CN104029651A - 使用自适应滤波确定交通工具智能钥匙位置的交通工具遥控功能的系统和方法 - Google Patents

使用自适应滤波确定交通工具智能钥匙位置的交通工具遥控功能的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及使用自适应滤波确定交通工具智能钥匙位置的交通工具遥控功能的系统和方法。提供了一种确定智能钥匙相对于交通工具的位置的交通工具遥控功能系统。该系统可包括控制器，其被配置为与安装在交通工具中的不同位置处的天线进行通信，该控制器用于基于在天线与智能钥匙之间传输的超宽带无线信号确定智能钥匙的位置。控制器被配置为使用无线信号的第一滤波来确定智能钥匙的初始位置，且使用无线信号的第二滤波来确定智能钥匙的后续位置。还提供了一种方法，其可包括在智能钥匙和车载天线之间传输超宽带无线信号，使用无线信号的第一滤波来确定智能钥匙的初始位置，且使用无线信号的第二滤波来确定智能钥匙的后续位置。

Description

使用自适应滤波确定交通工具智能钥匙位置的交通工具遥控功能的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年03月08日提交的编号为61/774,832的美国临时专利申请、2013年03月15日提交的编号为61/788,760的美国临时专利申请、和2014年02月12日提交的编号为14/178,340的美国专利申请的权益，并且通过引用将这些申请的公开内容整个地并入本文。
技术领域
以下涉及使用超宽带无线信号的自适应滤波来确定智能钥匙相对于交通工具的位置的交通工具遥控功能的系统和方法。
背景技术
汽车可能包括被动进入系统，该被动进入系统允许用户仅通过持有钥匙、智能钥匙或卡进入并发动汽车。在操作中，此系统可以基于所确定的钥匙在交通工具中或在交通工具周围的位置来执行和/或启动交通工具进入功能和交通工具发动功能。
为了便于确定钥匙位置，钥匙、智能钥匙或卡可以被配置带有一个或多个天线的收发器，并且被动进入系统可以采用带有被设置在交通工具中的不同位置处的多个天线的一个或多个收发器。被动进入系统也可以包含电子控制单元（ECU）或控制器，其具有基于决策的算法，该算法基于钥匙天线与基于交通工具的天线之间的射频（RF）或低频（LF）信号（比如125kHz）传输确定钥匙位置。
当前的被动进入系统使用置于交通工具门把手和后备箱中的低频 （LF）天线。这种系统提供仅仅在各个车门和后备箱区域周围的相对小的、集中的锁定/解锁区域。如之前提到的，当使用智能钥匙进行无线通信时发生锁定/解锁功能。
这样，就存在对更精准地确定智能钥匙相对于交通工具位置的交通工具遥控功能的系统和方法的需要。此系统和方法将使用在智能钥匙与车载天线之间进行通信的超宽带无线信号的自适应滤波来确定智能钥匙在交通工具内部和/或交通工具外部的位置。
发明内容
根据本文公开内容的一个实施例，交通工具遥控功能系统被提供用于确定智能钥匙相对于交通工具的位置。该系统可以包括控制器，其适于被安装在交通工具中且被配置为与安装在交通工具中的不同位置的多个天线进行通信，该控制器用于基于在天线和智能钥匙之间传输的超宽带无线信号确定智能钥匙的位置。该控制器被配置为使用无线信号的第一滤波来确定智能钥匙的初始位置，以及使用无线信号的第二滤波来确定智能钥匙的后续位置。
根据本文公开内容的另一个实施例，提供了一种在交通工具遥控功能系统中使用的方法，该方法用于确定智能钥匙相对于交通工具的位置。该方法可包括在智能钥匙与安装在交通工具中的多个天线之间传输超宽带无线信号；使用无线信号的第一滤波来确定智能钥匙的初始位置；以及使用无线信号的第二滤波来确定智能钥匙的后续位置。
以下结合附图详细阐述了这些实施例的详细描述。
附图说明
图1是现有技术的被动进入系统（包括覆盖区域）的简化示例图。
