專利名稱：基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及汽車安全與防盜電子技術(shù)和無線通信技術(shù)，具體是基于超寬帶(Ultra ffide-Band, UffB)定位的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置。
背景技術(shù)：
隨著汽車的普及，人們對(duì)汽車安全及便利性提出了更高的要求。高可靠度防盜、智能進(jìn)入、無鑰匙啟動(dòng)、高集成度、實(shí)時(shí)通信等是汽車智能化發(fā)展的趨勢。最初的汽車防盜只是通過簡單的機(jī)械鎖完成，這種鎖極易被破壞，安全性低。1994年恩智浦半導(dǎo)體(當(dāng)時(shí)的飛利浦半導(dǎo)體)首次把射頻識(shí)別(Radio FrequencyIdentification，RFID)技術(shù)成功應(yīng)用在汽車電子引擎鎖上，這種技術(shù)是通過車輛遙控鑰匙·與車身之間的433MHz的單向無線電通信實(shí)現(xiàn)鑰匙身份識(shí)別，判斷是否對(duì)車門鎖和電子引擎鎖進(jìn)行解鎖。即使盜賊打開車門后接通啟動(dòng)電路，也因沒有身份認(rèn)證而無法啟動(dòng)引擎。這種引擎電子防盜的方法，使汽車的防盜性能大大提升，使之很快就在歐洲和北美普及，并在短短的幾年時(shí)間內(nèi)大大降低了歐洲的汽車失竊率，因此很快成為了歐洲汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。雖然遙控鑰匙提高了汽車的防盜性能，但其保密性較差，容易被人為干擾、破解和復(fù)制，制約了它的發(fā)展。隨后，無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)(Passive Keyless Enter,PKE)的出現(xiàn)修補(bǔ)了遙控鑰匙保密性差的缺點(diǎn)。無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)作為新一代汽車安全與防盜智能電子系統(tǒng)的核心技術(shù)，徹底改變了汽車安全與防盜應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展前景，給用戶帶來了嶄新的舒適與便利體驗(yàn)。駕駛員從進(jìn)入到離開車輛整個(gè)過程中都無需使用鑰匙，只需將鑰匙隨身攜帶即可。高精度的無線定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無鑰匙進(jìn)入的前提，因此定位精度也成為汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)最重要的技術(shù)指標(biāo)?，F(xiàn)在的無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)基本能完成鑰匙感應(yīng)，鑰匙合法性檢測，在無需操作鑰匙的情況下自動(dòng)解鎖車門。當(dāng)前，被用于無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車輛鑰匙定位的主流技術(shù)是基于接收低頻(125KHZ)信號(hào)強(qiáng)度檢測來實(shí)現(xiàn)定位。根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度指示(Received SignalStrength Indicator, RSSI),即根據(jù)接收低頻信號(hào)的衰減程度來計(jì)算鑰匙與車內(nèi)低頻天線的相對(duì)距離，通過多根低頻天線交叉覆蓋范圍，定位鑰匙相對(duì)車身的空間位置。但是經(jīng)市場調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)上述基于RSSI的無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)(I)定位精度不高。該方法依賴信號(hào)傳播的路徑損耗模型，該模型在實(shí)際運(yùn)用中受通信環(huán)境變化的影響較大。當(dāng)遇到兩車相距太近或者車輛鑰匙緊貼車門等特殊情況時(shí)，因?yàn)槠嚤旧硎请姶挪ǖ膹?qiáng)散射體，會(huì)導(dǎo)致路徑損耗模型畸變，使無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)出現(xiàn)誤判。例如，奔馳E280型轎車出現(xiàn)過當(dāng)駕駛員離開車輛時(shí)鎖門功能失效，儀表顯示“鑰匙在車內(nèi)”的故障。雪佛蘭CRUZE型轎車也存在當(dāng)與其它車輛太近時(shí)，無法開車門的故障現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析現(xiàn)有主流車型基于RSSI測距的無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)定位精度在5 — 10cm，是造成上述故障的主因。(2)極窄頻的低頻信號(hào)易受人為干擾和破解，使得無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的防盜性能與遙控鑰匙相比沒有本質(zhì)的提升。