乘用車遙控距離系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的研究

【摘" 要】文章對(duì)乘用車遙控距離的影響因素進(jìn)行系統(tǒng)的研究，結(jié)合某車型的開發(fā)過(guò)程對(duì)影響遙控距離的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與整理，同時(shí)在設(shè)計(jì)層面給出依據(jù)與參考，針對(duì)遙控信號(hào)傳輸距離與信號(hào)傳輸?shù)乃p關(guān)系給出計(jì)算公式，這樣可以在設(shè)計(jì)前期，針對(duì)整車的遙控距離目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，將具體指標(biāo)分解至影響遙控距離的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而確保遙控距離的達(dá)成。

【關(guān)鍵詞】乘用車；遙控距離；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）03-0057-04

Research on the Design Method of Remote Control Distance System for Passenger Cars

WANG Jian，LI Kuan，KANG Longqi，ZHAO Wenbo

（Bestune Development Institute，F(xiàn)AW Bestune Car Co.，Ltd.，Changchun 130012，China）

【Abstract】This article conducts a systematic study on the factors affecting the remote control distance of passenger cars. Based on the development process of a certain vehicle model，data analysis and organization are conducted on various links that affect the remote control distance. At the same time，basis and reference are provided at the design level. Calculation formulas are provided for the attenuation relationship between remote control signal transmission distance and signal transmission，so that the remote control distance target of the entire vehicle can be calculated in the early stage of design，Thus，specific indicators are decomposed into various links that affect remote control distance，to ensure the achievement of remote control distance.

【Key words】passenger cars；remote control distance；system design

作者簡(jiǎn)介

王健，高級(jí)工程師，主要從事車身電子控制器的開發(fā)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

1" 前言

乘用車的遙控距離是一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，遙控距離的本質(zhì)是電磁波信號(hào)的有效傳輸距離，遙控鑰匙發(fā)出的高頻信號(hào)從鑰匙芯片發(fā)出，最終在車載端被接收，整個(gè)傳輸過(guò)程產(chǎn)生信號(hào)損耗的環(huán)節(jié)包括遙控鑰匙自身?yè)p耗、空氣中傳播的損耗以及遙控接收器的損耗。

為了達(dá)到設(shè)定的遙控距離目標(biāo)，需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的遙控鑰匙和遙控接收器對(duì)信號(hào)傳輸?shù)膿p耗進(jìn)行合理控制，同時(shí)要明確信號(hào)傳輸距離與信號(hào)衰減的關(guān)系，這樣可以在設(shè)計(jì)前期針對(duì)遙控距離目標(biāo)制定各個(gè)環(huán)節(jié)的信號(hào)損耗目標(biāo)，同時(shí)還需要明確信號(hào)在空氣中傳播時(shí)距離與損耗量的關(guān)系，從而確保遙控距離的達(dá)成。

2" 遙控距離系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本文的遙控距離特指遙控車輛的有效距離，該系統(tǒng)由遙控鑰匙、遙控接收器和車身控制器組成。通信方式為當(dāng)遙控鑰匙被按下時(shí)，遙控鑰匙發(fā)出高頻信號(hào)，該信號(hào)以電磁波的形式在空氣中傳播，由車載端的遙控接收器進(jìn)行接收，然后轉(zhuǎn)發(fā)給車身控制器進(jìn)行信號(hào)解密，隨后進(jìn)行相應(yīng)的解鎖或閉鎖控制。遙控鑰匙與車輛之間的有效操控距離被稱為遙控距離。通信過(guò)程如圖1所示。

3" 遙控距離系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1" 遙控鑰匙的設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)原則：將遙控鑰匙的信號(hào)從高頻芯片發(fā)出到遙控鑰匙殼體之間的損耗降到最低。

2）遙控鑰匙芯片的發(fā)射能力：遙控鑰匙的射頻發(fā)射芯片的發(fā)射功率為10mW（e.r.p），對(duì)應(yīng)發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度為 +10dBm，該值為最大值，依據(jù)為無(wú)線電頻率管理辦法《微功率（短距離）無(wú)線電設(shè)備管理暫行規(guī)定》中第十一條規(guī)定。

3）遙控鑰匙本體對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的損耗：高頻信號(hào)在芯片發(fā)出后會(huì)先后經(jīng)過(guò)PCB電路、鑰匙天線和鑰匙外殼后才能在空氣中傳播，電路、天線和外殼對(duì)信號(hào)傳輸均有衰減作用，而天線的布置和外殼均受到造型的影響，故需要對(duì)鑰匙的損耗做一個(gè)估算。方法為選取5個(gè)車型的遙控鑰匙，采用頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)量，將鑰匙靠近頻譜分析儀的天線，按下遙控鑰匙按鍵查看頻譜分析儀收到的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)值，見表1，5個(gè)不同車型的遙控鑰匙的平均場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)值為-27.3dBm，考慮遙控鑰匙造型等因素帶來(lái)的差異性，該值可取為-30dBm，故鑰匙整體對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的損耗為+10dBm- （-30dBm）=40dBm。

