CN114531645A - 基于uwb技术的车辆进出车库的自动感知系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于UWB技术的车辆进出车库的自动感知系统，包括：安装在车辆中的UWB系统；安装在车库中的UWB标签，其能够接收来自车辆的UWB信号并且发出响应信号；其特征在于，当车辆位于车库外并且车辆与车库之间的距离小于一预定阈值时，所述UWB系统和所述UWB标签被触发，所述UWB系统确定车辆与UWB标签之间的相对位置，并且根据车辆的位置控制车库门自动打开和/或关闭；当车辆位于车库内时，一方面在车辆点火启动时，所述UWB系统和所述UWB标签被触发，所述UWB系统控制车库门自动打开，另一方面确定车辆与UWB标签之间的相对位置，并且根据所述相对位置控制车库门自动关闭。本发明还涉及一种基于UWB技术的车辆进出车库的自动感知方法。

Description

基于UWB技术的车辆进出车库的自动感知系统和方法
技术领域
本发明涉及定位技术领域。更具体地，本发明涉及一种基于UWB技术的车辆进出车库自动感知系统和方法。
背景技术
随着车辆自动驾驶技术的不断发展，对于定位技术特别是定位精度的要求也越来越高。
UWB(Ultra Wide Band，超宽带)技术是一种无线载波通信技术，其具有系统复杂度低、发射信号功率谱密度低、对信道衰落不敏感、定位精度高等优点，因此得到广泛的应用。
DE 102015208621A1公开了一种用于机动车辆的定位装置。该专利文献基于UWB技术，在机动车辆和可移动物体之间交换信号，该物体是车辆的便携式钥匙。该定位装置可以确定该可移动物体的定位，从而确定与车辆的距离和方向。这使得可以确定钥匙是在车外还是在车内。该定位装置还可以用来定位车辆外部动态移动的其他对象，例如道路使用者。还可以使车辆相对于不可移动的物体定位。该专利文献给出一个经典空间定位算法，以车辆为坐标原点，可移动的UWB钥匙作为空间坐标点，来测算它们之间的相对空间位置，从而判断钥匙是在车内或车外。
DE 102019203682A1公开了一种用于将车辆和/或物体的操作功能状态设置为车辆相对于物体的方向的函数的方法以及通信系统，该系统包括车辆外部的至少一个UWB设备，以及固定在车上的可移动(活动)的UWB设备。根据操作状态以及特定的方向函数，推断出车辆移动的方向。该专利文献以固定的UWB为中心，通过方向函数的方法，仅给出一个二维方向性的指示，且要求车上的UWB单元是可移动的。
本发明旨在对现有技术进行进一步的改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于UWB技术的车辆进出车库的自动感知系统和方法，该自动感知系统对于安装在车辆内部的UWB系统没有可移动的要求，而是沿用UWB系统本身的固定方式。
根据本发明的一方面，涉及一种基于UWB技术的车辆进出车库的自动感知系统，包括：
安装在车辆中的UWB系统；
安装在车库中的UWB标签，其能够接收来自车辆的UWB信号并且发出响应信号；
其特征在于，当车辆位于车库外并且车辆与车库之间的距离小于一预定阈值时，所述UWB系统和所述UWB标签被触发，所述UWB系统确定车辆与UWB标签之间的相对位置，并且根据所述相对位置控制车库门自动打开和/或关闭；
当车辆位于车库内时，一方面在车辆点火启动时，所述UWB系统和所述UWB标签被触发，所述UWB系统控制车库门自动打开，另一方面确定车辆与UWB标签之间的相对位置，并且根据所述相对位置控制车库门自动关闭。
有利地，所述自动感知系统包括安装在车辆中的定位装置，所述定位装置利用车辆的GPS定位和车库的GPS坐标来确定车辆与车库之间的距离。
有利地，当所述UWB系统和UWB标签被触发后，通过三角定位测量车辆与UWB标签之间的相对位置。
有利地，所述UWB系统利用设置在车辆上的三个或者更多个UWB锚点来确定车辆与UWB标签之间的相对位置。
有利地，所述UWB标签安装在车库门上。
有利地，自动感知系统包括车载远程信息处理装置，该车载远程信息处理装置能根据从UWB系统接收的事件消息向智能家居网关发送控制信号，进而智能家居网关控制车库门自动打开和/或关闭。
根据本发明的另一方面，涉及一种基于UWB技术的车辆进出车库的自动感知方法，其特征在于，
当车辆位于车库外并且车辆与车库之间的距离小于一预定阈值时，所述自动感知方法包括以下步骤：
触发安装在车辆中的UWB系统；
所述UWB系统触发安装在车库中的UWB标签；
所述UWB系统确定车辆与UWB标签之间的相对位置；
