CN104442633B - 在车辆的rke和ptm系统中节约能量的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在车辆的RKE和PTM系统中节约能量的方法和设备。一种控制基于车辆的发射器/接收器系统的方法和设备，包括以第一波特率传送第一信号部分，和以第二波特率传送第二信号部分，其中第一波特率大于第二波特率，第一信号部分包括唤醒部分，和控制接收器定期唤醒，以接收第一信号部分，只有当收到信号的唤醒部分有效时，才保持唤醒，以接收第二信号部分。

Description

在车辆的RKE和PTM系统中节约能量的方法和设备

相关申请的引用

本申请要求2013年9月16日提交的美国临时专利申请序列号No.61/878154，“METHOD AND APPARATUS FOR CONSERVING ENERGY IN RKE AND TPM VEHICLE SYSTEMS”的优先权，在此通过引用将其全部内容并入。

技术领域

本发明涉及在车辆中的遥控无钥匙进入(“RKE”)和胎压监测(“TPM”)系统中节约能量的方法和设备。

背景技术

车辆RKE系统包括在车辆中的RKE模块('基于车辆的接收器')和车主带着的便携式RF发射器('遥控器(fob)')。当遥控器把其RF信号传送给基于车辆的接收器时，接收器检测RF传输。从遥控器传送的RF信号包括唤醒部分和数据部分。数据部分包括唯一地识别遥控器的标识(ID)部分，以及命令部分，所述命令部分是给车辆的进行诸如开启车门之类的功能的特定请求。如果基于车辆的接收器判定收到的信号的ID部分与和车辆相关的遥控器匹配，那么接收器将向车辆总线发送命令，以请求相关的响应(例如，开启车门)。

基于车辆的接收器由车辆电池供电。为了减小车辆电池的平均电流消耗，接收器被编程成按定期开/关轮询模式工作。当处于关闭模式时，基于车辆的接收器睡眠，几乎不消耗能量，而当处于开启模式时，基于车辆的接收器唤醒，处于运行状态(从而消耗能量)。接收器定期持续短时间地唤醒成开启模式，以监听来自遥控器的RF传输。如果收到RF信号，并且该信号满足某种唤醒标准，那么基于车辆的接收器将停止轮询，保持唤醒，以对从遥控器传送的剩余数据解码。不过，如果未收到有效RF信号，那么基于车辆的接收器将恢复关闭模式，从而睡眠。于是，基于车辆的接收器能够维持低的平均静态电流消耗，并且仍然能够对来自遥控器的传输作出反应。

TPM系统中采用的接收器利用类似的轮询方案。事实上，通常使用相同的车辆接收器来接收来自RKE遥控器和安装在轮胎上的TPM传感器的传输。

联盟通信委员会(“FCC”)建立了关于所有RF传输方式(包括由车辆的RKE和TMP系统产生的那些传输方式)的功率限制规定。为了确定遵守这些规定，在100ms时间间隔内，测量发射器的平均辐射功率，所述时间间隔被选择成包括发射器功率处于其最高水平的时间间隔。来自RKE遥控器和来自TPM传感器的RF传输一般持续时间远远小于100ms。从而，测量结果等同于RKE遥控器或TPM传感器在选择成包括发射器的有效传输时间间隔(同样，持续时间小于100ms)的100ms时间间隔内传送的功率的平均值。利用如下定义的因子，计算发射功率的平均值：

平均因子＝(总的有效传输时间)/100ms

发射器有效时间越短，平均因子越好，从而在仍然遵守FCC规定的时候，在有效时间内可以传送更大的功率。

发明内容

本发明结合快速和慢速数据传输，以减小基于车辆的接收器平均静态电流，同时仍然维持对信号的数据部分的高信号识别。在其中基于车辆的接收器的电流消耗已令人满意的那些系统中，这种'快速和慢速'方法还将减小发射设备(遥控器或TPM传感器)中的能耗。

