专利名称：一种用于汽车无钥匙进入和启动系统的车内控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车无钥匙进入和启动系统(PEPS)，更具体地涉及汽车无钥匙进入和启动系统中的天线布置。
背景技术：
常见的汽车启动控制主要采用机械锁旋钮的模式，此种模式使用机械锁的四个档位(0FF/ACC/IG/ST)，人为地控制整车电源系统来实现整车启动。不同的档位，通过内部不同的机械连接与线束连接，接通不同的开关，控制不同的继电器，从而控制不同的电源目标。目前的机械锁无法满足当前对智能化操作日益广泛的需求，譬如无法对整车电源进行远程控制。在某些紧急情况下，驾驶员由于精神紧张或者对点火钥匙插口不熟悉，往往要花 费很大功夫才能将车钥匙插入机械锁口来启动车辆。由此，汽车无钥匙启动系统应运而生，其目的是避免人们开车启动时插钥匙的麻烦，以满足人们对操作便利性的要求。在实践中，通常会将这种无钥匙启动系统与无钥匙进入系统结合在一起，其中无钥匙进入系统已在汽车领域中被使用了多年并且目前仍然是汽车防盗和进入系统的主流产品。这种结合的无钥匙进入和启动系统有时被称为智能钥匙系统，其采用射频识别技术(RFID)，通过车主随身携带的车钥匙内所携带的RFID芯片感应自动开关门锁，也就是说当车主走近车辆一定距离时，门锁可以自动打开并解除防盗；当车主离开车辆时，门锁可以自动锁上并进入防盗状态。当车主进入车内时，车内检测系统会马上识别车钥匙内的RFID芯片，这时只需例如轻轻按动启动按钮(或旋钮)，就可以正常启动车辆。因此，车主在整个驾车过程中都完全不需要使用钥匙，而只需要将车钥匙随身携带。在图I中示出了现有的汽车无钥匙进入和启动系统。目前的系统为了能够检测车内是否有钥匙并且基于检测结果来决定是否启动汽车，在乘客座舱内布置了三根低频发射天线d、e和f :分别位于仪表板下面、中控台后端和后排座椅中间后面的位置。这三根低频天线都是单向发射的，覆盖范围约为1-2米，如果钥匙在天线覆盖范围内，接收到该低频信号后通过发射高频信号与防盗系统进行防盗系统认证。同时为了保证在钥匙电量过低时也能够启动车辆，在该系统中还会设计一个备用的低频天线g作为防盗天线，该天线与防盗基站相连，其可以发射也可以接收，但是功率较小，通信距离在5-30毫米，通过此天线与车钥匙进行低频通信，可以保证在钥匙电量过低时防盗系统能够通过备用低频天线和钥匙进行防盗认证。这种情况下，用户只需要手持钥匙放在固定位置(例如凹槽)，钥匙就可以跟基站建立通讯，进行身份认证来启动引擎。从图I中可见，目前系统中汽车端的控制装置结构相对复杂，成本较高，多用于高档汽车内。但随着汽车的广泛普及，越来越多各种类型的汽车将采用这种无钥匙进入和启动系统，对于低成本的汽车无钥匙进入和启动系统有很大的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于通过改变现有的汽车无钥匙进入和启动系统中的天线设置，使得这样的智能钥匙系统的结构更加简单，从而能够以更低的成本制造，最终使得整车的成本下降。为实现上述目的，本发明提供了一种用于汽车无钥匙进入和启动系统的车内控制装置，所述车内控制装置被布置在汽车的乘客舱内。所述车内控制装置包括射频接收单元，其具有射频信号接收器和与所述射频信号接收器耦合的接收天线；防盗认证单元，其具有防盗基站和与所述防盗基站耦合的防盗天线；以及微控制器单元，其与所述射频接收单元和所述防盗认证单元通信，其中当汽车钥匙的电量正常时，所述防盗天线以第一功率对汽车钥匙进行钥匙检测，并且当汽车钥匙的电量不足时，所述防盗天线以第二功率对汽车钥匙进行防盗认证。优选地，所述第一功率大于所述第二功率。在一些实施例中，所述防盗天线被布置在汽车仪表板的空调出风口附近。在另一些实施例中，所述防盗天线被布置在汽车中控台扶手周围。在一些实施例中，所述装置还包括低频发射单元，其具有低频驱动器和与所述低频驱动器耦合的至少一根低频天线，并且所述微控制器单元与所述低频发射单元通信。当汽车钥匙电量正常时，所述防盗天线与所述低频天线一起向所述汽车钥匙发射低频信号以执行钥匙检测。在一些实施例中，所述低频发射单元包括两根或两根以上低频天线。在一些实施例中，所述防盗天线为发射功率可调的低频天线。在一些实施例中，所述低频信号的频率为125kHz。在一些实施例中，以第一功率进行钥匙检测的覆盖范围为1-2米。在一些实施例中，以第二功率进行防盗认证的覆盖范围为5-30毫米。在一些实施例中，所述防盗认证采用IMMO防盗认证方式。本发明还提供了一种汽车无钥匙进入和启动系统，所述系统包括前述车内控制装置中的任何一种。
