Allion Labs / Chris Wu

汽車的電子設備中,除了車載電腦(ECU)攸關全車的運行外,另一個開發重點即為汽車的防盜保全設計,在汽車防盜保全的設計領域中,傳統靠晶片鑰匙的設計方式目前已漸漸被RFID (Radio Frequency Identification)整合的Keyless技術所取代,達到更全面的車輛防盜效果。

Keyless System是在RFID無線辨識系統技術基礎上所延伸應用,基本的運作機制必須整合遙控鑰匙與原本的車輛無線遙控器。可帶來的方便性像是當鑰匙靠近車門時無須將鑰匙插入,直接拉手把或按按鈕就可以自動解鎖開啟車門。

目前全球多家汽車電子廠商均擁有自家的Keyless技術,例如Siemens、Valeo、Tokai Rika、Bosch、Delphi等,技術底層與關注的整合應用大致類似,當用車人持有內含感應晶片之remote key 靠近車子,約略一公尺,車門即可感應卡片並運行機制。

在進行遠端遙控車門啟閉時,Keyless系統還必須能透過車門遙控傳遞安全認證碼,以確認合法使用鑰匙遙控車門,由於採用RFID的晶片密碼認證,自然可以避免認證數據遭無線側錄、複製,避免被盜車的風險。

淺談Keyless智能鑰匙比較需要注意事項:

  1. 盡量不要跟電子裝置放在一起,如手機、藍芽喇叭或其他行動裝置等,因為使用低強度的無線電波,在有磁場干擾時Keyless可能無法運作正常。

而如果汽車遙控器靠近手機訊號輻射的位置,則RF的干擾在物理上會影響Remote的靈敏度,這會縮短車子對遙控器的接收距離甚至會導致無法感應的狀況。

  1. 避免接觸金屬物品,因與金屬物品接觸可能對訊號產生干擾導致功能異常。

面對各種外在因素所造成的干擾,卻沒有一套固定的標準去預防或解決相關難題,這使得產品要做到最佳化設計更為難上加難,尤其是現在幾乎人手一支手機的使用習慣,雖然干擾源很小卻影響很大。

汽車使用的RFID頻段:

對於北美製造的汽車,大多數遙控器的工作頻率為315 MHz,對於歐洲,日本和亞洲的汽車,其工作頻率433.92 MHz

而頻率應用到實際解鎖情境,當車主按下車門手把上的按鈕時,會發送13.56KHz 的低功率信號至遙控器,此時遙控器會經由 RF chip發送315MHz頻率訊號給汽車,一旦通過相互身份驗證,車主便可以直接按下手把按鈕解鎖並打開車門,無須使用遙控器解鎖。

能夠產生信號干擾的無線射頻信號干擾源不勝枚舉。目前智慧型手機上,能夠發送的無線訊號有三種:

  1. Wi-Fi 2.4G (2.412GHz~2.484GHz)
  2. Bluetooth (2.402GHz~2.480GHz)
  3. NFC (13.56 MHz)

Keyless system 感應天線位置:

一般配備 Keyless system 的汽車配置的內置天線如下(依實際車款會有不同配置)。

  1. 中央控制台(Centre console)
  2. 左前門把手(Door handle, left front)
  3. 右前門把手(Door handle, right front)

上圖中的紅色環表示系統天線所覆蓋的範圍。

下圖中的黑色按鈕為車門手把解鎖按鈕,將把手按鈕按下時系統即會透過把手天線與鑰匙通訊。

Key Fob Antenna

遙控器天線有許多不同的樣式,有早期的螺旋彈簧天線,後來普遍使用電路版印刷天線,RFID天線以及目前Key Fob所使用的線圈天線,其訊號接收發送效能以及抗干擾能力也不盡相同。

 

汽車遙控器與手機干擾測試實例 (Keyless Interference Test )

百佳泰依下列各種訊號驗證對無線感應車鑰Key Fob產生干擾結果:

  1. Wi-Fi 2.4G Signal.
  2. Bluetooth Signal.
  3. NFC

無線感應車鑰(品牌由左由右分別為Luxgen, Mazda, Skoda):

 

車外接收距離干擾測試(接收距離單位: 公分):

(Unit: cm)

