卡車無鑰匙系統(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，汽車無鑰匙系統(tǒng)(Passive Entry & Passive Start,PEPS)已經(jīng)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(yīng)用中已經(jīng)成為代表性方案之一，它采用先進的無線射頻技術(shù)(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(yīng)用領(lǐng)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(yīng)區(qū)域內(nèi)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(guān)，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(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，無鑰匙系統(tǒng)控制模塊ECU通過車內(nèi)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(fù)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(jié)果，決定是否打開門鎖或是啟動。

目前，在乘用車上PEPS已經(jīng)得到了廣泛的認可和應(yīng)用，但是對于用車更為頻繁廣泛的重卡商用車型，國內(nèi)市場上尚未得到推廣應(yīng)用。因此研究PEPS系統(tǒng)在重卡商用車上的應(yīng)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(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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(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(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個空間，而是僅用2根室內(nèi)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(nèi)天線，節(jié)約了整車的成本。

1.1 布置要求

當(dāng)卡車配置一鍵啟動系統(tǒng)時，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) 盡量與車身中心軸對稱。卡車車身較寬，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，以能覆蓋車內(nèi)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(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)的重卡車型室內(nèi)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(nèi)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(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(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在整車的布置位置進行建模。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(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(nèi)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(nèi)的不同位置進行場強測試，并記錄對應(yīng)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?qū)⒏采w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(nèi)低頻天線實車場強標定結(jié)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。控制模塊ECU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(fù)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(fù)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(dāng)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(nèi)，低頻天線布置不合理；當(dāng)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(nèi)的不同位置進行場強測試，并記錄對應(yīng)位置的場強值。兩根天線實車場強標定測試結(jié)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(yīng)疊加為整車駕駛室區(qū)域此位置區(qū)域的室內(nèi)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)。基于卡車駕駛室的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(nèi)無盲區(qū)要求。

3 結(jié)論

綜合3D建模軟件對天線位置建模泡泡圖包絡(luò)分析及通過實車場強標定測試的結(jié)果，卡車駕駛室配置無鑰匙系統(tǒng)，可以用兩根室內(nèi)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(nèi)低頻天線，解決了室內(nèi)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]。