所述UWB系统根据所述相对位置控制车库门的自动打开和/或关闭，
当车辆位于车库内时，所述自动感知方法包括以下步骤：
在车辆点火启动时，触发安装在车辆中的UWB系统；
所述UWB系统触发安装在车库中的UWB标签，并且控制车库门自动打开；或者
所述UWB系统确定车辆与UWB标签之间的相对位置；
所述UWB系统根据所述相对位置控制车库门自动关闭。
有利地，利用车辆的GPS定位和车库的GPS坐标来确定车辆与车库之间的距离。
有利地，通过三角定位测量车辆与UWB标签之间的相对位置。
有利地，利用设置在车辆上的三个或者更多个UWB锚点来确定车辆与UWB标签之间的相对位置。
有利地，车载远程信息处理装置根据从UWB系统接收的事件消息向智能家居网关发送控制信号，进而智能家居网关控制车库门自动打开和/或关闭。
根据本发明的自动感知系统充分利用车辆中已经安装的UWB系统，通过在车库的适当位置安装UWB标签，提供了一种经济方便的车辆进出车库的自动感知系统。该自动感知系统对于安装在车辆内部的UWB系统没有可移动的要求，而是沿用UWB系统本身的固定方式。
附图说明
下面将参照示意性的附图更详细地描述本发明的优选实施例。附图及相应的实施例仅是为了说明的目的，而非用于限制本发明。在附图中：
图1示出根据本发明的一个实施例的自动感知系统的示意性结构图。
图2示意性地示出根据本发明的自动感知系统在一个场景中的应用。
图3示意性地示出根据本发明的自动感知系统在另一个场景中的应用。
图4示意性地示出根据本发明的自动感知方法的流程图。
图5示意性地示出根据本发明的自动感知方法的另一流程图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施例。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和实现本发明。但是，对所属技术领域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，本发明并不局限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面所述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，下面描述的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用，而不应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。
如图1所示，根据本发明的基于UWB技术的车辆进出车库的自动感知系统10包括安装在车辆中的定位装置、UWB系统和车载远程信息处理装置。定位装置用于例如通过GPS定位系统实现车辆的实时定位。UWB系统能够通过UWB定位技术实现高精度定位。车载远程信息处理装置能够通过外部设备、移动设备、远程云服务、蓝牙服务等与车辆使用者家中的智能家居网关通信，用来控制智能家居的操作。
根据本发明的自动感知系统10还包括安装在车库中的UWB标签。有利地，标签可以安装在车库门上。标签也可以安装在车库中的其它位置。
图2示意性地示出根据本发明的自动感知系统10在一个场景中的应用。在图2所示的场景中，车辆向前行驶进入车库。标签安装在车库门的上部。
如图2所示，在车体上设置有五个UWB锚点1、2、3、4、5。锚点1和2设置在车辆的前部，锚点3设置在车辆的顶部，锚点4和5设置在车辆的后部。可以理解的是，可以在车身上设置更多或者更少的锚点，并且锚点可以设置在车体的其它适合位置。
在进行定位时，UWB锚点发射电磁波信号，标签接收到电磁波信号并且发出回应的电磁波信号。利用锚点发出信号和接收标签的回应信号之间的时间间隔，以及电磁波信号在空气中的传播速度，就可以计算出锚点与标签之间的距离。
在此使用车体坐标系。有利地，可以使用三个锚点测量标签在车体坐标系中的位置。当车辆位于车库门的外部时，例如可以使用锚点1、2、3。当车辆位于车库内部时，例如可以使用锚点3、4、5。但是，考虑到遮挡或者信号干扰，为了提高定位精度，可以使用更多个、例如4个或者5个锚点。
已知设置在车体上的UWB锚点1、2、3、4、5的车体坐标分别为(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)、(X3,Y3,Z3)、(X4,Y4,Z4)、(X5,Y5,Z5)。在计算出发射电磁波信号的锚点与标签之间的距离后，可以通过三角定位算法计算出标签在车体坐标系中的位置坐标(Xt,Yt,Zt)。三角定位算法是一种已知的定位方法，此处不进行详细的说明。
