注意：本文仅做参考，由于不同厂商使用规范不一，文中相应材料均用文字描述，避免引起误解，同时由于公司保密条例，一切涉密材料均使用代称或虚指，切勿对号入座。部分资料来源于网络，侵删。
本篇主要对汽车无钥匙进入和启动系统进行简单介绍。第一节讲解Kessy系统的主要功能及实现原理。第二节讲解Kessy系统中最关键的低频/高频信号发射接收的基本原理(比较枯燥可略过)。第三节以实车举例讲解用户在实际操作中如何实现Kessy功能以及其内部通讯机制。本文以普及知识为主，相应复杂的低频/高频信号机理以及软件具体编译均未涉及，参考论文见文章末尾摘要。
1.Kessy主体功能简介
目前很多汽车上均具备无钥匙进入和无钥匙启动功能，业内称为Kessy系统(KeylessEntryStart&ExitSecuritySystem)，有的整车厂也称为PEPS系统(PassiveEntry&PassiveStart)。一般来说，该系统主要由Kessy控制模块，车身控制模块(BodyControlModule，BCM)，智能钥匙，车门把手微动开关，车门把手天线，一键启动按键，室内天线，防盗线圈等组成。
图1是无钥匙系统通讯结构图。其中PEPSMCU即汽车端Kessy控制器模块，安装位置如图2所示，通常在制动踏板上方支架处。
无钥匙系统中，12V车载蓄电池经过电源模块内的稳压芯片和调理电路后，为系统主控制器提供5V稳压电源；
低频发射驱动芯片用于驱动天线产生125KHz的低频信号，用于搜索智能钥匙位置；
高频接收芯片可接收智能钥匙返回的高频信号进行验证比对；
一键启动按键中包含防盗线圈、启动按钮和状态指示灯，防盗线圈可为电量不足的钥匙供电，并实现钥匙的鉴权；
门把手微动开关提供开关车门的触发信号；
继电器驱动模块可实现车门的解锁或闭锁；
电源分配模块用于控制汽车电源的切换。
本文相关名词英语缩略释义：
REKRemoteKeylessEntry无线遥控门禁系统
PKEPassiveKeylessEntry无钥匙进入系统
RFRadioFrequency射频
RFIDRadioFrequencyIdentity无线射频技术和车辆身份编码技术
EMCElectroMagneticCompatibility电磁兼容性
EMSEngineManagementSystem发动机控制模块
IMMOImmobilizer发动机防盗锁止系统
LFLowFrequency低频
SSBStartStopButton一键启动按键
2.无钥匙进入功能流程
无钥匙进入工作流程如图3所示：用户按下车门把手上的微动开关或者门把手内部传感器感应到人体信号，车内Kessy控制器的MC9S12G128主控制芯片通过ATA5279低频发射芯片驱动室内天线向外界发送125KHz的低频定位信号。智能钥匙接收到低频信号被激活，把钥匙相对汽车的位置通过钥匙内部高频发射芯片发射443.92MHz的高频信号。若钥匙在车外，则车门把手天线向外界发送低频认证信号，钥匙被激活后将通过高频信号把加密后的响应返回给Kessy主控制器。如果Kessy主控制器解密成功，则钥匙合法，Kessy控制器的MC9S12G128主控制芯片将通过CAN通信把相应开锁指令及遥控钥匙ID发往BCM，BCM收到指令后控制继电器执行解锁动作。
3.无钥匙启动工作流程
