用于激活车辆功能的方法和相关激活装置

技术领域

本发明涉及用于激活机动车辆的功能的方法和相关激活装置。本发明特别地但完全非限制性地适用于机动车辆的免提进入功能，即适用于锁定和解锁机动车辆的开启元件的功能。

背景技术

在机动车辆中，已知的做法是使用车辆功能激活装置，其可以检测车辆使用者的手或脚的存在，从而使得能够锁定或解锁车辆的所有或一些开启元件，例如车门或后备箱。例如，检测使用者的手在门把手上或门把手前方的存在、再结合识别该使用者携带的“免提”进入设备的标识符使得能够锁定和解锁这些开启元件。

用于进入机动车辆的所谓“免提”进入系统使得授权使用者能够锁定和/或解锁其车辆的开启元件，而不必物理地按下钥匙上的按钮。为此目的，车辆标识便携式设备，如由使用者携带的钥匙串或遥控器或甚至钥匙，并且如果钥匙串或遥控器或甚至钥匙位于车辆周围或车辆中的预定区域中并且被标识为属于该车辆，则车辆根据使用者的意图自动锁定/解锁其开启元件，而无需使用者物理地操纵钥匙。

为了实现这一点，当使用者接近车辆时，在“免提”进入设备(例如电子钥匙串或智能手机)与车辆功能激活装置之间在无线通信链路上建立通信，以便借助于所述进入设备的标识符来对其进行认证。

为此，激活装置包括至少一个射频天线，使得能够接收由“免提”进入设备发送的标识符。激活装置连接到车辆的电子计算机(“ECU”：“electronic control unit”的缩写，电子控制单元)，激活装置向电子计算机传输标识符。

根据现有技术，进入设备通常是电子钥匙串。包括进入设备的标识符的由激活装置的天线接收的信号经由RF(射频)或LF(低频)波传输。通过测量便携式设备(经由天线和电子控制单元)从车辆接收的LF信号的强度(更常称为RSSI(接收信号强度指示)测量)来找到便携式设备在车辆周围的确切位置。由便携式设备从位于车辆V上的多个LF天线中的每个天线接收的每个信号的功率的测量结果由安装在车辆中的激活装置接收和分析，该激活装置因此使用三角测量来确定便携式设备相对于所述LF天线、即相对于车辆的位置。

根据由车辆标识的便携式设备在所述定位区域中的定位，自动执行特定于所述定位区域的某些动作：解锁/锁定或预先打开乘客舱中的照明(也称为“迎宾照明”)。

然而，如今越来越普遍的是使用手机来执行认证功能，这使得能够避免使用专用的电子钥匙串，从而限制了设备数量。大多数手机不具备RF或LF通信手段。因此，需要对车辆的“免提”起动和/或进入系统进行调整，以使其也能够与配备有其他通信标准的手机一起工作，所述其他通信标准诸如例如超宽带或BLE

进入设备进入激活装置附近(距离小于2米)并且识别计算机接收的标识符、再结合检测到使用者的手允许锁定或解锁门。

使用UWB通信手段的缺陷是进入设备(手机或钥匙串)的定位准确度，与使用现有技术的低频125kHz通信手段相比，UWB的定位准确度更差。

这是因为超宽带对反射和干扰更敏感。因此，准确的定位需要车辆配备六到八个UWB收发器(四到六个在车辆外部，两个在车辆内部)，使得三个UWB收发器对于进入设备总是可见的，而在低频，根据现有技术，单个可见收发器就能够准确地定位进入设备，并且车辆通常配备有三个外部天线和两个内部天线以实现相同的定位准确度。

