CN116320969A - 用于定位接近车辆的通信设备的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于定位接近车辆（10）的由用户（21）携带的通信设备（20）以触发所述车辆（10）的至少一种功能的方法，在定位阶段（P2），所述方法尤其包括以下步骤：检测（P24）称为“当前”障碍物的一组障碍物，识别（P25）该组当前障碍物中的通信设备以及定位（P26）在该组障碍物（30）中的障碍物中识别出的通信设备（20）。

Description

用于定位接近车辆的通信设备的方法
技术领域
本发明涉及汽车领域，并且更具体地涉及一种用于定位接近车辆的通信设备以触发所述车辆的某些功能的方法。
背景技术
目前，已知当用户的智能手机接近车辆时，机动车辆会检测并认证用户的智能手机，以便在车辆周围的预定义区域内发现用户时触发某些功能，例如，解锁门（该术语在此处和下文中不仅意指真实的门，还意指后备箱盖）、打开照明或调整座椅或空调。出于此目的，在这些用于认证和激活功能的信号中通常使用的通信协议是大部分现有智能手机所支持的Bluetooth®或BLE®（Bluetooth®低功耗）协议。
为了在用户进入预定义区域时远程激活车辆的功能，可能有必要将智能手机精确地定位到约几十厘米以内，尤其是在预定义区域小于信号的覆盖区域时。为此，有多种现有技术解决方案允许将智能手机定位（即，确定其位置）在机动车辆周围的预定义周界内。
一种解决方案在于在车辆内使用多个收发器并且对通过每个收发器从智能手机接收的信号进行三角测量。由位于车辆上的电子控制单元（ECU）进行的这种三角测量可以基于信号的飞行时间或功率来执行，并且根据定义需要至少三个收发器以定位智能手机，然后智能手机会在由这三个收发器中的每个收发器的信号的飞行时间或功率定义的三个区域的交汇点处被找到。
然而，在某些情况下，可能只有一个或两个收发器对智能手机可见，并且在这种情况下不能进行三角测量，因此阻止了准确定位智能手机，并且因此阻止了远程激活车辆的功能。
目前，随着UWB协议（UWB代表超宽带）的发展，某些车辆已经开始结合使用该协议来定位智能手机的收发器，以期管理和触发车辆的功能。
尤其已知的是在UWB中使用被动模式对携带智能手机的用户进行三角测量，这具有以上提及的缺陷。还已知的是，在UWB中使用主动模式，在该主动模式下收发器使用编码在信号中的帧与智能手机进行通信，然而在少于三个收发器对智能手机可见情况下，使用该主动模式无法定位智能手机。
因此，需要允许至少部分地克服这些缺陷的解决方案。
发明内容
为此，本发明的第一主题是一种用于定位接近车辆的由用户携带的通信设备以触发所述车辆的至少一种功能的方法，该车辆包括至少两个收发器，每个收发器被配置成在称为“被动”模式的第一模式和称为“主动”模式的第二模式下发射和接收信号，在该被动模式下，由这些收发器之一接收的信号是由收发器之一发射的已被障碍物反射的信号，并且在该主动模式下，这些收发器被配置成与由该用户携带的该通信设备进行通信，在定位阶段，所述方法包括以下步骤：
a. - 经由这些收发器中的称为“通信”收发器的至少一个收发器在主动模式下在该车辆与该通信设备之间建立通信，
b. - 基于在该通信期间交换的通信信号来确定所述通信收发器与该通信设备之间的距离，
c. - 由这些收发器中的至少一个收发器在被动模式下发射检测信号，
d. - 基于所发射的检测信号来检测称为“当前”障碍物的一组障碍物，所述一组当前障碍物至少包括由该用户携带的该通信设备，所述检测包括确定该车辆与所述一组当前障碍物中的每个障碍物之间的距离，
e. - 基于在主动模式下确定的距离、在被动模式下确定的该组当前障碍物的距离以及预定的一组次级障碍物中的障碍物的预定距离来识别该组当前障碍物中的通信设备，该预定的一组次级障碍物包括在到达该通信设备之前存在于该车辆的环境中的障碍物，