現(xiàn)在有各種“汽車干擾器”、“信號(hào)攔截器”等在網(wǎng)上非法出售，不法分子利用這些設(shè)備干擾車門上鎖，盜取汽車或車內(nèi)重要物品。另外，同一系列車型無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)之間的互擾也時(shí)有發(fā)生。(3)駕駛員需要單獨(dú)隨身攜帶車輛鑰匙，便捷性還有待進(jìn)一步提高。(4)基于針對(duì)鑰匙位置的單一判決方法，在遇到諸如車內(nèi)乘員誤操作等特殊情況時(shí)，有可能會(huì)導(dǎo)致事故。(5)功能單一，車輛鑰匙除用于開關(guān)車門外，無其它任何擴(kuò)展功能。UWB信號(hào)是一種無載波的基帶沖激信號(hào)。首先，這種納秒級(jí)的沖激信號(hào)具有很高的時(shí)間分辨率。如當(dāng)沖激信號(hào)的持續(xù)時(shí)間設(shè)為τ=0. 5ns，則根據(jù)距離分辨率方程Arc=(c/2)τ,將c=3X 108m/s代入,貝U可以得到Are=O. 75cm。由此可見,UWB信號(hào)可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定 位；其次，UWB信號(hào)把有限的信號(hào)能量彌散在極寬的頻帶范圍內(nèi)，對(duì)于其它的通信系統(tǒng)相當(dāng)于白噪聲，且功率譜密度低于自然電子噪聲，幾乎不可能被檢測出來，所以用于車輛智能鑰匙保密性非常好；再次，UWB信號(hào)采用間歇的基帶脈沖，有很低的占空比，系統(tǒng)耗電可以做到很低，若用于車輛智能鑰匙，可以幾年甚至十幾年不用更換電池。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于克服基于RSSI技術(shù)的無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)定位精度不高的缺陷，提供基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置，采用UWB信號(hào)對(duì)車輛鑰匙進(jìn)行精確定位，即通過測量車輛鑰匙發(fā)出的UWB信號(hào)輻射到多個(gè)車身天線的到達(dá)時(shí)間差(TimeDifference Of Arrival TDOA)，來計(jì)算鑰匙相對(duì)車輛的空間位置。同時(shí)提出基于UWB共形天線技術(shù)，將車輛鑰匙設(shè)計(jì)成駕駛員攜帶的手機(jī)的背板形狀，用車輛鑰匙取代手機(jī)背板，實(shí)現(xiàn)車輛鑰匙與手機(jī)的集成。并針對(duì)駕駛員的每一個(gè)觸發(fā)動(dòng)作(開門、關(guān)門、啟動(dòng)、開行李箱、關(guān)行李箱)同時(shí)檢測車輛鑰匙位置和車內(nèi)人員位置信息，采用聯(lián)合判決的方法，控制車門鎖、啟動(dòng)系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)工作。另外對(duì)車輛鑰匙的功能進(jìn)行拓展，使其記錄每次引擎啟動(dòng)和停止時(shí)間、對(duì)應(yīng)的每次行駛里程、每次的燃油量及平均油耗等駕駛員感興趣的信息；同時(shí)儲(chǔ)存車輛的保養(yǎng)周期信息，并根據(jù)總行駛里程和總行駛時(shí)間提示駕駛員對(duì)車輛進(jìn)行保養(yǎng)等。本實(shí)用新型通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)?；诔瑢拵У能囕v無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置，包括車輛鑰匙、主控制器、門鎖傳感器、啟動(dòng)/停止按鈕、座椅傳感器和車身天線陣，門鎖傳感器、啟動(dòng)/停止按鈕、座椅傳感器和車身天線陣均通過車身電路與主控制器連接；所述車身天線陣用于與所述車輛鑰匙進(jìn)行通信，所述車身天線陣中天線數(shù)量大于3，其中I個(gè)為主天線，其它為輔助天線，主天線用于輻射主控制器產(chǎn)生的UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)以及車輛動(dòng)態(tài)信息信號(hào)，主天線和所有輔助天線均接收車輛鑰匙發(fā)出的UWB定位信號(hào)；所述車輛鑰匙主要用于接收主控器產(chǎn)生的UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)并進(jìn)行身份認(rèn)證和發(fā)出UWB定位信號(hào)；所述主控制器主要用于產(chǎn)生UffB加密身份認(rèn)證信號(hào)和接收車輛鑰匙發(fā)出的UWB定位信號(hào)，對(duì)車輛鑰匙進(jìn)行定位，還用于控制車輛自身具有的車輛門鎖、引擎電子鎖、報(bào)警器的工作；所述門鎖傳感器主要用于感應(yīng)駕駛員觸發(fā)的開/關(guān)門、開/關(guān)行李箱動(dòng)作，并產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)傳至主控制器；所述啟動(dòng)/停止按鈕用于感應(yīng)駕駛員的啟動(dòng)引擎動(dòng)作并產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)傳至主控制器；座椅傳感器用于感應(yīng)該座位是否有人。