DE102014102328B4

DE102014102328B4 - Fahrzeugintegration von BLE-Knoten zur Aktivierung von passiven Zugangs- und Startfunktionen

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Publication number: DE102014102328B4
Application number: DE102014102328.5A
Authority: DE
Inventors: Timothy Talty; Amanda J. Kalhous; Neeraj R. Gautama
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2034-02-25
Also published as: CN104002763A; CN104002763B; DE102014102328A1

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen, ob ein Fahrzeugschlüsselanhänger (FOB} sich innerhalb des Fahrzeugs oder außerhalb des Fahrzeugs befindet, wobei das Verfahren umfasst:- Bereitstellen eines primären Bluetooth-Niederenergie-Geräts (BLE-Geräts) auf dem Fahrzeug;- Abfragen des FOB unter Verwendung eines Signals, das von dem primären BLE-Gerät gesendet wird, um zu bestimmen, ob der FOB sich in einer vorbestimmten Nähe des Fahrzeugs befindet;- Empfangen eines Bluetooth-Signals an dem primären BLE-Gerät, welches von dem FOB gesendet wird, wenn der FOB sich in der Nähe des Fahrzeugs befindet;- Bestimmen einer Empfangsleistung des Bluetooth-Signals, das von dem FOB gesendet wurde und von dem BLE-Gerät empfangen wurde; und- Verwenden der Empfangsleistung in einem Vergleichsverfahren, um zu bestimmen, ob der FOB sich innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet, wobei das Verfahren des Weiteren umfasst:- Bereitstellen eines sekundären BLE-Geräts auf dem Fahrzeug zum Versenden eines Bluetooth-Referenzsignals,- Empfangen des Bluetooth-Referenzsignals durch das primäre BLE-Gerät, welches von dem sekundären BLE-Gerät gesendet wird,- Bestimmen einer Sendeleistung des Bluetooth-Referenzsignals, welches von dem sekundären BLE-Gerät gesendet wird, und- Bestimmen einer Empfangsleistung des Bluetooth-Referenzsignals, welches von dem sekundären BLE-Gerät gesendet wird und von dem primären BLE-Gerät empfangen wird, und wobei das Verwenden der Sendeleistung und der Empfangsleistung in einem Vergleichsverfahren, um zu bestimmen, ob der FOB sich innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet, das Bereitstellen einer ersten Differenz zwischen der Empfangsleistung und der Sendeleistung des FOBs, das Bereitstellen einer als Referenz dienenden zweiten Differenz zwischen der Empfangsleistung und der Sendeleistung des sekundären BLE-Geräts, das Vergleichen der ersten Differenz und der zweiten Differenz, das Bestimmen, dass der FOB sich außerhalb des Fahrzeugs befindet, wenn die erste Differenz größer als die zweite Differenz ist, und das Bestimmen, dass der FOB sich innerhalb des Fahrzeugs befindet, wenn die erste Differenz kleiner als die zweite Differenz ist, umfasst, wobei das Bluetooth-Referenzsignal aus dem Inneren des Fahrzeugs stammt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein passives Zugangs- und passives Start-System (PEPS) auf einem Fahrzeug, das ein Bluetooth-Niederenergie (BLE) Gerät (Knoten) innerhalb des Fahrzeugs verwendet, und insbesondere auf ein PEPS-System auf einem Fahrzeug, das ein oder mehrere PEPS-Knoten innerhalb des Fahrzeugs verwendet, um zu bestimmen, ob ein Fahrzeugschlüsselanhänger (FOB) sich innerhalb des Fahrzeugs oder außerhalb des Fahrzeugs befindet.
2. Diskussion des Standes der Technik
Moderne Fahrzeuge verwenden typischerweise einen Schlüsselanhänger (FOB), der drahtlos HF-Befehlssignale an ein Fahrzeugsteuergerät sendet, um verschiedene Fahrzeugfunktionen auszuführen, beispielsweise das Verriegeln der Türen, das Entriegeln der Türen, das Öffnen des Kofferraums, das Öffnen der Ladeluke, das Starten des Motors, das Anschalten einer Sicherheitsbeleuchtung etc. Der Fahrzeugführer drückt dabei einen bestimmten Druckknopf auf dem FOB, der typischerweise ein Bild der Funktion zeigt, welche dieser Knopf bereitstellt, um das Befehlssignal an das Fahrzeug zu senden. Die Übermittlung wird in einer Art kodiert, die nicht nur den Befehl für eine bestimmte Operation ausführt, sondern auch die Übermittlung davor schützt, dass sie von einer dritten Partei aufgezeichnet und zurückgeschickt wird. FOBs dieser Art weisen eine begrenzte Reichweite auf und ergeben einen Komfort für den Fahrzeugführer.
Moderne Fahrzeuge gestatten darüber hinaus typischerweise einem Fahrzeugführer, verschiedene Fahrzeugvorrichtungen und Systeme einzustellen, beispielsweise die Fahrzeugspiegel, die Sitze, die Pedale, das Radio etc. auf eine bestimmte gewünschte Einstellung, und gestatten dann dem Fahrer diese Einstellungen als Voreinstellungen durch Aktivieren eines Speicherknopfes abzuspeichern. Wenn die Einstellungen gegenüber dem letzten Zeitpunkt, zu dem der Fahrzeugführer das Fahrzeug gefahren hat, verändert werden, beispielsweise durch einen anderen Fahrzeugführer, dann kann dieser Fahrzeugführer die Voreinstellungen aktivieren, beispielsweise durch Drücken des Speicherknopfes oder eines anderen Knopf, so dass alle diese Vorrichtungen wieder zu der gewünschten Einstellung für diesen Fahrer zurückkehren. Ein Signal, das von dem FOB übermittelt wird, welches den Fahrzeugführer identifiziert, kann dazu verwendet werden, um verschiedene Fahrzeugvorrichtungen und das System auf die voreingestellten Bedingungen einzustellen, wobei der jeweilige FOB für den Fahrzeugführer eindeutig ist.