從測試結果可以看出,不同的手機本身(Original)對於訊號的干擾已可造成一定的影響,甚至搭配在特定車款的遙控器上時,其接收距離甚至只剩下不到原本的一半。

而在三種干擾的訊號中,Wi-Fi訊號干擾的情況較其他兩種來的明顯,因此在非必要情況下可以關閉手機的Wi-Fi功能以減少對遙控器感應的影響。

而汽車遙控器的天線設計與本身造型也有著相對應的關係,從測試結果可以看出,越是扁平造型的遙控器,越是容易被手機干擾或阻擋訊號,反之越為立體的遙控器,其被干擾的情況則越輕微。

大部分的時候 Mobile Phone 和Key Fob會一同放在至口袋或是背包中,而當我們靠近並想要將車子解除鎖定,此時按下車門手把上的按鈕後卻經常發現無法將車子順利解鎖,原因是汽車的 Keyless system 容易受到RF訊號的干擾,以及手機本身的金屬屏蔽,特別是兩者緊鄰的狀態,因此Keyless system是否有足夠的能力來克服其他設備所造成的干擾為一重要課題。

而為了提升車輛的防盜保護、安全性和便利性的功能,超寬頻 (Ultra-Wide-Band) 技術也逐漸開始導入,將來使用內建UWB技術的手機即可以取代傳統的汽車鑰匙,提供更多樣化的應用。

 

免鑰匙與數位鑰匙系統全方位天線檢驗測試服務

也許有人會問:在比手機更大的車子上整合多支天線還有什麼困難,首先,針對車用天線進行安全、溫度與振動等標準測試的要求更嚴格。其次,當今的車子不再是簡單地用鐵打造,這表示在決定天線安裝的位置時有了更多的選擇。因此天線模組必須考慮到是否適合安裝在車門把手、後視鏡、行李廂或保險桿,甚至是儀表板內。

不同的品牌與車款其天線接收器與控制模組依照負責的功能各有不同的設置,但是主要的使用者介面都會在所對應的位置。下圖針對汽車感應天線設置做了明確的說明。

 

依所需功能車上所佈置的感應天線主要在下列位置:

  1. 車側兩邊的車門把手,用以感應使用者在車外時,是否開啟或解除鎖定。
  2. 車內前後用以感應鑰匙是否在車內以決定車輛可被啟動。
  3. 車子後方的行李箱天線用以感應車廂是否可被開啟。

車上的接收天線依各家車廠設計會有不同的位置以及數量,越精密的感應則需要更多的天線設計,目前甚至可到九組之多,因此對於汽車天線的全方位效能檢測則為相對重要,可依據相對位置檢測感應訊號強度(RSSI),感應距離是否符合要求。

以下例子為無線鑰匙在實際應用上的測試,針對天線裝置的總全向靈敏度TIS(Total Isotropic Sensitivity)以及總輻射功率TRP(Total Radiated Power)進行檢驗,發現車身的收發確實有感應死角。

如圖所示,經過TIS和TRP測試分析後,明顯發現該車輛在特定角度無法感應。

百佳泰整合性驗證打造最佳使用體驗

汽車天線效能表現會受到許多因素影響,例如雜訊、頻率干擾,安裝位置及車體設計,廠商除了從源頭管控產品品質,確定使用的RF技術符合相關標準規範與法規限制外,更重要的是進行全面性檢測,以便及早發現問題並找出對策。

如何以具競爭力的成本讓多支天線能有效率地在小空間中運作,這正是目前汽車製造商團隊所面臨的最大挑戰。因此,每一家製造商都需要具差異化的解決方案。

而除了實體鑰匙之外,車廠也準備開始導入數位鑰匙,駕駛人只要將數位鑰匙下載到智慧型手機上,只要載入這個系統後,就能遠端解鎖或鎖上汽車,甚至啟動引擎,這將大幅強化智慧型手機與車輛之間的連接,而系統能利用 NFC 的距離限制,以及直接連結到裝置上的安全元件,確保汽車與智慧手機之間擁有最高安全等級。

百佳泰測試實驗室除了能夠為您測試RF產品的效能表現,同時提供更進一步的除錯服務,對於愈來愈多樣化的車用產品也提供了以下測試做為品質的保證,若有測試需求還請來信至service@allion.com。

  • 天線效能測試 (Antenna Performance)
  • 無線智慧鑰匙品質測試 (TRS & TIS)
  • 車用免鑰匙與數位鑰匙系統驗證測試 (RF performance & Security)
  • 車內顯示器品質效能測試 (Display Performance)。
  • 車內儲存裝置品質效能測試 (SSD Stability)。
  • Wi-Fi 效能測試 (Max Throughput)。
  • 導航系統品質測試 (Positioning performance)。
  • 車用資訊娛樂系統(IVI system Quality)
  • 語音助理 (Speech recognition)