汽车电气设备防盗技术课件

一、汽车防盗系统的种类一、汽车防盗系统的种类 汽车防盗系统按结构不同可分为：机械式、电子式和网络式；按设定方式不同可分为：定码与跳码两种。机械式汽车防盗系统机械式汽车防盗系统（1）转向柱锁转向柱锁点火开关 锁止器挡块 开锁杠杆 开锁按钮 钥匙筒 转向柱管上托架 凸轮轴 转向柱 锁杆（2）方向盘锁 方向盘防盗锁汽车防盗2背 景 介 绍20世纪90年代初：在射频识别领域（RFID-Radio Frequency Identification)领域，数据采集的实用技术获得突破性进展;1994年，福特公司在其欧洲生产的ESCORT车上首先配备了基于RFID的汽车防盗系统;1995年，基于控制点火系统的汽车防盗系统成为所有在欧洲销售的家用轿车的标准配置，汽车失窃率降低90%，并逐渐推广到世界各个范围；3系统基本原理系统基本原理基本原理：基本原理：利用射频技术，实现非接触式或遥控式的钥匙鉴别；利用数字加密技术，实现EMS ECU和IMMO.ECU之间的加密通讯；EMS ECU识别来自IMMO.ECU的信息，进而来控制点火和喷油。4系统基本组成系统基本组成防盗系统的基本组成包括四个部分:发动机控制ECU(EMS ECU)防盗控制ECU(Immobilizer ECU)发送器(Transponder)诊断器(Tester)根据防盗控制ECU的集成程度，防盗系统有两种结构形式：1 防盗控制ECU作为一个独立的器件；2 将防盗控制ECU中的单片机控制功能集成到车内某一器件单片机内，仅将信号收发器独立出来。5系统基本组成（结构一）系统基本组成（结构一）ECU:Electronic Control Unit(电子控制器)EMS:Engine Management System(发动机管理系统)Immo:Immobilizer(防盗器)发动机控制器EMS ECU诊断仪Tester防盗控制器Immo ECU发送器Transponder收发器Transceiver6系统原理图系统原理图(结构一结构一)Power接收解码器接收解码器模拟口模拟口串行口串行口防盗防盗 ECUMicrocontroller密密 钥钥加密单元加密单元随机数生成器随机数生成器钥匙密码钥匙密码发动机控制发动机控制ECU(EMS)Microcontroller密密 钥钥加密单元加密单元随机数生成器随机数生成器发送器发送器7系统基本组成（结构二）系统基本组成（结构二）发动机控制器EMS ECU收发器Transceiver发射应答器Transponder诊断仪Tester8系统原理图系统原理图(结构二结构二)PowerTransponder(EMS ECU)Microcontroller密钥密钥加密单元加密单元随机数生成器随机数生成器收发器收发器模拟口模拟口串行口串行口9主要器件说明主要器件说明发送器（Transponder）：非接触式无源型电源管理模块数据加调解调模块控制逻辑模块计 算模 块存 储单 元CL10主要器件说明主要器件说明收发器（Transceiver）：收 发 器天线驱动模块解调模块TXRX控制逻辑单元控制器寄存器振荡器串行通讯口XTAL1DINDOUTCLKXTAL211主要器件说明主要器件说明感应耦合电路：感应耦合电路：防盗ECU利用感应耦合电路进行能量的传送和数据通讯。UR1U1Uq1UL1UC1I1UL2I2Uq2IC2IR212写入:一般采用ASK(Amplitude shift keying)技术，通过通、断天线实现在确定时期内的振幅变化。主要器件说明主要器件说明写入信号参考示意图13读取:采用AM/PM(Amplitude modulation and Phase modulation)技术。通过感应发送器切换电源开关导致的线圈电压变化读取数据。主要器件说明主要器件说明信号读取参考示意图14防盗参考图防盗参考图15主要器件说明主要器件说明诊断仪（TESTER）：除完成正常的汽车电子设备的诊断功能之外，还具备匹配新钥匙、新控制单元功能，此外高级的诊断仪还具备部分发动机匹配功能，执行单元检测等功能。16防盗加密说明防盗加密说明1相互认证式（Mutual authentication）：识别主客体均有固定密码和加解密算法，通讯过程利用随 机数加密，识别客体只有在确认主体发送的密码正确后，才发送自身储存密码。2质询应答式（Request-response）：由识别主体发送质询信号，识别客体根据接收到的质询信号返回相应的加密数据。