自動車メーカーは、電子部品の不足という危機に瀕していますが、インテリジェントカーのトレンドには抗しがたいものがあります。 PEPS （Passive Entry and Passive Start） システムは、ユーザーにとってスマートであることの最も印象的な証拠であり、もはや高級車だけの注目を集める機能ではありません。多くの自動車メーカー、特に新興ブランドによって、中間層または経済的なモデルにさえ導入されています。EV販売が2022年上半期に100％以上の成長を遂げる中国市場では、BYD、GAC Aion、Geely、Nio、Xpeng、Li Autoなどの主要な電気自動車メーカーが、基本的にすべてのモデルに PEPS を装備しています。

その ECU は静かに私たちドライバーを驚かせますが、その製造の軌跡とその将来の見通しを調査することを考えたことはありますか? 道に出ましょう。

PEPS は、ドライバーが手動でロックを解除することなく、安全に車に乗り込む経験をドライバーに提供します。車のエンジンと HVAC システムは、運転手または同乗者が車に乗り込む前にリモートで始動できます。すべての乗客が車を離れる間、PEPS が自動的に車をロックします。このように、車のユーザーは、セキュリティが確保されたパッシブ エントリーの利便性を享受できます。それが「パッシブ」という言葉で名付けられた理由でしょう。

昨日: RKE と PKE

現在主流の PEPS ソリューションは、Bluetooth Low Energy (BLE)、NFC、RFID (高周波および低周波) などのワイヤレス技術を統合しています。今日の時点で話をすると、消化するのが難しいでしょう。さぁ、昨日をフラッシュバックしませんか？

1990 年代の終わりに、一部の高級車モデルは、低周波 RFID (125KHz) に基づく初期の IMMO (イモビライザー) ソリューションを進化させたリモート キーレス エントリー (RKE) システムを段階的に導入しました。PEPS の前身である RKE には、UHF（超高周波）信号を車の BCM（ボディ コントロール モジュール）に接続された RF 受信機に送信して、ユーザーの身元を確認するキー フォブがあります。ID が確認されると、システムは BCM によって駆動されるドアの開閉アクションを実行します。図 1 に示すような一方向の検証メカニズムは、スパイ映画の事前に設定された暗号として解釈できます。訪問秘密エージェントが会議場に来るとき、彼または彼女はそのような暗号を話すか見せなければなりません。この仕組みの欠点は、敵が侵入して暗号を取得すると、

図 1. RKE の動作メカニズム

RKE ソリューションは、315 MHz (米国、中国、日本など)、433.92 MHz (欧州、中国)、868 MHz (欧州）の周波数帯域を採用しています。信号変調に関しては、ほとんどの国が ASK (振幅シフト キーイング) を採用しています。 ) モード、日本は FSK (周波数シフト キーイング) モードを採用しています。シリコン ラボ、マキシム、マイクロチップ、NXP などの IC ベンダーは、この分野で製品を提供しています。

21 世紀初頭までに、人々は RKE の一方向検証メカニズムを PKE (パッシブ キーレス エントリ) システムと呼ばれる双方向メカニズムにアップグレードしました。 BCMに接続された低周波送信機によって開始されます。車のドアが閉まり施錠されると、車に組み込まれた無線モジュールが低周波 (125KHz) 信号を継続的にブロードキャストして、特定の範囲内にあるレスポンダー (キーフォブに組み込まれている) を探します。モジュールがレスポンダーを見つけると、そのコードが後者を起動します。モジュールの LF 部分がフィードバック信号を長期間受信していない場合、スリープ モードに入り、消費電力を低減します。キーフォブのレスポンダーがウェイクアップ信号を受信するたびに、これは、ローリング エンコードされたデータグラムを高周波 (つまり 433MHz) 信号で送信します。内蔵モジュールがデータグラムをデコードして理解した後、特定の操作を実行するように車に指示します。したがって、RKE と比較して、PKE で採用されている検証メカニズムは双方向メカニズムであることがわかります (図 2 を参照)。

図 2. PKE の動作メカニズム

例として、スパイ映画の秘密エージェントの会議を続けてみましょう。双方向の検証メカニズムでは、ホストのシークレット エージェントは仲間が訪れるのを待たずに、近くに暗号を配置します (たとえば、列に特別なシンボルをマークしたり、特定の植物をポーチに置いたりします)。 、その暗号に気づいた後、彼または彼女の仲間がホストの秘密エージェントを訪問するとき。同志がドアをノックすると、事前に設定された別の暗号を使用して互いの身元を確認します。モビリティのミーティング ポイントの場合、このようなメカニズムは予防的でより安全です。

