CN108885256A - 用于确定车辆和车辆访问及起动器识别器之间的距离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量车辆(V)和用于访问和起动车辆(V)的识别器(I)之间的距离R的方法(METH)，所述车辆(V)和识别器(I)被同步化。该方法(METH)包括N个序列Sq_p，p∈[1；N]，N是至少大于3的自然数，每个序列Sq_p包括以下步骤：‑从车辆(V)的发射器(TXv)向识别器(I)的接收器(Rxi)发射(Em_S_vp)频率为f_p的第一信号(S_vp)，‑通过识别器(I)的计算器(Xi)测量(Mes_φ_vip)被接收的第一信号(S_vp)相对于相位为φ_ip(t)＝φ_0ip+2πf_pt的第二信号(S_ip)的模为2π的相位φ_vip，‑从识别器(I)的发射器(Txi)向车辆(V)的接收器(RXv)发射(Em_S_ip)第二信号(S_ip)，‑通过车辆(V)的计算器(Xv)测量(Mes_φ_ivp)被接收的第二信号(S_ip)相对于第一信号(S_vp)的模为2π的相位φ_ivp，‑计算(Cal_φ_p)相位φ_vip和相位φ_ivp的平均值φ_p，该方法(METH)还包括：‑对于在1至N‑1之间的p的每个值，利用公式P_p＝(φ_p+1‑φ_p)/(f_p+1‑f_p)计算(Cal_P_p)梯度P_p，‑过滤(Fil_P_p)被计算的梯度P_p的N‑1个值，以便确定最优梯度P，‑从最优梯度P计算(Cal_R)距离R。

Description

用于确定车辆和车辆访问及起动器识别器之间的距离的方法

技术领域

本发明的技术领域总体上是用于车辆的免持(hand-free)访问和起动系统。本发明更特别地涉及一种用于确定将车辆与免持识别器分开的距离的方法，所述识别器使得可以访问车辆和/或起动车辆。

背景技术

现在市场上广泛存在所谓的“免持”访问和起动系统，其允许车辆的门被锁定和解锁且车辆发动机被起动，而无需使用传统钥匙。

传统上，当希望解锁车门的用户触摸电容传感器或被位于门把手上的红外传感器检测时，车辆的中央计算机触发通过车辆的低频天线的低频(20至150kHz)询问信号的发射。作为变体，低频天线可周期地发送这样的低频询问信号(称为“循环监测”)。如果在车辆附近的识别器(其传统地为钥匙或电子卡的形式，或甚至为具有适当激活的应用的智能手机的形式)捕获到询问信号，其通过利用无线电信号发送解锁代码至中央计算机而响应。车辆的无线电接收器则接收无线电信号：如果锁定信号通过中央计算机识别，则中央计算机命令门的解锁。

当用户希望起动车辆且按压位于乘客舱中的开关时，该方法大体相同：在该情况下，只有当识别器发送的起动代码被中央计算机识别时，发动机被中央计算机起动。

为了增加免持访问和起动系统的安全性，期望的是在锁定、解锁或起动被触发之前实现附加条件。特别地期望，识别器的位置与要被执行动作保持一致，例如：

-对于解锁，识别器应定位在车辆周围的最大周边范围内，例如2米，

-对于锁定，不应存在有位于乘客舱内的识别器，

-对于起动，识别器应定位在乘客舱内。

由此，识别器和车辆之间的距离的可靠测量是必要的。

总体上，距离基于被识别器接收的低频信号(例如询问信号)的功率测量(该测量称为RSSI，即“被接收信号强度指示”)而被计算。利用低频信号来测量距离是有利的。特别地，在车辆附近的识别器的车辆-识别器距离明显短于低频信号的波长。由此，折射现象受限。另外，现代低频接收器在待机模式下具有非常低的消耗。

识别器例如能够测量功率，且然后将通过无线电信号的测量传递至车辆的无线电接收器，中央计算机则承担测量将车辆和识别器分开的距离的任务。作为变体，识别器可本身计算距离，且仅在该距离短于预确定临界值时回应询问信号(否则，回应所计算的距离没有满足安全条件)。

但是，该测量技术没有考虑低频信号传播所固有的反射和折射现象。特别地，被测量的功率不是在车辆和识别器之间的直接路径上的信号的功率，而是被识别器接收的多个信号的功率，由于附近的反射和散射表面，每个信号采取了车辆和识别器之间的不同路径。