按照一个例证实施例，提供一种基于车辆的发射器/接收器系统。所述系统包括发射器单元，所述发射器单元包括发射器和相关的发射器控制器。发射器控制器控制发射器以第一波特率传送第一信号部分，和以第二波特率传送第二信号部分，其中第一波特率大于第二波特率，其中第一信号部分包括唤醒部分。所述系统还包括接收器单元，所述接收器单元适合于以第一波特率接收第一信号部分，和以第二波特率接收第二信号部分。接收器单元定期唤醒，以监听第一信号部分，只有当收到有效的唤醒部分时，才保持唤醒，以接收第二信号部分。

按照另一个例证实施例，提供一种控制基于车辆的发射器/接收器系统的方法。所述方法包括在一个位置，以第一波特率传送第一信号部分，和以第二波特率传送第二信号部分的步骤，其中第一波特率大于第二波特率，第一信号部分包括唤醒部分。所述方法还包括在第二位置，接收第一和第二信号部分的步骤。接收步骤包括睡眠，以节约能量的步骤，定期唤醒，以监听从所述一个位置传送的信号的唤醒部分的步骤，和只有当收到有效的唤醒部分时，才保持唤醒，以接收第二信号部分的步骤。定期唤醒步骤包括考虑到第一波特率的快速率，把唤醒时间间隔的持续时间选择成相对短的步骤。

按照另一个例证实施例，提供把数字信息传送给地面机动车的射频发射器。所述发射器发送唤醒部分，其后是数据部分，其中唤醒部分的波特率大于数据部分的波特率。

附图说明

当参考附图，阅读以下说明时，对本发明所属领域的技术人员来说，本发明的以上和其它特征及优点将变得明显，附图中：

图1是车辆RKE系统的方框图；

图2是图解说明接收器的灵敏度曲线，并且描述误码率随信噪(E/N0)比变化的方式的图表；

图3描述基于车辆的接收器的轮询和具有传统格式的遥控器信号，其中对信号的唤醒部分和数据部分采用相同的比特率；

图4描述基于车辆的接收器的轮询和具有比特率较快的唤醒部分及比特率较慢的数据部分的遥控器信号。

具体实施方式

在下面说明的例证实施例中，在每个信令(或波特)时间间隔中，传送一个比特，从而比特率、数据速率和波特率都相同。对常规的RKE和TPM信令系统来说，“每个信令时间间隔一比特”格式是很普通的。在其它不同的例证实施例中，在每个信令时间间隔中，可以传送多个比特。在这样的例证实施例中，波特率将不同于比特率和数据速率(的一部分)。

参见图1，提供描述地面机动车，比如车辆、卡车等的RKE系统100的方框图。系统10具有遥控器12和基于车辆的接收器14。在本行业中有时称为RKE模块的基于车辆的接收器由车辆电池16供电，包括RF接收器18和RKE控制器20。控制器20处理接收的信号，并通过总线22，与车辆的其它部分通信。响应从与车辆相关的遥控器(即，传送具有有效ID部分的RF信号的遥控器，比如图1的遥控器12)接收的命令信号，控制器20向车辆总线22输出命令，以控制各个受控设备24的功能，比如车辆的一个或多个车门的开启。控制功能通常是通过有时称为“车身控制模块”的中间电子控制单元(未示出)实现的。

本发明也适用于车辆的其它发射/接收系统，比如TPM系统。在TPM系统中，发射器和控制器采取安装在车辆轮胎内的胎压监测传感器的形式。发射器(传感器)将收集轮胎数据，比如气压和轮胎温度，并把所述数据编码在待传送的信号的数据部分中。

在任何无线数字通信系统的设计中，考虑和管理的两个因素是信噪比和比特差错。信噪(“S/N”)比可被定义为每个二进制符号的能量(Eb，或者这里，每个二进制比特的能量)和噪声强度(NO)之比：

其中S是平均信号功率，R是比特率。

较高的S/N比赋予接收器无错误地恢复嵌入信号中的数据的更好机会。不过，数据速率“R”越大，S/N比变得越差。接收器灵敏度被定义为接收器满足一定的比特差错标准所需的S/N比。

