方遒，王順偉，周鵬

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RKE無法可靠喚醒BCM問題分析與改進

方遒1,2，王順偉1，周鵬1

（1.廈門理工學院機械與汽車工程學院，福建 廈門 361024； 2.福建省客車及特種車輛研發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 廈門 361024）

針對某車RKE會出現(xiàn)無法可靠喚醒BCM的問題，在模擬實車安裝環(huán)境的條件下對故障件進行了大量測試，從理論分析與實際測試兩方面總結出產(chǎn)生無法可靠喚醒的主要原因，并提出了解決此問題的軟件方案和硬件方案。最后經(jīng)過大量實車測試驗證發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化同步碼的軟件方案能夠解決該問題。本文闡述了從故障排查到解決問題的全過程。

RKE；抗干擾；同步碼

引言

RKE（Remote keyless entry system）省去了人手摸鑰匙、把鑰匙插入鎖孔、轉動鑰匙等一系列動作[1]，允許用戶只需按下按鍵就能實現(xiàn)無鑰匙解鎖車輛、尋車、照明、伴我回家、上鎖車輛等功能，給用戶帶來了極大的便利。但是在如今的嘈雜環(huán)境中，會存在各種無線電干擾和同頻干擾，這種干擾將導致BCM（Body control module）無法接收到合法的信號從而導致BCM無法執(zhí)行遙控功能。某車身控制器在實際裝車后會出現(xiàn)BCM無法可靠喚醒的問題，從理論角度分析出可能導致該問題的所有原因，并經(jīng)實際測試驗證后得出產(chǎn)生該問題的主要原因是RKE發(fā)送的數(shù)據(jù)幀受到了外部干擾。針對此問題提出了軟件和硬件抗干擾的方案，經(jīng)過大量的測試驗證得出軟件同步碼優(yōu)化為符合曼徹斯特碼編碼要求的軟件方案解決了此問題。

1 RKE系統(tǒng)簡介

1.1 RKE模塊的基本原理介紹

當用戶按下RKE按鍵時，RKE模塊會發(fā)送一串數(shù)據(jù)流該數(shù)據(jù)流由前導碼、同步頭、起始位、64bit數(shù)據(jù)等幾部分組成。發(fā)射器根據(jù)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)格式編寫出普通電平信號，然后將該信號運用調(diào)制電路調(diào)制并轉換成對應的高頻信號通過曼徹斯特碼進行編碼并發(fā)送出去，BCM接收端通過天線接收RKE系統(tǒng)發(fā)送的高頻信號并傳送給主控MCU（Microcon -troller Unit），MCU對接收到的信號進行邏輯判斷。如果接收到符合要求的數(shù)據(jù)將對接收到的數(shù)據(jù)進行解調(diào)并進行解碼得到原來的控制電信號，通過判斷解碼的電信號去執(zhí)行對應的遙控功能。

1.2 RF(Radio Frequency)數(shù)據(jù)發(fā)送格式

RKE的數(shù)據(jù)發(fā)送采用曼徹斯特碼編碼的方式，1bit的周期為600us占空比為50%。每按一次RKE按鍵就發(fā)送四幀RF數(shù)據(jù)如圖1所示，其數(shù)據(jù)格式為占空比為50%的前導碼+同步碼+起始位+DATA（一個32位固定數(shù)據(jù)和一個32位加密數(shù)據(jù)）+幀與幀之間的防護周期。

圖1 RF數(shù)據(jù)格式

2 BCM無法可靠喚醒問題分析

在BCM裝車且門鎖關閉后圍繞汽車周圍按壓RKE任一按鍵會出現(xiàn)無法喚醒BCM和遙控功能不靈敏的現(xiàn)象且在汽車的不同角度按壓RKE按鍵遙控距離會不一樣，在汽車前方的遙控距離會大于后方的遙控距離。從以上問題出發(fā)理論分析導致BCM無法可靠喚醒的原因有以下幾個方面：

表1 BCM無法可靠喚醒的原因

3 故障點排查

從所有的故障件中隨機抽取4只BCM故障件，對以上可能導致BCM無法近距離喚醒的原因依次進行分析與測試。先對天線進行排查，天線末端露出PCB的理論長度要求小于3mm，但實際測量時發(fā)現(xiàn)均大于3mm（如表2所示）。將其末端露出PCB的長度剪短并用2只RKE依次對每只BCM進行遙控距離測試，每次測試完后更換RKE電池并測量其電壓值其電壓值均大于供電電壓2.7V，根據(jù)測試結果發(fā)現(xiàn)依然會出現(xiàn)無法執(zhí)行遙控功能和遙控不靈敏的現(xiàn)象，由以上結論得知可排除天線末端露出PCB板長度和供電電壓過小對BCM無法可靠喚醒的影響。在排查車身鈑金對BCM無法可靠喚醒的影響時發(fā)現(xiàn)，鈑金的厚度對BCM的遙控距離有很大的影響，鈑金越厚BCM的遙控距離越近。