f. - 基于所确定的距离以及在被动模式下发射该检测信号的该至少一个收发器的位置和在被动模式下接收由该通信设备反射的检测信号的该至少一个收发器的位置来定位在该组障碍物中的障碍物中识别出的通信设备。
根据本发明的方法允许使用主动模式和被动模式相对于车辆的环境的其他元件对通信设备进行检测、识别和定位。在主动模式下确定的通信收发器与通信设备之间的距离限定了以所述通信收发器为中心的圆，而使用被动模式允许将障碍物与携带通信设备的人进行区分，同时限定了以通信收发器和接收反射信号的收发器为中心的椭圆，通信设备被发现位于所述圆与所述椭圆的交汇点，位于通信收发器与接收反射信号的收发器的一侧。根据本发明的方法允许将通信设备特别精确地定位到几厘米以内，因为其位置对应于圆和椭圆的交汇点，这例如允许触发需要这种精确度的特定功能，例如车辆出入功能（在高于/低于阈值距离时准备门的解锁/锁定和/或激活门的自动锁定/解锁、在低于阈值距离时激活迎宾照明序列等）、远程停车功能、防止中继攻击的功能等。
优选地，在该主动模式下进行通信包括以下子步骤：
a. - 由这些收发器中的称为“通信”收发器的至少一个收发器在主动模式下将第一通信信号发射到该通信设备，
b. - 由该通信设备接收所发射的第一通信信号，
c. - 由该通信设备将第二通信信号发射到该通信收发器，
d. - 由该通信收发器接收所发射的第二通信信号，
e. - 识别该通信设备。
根据本发明的一方面，该距离是在主动模式下通过计算由该通信收发器在发射该第一通信信号与接收该第二通信信号之间的称为“飞行时间”的时间或者实际上使用从该通信设备接收的信号的功率或相位来确定的。
优选地，该被动模式包括：
a. - 由这些收发器中的每个收发器在被动模式下发射至少一个检测信号，该至少一个检测信号包括所述收发器的标识符，
b. - 从至少一个障碍物反射该至少一个检测信号，
c. - 由这些收发器中的并非通信收发器的至少一个收发器接收反射的该至少一个检测信号。
有利地，该车辆与障碍物之间的距离是使用飞行时间和/或从所述障碍物反射的信号的功率和/或相位来计算的。
根据本发明的一方面，该方法包括确定该组次级障碍物的预备阶段，该预备阶段包括由这些收发器中的每个收发器在被动模式下发射该至少一个检测信号，并且基于由这些收发器中的至少一个收发器在被动模式下接收的信号来检测一组障碍物。
根据本发明的一个特征，该方法包括在该车辆的环境中检测该通信设备的步骤。
优选地，该检测包括由该车辆认证该通信设备。
本发明还涉及一种计算机程序产品，其特征在于，该计算机程序产品包括一组程序代码指令，该组程序代码指令当由一个或多个处理器执行时将该一个或多个处理器配置成实施如上文所描述的方法。
本发明还涉及一种用于机动车辆的电子控制模块，所述电子控制模块被配置成实施如上文所描述的方法。
本发明还涉及一种包括如上文所描述的电子控制单元的机动车辆。
本发明还涉及一种包括如上文所描述的车辆和被配置成与所述车辆进行通信的通信设备的系统。
附图说明
本发明的其他特征和优势将在阅读以下描述时变得更清楚明显。本说明书是纯粹说明性的，并且应当参考附图进行阅读，在附图中：
[图1] 图1示意性地展示了根据本发明的系统的一个实施例。
[图2] 图2示意性地展示了根据本发明的车辆的一个实施例。
[图3] 图3示意性地展示了处于被动模式的图2的车辆。
[图4] 图4示意性地展示了处于认证模式的图2的车辆。
[图5] 图5示意性地展示了处于主动模式的图2的车辆。
[图6] 图6示意性地展示了处于被动定位模式的图2的车辆。
[图7] 图7示意性地展示了定位期间图2的车辆。
[图8] 图8示意性地展示了根据本发明的方法的一个实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的系统1的一个示例，并且图2示出了根据本发明的车辆10的一个示例。
系统1
如图1所展示的，系统1包括机动车辆10和由车辆10的用户21携带的通信设备20。
车辆10
参考图2，车辆10包括电子控制单元100和多个收发器110。