Wie oben erwähnt, wird ein typisches System, welches einem FOB gestattet, Fahrzeugbefehle bereitzustellen, von dem Fahrzeugführer oder einem anderen autorisierten Benutzer durch Verwenden des FOBs aktiviert. In einigen Fahrzeugausführungen vollführt das Fahrzeug die bestimmten Funktionen automatisch, wenn der Benutzer sich dem Fahrzeug nähert, wobei der Benutzer das Signal nicht aktiv übermitteln muss. Ein bekanntes System, das als passives-Zugangs-passives-Start (PEPS) System bezeichnet wird, überwacht oder fragt periodisch die unmittelbar um das Fahrzeug vorliegende Fläche ab, um den FOB zu detektieren unter Verwendung eines niederfrequentes (NF) gepulsten Signals (30-300 kHz), welche von dem Fahrzeug mit einer vorbestimmten Pulsrate übermittelt wird. Die Pulsbreite und die Pulsrate des Abfragesignals werden ausgehend davon, wie schnell der Benutzer sich dem Fahrzeug nähern könnte und wie weit weg dies von dem Fahrzeug wünschenswert ist, den Benutzer erstmalig zu detektieren, eingestellt.
Niederfrequente Signale werden typischerweise für das FOB-Überwachen verwendet, da diese nur über eine kurze Distanz abgestrahlt werden. Aufgrund der kurzen Reichweite des niederfrequent gepulsten Abfragesignals ist es darüber hinaus möglich, gerichtet abzufragen, beispielsweise auf der linken oder der rechten Seite des Fahrzeugs oder auf der Vorderseite oder der Rückseite des Fahrzeugs. Wenn der FOB das niederfrequent gepulste Abfragesignal empfängt und dieses authentifiziert, wird der FOB automatisch ein Befehlssignal an das Fahrzeug übermitteln, so dass das Fahrzeug die jeweilige Funktion ausführen wird, die dazu programmiert wurde, dann ausgeführt zu werden.
Das Erzeugen und Übermitteln niederfrequenter Signale erfordert typischerweise einen relativ großen Betrag an Strom, welcher sich beispielsweise in einer Größenordnung von ungefähr 700 mA für jeden Puls, der übermittelt wird, befindet. Demzufolge ist die Zeitdauer, die das PEPS-System in der Lage ist, das gepulste Abfragesignal bei einer niedrigen Frequenz bereitzustellen, bevor die Fahrzeugbatteriespannung auf eine inakzeptablen Ladezustand reduziert ist, unterhalb welchem der Fahrer nicht in der Lage ist, das Fahrzeug zu starten, relativ kurz, beispielsweise in der Größenordnung von 12-24 Stunden. Wenn diese Zeit verstrichen ist, seitdem das Fahrzeug zuletzt gestartet wurde, wird das PEPS-System in einen Ruhezustand übergehen und nicht mehr in der Lage sein, das Abfragesignal bereitzustellen.
In verschiedenen Fahrzeugausführungen wacht das System nur dann auf, um die Abfrage des FOB vorzunehmen, wenn der Benutzer an dem Türgriff des Fahrzeugs zieht, da der Abfrageprozess eine hohe Energie verbraucht. Andere Ausführungsformen wurden vorgeschlagen für ein Fahrzeug, welche gestatten, dass ein Fahrzeugtürgriff in die Tür versenkt wird, aus Sicherheitsgründen und nach Detektion eines autorisierten Benutzers den Türgriff herausfahren, um dem Fahrer zu gestatten, Zugriff auf das Fahrzeug zu gewinnen. Gegenwärtige Systeme, die einen Fahrzeugtürgriff aus einer zurückgezogenen Position ausfahren, erfordern ungefähr 10 Fuß Entfernung zwischen dem Punkt, wenn ein autorisierter Fahrzeugbenutzer detektiert wird und wenn der Benutzer das Fahrzeug erreicht, um die Operation befriedigend auszuführen. Eine andere Einschränkung für niederfrequente Systeme liegt darin, dass diese mehrere Niederfrequenzantennen erfordern, beispielsweise fünf, welche relativ groß und schwierig zu häusen sind.
Um diese Energieeinschränkung für PEPS-Systeme zu beseitigen, wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, einen BLE-Knoten zu verwenden, der auf dem Fahrzeug integriert ist, welche dazu verwendet wird, um den FOB abzufragen. Das Koppeln von Bluetooth-Geräten ist im Stand der Technik gut bekannt und kann durch drei Verfahren erzielt werden, nämlich „Just works“, „alphanumerische Schlüsseleingabe“ und „Out of Band“-Schlüsselaustausch. Bei allen drei Verfahren tauschen die sich koppelnden Vorrichtungen eine Information aus, zu der der Austausch einer privaten Information gehört, die nur den sich koppelnden Vorrichtungen bekannt ist. Die private Information wird dazu verwendet, um die Verbindungen bei zukünftigen Verbindungen einzurichten.