作為上述基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案，所述車輛鑰匙包括微型電池、有源晶振、鑰匙端微處理器、鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元和UWB共形天線，其中，微型電池與鑰匙端微處理器、有源晶振、鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元連接；有源晶振分別與微型電池、鑰匙端微處理器、鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元連接，用于產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖；鑰匙端微處理器還與鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元連接，用于將接收到的數(shù)字加密身份認(rèn)證信號(hào)進(jìn)行解碼，并與已保存的身份信息進(jìn)行對(duì)比認(rèn)證，認(rèn)證通過后，發(fā)出車輛鑰匙數(shù)字定位信號(hào)驅(qū)動(dòng)鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元產(chǎn)生UWB定位信號(hào)；鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元用于按鑰匙端微處理器傳來的數(shù)字定位信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的UWB定位信號(hào)，并將接收的UffB加密身份認(rèn)證信號(hào)進(jìn)行處理后得到數(shù)字加密身份認(rèn)證信號(hào)傳到鑰匙端微處理器，另外還接收車輛動(dòng)態(tài)信息信號(hào)并傳到鑰匙端微處理器；UWB共形天線接收車身天線發(fā)出的UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)，并將鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元傳來的UWB定位信號(hào)輻射出去。作為上述基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案輛鑰匙還包括可拆卸的存儲(chǔ)卡，存儲(chǔ)卡與鑰匙端微處理器連接，存儲(chǔ)卡用于接收和保存車輛動(dòng)態(tài)信息，所述車輛動(dòng)態(tài)信息包括每次引擎啟動(dòng)和停止時(shí)間、對(duì)應(yīng)的每次行駛里程、每次 的燃油量及平均油耗和車輛的保養(yǎng)周期信息。作為上述基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案還包括顯示器接口，顯示器接口一端與主控器連接，另一端與車載顯示器連接，用于輸出座椅傳感器、門鎖傳感器、車門鎖、引擎電子鎖、報(bào)警器以及主控制器的工作狀態(tài)。作為上述基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案所述主天線布置在車內(nèi)部中控臺(tái)位置，輔助天線布置在車門和行李箱門處。作為上述基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)方案所述車輛鑰匙形狀為手機(jī)的背板形狀，門鎖傳感器與車門把手為一體式結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入方法，包括如下步驟(I)門鎖傳感器感應(yīng)到駕駛員的開門動(dòng)作后，產(chǎn)生一個(gè)解鎖觸發(fā)信號(hào)送至主控制器；(2)主控制器接收到解鎖觸發(fā)信號(hào)后產(chǎn)生數(shù)字身份認(rèn)證信號(hào)，控制內(nèi)部的UWB信號(hào)收發(fā)單元產(chǎn)生UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)并通過主天線輻射出去，同時(shí)控制座椅傳感器檢測車內(nèi)人員位置信息；(3)當(dāng)車輛鑰匙處在設(shè)定通信范圍內(nèi)時(shí)，接收到UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)并解碼，然后與已保存的身份信息對(duì)比，進(jìn)行身份識(shí)別；(4)身份識(shí)別通過后，車輛鑰匙發(fā)出UWB定位信號(hào)；(5)車身的主天線和輔助天線分別在不同的時(shí)刻接收到車輛鑰匙發(fā)出的UWB定位信號(hào)，并將不同時(shí)刻接收到的UWB定位信號(hào)傳到主控制器；(6)主控制器根據(jù)上述不同時(shí)刻接收到的UWB定位信號(hào)，采用基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間差的方法計(jì)算車輛鑰匙的空間坐標(biāo)；(7)主控制器依據(jù)上述坐標(biāo)判斷車輛鑰匙相對(duì)車身的空間位置，同時(shí)依據(jù)座椅傳感器的檢測信息判斷車內(nèi)是否有人，若有人還需判斷車內(nèi)人員位于駕駛位或非駕駛位；(8)當(dāng)主控制器判斷車輛鑰匙及人員都處于合法安全情況即異常情況時(shí)，發(fā)出解鎖指令控制車門鎖解鎖，駕駛員即可打開車門進(jìn)入。