在图2的示例中，收发器110的数量为六：四个外部收发器110，安装在车辆10的车身或门中，以及两个内部收发器110，安装在车辆10的乘客室中。在另一个实施例中，收发器110的数量可以低于或高于六。
每个收发器110都由单个标识符表征。
每个收发器110在称为“被动”模式的第一模式下被配置成发射检测信号并且接收反射的检测信号，由收发器110接收的信号是由此发射的和/或由其他收发器110之一发射的并且由一个或多个障碍物反射的信号（图3和图4）。障碍物30意指人或物品，尤其是通信设备20。由收发器110发射的检测信号包括所述收发器110的标识符。
每个收发器110在称为“主动”模式的第二模式下被配置成与通信设备20进行通信。换句话说，在该主动模式下，每个收发器110被配置成将通信信号发射到通信设备20并且接收由通信设备20发送的通信信号。由收发器110发射的通信信号包括所述收发器110的标识符。
在被动模式和主动模式下，每个收发器110优选地被配置成在车辆10周围的预定区域中使用单个协议进行通信，该预定区域被称为“检测和通信”区域，该单个协议优选地为根据标准IEEE 802.15.4z的UWB协议（UWB代表超宽带）。
收发器110和通信设备20使用编码在信号中的帧进行通信。
优选地，收发器110中的至少一个收发器被进一步配置成以Bluetooth®或BLE®进行通信，尤其是例如以通过在称为“认证”区域的预定区域中发射认证请求信号并且从其接收认证信号来认证通信设备20。
Bluetooth®或BLE®覆盖范围原则上大于UWB覆盖范围，并且因此电子控制单元100将在通信设备进入UWB覆盖范围之前检测出通信设备的接近。
电子控制单元100被配置成命令收发器110分别发射检测信号和通信信号，以检测车辆10周围的障碍物并且与通信设备20进行通信。
电子控制单元100被配置成处理由收发器110接收的反射的检测信号和由通信设备20发送并且由收发器110接收的通信信号，以对其进行处理。
电子控制单元100包括能够实施允许执行这些功能的指令集的处理器。
设备20
通信设备20由车辆10的用户21携带。通信设备20可以是例如智能手机、智能卡或智能钥匙。
通信设备20由唯一标识符表征，以便允许电子控制单元100对其进行认证。
由通信设备20发射的通信信号包括所述通信设备20的标识符。
优选地，通信设备20被配置成使用根据标准IEEE 802.15.4a和802.15.4z的UWB协议（UWB代表超宽带）与收发器110进行通信。
再次优选地，通信设备20被配置成使用Bluetooth®或BLE®协议与收发器110进行通信，尤其是例如以允许电子控制单元100通过接收由收发器110中的至少一个收发器发送的认证请求信号并且通过向收发器110发射认证信号来认证该通信设备。
实施方式的示例
现在将参考图3至图8描述根据本发明的方法的一个实施例。
该方法包括三个不同的阶段：检测车辆1的环境的次级障碍物30的预备阶段P0、认证通信设备20的阶段P1以及在车辆1的环境中定位通信设备20的阶段P2。
预备阶段P0
预备阶段P0可以在任何时间周期性地进行，例如从车辆10停在某处的点开始。该预备阶段P0允许电子控制单元100盘点（即检测）位于车辆10的环境中的次级障碍物30。次级障碍物30可以是固定的，例如邮筒或垃圾箱，或者是移动的，例如行人、骑自行车的人等。
为此，收发器110在被动模式下操作，并且每个收发器将一个或多个检测信号发射到车辆10周围的预定检测和通信区域ZDC。然后这些检测信号被车辆10周围的预定检测和通信区域ZDC中的位于车辆10的环境中的可检测的次级障碍物30反射。
参考图3，然后收发器110中的某些收发器接收由障碍物30反射的检测信号中的某些检测信号，并且利用包含在信号中的标识符来识别发射这些检测信号的一个或多个收发器110。
每个收发器110还以直达线路接收由邻近收发器110发射的检测信号。
