CN107914667A - 无钥匙进入/启动系统 - Google Patents
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Abstract
一种无钥匙进入/启动系统,其特征在于,包括:车身控制单元及为车身控制单元提供外部通讯的车载智能天线装置,两者间通过车辆总线通信连接;车载智能天线装置包括位于车体外部的外部蓝牙天线及位于车体内部的内部蓝牙天线;外部蓝牙天线的辐射方向朝向车厢外部;内部蓝牙天线的辐射方向仅朝向车厢内部;车载智能天线装置基于外部蓝牙天线和内部蓝牙天线各自所接收的蓝牙信号的辐射强度来判定携带智能手机的用户的位置,并将用户位置告知车身控制单元。本发明内外蓝牙天线各自接收的蓝牙信号的辐射强度的变化特性可以较为准确地判定用户的当前位置,进而满足可实际操作的无钥匙进入/启动系统的要求。
Description
技术领域
本发明涉及通信设备领域,特别涉及适于蓝牙的无钥匙进入/启动系统。
背景技术
在无钥匙进入/启动系统(PEPS)中,用户通过携带车钥匙就可实现自动解锁车门和按键发动机点火。目前的实现方案中,车基单元和车钥匙之间存在低频和射频两种无线信道。当携带钥匙的用户靠近车身达一到两米时,车身系统通过低频(LF)天线阵列检测到用户离车身的距离以及方位,进而激活射频(RF)的通信部分,通过射频无线信道实现车基单元对钥匙身份的匹配认证,在认证通过后实现车门解锁。在车内,当用户按下一键启动开关键时,低频天线阵列检测到车钥匙处于车内,此时激活数据通信和认证过程,然后允许车身控制单元(BCM)启动发动机。上述实现方案中,通常需要在车身不同位置布置多根天线以保证用户从多个方向靠近车辆都可激活认证,但这也意味着硬件成本增加。此外,为了能够使用无钥匙进入/无钥匙启动功能,用户还必须随身携带车钥匙。而目前的PEPS方案中低频天线始终须处于轮询模式,电流消耗也比较大。
业界也在尝试将上述钥匙集成到智能手机中,以期望通过智能手机的应用程序代替通常的车钥匙来实现上述功能。但由于目前PEPS方案中使用的低频/射频收发单元并未被一般主流手机所支持,仍需要在智能手机上附加额外的收发单元实物模块来适用目前的PEPS方案。
目前,业界还在尝试利用低功耗蓝牙来替代上述双无线信道方式的无钥匙进入/启动系统。然而主流蓝牙使用的2.4GhZ工作频段的辐射强度衰减随距离变化并不显著,且由于如下原因导致接收电平强度指示值(RSSI)往往不够稳定:1)电波极化方向随着手机放置位置的变化而变化,由此带来的电波极化损耗;2)车辆车体不规则性使得车身天线具有较强的方向性,导致各个来波方向的接收强度的差异;3)电波被周围物体反射引起的多径损耗;4)手机天线的方向性带来的接收电平变化。因此,很难通过传统的检测接收电平强度的方法来满足可实际操作的无钥匙进入/启动系统的要求。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种可满足实际操作的无钥匙进入/启动系统要求的适于蓝牙的解决方案。
为了解决上述问题,本发明提供一种无钥匙进入/启动系统,包括:车身控制单元及为车身控制单元提供外部通讯的车载智能天线装置,两者间通过车辆总线通信连接;车载智能天线装置包括位于车体外部的外部蓝牙天线及位于车体内部的内部蓝牙天线;外部蓝牙天线的辐射方向朝向车厢外部;内部蓝牙天线的辐射方向仅朝向车厢内部;车载智能天线装置基于外部蓝牙天线和内部蓝牙天线各自所接收的蓝牙信号的辐射强度来判定携带智能手机的用户的位置,并将用户位置告知车身控制单元。
