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航芯方案 | 針對(duì)ETC系統(tǒng)的OBE-SAM模塊設(shè)計(jì)方案


ETC(Electrical Toll Collection)不停車收費(fèi)是目前世界上最先進(jìn)的路橋收費(fèi)方式。通過(guò)安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的車載單元與安裝在收費(fèi)站 ETC 車道上的路側(cè)單元之間的微波專用短程通訊,利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進(jìn)行后臺(tái)結(jié)算處理,從而達(dá)到車輛通過(guò)路橋收費(fèi)站不需停車就能繳納路橋費(fèi)的目的。


本文將著重介紹一下ETC系統(tǒng)中的車載單元OBU設(shè)備及OBU設(shè)備中記錄車輛信息和用戶信息的ESAM單元。


ETC系統(tǒng)組成及工作原理


ETC系統(tǒng)由前端系統(tǒng)和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成,總體的架構(gòu)如下圖所示:




前端系統(tǒng)包含安裝在汽車擋風(fēng)玻璃上的車載單元(On Board Unit,簡(jiǎn)稱OBU)、路側(cè)單元(Roadside Unit,簡(jiǎn)稱RSU)以及車道控制器組成,前端應(yīng)用系統(tǒng)總體架構(gòu)如下圖所示:




以自動(dòng)欄桿島內(nèi)布局模式這種形式的ETC車道為例,介紹一下車輛通行的原理,自動(dòng)欄桿島內(nèi)布局模式如下圖所示:




當(dāng)車輛駛?cè)氲紼TC天線通信區(qū)域時(shí),地感線圈感知車輛到來(lái)或離開(kāi),并把信號(hào)傳遞給車道控制器,車道控制器控制RSU通過(guò)DSRC信號(hào)與車輛上的OBU建立通信鏈路,完成雙向認(rèn)證以及入口/出口信息寫(xiě)入,上傳獲取到的相關(guān)的信息如汽車ID號(hào)、車型、車牌號(hào)等信息到中心管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)信息進(jìn)行比較判斷,根據(jù)不同情況來(lái)控制管理系統(tǒng)產(chǎn)生不同的動(dòng)作,如計(jì)算機(jī)收費(fèi)管理系統(tǒng)從該車的賬戶中扣除此次應(yīng)交的過(guò)路費(fèi),或送出指令給其它輔助設(shè)施工作。其它輔助設(shè)施如:違章車輛攝像系統(tǒng),自動(dòng)控制欄桿或其它障礙,交通顯示設(shè)備(紅、黃、綠燈等設(shè)備)指示車輛行駛。


OBU系統(tǒng)組成


OBU按用戶卡的類型來(lái)分類,可以分為雙片式OBU和多邏輯通道OBU,雙片式OBU的用戶卡與ESAM是分開(kāi)的,會(huì)有一張單獨(dú)的用戶卡插入到OBU設(shè)備中;多邏輯通道是采用多邏輯通道合成技術(shù)把用戶卡和ESAM合成到了一個(gè)ESAM中。按安裝的階段來(lái)分,可以分為前裝OBU與后裝OBU,前裝OBU即在汽車出廠前OBU已經(jīng)安裝好,OBU整機(jī)需要通過(guò)車規(guī)級(jí)的認(rèn)證;后裝OBU則是汽車出廠后安裝的,沒(méi)有車規(guī)級(jí)認(rèn)證的限制。雖然OBU分類看起來(lái)很復(fù)雜,但是總體的架構(gòu)并沒(méi)有太大的差別,OBU的架構(gòu)大致如下圖(以多邏輯通道OBU為例)所示:




OBU包含主控MCU、ESAM/ICC,RF、藍(lán)牙、電源及一些外圍的器件組成。主控MCU實(shí)現(xiàn)了OBU的整體邏輯、提供ESAM至RSU信息轉(zhuǎn)發(fā)功能。


ESAM邏輯單元,本質(zhì)是一個(gè)安全單元,存儲(chǔ)了車輛信息、發(fā)行信息等數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)在滿足安全條件下可讀可寫(xiě)。


ICC邏輯單元,本質(zhì)是一個(gè)電子錢包卡,分為記賬卡和儲(chǔ)值卡,記賬卡中記有用戶ID等基本信息,用戶可用此卡在收費(fèi)車道先行記賬,其消費(fèi)金額將從用戶預(yù)付的賬戶中扣除(預(yù)付方式),或在之后一并結(jié)算(后付方式);儲(chǔ)值卡中有用戶在賬戶中預(yù)存的一定金額,卡中記有用戶ID和儲(chǔ)值信息,用戶可用此卡在收費(fèi)車道直接付款,其消費(fèi)金額將從卡中扣除,同時(shí)從用戶預(yù)存的賬戶中扣除。


對(duì)于雙片式OBU而言, ESAM邏輯單元和ICC邏輯單元是兩個(gè)單獨(dú)的器件。而對(duì)于多邏輯通道OBU而言,ESAM邏輯單元和ICC邏輯單元采用了多邏輯通道合成技術(shù)合成到了多邏輯通道ESAM一個(gè)器件中。


上海航芯,多邏輯通道ESAM


上海航芯針對(duì)ETC系統(tǒng),研發(fā)了兩款多邏輯通道OBE-SAM產(chǎn)品,型號(hào)分別是ACL16-S8A和ACL16-S8B,ACL16-S8A是前裝產(chǎn)品,而ACL16-S8B是后裝產(chǎn)品。產(chǎn)品的主要特性如下:


? 安全芯片采用32位CPU核


? 支持SM4算法、TDES算法


? 用戶區(qū)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量32Kbytes,50萬(wàn)次擦寫(xiě)次數(shù)


? 支持ISO/IEC 7816 T=0通信協(xié)議


? ISO/IEC 7816接口時(shí)鐘不高于15MHz,支持多種波特率(外部時(shí)鐘頻率3.57MHz情況下,9.6kbps~223.2kbps)


? 支持多種文件類型,包括二進(jìn)制文件、定長(zhǎng)記錄文件、變長(zhǎng)記錄文件、循環(huán)文件


? 支持多種安全訪問(wèn)方式和權(quán)限管理


? 產(chǎn)品符合《收費(fèi)公路聯(lián)網(wǎng)電子不停車收費(fèi)技術(shù)要求》


? 產(chǎn)品符合《ESAM模塊安全評(píng)估測(cè)試》


? 產(chǎn)品符合《聯(lián)網(wǎng)電子收費(fèi)多邏輯通道OBE-SAM模塊物理特性測(cè)試》


? 安全芯片達(dá)到國(guó)密二級(jí)認(rèn)證級(jí)別


? 安全芯片達(dá)到EAL5+認(rèn)證級(jí)別


? 符合車規(guī)級(jí)AEC-Q100Grade1測(cè)試認(rèn)證(僅ACL16-S8A)



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