CN107422306B - 与定位设备和便携式设备相关联的、使用超高频波来定位便携式设备的方法 - Google Patents

与定位设备和便携式设备相关联的、使用超高频波来定位便携式设备的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于由预期安装在车辆（V'）中的定位设备（D'）定位便携式设备（P'）的方法，便携式设备（P'）提供对车辆（V'）的“无手操作”出入，所述便携式设备（P'）通过超高频波与所述定位设备（D'）进行通信，本发明包括：在定位设备（D'）每次传送超高频信号时，•由定位设备（D'）同时传送（步骤E1）预期针对便携式设备（P'）的至少一个超声波信号，•测量由便携式设备（P'）对超高频信号的第一接收时间（t1）和对超声波信号的第二接收时间（t2）之间的延迟（Δt）（步骤E6），•基于由此测量的延迟来确定便携式设备（P'）和定位设备（D'）之间的位置（d）（步骤E9）。本发明还涉及定位设备（D'）和对应的便携式设备（P'）。

Description

与定位设备和便携式设备相关联的、使用超高频波来定位便 携式设备的方法
技术领域
本发明涉及使用超高频波来定位提供“无手操作”出入或启动机动车辆的便携式设备的方法以及安装在车辆中的定位设备和关联的便携式设备。
背景技术
本发明更具体地适用于提供对机动车辆的“无手操作”出入和/或启动的系统。用于出入机动车辆的所谓的“无手操作”系统使得授权用户可以在不使用钥匙的情况下锁定和/或解锁其车辆的开口和/或启动车辆。为了做到这一点，车辆进行对便携式设备（诸如用户携带的徽章或遥控器）的识别，并且如果徽章或遥控器位于车辆周围的预定区域中并被识别为属于该车辆，那么车辆根据用户的意图自动地锁定/解锁其开口或启动，而不需用户使用钥匙。
这种“无手操作”出入系统是本领域技术人员已知的。它通常由安装在车辆中的电子控制单元、位于车辆上的一个或多个射频（RF）天线以及用户携带的包括RF天线的识别徽章或遥控器组成。
通过中介RF天线和电子控制单元在便携式设备和车辆之间的标识符交换允许车辆识别便携式设备，并且由车辆触发开口的锁定或解锁或启动。
标识符可以被包含在除了徽章或遥控器之外的便携式设备中，例如它可以被包含在移动电话或英语中的“smartphone”（法语中的“téléphoneintelligent”）中或者在由用户佩戴的手表中。
标识符交换通常通过射频（RF）波和通过低频（或LF，代表英语中的“Lowfrequency”）波执行。车辆首先通过中介LF天线传送LF询问信号，并且便携式设备（如果其位于所述信号的接收区域（即，车辆周围的预定区域）中）将RF存在消息返回给包含其标识符的车辆。
通过对来自车辆的、由便携式设备（经由天线和电子控制单元）接收的LF信号的强度的测量来执行在车辆周围的便携式设备的精确定位，所述测量更一般地称为RSSI（英语中的“Received Signal Strength Indication”或由天线接收的信号的接收功率的测量值）测量。来自每个LF天线的由便携式设备接收的信号的强度的测量值由安装在车辆中的定位设备接收和分析，从而确定便携式设备相对于所述LF天线的位置，也就是说相对于车辆的位置。
定位设备D通常包括电子控制单元10以及3到4个天线A1、A2、A3、A4，并且如图1中所示。
图1示出了车辆V周围的便携式设备P的三个位置区域，覆盖车辆的乘客舱内部的第一区域Z1、覆盖第一区域Z1和车辆外部但接近车辆的区域的第二区域Z2以及覆盖第一和第二区域Z1、Z2和车辆V周围的扩大的外部区域的第三区域Z3。
根据由车辆识别的便携式设备P的位置，在所述位置区域Z1、Z2、Z3中，自动执行专用于所述位置区域的某些动作：启动车辆、解锁/锁定或预先接通乘客舱照明（英语中也称为“welcome lighting”）。
RSSI测量使得能够精确地定位处于位置区域（也就是说在车辆V周围和内部）中的便携式设备P，以便当在车辆V内部检测到便携式设备P时，不仅允许开口的锁定/解锁，还允许车辆V的启动。
在便携式设备是移动电话的情况下，以RF（例如，以ISM频带）和LF（例如，处于125kHz）与车辆的通信并不总是可能的，因为大多数移动电话不具有频率与在与车辆通信期间使用的频率（诸如针对RF的315MHz和433.92MHz的频率以及针对LF的125kHz的频率）兼容的RF或LF通信装置。