与现有技术相比,上述方案具有以下优点:由于对外部蓝牙天线和内部蓝牙天线的辐射方向设计了差异性设置,在携带智能手机的用户处于不同位置时,由于车体的金属屏蔽效应,外部蓝牙天线和内部蓝牙天线各自接收的蓝牙信号的辐射强度会存在差异明显的变化特性,利用这种变化特性的组合就可以较为准确地判定用户的当前位置,进而满足可实际操作的无钥匙进入/启动系统的要求。
附图说明
图1是根据本发明实施例的无钥匙进入/启动系统的系统框图;
图2是根据本发明实施例的无钥匙进入/启动系统的车载智能天线装置的结构示意图;
图3是根据本发明实施例的无钥匙进入/启动系统的车载智能天线装置在车顶的安装位置示意图;
图4是根据本发明实施例的无钥匙进入/启动系统的车载智能天线装置中的面天线的结构和辐射方向简易示意图;
图5是根据本发明实施例的无钥匙进入/启动系统判定用户位置的一种处理流程示意图;
图6是根据本发明实施例的无钥匙进入/启动系统依据外部蓝牙天线和内部蓝牙天线判定用户位置的应用示意图;
图7是根据本发明实施例的无钥匙进入/启动系统判定用户位置时的各门限值与用户位置关系示意图。
具体实施方式
在下面的描述中,阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是,对于所属技术领域内的技术人员明显的是,本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外,应当理解的是,本发明并不限于所介绍的特定实施例。相反,可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明,而无论它们是否涉及不同的实施例。因此,下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定,除非在权利要求中明确提出。
图1示出了根据本发明的一种实施例的无钥匙进入/启动系统的系统框图。参照图1所示,该无钥匙进入/启动系统,包括:车身控制单元及为车身控制单元提供外部通讯的车载智能天线装置,两者间通过车辆总线通信连接;车载智能天线装置包括位于车体外部的外部蓝牙天线及位于车体内部的内部蓝牙天线;外部蓝牙天线的辐射方向朝向车厢外部;内部蓝牙天线的辐射方向仅朝向车厢内部;车身控制单元基于外部蓝牙天线和内部蓝牙天线各自所接收的辐射强度来判定携带智能手机的用户的位置。
图2示出了根据本发明的一种实施例的无钥匙进入/启动系统中车载智能天线装置的一种结构实现。参照图2所示,该车载智能天线装置为一体化封装的壳体,其安装于车顶的预留孔中。结合参照图3所示,该车载智能天线装置安装在车顶左右对称轴的靠车顶中心位置。该车载智能天线装置包括两个部分:车外部及车内部。
车外部包括位于车顶钣金面外的外罩及外罩内的外部蓝牙天线。该外罩可以为图1所示的鳍形外罩,也可以为其他形状的外罩。该外部蓝牙天线采用线天线,其设置于位于车顶钣金面内的双面PCB板朝向外罩的一面,其辐射方向朝向车厢外部。该线天线可以采用单极振子天线、或者倒F天线、或者倒L天线。
车内部包括上述的双面PCB板和设置于PCB板朝向车厢内部的内部蓝牙天线。该内部蓝牙天线为面天线,其辐射方向仅朝向车厢内部。该面天线可以采用圆极化天线,例如微带圆极化天线。有关微带圆极化天线的具体结构会在后面进一步说明。