图2图形地图解说明接收器的灵敏度曲线。在图2中，表示了接收非相干FSK信号的接收器的比特差错和S/N比之间的关系。如图2的曲线图中所示：

·为了满足1％比特差错标准(100个比特中1个比特差错，或者0.01)，所需的S/N比为9dB。

·为了满足0.1％比特差错标准(1000个比特中1个比特差错，或者0.001)，所需的S/N比为11dB。

图解说明的图形关系的一个结果是为了接收比特数较少的消息，需要较低的S/N比。

尽管与以更快的数据速率传送给定消息相比，以较慢的数据速率传送相同消息用时更长，不过，较慢的数据速率在接收器侧提供更好的信号识别。而数据速率较快的传输提供更好的平均因子，具有有效发射器功率更高的伴随潜在优点，同时还允许更短的接收器开启时间，从而在接收器的功耗更低。此外，利用较快的数据速率使发射设备的电池寿命更长，因为较快的数据速率允许设备在更短的时间间隔中完成传输。这些不同的竞争性考虑因素影响在发射器和在相关的轮询接收器的用电量。

发明人发现由于在发射信号的两个部分，即，唤醒部分和数据部分中必须被识别的比特数的差异，所述两个部分具有不同的S/N比要求。与对于有效的数据消息来说相比，对有效的唤醒部分来说，需要少得多的比特。从而，与数据部分相比，信号的唤醒部分能够允许较高的误码率，这又意味与对于信号的数据部分来说相比，对于信号的唤醒部分来说，允许较低的S/N比。在按照本发明的系统中，通过与发射信号的数据部分相比，以更快的比特率传送发射信号的唤醒部分，利用这种不同来减小信号传输时间。

按照本发明的一个例证实施例，遥控器12被配置成与数据部分相比，以更高的数据速率传送信号的唤醒部分。基于车辆的接收器14对应地被编程成与数据检测用数据速率相比，在轮询处理的开启时间的最初，以更快的唤醒检测用数据速率进行接收。对相同数目的唤醒比特来说，与慢速比特率数据相比，接收器处理快速比特率数据用时较少。从而，按比例地减小接收器的轮询开启时间，从而类似地降低接收器静态电流消耗。一旦基于车辆的接收器14被唤醒，它就切换到慢速比特率，以对慢速率的数据信号解码。

将按照任何常规方式改装基于车辆的接收器14，以具有可调整的数据接收速率。例如，接收器18可具有由控制器20按照遥控器信号的唤醒部分和数据部分的数据速率要求设定的可调整数据滤波器和/或锁相环。

本发明从而把快速比特率用于快速唤醒，从而实现接收器开启时间的缩短。根据上面的式(1)，当按照这种方式利用较快的比特率时，S/N比恶化(降低)。按照图2，当S/N比降低时，又使误码率变坏(增大)。不过，对发射信号的唤醒部分来说，误码率的变坏是可容忍的，因为否则唤醒部分的S/N会不必要地较高。本发明从而缩短接收器搜索开启时间，和对车辆电池的电流消耗，而不牺牲接收器灵敏度性能。

图3表示典型的现有RKE应用的3种信号迹线，其中遥控器信号的唤醒部分具有和遥控器信号的数据部分相同的比特率。图3的上部迹线图解说明在不存在遥控器发射的情况下，接收器的定期轮询处理，而中间迹线图解说明从RKE遥控器的例证发射，下部迹线图解说明基于车辆的接收器对所述发射的响应。在这个例子中，唤醒部分和数据部分都利用相同的4.8kb/s(千比特/秒)的比特率。如在图3的中间迹线中所示，从遥控器发射的信号具有长度为32比特的唤醒部分，和长度为40比特的数据部分。

车辆接收器的轮询周期的时间(开启时间加上关闭时间)一般被设定成唤醒串的长度减去接收器的开启时间的所需长度，从而确保对于接收器的至少一个完整的开启时间，存在遥控器信号的唤醒部分。假定对接收器的唤醒来说，需要至少4比特，那么接收器轮询周期长度将为(32-4)比特，从而占空比为：