无钥匙启动工作流程如图4所示。用户进入车辆踩下离合器并按下启动按键，首先判断钥匙所处的位置。Kessy主控制器的ATA5279芯片驱动室内天线发送低频定位信号。钥匙被激活后，返回包含钥匙位置信息的高频定位信号。Kessy主控制器接收到钥匙反馈的信号后，解析出智能钥匙的位置。如果钥匙在车内，室内天线将发送低频认证信号。智能钥匙收到后，随即返回经过加密处理的高频信号。Kessy主控制器接收到钥匙反馈的信号后进行解密认证，如果解密失败则通过IMMO线圈进行再次认证。如果认证成功，则通过电源分配模块(PowerDistributionModule，PDM)进行电源模式切换。PDM检测到离合器踏板信号后，启动发动机。
注意：由于无钥匙系统支持RKE和PKE两种功能，且这两种模式下返回的数据长度和内容均不相同，故检测到门把手开关按下后，应将高频接收芯片切换到PKE模式，按键松开后切换到RKE模式；对于无钥匙退出而言，认证过程和无钥匙进入一致，但只有在确定引擎熄火后BCM才会执行上锁命令；车门上锁和车门解锁均有相应灯光和报警提示。
通过第一节对Kessy功能的简单描述，我们对钥匙和整车在无钥匙进入和无钥匙启动的相互通讯有了大概的了解，而实现Kessy功能的核心功能就是钥匙端与汽车端的低频和高频信号通讯。图5的简图可以清晰地看出无钥匙进入系统分为钥匙端和车载基站端两部分钥匙端部分主要有高频发射数据模块、遥控按钮、主控制芯片(如PIC16F636)、三维天线。高频发射模块采用433.92MHz的高频信号作为高频发射信号；三维天线是低频信号的接收天线，可以接收汽车基站端发出的低频信号。
车载基站端主要包括低频发射模块、高频接收模块、主控芯片(如PIC16F684)。车载基站端的低频发射模块采用125kHz为发射频率，发射低频信号，用来唤醒有效范围内的汽车钥匙。应答器发射的高频信号则由汽车端的高频接收模块接收。
本章节将针对两者的基本原理进行介绍。
1.低频信号模块
低频发射器模块
汽车端低频发射电路采用UCC57325作为驱动芯片，GND接口接地，VDD接口连接12V电源。采用INA和INB作为PWM信号输入的接口，采用OUTA和OUTB外接引脚，连接低频发射天线。
低频接收器模块
钥匙端的低频接收器模块分为低频唤醒芯片和低频信号接收芯片。低频唤醒芯片使用AS3933芯片。其工作频率为15～150kHz，具有3通道低频唤醒接收器，且具备自动天线调谐功能和电池供电系统的远程唤醒功能。AS3933芯片的标准工作电压为3.0V，可在-40ºC到+85ºC温度区间工作，采用16引脚进行封装。具有80μVrms的敏感度，对BOM节约成本和增加唤醒范围具有优势，并且具备2.7μA超低电流消耗，对电池的续航能力起到决定性作用。
低频信号接收芯片采用PIC16F636作为主控芯片，使用AS3933外设作为低频接收驱动芯片，用于低频信号的唤醒。AS3933芯片的三个天线引脚连接三维低频天线。
三维低频天线：由于无线信号的传输方式是通过天线的辐射得以实现的，信号的传播向着一个平面的各个方向传播，汽车无钥匙进入系统中采用低频通信模块，为了保证系统的功能要求，低频信号的通信距离成为影响系统工作情况的关键因素，而决定低频信号通信距离取决于汽车端的天线与钥匙端的天线电感性耦合程度。为了达到最高的耦合度往往需要天线正面重合率达到100%才可以。考虑到PKE系统的应用环境，汽车钥匙端放在驾乘人员身上的放置方向可能是任意的。因此钥匙端的天线与汽车端的天线考虑到三维空间的前期，面对面的几率最高只有30%左右。但如果钥匙端采用有三副空间方向各异的天线，则这种几率可增加至100%左右。此时钥匙端可以收到任何方向上的信号。
低频通讯协议
Kessy控制器通过SPI通信控制低频芯片驱动低频天线与智能钥匙进行身份认证时，需要经过以下步骤：