可有以下两种方式不含解密算法加密含解密算法加密17防盗防盗ECU相互认证示意图相互认证示意图 加加 密密 传传 输输锁密码锁密码钥匙密码钥匙密码随机数随机数钥匙标志码钥匙标志码比比 较较锁密码锁密码 钥匙密码钥匙密码随机数发生器随机数发生器锁密码锁密码钥匙密码钥匙密码加加 密密解解 密密单单 元元防盗防盗ECU(锁锁)唤醒信号唤醒信号锁密码锁密码 钥匙密码钥匙密码钥匙标志码钥匙标志码发送器发送器(钥匙钥匙)加加 密密解解 密密单单 元元18防盗防盗ECU相互认证流程图相互认证流程图防盗ECU发送器发送请求信号、充电发送器身份号加密接收器密码解密接收器密码并核实，若错误则停止加密发送器密码解密并核实发送器密码发送加密接收器密码防盗ECU相互认证流程图：19比比 较较密密 码码随机数生成器随机数生成器 加密单元加密单元防盗防盗ECU应答信号应答信号钥匙识别码钥匙识别码质询信号质询信号防盗防盗ECU质询质询-应答式鉴别示意图应答式鉴别示意图钥匙识别码钥匙识别码发送器发送器加密单元加密单元密密 码码唤醒信号唤醒信号20无解密算法方式：比较算法结果识别主体生成随机数A识别客体采用相同密钥的同一加密算法随机数发送随机数C唤醒随机数D返回防盗防盗ECU质询质询-应答式鉴别流程图应答式鉴别流程图21防盗防盗ECU质询质询-应答式鉴别流程图应答式鉴别流程图识别主体识别客体采用对应的解密算法得到固定码B随机数+固定码A比较A,B唤醒随机数D加密算法含解密算法方式：22上海交通大学上海交通大学防盗系统的运行管理防盗系统的运行管理初始状态初始状态：出厂初期，已经过软硬件测试，仅有自身的特征码，尚未记录其它关联部件信息。运行状态运行状态：内部已记录其它关联部件特征信息，只有在核实上游部件后，才进行与下游部件的通讯。禁止状态禁止状态：遭到非法侵入或其它意外，不向外发送任何信息。功能中止状态功能中止状态：仅针对EMS ECU，防盗功能关闭。所有状态变换过程均在指定仪器下进行。状态变换过程取决于各部件之间预设的通讯协议。状态说明状态说明:23上海交通大学上海交通大学防盗系统的运行管理防盗系统的运行管理状态变换状态变换1 EMS ECU：禁止状态初始状态运行状态防盗功能中止状态任何有效信息学习结束特殊指令特殊指令特殊指令特殊指令242 防盗防盗ECU：禁止状态学习结束恶意行为特殊指令初始状态运行状态任何有效信息防盗系统的运行管理防盗系统的运行管理25发送器状态变换发送器状态变换3 发送器：发送器：初始状态运 行 状态特殊命令不 可 返回 运 行状态特殊命令26防盗防盗ECU主要故障与原因主要故障与原因防盗防盗ECU主要故障：主要故障：线圈开路线圈短路信号太弱故障可能原因：故障可能原因：温度、湿度影响、线圈老化、或意外情况。27防盗防盗ECU的诊断和维修的诊断和维修防盗防盗ECU诊断：诊断：当前的防盗ECU内部的收发器Transceiver均可对上述故障进行诊断并设置相应的标志位，并可以通过诊断仪读取。防盗防盗ECU维修维修：所有防盗控制单元中的组成器件均为一次性的，维修时原则上采取更换新器件并重新匹配的原则。28上海交通大学上海交通大学当前防盗主要发展方向当前防盗主要发展方向1 远程遥控远程遥控将Immobilization 和RKE（remote keyless entry）结合利用GPS或手机基站进行远程定位，报警，制停。2 智能控制智能控制内部加密算法可编程，更加安全更加人性化设计，储存车主某些特定需要（空调温度，电动座椅位置等）29上海交通大学上海交通大学当前防盗主要发展方向当前防盗主要发展方向1 集成遥控门锁功能的发送器：集成遥控门锁功能的发送器：运算单元控制逻辑电 源 管 理加密发送器模块加密发送器模块滚动码发生器调制模块控制逻辑RC振荡器用户接口遥控控制模块遥控控制模块命令按钮高频发射器发发 送送 器器非接触式接口EEPROM发射天线30当前防盗主要发展方向当前防盗主要发展方向2 集成单片机的发送器集成单片机的发送器：运算单元控制逻辑电 源 管 理加密发送器模块加密发送器模块发送器接口定时器中断控制RC振荡器I/O口RISC控制器控制器命令按钮高频发射器发发 送送 器器非接触式接口EEPROM发射天线8位RISCRAM4K ROM扩展口31上海交通大学上海交通大学汽车防盗发展进程汽车防盗发展进程1996Read onlyIntegrated receiverR/WImmobilizer199719981995199920002001Challenge-ResponseMutual authenticationRemote EntryRemote Entry with immobilizationPassive Entry or true keyless entryPassive EntryIntelligent Entry with GPS and other functions32制动踏板防盗锁（3）制动器防盗锁（4）变速杆锁 变速杆防盗锁车轮防盗锁（5）车轮锁电子式防盗系统电子式防盗系统（1）按密码形式不同分类主要分为定码防盗器和跳码防盗器两种（2）按输入密码的方式分类 可分为按键式电子门锁、拨盘式电子门锁、电子钥匙式电子门锁、触摸式电子门锁以及生物特征式电子门锁。