一种基于陀螺仪、计步器和UWB的智能汽车钥匙

技术领域

本发明涉及智能汽车钥匙技术领域，具体为一种基于陀螺仪、计步器和UWB的智能汽车钥匙。

背景技术

机械钥匙是最常见的车钥匙，配机械钥匙的门锁一般和家里的门锁差不多，需要插入钥匙孔，转动才能打开或锁上，缺点是车辆无法远程启动，无法满足一些特定场景，目前基本都是用遥控钥匙代替，除了机械钥匙和遥控钥匙，现在部分车型还应用了车机交互系统，通过官方平台实现手机与车辆的匹配，当车钥匙不在身边时，可以通过手机启动或关闭车辆，可以应对各种突发情况，适用性更强。

目前成熟的技术数字钥匙有NFC钥匙、BLE钥匙、UWB钥匙三种技术路线，NFC钥匙必须贴在车上感应器1-2厘米的距离进行刷卡才能感应到从而开锁；

BLE钥匙：体验和PEPS差不多，和PEPS的区别主要是通过蓝牙把手机变成了汽车虚拟钥匙，替代了实体智能钥匙；

UWB钥匙：在20米范围内可以先用蓝牙扫描手机进行蓝牙连接和身份认证以及蓝牙粗略测距；在10-20米范围就可以开启UWB锚点的定位和测距功能；在3-10米的范围内设置为迎宾区，可触发车辆进行迎宾功能的车灯打开或者喇叭提示，方便车主找车；走到距车6米的距离时，车内照明自动开启；当走到1-3米的范围内可以设置为解锁区，可自动解锁车门，自动调节座椅高度，后视镜折叠自动开启；当车主进入到车内，车内UWB锚点扫描到手机UWB信号时，按下启动键可以实现车辆的启动；

NFC+BLE钥匙：1个PEPS控制器+1个NFC读卡器+N个蓝牙天线+1个NFC卡片车钥匙，由于NFC解锁可以在手机没电的情况正常运行，可以弥补蓝牙钥匙在手机没电时的特殊紧急场景下的解锁需求，所以在NFC+BLE方案中，车主日常使用的是BLE钥匙，一般NFC钥匙可作为蓝牙钥匙的备；

UWB+BLE钥匙：一套UWB汽车钥匙系统由1个PEPS控制器+N个UWB锚点构成，UWB常见的车端硬件架构有两种方案：A:“车外4+车内1”：将4个UWB锚点布置在车外前后保险杠两侧，车内锚点布置在中控位置，B：“车外0+车内4”：在车内B柱两侧和前后挡风玻璃处安装4个UWB锚点。

以上六种是目前车企采用的所有方案，目前为止NFC+BLE钥匙和UWB+BLE钥匙应用最为广泛的技术方案，NFC+BLE钥匙和UWB+BLE钥匙是三种基础方案NFC钥匙、BLE钥匙、UWB钥匙的组合，这种组合成为了车企对于数字钥匙的最优解，但是这种组合的方式，并不能够满足超出50米范围后的找车功能，同时也不能满足于在一些蜂窝数据较差以及阻挡物较多的地方对车辆进行寻找，基于此，本专利提出一种无视距，无障碍不受蜂窝网络影响的找车方案，不管何时何地，都能够定位车的位置，并且引导车主找到车辆所在的位置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于陀螺仪、计步器和UWB的智能汽车钥匙，具备无视距，无障碍不受蜂窝网络影响等优点，解决了不能够满足超出50米范围后的找车功能，同时也不能满足于在一些蜂窝数据较差以及阻挡物较多的地方对车辆进行寻找的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于陀螺仪、计步器和UWB的智能汽车钥匙，包括钥匙本体、控制模块和执行模块，所述钥匙本体、控制模块以及执行模块之间通信连接；

所述钥匙本体内置有角速度传感模块、计步模块、显示模块、UWB模块、无线蜂窝网模块、蓝牙模块和无线收发模块；

所述控制模块内置有控制芯片，用以对钥匙本体提供控制使执行模块执行操作；

所述执行模块包括汽车基站模块和执行器，所述汽车基站模块与执行器以及钥匙本体之间通信连接。

进一步，所述角速度传感模块为陀螺仪，所述计步模块为计步器，且陀螺仪以及计步器用以对用户离车后的轨迹进行记录跟踪，所述显示模块用于显示时间以及距离车辆的距离和方位，所述UWB模块与执行器之间通信连接，用以控制车辆车门开启、车窗开启以及车辆的启动等。

进一步，所述蓝牙模块用于定位车辆的位置，所述无线蜂窝网通过上次停车时候记录的位置信息，给智能钥匙提供当前车主的位置和车的位置距离的大致范围，所述钥匙本体还内置有电源模块，用以对钥匙本体进行供电。