另一方面，到目前为止，移动电话具有Bluetooth®或低功耗蓝牙（BLE）通信标准，也就是说处于从2400 MHz到2480 MHz的超高频（UHF）的通信。该通信标准具有通用性的优点，并且因此不需要针对每个国家的特别批准（仅需要国际“低功耗蓝牙”认证），如操作频率根据国家而不同的当前RF和LF通信标准的情况那样。
因此，有必要适配“无手操作”车辆出入和/或启动系统，使得其也可以利用配备有Bluetooth®通信标准的移动电话进行操作，并且不再仅仅通过中介射频和低频（RF、LF）波进行操作。
Bluetooth®通信标准的优点在于其允许车辆周围约250米的长通信范围。然而，它不能在较短距离处精确地检测到便携式设备的存在。例如，当便携式设备P距车辆V约10厘米并且用户希望解锁他的车辆时，利用现有技术通信设备（利用由RF和LF波进行的交换进行操作）能够实现的便携式设备的精确定位不再能够通过Bluetooth®实现。事实上，蓝牙信号的RSSI测量是非常不精确的，并且根据环境（噪声、干扰）而很大地变化，并且不可能知道位置固定的便携式设备距车辆5m还是10m还是40m还是更多。
因此，通过使用Bluetooth®通信不再能够启动车辆，因为必须仅当便携式设备位于车辆内部并且距车辆的UHF天线几厘米时才授权车辆。鉴于Bluetooth®的RSSI的巨大变化，距UHF天线几厘米的所述便携式设备的检测是不可能的。
现在，Bluetooth®通信是相对于干扰被优化的通信协议，因为其在几个不同的频率信道（也称为“多信道”通信）上，通常三个信道上被顺序地执行，以便尽可能地对外部干扰不敏感，例如对来自WifiTM通信（无线通信）的干扰不敏感。
Bluetooth®通信实际上包括在三个分离的频率信道上（例如：2.402 GHz、然后2.426 GHz、以及最后在2.480 GHz上）相继传送数据。通过复用传送信道，同时在三个频率上存在干扰的概率较低，并且因此至少在一个频率上确保与便携式设备的通信。然而，所述便携式设备的精确定位仍然是不可能的。
发明内容
本发明提出了一种用于能够克服这些缺点的便携式设备的超高频定位的设备。
在该情况下，本发明提出了一种方法，该方法使用超高频波来定位用于提供对机动车辆的“无手操作”出入和/或启动的便携式设备，从而能够精确地定位在车辆内部和外部的便携式设备，以便能够发起适当的动作，诸如例如门的自动解锁/锁定和车辆的启动。
本发明提出了一种用于由预期安装在车辆中的定位设备定位便携式设备的方法，所述便携式设备提供对车辆的“无手操作”出入，所述便携式设备通过超高频波与所述定位设备进行通信，所述方法值得注意的是，该方法包括：在定位设备每次传送超高频信号时，
•由定位设备同时传送预期针对便携式设备的至少一个超声波信号，
•测量由便携式设备对超高频信号的第一接收时间和对超声波信号的第二接收时间之间的延迟，
•基于由此测量到的延迟来确定便携式设备和定位设备之间的距离。
该定位方法可以包括：在定位设备每次传送超高频信号时，
•由定位设备同时传送预期针对便携式设备的来自三个分离源的至少三个相继超声波信号，
•测量由便携式设备对超高频信号的每个第一接收时间和对传送的每个超声波信号的每个第二接收时间之间的延迟，
•基于由此测量到的延迟来确定便携式设备和定位设备之间的位置。
本发明还涉及一种预期安装在所述车辆中的用于定位便携式设备的设备，所述便携式设备提供对车辆的“无手操作”出入，所述便携式设备通过超高频波与所述定位设备进行通信，所述定位设备包括：
•传送预期针对便携式设备的至少一个超声波信号的装置，
•接收由便携式设备对超高频信号的第一接收时间和对超声波信号的第二接收时间之间的延迟的装置，
•基于由此接收到的延迟来计算便携式设备与定位设备之间的距离的装置。
本发明还涉及提供对车辆的“无手操作”出入的便携式设备，所述便携式设备预期由定位设备定位，所述便携式设备通过超高频波与所述定位设备进行通信，所述便携式设备包括：
•接收超声波信号的装置，
•测量在对超高频信号的第一接收时间与对超声波信号的第二接收时间之间的延迟的装置，
•将由此测量到的延迟传送到定位设备的装置。
在本发明的第二实施例中，定位设备包括：
•将至少一个超声波信号传送到便携式设备的装置，
•从便携式设备接收便携式设备和定位设备之间的距离的装置。
此外，在该第二实施例中，提供对车辆的“无手操作”出入的便携式设备包括：
•接收超声波信号的装置，