遙控鑰匙的芯片發(fā)射能力為確定值，遙控鑰匙整體對(duì)發(fā)射信號(hào)的損耗越小，則在其它相同條件下遙控距離會(huì)越遠(yuǎn)。從經(jīng)驗(yàn)值看，40dBm的損耗量為正常水平。

3.2" 遙控接收器的設(shè)計(jì)

遙控接收器芯片的接收能力又稱為接收靈敏度，即遙控接收器芯片能夠識(shí)別的最小有效信號(hào)強(qiáng)度，車規(guī)級(jí)芯片的接收靈敏度有-105dBm、-107dBm和-117dBm 3種，本文采用-117dBm進(jìn)行計(jì)算。

遙控接收器固定在車輛內(nèi)部，對(duì)電磁波信號(hào)的影響因素分別為遙控接收器自身內(nèi)部天線及電路對(duì)信號(hào)的損耗和整車金屬對(duì)遙控信號(hào)產(chǎn)生的損耗。

1）遙控接收器對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的損耗：遙控接收器為接收鑰匙發(fā)出的高頻信號(hào)的器件，在遙控接收器內(nèi)部，高頻信號(hào)首先會(huì)經(jīng)過(guò)遙控接收器的接收天線，然后通過(guò)電路傳輸?shù)浇邮招酒渲薪邮仗炀€與電路對(duì)信號(hào)均有衰減作用。該部分的損耗同樣無(wú)計(jì)算公式可遵循，故采用某試驗(yàn)車輛測(cè)試的方式評(píng)估。遙控接收器端損耗約為21dBm，采用頻譜分析儀在車尾部遙控接收器附近接收信號(hào)，然后將鑰匙置于恰好可以解鎖車輛的位置，按下遙控鑰匙解鎖按鍵，觀察頻譜分析儀接收到的信號(hào)強(qiáng)度為-95.6dBm，而遙控接收器芯片的接收能力為-117dBm，此時(shí)遙控接收器與頻譜分析儀中間隔了后風(fēng)窗，將后風(fēng)窗玻璃的影響忽略不計(jì)，故可計(jì)算出遙控接收器的損耗為-95.6dBm-（-117dBm）≈21dBm。頻譜儀捕捉信號(hào)強(qiáng)度如圖2所示。

2）整車金屬對(duì)場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)的損耗：采用試驗(yàn)車輛實(shí)車測(cè)試評(píng)估，將頻譜分析儀放置在車內(nèi)遙控接收器的位置，在距離車輛6m的位置按下鑰匙解鎖按鍵，記錄遙控接收器接收的場(chǎng)強(qiáng)值數(shù)據(jù)，如圖3所示，可看到整車金屬對(duì)場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)是有影響的。在后風(fēng)擋玻璃處的接收強(qiáng)度為 -73.73dBm，此處可以理解為車身金屬對(duì)于鑰匙信號(hào)無(wú)損耗；在車頭左前方位置，接收到的信號(hào)為-84.91dBm，該位置車身金屬對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的損耗最大。在計(jì)算中，將損耗的最大值計(jì)為車身金屬產(chǎn)生的損耗值，該損耗值為-73.73dBm-（-84.91dBm）≈11dBm。

遙控接收器的芯片靈敏度有可選擇性，靈敏度越小，則遙控距離在其它相同條件下會(huì)越遠(yuǎn)。根據(jù)試驗(yàn)車輛測(cè)試數(shù)據(jù)，遙控接收器和車身金屬對(duì)信號(hào)強(qiáng)度損耗的最大影響為21dBm+11dBm=32dBm。32dBm的損耗量具有代表性，可在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行估算使用。針對(duì)不同車型，可根據(jù)上述方法對(duì)遙控接收器的信號(hào)損耗進(jìn)行測(cè)試。

3.3" 遙控距離的計(jì)算

高頻信號(hào)在空氣中的傳播只有理想狀態(tài)通信距離的計(jì)算公式可參考，本文給出自由空間傳播時(shí)的無(wú)線通信距離的計(jì)算方法。所謂自由空間傳播指天線周圍為無(wú)限大真空時(shí)的電波傳播，它是理想傳播條件。電波在自由空間傳播時(shí)，其能量既不會(huì)被障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。