图2是交通工具遥控功能系统（包括示例性覆盖区域）的简化示例图，其用于使用超宽带无线信号的自适应滤波确定智能钥匙相对于交通工具 的位置；以及
图3是用于在交通工具遥控功能系统中使用超宽带无线信号的自适应滤波来确定智能钥匙相对于交通工具的位置的方法的简化示例性流程图。
具体实施方式
按照要求，本文公开了详细的实施例。然而，要理解的是所公开的实施例仅仅是示例性的，且其可以实施为不同的且可替换的形式。本文所包括的实施例是为了解释所公开内容的原理，而非限制其范围，该范围由所附权利要求限定。两个或两个以上的实施例的细节可以相互结合起来实施。附图并非严格按照比例绘制。某些特征可能被放大或者被缩小，为的是显示特定组件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能的细节不能被认为是限制，而仅仅是指导本领域的普通技术人员的基本表示。
参照图1-3，显示和阐述了本文公开的方法和系统的多个实施例。为了便于说明以及便于理解，在以下的所有阐述中相似的参考标记表示附图中相似的元件、部件、项目或特征（如适用的话）。
如前所述，汽车可包括被动进入系统，其允许用户仅仅通过持有钥匙、智能钥匙或卡来进入并发动交通工具。在操作中，基于所确定的钥匙在交通工具中或交通工具周围的位置，此系统可执行和/或启动交通工具进入和交通工具发动功能。为了便于确定钥匙位置，钥匙、智能钥匙或卡可被安装带有一个或多个天线的收发器，且被动进入系统可以采用带有被安装在交通工具中的不同位置的多个天线的一个或多个收发器。被动进入系统也可包括电子控制单元（ECU）或控制器，其具有基于决策的算法，该算法基于在钥匙天线与基于交通工具的天线之间的射频（RF）或低频（LF）信号（如125kHz）传输确定钥匙位置。
当前的被动进入系统使用置于交通工具门把手和后备箱中的低频（LF）天线。这种系统仅仅在个别车门和后备箱区域的周围提供相对小的、集中的锁定/解锁区域。如之前提到的，当使用智能钥匙进行无线通信时发生锁定/解锁功能。这样，就存在对于更精准地确定智能钥匙相对于交通工 具位置的交通工具遥控功能的系统和方法的需要。此系统和方法将使用在智能钥匙与车载天线之间进行通信的超宽带无线信号的自适应滤波来确定在交通工具内部和/或交通工具外部的智能钥匙位置。
图1是用于交通工具12的现有技术的被动进入系统10（包括覆盖区域14、16、17）的简化示例图。其中可见，可适用区域14、16、17被定位在门15和后备箱19的周围的区域。当前的被动进入系统10使用被放置在门15的把手和后备箱19中的低频（LF）天线22，且其提供仅在个别门15和后备箱19周围的相对小的、集中的锁定/解锁区域14、16、17。在车载控制器或电子控制单元（ECU）24与智能钥匙26通过天线22进行无线通信27时，在区域14、16、17的内部/外部发生锁定/解锁功能。
例如，当智能钥匙26被带入交通工具门15周围约1.5米的范围18时，解锁命令可被发出，该命令导致交通工具门解锁功能或操作的执行。当智能钥匙26被带到交通工具门15的周围约2.0米的范围14的外边时，锁定命令可被发出，该命令导致交通工具门锁定功能或操作的执行。这些小区域14、16、17的以外的所有其他区域是不发生锁定或解锁功能的“盲区”。
如前所述，ECU或控制器24，基于智能钥匙26的天线（未显示）与基于交通工具的天线22之间的射频（RF）或低频（LF）信号27（如125kHz）传输，一般通过使用信号27的强度来指示范围，确定智能钥匙26的位置。结合使用天线22产生的区域14、16、17是三维的且具有球形形状，但是也可以被描述为在基本上平行于地面的水平面得到的区域14、16、17的横截面具有圆形形状或拱形形状。