表2 天線末端露出PCB的長度

下面將從硬件和軟件設計兩個角度對故障進行排查，RF接收模塊采用的是英飛凌DTA5210高頻接收芯片，此芯片晶振的理論計算值為：

=( 433.92MHZ-10.7MHZ)/64=6.6128MHZ

4只故障件RF模塊選用的晶振值均為6.6128MHZ，并利用信號發(fā)生器對4只故障件的靈敏度進行測試，測試值分別為-94dBm、-96.5 dBm、-94.7 dBm、-97.3 dBm，由以上晶振的選用值和測試的靈敏度可知晶振與接收靈敏度均符合要求可排除其對BCM無法可靠喚醒的影響。在對軟件代碼排查時發(fā)現(xiàn)RKE發(fā)送數(shù)據(jù)的前導碼為72*300us=21.6ms，而BCM的喚醒掃描周期為100+6=106ms，21.6<106，若21.6ms剛好落在6ms檢測時間之外將會導致BCM無法檢測到有效的前導碼而無法去執(zhí)行遙控功能。當出現(xiàn)無法執(zhí)行遙控功能時采用示波器去分別捕獲RKE發(fā)送數(shù)據(jù)腳（如圖2）和RF接收模塊數(shù)據(jù)腳（如圖3）的波形，同時用頻譜分析儀測量RKE的工作頻率（如圖4）。從圖2可以看出RKE發(fā)射端的波形正常，而圖3接收端起始位的占空比已經(jīng)失真，從圖4可以看在我們使用頻率433.92MHz的B點附近出現(xiàn)外部干擾信號A。

圖2 RKE數(shù)據(jù)腳波形圖

圖3 RF接收模塊數(shù)據(jù)腳波形圖

綜合以上的分析與測試結果可以得出，導致RKE無法可靠喚醒BCM原因可能有以下兩個：RKE前導碼時間與BCM的喚醒周期匹配不佳和RKE的發(fā)射數(shù)據(jù)受到了外部干擾。

圖4 外部干擾頻率

4 BCM無法可靠喚醒改善方案

4.1 匹配RKE前導碼時間與BCM喚醒周期方案設計

圖5 前導碼拉長為108ms波形圖

通過對軟件代碼進行分析，由于RKE前導碼時間與BCM喚醒周期不匹配，BCM檢測到有效的前導碼的概率降低從而導致遙控不靈敏的現(xiàn)象出現(xiàn)?，F(xiàn)將數(shù)據(jù)流的前導碼的時間延長并覆蓋BCM的整個掃描喚醒周期，無論在BCM掃描喚醒周期的任何時間按下RKE按鍵都能使6ms的檢測時間檢測到有效的前導碼，從而增大BCM的喚醒概率。通過分析代碼實際情況決定將前導碼的實際長度拉長為357*300 us=107.1ms（如圖5所示）。

4.2 軟件優(yōu)化同步碼抗干擾方案設計

圖6 優(yōu)化同步段為0xaa55后的波形圖

從上圖3可知RF數(shù)據(jù)流的起始位的占空比嚴重失真，此時在RKE的工作頻率433.92MHz附近存在外部干擾信號。據(jù)此可以分析出起始位占空比失真主要原因是由于同步碼采用的3ms低電平的方式，此方式很容易受到了外界信號的干擾BCM會把干擾信號誤檢測為始位，即使后面的數(shù)據(jù)完全正確也會導致整包數(shù)據(jù)錯誤，最終導致BCM不能接收到正確的數(shù)據(jù)從而不能執(zhí)行遙控功能。通過分析同步碼應該采用滿足曼徹斯特碼編碼要求的數(shù)據(jù)，此方式有較強的抗干擾能力，因此同步碼應由3ms低電平更改為符合曼徹斯特碼編碼的0xaa55。同步碼數(shù)據(jù)編碼方式更改前，按一次遙控鑰匙按鍵RKE發(fā)送四幀同樣的數(shù)據(jù)，更改后第一幀幀發(fā)送107ms前導碼、同步頭為0xaa55、1bit起始位、64it數(shù)據(jù)，其余三幀發(fā)送2byte的前導碼、同步頭為0xaa55、1bit起始位、64it數(shù)據(jù)。因為每次按下按鍵后第一幀數(shù)據(jù)喚醒BCM的概率比較大，因此第一幀的前導碼的時間較長。

4.3 硬件增加SAW抗干擾方案設計

起始位占空比失真是除了可能是軟件的抗干擾能力差還有可能是硬件的抗干擾能力差，現(xiàn)從硬件的角度提出增加SAW濾波器的抗干擾方案。在RF接收模塊采用B3721SAW濾波器過濾掉臨近雜波或者二次諧波，防止雜波或者二次諧波對RKE發(fā)射模塊發(fā)射的信號進行干擾。濾波電路如圖7所示，主要由SAW濾波電路、為RF_ON提供使能的差分電路和信號放大電路組成。當天線接收到RKE發(fā)射過來的高頻信號后通過SAW濾波器，因濾波器制造商采用濾波器中心頻率兩邊0.5 dB、1 dB或3 dB衰減點來定義通頻帶的方法，因此在SAW濾波電路后應該有放大電路對信號進行放大，經(jīng)過過濾及放大后的信號通過DTA5210的第3腳將高頻信號傳送給DTA5210。