Die Patentanmeldung US 2012 / 0 158 213 A1 mit dem Titel „Fahrzeugdatendienste eingerichtet durch Low Power FM Transmission“, angemeldet von dem Anmelder dieser Patentanmeldung und hiermit durch Bezugnahme inkorporiert, offenbart ein PEPS-System, das eine Bluetooth-Technologie verwendet. Die US 2012 / 0 158 213 A1 offenbart einen Bluetooth-Kopplungsprozess zwischen einen Smartphone/Unterhaltungselektronik (CE)-Gerät eines Benutzers und einem Fahrzeug, um die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und dem CE-Gerät sicherzustellen und zu bestimmen, ob das CE-Gerät ein autorisiertes Gerät ist. Beispielsweise tauschen das CE-Gerät und das Fahrzeug beim Koppeln eines CE-Geräts mit einem Fahrzeug eine Information aus, die nur diesen beiden Geräten bekannt ist. Beim nächsten Mal, wenn das CE-Gerät und das Fahrzeug sich innerhalb des Bluetooth-Hochfrequenzbereichs befinden, können die Geräte automatisch eine Bluetooth-Sitzung ausgehend von der privaten Information, die vormals zwischen den Geräten ausgetauscht wurde, automatisch einrichten. Das bedeutet, das das CE-Gerät und das Fahrzeug die private Bluetooth-Information über das FM-Frequenzband austauschen. Demzufolge sind das CE-Gerät und das Fahrzeug in der Lage, zu verifizieren bzw. zu bestätigen, dass das CE-Gerät und das Fahrzeug autorisierte Geräte sind. Die private Information kann darüber hinaus dazu verwendet werden, um einen sicheren Datenaustausch zwischen dem CE-Gerät und dem Fahrzeug über Verschlüsselungsverfahren einzurichten, welche die private Information als Schlüssel verwenden, was aus dem Stand der Technik unbekannt ist.
Das Verwenden von Bluetooth-Niederenergietechnik gestattet es, dass das Fahrzeug für eine verlängerte Zeitdauer geparkt werden kann und immer noch in der Lage ist, den FOB abzufragen, sobald sich dieser in der Nähe des Fahrzeugs befindet. Da moderne Smartphones BLE-Technologien verwenden, ist es darüber hinaus verständlich, dass zukünftige Fahrzeuge nicht unbedingt einen FOB benötigen, sondern anstatt dessen das persönliche Smartphone des Benutzers verwenden.
Eines der Merkmale eines der PEPS-Systems ist es, einen Motorstart durch Drücken eines Knopfes auf dem Fahrzeugarmaturenbrett durch einen autorisierten Benutzer zu ermöglichen. Um zu verifizieren, dass die Person, die den Knopf drückt, ein autorisierter Benutzer ist, muss das PEPS-System verifizieren, dass sich der autorisierte FOB innerhalb des Fahrzeugs zu derjenigen Zeit befindet, zu der der Startknopf gedrückt wird. Ein potentielles Problem liegt darin, dass ein autorisierter Benutzer das Fahrzeug mit dem korrekt autorisierten FOB innerhalb des Fahrzeugs starten kann, beispielsweise wenn ein Ehegatte ein Fahrzeug für eine Ehefrau an einem kalten Tag warm laufen lässt, wobei nach dem Fahrzeugstart der Ehegatte das Fahrzeug mit dem FOB verlässt, die Ehefrau ohne einen autorisierten FOB mit dem Fahrzeug fortfahren könnte. Wenn diese Person ihren Bestimmungsort erreicht hat und dann wünscht, das Fahrzeug für die Rückfahrt zu starten, würde sie nicht den FOB haben, der einen Start des Fahrzeug ermöglicht. Demzufolge ist es notwendig, dass das PEPS-System immer in Kenntnis ist, ob der FOB sich innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet, wenn dieses in Betrieb ist.