图2是交通工具遥控功能系统10（包括示例性覆盖区域14、16、18）的简化的示例图，其用于使用超宽带（UWB）无线信号28的自适应滤波确定智能钥匙26（f）相对于交通工具12的位置。图2显示的和本文公开的遥控功能系统10能够使用在智能钥匙26与位于交通工具12中的天线22之间传输的超宽带无线信号28的动态滤波或自适应滤波在交通工具12的周围和/或在整个交通工具12中更精确地定位智能钥匙26。使用超宽带无线技术，示例性区域14、16、18可针对个别交通工具的需要和客户的需求量身定制。
图2中所示的系统10在整个交通工具12周围实现完全锁定和解锁区域14、18，以及滞后区域16。使用Kalman滤波器和/或其他滤波器或滤波技术，控制器或ECU24提供无线信号28的动态滤波或自适应滤波来更精准地在交通工具12中和/或交通工具12周围定位智能钥匙26。特别地，通过使用无线信号28的动态滤波或自适应滤波，可以提供智能钥匙26在区域14、16、18、20之中和之外更精确的定位和跟踪，从而执行相对于智能钥匙26的位置的锁定/解锁功能，例如当智能钥匙26移动进入区域18时执行解锁操作，而当智能钥匙26移动离开区域14时执行锁定操作。
交通工具12中/交通工具12上的多个位置处的超宽带（UWB）天线22可以提供整个交通工具12周围的定制的锁定/解锁区域14、18，当通过在ECU24与智能钥匙26之间的UWB信号28进行无线通信时，在区域14、18的内部/外部发生锁定/解锁或其他的交通工具功能。在这方面，且如本文所使用的，天线22可以是UWB收发器单元的内部天线，或者是与位于中心的UWB收发器进行通信（例如通过同轴电缆）的天线，其中位于中心的UWB收发器可以被提供作为ECU24的一个部分。
UWB天线22可以被放置在交通工具12中/交通工具12上不同的位置处。如图2中所示，一个天线22可以被放置在交通工具12的仪表盘区域32中，而其他的天线22可以被放置在交通工具12的顶篷30。然而，应该注意的是，可以采用任何数量的天线22，且在交通工具12中/交通工具12上的任何不同的位置处可以放置任何数量的天线22。
虽然图2中阐述的是三个基本上是十边形的区域14、16、18，然而，任何数量的其他的形状和尺寸/范围的区域都可以被采用或创建。在这方面，图2的UWB系统10允许按照需要创建多个区域，每个区域具有所需的任何类型的形状、尺寸和/或位置，包括在交通工具12的外部或内部20，在交通工具12的一侧或两侧，和/或在交通工具12的前面或后面，这些区域，整体上或部分地，可以或者可以不围绕、包络或包围交通工具12，且可以具有任何定向。
例如，相比于图1中所述的具有球形区域14、16、17的现有技术的被动进入系统，图2中所说明的交通工具遥控功能系统10允许区域14、 16、18具有尖角。区域14、16、18可以是三维棱柱，其在平行于地面的水平面上具有基本上十边形的横截面。然而，对于这些或其他的区域，也可以使用其他的形状，可以是球形的、规则的或均匀的三维棱柱，或者在形状或体积上是不规则或不均匀的。而且，可以提供不同形状的区域用于远程执行不同的交通工具功能，例如，拱形区域用于门解锁功能，八边形区用于门锁定功能，而正方形区域用于打开后备箱功能。
这些区域也可以定位于交通工具12的内部20或外部，且可以具有任何体积。例如，图2中说明的区域14、16、18被定位在交通工具12的外部，且包围交通工具12的体积和/或具有比交通工具12的体积大的体积。然而，图2中所示的系统允许这样的区域，该区域可以被定位在交通工具12的外部及其一侧上，例如，可能希望仅当智能钥匙26从一侧接近交通工具12时允许门解锁功能。
图2中的系统10还允许可以整体或部分地被定位在交通工具12的内部20中的区域，且该区域可具有相对小的体积，像小于普通人的体积。被定位在交通工具12的内部20中的这些比较小的区域可以被用来确定交通工具中智能钥匙26的精确位置，比如在交通工具手套箱中和/或用于一键启动系统。