ジェネレーション PKE のパッシブ キーレス エントリー メカニズムは、前述の IMMO と統合されながら、パッシブ エントリーとパッシブ スタートのエクスペリエンスを実現します。こうして 2003 年に、PEPS の初期モードが登場しました。

今日: Bluetooth PEPS が主流

しかし、デジタル化のペースは止まることがありません。PEPS の初期モードが登場してから 10 年間で、スマートフォンが広く採用されるようになりました。今日では、それらは私たちの日常生活における身元確認のための最も便利なツールになっています. そのため、自動車メーカーはスマートフォンを PEPS シナリオに導入しました。このようにして、今日見られる PEPS が生まれました。

現代の PEPS ソリューションにはどのような機能が組み込まれていますか? 基本的に、主流の PEPS には NFC と Bluetooth が組み込まれています。ドライバーは、車の列 B の近くに NFC 電話を置いて入ることができます。キーフォブとスマートフォンの両方をポケットに入れる煩わしさを解消しました。しかし、Bluetooth を PEPS に導入することは、より革新的です。まず、Bluetoothはスマートフォンの普及率が100%なので、ユーザーはPEPSの互換性のためにどのモデルを選択するか悩む必要はありません。第二に、高周波、周波数ホッピング メカニズム、および Bluetooth の強化されたセキュリティ メカニズムにより、UHF/LF 再保証メカニズムと比較して、より多くの安全性と保証が提供されます。さらに、Bluetooth の測距および測位機能は、ドアの開閉のタイミングに大いに役立ちます。ドライバーに追従することで車をハイジャックする可能性を劇的に減らします。Bluetooth はまた、所有者がアプリを使用して、他の人が車にアクセスしたり使用したりすることを許可するのに便利であり、家族や友人とのリモート カーシェアリングを可能にします。このような仕組みは、レンタカー サービスや大量の自動運転カーシェアリング サービスにも役立ちます。

Bluetooth の測距と測位の精度レベルは、0.5 メートルまたは 1 メートルに達する可能性があります。RSSI方式とAoA方式で構成されています。精度の低い前者は、1 ～ 5 メートルの精度レベルを提供します。より正確な後者は、0.5 メートルの精度レベルを提供します。

エントリーレベルの Bluetooth PEPS を実現する RSSI 技術
RSSI (Received Signal Strength Indication) は、無線信号が範囲内でどの程度減衰するかによって、電波が伝わる距離を計算できる技術です。したがって、システムは三角関数の計算で位置を割り出すことができます。

無線信号が移動している間、その強度は、一定の距離またはさまざまな障壁に遭遇すると減衰します。このような減衰は、さまざまな状況でさまざまな程度に発生します。アルゴリズムの精度レベルを間接的に侵食しました。そのため、RSSI は短距離でしか機能しません。安価な導入と低消費電力が特徴であるため、RSSI はエントリー レベルの Bluetooth PEPS に採用されています。最も安価なソリューションは、車の列 A 内に Bluetooth ベース ステーションを 1 つ配置するだけです。このソリューションは、ユーザーのスマートフォンと柱 A の距離を計算し、ドアの開閉を判断します。図 3 を参照してください。

図 3. エントリー レベルの Bluetooth PEPS スキーム (RSSI シングル ステーション)

主流の PEPS を実現する AOA 技術

Bluetooth 5.1 リリースで導入された AoA (Angle of Arrival) と呼ばれる機能により、Bluetooth 測位サービスの精度レベルが向上しました。AoA ソリューション (図 4 参照) では、スマートフォンなどの送信機が定期的に特殊な信号を送信します。車内のアンテナ アレイは、送信機が信号を送信する角度を計算するために位相分析用の信号を受信するために展開されます。他の調査方法と機器のサポートにより、このソリューションは送信デバイスの位置 (距離と方向) を約 0.5 メートルの精度レベルでより適切に判断できます。

