CN110988798B - 用于相对于车辆定位移动设备的方法和*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使用机械波和调制技术相对于车辆定位移动设备的***和方法。利用提供精确定位的低频基带信号对人类通常听不见的高频载波进行调制以便生成调制信号。与电磁(EM)波相反,调制信号是机械波或压力波,调制信号由一个或多个扬声器发射且由一个或多个麦克风接收。在一个实例中,调制信号从移动设备(例如,智能手机)上的扬声器发射到安装在车辆上以特定距离分开的多个麦克风,以便于建立多个定位路径,这些路径的相位差能够用于确定移动设备相对于车辆的位置。

Description

用于相对于车辆定位移动设备的方法和***
技术领域
本发明总体涉及相对于车辆定位移动设备,如当携带移动设备的用户 在停车场或具有多个其它车辆的停车结构中接近该车辆时。
背景技术
对于许多现有车辆,用户可使用如智能手机或秘钥卡的移动设备来控 制某些车辆功能。例如,众所周知,用户使用智能手机或秘钥卡上的应用 程序来解锁车门或远程启动车辆。
对于一些应用程序,如车辆使用接近用户的到达方向(DOA)来激活 一些车辆功能的应用程序,可能需要确定移动设备相对于车辆的位置。这 有时被称为“定位”。为了精确地确定接近的移动设备的位置,可使用低频 波。然而,低频波通常是人类可听到的,且因此是破坏性的。另一方面, 高频波通常是人类听不见的,但是在移动设备的位置方面,特别是在相关 的扬声器/麦克风没有足够紧密地间隔时,会产生一定量的不定性。
本文公开的方法和***解决了这些问题。
发明内容
根据一个方面,提供了一种相对于车辆定位移动设备的方法,该方法 包括以下步骤:从载波和基带信号生成调制信号,其中调制信号是机械波 ,载波具有平均载波频率,且基带信号具有小于平均载波频率的平均基带 频率;使得调制信号从位于移动设备或车辆上的一个或多个扬声器发射; 使得从扬声器发射的调制信号经由多个定位路径在位于移动设备或车辆的另一个上的一个或多个麦克风处被接收;解调在多个定位路径的每一个定位路径的麦克风处接收的调制信号,以获得多个解调信号;以及处理多 个解调信号以确定移动设备相对于车辆的位置。
根据另一方面,提供了一种车辆移动设备定位***,其包括:一个或 多个机械波输入/输出(I/O)设备,其安装在车辆上;电子控制单元(ECU ),其安装在车辆上且通信地耦合到一个或多个机械波I/O设备,ECU包 含处理器和存储计算机指令的存储器;其中当由ECU的处理器结合存储 在移动设备上的计算机指令执行时,计算机指令使得车辆移动设备定位系 统:使用安装在车辆上的一个或多个机械波I/O设备经由多个定位路径发射调制信号,其中所发射的调制信号由载波和基带信号生成且为机械波, 载波具有平均载波频率且基带信号具有小于平均载波频率的平均基带频 率;或在安装在车辆上的一个或多个机械波I/O设备处经由多个定位路径 接收调制信号,其中所接收到的调制信号由载波和基带信号生成且为机械 波,载波具有平均载波频率且基带信号具有小于平均载波频率的平均基带 频率,且其中车辆移动设备定位***解调多个定位路径中的每一个定位路 径的调制信号以获得多个解调信号,且随后处理多个解调信号以确定移动 设备相对于车辆的位置。
附图说明
下文将结合附图描述本发明的一个或多个实施例,其中相同的标记指 示相同的元件,且其中:
图1是车辆移动设备定位***的实施例的示意性框图;
图2是车辆移动设备定位***的另一实施例的示意性框图;
图3A是描绘用于相对于车辆定位移动设备的方法的一部分(特别是 生成和发射调制信号的步骤)的实施例的流程图;
图3B是描绘用于相对于车辆定位移动设备的方法的另一部分(特别 是接收和解调调制信号的步骤)的实施例的流程图;
图4是通信***的示意性框图,其可用于执行本文描述的方法的一个 或多个实施例;且
图5是描绘可结合图3A和3B的方法使用的可选安全过程的实施例的流程图。
具体实施方式
本文描述的***和方法提供了使用机械波和调制技术相对于车辆定 位移动设备。在一个实例中,利用提供精确定位的低频基带信号对人类 通常听不见的高频载波进行调制以便生成调制信号。与电磁(EM)波相 反,调制信号为机械波或压力波,调制信号由一个或多个扬声器产生或发射且由一个或多个麦克风接收。例如,通过将调制信号从移动设备上的扬 声器发射到安装在车辆上且特别间隔开的多个麦克风,方法和***能够建 立多个定位路径,这些定位路径随后可用来确定移动设备相对于车辆的位 置。本文使用的术语“定位路径”是指由机械波从扬声器传播到麦克风的路 径。