Die gegenwärtigen PEPS-Systeme verwenden 124 kHz und einen RSSI (Received Signal Strength Indicator) Schwellenwert, um zu bestimmen, ob der FOB sich innerhalb des Fahrzeugs befindet. Das Bestimmen, ob der FOB sich innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet, ist für das niederfrequente PEPS-System einfach, da die Signalstärke rasch abfällt, je weiter der FOB sich von dem Fahrzeug entfernt befindet. Bei den gegenwärtigen PEPS-Systemen ist die Leistungsaufnahme darüber hinaus kein weiteres Problem, wenn sich das Fahrzeug im Betrieb befindet, und das PEPS-System kann kontinuierlich periodische Abfragen des FOBs vornehmen, um sicherzustellen, dass dieser sich immer noch innerhalb des Fahrzeugs befindet. BLE-Knoten arbeiten jedoch bei 2,4 GHz, was es sehr schwierig macht, mit konventionellen RSSI-Schwellwerttechniken zu bestimmen, ob der FOB sich innerhalb des Fahrzeugs oder außerhalb des Fahrzeugs befindet. Das liegt an der Tatsache, dass bei diesen hohen Frequenzen, beispielsweise bei 2,4 GHz, das Signal an verschiedenen Metallobjekten reflektiert wird und der RSSI über sehr kurze Wellenlängen (2-4 cm) in Abhängigkeit von den Signalreflektionen schwankt und oszilliert. Die Druckschrift DE 103 16 306 Al beschreibt ein Kraftfahrzeugsteuersystem mit einem motorisch entriegelbaren Kraftfahrzeugschloss, wobei das KraftfahrzeugSteuersystem eine kraftfahrzeugseitige Steuerung und ein benutzerseitiges Mobilteil aufweist, und wobei eine Systemfunktion des Kraftfahrzeug-Steuersystems durch das Mobilteil über eine Funkstrecke auslösbar ist. Die Druckschrift US 2006 /0 279 467 A1 beschreibt ein Verfahren zum Multiplexen eines Sendesignals von einer Sendesignalquelle zu einer Vielzahl von Antennen, die in einem Fahrzeug für ein Funkkommunikationssystem angeordnet sind, wobei jede der Antennen über eine entsprechende Lastwicklung einer entsprechenden sättigbaren Reaktanzspule mit der Sendesignalquelle gekoppelt ist. Die Druckschrift US 6 208 239 B1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung der Zugangsberechtigung zu einem motorangetriebenen Fahrzeug, wobei eine bidirektionale Signalübertragung mittels codierter Übertragungssignale zwischen zwei am Fahrzeug angeordneten Übertragungseinheiten und einem elektronischen Schlüssel vorgenommen wird. Die Druckschrift DE 10 2004 008 181 A1 beschreibt ein Verfahren zur Warnung vor einem in einem Kraftfahrzeug zurückgelassenen Mobilgerät, umfassend eine Überwachung, ob sich eine Person oder ein Mobilgerät innerhalb des Kraftfahrzeuges befindet. Die Druckschrift US 2011 / 0 151 799 A1 beschreibt ein Verfahren zum Detektieren einer Kommunikationsstörung, wobei Orts-Bestimmungssignale empfangen und ein Ort von Interesse aus den Orts-Bestimmungssignalen bestimmt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Offenbarung beschreibt ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Figuren deutlich.
Figurenliste

1 ist eine Veranschaulichung eines PEPS-Systems auf einem Fahrzeug, das einen BLE-Knoten verwendet;
2 ist ein Graph, bei dem eine Distanz auf der horizontalen Achse und ein effektiver Pfadverlust auf der vertikalen Achse aufgetragen ist, welche den effektiven Pfadverlust innerhalb eines Fahrzeugs und außerhalb eines Fahrzeugs für ein Signal, das von den FOB gesendet und von einem BLE-Knoten auf dem Fahrzeug empfangen wurde, zeigt;
3 ist eine Veranschaulichung eines Kantenbeugungs-Ausbreitungsmodells eines Bluetooth-Signals, das von dem FOB gesendet und von dem BLE-Knoten empfangen wird, der sich innerhalb einer Fahrzeugtür befindet, in dem Fall, wenn sich der FOB außerhalb des Fahrzeugs befindet;
4 ist eine Veranschaulichung eines Zweistrahl-Ausbreitungsmodells eines Bluetooth-Signals, das von dem FOB gesendet und von dem BLE-Knoten, der sich innerhalb einer Fahrzeugtür befindet, empfangen wird, in dem Fall, wenn sich der FOB innerhalb des Fahrzeugs befindet;
5 ist ein Flussdiagramm, das für ein PEPS-System ein Verfahren zum Bestimmen zeigt, ob ein Fahrzeug-FOB sich innerhalb des Fahrzeugs befindet, das einen BLE-Knoten umfasst, der innerhalb der Fahrzeugtür integriert ist;
6 ist ein Flussdiagramm, das für ein PEPS-System ein Verfahren zum Bestimmen zeigt, ob ein Fahrzeug-FOB sich innerhalb des Fahrzeugs befindet, welches einen BLE-Knoten umfasst, der innerhalb der Fahrzeugtür integriert ist, und einen Referenz-BLE-Knoten umfasst, der innerhalb des Fahrzeugs an einer anderen Stelle integriert ist; und
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen bei einem PEPS-System zeigt, ob ein Fahrzeug-FOB sich innerhalb des Fahrzeugs befindet, welches einen BLE-Knoten umfasst, der innerhalb der Fahrzeugtür integriert ist, und einen Empfänger-BLE-Knoten umfasst, der an einem anderen Ort in dem Fahrzeug integriert ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein System und ein Verfahren zum Bestimmen gerichtet ist, ob ein Fahrzeug-FOB sich innerhalb des Fahrzeugs in einem PEPS-System befindet, das eine Bluetooth-Niederenergietechnologie verwendet, ist rein beispielhafter Natur und in keiner Weise dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen zu beschränken.
1 ist eine Veranschaulichung eines PEPS-Systems 10 für ein Fahrzeug 12, welches einen FOB 14 umfasst, welcher dazu gedacht ist, allgemein irgend ein CE-Gerät darzustellen, das von einem autorisierten Benutzer des Fahrzeugs 12 getragen werden kann. Das PEPS-System 10 umfasst einen primären BLE-Knoten 16, der innerhalb einer Fahrer Seitentür 18 dort an einem bestimmten Ort angeordnet ist, welcher die gewünschte Dämpfung der niederenergetischen Bluetooth-Signale, die von dem Knoten 16 empfangen wurden bereitstellt, in Abhängigkeit davon, ob sich der FOB 14 außerhalb des Fahrzeugs 12 oder innerhalb des Fahrzeugs 12 im Einklang mit der hier geführten Diskussion befindet. Wie erwähnt erzeugt der BLE-Knoten 16 ein niederenergetisches Bluetooth-Abfragesignal 20, das von dem FOB 14 empfangen wird, wenn der FOB 14 sich in einer vorbestimmten Distanz zu dem Fahrzeug 12 befindet. Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung für BLE-Knoten spezifisch ist, die Bluetooth-Niederenergietechnologien verwenden, und nicht für konventionelle Bluetooth-Technologien ist, die in ihre Energie nicht niedrig genug sind. Es wird ferner angemerkt, dass die Hochfrequenz eines Bluetooth-Signals relativ kleine Antennen erfordert.