図 4. Bluetooth AOA ポジショニング

明らかに、測位の精度レベルを向上させるには、AoA アルゴリズムを備えた複数の Bluetooth ベース ステーションのサポートが必要です。したがって、中間層モデルでは、自動車メーカーは、図 5 に示すように、マルチポイント Bluetooth PEPS の展開を選択します。ただし、基地局の正確な数とレイアウト パターンは、車種によってある程度異なります。

図5．主流の Bluetooth PEPS ソリューション (AoA ポジショニング)

Bluetooth PEPS 分野で最も採用されている SoC には、TI CC2640、Silicon Labs EFR32BG22、NXP KW36 などがあります。

明日: UWB は有望

です 時間のペースが止まることはなく、PEPS の革新も止まることはありません。安全性が高く、応答速度が速く、センチメートル単位の測位精度を持つ UWB 技術は、自動車メーカーの製品革新チームの注目を集めています。2019 年、Car Connectivity Consortium (CCC) は UWB を次世代の車両セキュリティ アクセス技術としてリストアップし、UWB は自動車に適用され始めました。

2020 年 6 月、IEEE は UWB 関連規格 (802.15.4z) を更新して UWB セキュリティ機能を (PHY/RF レベルで) 強化し、UWB がメインストリーム アプリケーション市場に参入する道をさらに開きました。2021 年 7 月、CCC アライアンスは CCC Digital Key 3.0 仕様を正式にリリースしました。これは、UWB と BLE (Bluetooth) ワイヤレス テクノロジの組み合わせを明確に提案し、互換性のあるモバイル デバイスを介してパッシブ キーレス エントリとエンジン スタートを可能にします。

表 1. PEPS 測位技術の比較

UWB のポジショニング アルゴリズム

UWB ソリューションに採用されている 3 つの比較的成熟したポジショニング アルゴリズムがあります。 . 特定の実装プロセスでは、最適な測位パフォーマンスを実現するために、3 つの測位方法を統合するハイブリッド測位方式が一般的に使用されます。

TOAでは、移動端末と3つ以上のUWB基地局との距離を測ることで測位を行う円形測位方式（図6参照）を採用しています。移動端末の位置は、3 つの円が 1 点で交差することによって決定できます。ただし、マルチパスやノイズなどの存在により、マルチサークルが交差できなかったり、交点が点ではなく領域になったりするため、実際には TOA 測位を単独で使用することはほとんどありません。

図 6. TOA 測位アルゴリズム (円形測位法)

TDOA は、TOA を改良したもので、基地局間の正確な同期を実現しやすくなっています。図 7 に示すように、移動端末と基地局間の時間同期は関係ありません。まず、移動端末と基地局 A の間の距離差と、移動端末と基地局 B の間の距離差を計算します。移動端末は双曲線上にある必要があります。基地局Aと基地局Bを焦点とする。双曲線の別のセットは、移動端末と基地局 A および基地局 C との間の距離差によって取得でき、双曲線の交点が移動端末の位置です。車両空間の範囲では、距離差によりマルチパスやノイズなどの影響も低減できます。

図 7 TDOA ポジショニング アルゴリズム

AOA測位は、位相差の原理に基づいて到来角を計算し、測位を達成するために2つの基地局のみを必要とします。角度分解能の問題から、基地局からの距離が遠くなるほど測位精度が低下するため、主に近距離および中距離での測位に使用されます。

UWB PEPS シナリオ
車の所有者がスマート キーを車両に近づけると、車両の BLE ノードは最大 80 メートルの距離でスマート キーの BLE 信号を検出できます。車両の BLE ノードがボディ ドメイン コントローラーをウェイクアップし、ボディ ドメイン コントローラーがウェルカム ライトを制御してゆっくりと点灯し、ウェルカム ステートに入ります。同時に、車両の UWB ノードが起動されます。車の所有者が携帯するスマート キーと車との距離が 10m 未満の場合、車両の UWB ノードは測位アルゴリズムを使用して所有者の位置をリアルタイムで正確に認識できます。この時、持ち主はドアを引っ張るだけで自動的に解錠し、開くことができます。また、NFC（近距離無線通信）の機能も搭載する。スマートキーの電源が切れたなどの特殊なケースでは、NFC を使用して、車両のロックを解除して始動できます。その実装アーキテクチャを図 8 に示します。

図 8. CCC 3.0 で規定された UWB PEPS の実装アーキテクチャ

UWB チップの分野で現在認識されている成熟したメーカーは、Apple、NXP Trimension、QORVO Decawave です。同社がリリースしたICの中で、NXP Trimension NCJ29D5のみが車両規制の要件を満たしています。