圖7 增加SAW濾波器的RF接收模塊

放大電路是由英飛凌BFP460三極管及其它器件組成的放大電路對信號進行放大。提高放大的穩(wěn)定性是保持信號完整性的前提，造成放大器的靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的主要原因是晶體管參數(shù)的變化，而晶體管參數(shù)的變化最終都反映在IC或者IE上。為了提高電路的穩(wěn)定性和成批生產(chǎn)時的一致性，必須盡量減少工作電流對晶體管的參數(shù)的依賴性。發(fā)射極電阻RE可用于提高電路的穩(wěn)定性，利用發(fā)射極電阻RE的電流負反饋作用可使電路穩(wěn)定。采用BFP460 在發(fā)射極集成RE達到穩(wěn)定效果。

5 測試方法及結果

5.1 測試方法

本測試主要分為硬件增加SAW濾波器+前導碼延長為108ms和軟件將同步碼優(yōu)化為0xaa55+前導碼延長為108ms兩種情況，測試時以22.5°為步長進行環(huán)繞測試，從而驗證兩種方案對RKE的抗干擾性能的影響。將所有喚醒源關閉，觀察電源的電流降至0.01A時，由遠（BCM無響應）到近（BCM響應）按壓RKE開鎖，如果有響應就等待BCM再次進入睡眠后再次按壓RKE開鎖，如此循環(huán)10次。確認開鎖有效后然后驗證閉鎖并循環(huán)10次，驗證閉鎖方法同開鎖，對多只BCM進行同樣的測試。

5.2 測試結果

圖8 軟件優(yōu)化后遙控距離雷達圖

經(jīng)過大量測試得出，硬件增加SAW濾波器+前導碼拉長為108ms的方案對BCM無法可靠喚醒的問題基本沒有改善。而將軟件同步段優(yōu)化為0xaa55+前導碼拉長為108ms的方案對BCM無法可靠喚醒的問題有了很大的改善基本可以達到客戶的要求，實際測量遙控距離值如圖8所示。遙控距離大于20米以20米記錄，不足20米記錄實際距離，下圖紅色區(qū)域為遙控距離不能達到20米。由于BCM安裝在車身右前方在車身后方測試時車上的鈑金會對遙控信號有一定的屏蔽作用，因此車后方的遙控距離小于前方的遙控距離。

6 結論

首先理論分析了導致BCM無法可靠喚醒的各種原因，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)RKE起始位受到了外部信號的干擾而失真，然后提出了增加SAW濾波器和將同步碼由3ms的低電平優(yōu)化為能用曼徹斯特碼方式編碼的0xaa55兩種改善BCM遙控距離的方案。對此兩種方案進行實車測試，在同樣的外界條件下對比兩種方案的測試結果，通過分析對比測試結果可以發(fā)現(xiàn)軟件同步頭優(yōu)化后的方案極大改善了BCM無法可靠喚醒的問題，而增加SAW濾波器的硬件方案和沒有增加SAW濾波器時的遙控距離基本沒有發(fā)生變化。因此，可以得出優(yōu)化同步碼的軟件方案對于RKE系統(tǒng)的抗干擾改善具有很重要的作用。

[1] 黃未棟.車輛 RKE/PKE 系統(tǒng)抗干擾,安全性及智能化研究[D]上海:上海交通大學2014.

[2] 李國慶.車身控制器遙控接收靈敏度問題淺析[J]汽車電器2013(4): 50-52.

RKE does not reliably awakens the BCM problem analysisand improvement

Fang Qiu1,2, Wang Shunwei1, Zhou Peng1

（1.Mechanical and Automobile Engineering School, Xiamen University of Technology, Fujian Xiamen 361024; 2.Fujian Bus and Special Vehicle Cooperate Research Center, Fujian Xiamen 361024）

Referring to the problem that the RKE can’t reliably awake the BCM for a car, we have conducted extensive tests to its fault under the simulated real-vehicle installation environment. We summarized the main reasons for the inreliably to wake up from two aspects, which is theoretical analysis and practical tests. And we proposed a software programme and a hardware programme to solve this problem. In the end, the real vehicle test proveded that the optimized synchronization code can solve this problem.This article focuses on the entire process from troubleshooting to solving problems.

RKE; Anti-jamming; Synchronization code

B

1671-7988(2018)16-47-04

U467.3

B

1671-7988(2018)16-47-04

CLC NO.: U467.3

方遒（1967-）男，福建漳州人，教授，高級工程師，碩士，研究方向：汽車電子技術研究及產(chǎn)品開發(fā)。

王順偉，男，湖北襄陽人，碩士研究生，研究方向：汽車電子控制技術。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.017