本實(shí)用新型的基于超寬帶的車輛無鑰匙啟動(dòng)方法，其特征在于包括如下步驟A.引擎處于關(guān)閉狀態(tài)，駕駛員按下啟動(dòng)/停止按鈕，啟動(dòng)/停止按鈕感應(yīng)到駕駛員的啟動(dòng)觸發(fā)動(dòng)作，并產(chǎn)生啟動(dòng)觸發(fā)信號(hào)傳至主控制器，主控制器接收到啟動(dòng)觸發(fā)信號(hào)后發(fā)出數(shù)字身份認(rèn)證信號(hào)，控制內(nèi)部的UWB信號(hào)收發(fā)單元產(chǎn)生UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)，并通過中控臺(tái)位置的主天線輻射出去；同時(shí)主控制器發(fā)出座椅檢測指令，控制座椅傳感器檢測車內(nèi)是否有人及人的位置；B.車輛鑰匙將接收到的UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)進(jìn)行解碼，并與保存的身份信息對(duì)t匕，進(jìn)行身份識(shí)別；若車輛鑰匙是合法鑰匙，則識(shí)別通過并發(fā)出UWB定位信號(hào)；若車輛鑰匙是非法鑰匙，則無法對(duì)加密身份認(rèn)證信號(hào)進(jìn)行解碼和識(shí)別；C.主控制器根據(jù)車身天線接收的UWB定位信號(hào)判斷鑰匙與車身的相對(duì)空間位置，同時(shí)主控制器根據(jù)座椅傳感器檢測的信號(hào)，判斷主駕駛位置是否有人；當(dāng)主控制器判斷鑰·匙在車內(nèi)而車外無鑰匙，且同時(shí)檢測到主駕駛位有人，則發(fā)出啟動(dòng)指令驅(qū)動(dòng)電子引擎鎖解鎖，接通電源并著車；同時(shí)主控制器將本次引擎啟動(dòng)的時(shí)刻記錄下來并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的UWB信號(hào)通過中控臺(tái)位置的主天線輻射出去，車鑰匙接收后儲(chǔ)存到車輛鑰匙內(nèi)的存儲(chǔ)卡。本實(shí)用新型的基于超寬帶的車輛無鑰匙閉鎖方法，其特征在于包括如下步驟I)駕駛員關(guān)閉引擎后下車關(guān)閉車門，并觸動(dòng)門把手上的閉鎖鍵提示車門上鎖；門把手內(nèi)的門鎖傳感器感應(yīng)到駕駛員的動(dòng)作，產(chǎn)生閉鎖觸發(fā)信號(hào)并傳到主控制器，主控制器接收到閉鎖觸發(fā)信號(hào)后發(fā)出數(shù)字身份認(rèn)證信號(hào)，控制內(nèi)部的UWB信號(hào)收發(fā)單元產(chǎn)生UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)，并通過中控臺(tái)位置的主天線輻射出去；同時(shí)主控制器發(fā)出座椅檢測指令，控制座椅傳感器檢測車內(nèi)是否有人及人的位置；2)車輛鑰匙將接收到的UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)進(jìn)行解碼，并與保存的身份信息對(duì)t匕，進(jìn)行身份識(shí)別；若車輛鑰匙是合法鑰匙，則識(shí)別通過并發(fā)出UWB定位信號(hào)；若車輛鑰匙是非法鑰匙，則無法對(duì)加密身份認(rèn)證信號(hào)進(jìn)行解碼和識(shí)別；3)主控制器根據(jù)車身天線接收的UWB定位信號(hào)判斷鑰匙與車身的相對(duì)空間位置，同時(shí)主控制器接收座位傳感器信號(hào)，判斷車內(nèi)任何位置是否有人；當(dāng)主控制器判斷鑰匙在車外而車內(nèi)無鑰匙，且同時(shí)檢測到車內(nèi)任何座位無人，然后發(fā)出閉鎖指令驅(qū)動(dòng)電子引擎鎖和車門鎖上鎖；同時(shí)主控制器將本次引擎停止時(shí)刻、本次行駛里程、本次燃油量及平均油耗的車輛動(dòng)態(tài)信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的UWB信號(hào)通過中控臺(tái)位置的主天線輻射出去，車鑰匙接收后儲(chǔ)存到車輛鑰匙內(nèi)的存儲(chǔ)卡。上述的基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖方法中，還包括報(bào)警過程當(dāng)主控制器檢測到車內(nèi)成員或鑰匙兩者中的任一者出現(xiàn)異常情況時(shí)，判定相應(yīng)觸發(fā)動(dòng)作無效并立即發(fā)出報(bào)警指令啟動(dòng)報(bào)警；所述異常情況和其相應(yīng)觸發(fā)動(dòng)作包括車內(nèi)無人但車內(nèi)有鑰匙，車外人員做開車門的觸發(fā)動(dòng)作；車內(nèi)主駕駛位無人但其它位置有人，車內(nèi)外均無鑰匙，車內(nèi)非主駕駛座人員做按下啟動(dòng)按鈕的觸發(fā)動(dòng)作；車內(nèi)主駕駛位無人但其它位置有人，車外無鑰匙但車內(nèi)有鑰匙，車內(nèi)非主駕駛座人員做按下啟動(dòng)按鈕的觸發(fā)動(dòng)作；主駕駛位有人，但是車內(nèi)外均無鑰匙,車內(nèi)主駕駛座人員做按下啟動(dòng)按鈕的觸發(fā)動(dòng)作；主駕駛位有人,車內(nèi)無鑰匙而車外有鑰匙，車內(nèi)主駕駛座人員做按下啟動(dòng)按鈕的觸發(fā)動(dòng)作；主駕駛位有人，其它位也有人,但車內(nèi)外均無鑰匙,車內(nèi)人員做按下啟動(dòng)按鈕的觸發(fā)動(dòng)作；主駕駛位有人,其它位置也有人，車外有鑰匙而車內(nèi)無鑰匙，車內(nèi)人員做按下啟動(dòng)按鈕的觸發(fā)動(dòng)作。