发明内容

本发明的目的因此是提出一种用于测量车辆和识别器之间的距离的方法，其考虑可在所述车辆和所述识别器之间交换的信号的反射和折射现象。

为此，本发明提出一种用于测量将车辆和用于访问和起动车辆的识别器分开的距离R的方法，所述车辆和识别器被同步化，该方法包括N个序列Sq_p，p∈[1；N]，N是至少大于3的自然数，每个序列Sq_p包括以下步骤：

-从车辆的发射器向识别器的接收器发射频率为f_p的第一信号，

-通过识别器的计算机测量被接收信号相对于相位为φ_ip(t)＝φ_0ip+2πf_pt的第二信号的模为2π的相位φ_vip，，

-从识别器的发射器向车辆的接收器发射第二信号，

-通过车辆的计算机测量被接收的第二信号相对于第一信号的模为2π的相位φ_ivp，，

-计算相位φ_vip和相位φ_ivp的平均值φ_p，

该方法还包括：

-对于在1至N-1之间的p的每个值，利用公式P_p＝(φ_p+1-φ_p)/(f_p+1-f_p)计算梯度P_p，

-过滤被计算的梯度P_p的N-1个值，以便确定最优梯度P，

-基于最优梯度P计算距离R。

术语“同步化”被理解为是指能够执行该方法。

根据本发明，多个第一信号和第二信号在车辆和识别器之间被交换。更准确地，N个向外-返回旅程(向外旅程对应于第一信号从车辆向识别器的发射，返回旅程对应于第二信号从识别器向车辆的发射)被执行。平均相位φ_p与每个向外-返回旅程相关联，每对平均相位(φ_p，φ_p+1)使得可以计算梯度P_p。过滤梯度P_p的步骤则使得可以消除其中信号已经经历过多反射和/或折射的向外-返回旅程，且获得用于计算距离R的最优梯度P。

除了刚刚在之前段落中提到的特征，根据本发明的方法可具有一个或多个以下附加特征，其可单独或以任何技术上可行的组合被考虑：

-在计算步骤中，利用以下公式计算距离R：

R＝-c/(2π)*P

其中，c是无线电波在空气中的传播速度。

-N个序列Sq_p，p∈[1；N]使得，对于在1至N-1之间的p的所有值，f_p+1-f_p是恒定的。

-该过滤包括从在计算步骤期间计算的N个梯度P_p选择多个梯度。

-该过滤包括对所述多个被选择梯度进行平均。

本发明和它的各种应用将在阅读以下描述和研究附图时被更好地理解。

附图说明

这些附图仅作为本发明的完全非限制图示提供。在附图中：

图1示出分别属于车辆和识别器的两个收发器装置，期望知道该车辆和识别器之间的距离，所述装置被设计为执行根据本发明一个实施例的方法；

图2示出显示该方法的步骤的块图；

图3示出在该方法一个步骤期间在收发器装置之间交换的信号；

图4示出显示在该方法步骤期间被计算的平均相位(模为2π)，的部分的图表，所述平均相位作为在该方法其他步骤期间所交换的信号的频率的函数；

图5示出显示端对端布置的图4的部分的图表。

具体实施方式

除非以其他方式，在不同附图中出现的同一元件具有单个附图标记。

在此之后描述的方法使得可以计算车辆V和所谓的免持识别器I之间的距离R，所述识别器I使得可以利用“免持”原理控制车辆V的访问或起动。识别器I例如是电子钥匙或卡，或具有适当应用的智能手机。

车辆V包括第一收发器装置Dv，识别器I包括第二收发器Di。由于第一收发器装置Dv和第二收发器装置Di类似，在此之后的仅给出大体描述。

参考图1，收发器装置Dz——脚标z无分别地是v或者i——包括：

-无线电信号的发射器TXz(频率至少等于1GHz)

-无线电信号的接收器RXz(频率至少等于1GHz)

-天线Atz，发射器TXz和接收器RXz连接至所述天线Atz

-锁相回路PLLz，用于将各种频率的信号供应至发射器TXz和计算机Xv

-计算机Xz，用于计算通过接收器RXz接收的信号相对于通过锁相回路PLLz供应的信号的相位。

应注意，智能手机自然具有所述收发器装置Di的所有部件。在一个优选实施例中，识别器I因此是智能手机，其具有用于车辆的免持访问和起动的适当应用。收发器装置Di的各个部件有利地被安装在智能手机上的应用触发和控制。

