Akıllı arabaların eğilimi karşı konulmaz olsa da, otomobil üreticileri elektronik bileşen sıkıntısının sıkıntısına yakalandı. Kullanıcılar için akıllılığın en hızlı ve etkileyici kanıtı olan PEPS （Pasif Giriş ve Pasif Başlatma） sistemi artık yalnızca üst düzey otomobiller için yüksek profilli bir özellik değildir. Özellikle gelişmekte olan markalar olmak üzere birçok otomobil üreticisi tarafından orta seviye ve hatta ekonomik modellere tanıtıldı. 2022'nin ilk yarısında EV satışlarının yüzde 100'den fazla büyümeye tanık olduğu Çin pazarında, BYD, GAC Aion, Geely, Nio, Xpeng ve Li Auto gibi büyük elektrikli otomobil üreticileri temelde tüm modellerini PEPS ile donattı .

Bu ECU biz sürücüleri sessizce sersemletirken, yapımının izini ve geleceğinin beklentisini araştırmayı hiç düşündük mü? Yola çıkalım.

PEPS, sürücülere, etkinliği manuel olarak açmadan araca güvenli bir şekilde girme deneyimi sağlar. Aracın motoru ve HVAC sistemi, sürücü veya yolcular araca girmeden önce uzaktan çalıştırılabilir. Tüm yolcular arabayı terk ederken, PEPS arabayı otomatik olarak kilitleyecektir. Bu sayede araç kullanıcıları, güvenlik güvencesi ile pasif girişin rahatlığını yaşarlar. Adını “pasif” olarak koymamızın nedeni bu olsa gerek.

Dün: RKE ve PKE

Şu anda, ana akım PEPS çözümleri, Bluetooth Low Energy (BLE), NFC, RFID (Yüksek Frekans ve Düşük Frekans) vb. gibi kablosuz teknolojileri entegre ediyor. Peki, nasıl çalışıyorlar? Bugünden itibaren hikaye anlatsak hazmedilmesi zor olur. O zaman neden düne dönmüyoruz？

1990'ların sonunda, bazı ileri teknoloji otomobil modelleri, uzaktan anahtarsız giriş (RKE) sisteminde aşamalı olarak, düşük frekanslı RFID'ye (125KHz) dayalı önceki IMMO (immobilizer) çözümüne göre bir evrim geçirdi. PEPS'nin öncülü olarak, RKE, kullanıcı kimliğini doğrulamak için UHF (ultra yüksek frekanslı) sinyallerini aracın BCM'sine (gövde kontrol modülü) bağlı bir RF alıcısına iletmek için anahtarlığa sahiptir. Kimlik doğrulandıktan sonra sistem, BCM tarafından yürütülen bir kapı açma/kapama eylemi gerçekleştirecektir. Şekil 1'de gösterildiği gibi böyle bir tek yönlü doğrulama mekanizması, bir casus filminde önceden ayarlanmış bir şifre olarak yorumlanabilir. Ziyarete gelen bir gizli ajan bir toplantı yerine geldiğinde, böyle bir şifreyi konuşmalı veya göstermelidir. Şifre doğruysa, içeri girmesine izin verilecektir. Bu mekanizmanın dezavantajı, düşman sızıp şifreyi aldıktan sonra,

Şekil 1. RKE'nin Çalışma Mekanizması

RKE çözümü, 315 MHz (ABD, Çin ve Japonya vb.), 433.92 MHz (Avrupa, Çin) ve 868 MHz (Avrupa'da）) frekans bantlarını benimser. Sinyal modülasyonu açısından, çoğu ülke ASK'yı (genlik kaydırmalı anahtarlama) kullanır. ) modu, Japonya ise FSK (frekans kaydırmalı anahtarlama) modunu benimser.Silicon Labs, Maxim, Microchip ve NXP gibi IC satıcılarının bu alanda teklifleri vardır.