本實(shí)用新型中車輛已有的報(bào)警器、門鎖電機(jī)、引擎電子鎖等設(shè)備通過車身電路與主控制器連接，并通過接收主控制器的驅(qū)動(dòng)指令參與工作。本實(shí)用新型中車輛鑰匙的功能可以進(jìn)行拓展，除接收UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)并進(jìn)行身份認(rèn)證和發(fā)出UWB定位信號(hào)外，還可接收和保存每次引擎啟動(dòng)和停止時(shí)間、對(duì)應(yīng)的每次行駛里程、每次的燃油量及平均油耗等駕駛員感興趣的信息和車輛的保養(yǎng)周期信息，這些信息統(tǒng)稱為車輛動(dòng)態(tài)信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)本實(shí)用新型采用的納秒級(jí)的UWB沖激信號(hào)，具有非常高的距離分辨率，基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(TDOA)的檢測方法精度可以達(dá)到2cm，即使兩車緊靠或者鑰匙緊貼車門，也不容易出現(xiàn)誤判。 (2) UffB沖激信號(hào)帶寬非常寬，無功率峰值的頻譜使其統(tǒng)計(jì)特性接近高斯白噪聲，基于頻域的人為干擾、破解或復(fù)制幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，保密性好。(3)采用基于UWB共形天線的方法，將鑰匙集成到駕駛員的手機(jī)上，駕駛員無需另外攜帶鑰匙，便利性得到極大的提高。(4)采用基于車輛鑰匙位置和車內(nèi)人員位置信息的聯(lián)合判決方法，更好地避免諸如乘員誤操作等意外情況的發(fā)生。(5)擴(kuò)展了車輛鑰匙的功能，將每次車輛行駛里程、燃油量、平均油耗等駕駛員感興趣但是現(xiàn)有車輛儀表又無法顯示的車輛動(dòng)態(tài)信息保存下來，供駕駛員參考。

圖I是實(shí)現(xiàn)車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖的車身部分的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是實(shí)現(xiàn)車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖的車輛鑰匙內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖3是車輛鑰匙及主控制器內(nèi)部UWB信號(hào)收發(fā)單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖4a 圖4c是車輛鑰匙與手機(jī)背板共形的實(shí)例，其中圖4a是車輛鑰匙外側(cè)的平面圖，圖4b是車輛鑰匙內(nèi)側(cè)的平面圖，圖4c是車輛鑰匙的立面圖。圖5是實(shí)現(xiàn)車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖的各單元布置示意圖。圖6是實(shí)現(xiàn)車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖的總體工作流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明。如圖I所示，是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖的車身部分的總體結(jié)構(gòu)框圖。由四部分組成一是主控制器，包括主控MCU、時(shí)鐘和主控端UWB信號(hào)收發(fā)單元。其中，主控MCU主要對(duì)門鎖傳感器、啟動(dòng)/停止按鈕、座椅傳感器輸入的觸發(fā)信號(hào)及主控端UWB信號(hào)收發(fā)單元輸入的數(shù)字定位信號(hào)進(jìn)行處理，并發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令控制門鎖電機(jī)、電子引擎鎖、報(bào)警器等各外部設(shè)備工作，另外還產(chǎn)生或者記錄引擎啟動(dòng)/停止時(shí)刻、每次行駛里程、油耗等車輛動(dòng)態(tài)信息；時(shí)鐘主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生納秒級(jí)的基準(zhǔn)方波信號(hào)；主控端UWB信號(hào)收發(fā)單元主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)和對(duì)車身天線傳來的UWB定位信號(hào)進(jìn)行處理得到數(shù)字定位信號(hào)傳至主控MCU。