车辆上UWB收发器数量这样增加的结果是激活装置的额外成本，这是不合期望的。

此外，进入设备与车辆之间的所谓“间接”UWB信号(即被壁反射的那些信号)有时具有与所谓“直接”信号(即在其轨迹上没有遇到任何障碍的信号)相等的功率。

相反，被称为“直接”但在某些情况下被位于其轨迹上的人体吸收的UWB信号的功率小于或等于所谓间接信号的功率。

由于进入设备的位置是基于激活装置接收到的信号的功率来确定的，因此将理解到，通过UWB信号进行定位是不准确的。

由于将不会激活某些功能，例如当使用者进入解锁或锁定区域时，车辆的自动“免提”解锁或自动“免提”锁定，因此对使用者而言缺陷相当大。

因此，本发明提出了克服现有技术的缺陷的车辆功能激活方法和相关激活装置，更具体地，其允许进入设备的可靠且准确的定位。

发明内容

本发明提出了一种用于通过激活装置激活车辆功能的方法，激活装置旨在安装在车辆中并且包括至少一个收发器，所述至少一个收发器能够使用超高频(ultra-highfrequency)与使用者携带的“免提”进入设备通信，所述设备配备有磁力计和陀螺仪，通过检测到使用者在车辆周围的预定区域中的存在并且基于车辆对“免提”进入设备的认证结果来触发功能激活，该方法的值得注意之处在于，收发器首先配备有陀螺仪和磁力计以及两个接收天线，这两个接收天线之间的电磁耦合系数小于阈值，并且在于，所述方法随着使用者的每个脚步并且针对至少两个连续的脚步包括以下步骤：

a)将包括“免提”设备的陀螺仪和磁力计的代表数据的信号超高频传输到车辆，

b)将接收到的所述数据与收发器的陀螺仪和磁力计的代表值进行比较，

c)基于所述比较，确定朝向收发器的两个脚步之间的使用者的第一方向，

d)通过计算两个天线之间的接收信号的相移以及进入设备与发射器之间的距离，基于对所述信号朝向收发器的第一到达角度的估计，确定这两个脚步之间的使用者的第二方向，

e)比较第一方向和第二方向，

f)基于所述比较的结果激活车辆功能。

在第二实施例中，在确定第二方向的步骤之后，该方法包括以下步骤：

a)基于便携式设备的数据并且基于进入设备与发射器之间的距离，针对每个脚步计算第二到达角度，

b)比较所述第二角度和第一角度，

c)基于所述比较的结果激活车辆功能。

有利地，如果第一角度和第二角度的比较结果

a)大于第一预定角度，则不激活任何功能，

b)小于第二预定角度，第二预定角度小于第一预定角度，则激活安全功能(security function)，

c)在第二预定角度与第三预定角度之间，则激活舒适功能，

d)在第三预定角度与第一预定角度之间，则重复该方法，并且存储第一角度和第二角度或者第一方向和第二方向的值。

本发明还涉及一种用于激活车辆功能的激活装置，该装置旨在安装在车辆中并且包括至少一个收发器，所述至少一个收发器能够使用超高频与使用者携带的“免提”进入设备通信，进入设备配备有磁力计和陀螺仪，通过检测到使用者在车辆周围的预定区域中的存在并且基于车辆对“免提”进入设备的认证结果来触发功能激活，所述装置的值得注意之处在于，收发器包括陀螺仪和磁力计以及两个接收天线，这两个接收天线之间的电磁耦合系数小于阈值，并且在于，该装置能够：

a)使用超高频从“免提”设备接收陀螺仪和磁力计的代表数据，

b)将所述数据与收发器的陀螺仪和磁力计的代表值进行比较，

c)基于所述比较，确定使用者的第一方向，

d)通过计算两个天线之间的接收信号的相移以及进入设备与发射器之间的距离，基于对所述信号朝向收发器的第一到达角度的估计，确定使用者的第二方向，

e)比较第一方向和第二方向，

f)基于所述比较的结果激活车辆功能。

在第二实施例中，激活装置能够：

a)基于便携式设备的数据并且基于进入设备与发射器之间的距离来计算第二到达角度，

b)比较所述第二角度和第一角度，

c)基于所述比较的结果激活车辆功能。

本发明还适用于由使用者携带的“免提”进入设备，其能够使用超高频与用于激活车辆功能的激活装置通信，该装置旨在安装在机动车辆上，该设备配备有陀螺仪和磁力计；通过检测到使用者在车辆周围的预定区域中的存在并且基于车辆对“免提”进入设备的认证结果来触发功能激活，“免提”进入设备的值得注意之处在于，它能够随着使用者的每个脚步并且针对至少两个连续的脚步使用超高频将包括陀螺仪和磁力计的代表数据的信号传输给车辆。