（3）按控制方式分类 电子防盗系统可分为遥控式和无遥控式防盗系统（4）按防盗的结构不同分类电子声光类、机电结合类、网络报警类 （5）按防盗的功能分类断油断电装置、无线电跟踪装置、遥控中央门锁、车身防盗识别系统 网络式防盗系统网络式防盗系统 网络式汽车防盗系统是利用GPS卫星定位系统，对汽车进行监控，以达到防盗目的。该防盗系统不但可以锁定汽车点火或起动，还可以通过GPS卫星定位系统（或其他网络系统），将报警信息和报警汽车所在的位置传送到报警中心。二、汽车防盗系统的组成二、汽车防盗系统的组成 汽车防盗系统一般由报警调置/解除装置、传感器、防盗电控单元（ECU）、报警装置、防止发动机起动和防止汽车移动装置等组成。1报警调置报警调置/解除装置解除装置 所有的车门、发动机底部及行李舱关闭时，车主通过报警调置/解除装置使车内所有的车门进行锁止，汽车防盗报警系统进入预警状态。2传感器传感器 当报警系统工作时，传感器检测汽车有无异常情况发生。当汽车被移动或车门被打开时，传感器将检测到的信号传送给防盗电控单元ECU，防盗电控单元ECU根据其内部储存的数据进行比较，判断汽车是否正在被盗。3电控单元电控单元 接收各种传感器发送的信号，根据电控单元中预先储存的数据和编制的程序，通过数学计算和逻辑判断，确定车门是否锁定、车辆是否非法移动、被盗，以便控制各个执行器，从而使汽车处于报警状态。此外，防盗电脑还具有故障自诊断功能。4报警装置警装置 防盗系统报警的方法通常采用喇叭鸣叫和灯光闪亮的方式，也有采用专用喇叭与普通喇叭进行组合的报警方法。三、汽车防盗系统主要部件的结构与原理三、汽车防盗系统主要部件的结构与原理1防盗防盗传感器感器作用：作用：检测汽车是否被盗 类型：类型：热释电式红外线传感器、超声波传感器、振动传感器（检测汽车的冲击）和玻璃破碎传感器。（1）热释电式红外线传感器热释电式红外线传感器也称红外探头，通常安装在汽车内部驾驶员附近。它通过红外辐射变化来探测是否有人侵入车内。热释电式红外线传感器 主要由具有高热电系数的红外热释电体晶片和配合滤光镜片窗口组成。它能以非接触形式，检测出物体放射出来的红外线能量变化，并将其转换成电信号输出。（2）超声波传感器超声波传感器的结构 将两个压电元件粘合在一起，称为双压电晶片；由一个压元件构成的则称为单压电晶片。超声波射在压电晶片上，使压电晶片振动就会产生电压信号。反之，在压电晶片上加上一个电压也会产生超声波。（3）振动式传感器 主要用来检测汽车受到的冲击。当汽车受到冲击，其振动达到一定强度时，防盗电控单元输出信号，控制报警装置报警。振动传感器主要有压电振动传感器、压阻式振动传感器和磁致伸缩式振动传感器。压电振动传感器的结构原理 压缩式结构的振动传感器，调整通过中心孔的螺栓形质量块，即能检测出微小的振动。剪切式结构的振动传感器，它是将两块压电片对称地固定在轴的两侧。弯曲式结构的振动加速度传感器 压阻式振动传感器 互相垂直的三块弹簧钢制作的振动板的板面分别平行于X、Y、Z轴，振动板的顶端安装铅制的质量块，半导体应变片粘于振动原点附近，外壳为半球形的玻璃罩。当汽车承受某一振动时，如图7-13（b）所示的电路可检测出振动的强度，并输出电压信号。磁致伸缩式振动传感器 主要由永久磁铁、磁致伸缩杆、感应线圈和外壳等组成。伸缩杆用高镍合金制成，在其一端设置有永久磁铁，另一端安放在弹性部件上。感应线圈绕制在伸缩杆的周围，线圈两端引出电极与控制线路连接。2遥控遥控发射器射器作用：作用：将密码发送给遥控接收器 组成：组成：无线遥控装置的基本组成1）遥控器 功能：功能：当遥控操作开关接通时，读出存储在存储器中的功能代码和身份鉴定代码（固定代码+可变代码），经信号调制处理后，转换为红外线或无线电波的遥控信号，并向外输出 分类：分类：红外线式遥控器、无线电波式遥控器以及超声波式遥控器。红外线式遥控器的组成无线电波式遥控器的组成3接收器接收器作用：作用：对接收的信号进行放大和调制，检查身份鉴定代码是否相符，当代码一致时，判别功能代码，并驱动相应的执行器。（1）红外线式接收器）红外线式接收器红外线接收器的组成（2）无线电波式接收器）无线电波式接收器无线电波式遥控器的组成1-接收天线；2-射频放大器；3-局部振荡器；4-混频器；5-选频放大器；6、8-功率放大器；7-滤波器（3）接收器的性能）接收器的性能1）身份鉴定代码的设定2）降低暗电流