除了遥控门锁定/解锁或遥控后备箱打开之外，或者代替遥控门锁定/解锁或遥控后备箱打开，所采用的或创建的区域也可以被提供用于其他交通工具功能的遥控执行。例如，区域的组合可以被创建在交通工具12的外部，其可以被用来随着智能钥匙26在区域之间移动（其可以包括向后移动和向前移动）识别用户的行动，从而执行遥控引擎发动、大灯激活和/或任何其他类型的交通工具功能。
在典型的交通工具遥控功能系统中，Kalman滤波器可以被调节和定标，对整个系统操作使用一个标度。然而，由于被动进入被动发动系统（PEPS）应用的特性，性能需求根据智能钥匙26（f）在系统中的实际位置而改变。
仍然参照图2，当智能钥匙26（f）远离交通工具12（如在锁定区域14中）时，低延迟是重要的，但一些位置噪声是可接受的。随着智能钥匙 26（f）接近交通工具12（如穿过滞后区域16到解锁区域18），仍然需要低延迟，但是滤波必须更精确。当调谐滤波器时可考虑折衷。随着智能钥匙26（f）移动进入交通工具12的内部20，延迟不再那么重要。取而代之的是定位准确性具有更高的优先级。
根据图2的系统10，通过根据智能钥匙26的位置自适应地或动态地改变滤波器标度，可以达到系统10的更优化的性能。滤波器的数量和/或滤波器的类型也可以或可替代地为自适应地或动态地改变。例如，可以在Kalman滤波器之前或之后添加时间平均滤波器，且/或可以实施取代Kalman滤波器的另一个滤波器。滤波器也可以或可替代地为根据智能钥匙26的速度、智能钥匙26的加速度（其可以由控制器24计算出或由智能钥匙26中的加速度计（未显示）提供且被包括在UWB信号28中）、由控制器24计算的智能钥匙26的预测移动矢量、或其他参数动态地或自适应地改变。
再参照图2，交通工具遥控功能系统10被提供用于确定智能钥匙26相对于交通工具12的位置。系统10可以包括适于被安装在交通工具12中的控制器24，且该控制器被配置用于与在交通工具12的不同位置处安装的多个天线22进行通信。控制器24被用于基于在天线22与智能钥匙26之间传输的超宽带无线信号28确定智能钥匙26的位置。控制器24被配置为使用无线信号28的第一滤波来确定智能钥匙26的初始位置，且被配置为使用无线信号28的第二滤波来确定智能钥匙26的后续位置。
在这方面，控制器24可以被配置为基于所确定的智能钥匙26的初始位置选择第二滤波。控制器24还可以或可替代地被配置为确定智能钥匙26的速度，且被配置为根据所确定的智能钥匙26的速度选择第二滤波。控制器24还可以或可替代地被配置为确定智能钥匙26的加速度，且被配置为根据所确定的智能钥匙26的加速度选择第二滤波。控制器24还可以或可替代地被配置为基于被包括在无线信号28中（比如来自于智能钥匙26中的加速计（未显示））的关于智能钥匙26的加速度信息选择第二滤波。控制器24还可以或可替代地被配置为确定智能钥匙26的预测移动矢量，且被配置为根据所确定的智能钥匙26的预测移动矢量选择第二滤波。
根据图2中的系统10，第一滤波可以包括具有第一标度的Kalman滤波器，且第二滤波可以包括具有第二标度的Kalman滤波。第一滤波还可以或可替代地包括Kalman滤波器，而第二滤波可包括时间平均滤波器。第一滤波还可以或可替代地包括Kalman滤波器，而第二滤波可以包括时间平均滤波器和Kalman滤波器。第一滤波还可以或者可替代地包括第一数量的滤波器和/或第一类型的滤波器，而第二滤波可包括第二数量的滤波器和/或第二类型的滤波器。
系统10还可以包括适于安装在交通工具12中的不同位置处的多个天线22。多个天线22可包括适于在交通工具顶篷30安装的天线22和适于在交通工具仪表盘区域32安装的天线22。如前所述，每个天线22用于发射超宽带无线信号28给智能钥匙26和/或从智能钥匙26接收超宽带无线信号28，智能钥匙26也配备有天线和发射器/收发器（未显示）。同样如前所述，系统10还可以包括智能钥匙26用于发射超宽带无线信号28给多个天线22和/或从多个天线22接收超宽带无线信号28。