当计算出的UWB标签的车体坐标位置为预先设定的(Xt1,Yt1,Zt1)时，表明车辆到达车库门外的目标位置。当计算出的UWB标签的车体坐标位置为预先设定的(Xt2,Yt2,Zt2)时，表明车辆进入到车库内的目标位置。可以理解的是，当计算出的UWB标签的车体坐标位置与预先设定的(Xt1,Yt1,Zt1)和(Xt2,Yt2,Zt2)相比较处于预定的误差范围时，就可以认为车辆到达目标位置。
图3示意性地示出根据本发明的自动感知系统10在另一个场景中的应用。在图3所示的场景中，车辆向后行驶、即倒车进入车库。标签安装在车库门的上部。
UWB锚点1、2、3、4、5在车体上的布置位置与图2相同。同样使用车体坐标系。有利地，可以使用三个锚点测量标签在车体坐标系中的位置。当车辆位于车库门的外部时，例如可以使用锚点3、4、5。当车辆位于车库内部时，例如可以使用锚点1、2、3。但是，考虑到遮挡或者信号干扰，为了提高定位精度，可以使用更多个、例如4个或者5个锚点。
已知设置在车体上的UWB锚点1、2、3、4、5的车体坐标分别为(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)、(X3,Y3,Z3)、(X4,Y4,Z4)、(X5,Y5,Z5)。在计算出发射电磁波信号的锚点与标签之间的距离后，可以通过三角定位算法计算出标签在车体坐标系中的位置坐标(Xt,Yt,Zt)。
当计算出的UWB标签的车体坐标位置为预先设定的(Xt3,Yt3,Zt3)时，表明车辆到达车库门外的目标位置。当计算出的UWB标签的车体坐标位置为预先设定的(Xt4,Yt4,Zt4)时，表明车辆进入到车库内的目标位置。可以理解的是，当计算出的UWB标签的车体坐标位置与预先设定的(Xt3,Yt3,Zt3)和(Xt4,Yt4,Zt4)相比较处于预定的误差范围时，就可以认为车辆到达目标位置。
在图2和图3所示的场景中，即，在车辆从车库外部驶入车库内的过程中，当确定车辆到达车库门外的目标位置时，自动感知系统10控制车库门自动打开。具体地，UWB系统发送事件消息，触发车载远程信息处理装置向智能家居网关发送控制信号，进而智能家居网关控制车库门自动打开。当确定车辆进入到车库内的目标位置时，自动感知系统10有利地可以控制车库门自动关闭。具体地，UWB系统发送事件消息，触发车载远程信息处理装置向智能家居网关发送控制信号，进而智能家居网关控制车库门自动关闭。
在车辆从车库内部离开车库的过程中(图中未示出)，车辆点火启动，触发UWB系统和UWB标签，UWB系统发送事件消息，通过智能家居网关控制车库门自动打开。另外，UWB系统如上所述计算标签在车体坐标系中的位置坐标。当确定车辆处于车库门外的目标位置之外时，UWB系统发送事件消息，通过智能家居网关控制车库门自动关闭。
图4示出在车辆进入车库时通过自动感知系统10实现的自动感知方法的示意性流程图。
在步骤S11，安装在车辆中的定位装置确定车辆与车库之间的距离。当车辆与车库之间的距离小于一预定阈值(例如车辆进入预先设定的电子围栏)时，方法进入步骤S12。否则继续执行步骤S11。
在步骤S12，触发安装在车辆中的UWB系统。
然后在步骤S13，UWB系统触发安装在车库中的UWB标签。
在步骤S14，UWB系统在车库坐标系中计算和定位移动的车辆的位置。这可以通过对上文所述计算得到的标签在车体坐标系中的坐标进行坐标转换得到。
在步骤S15，判断车辆的当前位置是否处于车库门外的目标位置。如果是，则进入步骤S16。如果不是，则返回步骤S14。
在步骤S16，UWB系统发送事件消息，触发车载远程信息处理装置向智能家居网关发送控制信号，进而智能家居网关控制车库门自动打开。
在步骤S17，UWB系统在车库坐标系中计算和定位移动的车辆的位置。
在步骤S18，判断车辆的当前位置是否处于车库内的目标位置。如果是，则进入步骤S19。如果不是，则返回步骤S17。
在步骤S19，UWB系统发送事件消息，触发车载远程信息处理装置向智能家居网关发送控制信号，进而智能家居网关控制车库门自动关闭。
图5示出在车辆离开车库时通过自动感知系统10实现的自动感知方法的示意性流程图。
在步骤S21，车辆点火启动，触发安装在车辆中的UWB系统。
在步骤S22，UWB系统触发安装在车库中的UWB标签，另外，UWB系统发送事件消息，触发车载远程信息处理装置向智能家居网关发送控制信号，进而智能家居网关控制车库门自动打开。
在步骤S23，UWB系统在车库坐标系中计算和定位移动的车辆的位置。这可以通过对上文所述计算得到的标签在车体坐标系中的坐标进行坐标转换得到。