根据本发明的方法通过第一收发器装置Dv和第二收发器装置Di实施。应注意，第一收发器装置Dv和第二收发器装置Di预先彼此同步化，例如经由蓝牙低能量协议(应注意，智能手机本身具有蓝牙芯片)。

参考图2，该方法METH首先包括一连串的N个序列Sq_p，p∈[1；N]，N是至少大于3的自然数，每个序列Sq_p包括以下步骤：

在序列Sq_p的第一步骤Em_S_vp中，在时间t_0p，通过车辆V的锁相回路PLLv预先产生的具有相位φ_0vp和频率f_p的第一非调制信号S_vp通过车辆V的发射器TXv发射。作为说明，信号S_vp和S_v(p+1)——其分别对应于序列Sq_p和Sq_p+1——在图3中示出。第一信号S_vp在时间t_0p+Δt＝t_0p+R/c时被识别器I的接收器RXi接收，其中，c是信号的传播速度，R是将车辆V与识别器I分开的距离。

在序列Sq_p的第二步骤Mes_φ_vip中，识别器I的计算机Xi测量被接收的第一信号S_vp相对于第二信号S_ip的相位φ_vip，模为为2π。第二信号S_ip是通过识别器I的锁相回路PLLi产生的信号，从而其相位具有φ_0ip的值且其频率为f_p。

被测量的相位φ_vip能够利用以下公式计算：

φ_vip+k*2π＝φ_0vp+2πf_pt_0p-φ_0ip–2πf_p(t_0p+R/c)

k是正自然数。

在序列Sq_p的第三阶段Em_S_ip中，在时间t_1p时，第二信号S_ip被识别器I的发射器TXi发射。第二信号S_ip在时间t_1p+Δt＝t_1p+R/c通过车辆V的接收器RXv接收。

在序列Sq_p的第四步骤Mes_φ_ivp中，车辆V的计算机Xv测量被接收的第二信号S_ip相对于第一信号S_vp的相位φ_ivp，模为为2π。

被测量的相位φ_ivp能够利用以下公式计算：

φ_ivp+m*2π＝φ_0ip+2πf_pt_1p-φ_0vp–2πf_p(t_1p+R/c)

m是正自然数。

在序列Sq_p的第五步骤Tr_φ_vip中，识别器I的发射器TXi向车辆V的接收器RXv发射其之前测量的相位φ_vip。

在序列Sqp的第六步骤Cal_φ_p中，车辆V的计算机计算相位φ_ivp(在第四步骤Mes_φ_ivp中所测得的)和相位φ_vip(在第五步骤Tr_φ_vip中所接收到的)的平均相位φ_p。

平均相位φ_p利用以下公式计算：

φ_p＝(φ_0vp+2πf_pt_0p-φ_0ip–2πf_pt_0p–2πf_pR/c+φ_0ip+2πf_pt_1p-φ_0vp–2πf_pt_1p-2πf_pR/c–k*2π–m*2π)/2

＝–{4πf_pR/c+(k+m)*2π}/2

应注意，每个序列Sq_p，p∈[1；N]与频率f_p相关联。在一个优选实施例中，N个序列Sq_p使得，对于在1至N-1之间的p的所有值，f_p+1-f_p是正的且是恒定的。该方法METH例如包括80个序列Sq_p，从而f1＝2.4GHz，f80＝2.480GHz，且对于1至79之间的p的所有值，f_p+1-f_p＝1MHz。特别地，这些频率对应于蓝牙低能量带。

作为变体，序列Sq_p可以不包括第五步骤，但是在第四和第六步骤之间，包括从车辆V的发射器TXv向识别器I的接收器RXi发射之前所测得的相位φ_ivp的步骤。第六步骤由此通过识别器I的计算机实施，而不是通过车辆V的计算机实施。

参考图2，该方法METH还包括在N个序列Sq_p的实施之后执行的以下步骤。

在步骤Cal_P_p中，对于1至N-1之间的p的每个值，梯度P_p通过车辆V的计算机Xv利用以下公式计算：

P_p＝(φ_p+1-φ_p)/(f_p+1-f_p)。

应注意到，

P＝[{4πf_p+1R/c+(k+m)*2π}/2+{4πf_pR/c+(k+m)*2π}/2]/(f_p+1-f_p)＝2πR/c。

如图4所示，其示出作为各频率f_p的函数的(在序列Sq_p的第六步骤Cal_φ_p期间被计算的)各平均相位φ_p(模为2π)，梯度P_p对应于线段G_p的斜率，线段G_p的边缘是具有坐标(f_p；φ_p)和(f_p+1；φ_p+1)的点。