总之，在该预备阶段P0中由收发器110中的每个收发器在被动模式下接收的所有信号允许电子控制单元100检测位于车辆10周围的预定检测和通信区域ZDC中被称为“一组次级障碍物”的一个或多个次级障碍物30，并且以本身已知的方式（多径和飞行时间）来确定车辆10与每个检测到的次级障碍物30之间的距离，这允许获得次级障碍物30在距离意义上的“标测”。
这种标测阶段可以由车辆10周期性进行以确定车辆10的环境中的次级障碍物30。
优选地，该标测阶段以50毫秒的最小周期进行，以实现主动模式与被动模式之间的良好折衷。然而，周期可能根据允许同时访问车辆的智能手机数量而调整（例如当要管理的智能手机较少例如为一个或两个时周期较短，并且当要管理的智能手机较多例如多于两个时周期较长）。考虑到与功耗有关的方面，或者由于可以经由Bluetooth®或BLE®通信接口在距离车辆几十米的地方通过检测启动预备阶段P0，因此可以对周期进行调整。在后一种情况中，例如，当用户刚刚停车或者处于离开预定检测和通信区域ZDC的过程中时，周期可能很长，然后当在预定检测和通信区域ZDC外部时，周期可能很短，然后当经由用户的智能手机的Bluetooth®或BLE®通信接口检测到用户的智能电话时，周期又可能很长。
认证阶段P1
当携带通信设备20的车辆10的用户接近车辆10时，电子控制单元100将首先例如以本身已知的方式经由该通信设备的Bluetooth®或BLE®通信接口对其进行检测和认证。
如图4所展示的，如果所使用的协议（例如Bluetooth®）具有较大的覆盖区域，则认证可以在预定检测和通信区域ZDC外部进行，然后用户进入车辆10的UWB覆盖区域。
定位阶段P2
参考图5，为了在车辆10的UWB覆盖区域中定位通信设备20，该覆盖区域对应于车辆10周围的预定检测和通信区域ZDC，电子控制单元100首先在主动模式下操作（步骤P21）。
应当注意，预定检测和通信区域ZDC在被动模式和主动模式下可能不同。具体地，在被动模式（检测）下，区域ZDC的大小取决于车辆10的发射器所发射的功率水平，取决于车辆10的接收器的灵敏度，取决于由障碍物（成人、儿童）反射的功率并且取决于到障碍物的距离。在主动模式（通信）下，区域ZDC的大小取决于通信设备20的接收器的灵敏度水平，取决于通信设备20的发射功率，取决于车辆10的接收器的灵敏度水平，取决于车辆10的发射功率，并且取决于车辆10的收发器110到通信设备20的收发器的距离。假定在被动模式下，障碍物仅反射入射在其上的一些功率（这不像通信设备20在主动模式下那样产生任何功率），可以预期通常区域ZDC在被动模式下将比在主动模式下更小（除了特定情况以外）。应当注意，这可能还取决于车辆10的收发器110并且取决于用户21携带通信设备20的方式。例如，对于车辆10的一个收发器110，区域ZDC在主动模式下可能比在被动模式下更大，并且同时对于车辆10的另一个收发器110可能更小。
为此，电子控制单元100命令由收发器110中的称为“通信”收发器的至少一个收发器在主动模式下将第一通信信号发射到通信设备20。第一通信信号由通信设备20接收，该通信设备在接收到时命令将第二通信信号发射到通信收发器110。
当通信收发器110接收到由通信设备20发射的第二通信信号时，电子控制单元100使用通信设备20的插入第二通信信号中的标识符来识别该通信设备，然后在已知由通信设备20处理第一通信信号所花费的平均时间的情况下，计算由通信收发器110发射第一通信信号与由通信收发器110接收第二通信信号之间的时间。然后，在已知信号的传播速度的情况下，电子控制单元100据此推断出将车辆10与通信设备20间隔开来的距离（步骤P22）。
应当注意，作为变型，除了由收发器110计算的飞行时间信息外，每个收发器110还可以以通信帧发送处理时间（接收帧与发送帧之间的处理相关时间差）以改进距离计算。
一旦已经确定了将车辆10与通信设备20间隔开来的距离，收发器110就以与预备阶段P0相同的方式在被动模式下操作（步骤P23）。