在步骤S24，判断车辆的当前位置是否处于车库门外的目标位置之外。如果是，则进入步骤S25。如果不是，则返回步骤S23。
在步骤S25，UWB系统发送事件消息，触发车载远程信息处理装置向智能家居网关发送控制信号，进而智能家居网关控制车库门自动关闭。
本发明充分利用车辆中已经安装的UWB系统，通过在车库的适当位置安装UWB标签，提供一种经济方便的车辆进出车库的自动感知系统。根据本发明的系统对于安装在车辆内部的UWB系统没有可移动的要求，而是沿用UWB系统本身的固定方式。
应当理解的是，使用者可以随时将自动感知系统10的自动控制切换到手动控制车库门的打开和/或关闭，也可以随时启动或者暂停自动感知系统10的自动控制。
上面借助具体实施例对本发明的车辆进出车库的自动感知系统和方法进行了描述。对本领域技术人员而言显而易见的是，可以在不脱离本发明的范围或精神的情况下对上文公开的实施例做出各种修改和变型。例如，本发明的实施可以不包含所描述的具体特征中的部分特征，并且本发明也不局限于所描述的具体实施例，而是可以设想所描述的特征和要素的任意组合。结合对说明书的考虑及所公开的自动感知系统和方法的实践，其它实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。说明书和示例仅被视为示例性的，真正的范围由所附权利要求及它们的等同方案表示。

Claims (11)

1.一种基于UWB技术的车辆进出车库的自动感知系统，包括：
安装在车辆中的UWB系统；
安装在车库中的UWB标签，其能够接收来自车辆的UWB信号并且发出响应信号；
其特征在于，当车辆位于车库外并且车辆与车库之间的距离小于一预定阈值时，所述UWB系统和所述UWB标签被触发，所述UWB系统确定车辆与UWB标签之间的相对位置，并且根据所述相对位置控制车库门自动打开和/或关闭；
当车辆位于车库内时，一方面在车辆点火启动时，所述UWB系统和所述UWB标签被触发，所述UWB系统控制车库门自动打开，另一方面确定车辆与UWB标签之间的相对位置，并且根据所述相对位置控制车库门自动关闭。
2.根据权利要求1所述的自动感知系统，其特征在于，所述自动感知系统包括安装在车辆中的定位装置，所述定位装置利用车辆的GPS定位和车库的GPS坐标来确定车辆与车库之间的距离。
3.根据权利要求1或2所述的自动感知系统，其特征在于，当所述UWB系统和UWB标签被触发后，通过三角定位测量车辆与UWB标签之间的相对位置。
4.根据权利要求3所述的自动感知系统，其特征在于，所述UWB系统利用设置在车辆上的三个或者更多个UWB锚点来确定车辆与UWB标签之间的相对位置。
5.根据权利要求1或2所述的自动感知系统，其特征在于，所述UWB标签安装在车库门上。
6.根据权利要求1或2所述的自动感知系统，其特征在于，自动感知系统包括车载远程信息处理装置，该车载远程信息处理装置能根据从UWB系统接收的事件消息向智能家居网关发送控制信号，进而智能家居网关控制车库门自动打开和/或关闭。
7.一种基于UWB技术的车辆进出车库的自动感知方法，其特征在于，
当车辆位于车库外并且车辆与车库之间的距离小于一预定阈值时，所述自动感知方法包括以下步骤：
触发安装在车辆中的UWB系统；
所述UWB系统触发安装在车库中的UWB标签；
所述UWB系统确定车辆与UWB标签之间的相对位置；
所述UWB系统根据所述相对位置控制车库门自动打开和/或关闭，当车辆位于车库时，所述自动感知方法包括以下步骤：
在车辆点火启动时，触发安装在车辆中的UWB系统；
所述UWB系统触发安装在车库中的UWB标签，并且控制车库门自动打开；或者
所述UWB系统确定车辆与UWB标签之间的相对位置；
所述UWB系统根据所述相对位置控制车库门自动关闭。
8.根据权利要求7所述的自动感知方法，其特征在于，利用车辆的GPS定位和车库的GPS坐标来确定车辆与车库之间的距离。
9.根据权利要求7或8所述的自动感知方法，其特征在于，通过三角定位测量车辆与UWB标签之间的相对位置。
10.根据权利要求9所述的自动感知方法，其特征在于，利用设置在车辆上的三个或者更多个UWB锚点来确定车辆与UWB标签之间的相对位置。
11.根据权利要求7或8所述的自动感知方法，其特征在于，车载远程信息处理装置根据从UWB系统接收的事件消息向智能家居网关发送控制信号，进而智能家居网关控制车库门自动打开和/或关闭。
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