21. yüzyılın başlarında, insanlar RKE'nin tek yönlü doğrulama mekanizmasını, doğrulamanın artık anahtarlık sahibi yani sürücü tarafından başlatılmadığı PKE (pasif anahtarsız giriş) sistemi adı verilen iki yönlü bir mekanizmaya yükseltti. BCM'ye bağlı bir düşük frekanslı verici tarafından başlatılır. Bir arabanın kapıları kapanıp kilitlendiğinde, arabada yerleşik bir kablosuz modül, belirli bir aralıkta bir yanıtlayıcı (anahtarlıkta yerleşik) aramak için sürekli olarak düşük frekanslı (125KHz) sinyaller yayınlayacaktır. Modül bir yanıtlayıcı bulduğunda, kodu ikincisini uyandıracaktır. Modülün LF kısmı uzun süre geri besleme sinyalleri almadıysa, güç tüketimini azaltmak için uyku moduna girecektir. Anahtarlıktaki yanıtlayıcı bir uyandırma sinyali aldığında, yüksek frekanslı (yani, 433MHz) sinyaller üzerinden yuvarlanan kodlanmış bir datagram gönderecektir. Yerleşik modül datagramın kodunu çözdükten ve kavradıktan sonra, araca belirli işlemleri başlatması talimatını verecektir. Böylece, RKE ile karşılaştırıldığında, PKE tarafından benimsenen doğrulama mekanizmasının iki yönlü bir mekanizma olduğunu görebiliriz, bkz. Şekil 2.

Şekil 2. PKE'nin Çalışma Mekanizması

Örnek olarak casus filmlerinde gizli ajanların buluşmasını almaya devam edelim. İki yönlü bir doğrulama mekanizmasında, ev sahibi gizli ajan, yoldaşının ziyaret etmesini beklemez, bunun yerine yanına bir şifre koyar (örneğin, özel bir sembolle bir sütunu işaretlemek veya verandaya belirli bir bitki koymak) , yoldaşı bu şifreyi fark ettikten sonra ev sahibi gizli ajanı ziyaret ettiğinde. Yoldaş kapıyı çaldığında, birbirlerinin kimliklerini doğrulamak için önceden ayarlanmış başka bir şifre kullanacaklar. Hareketliliğin buluşma noktaları için böyle bir mekanizma proaktif ve daha güvenlidir.

PKE neslinin pasif anahtarsız giriş mekanizması yukarıda bahsedilen IMMO ile entegre olurken, pasif giriş ve pasif çalıştırma deneyimini gerçekleştiriyoruz. Böylece 2003 yılında, PEPS'nin erken bir modu sahneye çıktı.

Bugün: Bluetooth PEPS Yaygın

Ancak, dijitalleşmenin hızı hiç durmadı. PEPS'in erken modunun ortaya çıkışından sonraki on yılda, akıllı telefonlar yaygın olarak benimsendi. Günümüzde, günlük hayatımızda kimlik doğrulama için en kullanışlı araç haline geldiler. Böylece otomobil üreticileri akıllı telefonları PEPS senaryosuna dahil ettiler. Böylece bugün gördüğümüz PEPS ortaya çıktı.

Çağdaş PEPS çözümüne hangi özellikler entegre edilmiştir? Temel olarak, ana akım PEPS artık NFC ve Bluetooth'u dahil etti. Sürücü, girmek için arabanın B sütununun yanına bir NFC telefonu koyabilir. Hem anahtarlığı hem de akıllı telefonu cebe sokma derdini ortadan kaldırdı. Ancak Bluetooth'u PEPS'e dahil etmek daha devrim niteliğindedir. Öncelikle Bluetooth akıllı telefonlarda %100 penetrasyon oranına sahip olduğundan, kullanıcıların PEPS uyumluluğu için hangi modeli seçeceklerini düşünmelerine gerek kalmıyor. İkinci olarak, Bluetooth'un yüksek frekans, frekans atlama mekanizması ve güçlendirilmiş güvenlik mekanizması, UHF/LF güvence mekanizmasına kıyasla daha fazla güvenlik ve güvence sağlar. Ayrıca Bluetooth'un mesafe ve konum belirleme özelliği, kapıyı açma/kapama zamanlaması için çok yardımcı olur, sürücüyü takip ederek arabayı kaçırma olasılığını önemli ölçüde azaltır. Bluetooth ayrıca, sahibinin bir Uygulamayı kullanarak başkalarının araca erişmesine veya arabayı kullanmasına izin vermesini kolaylaştırır ve aile üyeleri ve arkadaşlar arasında uzaktan araba paylaşımını mümkün kılar. Böyle bir mekanizma aynı zamanda araç kiralama hizmetlerine ve toplu kendi kendine giden araç paylaşım hizmetlerine de yardımcı olur.

Bluetooth menzil ve konumlandırmanın hassas seviyesi yarım metreye veya bir metreye ulaşabilir. RSSI yöntemini ve AoA yöntemini içerir. Daha az doğru olan birincisi, 1~5 metrelik bir hassasiyet seviyesi sunar. Daha doğru olan ikincisi, yarım metrelik bir hassasiyet seviyesi sunar.