(1)通过对NRES引脚施加一个负脉冲，使芯片进入power-down模式。然后拉高S_CS引脚电平唤醒芯片，此时CommandBuffer被清空并开始准备接收Kessy控制器发送过来的命令和数据。
(2)选择低频天线。Kessy控制器通常包含6根天线，低频驱动芯片需要选择其中一根天线完成低频通信。Kessy控制器通过SPI通信将控制命令发送到驱动芯片，选择天线的命令定义如图8所示。其中，高三位001是此命令的固定标识符，不可更改；第四位表示调制速度，0代表调制速度为4kbit/s，1代表5.7kbit/s；第五位0表示采用普通工作模式，1代表诊断模式；低三位数据表示选择天线的序号。
(3)选择低频天线的驱动电流。ATA5279低频芯片最大驱动电流为1A，并且可灵活配置多达20个等级的驱动电流。驱动电流越大产生的磁场强度越强，和钥匙通信的距离也就越远。但是长时间大电流的数据传输，会使驱动器产生大量的热量，过热可能会引发关机导致数据发送失败。
(4)发数据。确定低频天线和电流大小后，即可准备向外界发送数据。如果LF报文包含四个字节的数据，则LF数据缓冲区中所需的空间是五个字节(四个字节的纯数据和一个字节的命令头)，其中命令头为0x07。当报文长度超过最大字节数时，需要分段发送数据。驱动芯片自身不对控制命令中指定的字节数和后面发送报文的字节数进行一致性校验，故我们在程序中需要对字节数进行仔细比对。
如果发送报文的字节数多于控制命令指定的字节数，多出的报文将无法被驱动芯片识别和发送，这些多出的数据可能会被误认为控制命令；如果发送报文的字节数低于控制命令中包含的字节数，数据后面的控制命令就会被当成数据发送出去。这两种情况都会导致驱动芯片程序紊乱，进而导致低频通信失败。
低频通信采用曼切斯特编码，幅移键控(ASK)调制，载波频率为125KHz，通讯速率为3.9Kbps，对应的曼切斯特码元速率为7.8Kcps。曼彻斯特码的格式有两种，一种是从高电平到低电平跳变表示“0”(跳变前和跳变后的两个曼彻斯特码元为一个曼彻斯特码位)，从低电平到高电平跳变表示“1”，其中1个曼彻斯特码位1Tbit=256us。另外一种曼彻斯特码格式和本方案中的编码方式只是同一跳边沿表示的二进制位不同，如从高电平到低电平跳变表示“1”。
低频通信帧结构如下图所示。LF报文包括前导码、同步码、WakeUpPattern和数据部分及常载波。其中，前导码Premable由7个“0”组成，这些“0”均采用曼切斯特码，即前导码由以高电平起始的14个高低相间宽度128us的电平组成。Synchronization由9个Tbit特定电平组成(1对1.5Tbit的高低电平，2对1Tbit的高低电平和2对0.5Tbit的高低电平)，这些电平被Kessy控制器用于低频接口识别。如果Synchronization中任意一个电平没有被智能钥匙正确检测，CV检测单元就会重新设置，并从头开始检测。为了强制唤醒钥匙，钥匙需要接收一个与用户编程位模式相匹配的曼彻斯特编码的WakeUpPattern。然后将芯片继续采样LF接口，以检测和解码Kessy控制器发送的数据。在智能钥匙定位和认证阶段，定位信号和认证信号的WakeUpPattern均为4字节的16进制数据。
Carrier为5ms的常载波，智能钥匙通过其测量车载天线产生的磁场强度，进而计算出钥匙和汽车之间的距离。该载波的持续时间可以由T4...0位来定义，计算公式如下所示。
式中，Tcarrier为载波持续时间，datat的值取决于调制器的速度设置：标准模式为