图5示出端对端布置的图4的线段G₁,...G_N-1和理论直线D_t。理论直线D_t对应于理想情况，其中，在车辆V和识别器I之间发射的第一信号S_vp和第二信号S_ip没有经历反射或折射：只有在直接路径上的信号才被车辆V和识别器I的接收器RXv、Rxi接收。在真实情况下，被车辆V和识别器I的接收器RXv、Rxi接收的信号并不严格是第一信号S_vp和第二信号S_ip，而是被反射/折射信号和直接信号的累积。

将单个梯度P_p用作用于经由前述公式计算距离R的基础因此具有不可忽视的错误风险。由此，在步骤Fil_P_p中，N-1个被计算梯度P_p值被过滤，以便确定最优梯度P，用于执行距离R的计算。该过滤可例如包括从N-1个梯度P_p选择最小梯度。作为变体，该过滤可包括从N-1个梯度P_p选择多个梯度，然后对被选择的梯度进行求平均。作为变体，该过滤可包括对N-1个梯度P_p进行求平均。当然可设想其他类型的过滤。

接下来，在步骤Cal_R中，将车辆V和识别器I分开的距离R通过车辆V的计算机Xv利用以下公式计算：

R＝c/2π*P。

基于被计算的距离R且取决于被请求的功能(例如开门、关门、起动车辆)，车辆V的计算机Xv能够确定该功能是否应被执行。

自然，作为变体，该方法的步骤以除了以上所呈现的其他技术上可行的顺序执行。

Claims (5)

1.一种用于测量将车辆(V)和用于访问和起动车辆(V)的识别器(I)分开的距离(R)的方法(METH)，所述车辆(V)和识别器(I)被同步化，所述方法(METH)包括N个序列(Sq_p，p∈[1；N])，N是至少大于3的自然数，每个序列(Sq_p)包括以下步骤：

-发射步骤(Em_S_vp)：从车辆(V)的发射器(TXv)向识别器(I)的接收器(Rxi)发射频率为f_p的第一信号(S_vp)，

-测量步骤(Mes_φ_vip)：通过识别器(I)的计算机(Xi)测量被接收的第一信号(S_vp)相对于相位为φ_ip(t)＝φ_0ip+2πf_pt的第二信号(S_ip)的模为2π的相位φ_vip，

-发射步骤(Em_S_ip)：从识别器(I)的发射器(TXi)向车辆(V)的接收器(RXv)发射第二信号(S_ip)，

-测量步骤(Mes_φ_ivp)：通过车辆(V)的计算机(Xv)测量被接收的第二信号(S_ip)相对于第一信号(S_vp)的模为2π的相位φ_ivp，

-计算步骤(Cal_φ_p)：计算相位φ_vip和相位φ_ivp的平均值φ_p，

所述方法(METH)还包括：

-计算步骤(Cal_P_p)：对于在1至N-1之间的p的每个值，利用公式P_p＝(φ_p+1-φ_p)/(f_p+1-f_p)计算梯度P_p，

-过滤步骤(Fil_P_p)：过滤被计算的梯度P_p的N-1个值，以便确定最优梯度P，

-计算步骤(Cal_R)：基于最优梯度P计算距离(R)。

2.如前一项权利要求所述的方法(METH)，其特征在于，在计算步骤(Cal_R)中，利用以下公式计算距离(R)：

R＝-c/(2π)*P

其中，c是第一信号(S_vp)和第二信号(S_ip)的传播速度。

3.如任一前述权利要求所述的方法(METH)，其特征在于，N个序列(Sq_p，p∈[1；N])使得，对于在1至N-1之间的p的所有值，f_p+1-f_p是恒定的。

4.如任一前述权利要求所述的方法(METH)，其特征在于，所述过滤步骤(Fil_P_p)包括从在计算步骤(Cal_P_p)期间所计算的N个梯度(P_p)中选择多个梯度。

5.如前一项权利要求所述的方法(METH)，其特征在于，所述过滤步骤(Fil_P_p)包括对被选择的多个梯度进行平均。