卡车无钥匙系统的室内低频天线布置及分析

张倩倩，郭志培

(1.山西工程职业学院，山西 太原 030009；2.江铃重型汽车有限公司,山西 太原 030032)

0 引言

随着科学技术日新月异的发展，汽车无钥匙系统(Passive Entry & Passive Start,PEPS)已经成为一种新型的汽车智能无钥匙进入、智能安全舒适系统，在车辆的无线进入应用中已经成为代表性方案之一，它采用先进的无线射频技术(Radio Frequency Identification，PFID)和车辆身份编码识别系统，很大程度上提升了汽车安全防盗应用领域的便利性。驾驶员在开启车门时，无需掏出钥匙，无需按动智能钥匙上的遥控按键或是将钥匙插拔锁芯，只需要智能钥匙在感应区域内部，即可直接打开车门，启动时，只需手指轻轻按动一键启动开关，车辆就能启动或熄火，给用户带来了便利及舒适的体验。

汽车无钥匙系统包括控制模块ECU(Electronic Control Unit)、智能钥匙SK(Smart Key)、启动开关SSB(Start-Stop Button)、低频天线LF(Low Frequency Antenna)和电子转向柱锁ESCL(Electronic Steering Column Lock)等五个部分。从系统工作角度出发，低频天线起到了至关重要的作用，低频天线以自身为中心，在半径为1.5 m的球形空间内发送125 kHz的低频信号，无钥匙系统控制模块ECU通过车内低频天线发送的125 kHz低频信号唤醒智能钥匙，智能钥匙接收到此低频信号后发射433.92 MHz的高频信号，控制模块ECU接收此高频信号，并通过智能钥匙在CAN命令中回复的高频场强值进而来判断智能钥匙与控制模块ECU间的相对位置[1]，这样通过高、低频信号(高频433.92 MHz,低频125 kHz)在控制模块ECU与智能钥匙之间建立起有效的双向交互，根据ECU控制模块与智能钥匙匹配的验证结果，决定是否打开门锁或是启动。

目前，在乘用车上PEPS已经得到了广泛的认可和应用，但是对于用车更为频繁广泛的重卡商用车型，国内市场上尚未得到推广应用。因此研究PEPS系统在重卡商用车上的应用可提升卡车用户操作的舒适性和便捷性，提高卡车的豪华感和科技感，同时对提高车辆的市场竞争力也具有非常重要的作用[2]，重型商用车匹配开发一键启动系统也将成为趋势[3]。

乘用车室内可布置空间大，室内天线一般布置在扶手箱位置，天线布置所受的空间局限性小。但是卡车和乘用车不同，卡车驾驶室可布置的空间小，钣金件覆盖面多，用尽可能少的室内低频天线布置，满足低频天线的布置要求，同时满足一键启动系统功能的要求就显得尤为重要。为此，本文提出了一种适用于卡车驾驶室的室内低频天线布置及CAN诊断控制场强标定策略，仅用2根天线覆盖整个驾驶室，可以保证一键启动系统的性能，还可以节约整车制造成本。

1 卡车驾驶室内低频天线布置策略

卡车驾驶室可布置空间小，钣金件覆盖面多，用尽可能少的室内低频天线布置，在满足低频天线的布置要求的基础上同时满足一键启动系统功能的要求，可以节约布置空间和成本。本文提出的适用于卡车驾驶室的室内低频天线布置策略，不是采用传统的4根室内低频天线布置于驾驶室4个空间，而是仅用2根室内低频天线覆盖整个驾驶室，并可以保证一键启动系统的工作性能，还减少了2根室内天线，节约了整车的成本。

1.1 布置要求

当卡车配置一键启动系统时，室内低频天线的布置至关重要，低频天线的布置需要满足以下要求：

(1) 尽量与车身中心轴对称。卡车车身较宽，为防止盲区出现，按天线能够覆盖“以天线为中心1.5 m的球形空间范围”设计，以能覆盖车内全部范围为准。

(2) 需要垂直于车体方向放置。

(3) 安装位置需要距离大面积金属平面30 mm以上。

(4) 低频天线上方避免有金属物体。

(5) 低频天线外部的装饰件不能被镀铬层覆盖。

1.2 布置方案

在满足室内低频天线布置要求的前提下，本布置方案一改现有配置PEPS系统的重卡车型室内天线布置在驾驶室上下左右四个位置的方案，提出一种适用于卡车驾驶室的两根室内低频天线的布置方案：