Wenn das Signal 20, das von dem FOB 14 empfangen wird, von dem FOB 14 erkannt wird, wird der FOB 14 ein niederenergetisches Bluetooth-Rücksignal 22 senden, dass von dem BLE-Knoten 16 empfangen wird, welcher dann das Signal 22 decodieren wird, um zu verifizieren, dass der FOB 14 autorisiert ist. Der BLE-Knoten 16 steht in Verbindung mit verschiedenen Steuermodulen auf dem Fahrzeug 12, beispielsweise einem Body-Steuermodul (BCM) 24, welches dazu programmiert sein kann, um verschiedene Operationen in Wechselwirkung mit dem BLE-Knoten 16 auszuführen, der das gültige Signal 22 von dem autorisierten FOB 14 empfängt. Nicht beschränkende Ausführungsbeispiele umfassen das Bewegen des Fahrzeugsitzes und der Spiegel auf eine voreingestellte Position für den jeweiligen FOB 14, das Anschalten von Sicherheitsbeleuchtungen außerhalb des Fahrzeugs 12, das Herausfahren eines Fahrzeugtürgriffs 26, um dem Fahrzeugführer zu gestatten, die Tür 18 zu öffnen etc. Darüber hinaus kann der FOB 14 verschiedene manuelle Knöpfe 28 umfassen, die andere Fahrzeugoperationen ausführen können, wenn diese von dem Fahrzeugführer gedrückt werden, beispielsweise das Öffnen eines Fahrzeugkofferraums, eines Hebetors etc.
In verschiedenen Fahrzeugausführungsformen wird kein Zündschlüssel benötigt, um das Fahrzeug 12 zu starten. Bei diesen Arten von Fahrzeugausführungsformen gestattet das BCM 24 das Starten des Fahrzeugs 12 durch Drücken eines Startknopfs 30, sobald der BLE-Knoten 16 verifiziert, dass der FOB 14 autorisiert ist, und verifiziert, dass sich der FOB 14 innerhalb des Fahrzeugs 12 befindet. Die vorliegende Erfindung schlägt eine Technik zum Ermöglichen vor, dass der BLE-Knoten 16 akkurat und konsistent bestimmt, ob der FOB 14 sich außerhalb oder innerhalb des Fahrzeugs 12 befindet, um zu ermöglichen, dass das Fahrzeug 12 durch den Druckknopf 30 gestartet wird, und liefert darüber hinaus eine Art von Warnsignal, beispielsweise durch Verwendung eines Warnlichts 32, dass der FOB 14 das Fahrzeug 12, nachdem dieses gestartet worden ist, verlassen hat. Das PEPS-System 10 umfasst darüber hinaus einen sekundären BLE-Knoten 34, der an einem geeigneten Ort auf dem Fahrzeug 12 angeordnet ist, welcher in Verbindung mit dem BLE-Knoten 16 arbeitet, um zu bestimmen, ob der FOB 14 sich innerhalb des Fahrzeugs 12 befindet, was unten diskutiert werden wird.
Die vorliegende Erfindung schlägt das Verwenden eines Schrittwechsels eine Signalverlust ausgehend von elektromagnetischen Ausbreitungsmodellen vor, um effektiv zu bestimmen, wann der FOB 14 vom Inneren des Fahrzeugs 12 zum Äußeren des Fahrzeugs 12 übergeht. Durch Anordnen des primären BLE-Knotens 16 innerhalb des Umhüllungsmetalls der Tür 18 in einer berechneten Position relativ zu dem Türglas kann ein Schrittwechsel in dem effektiven Pfadverlust des Signals 22, welches von dem FOB 14 gesendet und von dem BLE-Knoten 16 empfangen wird, leicht über eine sehr kleine Distanz detektiert werden, beispielsweise über wenige Zentimeter. In einer Ausführungsform wird die Ausbreitungsmode durch ein Kantenbeugungsausbreitungsmodell bestimmt, wenn sich der FOB 14 außerhalb des Fahrzeugs 12 befindet, und die Ausbreitungsmode wird durch ein Zweistrahl-Ausbreitungsmodell bestimmt, wenn der FOB 14 sich innerhalb des Fahrzeugs 12 befindet.