•测量由便携式设备对超高频信号的第一接收时间与对超声波信号的第二接收时间之间的延迟的装置，
•基于由此计算的延迟来计算便携式设备与定位设备之间的距离的装置，
•将所述距离传送到定位设备的装置。
本发明还适用于包括针对第一或第二实施例的、根据上面所列出的特征的定位设备和便携式设备的任何“无手操作”出入系统。
最后，本发明涉及包括根据上面所列出的特征之一的定位设备的任何机动车辆。
附图说明
在阅读以下描述和检查附图时，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
图1是现有技术的装备机动车辆V的定位设备D的示意表示，
图2是示出根据本发明的定位方法的流程图，
图3是根据本发明的定位设备D'的示意表示，
图4是根据本发明的便携式设备P'的示意表示，
图5示出了根据本发明的无手操作出入系统100。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的配备有用于定位便携式设备P的设备D的机动车辆V，便携式设备P提供对所述车辆V的 “无手操作”出入。
现有技术的定位设备D包括连接到控制单元10的四个射频天线A1、A2、A3、A4。
现有技术的便携式设备P包括射频RF、LF波的传送/接收装置，在该情况下为天线A5（参见图1），以便与定位设备D进行通信。
如上所述，当定位设备D和便携式设备P通过超高频波（特别是通过Bluetooth®）通信时，现有技术的定位便携式设备P的方法不再适用，现有技术的定位便携式设备P的方法仅仅基于便携式设备P从定位设备D接收的射频信号的强度的测量（RSSI测量）。
事实上，现有技术的用于确定便携式设备P的位置的方法不能准确地确定便携式设备P的位置，Bluetooth®中的RSSI测量受到电磁波的干扰。
本发明提出了通过超高频波或信号进行通信并且允许便携式设备P'相对于定位设备D'的精确定位的定位设备D'（参见图3）和便携式设备P'（参见图4）。
根据本发明，图3中所示的定位设备D'包括至少一个超高频通信天线A1'以及相关联的超高频传送/接收电路30。
在图3中所示的示例中，示出了连接到超高频传送/接收电路30的四个通信天线A1'、A2'、A3'和A4'。
定位设备D'（参见图3）还包括：
•采用超声波天线A和相关联的超声波传送/接收电路20的形式的向便携式设备P'传送至少一个超声波信号的装置M3，
•接收超声波信号的传播时间的装置M2，
•基于超声波信号的传播时间计算便携式设备P'和定位设备D'之间的距离的装置M1。
传送超声波信号的装置M3可以包括安装在车辆上的音频装置，诸如倒车雷达、汽车收音机、喇叭。
接收传播时间的装置M2例如是超高频接收装置M2，并且连接到至少一个超高频通信天线A1'以及超高频传送/接收电路30。
计算装置M1包括软件装置。
关于图4中所示的便携式设备P'，这包括采用超高频天线A5'和相关联的超高频传送/接收电路30'的形式的超高频信号的接收装置。
便携式设备P'（参见图4）还包括：
•采用天线A'和相关联的超声波传送/接收电路20'的形式的超声波信号的接收装置M6，
•测量超高频信号的接收与超声波信号的接收之间的延迟（称为超声波信号的“传播时间”）的装置M4，
•向定位设备D'传送所述“传播时间”的装置M5，
•电子时钟类型的时间戳设备。
超声波信号的接收装置M6可以是例如集成在便携式设备P'中的麦克风及其相关联的电子控制电路。
测量传播时间的装置M4是计算超高频信号的接收与超声波信号的接收之间的延迟Δt的软件装置。每个信号（超声波和超高频）的接收由包括在便携式设备P'的集成电路中的电子时钟加时间戳，并且由此可以计算两个信号的接收之间的延迟Δt。
传送传播时间的装置M5包括例如连接到超高频天线A5'的超高频传送装置M5。
图5示出了根据本发明的由安装在车辆V'中的定位设备D'和便携式设备P'构成的定位系统100。
在本发明的替代实施例（图3和图4中未示出）中，代替接收超声波信号的传播时间的装置M2，定位设备D'包括接收由便携设备P'发送的便携式设备P'和定位设备D'之间的距离d的装置。
在本发明的该实施例中，便携式设备P'包括基于传播时间计算距离d的装置（未示出），并且包括向定位设备D'传送所述距离d（未示出）的装置，代替向定位设备D'传送所述传播时间的装置M5。
现在将说明图2中所示的定位方法。
在第一步骤（E1）期间，定位设备10'向便携式设备P'传送超高频信号。
