卡車無鑰匙系統(tǒng)的室內低頻天線布置及分析

張倩倩，郭志培

(1.山西工程職業(yè)學院，山西 太原 030009；2.江鈴重型汽車有限公司,山西 太原 030032)

0 引言

隨著科學技術日新月異的發(fā)展，汽車無鑰匙系統(tǒng)(Passive Entry & Passive Start,PEPS)已經成為一種新型的汽車智能無鑰匙進入、智能安全舒適系統(tǒng)，在車輛的無線進入應用中已經成為代表性方案之一，它采用先進的無線射頻技術(Radio Frequency Identification，PFID)和車輛身份編碼識別系統(tǒng)，很大程度上提升了汽車安全防盜應用領域的便利性。駕駛員在開啟車門時，無需掏出鑰匙，無需按動智能鑰匙上的遙控按鍵或是將鑰匙插拔鎖芯，只需要智能鑰匙在感應區(qū)域內部，即可直接打開車門，啟動時，只需手指輕輕按動一鍵啟動開關，車輛就能啟動或熄火，給用戶帶來了便利及舒適的體驗。

汽車無鑰匙系統(tǒng)包括控制模塊ECU(Electronic Control Unit)、智能鑰匙SK(Smart Key)、啟動開關SSB(Start-Stop Button)、低頻天線LF(Low Frequency Antenna)和電子轉向柱鎖ESCL(Electronic Steering Column Lock)等五個部分。從系統(tǒng)工作角度出發(fā)，低頻天線起到了至關重要的作用，低頻天線以自身為中心，在半徑為1.5 m的球形空間內發(fā)送125 kHz的低頻信號，無鑰匙系統(tǒng)控制模塊ECU通過車內低頻天線發(fā)送的125 kHz低頻信號喚醒智能鑰匙，智能鑰匙接收到此低頻信號后發(fā)射433.92 MHz的高頻信號，控制模塊ECU接收此高頻信號，并通過智能鑰匙在CAN命令中回復的高頻場強值進而來判斷智能鑰匙與控制模塊ECU間的相對位置[1]，這樣通過高、低頻信號(高頻433.92 MHz,低頻125 kHz)在控制模塊ECU與智能鑰匙之間建立起有效的雙向交互，根據(jù)ECU控制模塊與智能鑰匙匹配的驗證結果，決定是否打開門鎖或是啟動。

目前，在乘用車上PEPS已經得到了廣泛的認可和應用，但是對于用車更為頻繁廣泛的重卡商用車型，國內市場上尚未得到推廣應用。因此研究PEPS系統(tǒng)在重卡商用車上的應用可提升卡車用戶操作的舒適性和便捷性，提高卡車的豪華感和科技感，同時對提高車輛的市場競爭力也具有非常重要的作用[2]，重型商用車匹配開發(fā)一鍵啟動系統(tǒng)也將成為趨勢[3]。

乘用車室內可布置空間大，室內天線一般布置在扶手箱位置，天線布置所受的空間局限性小。但是卡車和乘用車不同，卡車駕駛室可布置的空間小，鈑金件覆蓋面多，用盡可能少的室內低頻天線布置，滿足低頻天線的布置要求，同時滿足一鍵啟動系統(tǒng)功能的要求就顯得尤為重要。為此，本文提出了一種適用于卡車駕駛室的室內低頻天線布置及CAN診斷控制場強標定策略，僅用2根天線覆蓋整個駕駛室，可以保證一鍵啟動系統(tǒng)的性能，還可以節(jié)約整車制造成本。

1 卡車駕駛室內低頻天線布置策略

卡車駕駛室可布置空間小，鈑金件覆蓋面多，用盡可能少的室內低頻天線布置，在滿足低頻天線的布置要求的基礎上同時滿足一鍵啟動系統(tǒng)功能的要求，可以節(jié)約布置空間和成本。本文提出的適用于卡車駕駛室的室內低頻天線布置策略，不是采用傳統(tǒng)的4根室內低頻天線布置于駕駛室4個空間，而是僅用2根室內低頻天線覆蓋整個駕駛室，并可以保證一鍵啟動系統(tǒng)的工作性能，還減少了2根室內天線，節(jié)約了整車的成本。

1.1 布置要求

當卡車配置一鍵啟動系統(tǒng)時，室內低頻天線的布置至關重要，低頻天線的布置需要滿足以下要求：

(1) 盡量與車身中心軸對稱?？ㄜ囓嚿磔^寬，為防止盲區(qū)出現(xiàn)，按天線能夠覆蓋“以天線為中心1.5 m的球形空間范圍”設計，以能覆蓋車內全部范圍為準。

(2) 需要垂直于車體方向放置。

(3) 安裝位置需要距離大面積金屬平面30 mm以上。

(4) 低頻天線上方避免有金屬物體。

(5) 低頻天線外部的裝飾件不能被鍍鉻層覆蓋。

1.2 布置方案

在滿足室內低頻天線布置要求的前提下，本布置方案一改現(xiàn)有配置PEPS系統(tǒng)的重卡車型室內天線布置在駕駛室上下左右四個位置的方案，提出一種適用于卡車駕駛室的兩根室內低頻天線的布置方案：