上述的双面PCB板采用多层贯通孔结构设计,多层结构中包含一层电气接地层。PCB板可以通过金属螺丝等物将整个智能天线装置固定于车顶钣金面上,以和车顶钣金面电气相连。因为车顶金属钣金相当于大地,进而使得PCB板实现电气接地。通过这种接地方式可以保证外部蓝牙天线和内部蓝牙天线都有一个理想的金属地,并且该金属地有很好的无线屏蔽隔离效果,例如外部蓝牙天线辐射的无线蓝牙信号不会通过智能天线装置和预留孔连接处的缝隙衍射到车内。该双面PCB板上布置有蓝牙射频收发器和基带处理器,其中收发器通过一个时分复用的射频开关切换内外部蓝牙天线。基带处理器负责低功耗蓝牙协议栈和位置检测逻辑算法,并且根据逻辑算法的结果来唤醒系统和整车网络。双面PCB板上具有CAN连接器,其连接CAN总线,并通过CAN总线与车身控制单元通信连接。
另外,对于外部蓝牙天线,其有着全向性的辐射方向,对于车外的各个方位的无线蓝牙信号接收能力几近相同,可以保证对从各个方位接近车辆的用户所携带的智能手机都能进行检测。而当用户进入到车内时,由于车体的金属屏蔽效应,外部蓝牙天线所能接收到的车内手机的信号强度会非常弱。对于内部蓝牙天线,其辐射方向仅朝向车厢内部,能很好地覆盖处于车内区域的手机信号的检测。
以内部蓝牙天线采用微带圆极化天线为例,参照图4所示,微带圆极化天线包括位于PCB板上由介电材料构成的介质层以及介质层上由辐射体构成的辐射面。该微带圆极化天线具有非常低的轮廓,辐射的主瓣方向是法向方向,其法向指向车厢内部。该天线的波束主要在辐射面的法向方向100度范围(3dB波瓣宽度),因此能很好地覆盖车内区域。智能手机放置在车内的任意正常位置,该天线的辐射强度都可以满足检测要求。
以下进一步举例说明本发明的无钥匙进入/启动系统的具体处理场景。
参照图5所示,对携带智能手机的用户开启蓝牙后从远处靠近车辆并最终进入车辆坐在驾驶席的整个过程持续检测。车载智能天线装置中的基带处理器会通过CAN消息获悉发动机的当前状态。当车辆熄火时,车载智能天线装置中的基带处理器通过时分复用的射频开关驱动外部蓝牙天线和内部蓝牙天线来检测智能手机的蓝牙信号。当检测到智能手机的蓝牙信号时,基带处理器对智能手机进行鉴权并建立通信链路。在通信链路建立成功后,基带处理器通过时分复用的射频开关以一定的频率周期性驱动外部蓝牙天线和内部蓝牙天线接收智能手机的蓝牙信号,以采样获得蓝牙信号的辐射强度,这里以接收电平强度指示值(RSSI)来表征辐射强度。例如,可以将多次采样获得的RSSI值求得算术平均值作为用于与下面各门限值比较的、该测量点的比较基础。
有关比较及判定位置过程,具体地,当外部蓝牙天线接收的RSSI值大于第一门限值,或者内部蓝牙天线接收的RSSI值大于第二门限值时,基带处理器继续计算两者的差值。反之,基带处理器判定用户处于车外区域且尚未到达解锁区域。
当外部蓝牙天线接收的RSSI值与内部蓝牙天线接收的RSSI值的差值的绝对值小于第三门限值时,基带处理器判定用户在车外且处于解锁区域。基带处理器会将用户位置通过CAN消息告知车身控制单元。车身控制单元在获知该用户位置后开始常规的无钥匙进入的解锁认证。该解锁认证过程可参考诸多现有技术,此处不再赘述。反之,基带处理器继续比较两者的差值。
当外部蓝牙天线接收的RSSI值与内部蓝牙天线接收的RSSI值的差值的绝对值大于第四门限值时,基带处理器判定用户在车内。基带处理器会将用户位置通过CAN消息告知车身控制单元。车身控制单元在获知该用户位置后开始常规的无钥匙启动的认证。该启动认证过程可参考诸多现有技术,此处不再赘述。反之,基带处理器认为用户仍处于车外。其中,第三四门限的值可以相同,各门限值与判定区域的关系可以参考图7。