RSSI Teknolojisi Giriş Seviyesini Gerçekleştirmeye Yardımcı Olur Bluetooth PEPS
RSSI (Alınan Sinyal Gücü Göstergesi), radyo sinyalinin menzildeki zayıflama derecesine göre kat ettiği mesafeyi hesaplayabilen bir teknolojidir. Böylece sistem trigonometrik hesaplama ile konumu hesaplayabilir.

Radyo sinyali yol alırken, belirli bir mesafeden veya çeşitli engellerle karşılaştıktan sonra gücü azalır. Bu tür bir zayıflama, farklı durumlarda farklı ölçüde meydana gelir. Algoritmanın kesinlik seviyesini dolaylı olarak aşındırdı. Bu nedenle RSSI yalnızca kısa mesafede iyi çalışır. Hala ucuz dağıtım ve düşük güç tüketimine sahip olduğu için RSSI, giriş seviyesi Bluetooth PEPS için benimsenmiştir. En ucuz çözüm, arabanın A sütununun içine yalnızca bir Bluetooth baz istasyonu yerleştirir. Çözüm, kullanıcının akıllı telefonu ile A sütunu arasındaki mesafeyi hesaplayarak kapıyı açıp kapatmayacağına karar verir. Şekil 3'e bakın.

Şekil 3. Giriş Seviyesi Bluetooth PEPS Şeması (RSSI Tek İstasyon)

Ana PEPS'i Gerçekleştirecek AOA Teknolojisi

Bluetooth 5.1 sürümünde tanıtılan AoA (Varış Açısı) adlı bir özellik, Bluetooth konumlandırma hizmetinin kesinlik düzeyini iyileştirdi. AoA çözümünde (bkz. şekil 4), akıllı telefon gibi bir verici periyodik olarak özel bir sinyal gönderir. Vericinin sinyali gönderdiği açıyı hesaplamak amacıyla faz analizi için sinyali almak üzere arabadaki bir anten dizisi yerleştirilir. Çözüm, diğer araştırma yöntemleri ve ekipmanlarının desteğiyle, yaklaşık 0,5 metrelik bir hassasiyet seviyesiyle bir verici cihazın konumunu (mesafe ve yön) daha iyi değerlendirebilir.

Şekil 4. Bluetooth AOA Konumlandırma

Açıkçası, hassas konumlandırma seviyesini geliştirmek için AoA algoritmasına sahip birden fazla Bluetooth baz istasyonunun desteğine ihtiyacımız var. Bu nedenle, orta seviye modellerde, otomobil üreticileri Şekil 5'te gösterildiği gibi çok noktalı Bluetooth PEPS dağıtmayı seçiyor, ancak baz istasyonlarının tam sayısı ve yerleşim düzeni farklı otomobil modelleri için bir dereceye kadar farklılık gösteriyor.

Şekil 5．Genel Bluetooth PEPS Çözümü (AoA Konumlandırma)

Bluetooth PEPS arenasında en çok benimsenen SoC'ler arasında TI CC2640, Silicon Labs EFR32BG22 ve NXP KW36 vb. bulunur.

Yarın: UWB Umut Veriyor

Zaman ve PEPS'in inovasyonu asla hızını kesmez. UWB teknolojisi, daha yüksek güvenliği, daha hızlı tepki hızı ve santimetre düzeyinde konumlandırma doğruluğu ile otomobil üreticilerinin ürün inovasyon ekiplerinin dikkatini giderek daha fazla çekmiştir. 2019 yılında Car Connectivity Consortium (CCC), UWB'yi yeni nesil araç güvenlik erişim teknolojisi olarak listeledi ve UWB otomobillerde uygulanmaya başladı.

Haziran 2020'de IEEE, UWB güvenlik işlevlerini (PHY/RF düzeyinde) geliştirmek için UWB ile ilgili standartları (802.15.4z) güncelledi ve UWB'nin ana akım uygulama pazarına girmesinin yolunu daha da açtı. Temmuz 2021'de CCC Alliance, uyumlu mobil cihazlar aracılığıyla pasif anahtarsız giriş ve motorun çalıştırılmasını sağlamak için UWB ve BLE (Bluetooth) kablosuz teknolojisinin kombinasyonunu açıkça öneren CCC Digital Key 3.0 spesifikasyonunu resmen yayınladı.

Tablo 1. PEPS Konumlandırma Teknolojilerinin Karşılaştırılması

UWB için Konumlandırma Algoritmaları

UWB çözümleri için benimsenen nispeten olgun üç konumlandırma algoritması vardır: TOA (Varış Zamanı, varış zamanı), TDOA (Varış Zaman Farkı, varış zaman farkı) ve AOA (Varış Meleği, varış açısı) . Spesifik uygulama sürecinde, optimum konumlandırma performansını elde etmek için genellikle üç konumlandırma yöntemini entegre eden bir hibrit konumlandırma şeması kullanılır.

