卡車(chē)無(wú)鑰匙系統(tǒng)的室內(nèi)低頻天線布置及分析

張倩倩，郭志培

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

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，汽車(chē)無(wú)鑰匙系統(tǒng)(Passive Entry & Passive Start,PEPS)已經(jīng)成為一種新型的汽車(chē)智能無(wú)鑰匙進(jìn)入、智能安全舒適系統(tǒng)，在車(chē)輛的無(wú)線進(jìn)入應(yīng)用中已經(jīng)成為代表性方案之一，它采用先進(jìn)的無(wú)線射頻技術(shù)(Radio Frequency Identification，PFID)和車(chē)輛身份編碼識(shí)別系統(tǒng)，很大程度上提升了汽車(chē)安全防盜應(yīng)用領(lǐng)域的便利性。駕駛員在開(kāi)啟車(chē)門(mén)時(shí)，無(wú)需掏出鑰匙，無(wú)需按動(dòng)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(yīng)區(qū)域內(nèi)部，即可直接打開(kāi)車(chē)門(mén)，啟動(dòng)時(shí)，只需手指輕輕按動(dòng)一鍵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，車(chē)輛就能啟動(dòng)或熄火，給用戶帶來(lái)了便利及舒適的體驗(yàn)。

汽車(chē)無(wú)鑰匙系統(tǒng)包括控制模塊ECU(Electronic Control Unit)、智能鑰匙SK(Smart Key)、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)SSB(Start-Stop Button)、低頻天線LF(Low Frequency Antenna)和電子轉(zhuǎn)向柱鎖ESCL(Electronic Steering Column Lock)等五個(gè)部分。從系統(tǒng)工作角度出發(fā)，低頻天線起到了至關(guān)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(nèi)發(fā)送125 kHz的低頻信號(hào)，無(wú)鑰匙系統(tǒng)控制模塊ECU通過(guò)車(chē)內(nèi)低頻天線發(fā)送的125 kHz低頻信號(hào)喚醒智能鑰匙，智能鑰匙接收到此低頻信號(hào)后發(fā)射433.92 MHz的高頻信號(hào)，控制模塊ECU接收此高頻信號(hào)，并通過(guò)智能鑰匙在CAN命令中回復(fù)的高頻場(chǎng)強(qiáng)值進(jìn)而來(lái)判斷智能鑰匙與控制模塊ECU間的相對(duì)位置[1]，這樣通過(guò)高、低頻信號(hào)(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(yàn)證結(jié)果，決定是否打開(kāi)門(mén)鎖或是啟動(dòng)。

目前，在乘用車(chē)上PEPS已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，但是對(duì)于用車(chē)更為頻繁廣泛的重卡商用車(chē)型，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上尚未得到推廣應(yīng)用。因此研究PEPS系統(tǒng)在重卡商用車(chē)上的應(yīng)用可提升卡車(chē)用戶操作的舒適性和便捷性，提高卡車(chē)的豪華感和科技感，同時(shí)對(duì)提高車(chē)輛的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力也具有非常重要的作用[2]，重型商用車(chē)匹配開(kāi)發(fā)一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)也將成為趨勢(shì)[3]。

乘用車(chē)室內(nèi)可布置空間大，室內(nèi)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(chē)和乘用車(chē)不同，卡車(chē)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(nèi)低頻天線布置，滿足低頻天線的布置要求，同時(shí)滿足一鍵啟動(dòng)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(chē)駕駛室的室內(nèi)低頻天線布置及CAN診斷控制場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)定策略，僅用2根天線覆蓋整個(gè)駕駛室，可以保證一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)的性能，還可以節(jié)約整車(chē)制造成本。

1 卡車(chē)駕駛室內(nèi)低頻天線布置策略

卡車(chē)駕駛室可布置空間小，鈑金件覆蓋面多，用盡可能少的室內(nèi)低頻天線布置，在滿足低頻天線的布置要求的基礎(chǔ)上同時(shí)滿足一鍵啟動(dòng)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(chē)駕駛室的室內(nèi)低頻天線布置策略，不是采用傳統(tǒng)的4根室內(nèi)低頻天線布置于駕駛室4個(gè)空間，而是僅用2根室內(nèi)低頻天線覆蓋整個(gè)駕駛室，并可以保證一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)的工作性能，還減少了2根室內(nèi)天線，節(jié)約了整車(chē)的成本。

1.1 布置要求

當(dāng)卡車(chē)配置一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，室內(nèi)低頻天線的布置至關(guān)重要，低頻天線的布置需要滿足以下要求：

(1) 盡量與車(chē)身中心軸對(duì)稱。卡車(chē)車(chē)身較寬，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(shè)計(jì)，以能覆蓋車(chē)內(nèi)全部范圍為準(zhǔn)。

(2) 需要垂直于車(chē)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(nèi)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(chē)型室內(nèi)天線布置在駕駛室上下左右四個(gè)位置的方案，提出一種適用于卡車(chē)駕駛室的兩根室內(nèi)低頻天線的布置方案：

(1) 第一根天線布置在卡車(chē)駕駛室副儀表臺(tái)內(nèi)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(chē)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(nèi)低頻天線，解決了室內(nèi)天線低頻信號(hào)存在盲區(qū)的問(wèn)題，很大程度上節(jié)約了成本，更重要的是不影響一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)低頻天線通訊性能。