进一步，所述在无蜂窝网的背景且距离车辆较远的情况下，利用角速度传感模块、计步模块和UWB模块来对车辆进行寻找，具体方法如下：

1)用户锁车后，陀螺仪和计步器对用户的轨迹进行持续的记录跟踪，假如用户去了沙漠中，这时候无论用户在哪里，都能根据用户的行进轨迹数据，结合陀螺仪的算法，计算出用户的车辆和用户的相对位置。

2)当用户想要去找车时候，打开车钥匙，车钥匙会根据系统计算出的结果，给出人车相对位置，这时候利用陀螺仪指引方位，通过轨迹计算出大致的距离，启动蓝牙的锚点，在结合计步器的距离，给出人车的精确的位置。

3)当用户走进蓝牙区域的时候，根据计算的步数以及蓝牙的锚点，对人车距离进行精确的校准，依据陀螺仪给出的方位，用户很快就能找到自己的车辆。

进一步，所述在具有无线蜂窝网的情况下，能够进行远距离的通信，具有良好的网络支撑，解决用户在距离车的位置几百米甚至1公里以上的位置。

进一步，所述在蓝牙模块中对应三种不同的发射功率，具体如下：

1)在发射功率为-20dBm，接收机灵敏度为-70dBm，则允许的路径损耗为50dB，对应于2.5m的通信距离；

2)在发射功率为0dBm，接收机灵敏度为-80dBm，则允许的路径损耗为80dB，对应于40m的通信距离；

3)发射功率为10dBm，接收机灵敏度为-90dBm，则允许的路径损耗为100dB，对应于250m的通信距离。

进一步，所述蓝牙模块应用场景如下：

A、有无线网络：车在网络信号比较好情况下，采用-20dBm发射功率，降低功耗的方式，为车主提供车辆大致精确的范围；

B、在网络不好的情况下，有障碍物的地方，采用0dBm发射功率，同样降低了功耗，给用户带来40米的范围精确度；

C、在地下车库，障碍物加多的地方，采用-90dBm发射功率，也能够在关闭蜂窝网的情况下，给用户带来数百米的精确范围。

进一步，所述在正常蜂窝网络且距离车辆较远的情况下，利用无线蜂窝网模块、蓝牙模块和UWB模块对车辆进行寻找，具体方法如下：

a.用户通过车钥匙上的屏幕提示距离的范围和大致方位，这时候是无线蜂窝网根据停车时候的位置信息，和当前用户所在的位置信息，判断车辆的大致方位，随着用户的移动，距离和方位也进行变化；

b.当用户走进蓝牙的范围的时候，这个范围是，假如障碍物比较多，蓝牙的有效范围是50米，这时候根据车身4个方向的蓝牙天线的信号值，判断用户大致在那个车的那个方位；

c.在10-20米范围就可以开启UWB锚点的定位和测距功能，在3-10米的范围执行器控制车灯打开或者喇叭提示，方便车主找车，走到距车6米的距离时，执行器控制车内照明自动开启，当走到1-3米的范围执行器自动解锁车门，当车主进入到车内，车内UWB锚点扫描到手机UWB信号时，按下启动键可以实现车辆的启动。

与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

该基于陀螺仪、计步器和UWB的智能汽车钥匙，在正常蜂窝网络且距离车辆较远的情况下，利用无线蜂窝网模块、蓝牙模块和UWB模块对车辆进行寻找，能够无视距，无障碍不管何时何地，都能够定位车的位置，并且引导车主找到车辆所在的位置，在无蜂窝网的背景且距离车辆较远的情况下，利用角速度传感模块、计步模块和UWB模块来对车辆进行寻找，用户在海上，或者沙漠或者深井中都能方便对车辆进行寻找，可以解决用户远距离找车难，已经在有蜂窝网和没有蜂窝网的情况下，两种技术的结合，能达到无视距，无障碍的寻车，该技术也可以用户海上位置追踪，矿井故障预警，寻人，寻物等，极大的提高了生产作业的安全性。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明汽车天线结构示意图；

图3为本发明钥匙本体显示结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本实施例中的一种基于陀螺仪、计步器和UWB的智能汽车钥匙，包括钥匙本体、控制模块和执行模块，钥匙本体、控制模块以及执行模块之间通信连接；

钥匙本体内置有角速度传感模块、计步模块、显示模块、UWB模块、无线蜂窝网模块、蓝牙模块和无线收发模块；

控制模块内置有控制芯片，用以对钥匙本体提供控制使执行模块执行操作；

执行模块包括汽车基站模块和执行器，汽车基站模块与执行器以及钥匙本体之间通信连接。

角速度传感模块为陀螺仪，计步模块为计步器，且陀螺仪以及计步器用以对用户离车后的轨迹进行记录跟踪，显示模块用于显示时间以及距离车辆的距离和方位，UWB模块与执行器之间通信连接，用以控制车辆车门开启、车窗开启以及车辆的启动等。

陀螺仪，一种角速度传感器，且价格较低，能够带来精确的方向，结合无线蜂窝和蓝牙，在蓝牙可以通信的位置范围，启动陀螺仪给用户导航，走到车的跟前，如图2所示R1：表示车的位置到蓝牙的感应的位置的距离，R2：表示车的位置到大于蓝牙感应位置的距离。