通信距離與發(fā)射功率、接收靈敏度和工作頻率有關(guān)。

Lfs（dB）=32.44+20lgd（km）+20lg" f（MHz） （1）

式中：Lfs——傳輸損耗；d——傳輸距離；f——信號(hào)傳輸?shù)念l率，MHz。

故上述公式無(wú)實(shí)際參考價(jià)值，因?yàn)閷?shí)際信號(hào)傳播的過(guò)程中會(huì)有大氣、阻擋物、多徑等造成的損耗，建筑物、樹木和墻壁的遮擋，人體、氣候等對(duì)電磁波的衰減，均會(huì)產(chǎn)生反射或散射的影響。

故采用實(shí)際鑰匙測(cè)量的方式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)推導(dǎo)傳輸距離與場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)衰減的公式。分別實(shí)測(cè)鑰匙A、鑰匙B、鑰匙C、鑰匙D在不同距離d的場(chǎng)強(qiáng)衰減情況，測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

從圖4可以看出，在距離遙控鑰匙的0～3m范圍內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)度衰減與距離相關(guān)性呈現(xiàn)迅速下降的趨勢(shì)；在3m以上的距離，信號(hào)強(qiáng)度衰減變緩。故按照0～3m和3m以上分別來(lái)推導(dǎo)遙控距離與信號(hào)強(qiáng)度衰減的公式。

3.3.1" 距離3m以內(nèi)的遙控距離與信號(hào)強(qiáng)度衰減的公式推導(dǎo)

1）選取4個(gè)車型的遙控鑰匙分別進(jìn)行距離鑰匙0m、1m、1.5m和3m的距離測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)，測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。

通過(guò)表3數(shù)據(jù)，計(jì)算出距離鑰匙1m、1.5m和3m的場(chǎng)強(qiáng)損耗值，見表4。根據(jù)數(shù)據(jù)導(dǎo)出距離鑰匙3m范圍內(nèi)的遙控距離d與信號(hào)衰減強(qiáng)度Lnear的關(guān)系式如下：

Lnear=-2.30667d2+15.23467d+15.386（2）

式中：d——遙控距離，m，其中0lt;d≤3；Lnear——近距離場(chǎng)強(qiáng)衰減損耗，dBm。

3.3.2" 距離3m以上的遙控距離與信號(hào)強(qiáng)度衰減的公式推導(dǎo)

選取表2中的4個(gè)車型的遙控鑰匙測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算出距離鑰匙與場(chǎng)強(qiáng)損耗的數(shù)據(jù)，見表5。

根據(jù)數(shù)據(jù)導(dǎo)出距離鑰匙3m以上的遙控距離d與信號(hào)強(qiáng)度衰減損耗Lfar的關(guān)系式如下：

Lfar=0.0111d2+0.684d+34.6718（3）

式中：d——遙控距離，m，其中dgt;3；Lfar——遠(yuǎn)距離場(chǎng)強(qiáng)衰減，dBm。

4" 遙控距離計(jì)算的實(shí)車驗(yàn)證

4.1" 某車型遙控距離的計(jì)算

計(jì)算方法參照上述內(nèi)容，實(shí)際車輛的遙控距離一定在3m以上，根據(jù)上述遙控鑰匙和遙控接收器的損耗值計(jì)算遙控距離d，該車型實(shí)測(cè)遙控鑰匙端的信號(hào)強(qiáng)度為-28dBm，遙控接收器的信號(hào)損耗按照30dBm，采用式（3）計(jì)算，遙控接收器的接收靈敏度為-117dBm，那么允許鑰匙信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損耗值為59dBm。代入公式計(jì)算：

Lfar=59（4）

0.0111d2+0.684d+34.6718=59（5）

進(jìn)而計(jì)算出遙控距離d≈25m。

4.2" 某車型遙控距離的實(shí)測(cè)

測(cè)試方法：將車輛放置在空曠場(chǎng)地上，50m范圍內(nèi)無(wú)建筑及高壓線，以車輛為中心，每隔5cm畫同心圓，每隔15°尋找測(cè)量點(diǎn)，在圖5所示區(qū)域的每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上，水平放置、側(cè)向放置、垂直放置遙控器，并正對(duì)接收方向的情況下，操作遙控鑰匙執(zhí)行遙控操作，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3次，共測(cè)量9次，記錄有效次數(shù)。

測(cè)量過(guò)程如圖6所示，實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)記錄見表6。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，在25m的距離可以達(dá)到有效率100%，在30m的距離個(gè)別角度存在遙控失效點(diǎn)，即計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)符合度符合預(yù)期。

5" 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)推斷出遙控距離與信號(hào)傳輸損耗的關(guān)系，同時(shí)結(jié)合車型的開發(fā)給出遙控鑰匙和遙控接收器的設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過(guò)某車型實(shí)際驗(yàn)證，得到的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相符，說(shuō)明本文的系統(tǒng)研究方法有效，可以作為乘用車遙控距離設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 信息產(chǎn)業(yè)部. 微功率（短距離）無(wú)線電設(shè)備管理暫行規(guī)定[S]. 1998.

（編輯" 楊凱麟）