2 ist ein Graph, bei dem eine Distanz auf der horizontalen Achse und ein effektiver Pfadverlust (BLG) auf der vertikalen Achse aufgetragen ist, welcher den effektiven Pfadverlust des Signals 22 zeigt, wenn dieser sich von dem FOB 14 entfernt und von BLE-Knoten 16, der innerhalb der Fahrzeugtür 18 integriert ist, empfangen wird, um diesen Signalverlust zu veranschaulichen. Die Linie 40 stellt die Fahrzeugtür 18 dar, wobei die linke Seite der Linie 40 den effektiven Pfadverlust des Signals 22 zeigt, wenn der FOB 14 sich außerhalb des Fahrzeugs 12 befindet, und die rechte Seite der Linie 40 zeigt den effektiven Pfadverlust des Signals 22, wenn der FOB 14 sich innerhalb des Fahrzeugs 12 befindet. Insbesondere zeigt eine effektive Pfadverlust-Graphenkurve 42 den effektiven Pfadverlust des Signals 22, welches von dem FOB 14 gesendet wurde und von dem BLE-Knoten 16 empfangen wurde, wobei ein Bereich 44 der Graphenkurve 42 den effektiven Pfadverlust zeigt, wenn der FOB 14 sich außerhalb des Fahrzeugs 12 befindet, welcher abnimmt, wenn der FOB 14 sich der Fahrzeugtür 18 nähert, und ein Bereich 46 der Graphenkurve 42 zeigt den effektiven Pfadverlust, wenn der FOB 14 sich innerhalb des Fahrzeugs 12 befindet, welcher leicht abnimmt, wenn der FOB 14 sich von der Fahrzeugtür 18 entfernt. Ein Bereich 48 der Graphenkurve 42 identifiziert eine Entscheidungsfläche, wobei das PEPS-System 10 bestimmt, wenn der FOB 14 sich vom Inneren zum Äußeren des Fahrzeugs 12 und umgekehrt bewegt, da die elektromagnetischen Ausbreitungsmoden des Signals 22 sich ändern.
3 ist eine Veranschaulichung 50 des Kantenbeugung-Ausbreitungsmodells, welches eine Beugungskante 52 zeigt, die die Fahrzeugtür 18 darstellt. Eine Antenne 54 stellt den FOB 14 da und ist an einer Seite der Beugungskante 52 angeordnet, wobei d_T die Distanz zwischen der Antenne 54 und der Beugungskante 52 ist, und eine Antenne 56 stellt den BLE-Knoten 16 an der anderen Seite der Beugungskante 52 dar, wobei d_R die Distanz zwischen der Antenne 56 und der Beugungskante 52 ist. Die Linie 58 zeigt den Signalpfad zwischen den Antennen 54 und 56. Gleichungen (1) und (2) unten zeigen die Signalstärkenintensität für dieses Modell. $A_{d i f f} = {\begin{matrix} 0 & v < 0 \\ 6 + 9 v - 1.27 v^{2} & 0 < v < 2,4 \\ 13 + {log}_{10} v & v > 2,4 \end{matrix}$
$v = h_{m} \sqrt{(\frac{2}{λ}) (\frac{1}{d_{t}} + \frac{1}{d_{r}})}$
Wenn der FOB 14 sich innerhalb des Fahrzeugs 12 mit dem BLE-Knoten 16 in der Fahrzeugtür befindet, dann kann das Zweistrahl-Ausbreitungsmodell verwendet werden, um die Signalstärke des Signals 22 zu identifizieren. Die 4 ist eine Veranschaulichung 60 des Zweistrahl-Ausbreitungsmodells, welches eine Sendeantenne 62 und eine Empfangsantenne 64 umfasst. Die Kurve 66 stellt einen direkten Pfad von der Antenne 62 zu der Antenne 64 und die Kurve 68 stellt einen reflektierten Pfad von der Antenne 62 zu der Antenne 64 dar. Die Gleichung (3) unten zeigt die Signalstärkenintensität für dieses Modell. $P_{r} \approx {[\frac{λ \sqrt{G_{1}}}{4 π d}]}^{2} {[\frac{4 π h_{t} h_{r}}{λ d}]}^{2} P_{t}$
Ausgehend von diesen Ausbreitungsmodellen und dem BLE-Knoten 16, der sich innerhalb der Tür 18 befindet, schlägt die vorliegende Erfindung eines Strategie zur Verwendung des Beugungskanten-Ausbreitungsmodells, welches einen hohen Signalverlust liefert, und des Zweistrahl-Ausbreitungsmodells vor, welches einen niedrigen Signalverlust liefert, um es dem PEPS-System 10 zu ermöglichen, leicht zu identifizieren, wenn der FOB 14 vom Inneren des Fahrzeugs 12 zum Äußeren des Fahrzeugs 12 oder vom Äußeren des Fahrzeugs 12 zum Inneren des Fahrzeugs 12 übergeht. Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der obigen Diskussion drei Ausführungsformen zum Bestimmen, ob der FOB 14 sich innerhalb des Fahrzeugs 12 oder außerhalb des Fahrzeugs 12 befindet, vor. In der ersten Ausführungsform verwendet das PEPS-System 10 nur den primären BLE-Knoten 16. In der zweiten Ausführungsform verwendet das PEPS-System 10 den primären BLE-Knoten 16 und den sekundären BLE-Knoten 34. In dieser Ausführungsform sendet der sekundäre BLE-Knoten 34 ein Bluetooth-Signal, das als ein Referenzsignal verwendet wird, um den Signalpfadverlust für den FOB 14 und den sekundären BLE-Knoten 34 zu vergleichen, wobei die Signalstärke des Referenzsignals vom Inneren des Fahrzeugs 12 stammt. In der dritten Ausführungsform verwendet das PEPS-System 10 darüber hinaus den primären BLE-Knoten 16 und den sekundären BLE-Knoten 34. In dieser Ausführungsform dient der sekundäre BLE-Knoten 34 jedoch als ein zweiter Empfänger und wird dazu verwendet, um den Pfadverlust zwischen den Knoten 16 und 34 zu vergleichen. Für diese Ausführungsform wird keine Systemkalibrierung benötigt.