可以直观看到，R2的范围就是蜂窝网的覆盖范围，可以理解为无视距，R2可以等于无限大，R1，的范围是根据无线蜂窝网的情况，选择BLE几种功率发射的模式，范围是2.5m-50m。

蓝牙模块用于定位车辆的位置，无线蜂窝网通过上次停车时候记录的位置信息，给智能钥匙提供当前车主的位置和车的位置距离的大致范围，钥匙本体还内置有电源模块，用以对钥匙本体进行供电。

在无蜂窝网的背景且距离车辆较远的情况下，利用角速度传感模块、计步模块和UWB模块来对车辆进行寻找，具体方法如下：

1)用户锁车后，陀螺仪和计步器对用户的轨迹进行持续的记录跟踪，假如用户去了沙漠中，这时候无论用户在哪里，都能根据用户的行进轨迹数据，结合陀螺仪的算法，计算出用户的车辆和用户的相对位置。

2)当用户想要去找车时候，打开车钥匙，车钥匙会根据系统计算出的结果，给出人车相对位置，这时候利用陀螺仪指引方位，通过轨迹计算出大致的距离，启动蓝牙的锚点，在结合计步器的距离，给出人车的精确的位置。

3)当用户走进蓝牙区域的时候，根据计算的步数以及蓝牙的锚点，对人车距离进行精确的校准，依据陀螺仪给出的方位，用户很快就能找到自己的车辆。

在具有无线蜂窝网的情况下，能够进行远距离的通信，具有良好的网络支撑，解决用户在距离车的位置几百米甚至1公里以上的位置。

上述方案通过无线蜂窝网能够通过上次停车时候记录的位置信息，给智能钥匙提供当前车主的位置和车的位置距离的大致范围。

在蓝牙模块中对应三种不同的发射功率，具体如下：

1)在发射功率为-20dBm，接收机灵敏度为-70dBm，则允许的路径损耗为50dB，对应于2.5m的通信距离；

这也是低功耗蓝牙的最低发射功率，并在接收机最低灵敏度的情况下所达到的通信距离。

2)在发射功率为0dBm，接收机灵敏度为-80dBm，则允许的路径损耗为80dB，对应于40m的通信距离；

这也是低功耗蓝牙常见的发射功率和接收机灵敏度的情况下所达到的通信距离。

3)发射功率为10dBm，接收机灵敏度为-90dBm，则允许的路径损耗为100dB，对应于250m的通信距离。

这也是低功耗蓝牙的最高发射功率，并在接收机灵敏度非常好的情况下所达到的通信距离。

蓝牙模块应用场景如下：

A、有无线网络：车在网络信号比较好情况下，采用-20dBm发射功率，降低功耗的方式，为车主提供车辆大致精确的范围；

B、在网络不好的情况下，有障碍物的地方，采用0dBm发射功率，同样降低了功耗，给用户带来40米的范围精确度；

C、在地下车库，障碍物加多的地方，采用-90dBm发射功率，也能够在关闭蜂窝网的情况下，给用户带来数百米的精确范围。

在正常蜂窝网络且距离车辆较远的情况下，利用无线蜂窝网模块、蓝牙模块和UWB模块对车辆进行寻找，具体方法如下：

a.用户通过车钥匙上的屏幕提示距离的范围和大致方位，这时候是无线蜂窝网根据停车时候的位置信息，和当前用户所在的位置信息，判断车辆的大致方位，随着用户的移动，距离和方位也进行变化；

b.当用户走进蓝牙的范围的时候，这个范围是，假如障碍物比较多，蓝牙的有效范围是50米，这时候根据车身4个方向的蓝牙天线的信号值，判断用户大致在那个车的那个方位；

c.在10-20米范围就可以开启UWB锚点的定位和测距功能，在3-10米的范围执行器控制车灯打开或者喇叭提示，方便车主找车，走到距车6米的距离时，执行器控制车内照明自动开启，当走到1-3米的范围执行器自动解锁车门，当车主进入到车内，车内UWB锚点扫描到手机UWB信号时，按下启动键可以实现车辆的启动。

在正常蜂窝网络且距离车辆较远的情况下，利用无线蜂窝网模块、蓝牙模块和UWB模块对车辆进行寻找，能够无视距，无障碍不管何时何地，都能够定位车的位置，并且引导车主找到车辆所在的位置，在无蜂窝网的背景且距离车辆较远的情况下，利用角速度传感模块、计步模块和UWB模块来对车辆进行寻找，用户在海上，或者沙漠或者深井中都能方便对车辆进行寻找，可以解决用户远距离找车难，已经在有蜂窝网和没有蜂窝网的情况下，两种技术的结合，能达到无视距，无障碍的寻车，该技术也可以用户海上位置追踪，矿井故障预警，寻人，寻物等，极大的提高了生产作业的安全性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。