拡張機能: バイオレーダー

ドライバー向けの UWB PEPS のエクスペリエンスは、親密で安全です。しかし、車の乗客は同じように感じますか? 通常はありますが、特殊なケースではありません。時にはそれは彼らにとって厳しいものです。たとえば、ドライバーが車から降りると、ドアが自動的にロックされます。赤ちゃんやかわいいペットが誤って車内に置き忘れられました。車はドライバーにアラームを送信する必要がありますか? 絶対に必要な！幸いなことに、UWB によって適切に対処できます。

UWB は、超広帯域ワイヤレス キャリア通信技術として、ナノ秒の非正弦波の狭いパルスを使用してデータを送信します。この技術により、UWB は並外れたレーダー機能を実現できます。通常のレーダーと比較して、UWB レーダーには、低消費電力、ミリレベルの分解能、強力な貫通力、強力な干渉防止能力、近距離検出に適しているなど、多くの利点があります。UWB は、生命検出に特に適しています。バイオレーダー。

UWBバイオレーダーは、電極やセンサーを生体に接触させる手間をかけずに、人や動物の呼吸や心拍などのバイタルサインを遠隔で検出できます。PEPSシステムが人や動物を車内に閉じ込める事故を防ぐだけでなく、ドライバーの生理的状態を検出し、リマインダーを発行したり、ドライバーが乗車中に体調が悪い場合にタイムリーに介入したりすることさえできます。

図 9. UWB バイオレーダーによる生命検出

トランク: キック トゥ オープン

UWB レーダーの動作認識機能に基づいた車内の人命検出に加えて、UWB には、踏み鳴らしてトランクを開けるという巧妙なアプリケーションもあります。ドライバーの身元が車両の後部に到達すると、UWB レーダーが踏みつけ動作を正確に検出できるため、車両のトランクが自動的に開きます。

図 10. UWB が可能にする Kick-to-Open ソリューション

UWBバイオレーダーとUWBキッキングレーダーを含む上記の2つのUWBレーダー機能は、追加のハードウェアを必要とせず、追加のハードウェアコストを追加せずに車両側のUWBハードウェアを再利用することによってのみ実装されます. また、将来の UWB PEPS 機能の一部と見なすこともできます。

UWB対応の自動バレーパーキング

AVP (Automated Valet Parking) は、自動バレーパーキング機能です。ユーザーに「ラストワンマイルの自由」を提供するL4レベルの自動運転技術として知られています。図 11 に示すように、これは現在、商用化のための最も有望な自動運転アプリケーション シナリオです。UWB で PEPS エクスペリエンスを実装することのもう 1 つの大きな利点は、車の側面に AVP を実装するために必要かつ十分な条件が提供されることです。

図 11 自動バレーパーキングシステム

図 12 は、実現可能な車両側 UWB ノード レイアウト スキームを示しています。ヘッドライトとテールライトに合計 4 つの UWB PEPS ノードが配置され、ルーフに 5 つ目の UWB PEPS+AVP ノードが配置されます。5番目のノードは、車内のUWB信号と車外のUWB信号の両方を受信でき、AVP機能を実現するためのキーノードでもあります。

図 12 PEPS + AVP のアーキテクチャ

PEPS モードでは、5 番目の UWB ノードが他の 4 つの UWB ノードと協力してスマート キーの位置の測定を完了し、測距情報をボディ ドメイン コントローラー (BCM) に送信してスマート キーの位置の計算を完了します。キーを押して、次のロック解除を決定し、操作を開始します。

AVP モードに入ると、5 番目のノードは、駐車場に配置された UWB ノードによってアドバタイズされた UWB 測位メッセージを継続的に受信し始めます。車両側 UWB ノードは、受信した測位メッセージをインテリジェント ドライビング ドメイン コントローラーに送信して、ガレージ内の車両の座標計算を実現し、それを計画制御モジュールに転送して AVP 操作を実現します。

結論

過去 20 年間、PEPS は堅実な成長の道をたどりました。自動車メーカーの間でますます人気が高まっているため、人類がますますインテリジェントな運転を支えている間、自動車ライダーの経験とセキュリティ基準を改善するためのより多くの革新を先導し続けます.