本发明将现有系统中的低频发射天线和备用防盗认证低频天线复用，使得同一低频天线即可以用于汽车钥匙电量过低时的防盗认证，也可以用于正常情况下的钥匙检测，从而大大简化了汽车无钥匙进入和启动系统目前的车内控制部分的结构，并且由此显著降低了该系统本身以及整车的成本。
以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。其中图I是现有技术的汽车无钥匙进入和启动系统的示意图；图2是根据本发明的第一实施例的汽车无钥匙进入和启动系统的示意图。图3是根据本发明的第一实施例的车内控制装置的工作流程图。图4是根据本发明的第二实施例的汽车无钥匙进入和启动系统的示意图。图5是根据本发明的第二实施例的车内控制装置的工作流程图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，以下结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。需要说明的是，附图中的各结构只是示意性的而不是限定性的，以使本领域普通技术人员能够最佳地理解本发明的原理，其不一定按比例绘制。
图2是根据本发明的第一实施例的汽车无钥匙进入和启动系统的示意图。图中左侧为目前常见的钥匙端结构，其通常具有连接三维(3D)天线的低频接收前端(LFFront End)。在图2所示的智能钥匙系统中，钥匙端配有3D低频天线以接收检测外部空间的3D能量场强，通过叠加3个方向上的能量可以保证钥匙在任何角度都能检测到同样的场强。另外，其中一个方向的天线还被复用于防盗认证功能，例如IMMO防盗认证功能，从而实现无电模式下的引擎启动。所谓IMMO防盗认证方式就是利用发动机防盗锁止系统(Immobilizer)对汽车钥匙进行防盗认证，从而防止汽车被盗。对于装有发动机防盗锁止系统的汽车，即使盗车者打开车门也不能启动发动机开走汽车。在具体实现时，汽车钥匙芯片内都装有固定的ID，只有钥匙芯片与发动机的ID相匹配时，汽车才能启动。如果不一致，则发动机无法启动。下面将结合IMMO防盗认证方式来描述本发明所提供的车内控制装置及使用其的汽车无钥匙进入和启动系统。在图2的右侧示出的是本发明所提供的用于汽车端的车内控制装置。如图所示，该装置包括射频接收单元，该单元具有射频信号接收器6和与所述射频信号接收器耦合的 接收天线。该射频接收单元典型地工作在315MHz或434MHz频率上。在实践中，射频频段也可以采用更高频的868MHz或915MHz。不管是在哪种频率下，射频接收单元均应当能够快速准确地接收从钥匙端所发射的高频信号。所述车内控制装置还包括防盗认证单元，该单元具有防盗基站和与所述防盗基站耦合的防盗天线h。引擎防盗认证单元一般是低频通讯模块(125kHz)，用来实现跟钥匙的近距离通讯，并且发动引擎。不同于一般情况下，防盗天线仅被用作车内的备用低频天线。在本发明的第一实施例中，该防盗天线h除了在钥匙电池耗尽或者有意外干扰无钥匙系统导致无法正常工作时被使用以外，也被用于大部分正常工作的场景。天线g可以采用功率可调的天线，因为正常工作情况下的低频发射与非正常情况下的低频通信所要求的发射功率是不同的。可以通过该装置所包括的微控制器单元(MCU)根据实际情况来调节天线h的发射功率，MCU可以与射频信号接收器6通信，以根据发射自汽车钥匙的射频信号中所携载的信息来控制汽车的启动。MCU也可以与防盗基站8通信，根据外部触发信号来控制何时需要启用基站8的防盗功能，以及向该基站传送指令使得天线h以规定的发射功率操作防盗天线h —般地可以与钥匙端的天线a、b、c耦合，并且在特定情况下可以向它们提供磁场能量。