Duty_cycle＝4/(32-4)＝14.3％ (2)

如果接收器电流消耗在开启状态时为I_peak＝10mA，而在关闭状态时为0，那么在占空比期间平均的接收器静态电流为：

I_q＝(I_peak)(Duty_cycle)＝10mA*14.3％＝1.43mA (3)

对数据解码来说的合理误码率极限为千分之一。换句话说，如果每25个数据分组之中，只在一个分组中容许错误，那么(由于每个分组具有40个比特)在25*40比特或者说1000比特之中，必须只存在仅仅一个比特差错。根据图2中图解说明的灵敏度曲线，可以看出如果利用11dB信噪比接收信号，那么可以达到1/1000(即，1*10^-3)的差错率。

然而，对唤醒来说，所需的误码率仅仅为百分之一。换句话说，如果每25个数据分组之中，只在一个分组中容许错误，那么(由于每个唤醒分组只具有4个比特，从而仅仅为数据分组大小的1/10)在25*4比特或者说100比特之中，必须只存在仅仅一个比特差错。根据图2中图解说明的灵敏度曲线，可以看出如果利用9dB信噪比接收信号，那么可以达到1/100(即，1*10^-2)的差错率。与数据检测(11dB)相比，这为唤醒检测(9dB)提供2dB的节余。节余2dB可用于加速唤醒部分的数据速率，从而降低接收器开启时间。

取式(1)的对数：

对于两个不同的比特率R1和R2：

从(5)中减去(6)得到：

R2/R1＝10^{(Eb/N0_dB_R1-Eb/N0_dB_R2)/10} (8)

从而，如果在4比特唤醒和40比特数据检测之间存在2dB差值，那么我们可以设定：

Eb/N0_dB_R1-Eb/N0_dB_R2＝2dB (9)

据此推定R2/R1＝1.58，从而R2等于1.58*4.8kb/s，或者说7.6kb/s。以7.6kb/s的速率传送50比特用时与以4.8kb/s的速率传送32比特的用时相同。

图4图解说明与图3类似的3种信号迹线，不过是采用本发明的遥控器和基于车辆的接收器的信号迹线。同样，上部迹线图解说明在不存在遥控器发射的情况下，接收器的定期轮询处理，中间迹线图解说明从遥控器的例证发射，下部迹线图解说明接收器对所述发射的响应。在这个例子中，遥控器信号格式包括速率为7.6kb/s的50比特的唤醒串，和速率为4.8kb/s的再40比特的数据串。在7.6kb/s，而不是4.8kb/s的唤醒比特率下，由于接收器仍然只需要4比特，以便进行唤醒，因此与现有系统中相比，接收器轮询开启时间短得多，而关闭时间仍然大约相同(稍长)。利用上面说明的相同的计算处理，我们发现平均静态电流消耗现在为0.87mA，而不是以前的1.43mA。静态电流大约减小39％。

从而，就本发明来说：

·以不同的比特率传送信号的唤醒部分和数据部分。唤醒部分是以更快的比特率传送的，而信号数据部分是以较慢的比特率传送的。

·唤醒部分的较快比特率使接收器轮询开启时间可被减小，从而降低在接收器的平均电流消耗。

·通过减小发射信号的唤醒部分的持续时间，快速唤醒速率和慢速数据速率方法还可用于增大发射设备的电池寿命。发射器功率的这种降低会间接地减小在接收器的益处，不过，由于接收器关闭时间也不得不被缩短，从而增大在接收器的平均静态功率用量。

根据本发明的以上说明，本领域的技术人员会认识到各种改进、变化和修改。附加权利要求意图覆盖在本领域技术人员技能范围之内的这种改进、变化和修改。

Claims (15)