该传送可以周期性地执行，目的是检测在V'周围便携式设备P'的存在。实际上，如果便携式设备P'处于超高频信号的接收区域中，则它进而通过向定位设备D'传送超高频存在信号来进行响应。
本发明还提出，与该超高频传送同时，定位设备D'还向便携式设备P'传送（步骤E1）超声波信号。
因此具有位于超声波频带中的频率的该超声波信号可以由安装在车辆V中的无线电装置、喇叭或任何声学设备传送。
在第二步骤（E2）中，如果便携式设备P'已经接收到超高频信号，则所述便携式设备P'存储所述信号的第一接收时间t1，或者换言之，便携式设备P'由于其内部时钟而对超高频信号的接收时间加时间戳（步骤E3）。
如果便携式设备P'没有接收到超高频信号，则定位方法返回到第一步骤E1。
给定超高频波和超声波的传播速度之间差异，便携式设备P'按时间顺序首先接收到超高频信号（如果便携式设备P'在所述波的接收区域中的话），并且然后，之后是随后到达的并由便携式设备P'相继接收的超声波信号。
如果便携式设备P'接收到超声波信号（步骤E4），则便携式设备P'类似地存储所述信号的第二接收时间t2（步骤E5）。换言之，便携式设备P'由于其内部时钟对超声波信号的接收时间加时间戳（步骤E5）。
如果便携式设备P'没有接收到超声波信号，则定位方法返回到第一步骤E1。
然后，便携式设备P'计算超声波信号的第二接收时间t2和超高频信号的第一接收时间t1之间的、称为超声波信号的“传播时间”的延迟（步骤E6），换言之：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
然后，便携式设备P'将该传播时间Δt传送到定位设备D'（步骤E7）。
如果定位设备10'接收到所述传播时间Δt（步骤E8），则它通过下述公式从传播时间Δt推断便携式设备P'与定位设备D'之间的距离d：
Figure 653057DEST_PATH_IMAGE002
其中：
d是便携式设备P'和定位设备D'之间的距离，
Δt是超声波的传播时间，
v是声速（340 m/s）。
如果定位设备D'没有接收到所述传播时间Δt，则定位方法在步骤E1重新开始。
本发明合理地使用如下事实：超高频波的传播速度比超声波的传播速度高得多。
事实上，超高频波（例如Bluetooth®）的传播速度等于
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，而超声波的传播速度v等于
Figure 242302DEST_PATH_IMAGE004
。
因此，从定位设备D'到便携式设备P'的超高频信号的传播时间比超声波信号的传播时间短得多，并且与从定位设备D'到便携式设备P'的超声波信号传播时间相比，根据本发明的定位方法提出忽略超高频信号的该传播时间。通过忽略超高频信号的传播时间，在定位设备D'和便携式设备P'之间实现同步，而在便携式设备P'中不需要任何。
因此，根据本发明的定位方法基于如下假设：超高频信号在其被定位设备D'传送时由便携式设备P'接收到。
由于超声波信号与超高频信号同时传送，便携式设备P'将超高频信号的加时间戳的接收视为定位设备D'对超声波信号传送的开始。
通过计算超声波信号的第二接收时间t2与超高频信号的第一接收时间t1之间的差（称为“传播时间”），也就是
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，根据本发明，这合理地等价于计算定位设备D'和便携式设备P'之间的超声波信号的传播时间。然后，可以根据以下公式来计算分离两个设备的距离d
Figure 84356DEST_PATH_IMAGE002
其中：
d是便携式设备P'和定位设备D'之间的距离，
Δt是超声波的传播时间，
v是声速（340 m/s）。
因此，超声波信号的传播时间的持续时间可以确定使定位设备D'与便携式设备P'分离的距离d。
在替代实施例中，便携式设备P'将根据上面给出的公式从所测量的传播时间计算的距离d直接返回到定位设备D'。
在第二实施例中，还可以更精确地确定便携式设备P'相对于车辆V'的位置du，而不仅仅是距离d。
为此目的，定位设备D'包括在空间上偏移的超声波信号的至少三个传送装置。换言之，超声波信号的传送装置包括位于车辆V'上的不同位置处的三个不同的信号源。
