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        航芯方案 | 針對ETC系統的OBE-SAM模塊設計方案


        ETC(Electrical Toll Collection)不停車收費是目前世界上最先進的路橋收費方式。通過安裝在車輛擋風玻璃上的車載單元與安裝在收費站 ETC 車道上的路側單元之間的微波專用短程通訊,利用計算機聯網技術與銀行進行后臺結算處理,從而達到車輛通過路橋收費站不需停車就能繳納路橋費的目的。


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


        ETC系統組成及工作原理


        ETC系統由前端系統和后臺數據庫系統組成,總體的架構如下圖所示:




        前端系統包含安裝在汽車擋風玻璃上的車載單元(On Board Unit,簡稱OBU)、路側單元(Roadside Unit,簡稱RSU)以及車道控制器組成,前端應用系統總體架構如下圖所示:




        以自動欄桿島內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,自動欄桿島內布局模式如下圖所示:




        當車輛駛入到ETC天線通信區域時,地感線圈感知車輛到來或離開,并把信號傳遞給車道控制器,車道控制器控制RSU通過DSRC信號與車輛上的OBU建立通信鏈路,完成雙向認證以及入口/出口信息寫入,上傳獲取到的相關的信息如汽車ID號、車型、車牌號等信息到中心管理系統和數據庫中的相應信息進行比較判斷,根據不同情況來控制管理系統產生不同的動作,如計算機收費管理系統從該車的賬戶中扣除此次應交的過路費,或送出指令給其它輔助設施工作。其它輔助設施如:違章車輛攝像系統,自動控制欄桿或其它障礙,交通顯示設備(紅、黃、綠燈等設備)指示車輛行駛。


        OBU系統組成


        OBU按用戶卡的類型來分類,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是分開的,會有一張單獨的用戶卡插入到OBU設備中;多邏輯通道是采用多邏輯通道合成技術把用戶卡和ESAM合成到了一個ESAM中。按安裝的階段來分,可以分為前裝OBU與后裝OBU,前裝OBU即在汽車出廠前OBU已經安裝好,OBU整機需要通過車規級的認證;后裝OBU則是汽車出廠后安裝的,沒有車規級認證的限制。雖然OBU分類看起來很復雜,但是總體的架構并沒有太大的差別,OBU的架構大致如下圖(以多邏輯通道OBU為例)所示:




        OBU包含主控MCU、ESAM/ICC,RF、藍牙、電源及一些外圍的器件組成。主控MCU實現了OBU的整體邏輯、提供ESAM至RSU信息轉發功能。


        ESAM邏輯單元,本質是一個安全單元,存儲了車輛信息、發行信息等數據,這些數據在滿足安全條件下可讀可寫。


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


        對于雙片式OBU而言, ESAM邏輯單元和ICC邏輯單元是兩個單獨的器件。而對于多邏輯通道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合成到了多邏輯通道ESAM一個器件中。


        上海航芯,多邏輯通道ESAM


        上海航芯針對ETC系統,研發了兩款多邏輯通道OBE-SAM產品,型號分別是ACL16-S8A和ACL16-S8B,ACL16-S8A是前裝產品,而ACL16-S8B是后裝產品。產品的主要特性如下:


        ? 安全芯片采用32位CPU核


        ? 支持SM4算法、TDES算法


        ? 用戶區數據存儲容量32Kbytes,50萬次擦寫次數


        ? 支持ISO/IEC 7816 T=0通信協議


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


        ? 支持多種文件類型,包括二進制文件、定長記錄文件、變長記錄文件、循環文件


        ? 支持多種安全訪問方式和權限管理


        ? 產品符合《收費公路聯網電子不停車收費技術要求》


        ? 產品符合《ESAM模塊安全評估測試》


        ? 產品符合《聯網電子收費多邏輯通道OBE-SAM模塊物理特性測試》


        ? 安全芯片達到國密二級認證級別


        ? 安全芯片達到EAL5+認證級別


        ? 符合車規級AEC-Q100Grade1測試認證(僅ACL16-S8A)



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