Value Engineering
图2天线电容信号变化曲线示意图
2.01.81.61.41.21.00.80.60.40.200
500
1000
15002000
2500
3000时间/ms
天线1天线2
0引言
“一脚踢”开启后备箱又名无接触式车辆后备箱自动开启装置，是通过人的抬腿动作或脚踏动作来实现控制后
备箱开启操作的一种自动化系统装置。
结合无钥匙进入系统实现了无需用手接触的智能后备箱开启。
随着新能源汽车的日益普及，
电容感应原理的技术方案在电磁兼容方面的干扰日渐明显，
甚至在某些品牌电动车车型上出现功能失效的现象；随着汽车行业竞争不断加剧，
对于汽车零部件成本的压缩也愈发显著，
追求更低成本的技术方案实现“一脚踢”
功能是汽车行业从业人员一直努力的方向；同时，电容感应原理的技术方案也收到了市场用
户的一些负面反馈，例如：踢不开、踢不准等。因此，在电容
感应原理技术方案之后，
行业中也探索出了诸多新的技术方案，其中比较有代表性的分别是：
基于超声波雷达感应式，基于毫米波雷达感应式，基于红外光影感应式。而这几
种技术方案在性能表现、应用场景、材料成本、用户感受方面均有不同的表现。
1技术原理
1.1基于电容感应式的技术原理该技术方案包括一
个控制器，
以及两根同轴电缆天线。两根同轴电缆天线为该方案的探头部分，
分别负责识别腿部靠近和完整踢腿动作，控制器为该方案的控制部分，
负责信号处理及软件算法实现。控制器及天线均布置在车辆后保险杠内侧，
如图1所示。
该技术方案的实现是基于电容体容量变化原理。
两根天线分别与大地之间构成两个电容体，依据电容定义公
式：C=εS/4πkd ，其中，ε：相对介电常数，S ：两个极板正对面积，
d ：两个极板间距，k ：静电力常量。当操作人员的腿或脚伸入到这两个电容体之间时，
由于导体的介入，会增大相对介电常数ε，
使电容器容量增加。当操作人员的腿或脚从这两个电容体之间移开时，
由于导体的移除，会减小相对介电常数ε，
使电容器容量减小。当完整踢腿动作导致的两根天线的电容变化，
如图2所示，符合控制器内部软件预先设定的
“有效踢腿”电容变化曲线，
此次踢腿动作将作为有效的输入动作[1]
。——————————————————————
—作者简介：王刚（1985-），男，吉林长春人，工程师，工学硕士，一
汽-大众汽车有限公司技术开发部，主要从事汽车脚
踢开启后备箱控制器、
电动后备箱控制器及车门控制器的开发工作。
脚踢开启后备箱技术方案研究
Research on the Technical Scheme of Kicking Open Trunk
王刚WANG Gang ；郭勇GUO Yong ；段本瑞DUAN Ben-rui
（一汽-大众汽车有限公司，
长春130011）（FAW-Volkswagen Automotive Co.，Ltd.，Changchun 130011，China ）
摘要：随着汽车电动化及智能化的不断提高，
越来越多的车辆配备了“一脚踢”开启后备箱功能。目前汽车行业内实现该功能的技术方案主要有四大类，分别是基于电容感应式的，基于超声波雷达感应式的，基于毫米波雷达感应式的，
基于红外光影感应式的。截止到2022年底，市场中应用最广泛的是基于电容感应式的，但对于其他三类技术方案，
国内外整车厂及零部件供应商也在不断探索尝试中。本文将针对以上四种技术方案分别从技术原理、适用场景、材料成本方面进行介绍。
Abstract:With the continuous improvement of automobile electrification and intelligence,more and more vehicles are equipped with a "kick"to open the trunk function.At present,there are four major types of technical solutions to realize this function in the automobile industry,which are based on cap
acitive induction,ultrasonic radar induction,millimeter wave radar induction,and infrared light and shadow induction.By the end of 2022,capacitive induction is the most widely used technology in the market,but for the other three types of technology,domestic and foreign Oems and parts suppliers are also constantly exploring and trying.This paper will introduce the above four technical schemes respectively from the aspects of technical principle,application scenario and material cost.