二是各傳感器，包括座椅傳感器、門鎖傳感器、啟動(dòng)/停止按鈕，座椅傳感器主要檢測車內(nèi)有無人員及其位置；門鎖傳感器和啟動(dòng)/停止按鈕主要負(fù)責(zé)感應(yīng)駕駛員觸發(fā)動(dòng)作并產(chǎn)生相應(yīng)觸發(fā)信號(hào)輸入主控制器。三是各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括報(bào)警器、門鎖電機(jī)及電子引擎鎖，主要執(zhí)行主控制器的輸出指令。四是其它外部設(shè)備，包括車身天線、電源、顯示器接口等。電源只負(fù)責(zé)為主控制器供電，其余設(shè)備由車載12v蓄電池供電。顯示器接口和車載顯示器連接，顯示整個(gè)無鑰匙進(jìn)入和啟動(dòng)裝置的狀態(tài)。所述主控制器、門鎖傳感器、啟動(dòng)/停止按鈕、座椅傳感器、顯示器接口及車身天線陣等均布置在車身。門鎖傳感器(與車門把手一體)、啟動(dòng)/停止按鈕、座椅傳感器、顯示器接口和車身天線陣均通過車身電路與主控制器連接。其中主控制器的組成包括微處理器(主控MCU)、時(shí)鐘和UWB信號(hào)收發(fā)單元(主控端UWB信號(hào)收發(fā)單元)，這三者兩兩互相連接。主控制器的功能包括產(chǎn)生UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)和接收UWB定位信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)車輛門鎖、弓I擎電子鎖、報(bào)警系統(tǒng)等外部設(shè)備工作。其中，主控MCU主要對(duì)門鎖傳感器、啟動(dòng)/停止按鈕、座椅傳感器輸入的觸發(fā)信號(hào)及主控端UWB信號(hào)收發(fā)單元輸入的數(shù)字定位信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算車輛鑰匙的空間位置，并發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令控制門鎖電機(jī)、電子引擎鎖、報(bào)警器等各外部設(shè)備工作；時(shí)鐘負(fù)責(zé)產(chǎn)生納秒級(jí)的脈沖重復(fù)頻率(基準(zhǔn)方波信號(hào));主控端UWB信號(hào)收發(fā)單元主要負(fù) 責(zé)產(chǎn)生UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)和對(duì)車身天線傳來的UWB定位信號(hào)進(jìn)行處理得到數(shù)字定位信號(hào)，并傳到主控MCU對(duì)車輛鑰匙進(jìn)行精確定位設(shè)車身天線共η個(gè)，因?yàn)棣莻€(gè)車身天線與車輛鑰匙的空間距離不等，所以對(duì)于車輛鑰匙發(fā)出UWB定位信號(hào)，η個(gè)車身天線記錄了 η個(gè)特定的到達(dá)時(shí)刻。而每兩個(gè)到達(dá)時(shí)刻能夠確定一個(gè)到達(dá)時(shí)間差(TDOA)，這樣，η個(gè)到達(dá)時(shí)刻總共能夠確定η(η-1)/2個(gè)TD0A。又因?yàn)槊恳粋€(gè)TDOA確定一個(gè)空間雙曲面，理論上3個(gè)空間雙曲面相互交匯就可以確定一個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)(車輛鑰匙位置)，所以，只要當(dāng)η >3，根據(jù)這η(η-1)/2個(gè)TDOA就可以非常精確地對(duì)車輛鑰匙位置進(jìn)行求解。門鎖傳感器主要是感應(yīng)駕駛員觸發(fā)的動(dòng)作(開/關(guān)門、開/關(guān)行李箱)并產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)傳至主控制器。啟動(dòng)/停止按鈕主要是感應(yīng)駕駛員的啟動(dòng)引擎動(dòng)作并產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)傳至主控制器(事實(shí)上，關(guān)閉引擎也是駕駛員的觸發(fā)動(dòng)作，但因無需涉及車輛鑰匙定位，所以在此不做考慮)。座椅傳感器分別布置在車內(nèi)各座椅的下方，用于感應(yīng)該座位是否有人。顯示器接口與車載顯示器通過數(shù)據(jù)線連接，輸出傳感器、車門鎖、引擎電子鎖、報(bào)警器以及主控制器等設(shè)備的狀態(tài)。車身天線總數(shù)量大于3，其中I個(gè)為主天線，布置在內(nèi)部中控臺(tái)位置，其它為輔助天線，分別布置在車門和行李箱門附近，主控制器產(chǎn)生的UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)以及引擎啟動(dòng)時(shí)刻、停止時(shí)刻等車輛動(dòng)態(tài)信息信號(hào)只通過主天線輻射出去，而所有主天線和輔助天線均接收車輛鑰匙發(fā)出UWB定位信號(hào)。如圖2所示，為車輛鑰匙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，包括微型電池、鑰匙端微處理器、有源晶振、鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元、共形天線和microSD卡。