1.一种基于车辆的发射器/接收器系统，包括：

发射器单元，所述发射器单元包括发射器和相关的发射器控制器，所述发射器传送包括第一信号部分和在第一信号部分之后的第二信号部分的信号，所述发射器控制器控制所述发射器以第一波特率传送所述第一信号部分并且以第二波特率传送所述第二信号部分，其中第一波特率大于第二波特率，所述第一信号部分包括唤醒部分，所述第二信号部分包括数据部分；和

接收器单元，所述接收器单元适合于以所述第一波特率接收所述第一信号部分，并且以所述第二波特率接收所述第二信号部分，所述接收器单元定期唤醒以监听所述第一信号部分，并且只有当收到有效的所述唤醒部分时，才保持唤醒以接收所述第二信号部分。

2.按照权利要求1所述的系统，其中所述发射器控制器使所述发射器传送所述第一信号部分和所述第二信号部分，以致所述第一信号部分具有比所述第二信号部分多的比特，并且其中所述接收器单元持续仅仅为所述第一信号部分的持续时间的一部分的时间间隔唤醒。

3.按照权利要求1所述的系统，其中所述接收器单元包括接收器和接收器控制器，并且其中所述接收器控制器配置所述接收器以所述第一波特率接收所述第一信号部分，并且如果收到的信号的所述唤醒部分有效，那么配置所述接收器以所述第二波特率接收所述第二信号部分。

4.按照权利要求1所述的系统，其中所述发射器单元包括遥控无钥匙进入遥控器。

5.按照权利要求4所述的系统，其中所述接收单元根据包含在所述第二信号部分中的信息，控制车辆门锁的状态。

6.按照权利要求1所述的系统，其中所述发射器单元包含胎压监测传感器。

7.按照权利要求1所述的系统，其中所述第一波特率约为所述第二波特率的1.5倍。

8.一种控制基于车辆的发射器/接收器系统的方法，包括以下步骤：

在一个位置处，传送包括第一信号部分和在第一信号部分之后的第二信号部分的信号，其中所述第一信号部分以第一波特率传送并且所述第二信号部分以第二波特率传送，其中第一波特率大于第二波特率，所述第一信号部分包括唤醒部分，所述第二信号部分包括数据部分；和

在第二位置处，接收包括所述第一信号部分和所述第二信号部分的所述信号，所述接收步骤包括睡眠以节约能量的步骤，定期唤醒以监听从所述一个位置传送的信号的唤醒部分的步骤，以及只有当收到有效的唤醒部分时，才保持唤醒以接收第二信号部分的步骤；

其中所述定期唤醒的步骤包括考虑到第一波特率的快速率，把唤醒时间间隔的持续时间选择成相对短的步骤。

9.按照权利要求8所述的方法，

其中在所述第二位置处的所述唤醒时间间隔的所述持续时间是所述唤醒部分的持续时间的一部分，并且

其中所述方法还包括选择所述第二波特率，以允许以相对低的差错率在所述第二位置处接收所述数据部分的步骤，和把所述第一波特率选择成高于所述第二波特率，以便允许以和所述相对低的差错率可比的差错率接收所述唤醒部分的一部分的步骤。

10.按照权利要求9所述的方法，其中所述选择所述第一波特率的步骤包括把所述第一波特率选择成约为所述第二波特率的1.5倍的步骤。

11.按照权利要求8所述的方法，其中所述接收步骤包括把所述接收配置成在所述唤醒时间间隔内监听所述唤醒部分的时候以所述第一波特率进行接收的步骤，和把所述接收配置成当接收所述第二信号部分时以所述第二波特率进行接收的步骤。

12.按照权利要求8所述的方法，其中所述传送步骤包括把车辆进入命令包含在所述第二信号部分中的步骤。

13.按照权利要求8所述的方法，其中所述传送步骤包括把胎压信息包含在所述第二信号部分中的步骤。

14.一种把数字信息传送给地面机动车的射频发射器，所述发射器传送包括唤醒部分和在所述唤醒部分之后的数据部分的信号，其中所述唤醒部分的波特率大于所述数据部分的波特率。

15.按照权利要求14所述的射频发射器，其中所述唤醒部分的所述波特率约为所述数据部分的波特率的1.5倍。