如在背景技术中所提到的，现有系统在车内不同位置处布置多根低频天线以在钥匙处于不同位置时均能与天线a、b、c耦合。在本实施例中对单一的防盗天线进行复用，其优选地可以被布置在仪表板空调出风口附近或者中控台扶手周围，在这些位置可以便于用户在钥匙电量过低时进行紧急启动，也有利于该单根天线所发射的低频信号对汽车座舱范围的覆盖。优选地，全向天线或者能够根据座舱区域定向的天线可以被用作防盗天线h，但应理解的是能够实现本发明所述的功能的任何类型的天线均可以被使用。另外，天线h必须是能够进行双向收发操作的天线，以便于执行防盗认证过程。在图3中示出了根据本发明第一实施例的车内控制装置的工作流程。首先，例如当车主拉动车门或按下一键启动按钮，相应的模块会发送中断信号来唤醒主控的MCU，也即车内控制装置会被触发，由此开始整个通讯过程。低频发射和射频接收是无钥匙系统的基本通讯链路。如前所述，低频发射一般采用125kHz，从汽车端向钥匙端发送；射频接收一般采用315MHz或434MHz，由钥匙端向汽车端发射。125kHz的信号对距离比较敏感，因此可以实现精确的距离检测，起到关键的定位作用。射频则采用传统无钥匙进入(RKE)的频段，一方面兼容遥控钥匙的基本功能，更利用了其通讯速度快的优势。MCU收到中断信号之后，首先MCU可以向防盗基站发出使防盗天线h仅以第一功率发射低频信号的指令。该第一功率应当是使得天线h所发射的低频信号能够覆盖汽车座舱内空间的部分或全部的功率水平。在低频信号发出之后，MCU等待射频接收单元的反馈，即判断在预定时间内车内控制装置的射频信号接收器是否通过射频天线收到发射自汽车端的高频信号。举例来说，该预定时间可以是大约IOOms 200ms。当钥匙的电量正常时，其在收到来自汽车端的低频信号后将立即通过射频信号发射器I向车内控制装置中的射频天线反馈高频信号。如果MCU在预定时间内从射频信号接收器6收到来自钥匙的高频反馈，则MCU对接收数据进行处理。在确认汽车钥匙身份有效并且安全的情况下，该MCU将传送发动汽车引擎的指令给整车控制系统。相反地，如果在等待预定时间之后没有收到高频反馈，则MCU将向防盗基站发出执行IMMO防盗认证过程的指令。由此，防盗基站通过天线h以第二功率发射低频信号开始认证过程。在这种情况下，用户需要将钥匙放到靠近防盗天线h的位置，以便于通过执行该认证过程来启动汽车。由于此时所进行的无线通信在近距离范围中发生，因此该第二功率可能远远小于正常情况下发射所需要的第一功率。但在一些情况下，该第二功率也可能与第一功率相等。当钥匙就位时，其将感应所述低频信号，并且通过该信号为其自身充电。凭借从汽车端获得的能量，置于钥匙中的IMMO前端3将首先通过天线c发送其ID号，而防盗基站8通过天线h对这些数据进行接收并且将它们传递给MCU以进行防盗认证。为了提高安全性，每次发送的信号都是经过加密的数据。经过必要的信息交换之后，如果MCU确定钥匙通过验证，则其将传送发动汽车引擎的指令给整车控制系统。如果钥匙没有通过验证，则可能重新开始验证过程或者触发警报。在本发明的第一实施例中，由于对防盗天线h进行了复用，常规的低频发射单元可以被省略，从而大大降低了汽车无钥匙进入和启动系统的制造成本，同时也使得车内控制装置的结构简化，避免了不必要的信号干扰及辐射。图4是根据本发明的第二实施例的汽车无钥匙进入和启动系统的示意图。图5是根据本发明的第二实施例的车内控制装置的工作流程图。从图4中可以看出，与第一实施例相比，该实施例中的汽车端车内控制系统增加了低频发射单元，该低频发射单元具有低频驱动器7和与所述低频驱动器耦合的低频天线d和e，并且其也可以与MCU通信。如图5所示，防盗天线h以与第一实施例中所述的相同的方式操作，即在正常情况下被用于发射低频信号对汽车钥匙进行检测，而在钥匙电量不足或其他异常情况下被用于对其进行近距离防盗验证。不同于第一实施例的是，在MCU的控制下，所述低频发射单元中的天线d和e将与防盗天线h —起在汽车钥匙正常工作时发射低频信号。举例来说，这两根低频天线可以分别被布置在中控台后端和后排座椅中间的后面，由此能够全方位地感测汽车钥匙的位置。天线d和e可以是仅能够单向发射的低频天线。由于这种布置相当于有三根低频发射天线各自负责座舱范围的一部分，因此它们在进行低频发射时所需要的功率与前述实施例中的第一发射功率相比可以相对较小。但是，这三根天线在进行低频发射时各自的发射功率可以是不同的。另外，MCU可以发送命令使得这三根天线在进行低频检测时轮流工作，以避免信号间的干扰。、