微型電池主要完成供電；鑰匙端微處理器主要對(duì)數(shù)字加密身份認(rèn)證信號(hào)進(jìn)行解碼和認(rèn)證并向鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元發(fā)出數(shù)字定位信號(hào)；鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元主要根據(jù)鑰匙端微處理器傳來的數(shù)字定位信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的UWB定位信號(hào)，并將車身傳來的UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)進(jìn)行處理得到數(shù)字加密身份認(rèn)證信號(hào)；UWB共形天線主要接收UWB加密身份認(rèn)證信號(hào)并將UWB定位信號(hào)輻射出去，另外還接收其它車輛動(dòng)態(tài)信息信號(hào)傳至鑰匙端微處理器;micr0SD卡保存每次引擎啟動(dòng)和停止時(shí)間、對(duì)應(yīng)的每次行駛里程、每次的燃油量及平均油耗等駕駛員感興趣的車輛動(dòng)態(tài)信息和車輛的保養(yǎng)周期信息。當(dāng)車輛的總行駛里程或總駕駛時(shí)間達(dá)到了保養(yǎng)周期的規(guī)定數(shù)值，鑰匙端微處理器發(fā)出提示信息并傳到車身顯示器，以便駕駛員及時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行保養(yǎng)。如圖3所示，為UWB信號(hào)收發(fā)單元一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。UWB信號(hào)收發(fā)單元的組成包括脈沖發(fā)生器、脈沖位置調(diào)制器、功率放大器、低噪放大器、射頻濾波器、乘法器、低通濾波器、采樣/檢測器。UWB信號(hào)的產(chǎn)生過程是脈沖發(fā)生器接收外部基準(zhǔn)方波信號(hào)產(chǎn)生基本UWB信號(hào)；基本UWB信號(hào)被輸入脈沖位置調(diào)制器，同時(shí)脈沖位置調(diào)制器根據(jù)MCU的輸入數(shù)字信號(hào)對(duì)基本UWB信號(hào)進(jìn)行脈沖位置調(diào)制后產(chǎn)生調(diào)制UWB信號(hào)；調(diào)制UWB信號(hào)被輸入功率放大器放大后經(jīng)UWB天線輻射出去。UWB信號(hào)的接收過程是信號(hào)被UWB天線接收，然后依次被輸入低噪放大器、射頻濾波器和乘法器。同時(shí)乘法器接收脈沖發(fā)生器輸入的基本UffB信號(hào)，將兩信號(hào)相乘后輸入低通濾波器，濾波后的信號(hào)被輸入采樣/檢測器進(jìn)行采樣和檢波，得到可處理的數(shù)字信號(hào)輸入至MCU。如圖4a_圖4c所示，是本實(shí)用新型所述車輛鑰匙與手機(jī)背板共形的一個(gè)實(shí)施例。圖4a是車輛鑰匙外側(cè)的平面圖，由輻射貼片401和一個(gè)相應(yīng)的地402共同組成一個(gè)完整的UWB天線。其具體形狀是輻射貼片401由左右對(duì)稱的兩個(gè)四分之一圓形組成的半圓形中間留有一個(gè)矩形間隔。地402的形狀是與輻射貼片401上下對(duì)稱的半圓形外加延伸到輻射貼·片401之間矩形間隔。地402與其對(duì)稱的半圓形輻射貼片401之間形成一個(gè)漸變的槽，漸變槽的最小寬度gap大于O. Imm,實(shí)現(xiàn)UWB天線的阻抗和空氣特征阻抗的變換,保證UWB天線滿足FCC的頻譜掩蔽標(biāo)準(zhǔn)。兩個(gè)四分之一圓之間加入一段矩形以增加電流路徑，拓展UWB天線的低頻帶寬。圖4b是車輛鑰匙內(nèi)側(cè)的平面圖，微型電池403、有源晶振404、鑰匙端微處理器405、鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元406和microSD卡407嵌入基片408內(nèi)部。圖4c是車輛鑰匙的立面圖，基片408采用厚度不超過Imm的普通FR4基板。這樣，車輛鑰匙長度L為20mm，寬度W為20mm，厚度T為1mm，可以與絕大多數(shù)手機(jī)背板實(shí)現(xiàn)共形。如圖5所示，是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖的車身各單元布置的一個(gè)實(shí)施例示意圖。門鎖傳感器501 (與車門把手一體)、啟動(dòng)/停止按鈕502、座椅傳感器503、顯示器接口和車身天線陣504均通過車身電路與主控制器505連接。其中主控制器布置在引擎蓋下方，主天線布置在中控臺(tái)位置，其余5個(gè)天線分別布置在靠近車門的位置。門鎖傳感器共5個(gè)，分別布置在各車門把手和行李箱門把手內(nèi)。座椅傳感器共5個(gè)，分別布置在車內(nèi)五個(gè)座椅的下方，用于感應(yīng)該座位是否有人。本實(shí)用新型采用基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(Time Difference Of Arrival TDOA)的多點(diǎn)測距差空間定位原理。