32个LF周期，高速模式为22个LF周期。如采用8MHz的系统时钟，载波频率为125KHz，一个LF周期为8Us。因此，每个命令最大可定义的载波时间为31×32×8Us=7.936ms。当需要长期测量或能量耦时，可将T4...0的值设置为0，这样驱动芯片将一直发送载波。
PEPS无钥匙系统结构复杂，仅低频通信就涉及学习功能，认证功能，定位功能等不同功能模块，一帧数据不足以描述所有需求，所以系统包含认证帧，定位帧，标定帧，学习帧等不同帧类型。这些不同类型的帧中只有WakeUpPattern和Dat部分不一样(WakeUpPattern部分都是4个字节大小)，而前导码、同步码均相同。以钥匙认证过程中首先发送的定位帧为例，定位帧可以实现对钥匙位置的判断，当门把手微动开关触发时，控制程序需对车内的前、中、后部天线进行扫描，以判断智能钥匙是否在车内，若在车内，则中控门锁无动作；若智能钥匙不在车内，同时也不在车外，则中控门锁亦无动作。若车内、车外均检测不到智能钥匙，则会每隔3秒扫描1次，共扫描9次；每次依次扫描车内3把天线4个循环，循环间隔为75ms，且每个循环内各帧间间隔为30ms。
2.高频信号模块
高频发射器模块
高频发射端电路，采用TDA5100F作为高频发射电路的驱动芯片。通过PAOUT引脚连接高频发射天线，进行高频信号的传输。
高频接收器模块
SYN480R是一款主流的无线接收芯片，主要充当无线射频遥控的高频接收芯片。SYN480R为8脚封装，具有两种工作模式：固定模式(FIXEDMODE)和扫频模式(SWPMODE)。用户可以通过设制SEL0和SEL1的状态进而对四个带宽滤波器进行选择，选择合适的滤波器。FIXED模式或SWP模式带宽范围都按2^n模递进，FIXED模式的带宽从0.625KHz到5KHz，SWP模式的带宽从1.25KHz到10KHz。用户可以设定滤波器以选择相应的数据传输率和代码解调格式。此外SYN480R还有两项特有的功能：
(1)关闭模式。可以使芯片停止操作，使系统切换到低功耗状态。
(2)唤醒功能。当芯片接收到RF信号的输入时，向主控制器发出一个“唤醒信号”唤醒CPU，使其结束standby状态。通过此种方式能使得该芯片更能适应低功耗的设计环境。
高频接收电路采用SYN480R作为高频天线的驱动芯片，VSS接口接地，AGC接外接电容并进行接地。VDD外加电阻连接5V电源，CTH接口接电容接地。采用OSC接口外接晶振，采用ANT引脚连接高频天线，用于接收汽车钥匙端发送的高频信号。
高频通讯协议
Kessy系统支持遥控钥匙进入和无钥匙进入两种方式。
遥控进入：智能钥匙上的按键被按下后，钥匙中的高频发射芯片将向外界会发送一个由多个数据帧构成的数据包。遥控钥匙高频通信采用曼切斯特编码，幅移键控(ASK)调制，载波频率为433.92MHz，通讯速率为7.8Kbps，对应曼切斯特码元速率为15.6Kcps。如图所示，数据帧由前导码(Premable)、冲突码(CV)、数据段(Data)和帧尾(EOF)组成。其中，前导码Premable由16个曼切斯特码格式的“0”组成(编码方式与低频通信中的编码类型一样)，冲突码CV由1.5个Tbit的高电平和1.5个Tbit的低电平组成，数据段Data由帧类型(FT)、遥控器序列号(ID)、键值(KEY)、同步码(SI)和加密结果(Crypto)组成，共13个字节。帧尾EOF是一帧的结束的标识(非定值)，如果Data段的最后一位的后半位电平为低电平，那么EOF是1个Tbit的高电平；如果后半位电平为高电平，那么EOF是1个Tbit的低电平。