结合图5、图6及图7,通过图6及图7中的RSSI值和用户距离的变化关系可以发现,当用户离车较远时,例如2米以外,外部蓝牙天线和内部蓝牙天线的RSSI值都随距离的靠近而逐渐增强,但外部蓝牙天线比内部蓝牙天线接收到的RSSI值要大10dB左右。当用户进一步靠近车辆时,特别是在2米到进入车内这段过程中,由于车体金属屏蔽效应,外部蓝牙天线接收到的RSSI值开始减弱,特别是当用户进入车后坐在驾驶席上时,有着非常明显的减弱。而与此对应,在此过程中,内部蓝牙天线接收到的RSSI值有非常明显地增强。特别是,在用户坐到驾驶席上时,内部蓝牙天线比外部蓝牙天线接收到的RSSI值要大20dB左右。因此,根据外部蓝牙天线和内部蓝牙天线接收到的辐射强度的变化及差值可以较为准确地判定携带智能手机的用户的当前位置,进而为无钥匙进入/启动的功能触发提供依据。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改,均应纳入本发明的保护范围内,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种无钥匙进入/启动系统,其特征在于,包括:车身控制单元及为车身控制单元提供外部通讯的车载智能天线装置,两者间通过车辆总线通信连接;车载智能天线装置包括位于车体外部的外部蓝牙天线及位于车体内部的内部蓝牙天线;外部蓝牙天线的辐射方向朝向车厢外部;内部蓝牙天线的辐射方向仅朝向车厢内部;车载智能天线装置基于外部蓝牙天线和内部蓝牙天线各自所接收的蓝牙信号的辐射强度来判定携带智能手机的用户的位置,并将用户位置告知车身控制单元。
2.如权利要求1所述的无钥匙进入/启动系统,其特征在于,车载智能天线装置安装于车顶的预留孔中,其包括:车外部及车内部;车外部包括位于车顶钣金面外的外罩及外罩内的所述外部蓝牙天线;车内部包括位于车顶钣金面内的双面PCB板和设置于PCB板其中一面的所述内部蓝牙天线;外部蓝牙天线为线天线,其设置于PCB板另一面;内部蓝牙天线为面天线。
3.如权利要求2所述的无钥匙进入/启动系统,其特征在于,所述外部蓝牙天线为下述天线的任意一种:单极振子天线、倒L天线、倒F天线;所述内部蓝牙天线为圆极化天线。
4.如权利要求2所述的无钥匙进入/启动系统,其特征在于,双面PCB板上布置有包含时分复用的射频开关的蓝牙射频收发器和基带处理器。
5.如权利要求1所述的无钥匙进入/启动系统,其特征在于,车载智能天线装置通过CAN总线与车身控制单元通信连接。
6.如权利要求1所述的无钥匙进入/启动系统,其特征在于,当外部蓝牙天线接收的辐射强度未大于第一门限值,或内部蓝牙天线接收的辐射强度未大于第二门限值时,车载智能天线装置判定用户在车外且尚未到达解锁区域。
7.如权利要求1所述的无钥匙进入/启动系统,其特征在于,当外部蓝牙天线接收的辐射强度大于第一门限值,或内部蓝牙天线接收的辐射强度大于第二门限值时,且外部蓝牙天线接收的辐射强度与内部蓝牙天线接收的辐射强度的差值的绝对值小于第三门限值时,车载智能天线装置判定用户在车外且处于解锁区域;车身控制单元在获知该用户位置后开始解锁认证。
8.如权利要求1所述的无钥匙进入/启动系统,其特征在于,当外部蓝牙天线接收的辐射强度大于第一门限值,或内部蓝牙天线接收的辐射强度大于第二门限值时,且外部蓝牙天线接收的辐射强度与内部蓝牙天线接收的辐射强度的差值的绝对值大于第四门限值时,车载智能天线装置判定用户在车内;车身控制单元在获知该用户位置后开始启动认证。
9.如权利要求6至8任意一项所述的无钥匙进入/启动系统,其特征在于,车载智能天线装置周期性、多次驱动外部蓝牙天线和内部蓝牙天线接收智能手机的蓝牙信号以采样获得蓝牙信号的辐射强度,并将多次采样的蓝牙信号的辐射强度的算术平均值作为比较基础。
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