到兩點(diǎn)距離差相等的點(diǎn)的集合構(gòu)成一個(gè)雙曲面，所以可以在車身標(biāo)定4個(gè)以上天線(實(shí)際上為了精確定位，在車身布置是6個(gè)天線)，通過多曲面交匯的方法對(duì)目標(biāo)(車輛鑰匙)進(jìn)行精確定位?；痉匠倘缦略O(shè)目標(biāo)(車輛鑰匙)位置(X，y，z)，η個(gè)天線位置為(Xi, Yi, ZiXi=O, I, 2，3，…，η-l),設(shè)其中一個(gè)為主天線，即定位坐標(biāo)原點(diǎn)。由η個(gè)天線可以記錄η個(gè)信號(hào)到達(dá)時(shí)刻h (i=0, 1，2，3，...，η-l)。每兩個(gè)到達(dá)時(shí)刻確定一個(gè)時(shí)間差，這樣就確定了 η (η-l)/2個(gè)時(shí)間差τ jk(j=0，1，2，3，. . .，n_l; j < k)。每一個(gè)時(shí)間差可以確定一個(gè)三元非線性方程 J(Xj -xf +(t -yf +(z; -zf -」(xk-xf +(yk -yf +(zk-zf = CTjk(公式I) (j=0, 1，2，3，· · ·，n-1; k=l，2，3，· · ·，n-1; j < k，c 為電磁波在空氣中得傳播速度)。所以理論上三個(gè)上述方程方程組即可解出目標(biāo)(車輛鑰匙)位置(x，y，z)。實(shí)際中，非線性方程組的解析解是很難求出的。所以本實(shí)用新型采用兩步法將上述方程組簡化成線性方程組用迭代的方法求解，在滿足精度的情況，提高求解速度，降低硬件成本。具體如下步驟一假設(shè)最先接收到信號(hào)的天線( ^ Ztl)至目標(biāo)(車輛鑰匙)的距離是已知量并設(shè)為r，將方程變成X，y，z關(guān)于r的線性函數(shù)
權(quán)利要求1.基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置，其特征在于包括車輛鑰匙、主控制器、門鎖傳感器、啟動(dòng)/停止按鈕、座椅傳感器和車身天線陣，門鎖傳感器、啟動(dòng)/停止按鈕、座椅傳感器和車身天線陣均通過車身電路與主控制器連接；所述車身天線陣用于與所述車輛鑰匙進(jìn)行通信，所述車身天線陣中天線數(shù)量大于3，其中I個(gè)為主天線，其它為輔助天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置，其特征在于所述車輛鑰匙包括微型電池、有源晶振、鑰匙端微處理器、鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元和UWB共形天線，其中，微型電池與鑰匙端微處理器、有源晶振、鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元連接；有源晶振分別與微型電池、鑰匙端微處理器、鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元連接；鑰匙端微處理器還與鑰匙端UWB信號(hào)收發(fā)單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置，其特征在于輛鑰匙還包括可拆卸的存儲(chǔ)卡，存儲(chǔ)卡與鑰匙端微處理器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置，其特征在于還包括顯示器接口，顯示器接口一端與主控器連接，另一端與車載顯示器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求Γ4任一項(xiàng)所述基于超寬帶定位的車輛無鑰匙進(jìn)入和啟動(dòng)裝置，其特征在于所述主天線布置在車內(nèi)部中控臺(tái)位置，輔助天線布置在車門和行李箱門處。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置，其特征在于所述車輛鑰匙形狀為手機(jī)的背板形狀，門鎖傳感器與車門把手為一體式結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了基于超寬帶的車輛無鑰匙進(jìn)入、啟動(dòng)與閉鎖裝置，所述裝置包括車輛鑰匙、主控制器、門鎖傳感器、啟動(dòng)/停止按鈕、座椅傳感器和車身天線陣，門鎖傳感器、啟動(dòng)/停止按鈕、座椅傳感器和車身天線陣均通過車身電路與主控制器連接；本實(shí)用新型采用UWB信號(hào)對(duì)車輛鑰匙進(jìn)行精確定位，并針對(duì)駕駛員的每一個(gè)觸發(fā)動(dòng)作同時(shí)檢測車輛鑰匙位置和車內(nèi)人員位置信息，采用聯(lián)合判決的方式控制車門鎖、啟動(dòng)系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)工作。另外車輛鑰匙還能記錄和存儲(chǔ)駕駛員感興趣的信息和車輛動(dòng)態(tài)信息。本實(shí)用新型可以更好地避免因主控制器誤判或人員誤操作而導(dǎo)致的意外情況的發(fā)生。
文檔編號(hào)B60R25/20GK202703516SQ20122012060
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者韋崗, 余業(yè)林, 曹燕, 鐘勁杉 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)