本发明适用于用于激活车辆功能的激活系统，其包括根据前述实施例中的任一个的激活装置和便携式进入设备。

本发明可以适用于包括程序代码指令的任何计算机程序产品，当所述程序在计算机上执行时，所述程序代码指令用于执行根据上面列出的任何一个特征的方法的步骤。

最后，本发明涉及包括根据上面列出的任何特征的激活装置的任何机动车辆。

附图说明

通过阅读下面的描述，本发明的其他特征和优点将变得更加明显。该描述纯粹是说明性的，并且应当参考附图来阅读，其中：

图1示意性地示出了免提进入设备向车辆发送两个信号，称为“直接”信号S1和称为“间接”信号S2，

图2示意性地示出了在配备有根据本发明的激活装置的车辆周围的预定区域中的装备有免提进入设备的使用者，

图3示意性地示出了在免提进入设备和安装的激活装置之间交换直接和间接信号的情况下包括所述装置的车辆和所述设备，

图4示意性地示出了根据本发明的激活系统，包括免提进入设备和安装在车辆上的激活装置，

图5是图示根据本发明的激活方法的流程图，

图6在上部的图中示出了使用者的第一方向，并且在下部的图中示出了使用者的第二方向，所述方向是根据本发明的第一实施例确定的，

图7在上部的图中示出了第一到达角度，并且在下部的图中示出了第二到达角度，所述到达角度是根据本发明的第二实施例的针对来自便携式设备的信号。

具体实施方式

图1示出了在车辆V周围的预定区域Z1中的“免提”进入设备P和机动车辆V。进入设备P和车辆V能够通过使用超高频、例如使用2.4GHz的BLE、或者例如使用WiFi、或者使用超宽带UWB进行通信来与彼此通信。为此，车辆V具有多个收发器E1、E2、E3、E4，这些收发器位于车辆V的车身上或在其乘客舱中，这些收发器中的每一个都设有至少两个彼此解耦的天线以及超高频双向通信部件。本发明用存在于车辆V上的至少一个收发器E1来工作。

“免提”进入设备P可以是例如平板电脑或智能手机，如已经解释的，其可以用于激活所谓的安全功能，如解锁或锁定车辆V的门，或者触发所谓的舒适功能，诸如例如打开车辆内部或外部的迎宾照明，或者调节座椅的高度，而无需使用者操作其车辆上的把手，也无需使用者触摸其车辆。

进入设备P装备有陀螺仪G0和磁力计M0，这本身是已知的。

安全或舒适功能的激活取决于进入设备P相对于车辆V的位置。

为了激活安全功能，进入设备P以及因此的使用者U必须在车辆周围的第一邻近区域Z1内(参见图2)。另一方面，为了激活舒适功能，进入设备P可以位于车辆V周围的更远的第二区域Z2中(参见图2)。

通过测量由进入设备P发送并由车辆V接收的超宽带信号的强度或飞行时间来确定进入设备P在第一区域Z1或第二区域Z2中的位置。

然而，由车辆接收的UWB信号的强度或飞行时间可随进入设备P所处的环境而大幅变化。

当在进入设备P和车辆V之间存在直接路径S1(参见图1)、也称为“LOS”或“视距”时，UWB信号不会遇到任何障碍，并且由车辆测量的接收信号的强度是可靠的，因此对便携式设备P的位置的确定也是可靠的(参见图1)。在图1中，基于接收到的UWB信号S1，进入设备P被正确地定位为处于车辆V周围的第一区域Z1中。

当在进入设备P和车辆V之间存在间接路径S2(参见图1)、也称为“NLOS”或“非视距”时，UWB信号在其轨迹上被例如壁M反射。接收信号的强度于是大大降低，或者飞行时间增加，并且进入设备被车辆定位为处于比其实际处于的更远的地方。进入设备P′于是被定位为处于更远的第二区域Z2中，而它实际上处于第一区域Z1中。

由于当定位以这种方式出错时，因为他的设备被错误地定位为处于第二区域Z2中，因此使用者U不再能够解锁或锁定他的车辆，因而这对于使用者U而言缺陷相当大。

本发明提出了克服现有技术的这些缺陷的方法、装置D和激活系统SYS。

激活系统SYS包括激活装置D和进入设备P。

为此，进入设备P能够使用超高频通信、例如使用2.4GHz的BLE向车辆V发送包括进入设备P的陀螺仪G0和其磁力计M0的代表测量结果的信号。

为此，进入设备P包括处理器200和存储指令的存储器201(参见图4)，所述指令可用于配置处理器以执行某些特殊处理操作，特别是实施根据如下所述的实施例的激活方法的步骤。