如在图2中所见，当智能钥匙26被带入交通工具12的周围的第一范围18内部的任何位置时，解锁命令可以被发出，该命令导致交通工具门解锁功能或操作的执行。当智能钥匙26被带到交通工具12的周围的第二范围14外部的任何位置时，锁定命令可以被发出，该命令导致交通工具锁定功能或操作的执行。
接着，参考图3，显示了方法40的简化示例流程图，方法40用于使用超宽带无线信号确定智能钥匙相对于交通工具的位置，该方法40用于比如结合图2所述的交通工具遥控功能系统。如在其中所见，方法40可以包括在智能钥匙与安装在交通工具中的多个天线之间传输42超宽带无线信号，且使用44无线信号的第一滤波来确定智能钥匙的初始位置。该方法还可以包括使用46无线信号的第二滤波来确定智能钥匙的后续位置。
根据方法40，使用44第二滤波可以包括根据所确定的初始智能钥匙的位置选择第二滤波。方法40还可以或可替代地包括确定智能钥匙的速度，且使用44第二滤波可以包括根据所确定的智能钥匙速度选择第二滤波。使用44第二滤波还可以或可替代地包括根据智能钥匙的加速度选择 第二滤波。方法40还可以或可替代地包括确定智能钥匙的预测移动矢量，且使用44第二滤波可以包括根据所确定的预测移动矢量选择第二滤波。
还是根据方法40，第一滤波可以包括具有第一标度的Kalman滤波器，而第二滤波可以包括具有第二标度的Kalman滤波。第一滤波还可以或可替代地包括Kalman滤波器，而第二滤波包括时间平均滤波器。第一滤波还可以或可替代地包括第一数量的滤波器和/或第一类型的滤波器，而第二滤波包括第二数量的滤波器和/或第二类型的滤波器。
以上描述的用于确定智能钥匙26相对于交通工具12的位置的系统10和方法40的活动、功能或步骤还可以被实施在计算机可读介质中，或被实施为计算机可读介质，该计算机可读介质在其上存储有非易失性计算机可执行指令，这些指令用于确定在交通工具遥控功能系统中使用的智能钥匙的位置。更具体地，存储在计算机可读介质上的计算机可执行指令可包括用来执行以上描述的执行本文公开的关于系统10或方法40的活动、功能或步骤的任何一个或全部的指令。
在这方面，控制器或ECU24可包括适当编程的处理器或其他硬件、软件、或其任意组合以执行本文所述的功能，例如，实施Kalman滤波器和/或其他滤波器或滤波技术。控制器或ECU24可还包括存储器，其可提供计算机可读介质且其上存储有本文所述的计算机可执行指令。
从以上所述可轻易发现，已经阐述了用于确定智能钥匙相对于交通工具更精确的位置的交通工具遥控功能的系统和方法。该系统和方法的实施例使用智能钥匙与车载天线之间通信的超宽带无线信号的自适应滤波确定交通工具内部和/或外部的智能钥匙位置。
虽然本文说明和阐述了用于使用超宽带无线信号的自适应滤波确定智能钥匙相对于交通工具的位置的交通工具遥控功能的系统和方法的多个实施例，但是它们仅仅是示例且并不旨在使这些实施例来说明和阐述所有可能的实施例。相反，本文所使用的语句是描述性的语句，而不是限制性的，且要理解的是可以对这些实施例做出各种变化而不脱离前面的权利要求的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于确定智能钥匙相对于交通工具的位置的交通工具遥控功能系统，所述系统包括：
控制器，所述控制器适于被安装在所述交通工具中，且被配置用于与安装在所述交通工具中的不同位置处的多个天线进行通信，所述控制器用于基于所述天线与所述智能钥匙之间传输的超宽带无线信号确定所述智能钥匙的位置；