在一些实施例中,扬声器是移动设备的一部分而麦克风安装在车辆上 ,而在其它实施例中,这是相反的,从而使得扬声器安装在车辆上且麦克 风是移动设备的一部分。在一些实施例中,存在单个扬声器和多个麦克风 ,而其它实施例具有多个扬声器和单个麦克风或者甚至多个扬声器和多个 麦克风。只要建立了多个定位路径,方法和***可使用扬声器和麦克风的任何合适组合来发射、接收和处理沿着不同定位路径传播的机械波,以便 确定移动设备相对于车辆的相对位置。尽管以下描述是在单个扬声器位于 移动设备上且多个麦克风位于车辆上的实例的背景下提供的,但应当理解 的是,本申请案不限于此实例,这是因为可以替代地使用前述实例或其它 实例中的任一个。
尽管可听见频率范围会基于如人的年龄等因素而波动,但大多数人的 可听见频率范围在大约20Hz与19kHz之间延伸。本方法和***使用如频 率等于或大于15kHz的高频载波的高频载波,从而使得所获得的调制信号 对于附近的大多数人来说通常是听不见的或以其它方式觉察不到的。然而 ,为了达到期望的定位精度,位于车辆上的麦克风必须具有小于相关的信 号的波长的一半(1/2λ)的间距。通过利用例如频率小于或等于500Hz 的低频基带信号的低频基带信号调制高频载波,半波长间隔要求变得更容 易满足。为了说明,假设空气中的声速通常为大约340m/s(这些波是机械 波)。例如,由于频率为19kHz的高频载波的波长为大约0.018m,所以车 辆上的麦克风将必须以小于大约0.009m(0.9cm)的距离间隔开,以便满 足半波长间隔要求;对于大多数车辆上安装的麦克风来说,此类严格的设 计限制将非常难以经济地实现。使用相同的假设,频率为500Hz的低频基 带信号的波长为大约0.68m,这产生更易于管理的0.34m(34cm)的阈 值,以满足半波长间隔要求。以这种方式,本方法和***将高频载波的听 不见的益处与低频基带信号的提高的定位精度相结合,以生成用于确定移动设备相对于车辆的位置的调制信号。
图1和2说明了可用于实施所公开方法的车辆移动设备定位***10 、10'的两个可能实施例。虽然相对于***10、10'论述了本文描述的方法 和方法论,但是本领域普通技术人员将理解的是,此类***仅仅是两个实 例,且在许多方面,为了便于解释,已经简化这些附图的示意性框图。当然可以替代地使用其它配置和实施例,这是因为本文描述的车辆移动设备 定位***和方法仅表示可能性中的一些。图1的车辆移动设备定位***10 和图2的车辆移动设备定位***10'是相似的,其中例外的是,***10包 含安装在车辆12***部分处的机械波输入/输出(I/O)设备,而***10' 包含安装在位于车辆12的中心位置处的单个机械波I/O阵列模块22内的 机械波I/O设备。
车辆移动设备定位***10、10'可利用车辆12和移动设备30两者上的 设备、硬件、软件等的不同组合来执行本文描述的方法。根据一个实例, ***10包含电子控制单元(ECU)14、无线通信模块(WCM)16、车辆 ***模块(VSM)18、安装在车辆上的机械波输入/输出(I/O)设备20a-20d 、作为移动设备的一部分的机械波I/O设备32和作为移动设备的一部分的 无线通信模块(WCM)34。VSM 18在本文论述为可在锁定与解锁状态之 间操作的门锁致动器;然而,VSM 18可包含能够与***10相互作用的多 种其它VSM且不限于门锁致动器。
ECU 14可耦合到在车辆中定位的任意数量的设备或组件且与这些设 备或组件相互作用,包含不同的机械波I/O设备20a-20d。如下面更详细地 论述,机械波I/O设备20a-20d中的每一个包含麦克风、扬声器或两者。 ECU 14可通过任何合适的硬线或无线连接(例如,车辆总线、短程无线 通信(SRWC)网络等)通信地耦合到机械波I/O设备20a-20d。根据机械波I/O设备20a-20d是麦克风的实施例,当来自移动设备的调制信号由麦 克风拾取和接收时,表示调制信号的相应输入数据可从各种麦克风发送到 ECU 14。在机械波I/O设备20a-20d是扬声器的另一实施例中,ECU 14可 发送输出数据,输出数据包含用于引导扬声器发射或以其它方式生成相应 机械波的指令。以这种方式,ECU 14可用于接收和处理来自麦克风20a-20d 的输入数据,其可用于以调制的信号指令的形式向扬声器20a-20d发送输出数据,或其可用于两者,这取决于布置。如本文所使用,术语“发射”及 其其它动词形式,当参考机械波或机械波I/O设备使用时,指的是通过介 质(如车辆周围的大气)传播机械波。ECU 14可包含硬件和/或软件组件 的任何合适组合,包含处理器和存储器。