TOA, bir mobil terminal ile üç veya daha fazla UWB baz istasyonu arasındaki mesafeyi ölçerek konumlandırma elde etmek için dairesel bir konumlandırma yöntemi (bkz. Şekil 6) kullanır. Mobil terminalin konumu, üç daireyi bir noktada keserek belirlenebilir. Bununla birlikte, çoklu yol, gürültü ve diğer fenomenlerin varlığından dolayı, çoklu daire kesişemez veya kesişme bir nokta değil, bir alandır, bu nedenle aslında TOA konumlandırması nadiren tek başına kullanılır.

Şekil 6. TOA Konumlandırma Algoritması (Dairesel Konumlandırma Yöntemi)

TOA'ya göre bir gelişme olan TDOA, baz istasyonları arasında gerçekleştirilmesi kolay olan hassas senkronizasyon gerçekleştirir. Şekil 7'de gösterildiği gibi, mobil terminal ile baz istasyonları arasında hiçbir zaman senkronizasyonu söz konusu değildir. İlk önce mobil terminal ile baz istasyonu A arasındaki ve onunla baz istasyonu B arasındaki mesafe farkını hesaplayın. Mobil terminal bir hiperbol üzerinde olmalıdır. odak noktası olarak baz istasyonu A ve baz istasyonu B ile. Başka bir hiperbol grubu, mobil terminal ile baz istasyonu A ve baz istasyonu C arasındaki mesafe farkları ile elde edilebilir ve hiperbollerin kesişimi, mobil terminalin konumudur. Araç alanı aralığında, çok yol, gürültü vb.'nin etkisi de mesafe farkı aracılığıyla azaltılabilir.

Şekil 7 TDOA Konumlandırma Algoritması

AOA konumlandırma, varış açısını faz farkı ilkesine göre hesaplar ve konumlandırmayı gerçekleştirmek için yalnızca iki baz istasyonuna ihtiyaç duyar. Açısal çözünürlük sorunu nedeniyle, baz istasyonuna olan mesafenin artmasıyla konumlandırma doğruluğu azalır ve çoğunlukla kısa ve orta mesafelerde konumlandırma için kullanılır.

UWB PEPS Senaryosu
Araç sahibi akıllı anahtarı araca yaklaştırdığında araç BLE düğümü, akıllı anahtarın BLE sinyalini 80 metreye kadar bir mesafede algılayabilir. Araç BLE düğümü, gövde etki alanı denetleyicisini uyandırır ve gövde etki alanı denetleyicisi, karşılama ışığının yavaşça açılmasını kontrol eder, böylece karşılama durumuna girer. Aynı zamanda, araç UWB düğümü uyandırılır. Araç sahibinin taşıdığı akıllı anahtar ile araç arasındaki mesafe 10 m'den az olduğunda, araç UWB düğümü, konumlandırma algoritmaları ile gerçek zamanlı olarak sahibinin konumunu doğru bir şekilde algılayabilir. Bu sırada, mal sahibi otomatik olarak kapının kilidini açabilir ve sadece bir çekme işlemi ile açabilir. Ayrıca araçta NFC (yakın alan iletişimi) işlevi de bulunacak. Akıllı anahtarın devre dışı kalması gibi özel durumlarda, NFC, aracın kilidini açmak ve çalıştırmak için kullanılabilir. Uygulama mimarisi Şekil 8'de gösterilmektedir.

Şekil 8. CCC 3.0 Tarafından Belirtilen UWB PEPS Uygulama Mimarisi

UWB çipleri alanında, şu anda tanınan olgun üreticiler Apple, NXP Trimension ve QORVO Decawave'dir. Serbest bırakılan IC'leri arasında yalnızca NXP Trimension NCJ29D5, araç düzenlemelerinin gereksinimlerini karşılar.

Uzantı: Bio-Radar

Sürücüler için UWB PEPS deneyimi hem samimi hem de güvenlidir. Ancak, arabadaki yolcular aynı hissediyor mu? Genellikle evet, ancak bazı özel durumlarda hayır. Bazen onlara ağır gelir. Örneğin, sürücü araçtan indiğinde kapılar otomatik olarak kilitleniyor. Arabada yanlışlıkla bir bebek ya da tatlı bir evcil hayvan bırakılmış. Araba sürücüye alarm göndermeli mi? Kesinlikle gerekli! Neyse ki, UWB tarafından iyi bir şekilde ele alınabilir.