(1) 第一根天线布置在卡车驾驶室副仪表台内部位置，如图1所示。

图1 第一根天线布置位置

(2) 第二根天线布置在卡车带卧铺位置的上方中间位置，如图2所示。

图2 第二根天线布置位置

此布置策略在尽可能降低成本的前提下，用较少数量的室内低频天线，解决了室内天线低频信号存在盲区的问题，很大程度上节约了成本，更重要的是不影响一键启动系统低频天线通讯性能。

2 低频天线布置分析

2.1 室内低频天线包络图分析

利用3D建模软件，将天线1和天线2在整车的布置位置进行建模。按照室内低频天线以自身为中心，半径为1.5 m球形空间内发送125 kHz低频信号的性能参数，在3D建模系统中，以每个天线为中心，按照1.5 m的半径，建立了两根天线在驾驶室内的包络图，也叫泡泡图。驾驶室泡泡图分析布置可行性如图3所示，两根天线的工作泡泡图就能够包络整个驾驶室区域。说明两根天线的低频工作半径能够覆盖整个驾驶室，包括驾驶室储物盒，无盲区。

2.2 室内低频天线场强标定测试区域划分

在实车上安装好PEPS系统的各个模块，将低频天线固定于确定好的布置位置1和2处。使用CANslinkal工具对PEPS系统控制模块ECU发送诊断控制命令，ECU进入场强标定模式。在此模式下PEPS控制模块ECU会触发选中的单根天线，每隔一秒发送一次低频信号。然后将智能钥匙放置在实车内的不同位置进行场强测试，并记录对应位置的场强值。

图3 驾驶室泡泡图分析布置可行性

为了能够将覆盖的整个驾驶室区域全部测试到，将实车驾驶室覆盖区域划分为16个空间，每个空间选取代表位置并记为1～16，如图4所示，16个测试区域划分描述如表1所示。

图4 驾驶室测试区域划分

表1 驾驶室测试区域划分描述

2.3 室内低频天线实车场强标定结果

在实车上通过CANslinkal工具对PEPS系统控制模块ECU发送诊断控制命令，控制模块ECU进入场强标定模式。在此模式下控制模块ECU会触发选中的单根天线，每隔一秒发送一次低频信号。控制模块ECU通过低频信号唤醒智能钥匙，智能钥匙接收到低频信号后发射高频信号给ECU，在CAN信号中体现为智能钥匙回复的高频场强值，信号格式如表2所示。

表2 智能钥匙高频场强值命令

表2中，Byte5、Byte6为智能钥匙回复的高频场强值，此数据反映了控制模块ECU和智能钥匙的相对位置，体现了低频天线布置的可行性。当高频场强值为0时，表明控制模块ECU和智能钥匙的相对位置较远，智能钥匙不在控制模块ECU寻找范围之内，低频天线布置不合理；当高频场强值大于0时，表明通过低频天线，控制模块ECU能够找到智能钥匙，进而实现一键启动。

将智能钥匙放在实车内的不同位置进行场强测试，并记录对应位置的场强值。两根天线实车场强标定测试结果如表3、表4所示。此处高频场强值用十六进制数表示,无量纲。

表3 第1根天线布置位置的场强测试

表4 第2根天线布置位置的场强测试

综合表3和表4，将每个位置两根天线的场强值对应叠加为整车驾驶室区域此位置区域的室内低频天线场强值。分析数据可知，天线已全覆盖整个驾驶室区域，驾驶室无盲区。基于卡车驾驶室的PEPS系统布置两根天线对于智能钥匙的寻找是可行的，可通过场强标定满足配置PEPS的驾驶室内无盲区要求。

3 结论

综合3D建模软件对天线位置建模泡泡图包络分析及通过实车场强标定测试的结果，卡车驾驶室配置无钥匙系统，可以用两根室内低频天线覆盖整个驾驶室区域。此布置策略在尽可能降低成本的前提下，用较少数量的室内低频天线，解决了室内天线低频信号存在盲区的问题，很大程度上节约了成本，更重要的是不影响一键启动系统低频天线通讯性能。随着汽车行业的飞速发展，卡车的智能化与舒适性的重要性也日益提高，作为一道抢眼的销售亮点，无钥匙启动系统将更快在商用车进行普及[4]。