5 ist ein Flussdiagramm 80, das ein Verfahren zum Bestimmen des Ortes des FOBs 14 nur unter Verwendung des BLE-Knotens 16 zeigt. In der Entscheidungsraute 82 bestimmt der PEPS-Algorithmus, der auf dem BCM 24 abläuft, periodisch, ob der FOB 14 detektiert worden ist, und wenn dies nicht der Fall ist, kehrt der Algorithmus zu der Entscheidungsraute 82 zurück, um zu bestimmen, ob der FOB 14 zur nächsten Messzeit detektiert worden ist. Wenn der FOB 14 in der Entscheidungsraute 82 detektiert worden ist, bestimmt der Algorithmus die Sendeleistung des FOBs 14 im Kasten 84, welche ein im PEPS-System 10 kalibrierter bekannter Wert ist. Der Algorithmus bestimmt dann im Kasten 86 die Leistung (Signalstärke) des Bluetooth-Signals, welches von dem FOB 14 gesendet und von dem BLE-Knoten 16 empfangen wird. Der Algorithmus berechnet dann den effektiven Pfadverlust des empfangenen Signals im Kasten 88 als die Differenz zwischen der empfangenen Signalleistung und der gesendeten Signalleistung. Der Algorithmus bestimmt dann in der Entscheidungsraute 90, ob der effektive Pfadverlust größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, welcher ein Kalibrierwert ist, der während der PEPS-Systementwicklung bestimmt wurde. Wenn in der Entscheidungsraute 90 der effektive Pfadverlust größer als dieser Schwellenwert ist, was bedeutet, dass der Verlust des Signals 22 hoch ist, dann bestimmt der Algorithmus im Kasten 92, dass der FOB 14 sich außerhalb des Fahrzeugs 12 befindet. Im Gegensatz dazu bestimmt der Algorithmus im Kasten 94, dass der FOB 14 sich innerhalb des Fahrzeugs 12 befindet, dann, wenn der Algorithmus in der Entscheidungsraute 90 bestimmt, dass der effektive Pfadverlust nicht größer als der Schwellenwert ist, was bedeutet, dass der Verlust des Signals 22 niedrig ist.
6 ist ein Flussdiagramm 100, das ein Verfahren zum Implementieren der zweiten Ausführungsform zeigt. Der Algorithmus bestimmt wie oben, ob der FOB 14 in der Entscheidungsraute 102 detektiert wird, und wenn dies der Fall ist, bestimmt der Algorithmus im Kasten 104 die Sendeleistung sowohl von dem durch den FOB 14 gesendeten Signal als auch die Sendeleistung, die von dem sekundären BLE 34 gesendet wurde. Analog dazu bestimmt der Algorithmus darüber hinaus im Kasten 106 die Signalleistung, welche von dem FOB 14 empfangen wurde, und die Signalleistung, die von dem sekundären BLE-Knoten 34 über den primären BLE-Knoten 16 empfangen wurde. Der Algorithmus berechnet dann den effektiven Pfadverlust im Kasten 108 für das von dem FOB 14 gesendete Signal und das von dem sekundären BLE-Knoten 34 gesendeten Signal als die Differenz zwischen der Empfangsleistung und der Sendeleistung des Signals, das von dem FOB 14 gesendet wurde, und dem Signal, das von dem BLE-Knoten 34 gesendet wurde. Der Algorithmus bestimmt dann, ob der effektive Pfadverlust des Signals, das von dem FOB 14 gesendet wurde, größer ist als der effektive Pfadverlust für das Signal, das von den sekundären BLE-Knoten 34 gesendet wurde in der Entscheidungsraute 110, und wenn dies der Fall ist bestimmt der Algorithmus im Kasten 112, dass der FOB 14 sich außerhalb des Fahrzeugs 12 befindet, da der effektive Pfadverlust des von dem FOB 14 gesendeten Signals deutlich höher wäre als der effektive Pfadverlust des Signals, welches von dem BLE-Knoten 34 gesendet wurde, wenn der BLE-Knoten 16 sich in der Tür 18 befindet, der FOB 14 sich außerhalb der Metall Haut der Tür 18 befindet und der BLE-Knoten 34 sich innerhalb des Fahrzeugs und innerhalb der Metall Haut der Tür 18 befindet. Im Gegensatz dazu bestimmt der Algorithmus im Kasten 114, dass sich der FOB 14 innerhalb des Fahrzeugs 12 befindet.
7 ist ein Flussdiagramm 120, das ein Verfahren zum Implementieren der dritten Ausführungsform zeigt. Wie oben erwähnt, bestimmt der Algorithmus, ob der FOB 14 detektiert wird in der Entscheidungsraute 122, und wenn dies der Fall ist, bestimmt der Algorithmus im Kasten 124 die Sendeleistung des Signals, welches von dem FOB 14 an den primären BLE-Knoten 16 in der Tür gesendet wird, und bestimmt die Sendeleistung des FOB 14 an den sekundären BLE-Knoten 34 im Kasten 126. Der primäre BLE-Knoten 16 ist in der Fahrzeugtür 18 in einer Art angeordnet, um eine beschränkte / keine Signalblockade für das Signal von dem FOB 14 bereitzustellen, wenn der FOB 14 sich außerhalb des Fahrzeugs 12 befindet. Beispielsweise könnte der primäre BLE-Knoten 16 im äußeren Türgriff 26 oder in einem äußeren Zierteil untergebracht werden. Dies führt zu einer höheren Signalstärke, die von dem FOB 14 über den primären BLE-Knoten 16 empfangen wird, wenn sich der FOB 14 außerhalb des Fahrzeugs 12 befindet. Analog dazu wird die Signalstärke zwischen dem FOB 14 und dem primären BLE-Knoten 16 niedriger sein, wenn der FOB 14 sich innerhalb des Fahrzeugs 12 befindet, wenn der primäre BLE-Knoten 16 auf diese Art untergebracht ist. Demzufolge bestimmt der Algorithmus in der Entscheidungsraute 128, ob die am primären BLE-Knoten 16 empfangene Sendeleistung größer ist als die an dem sekundären BLE 34 empfangene Sendeleistung, und wenn dies der Fall ist, bestimmt der Algorithmus im Kasten 130, dass sich der FOB 14 außerhalb des Fahrzeugs 12 befindet. Wenn dies nicht der Fall ist, bestimmt der Algorithmus im Kasten 132, dass der FOB 14 sich innerhalb des Fahrzeugs 12 befindet.