关键词：汽车脚踢开启后备箱技术；
电容感应式开启方案；毫米波雷达感应式开启方案；模糊推理Key words:car kick open trunk technology ；capacitive induction opening scheme ；millimeter-wave radar induction opening scheme ；fuzzy reasoning
中图分类号:U463.6文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2023
）15-125-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.15.039
图1电容方案布置示意图
·125·
价值工程
图6
红外光影感应方案示意图1.2基于超声波雷达感应式的技术原理该技术方案包括一个控制器，
以及三颗超声波雷达探头。超声波雷达作为该技术方案的探头部分，
负责发射和接收超声波分别用于识别人员靠近及完整踢腿动作，
控制器作为该技术方案的控制部分，
负责信号处理及软件算法实现。控制器布置在车辆后保险杠内侧，
三颗超声波雷达探头由外向内嵌入式布置在车辆后保险杠上，
一颗朝向车辆后方，另外两颗朝向车辆下方，
如图3所示。该技术方案的实现是基于超声波雷达测距原理。
雷达发射器向某一方向发射超声波，同时控制器开始计时，
途中遇到障碍物反射回来，
接收器接收到反射波控制器停止计时，控制器通过发射与接收的时间差来测算目标距离[2]。
测距的公式为：
汽车前保险杠多少钱L=C*T/2其中，L 为测量的目标距离，C 为超声波在空气中的
传播速度，
T 为发射超声波到接收超声波的时间差。当操作人员靠近车辆后保险杠时，
探头R1通过目标距离的变化，
即无距离->远距离->近距离->距离固定，如果符合控制器软件预先设定的距离变化过程，
识别到有人靠近；
当操作人员踢腿后，探头R2和探头R3通过目标距离的变化，即无距离->远距离->近距离->距离固定->近距离->远距离->无距离，如果符合控制器软件预先设定
的距离变化过程，识别到有效踢腿动作，
此次踢腿动作将作为有效的输入动作。
1.3基于毫米波雷达感应式的技术原理该技术方案
仅包括一个控制器，
两组毫米波雷达收发天线集成在控制器的PCB 板上，
控制器布置在车辆后保险杠内侧，如图4所示。两组毫米波雷达收发天线作为该技术方案的探头部分，负责发射和接收毫米波分别用于识别腿部靠近和完整
踢腿动作，
控制器作为该技术方案的控制部分，负责信号处理及软件算法实现。
该技术方案的实现是基于毫米波雷达测量距离及速度原理[3]。
测量距离原理，
是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，测距的公式为：L=C*T/2，其中L 为目标距离，T 为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间，C 为光速。
测量速度原理，
是根据多普勒效应，通过计算返回接收天线的雷达波的频率变化得到目标相对于雷达的运动
速度。测量速度公式为：
Vr=fd C/2ft ，其中，Vr 为目标运动速度，C 为光速，ft 为雷达的发射频率，fd 为测量到的运动
目标引起的多普勒频率（发射与接收频率差值）
。该技术方案中朝向车辆后方的天线工作是基于毫米
波测量距离的原理，
用于识别人员的靠近，此处不再赘述。朝向车辆下方的天线工作是基于毫米波测量距离和速度的原理。收发天线识别的一次完整的踢腿动作距离与时间
曲线图，
如图5所示，X 轴代表时间，Y 轴代表距离，距离减小，代表脚部在接近雷达探头，距离增大，代表脚部在远
离雷达探头。
当一次完整的踢脚动作曲线符合软件预先设定的曲线时，包括踢腿高度、动作特征及持续时间，
此次踢腿动作将作为有效的输入动作。
1.4基于红外光影感应式的技术原理该技术方案包
括一个控制器，
其中红外收发模块和投影灯模块与控制器集成在一起。控制器布置在车辆后保险杠内侧，
但是红外收发模块探头和投影灯模块探头需要布置在后保险杠外侧，
如图6所示。红外模块作为该技术方案的探头部分1，负责发射和接收红外线用于识别踢腿动作，投影灯模块作
为该技术方案的探头部分2，
负责投射光影给用户脚踩定位提示，控制器作为该技术方案的控制部分，负责信号处理及软件算法实现。该技术方案的实现是基于红外线测距原理。传感器将红外线发射出去，当红外线碰到被测物后会被反射回来，传
感器接收到反射信号，
根据红外线从发出到被接受到的时间差可以算出传感器与被测物之间的
距离。测距的公式为：
L=C*T/2，其中L 为被测物
距离，
T 为红外线从传感器发射出去到接收到回
波的时间，
C 为光速。当遥控钥匙靠近车辆后保险杠一定范围内，控制器驱
动光影模块发射光影，
光影被投射到车辆斜后方，与此同时，
红外传感器启动红外线的发射，操作人员用脚踩踏到光影上方后，
红外传感器检测到探头与地面之间的距离变化，
如图7所示，当脚未踩踏到光影上时，探头与地面之间的距离较大，
当人抬脚去踩踏光影时，探头与脚面之间的距离会出现由小变大的过程。
如果实际采集的曲线满足控制器软件预先设定的动作轨迹曲线，
则认为是一次有效的踩踏动作。
图4
毫米波雷达方案布置示意图
图3超声波雷达方案布置示意图
R3
R2
R1
图5毫米波雷达信号变化曲线示意图
最大值
斜率
最小值
完整踢脚动作曲线
0.70.60.50.40.30.20.10
13579111315171921232527293133353739414345474951