无钥匙进入：用户按下车门把手上的微动开关后，钥匙和Kessy控制器建立高低频通信的双向认证，低频天线发送低频请求帧，遥控钥匙返回高频回送帧。高频回送帧和低频请求帧中包括认证帧，定位帧，学习帧等多种功能帧，并且低频帧和高频帧中功能帧一一对应。无钥匙进入中高频回送帧采用的编码格式，调制方式，发送顺序，载波频率，通讯速率及数据帧结构都与遥控进入中的一样，但是两者回送帧中的数据段Data不一样，而且不同类型功能帧的数据段也不同。PKE的高频回送帧中Premable从16位增加到了32位。此外，PKERF数据包首帧没有40ms的SOF。
汽车端高频接收芯片接收到钥匙发送的高频回送帧后，通过SPI将数据传回Kessy控制器。由于通信链路存在干扰，Kessy控制器接收到的第一个数据并非一定是数据段中的首个数据，如果控制器直接按照接收顺序存储数据，将会导致整个数据段乱序。为了防止这种情况发生，需对高频接收数据进行顺序纠正处理。首先找到协议中应该出现的第一个数据Data_Frist，然后将此数据存储到PKE接收数组中，并将接收数据计数器的值置为1。接收到一组完整的数组后，将其中3字节的加密数据放到PKE解密函数中，采用HITAG2算法进行解密。解密成功解密标志位置1，解密失败解密标志位置0。Kessy控制器对解密标志位进行判断，如果为1将封装数据发送到BCM。钥匙和汽车完成双向认证后，Kessy控制器会将执行命令通过CAN通信发送到BCM，BCM根据收到的报文内容执行相应动作。
3.整体软件框架
钥匙端软件框架：如下图所示，使用汽车遥控钥匙进行遥控操作时，首先需要初始化汽车钥匙端的主控芯片，初始化低频唤醒芯片，之后检测汽车钥匙端的遥控按键操作，判断按键是否被按下。如果按键被按下，则汽车钥匙端执行高频信号发射操作，进而执行开锁或上锁操作。之后进行低频信号的检测操作，若检测到低频唤醒信号，则汽车遥控钥匙端的芯片被激活，则进行低频接收操作和高频发送操作，若没有检测到低频唤醒信号，则汽车钥匙端的芯片继续处于睡眠状态。
对按键的处理过程中，还需要对按键进行延时去抖操作，之后才能检测是否收到按键信号，若没有检测到按键信号，则表明汽车钥匙端的按键没有被按下，进而结束判断操作；若检测到按键信号，则表明汽车钥匙端的按键被按下，进而进行调用滚码加密值的操作，之后调用高频发送数据，准备对加密码进行发送，接下来再次对按键信号进行检测，若按键没有松开，则继续上述操作调用滚码加密值，若按键被松开，则结束本次的操作。
汽车端软件框架：如下图所示，汽车端进行软件操作时，首先需要进行系统的初始化，判断是否接收到遥控按键的上锁或解锁信号，如果接收到上锁或解锁信号，则根据所接收的信号，进行相应的上锁和解锁操作，如果没有接收到则进行低频发射操作。判断有效范围内是否有汽车钥匙遥控端的反馈，若接收到汽车钥匙端的反馈，则判断车门按键状态，若检测到已经被按下，则进行相应的上锁或解锁操作。
以某车型为例，从用户角度讲解Kessy实际操作体验及内部通讯逻辑。
天线位置如下图所示。分为车外和车内诊断天线。车外诊断天线：前部左右车门把手内各有一根，后保险杠内1根。车外天线的探测范围约在各个操作位置(车门和尾门)周围1.5m内，探测高度在0.1m到1.8m之间。车内诊断天线：车内排档杆部位1根，后行李箱后排座椅底部1根，衣帽架下面中间1根。
天线、传感器和上锁按钮都位于车门外把手内，如果有一把有效遥控钥匙在天线探测范围内，则无钥匙系统Kessy会将访问权限授予该钥匙。紧接着可以在不主动操作遥控钥匙的情况下执行解锁、锁止和起动。
