)有根本上解決車輛丟失問(wèn)題。

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)電子防盜鎖止系統(tǒng)。該防盜系統(tǒng)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行防盜，將鑰匙、防盜器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊ECM通過(guò)完善的防盜策略組成有效的防盜系統(tǒng)，極大提高了車輛被盜的安全性。借助電磁場(chǎng)耦合讀取駕駛員插入點(diǎn)火鎖中的鑰匙里的密碼芯片，防盜器通過(guò)加密的方式分別與鑰匙芯片和發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元進(jìn)行加密認(rèn)證，通過(guò)后才允許發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)。

圖1 防盜系統(tǒng)組成Fig.1 Immobilizer component

2 發(fā)動(dòng)機(jī)電子防盜鎖止系統(tǒng)闡述

2.1 防盜系統(tǒng)組成

防盜系統(tǒng)由鑰匙（密碼應(yīng)答器）、防盜線圈、防盜控制器組成。

（1）鑰匙（密碼應(yīng)答器）如圖2所示。密碼應(yīng)答器：一般鑲嵌在汽車鑰匙柄中，存儲(chǔ)有用于身份識(shí)別的數(shù)據(jù)信息，密碼應(yīng)答器采用特殊密碼及加密算法，保證每個(gè)密碼應(yīng)簽器的唯一性。密碼應(yīng)答器是德?tīng)柛ｉT開(kāi)發(fā)和訂制芯片，全球獨(dú)一無(wú)二，確保高安全性。

圖2 密碼應(yīng)答器位置Fig.2 Transponder position

圖3 防盜線圈位置Fig.3 Coil position

（2）防盜線圈如圖3所示。防盜線圈：安裝在點(diǎn)火鎖芯上，通過(guò)一定長(zhǎng)度的導(dǎo)線與防盜控制器相連。作為防盜控制器的負(fù)載，擔(dān)負(fù)防盜控制器與密碼應(yīng)答器之間信號(hào)以及能量的傳遞任務(wù)。防盜線圈的電氣參數(shù)容易受到鑰匙金屬柄、點(diǎn)火鎖芯、鎖芯螺母的影響，因此在實(shí)際使用中必須注意點(diǎn)火鎖芯、汽車鑰匙與防盜線圈之間的匹配。

（3）防盜控制器如圖4所示。防盜控制器：防盜控制器首先進(jìn)行與密碼應(yīng)答器的加密認(rèn)證#1，只有在通過(guò)認(rèn)證#1 后，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊ECM 才會(huì)和防盜控制器進(jìn)行加密認(rèn)證#2。只有成功通過(guò)#1 和#2 認(rèn)證，發(fā)動(dòng)機(jī)才允許啟動(dòng)。

圖4 防盜控制器位置Fig.4 Immobilizer controller position

圖5 各部件樣圖Fig.5 Component draft

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)電子防盜鎖止系統(tǒng)工作原理

防盜控制器通過(guò)套在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)鎖芯上的防盜線圈，來(lái)讀取位于汽車鑰匙柄中的密碼應(yīng)答器里的信息，完成加密認(rèn)證＃1，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛合法使用者的身份識(shí)別，并將身份識(shí)別的結(jié)果傳送給發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制模塊。如果防盜控制器的加密認(rèn)證＃1的結(jié)果正確，防盜控制器將進(jìn)行與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器模塊間的＃2 加密認(rèn)證，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊根據(jù)＃2 加密認(rèn)證的結(jié)果，決定是否允許汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火啟動(dòng)，對(duì)于非法入侵者，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制模塊將切斷汽車的電路，如點(diǎn)火電路、汽油泵、中央控制系統(tǒng)等，阻止非法入侵者啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，從而使汽車無(wú)法啟動(dòng)。

圖6 加密認(rèn)證Fig.6 Authentication

（1）＃1 加密認(rèn)證（鑰匙密碼應(yīng)答器）。 鑰匙內(nèi)密碼應(yīng)答器一般采用飛利浦公司的PCF7936 芯片或德州儀器公司的TI 芯片，都為無(wú)源芯片，通過(guò)防盜線圈勵(lì)磁供電，工作頻率125kHz。芯片內(nèi)都有特定的加密算法，如圖7中的F1（）)，該加密算法同時(shí)存在于防盜控制器內(nèi)，參與加密運(yùn)算的參數(shù)有防盜控制器的密鑰（SK）、隨機(jī)數(shù)（RN）、芯片ID。BP 參數(shù)為防盜控制器校驗(yàn)碼、TP 參數(shù)為密碼應(yīng)答器校驗(yàn)碼。＃1 加密認(rèn)證過(guò)程：主要是驗(yàn)證啟動(dòng)車輛的鑰匙是否為車輛匹配過(guò)的合法鑰匙。

圖7 ＃1 加密認(rèn)證方案Fig.7＃1 Authentication program

如上圖，防盜控制器將產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)RN 發(fā)給密碼應(yīng)答器，讀取鑰匙內(nèi)密碼應(yīng)答器的ID，并與存儲(chǔ)的ID進(jìn)行比較，如果相同，將ID、隨機(jī)數(shù)RN、密鑰SK 作為加密算法的輸入?yún)?shù)，進(jìn)行加密運(yùn)算。鑰匙內(nèi)密碼應(yīng)答器也同時(shí)進(jìn)行加密運(yùn)算，兩個(gè)運(yùn)算的結(jié)果通過(guò)比對(duì)，如果相同，證明該次啟動(dòng)車輛的鑰匙是合法的鑰匙，防盜控制器將進(jìn)行后續(xù)的，與發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊間的＃2 加密認(rèn)證過(guò)程。

（2）＃2 加密認(rèn)證。該加密認(rèn)證的加密算法F2()，同時(shí)存在于防盜控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器模塊中，參與加密運(yùn)算的參數(shù)有客戶特定碼Customer ID，防盜控制器密鑰SK，隨機(jī)數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器模塊產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，并傳遞給防盜控制器，同時(shí)進(jìn)行加密運(yùn)算，將兩個(gè)運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，如果相同，則允許發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。

圖8 ＃2 加密認(rèn)證方案Fig.8＃2 Authentication program

2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)電子防盜鎖止系統(tǒng)故障診斷

防盜控制器有雙向通訊接口，采用通訊協(xié)議是ISO keyword 2000 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，支持售后診斷設(shè)備（X-431）。如果車輛無(wú)法啟動(dòng)，可以利用診斷設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷，讀取系統(tǒng)的故障碼，根據(jù)對(duì)應(yīng)的顯示信息（如下表），對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障處理。診斷設(shè)備可以進(jìn)行匹配鑰匙、匹配防盜控制器、匹配發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊。

表1 診斷故障碼Tab.1 Fault code

3 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述的汽車防盜系統(tǒng)，由最初的機(jī)械鎖式到現(xiàn)代的發(fā)動(dòng)機(jī)電子防盜鎖止系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用隨機(jī)數(shù)加密、雙加密認(rèn)證，且成本低廉，使車輛在防盜方面達(dá)到很高的水平，在汽車領(lǐng)域?qū)V泛地應(yīng)用。