代表测量结果理解为意指磁力计M0和陀螺仪G0的原始测量结果或从这两个传感器导出的测量结果。例如，进入设备可以处理来自磁力计M0和陀螺仪G0的数据(步数、相对于磁北的方向等等)，并从中导出进入设备相对于磁北的移动方向，然后以超高频信号发送给车辆V。

本发明还提出为激活装置D的收发器E1配备陀螺仪G1和磁力计M1以及两个接收天线A1、A2(参见图3和图4)，这两个接收天线A1、A2之间的电磁耦合系数小于阈值，例如小于0.7。换言之，两个天线A1、A2位于同一处，即位于收发器E1中，并且彼此弱电磁耦合。

在本发明的第一实施例中，就激活装置D而言，其能够：

a)使用超高频接收来自进入设备P的信号，该信号包括陀螺仪G0和磁力计M0的代表数据，

b)将所述数据G0、M0与发射器E1的陀螺仪G1和磁力计M1的代表值进行比较，以及

c)基于所述比较，确定使用者相对于收发器E1的第一方向DIR1，

d)通过计算两个天线A1、A2之间的接收信号的相移以及便携式设备P与发射器E1之间的距离RF0、RF1，基于对所述信号朝向收发器E1的第一到达角度

e)比较第一方向DIR1和第二方向DIR2，

f)基于所述比较的结果激活车辆功能。

在本发明的第二实施例中，激活装置D能够：

a)使用超高频接收来自进入设备P的信号，该信号包括陀螺仪G0和磁力计M0的代表数据，

b)通过计算两个天线A1、A2之间的接收信号的相移以及进入设备P与发射器E1之间的距离RF0、RF1，估计所述信号朝向收发机的第一到达角度

c)将所述数据G0、M0与发射器E1的陀螺仪G1和磁力计M1的代表值进行比较，以及

d)基于便携式设备P的数据并且基于进入设备P与发射器E1之间的距离RF0、RF1，计算第二到达角度

e)将所述第二角度

f)基于所述比较的结果激活车辆功能。

为此，激活装置D包括处理器100和存储指令的存储器101(参见图4)，所述指令可用于配置处理器以执行某些特殊处理操作，特别是实施根据如下所述的实施例的激活方法的步骤。

处理器100和存储器101可以包括在收发器E1中，或者替代地，处理器100和存储器101可以是远程的并且包括在中央管理单元10中，中央管理单元10安装在车辆V中并且电连接到收发器E1(参见图3)。

现在将描述根据本发明并在图5中示出的用于激活车辆功能的方法。

在第一步骤E0中，激活装置D的至少一个收发器E1配备有陀螺仪G0、磁力计M0和两个接收天线A1、A2(参见图3和图4)，这两个天线A1、A2之间的电磁耦合系数小于阈值。在该步骤E0中，便携式设备P和激活装置DC配备有用于使用超高频彼此通信的通信部件，例如但不限于使用BLE。便携式设备P以本身已知的方式具有集成的磁力计M0和陀螺仪G0，并使用这两个传感器进行频繁或重复的测量。

在下一步骤E1中，随着使用者的每个脚步并且针对至少两个连续的脚步S0、S1，便携式进入设备P向车辆V发送信号S，信号S包括来自便携式进入设备P的陀螺仪G0和来自其磁力计M0的测量结果的代表数据。这些数据可以是原始数据或经设备P处理的数据，其可用于确定进入设备P相对于磁北的移动方向。