其中，所述控制器被配置为使用对所述无线信号的第一滤波来确定所述智能钥匙的初始位置，且被配置为使用对所述无线信号的第二滤波来确定所述智能钥匙的后续位置。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为基于所确定的所述智能钥匙的初始位置来选择所述第二滤波。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为确定所述智能钥匙的速度，且基于所确定的所述智能钥匙的速度来选择所述第二滤波。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为确定所述智能钥匙的加速度，且基于所确定的所述智能钥匙的加速度来选择所述第二滤波。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为基于所述无线信号中的智能钥匙加速度信息来选择所述第二滤波。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为确定所述智能钥匙的预测移动矢量，且基于所确定的所述预测移动矢量来选择所述第二滤波。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一滤波包括具有第一标度的Kalman滤波器，而所述第二滤波包括具有第二标度的Kalman滤波。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一滤波包括Kalman滤波器，而所述第二滤波包括时间平均滤波器。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一滤波包括Kalman滤波器，而所述第二滤波包括时间平均滤波器和Kalman滤波器。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一滤波包括第一数量和/或第一类型的滤波器，而所述第二滤波包括第二数量和/或第二类型的滤波器。
11.如权利要求1所述的系统，还包括适于被安装在所述交通工具中的不同位置处的多个天线，每个天线用于发射超宽带无线信号给所述智能钥匙和/或从所述智能钥匙接收超宽带无线信号。
12.如权利要求1所述的系统，还包括用于发射超宽带无线信号给所述多个天线和/或从所述多个天线接收超宽带无线信号的智能钥匙。
13.一种用于交通工具遥控功能系统的方法，所述方法用于确定智能钥匙相对于交通工具的位置，所述方法包括：
在所述智能钥匙与安装在所述交通工具中的多个天线之间传输超宽带无线信号；
使用对所述无线信号的第一滤波来确定所述智能钥匙的初始位置；以及
使用对所述无线信号的第二滤波来确定所述智能钥匙的后续位置。
14.如权利要求13所述的方法，其中，使用第二滤波包括基于所确定的所述智能钥匙的初始位置选择所述第二滤波。
15.如权利要求13所述的方法，还包括确定所述智能钥匙的速度，且其中，使用第二滤波包括基于所确定的所述智能钥匙的速度选择所述第二滤波。
16.如权利要求13所述的方法，其中，使用第二滤波包括基于所述智能钥匙的加速度选择所述第二滤波。
17.如权利要求13所述的方法，还包括确定所述智能钥匙的预测移动矢量，且其中使用第二滤波包括基于所确定的所述预测移动矢量选择所述第二滤波。
18.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一滤波包括具有第一标度的Kalman滤波器，而所述第二滤波包括具有第二标度的Kalman滤波。
19.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一滤波包括Kalman滤波器，而所述第二滤波包括时间平均滤波器。
20.如权利要求13所述的方法，其中，所述第一滤波包括第一数量和/或第一类型的滤波器，而所述第二滤波包括第二数量和/或第二类型的滤波器。
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