(1) 第一根天線布置在卡車駕駛室副儀表臺內部位置，如圖1所示。

圖1 第一根天線布置位置

(2) 第二根天線布置在卡車帶臥鋪位置的上方中間位置，如圖2所示。

圖2 第二根天線布置位置

此布置策略在盡可能降低成本的前提下，用較少數(shù)量的室內低頻天線，解決了室內天線低頻信號存在盲區(qū)的問題，很大程度上節(jié)約了成本，更重要的是不影響一鍵啟動系統(tǒng)低頻天線通訊性能。

2 低頻天線布置分析

2.1 室內低頻天線包絡圖分析

利用3D建模軟件，將天線1和天線2在整車的布置位置進行建模。按照室內低頻天線以自身為中心，半徑為1.5 m球形空間內發(fā)送125 kHz低頻信號的性能參數(shù)，在3D建模系統(tǒng)中，以每個天線為中心，按照1.5 m的半徑，建立了兩根天線在駕駛室內的包絡圖，也叫泡泡圖。駕駛室泡泡圖分析布置可行性如圖3所示，兩根天線的工作泡泡圖就能夠包絡整個駕駛室區(qū)域。說明兩根天線的低頻工作半徑能夠覆蓋整個駕駛室，包括駕駛室儲物盒，無盲區(qū)。

2.2 室內低頻天線場強標定測試區(qū)域劃分

在實車上安裝好PEPS系統(tǒng)的各個模塊，將低頻天線固定于確定好的布置位置1和2處。使用CANslinkal工具對PEPS系統(tǒng)控制模塊ECU發(fā)送診斷控制命令，ECU進入場強標定模式。在此模式下PEPS控制模塊ECU會觸發(fā)選中的單根天線，每隔一秒發(fā)送一次低頻信號。然后將智能鑰匙放置在實車內的不同位置進行場強測試，并記錄對應位置的場強值。

圖3 駕駛室泡泡圖分析布置可行性

為了能夠將覆蓋的整個駕駛室區(qū)域全部測試到，將實車駕駛室覆蓋區(qū)域劃分為16個空間，每個空間選取代表位置并記為1～16，如圖4所示，16個測試區(qū)域劃分描述如表1所示。

圖4 駕駛室測試區(qū)域劃分

表1 駕駛室測試區(qū)域劃分描述

2.3 室內低頻天線實車場強標定結果

在實車上通過CANslinkal工具對PEPS系統(tǒng)控制模塊ECU發(fā)送診斷控制命令，控制模塊ECU進入場強標定模式。在此模式下控制模塊ECU會觸發(fā)選中的單根天線，每隔一秒發(fā)送一次低頻信號?？刂颇KECU通過低頻信號喚醒智能鑰匙，智能鑰匙接收到低頻信號后發(fā)射高頻信號給ECU，在CAN信號中體現(xiàn)為智能鑰匙回復的高頻場強值，信號格式如表2所示。

表2 智能鑰匙高頻場強值命令

表2中，Byte5、Byte6為智能鑰匙回復的高頻場強值，此數(shù)據(jù)反映了控制模塊ECU和智能鑰匙的相對位置，體現(xiàn)了低頻天線布置的可行性。當高頻場強值為0時，表明控制模塊ECU和智能鑰匙的相對位置較遠，智能鑰匙不在控制模塊ECU尋找范圍之內，低頻天線布置不合理；當高頻場強值大于0時，表明通過低頻天線，控制模塊ECU能夠找到智能鑰匙，進而實現(xiàn)一鍵啟動。

將智能鑰匙放在實車內的不同位置進行場強測試，并記錄對應位置的場強值。兩根天線實車場強標定測試結果如表3、表4所示。此處高頻場強值用十六進制數(shù)表示,無量綱。

表3 第1根天線布置位置的場強測試

表4 第2根天線布置位置的場強測試

綜合表3和表4，將每個位置兩根天線的場強值對應疊加為整車駕駛室區(qū)域此位置區(qū)域的室內低頻天線場強值。分析數(shù)據(jù)可知，天線已全覆蓋整個駕駛室區(qū)域，駕駛室無盲區(qū)?；诳ㄜ囻{駛室的PEPS系統(tǒng)布置兩根天線對于智能鑰匙的尋找是可行的，可通過場強標定滿足配置PEPS的駕駛室內無盲區(qū)要求。

3 結論

綜合3D建模軟件對天線位置建模泡泡圖包絡分析及通過實車場強標定測試的結果，卡車駕駛室配置無鑰匙系統(tǒng)，可以用兩根室內低頻天線覆蓋整個駕駛室區(qū)域。此布置策略在盡可能降低成本的前提下，用較少數(shù)量的室內低頻天線，解決了室內天線低頻信號存在盲區(qū)的問題，很大程度上節(jié)約了成本，更重要的是不影響一鍵啟動系統(tǒng)低頻天線通訊性能。隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，卡車的智能化與舒適性的重要性也日益提高，作為一道搶眼的銷售亮點，無鑰匙啟動系統(tǒng)將更快在商用車進行普及[4]。