时间/毫秒
·126·
Value Engineering
2适用场景
在不同的使用场景下，包括晴天、雨天、雪天、雾天、烟尘、冰冻、泥沙、金属、盐水等，
以上四种技术方案均可以满足大部分的使用场景，
但由于其技术特点决定，每种方案也存在一定的局限性。
2.1基于电容感应式的适用场景
电容感应式的基本原理是两根同轴电缆天线与大地之间形成的电容体的电容值变化。
因为雨水可以导电，
当在下雨的场景下，雨水在天线与大地之间流过，相当于导电介质在电容器之间流过，基于电容器的工作原理，
会导致两根天线与大地之间的电容值发生变化，
当电容值的变化曲线与正常踢腿动作引起的电容值变化曲线吻合时，会出现雨水引起的误触发问题。而为了避免该误触发问题的发生，通常在控制器软件中会做一个特殊处理，
引入环境保护模式，即在下雨的场景下提高电容值变化触发阈值，而该举措又会导致在下雨的场景下用户踢开成功率大幅降低的问题。因此，
在雨天的场景下，基于电容感应式的方案存在局限性。
2.2基于超声波雷达感应式的适用场景
超声波雷达感应式的基本原理是基于超声波发射波
与反射波之间的时间差进行目标距离测量。
超声波是指波长小于2cm 的机械波，它的传播特性如下，超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的穿透力差，
衍射本领很差，
易散射。由于超声波的穿透力差，所以当超声波雷达传感器表面有覆盖物时，比如积雪、
冰块以及泥巴等，会使其探测障碍物的灵敏度降低，甚至不起作用，
从而导致雷达失灵。因此，在雪天，冰冻及泥沙场景下，
基于超声波雷达感应式的方案存在局限性。
2.3基于毫米波雷达感应式的适用场景
毫米波雷达感应式的基本原理是基于毫米波发射波
与反射波之间的时间差进行目标距离、
速度和方位角测量。毫米波是指波长为1~10mm 的电磁波，
对应的频率范围为30~300GHz 。毫米波的传播特性如下，
根据电磁波的传播理论，频率越高，
波长越短，分辨率越高，穿透能力越强，但在传播过程的损耗也越大，传输距离越短；相对地，频率越低，波长越长，绕射能力越强，传输距离越远。所以与微波相比，毫米波的分辨率高、指向性好、抗干扰能力强和探测性能好。与红外相比，毫米波的大气衰减小、对烟雾灰尘具有更好的穿透性、
受天气影响小[4]。这些特质决定了毫米波雷达具有全天时全天候的工作能力。
2.4基于红外光影感应式的适用场景
红外光影感应式的基本原理是基于红外线发射波与
反射波之间的时间差进行目标距离测量，
同时通过光影进行定位。红外线是指波长范围为0.76~1000μm 的红外波
段的电磁波。红外线发射波聚焦到光影的区域位置，
当有小动物或其他运动物品经过该光影区域时，
红外线的反射波曲线会出现类似踩踏动作的曲线，
容易引起误触发问题的发生。与此同时，当在雪天或泥沙场景下，
红外线发射探头被雪或泥覆盖后，
会导致红外线无法投射到光影的区域位置，从而导致该功能失效。光影定位系统[5]包括LED 光源，
聚光透镜，幻灯片，以及镜头。由于LED 光源无法穿透后保险杠，
所以，镜头需要布置在后保险杠外侧，
因此，在下雪或泥沙天气情况下，镜头可能会被雪或泥沙遮挡，当镜头被遮挡后，投影无法正常投射到地面，
从而导致该功能失效。因此，在雪天，泥沙场景下，基于红外光影感应式的方案存在局限性。3成本对比以上四种技术方案在成本方面也存在一定差异。截止到2022年底，四种技术方案的材料成本基本是下面的关系：超声波雷达感应式方案<；毫米波雷达感应式方案<；电
容感应式方案<；红外光影感应式方案。但考虑到每种技术方案在实际应用中会有不同的应用设计，实际材料成本与以上关系可能存在差异。
超声波雷达感应式方案，由于技术非常成熟，并且出现了控制器和探头集成的解决方案，因此，整个方案的材料成本最低；
电容感应式方案，由于两根天线的存在，导致整体方案的材料成本偏高；
毫米波雷达感应式方案，随着毫米波雷达产品应用数量的不断提升，以及工艺技术的不断进步，
该技术方案的材料成本得到了大幅下降；基于红外光影感应式方案，由于额外需要一个红外线模块和一个光影收发模块，导致整体方案的材料成本最高。4结语从以上四种技术方案的技术原理、适用场景、以及材料成本对比来看，四种方案均有各自的优劣势。从短时间来看，
电容感应式方案鉴于其一直以来的稳定表现，仍将保持较大的市场份额；
而红外光影感应式方案由于其明确的光影指向性，对于用户而言是一种创新的体验，在部分车企偶有应用；超声波雷达感应式方案由于其较明显的劣势，基本没有车企采用；随着新能源电动汽车的日益普及，考虑到电磁兼容性问题，同时伴随着毫米波雷达技术的日趋成熟以及材料成本的进一步降低，毫米波雷达感应式方案将逐步取代电容感应式方案，成为众多车企的首选。参考文献:[1]王鹏，韩跃平，文洪奎，等.基于PSoC 和LIN 总线的汽车脚踢控制器设计[J].自动化与仪表，2019，34（11）：23-27，31.[2]付鹏，
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[5]刘松，
王香娟，梁容毓.一种车用投影灯的实现方式[J].汽车电器，2020（03）：35-38.
图7红外信号变化曲线示意图640
620
600
580
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0102030405060时间/毫秒
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