这种移动确定方法是本领域技术人员已知的，并且称为“行人航位推算”或“航位推算导航系统”，其可用于借助磁力计和陀螺仪来估计轨迹，而无需使用更准确的地理定位系统。

一旦收发器E1接收了数据G0、M0，收发器E1就将它们与来自其陀螺仪G1和来自其磁力计M1的值进行比较(步骤E2)，这些值指示发射器E1相对于磁北的固定位置。

因此，基于这两组测量结果(G0，M0)和(G1，M1)，能够确定在两个脚步S0、S1之间的进入设备P相对于发射器E1的向量形式的移动方向

在本发明的第一实施例中，在下一步骤E4中，由进入设备P传输的超高频信号然后由发射器E1的两个天线A1、A2接收。由于两个天线A1、A2是电磁解耦的，因此它们各自接收到不同相位的信号。本发明提出确定由两个天线A1、A2中的每一个天线接收的信号之间的相移Δ0(步骤E4)，从而使得能够针对每个脚步计算从便携式设备P到发射器E1的信号的到达角度

收发器E1还针对每个脚步确定(步骤E5)它与便携式设备P之间的距离RF0、RF1。基于距离值RF0、RF1和到达角度值

确定两个天线A1、A2之间的相移Δθ对于本领域技术人员来说是已知的；为此存在几种算法，例如“MUSIC”或“多信号分类”算法。借助于两个解耦天线A1、A2，该信号处理算法可用于确定相对于接收器的到达角度，这里接收器是收发器E1。因此，两个解耦天线可用于覆盖0°到180°之间的角度，并且三个解耦天线可用于覆盖0°到360°之间的角度。这对本领域技术人员来说是已知的。

因此，相移可用于确定超高频信号相对于发射器E1的第一到达角度

在下一步骤(步骤E7a)中，根据本发明的方法适当地提出检查使用便携式设备P的陀螺仪和磁力计的数据计算出的第一方向

一致性检查是通过比较这两个向量来进行的，或者通过差或者通过商。在本示例中，我们将使用差。

在该特定情况下，本方法提出进行以下计算(步骤E6a)：

【数学式1】

根据比较结果，于是能够激活某些车辆功能，如下所述。

根据本发明的第二实施例，提出在步骤E5之后确定第二到达角度，其是基于便携式设备的数据和由发射器估计的距离RF0、RF1计算的。

来自陀螺仪G0和磁力计M0的便携式设备的数据可用于估计两个脚步S0、S1之间行进的距离Δs(参见图7的下部)。由于便携式设备P的两个位置、或者脚步S0和S1与发射器E1之间的距离RF0和RF1是已知的，因此点S0、S1和发射器E1的位置形成某种三角形，并且能够针对设备的每个位置、即针对使用者的每个脚步确定(步骤E6b)朝向发射器E1的信号的第二到达角度

然后提出将借助于发射器E1估计的距离RF0、RF1和便携式设备P的数据而确定的第二角度

通过比较这两个值来进行一致性检查，或者通过差或者通过商。在本示例中，我们将使用差。

在该特定情况下，本方法提出进行以下计算(步骤E7a)：

【数学式2】

一旦进行了计算，然后就将角度差

a)如果差大于第一预定角度，第一预定角度例如等于110°(步骤E8c)，则认为信号具有间接轨迹，并且认为无法准确地确定进入设备在车辆V周围的预定区域之一中的位置；在这种情况下，不激活任何功能，并且该方法再次从头开始，

b)如果差小于第二预定角度，第二预定角度例如等于30°(步骤E8a)，则认为信号具有直接轨迹，因此认为能够非常准确地确定进入设备的位置，并且认为能够激活进入设备所处的预定区域的功能特性，在这种特定情况下，如果进入设备确实位于靠近车辆V的区域Z1中，则认为能够激活安全功能F1，

c)如果差在第二预定角度30°与大于第二预定角度的第三预定角度60°之间，则认为信号具有或多或少的直接轨迹，因此认为能够以令人满意的准确度确定进入设备的位置，但是认为只能激活所谓的舒适功能F2，因为位置准确度不足以激活所谓的安全功能F1，

d)最后，如果差在第三预定角度(60°)与第一预定角度(110°)之间，则认为信号具有间接轨迹，并且不激活任何功能，该方法可以再次从头开始，但是还可以存储(步骤E9c)到达角度值或方向值，第一和第二角度

因此，本发明的适宜之处在于它允许区分直接信号路径和间接路径，因此只有直接信号路径被用来准确地确定进入设备的位置。

本发明更加巧妙之处在于它只需要向车辆的收发器添加一个磁力计、一个陀螺仪和两个天线，激活方法主要在于软件计算。