三个传送装置均与传送装置M2传送三个超高频信号同时地按其顺序顺序地传送超声波信号。便携式设备P'相继地接收到三个超高频信号以及然后三个超声波信号。通过计算每个超高频信号的第一接收时间和每个对应的超声波信号的第二接收时间之间的传播时间，能够通过三角测量精确地确定便携式设备P'相对于车辆V'的横向和纵向位置。
因此，本发明通过使用现有装置（集成在便携式设备P'中的麦克风、安装在车辆V'中的声学装置）能够合理地精确确定车辆V周围的通过Bluetooth®通信的便携式设备P'的位置。

Claims (8)

1.用于由预期安装在车辆（V'）中的定位设备（D'）定位便携式设备（P'）的方法，所述便携式设备（P'）用于对车辆（V'）进行“无手操作”出入，所述便携式设备（P'）通过超高频波与所述定位设备（D'）进行通信，所述方法的特征在于，所述方法包括：在所述定位设备（D'）每次传送超高频信号时，
•由所述定位设备（D'）传送预期针对所述便携式设备（P'）的至少三个接续的超声波信号，所述至少三个接续的超声波信号来自三个分离的源，每个超高频信号与所述三个分离的源中不同的源的超声信号一起被同时传送，
•在所述便携式设备（P'）处，接收由所述定位设备（D'）传送的超高频信号和超声信号，
•在所述便携式设备（P'）处并针对在便携式设备（P'）处接收到的每个超高频信号，测量由所述便携式设备（P'）对超高频信号的每个第一接收时间和对所传送的每个对应的超声波信号的每个第二接收时间之间的延迟，
•基于由此测量的延迟来确定所述便携式设备（P'）和所述定位设备（D'）之间的位置。
2.用于定位便携式设备的定位设备（D'），所述便携式设备提供对车辆（V'）的“无手操作”出入，所述定位设备（D'）预期安装在所述车辆（V'）中，所述便携式设备（P'）通过超高频波与所述定位设备（D'）进行通信，所述定位设备（D'）的特征在于，它包括：
•与传送预期针对所述便携式设备（P'）的三个超高频率信号同时顺序地传送三个超声波信号的装置（M3），每个超高频信号与三个分离的源中不同的源的超声信号一起被同时传送，
•接收由所述便携式设备（P'）接收的每个超高频信号的第一接收时间和由所述便携式设备（P'）接收的每个超声波信号的第二接收时间之间的延迟的装置（M2），
•基于由此接收到的延迟来计算所述便携式设备（P'）和所述定位设备（D'）之间的距离的装置。
3.用于“无手操作”出入车辆的便携式设备（P'），所述便携式设备（P'）预期由定位设备（D'）定位，所述便携式设备（P'）通过超高频波与所述定位设备（D'）进行通信，所述便携式设备（P'）的特征在于，它包括：
•接收三个接续的超声波信号的装置（M6），
•测量每个超高频信号的第一接收时间和由所述便携式设备（P'）接收的每个对应的超声波信号的第二接收时间之间的延迟的装置（M4），
•向所述定位设备（D'）传送由此测量的所述延迟的装置（M5）。
4.用于定位便携式设备的定位设备（D'），所述便携式设备提供对车辆（V'）的“无手操作”出入，所述定位设备（D'）预期安装在所述车辆（V'）中，所述便携式设备（P'）与所述定位设备（D'）通过超高频波进行通信，所述定位设备（D'）的特征在于，它包括：
•与传送预期针对所述便携式设备的三个超高频率信号同时顺序传送三个超声波信号的装置（M3），每个超高频信号与三个分离的源中不同的源的超声信号一起被同时传送，
•接收来自所述便携式设备（P'）的所述便携式设备（P'）和所述定位设备（D'）之间的距离的装置。
5.提供对车辆的“无手操作”出入的便携式设备（P'），所述便携式设备（P'）预期由定位设备（D'）定位，所述便携式设备（P'）通过超高频波与所述定位设备（D'）进行通信，所述便携式设备（P'）的特征在于，它包括：
•接收三个接续的超声波信号的装置（M6），
•测量所述便携式设备（P'）对每个超高频信号的第一接收时间和对对应的每个超声波信号的第二接收时间之间的延迟的装置（M4），
•基于由此计算的所述延迟来计算所述便携式设备（P'）和所述定位设备（D'）之间的距离的装置，
•向所述定位设备（D'）传送所述距离的装置（M5）。
6.“无手操作”出入系统（100），包括根据权利要求2所述的定位设备（D'）和根据权利要求3所述的便携式设备（P'）。
7.“无手操作”出入系统，包括根据权利要求4所述的定位设备（D'）和根据权利要求5所述的便携式设备（P'）。
8.机动车辆（V'），包括根据权利要求2或4所述的定位设备（D'）。
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