为此，参考图6，每个收发器110将一个或多个检测信号发射到车辆10周围的预定检测和通信区域ZDC（即，发射到车辆10的UWB覆盖区域）。然后这些检测信号被位于所述预定区域的可检测的障碍物30反射。然后收发器110中的某些收发器接收由障碍物30反射的检测信号中的某些检测信号，并且利用包含在信号中的标识符来识别发射这些检测信号的一个或多个收发器110。
每个收发器110还以直达线路接收由邻近收发器110发射的检测信号。
总之，在该定位阶段中由收发器110中的每个收发器在被动模式下接收的所有信号允许电子控制单元100进行以下操作（步骤P24）：
a. - 检测称为“当前”障碍物的一组障碍物，所述一组当前障碍物包括由用户21携带的通信设备20和/或可能地用户21自身，并且次级障碍物30仍然存在于车辆10的环境中，
b. - 以本身已知的方式（多径和飞行时间）来确定车辆10与每个检测到的障碍物30之间的距离，这允许获得当前障碍物20、21、30在给定时间内在距离意义上的“标测”。
通过比较在预备阶段P0期间在被动模式下确定的当前障碍物20、21、30的距离与在主动模式下确定的通信设备20的距离，电子控制单元100可以去除在定位阶段P2检测到的不在为通信设备20计算的距离处的所有物品，并且因此识别当前障碍物中的通信设备20（步骤P25）。电子控制单元100将尤其识别在预备阶段P0中检测到的次级障碍物30，即使次级障碍物30已经在环境中移动，因为所述障碍物将实际上具有远离车辆10而非向其靠近的倾向，这与通信设备20不同，并且鉴于次级障碍物30将处于与通信设备20的距离不对应的距离处的事实。
如果发现通信设备20与一个或多个其他障碍物30处于同一距离，则来自次级障碍物30的回声将与携带智能手机的人的回声混合在一起，但是，由于用户21正在以不同于次级障碍物的移动速度和路径进行移动，因此信号处理将允许在两个障碍物之间进行区分。
接下来，电子控制单元100确定了通信设备20的位置（步骤P26）。
参考图7，发现通信设备20在圆C1上，该圆的中心位于通信收发器110上，并且该圆的半径等于所计算出的将车辆10与通信设备20间隔开来的距离。
还发现通信设备20在椭圆E1上，该椭圆的焦点由通信收发器110和收发器110限定，该收发器接收由通信收发器110发射的反射信号。
圆C1和椭圆E1在两个点交叉，并且因此通信设备20的位置在于确定这两个点中的哪一个对应于通信设备20。
由于在该阶段通信设备20在车辆10外部，因此只需考虑两种情况：两个点都位于车辆10外部，或者其中一个点位于车辆10外部并且另一个点位于车辆10的乘客室中。在后一种情况下，位于车辆10外部的点对应于通信设备20。
在两个点都位于车辆10外部的情况下，然后电子控制单元100可以核实哪些收发器110接收到了由通信设备20反射的信号，以据此推断出在车辆10的哪一侧发现了通信设备20，并且因此去除最远的交汇点。
在随后在乘客室中发现通信设备20并且重复定位阶段P2的情况下，如果在乘客室中发现的收发器110之一接收到由通信设备20反射的信号并据此推断出通信设备20是在乘客室中发现的或者能够使用主动模式定位车辆10内部的通信设备20，则电子控制单元100将可能确定通信设备20是在乘客室中发现的。
在一个实施例中，通信信号和检测信号可以是定位阶段P2中的相同信号，即在定位阶段P2中，主动模式和被动模式可以使用相同的信号同时实施，从而既用于与通信设备20通信又用于检测当前障碍物20、21、30。
因此，当单个收发器110在主动模式下对所述通信设备20可见时，并且当只有两个收发器110在被动模式下可见时，本发明允许定位通信设备20。

Claims (10)

1.一种用于定位接近车辆（10）的由用户（21）携带的通信设备（20）以触发所述车辆（10）的至少一种功能的方法，该车辆（10）包括至少两个收发器（110），每个收发器被配置成在称为“被动”模式的第一模式和称为“主动”模式的第二模式下发射和接收信号，在该被动模式下，由这些收发器（110）之一接收的信号是由收发器（110）之一发射的已被障碍物反射的信号，并且在该主动模式下，该收发器（110）被配置成与由该用户（21）携带的该通信设备（20）进行通信，在定位阶段（P2），所述方法包括以下步骤：