2 低頻天線布置分析

2.1 室內(nèi)低頻天線包絡(luò)圖分析

利用3D建模軟件，將天線1和天線2在整車(chē)的布置位置進(jìn)行建模。按照室內(nèi)低頻天線以自身為中心，半徑為1.5 m球形空間內(nèi)發(fā)送125 kHz低頻信號(hào)的性能參數(shù)，在3D建模系統(tǒng)中，以每個(gè)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(nèi)的包絡(luò)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(luò)整個(gè)駕駛室區(qū)域。說(shuō)明兩根天線的低頻工作半徑能夠覆蓋整個(gè)駕駛室，包括駕駛室儲(chǔ)物盒，無(wú)盲區(qū)。

2.2 室內(nèi)低頻天線場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)定測(cè)試區(qū)域劃分

在實(shí)車(chē)上安裝好PEPS系統(tǒng)的各個(gè)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(duì)PEPS系統(tǒng)控制模塊ECU發(fā)送診斷控制命令，ECU進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)定模式。在此模式下PEPS控制模塊ECU會(huì)觸發(fā)選中的單根天線，每隔一秒發(fā)送一次低頻信號(hào)。然后將智能鑰匙放置在實(shí)車(chē)內(nèi)的不同位置進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試，并記錄對(duì)應(yīng)位置的場(chǎng)強(qiáng)值。

圖3 駕駛室泡泡圖分析布置可行性

為了能夠?qū)⒏采w的整個(gè)駕駛室區(qū)域全部測(cè)試到，將實(shí)車(chē)駕駛室覆蓋區(qū)域劃分為16個(gè)空間，每個(gè)空間選取代表位置并記為1～16，如圖4所示，16個(gè)測(cè)試區(qū)域劃分描述如表1所示。

圖4 駕駛室測(cè)試區(qū)域劃分

表1 駕駛室測(cè)試區(qū)域劃分描述

2.3 室內(nèi)低頻天線實(shí)車(chē)場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)定結(jié)果

在實(shí)車(chē)上通過(guò)CANslinkal工具對(duì)PEPS系統(tǒng)控制模塊ECU發(fā)送診斷控制命令，控制模塊ECU進(jìn)入場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)定模式。在此模式下控制模塊ECU會(huì)觸發(fā)選中的單根天線，每隔一秒發(fā)送一次低頻信號(hào)?？刂颇KECU通過(guò)低頻信號(hào)喚醒智能鑰匙，智能鑰匙接收到低頻信號(hào)后發(fā)射高頻信號(hào)給ECU，在CAN信號(hào)中體現(xiàn)為智能鑰匙回復(fù)的高頻場(chǎng)強(qiáng)值，信號(hào)格式如表2所示。

表2 智能鑰匙高頻場(chǎng)強(qiáng)值命令

表2中，Byte5、Byte6為智能鑰匙回復(fù)的高頻場(chǎng)強(qiáng)值，此數(shù)據(jù)反映了控制模塊ECU和智能鑰匙的相對(duì)位置，體現(xiàn)了低頻天線布置的可行性。當(dāng)高頻場(chǎng)強(qiáng)值為0時(shí)，表明控制模塊ECU和智能鑰匙的相對(duì)位置較遠(yuǎn)，智能鑰匙不在控制模塊ECU尋找范圍之內(nèi)，低頻天線布置不合理；當(dāng)高頻場(chǎng)強(qiáng)值大于0時(shí)，表明通過(guò)低頻天線，控制模塊ECU能夠找到智能鑰匙，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)。

將智能鑰匙放在實(shí)車(chē)內(nèi)的不同位置進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試，并記錄對(duì)應(yīng)位置的場(chǎng)強(qiáng)值。兩根天線實(shí)車(chē)場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)定測(cè)試結(jié)果如表3、表4所示。此處高頻場(chǎng)強(qiáng)值用十六進(jìn)制數(shù)表示,無(wú)量綱。

表3 第1根天線布置位置的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試

表4 第2根天線布置位置的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試

綜合表3和表4，將每個(gè)位置兩根天線的場(chǎng)強(qiáng)值對(duì)應(yīng)疊加為整車(chē)駕駛室區(qū)域此位置區(qū)域的室內(nèi)低頻天線場(chǎng)強(qiáng)值。分析數(shù)據(jù)可知，天線已全覆蓋整個(gè)駕駛室區(qū)域，駕駛室無(wú)盲區(qū)?；诳ㄜ?chē)駕駛室的PEPS系統(tǒng)布置兩根天線對(duì)于智能鑰匙的尋找是可行的，可通過(guò)場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)定滿足配置PEPS的駕駛室內(nèi)無(wú)盲區(qū)要求。

3 結(jié)論

綜合3D建模軟件對(duì)天線位置建模泡泡圖包絡(luò)分析及通過(guò)實(shí)車(chē)場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)定測(cè)試的結(jié)果，卡車(chē)駕駛室配置無(wú)鑰匙系統(tǒng)，可以用兩根室內(nèi)低頻天線覆蓋整個(gè)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(nèi)低頻天線，解決了室內(nèi)天線低頻信號(hào)存在盲區(qū)的問(wèn)題，很大程度上節(jié)約了成本，更重要的是不影響一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)低頻天線通訊性能。隨著汽車(chē)行業(yè)的飛速發(fā)展，卡車(chē)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(diǎn)，無(wú)鑰匙啟動(dòng)系統(tǒng)將更快在商用車(chē)進(jìn)行普及[4]。