Ultra geniş bant kablosuz taşıyıcı iletişim teknolojisi olarak UWB, verileri iletmek için nanosaniyelik sinüsoidal olmayan dar darbeler kullanır. Bu teknoloji, UWB'nin olağanüstü radar işlevleri elde etmesini sağlar. Sıradan radarla karşılaştırıldığında, UWB radarının düşük güç tüketimi, milimetre düzeyinde çözünürlük, güçlü penetrasyon, güçlü anti-parazit yeteneği ve kısa menzilli algılama için uygun olması gibi birçok avantajı vardır. UWB, özellikle yaşam tespiti için uygundur. bir biyo-radar.

UWB bio-radar, insan veya hayvanların nefes alma ve kalp atışı gibi hayati belirtileri, canlı vücuda temas eden herhangi bir elektrot veya sensörle uğraşmadan uzaktan algılayabiliyor. PEPS sisteminin yalnızca insanları veya hayvanları arabaya kilitleme kazalarını önlemesine yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda sürücünün fizyolojik durumunu tespit eder ve sürücü sürüşte iyi olmadığında hatırlatmalar yayınlar ve hatta zamanında müdahale eder.

Şekil 9. UWB Bio-Radar ile Yaşam Tespiti

Gövde: Tekme Aç

UWB radarının hareket algılama özelliğine dayanan araç içi yaşam algılamasına ek olarak, UWB ayrıca bagajı açmak için akıllı bir durdurma uygulamasına sahiptir. Sürücünün kimliği aracın arkasına ulaştığında, UWB radarı durma hareketini doğru bir şekilde algılayabilir ve böylece aracın bagajını otomatik olarak açabilir.

Şekil 10. UWB, Hızlı Açılan Çözümü Etkinleştirir

UWB biyo-radar ve UWB tekme radarı dahil olmak üzere yukarıda açıklanan iki UWB radar işlevi, ek donanım gerektirmez, ancak yalnızca araç tarafı UWB donanımının ek donanım maliyetleri eklemeden yeniden kullanılmasıyla uygulanır. Bunları gelecekteki UWB PEPS işlevselliğinin bir parçası olarak da düşünebiliriz.

UWB Etkin Otomatik Vale Park Hizmeti

AVP (Otomatik Vale Park Etme), otonom vale park etme işlevidir. Kullanıcılara "son mil özgürlüğü" sağlayan L4 düzeyinde otonom sürüş teknolojisi olarak biliniyor. Şekil 11'de gösterildiği gibi, şu anda ticarileştirme için en umut verici otonom sürüş uygulama senaryosudur. UWB ile bir PEPS deneyimi uygulamanın bir diğer büyük yararı, AVP'yi otomobilin yanında uygulamak için gerekli ve yeterli koşulları sağlamasıdır.

Şekil 11 Otomatik Vale Park Sistemi

Şekil 12, uygulanabilir bir araç ucu UWB düğüm yerleşim şemasını göstermektedir. Farlara ve arka lambalara toplam dört UWB PEPS düğümü yerleştirildi ve çatıya beşinci bir UWB PEPS+AVP düğümü yerleştirildi. Beşinci düğüm, hem arabadaki UWB sinyalini hem de arabanın dışındaki UWB sinyalini alabilir ve ayrıca AVP işlevini gerçekleştirmek için anahtar düğümdür.

Şekil 12 PEPS + AVP Mimarisi

PEPS modunda, beşinci UWB düğümü, akıllı anahtarın konumunun ölçümünü tamamlamak için diğer dört UWB düğümü ile işbirliği yapar ve akıllı anahtarın konumunun hesaplanmasını tamamlamak için aralık bilgisini gövde etki alanı denetleyicisine (BCM) gönderir. Anahtar, takip kilidi açmaya karar vermek ve işlemleri başlatmak için.

AVP moduna girerken, beşinci düğüm, park yerinde düzenlenmiş UWB düğümleri tarafından ilan edilen UWB konumlandırma mesajlarını sürekli olarak almaya başlar. Araç sonu UWB düğümü, garajdaki aracın koordinat hesaplamasını gerçekleştirmek için alınan konumlandırma mesajını akıllı sürüş alanı denetleyicisine gönderir ve ardından AVP işlemlerinin gerçekleştirilmesi için planlama kontrol modülüne aktarır.

Sonuç

Son yirmi yılda PEPS, sağlam bir büyüme yolunu geçti. Araba üreticileri arasında giderek daha popüler hale geldiğinden, insanlık giderek daha akıllı sürüşü desteklerken, araba sürücülerinin deneyimini ve güvenlik standardını iyileştirmek için daha fazla yenilik getirmeye devam edecek.