- 经由这些收发器（110）中的称为“通信”收发器的至少一个收发器在主动模式下在该车辆（10）与该通信设备（20）之间建立（P21）通信，
- 基于在该通信期间交换的通信信号来确定（P22）所述通信收发器（110）与该通信设备（20）之间的距离，
- 由这些收发器（110）中的至少一个收发器在被动模式下发射（P23）检测信号，
- 基于所发射的检测信号来检测（P24）称为“当前”障碍物的一组障碍物，所述一组当前障碍物至少包括由该用户携带的该通信设备（20），所述检测包括确定该车辆（10）与所述一组当前障碍物中的每个障碍物之间的距离，
- 基于在主动模式下确定的距离、在被动模式下确定的该组当前障碍物的距离以及预定的一组次级障碍物（30）中的障碍物的预定距离来识别（P25）该组当前障碍物中的通信设备，该预定的一组次级障碍物包括在到达该通信设备（20）之前存在于该车辆（10）的环境中的障碍物，
- 基于所确定的距离以及在被动模式下发射该检测信号的该至少一个收发器（110）的位置和在被动模式下接收由该通信设备（20）反射的检测信号的该至少一个收发器（110）的位置来定位（P26）在该组障碍物（30）中的障碍物中识别出的通信设备（20）。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在该主动模式下进行通信包括以下子步骤：
- 由这些收发器（110）中的称为“通信”收发器的至少一个收发器在主动模式下将第一通信信号发射到该通信设备（20），
- 由该通信设备（20）接收所发射的第一通信信号，
- 由该通信设备（20）将第二通信信号发射到该通信收发器（110），
- 由该通信收发器（110）接收所发射的第二通信信号，
- 识别该通信设备（20）。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该距离是在主动模式下通过计算由该通信收发器（110）在发射该第一通信信号与接收该第二通信信号之间的称为“飞行时间”的时间或者实际上使用从该通信设备（20）接收的信号的功率或相位来确定的。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该被动模式包括：
- 由这些收发器（110）中的每个收发器在被动模式下发射至少一个检测信号，该至少一个检测信号包括所述收发器（110）的标识符，
- 从至少一个障碍物反射该至少一个检测信号，
- 由这些收发器（110）中的并非通信收发器的至少一个收发器接收反射的该至少一个检测信号。
5.如前一权利要求所述的方法，其中，该车辆（10）与障碍物之间的距离是使用该飞行时间或从所述障碍物反射的信号的功率或相位来计算的。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括确定该组次级障碍物（30）的预备阶段（P0），该预备阶段包括由这些收发器（110）中的每个收发器在被动模式下发射该至少一个检测信号，并且基于由这些收发器（110）中的至少一个收发器在被动模式下接收的信号来检测一组障碍物。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括在该车辆（10）的环境中检测该通信设备（20）的步骤。
8.一种计算机程序产品，其特征在于，该计算机程序产品包括一组程序代码指令，该组程序代码指令当由一个或多个处理器执行时将该一个或多个处理器配置成实施如前述权利要求中任一项所述的方法。
9.一种用于机动车辆（10）的电子控制单元（100），所述电子控单元被配置成实施如权利要求1至7中任一项所述的方法。
10.一种机动车辆（10），包括如前一权利要求所述的电子控制单元（100）。
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