无钥匙解锁车门：
当驾驶员手部靠近车门外把手时，把手中的传感器电容发生变化。Kessy系统控制单元识别到传感器的电容变化，即认为有上车的意愿，然后打开车门。
无钥匙闭锁车门：
按下上锁按钮，Kessy系统控制单元开始感应式查询遥控钥匙。当钥匙被识别为已授权，并且位于车辆外部附近时，将发出闭锁车门的指令。
无钥匙进入通讯逻辑
该车型的无钥匙进入控制逻辑与前2节的略有不同，但整体上依然使用高低频两种信号进行通讯，仅在控制器反馈方面有些许不同，这跟各个整车厂的整体电器布局和设计有关，在此仅作示例。
(1)门把手内传感器感应到人体手部靠近信息，唤醒Kessy控制器；
(2)Kessy控制器通过对应的低频天线发送低频信号搜索钥匙位置信息，同时唤醒BCM。
(3)遥控钥匙接收到低频信号后，发送高频信号(带钥匙ID信息)至BCM(高频接收芯片集成在BCM中)，再由BCM通过CAN线传送至Kessy控制器。
(4)Kessy控制器核对钥匙ID信息并反馈授权结果给BCM，同时Kessy控制器通过低频天线发送解锁信息给钥匙，再由钥匙将该信息通过高频信号传送给BCM。
(5)BCM核对Kessy控制器反馈授权结果并发送从钥匙处得到的解锁指令，Kessy通过后，BCM发送指令给门控制器，进行解锁操作。
注意：
a)如果一定时间内无人进入车辆，则禁用车辆门把手中的电容式传感器：
60小时后禁用副驾驶员侧门把手中的电容式传感器。满足以下条件之一后，重新启用：(1)通过驾驶员门或行李箱翻盖进行无钥匙开启；(2)在车辆接收范围内按中央门锁系统的遥控按钮；(3)机械解锁车辆。
90小时后禁用驾驶员侧门把手中的电容式传感器。满足以下条件之一后，重新启用：(1)在车辆接收范围内按中央门锁系统的遥控按钮；(2)机械解锁车辆。
b)配备Kessy系统的车辆,在整车外部遥控闭锁(某车门未关)后把钥匙放回车内，关上车门后，整车会解锁，所有转向信号灯闪烁四次。如果不打开车门，30秒后整车会自动闭锁，钥匙将被锁在车内，此功能可以降低车辆被盗的风险。
无钥匙启动车辆：
点火钥匙发出一个加密的反馈信息给Kessy系统控制单元。如果点火钥匙被识别为已授权，按下SSB按钮时，电动机械式转向柱联锁装置(ELV)将被打开，S触头被激活，点火开关接通。
注意：
a)如果无法识别到有效遥控钥匙，则将遥控钥匙头靠近图示位置同时按下SSB按钮，可以应急启动发动机。
b)如果发动机无法通过短促按下SSB按钮关闭，则必须执行应急关闭：在1秒钟内连按两下启动按钮，或按住启动按钮超过1秒钟。
无钥匙启动通讯逻辑
(1)按下SSB开关，ELV接收到SSB按钮信号，通过CAN线将信号发送至网关，通过网关将该信号发送至仪表控制器。
(2)仪表控制器通过网关将防盗验证信息发送给Kessy控制器。
(3)Kessy控制器通过低频天线发送低频信号给遥控钥匙，同时唤醒BCM。
(4)钥匙被激活后，发送高频信号给BCM。BCM将接收到的钥匙信息通过CAN线，经网关发送给仪表控制器。
(5)仪表控制器和ELV验证防盗信息，通过后解锁方向盘；仪表控制器与发动机控制器验证防盗信息，通过后启动发动机。
参考文献：
[1]基于PKE的无线智能遥控汽车钥匙研发_陈长江
[2]基于RFID技术的汽车无钥匙进入系统设计与安全性分析_陈永
[3]汽车无钥匙进入和一键启动控制系统研究_李晨旭
[4]汽车无钥匙进入系统研究与设计_何晓晓
[5]奥迪A5轿车第5代防盗系统详解_陈乐
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