1．目的及意义

1.1 研究目的及意义

PEPS系统作为车载电子产品的新贵，正日渐得到人们的青睐。过去只在高端车中配备的PEPS，正逐步进入中低端车市。PEPS的发展，不仅为汽车电子产业的发展打了一剂强心针，同时在汽车的舒适性和安全性上，也为用户带来了前所未有的新鲜体验。

本课题将设计一套具备 PEPS 系统完整功能的原理样机。该原理样机支持一键启动和旋钮式启动两种启动方式。由于一键启动方式需要PEPS系统对15电、50电、75电、86S的通断进行逻辑控制，而控制芯片的意外死机或断电等情况将会严重威胁到行车安全，因此将PEPS控制器设计成双MCU的结构，为系统安全提供双重保障。在原理样机设计制造完成的基础上，对PEPS系统中的各项关键技术，如智能钥匙定位和智能钥匙与 PEPS控制器之间的加密认证等问题进行深入的研究。根据研究成果，改善PEPS系统各项性能的指标，并形成一套完整的开发流程。

智能钥匙的位置识别正确与否关系到系统能否正常工作。目前市面上的PEPS系统普遍采用接收信号强度指示（ReceivedSignal Strength Indication，RSSI）技术来实现位置识别，根据智能钥匙接收到的低频信号的磁场强度与预先定义好的阈值进行比较来判断智能钥匙是否在有效区域内。由于车身上有大量的金属结构，对低频磁场的分布影响很大，采用这种方法往往会形成很多死角和溢出无法正常进行位置识别。本课题的研究致力于最大程度地减少这种死角和溢出的产生，提高位置识别的精度和可靠性。此外，常规的位置识别方法需要在开发时进行大量的标定测试，耗时耗力，本课题将会研究软件仿真与实际测试相结合的开发方法，以软件仿真为主，辅以少量的实际测试，来确定最终的位置识别算法。在此基础之上，总结出该方法的开发流程，使该方法能适应不同车型的位置识别算法的开发。

目前主流的加密认证算法主要包括Microchip公司采用的Keeloq算法和NXP公司采用的HITAG2及HITAG3算法[1]。这几种算法都采用固定的密钥。在密码分析学中，除了密钥之外，分析者可以知道加密和解密的全部过程，因此密钥是保障系统安全的重要信息，一旦密钥被泄露，系统将会被轻易破解。本课题将会研究使用混沌系统产生随机性极强的密钥流，使每次加密都采用不同的密钥，同时利用密钥同步算法在 PEPS 控制器里生成相同的密钥用于解密过程。即使攻击者截获了密钥，也无法对整个系统的安全构成威胁，因为下一次的认证过程将会使用与此毫无关系的新密钥。这将会极大地提高系统的安全性能。

1.2 国内外研究现状

PEPS系统是从RKE和IMMO发展而来的，产生时间比较短。虽然尚处于起步阶段，但是各半导体公司都相继推出了自己的解决方案。国内关于PEPS的研究尚处于起步阶段，在前装车市场上的PEPS产品大部分由国外研发，国内制造。

PEPS系统最早是由NXP公司在2003年推出，为汽车的舒适性和安全性带来了本质上的提高。2003年时，只有少量高端车型成功量产PEPS系统，而至今全球几乎每一个主流车厂都应用了PEPS产品，覆盖中高端的车型，甚至是低端车型。2006年，Microchip 公司对其RKE产品进行技术升级，进而推出了PEPS系统。2009年，NEC公司推出了基于μPD780503和μPD780881的PEPS演示方案。近几年来，PEPS发展迅速，国际上主要有四家汽车零部件制造商在设计制造汽车遥控钥匙，其中德国的海拉公司处于领先地位。综合分析国内外研究现状，可以发现国外在该领域领先于国内的水平。

在PEPS系统中，位置识别是一个非常重要且区别于以往各种汽车安防产品的技术，因而位置识别的精度就成为衡量一个PEPS系统好坏的重要参数。位置识别主要是通过位于车身的PEPS控制器与智能钥匙之间的双向交互通信来实现的，关于车辆安防系统的低频与射频通信，国内外由许多相关研究。这些研究主要是针对射频通信的研究，应用于 RKE系统当中。而 PEPS 系统与 RKE 的最重要差别在于 PEPS 中加入了低频通信过程，而位置识别主要是通过低频通信部分实现。使用 RSSI 技术实现智能钥匙的位置识别，需要对车身内外的低频磁场强度进行估计。目前主要有两种解决方案，一是进行实车测试，二是对低频磁场分布进行仿真。第一种方案需要车型开发完成后进行，且无法预先确定方案的可行性。第二种方案需要高精度的电磁场仿真软件以及车身三维模型，具有与车型开发同步，可预先对方案进行评估的优点。如同济大学的钟在民等基于使用有限元分析法对车身内的低频磁场分布进行了仿真研究，但是这篇文章只分析了车内天线产生的电磁场在车内分布的情况，而没有对车门把手天线产生的电磁场分布情况进行分析，并且使用的低频天线模型为通用天线模型，未对仿真结果进行实验验证，故方法的可行性无法确定。

认证过程的安全性也是衡量PEPS系统好坏的一个重要标准，它直接关系到系统的安全性能。无论是NXP的HITAG-2算法还是Microchip的Keeloq算法，都采用固定的密钥。目前来看，还没有将混沌加密系统应用于PEPS系统加密认证过程的先例。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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本文主要对无钥匙进入系统的方案设计与加密算法进行研究。对PEPS系统的软硬件方案进行了设计。硬件方案中主要对PEPS控制器进行了设计，从安全角度考虑，系统使用双MCU冗余设计。软件方案主要针对无钥匙进入和启动等功能进行设计。基于有限元仿真对智能钥匙位置识别方法进行研究。确定位置识别方法的检测阈值。根据仿真结果分析低频天线的布置方式，选取最优方式布置低频天线。最后，对加密算法进行研究，使用混沌映射构造了符合PEPS认证过程需求的加密算法。