虽然在本发明的第二实施例中也采用了常规的低频发射单元，但是由于对防盗天线h进行了复用，与现有技术相比至少省去了一根低频发射天线，同样显著降低了汽车无钥匙进入和启动系统的制造成本，并且简化了车内控制装置的结构。以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域 的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。
权利要求
1.一种用于汽车无钥匙进入和启动系统的车内控制装置，所述车内控制装置被布置在汽车的乘客舱内，其特征在于，所述车内控制装置包括 射频接收单元，其具有射频信号接收器和与所述射频信号接收器耦合的接收天线； 防盗认证单元，其具有防盗基站和与所述防盗基站耦合的防盗天线；以及 微控制器单元，其与所述射频接收单元和所述防盗认证单元通信；其中 当汽车钥匙的电量正常时，所述防盗天线以第一功率对汽车钥匙进行钥匙检测，并且当汽车钥匙的电量不足时，所述防盗天线以第二功率对汽车钥匙进行防盗认证。
2.如权利要求I所述的车内控制装置，其特征在于，其中所述第一功率大于或等于所述第二功率。
3.如权利要求I所述的车内控制装置，其特征在于，所述防盗天线被布置在汽车仪表板的空调出风口附近。
4.如权利要求I所述的车内控制装置，其特征在于，所述防盗天线被布置在汽车中控台扶手周围。
5.如权利要求I所述的车内控制装置，其特征在于，所述装置还包括低频发射单元，其具有低频驱动器和与所述低频驱动器耦合的至少一根低频天线，并且所述微控制器单元与所述低频发射单元通信。
6.如权利要求5所述的车内控制装置，其特征在于，当汽车钥匙电量正常时，所述防盗天线与所述低频天线一起向所述汽车钥匙发射低频信号以执行钥匙检测。
7.如权利要求5所述的车内控制装置，其特征在于，其中所述低频发射单元包括两根或两根以上低频天线。
8.如权利要求I所述的车内控制装置，其特征在于，其中所述防盗天线为发射功率可调的低频天线。
9.如权利要求I所述的车内控制装置，其特征在于，所述低频信号的频率为125kHz。
10.如权利要求I所述的车内控制装置，其特征在于，以第一功率进行钥匙检测的覆盖范围为1-2米。
11.如权利要求I所述的车内控制装置，其特征在于，以第二功率进行防盗认证的覆盖范围为5-30毫米。
12.如权利要求I所述的车内控制装置，其特征在于，其中所述防盗认证采用IMMO防盗认证方式。
13.一种汽车无钥匙进入和启动系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-12所述的车内控制装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于汽车无钥匙进入和启动系统的车内控制装置，所述车内控制装置被布置在汽车的乘客舱内。所述车内控制装置包括射频接收单元，其具有射频信号接收器和与所述射频信号接收器耦合的接收天线；防盗认证单元，其具有防盗基站和与所述防盗基站耦合的防盗天线；以及微控制器单元，其与所述射频接收单元和所述防盗认证单元通信；其中当汽车钥匙的电量正常时，所述防盗天线以第一功率对汽车钥匙进行钥匙检测，并且当汽车钥匙的电量不足时，所述防盗天线以第二功率对汽车钥匙进行防盗认证。本发明还提供了使用该装置的汽车无钥匙进入和启动系统。使用本发明所提供的车内控制装置，可以大大降低汽车无钥匙进入和启动系统及整车的成本。
文档编号B60R25/04GK102733674SQ20111008302
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者廖兵该, 李志刚, 汪清平, 胡乃杰, 郝飞 申请人:上海汽车集团股份有限公司