Wie von Fachleuten gut verstanden wird, können verschiedene oder einige Schritte und Verfahren, die hier erörtert wurden, um die Erfindung zu beschreiben, von einem Computer, einem Prozessor oder einer anderen elektronischen Recheneinheit ausgeführt werden, die mit Hilfe elektrischer Phänomene Daten manipuliert und/oder transformiert. Diese Computer und elektrischen Geräte können verschiedene flüchtige und/oder nicht flüchtige Speicher inklusive einem festen computerlesbaren Medium mit einem darauf befindlichen ausführbaren Programm beinhalten, das verschiedene Codes oder ausführbare Instruktionen beinhaltet, die von dem Computer oder Prozessor ausgeführt werden, wobei der Speicher und/oder das computerlesbare Medium alle Formen und Arten von einem Speicher und anderen computerlesbaren Medien beinhalten kann.
Die vorhergehende Diskussion zeigt und beschreibt rein exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann kann leicht aus der Diskussion an den beigefügten Figuren und Patentansprüchen erkennen, dass zahlreiche Änderungen, Modifikationen und Variationen gemacht werden können, ohne dabei den Geist und den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er mit den folgenden Patentansprüchen definiert ist.

Claims

Ein Verfahren zum Bestimmen, ob ein Fahrzeugschlüsselanhänger (FOB} sich innerhalb des Fahrzeugs oder außerhalb des Fahrzeugs befindet, wobei das Verfahren umfasst: - Bereitstellen eines primären Bluetooth-Niederenergie-Geräts (BLE-Geräts) auf dem Fahrzeug; - Abfragen des FOB unter Verwendung eines Signals, das von dem primären BLE-Gerät gesendet wird, um zu bestimmen, ob der FOB sich in einer vorbestimmten Nähe des Fahrzeugs befindet; - Empfangen eines Bluetooth-Signals an dem primären BLE-Gerät, welches von dem FOB gesendet wird, wenn der FOB sich in der Nähe des Fahrzeugs befindet; - Bestimmen einer Empfangsleistung des Bluetooth-Signals, das von dem FOB gesendet wurde und von dem BLE-Gerät empfangen wurde; und - Verwenden der Empfangsleistung in einem Vergleichsverfahren, um zu bestimmen, ob der FOB sich innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet, wobei das Verfahren des Weiteren umfasst: - Bereitstellen eines sekundären BLE-Geräts auf dem Fahrzeug zum Versenden eines Bluetooth-Referenzsignals, - Empfangen des Bluetooth-Referenzsignals durch das primäre BLE-Gerät, welches von dem sekundären BLE-Gerät gesendet wird, - Bestimmen einer Sendeleistung des Bluetooth-Referenzsignals, welches von dem sekundären BLE-Gerät gesendet wird, und - Bestimmen einer Empfangsleistung des Bluetooth-Referenzsignals, welches von dem sekundären BLE-Gerät gesendet wird und von dem primären BLE-Gerät empfangen wird, und wobei das Verwenden der Sendeleistung und der Empfangsleistung in einem Vergleichsverfahren, um zu bestimmen, ob der FOB sich innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet, das Bereitstellen einer ersten Differenz zwischen der Empfangsleistung und der Sendeleistung des FOBs, das Bereitstellen einer als Referenz dienenden zweiten Differenz zwischen der Empfangsleistung und der Sendeleistung des sekundären BLE-Geräts, das Vergleichen der ersten Differenz und der zweiten Differenz, das Bestimmen, dass der FOB sich außerhalb des Fahrzeugs befindet, wenn die erste Differenz größer als die zweite Differenz ist, und das Bestimmen, dass der FOB sich innerhalb des Fahrzeugs befindet, wenn die erste Differenz kleiner als die zweite Differenz ist, umfasst, wobei das Bluetooth-Referenzsignal aus dem Inneren des Fahrzeugs stammt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen eines primären BLE-Geräts das Bereitstellen des primären BLE-Geräts innerhalb einer Tür des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bereitstellen des primären BLE-Geräts das Bereitstellen des primären BLE-Geräts in einer Fahrerseitentür des Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verwenden der Sendeleistung und der Empfangsleistung in einem Vergleichsverfahren, um zu bestimmen, ob der FOB sich innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet, das Verwenden eines effektiven Signalpfadverlustes des Bluetooth-Signals, welches von dem FOB gesendet wird, wie dieser von einem Beugungskantenausbreitungsmodell und einem Zweistrahl-Ausbreitungsmodell bestimmt wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend das Erlauben, dass das Fahrzeug gestartet werden kann, wenn bestimmt wird, dass sich der FOB innerhalb des Fahrzeugs befindet.