列举了几种可能性,处理器可为 能够处理电子指令的任何类型的设备,这些设备包含微处理器、微控制器、主处理器、控制器、车辆通信处理器、通用处理单元(GPU)、加速器 、现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)。该处理器可为仅 用于ECU 14的专用处理器或可与其它车辆***、设备、组件等共用。处 理器可执行各种类型的电子指令,如储存在ECU 14的存储器中的软件和/ 或固件程序,这使得ECU能够执行各种功能。ECU 14的存储器可为非暂 时性计算机可读介质;这些包含不同类型的随机存取存储器(RAM),包 含各种类型的动态RAM(DRAM)和静态RAM(SRAM)、只读存储器(ROM )、固态驱动器(SSD)(包含其它固态存储器,如固态混合驱动器(SSHD ))、硬盘驱动器(HDD)、磁盘或光盘驱动器、或其它以电子方式存储信 息的合适的计算机介质。在一个实例中,ECU 14的处理器执行程序或处 理数据,且ECU的存储器存储程序或其它数据,以便于帮助执行或支持 本方法的至少一部分。
WCM 16是无线通信模块,其使得车辆能够与包含移动设备30的各 种其它设备通信且耦合到ECM 14、VSM 18和/或位于车辆中的任何数量 的其它设备。与机械波I/O设备20a-20d不同,与机械波相反,WCM 16 主要以电磁波的形式发射和接收无线信号,且可以短程无线通信(例如 BluetoothTM、Wi-FiTM等)和/或远程无线通信(例如蜂窝载波、远程信息通信等)的形式发射和接收。在一个实施例中,WCM 16包含短程无线通 信(SRWC)电路,如适用于BluetoothTM、其它IEEE 802.15通信、Wi-FiTM、其它IEEE 802.11通信或其它类似的SRWC通信协议的短程无线通信电 路。在另一实施例中,WCM 16包含能够执行与蜂窝、车辆对车辆或其它 移动网络的通信的远程信息处理单元。车辆12可包含多个WCM 16(尽 管只示出了一个),如SRWC模块和远程信息处理单元两者。尽管WCM 16 示出和描述为与ECU 14分离,但在其它实施例中,WCM可与ECU 14 一起并入到单个模块中。例如,ECU 14可包含第一WCM 16(例如,SRWC 模块),且车辆12可包含单独WCM 16(例如,远程信息处理单元)。
机械波I/O设备20a-d是能够接收机械波(例如麦克风)和/或能够发 射机械波(例如扬声器)的设备或组件。尽管图1中说明了四个设备20a-d ,但车辆12可包含任意数量的机械波I/O设备,且在一些实施例中,车辆 包含多于或少于四个此类设备。如上文已提到,移动设备30可能包含呈 扬声器形式的机械波I/O设备,且车辆12可能包含呈麦克风形式的机械波 I/O设备,或反之亦然。类似地,移动设备30可能包含单个机械波I/O设 备,而车辆12包含多个机械波I/O设备,或反之亦然。只要在移动设备 30与车辆12之间建立了多个定位路径,就可以采用任意数量的机械波I/O 设备组合。
在机械波I/O设备20a-d中的一个或多个是麦克风的实施例中,机械 波通过大气在麦克风处被接收且转换成电子信号,随后可将这些电子信号 作为输入数据发送到ECU14。麦克风可为任何合适类型的麦克风,包含 例如使用振膜接合机械波并移动磁体以生成表示机械波的电信号的动圈 式麦克风。也可以使用其它麦克风,如电容式麦克风和压电式麦克风。麦 克风可为全指向式的、单一指向式的、心型指向式的、双指向式的、枪型 指向式的或以其它方式配置的。麦克风可包含相应的电路,该电路用于在将机械波发送到ECU 14之前对机械波进行采样或数字化,或此类采样可 在ECU处进行。因此,从麦克风发送到ECU14的输入数据可呈模拟或数 字信号的形式。
在机械波I/O设备20a-d中的一个或多个是扬声器的实施例中,ECU 14 以输出数据的形式向扬声器发射电子信号,使得扬声器将输出数据转换成 机械波且通过大气将其发射。可使用任何类型的合适扬声器,包含各种扩 音器。例如,可采用动圈式扬声器,其中振膜根据电信号移动,以便产生 相应的机械波,如下面论述的调制信号。扬声器可包含任何数量或类型的驱动器,如高音扩音器、中音扬声器和/或低音扬声器。扬声器可根据如调制信息或参数的从ECU 14接收到的信息生成机械波或压力波,这将在下 面更详细地论述。从ECU 14发送到扬声器的输出数据可呈模拟或数字信 号的形式。
机械波I/O设备20a-20d的集合称为机械波I/O设备阵列(可为麦克风 阵列或扬声器阵列),且此类阵列的布置、对齐、间隔和/或定向可不同。 在图1的实例中,机械波I/O设备20a-d是分散在车辆12的***部分周围 (例如,在车辆的拐角附近的前保险杠和后保险杠内)的阵列的一部分。 另一方面,在图2的实例中,机械波I/O设备20a-d在一阵列中更紧密,将该阵列封装在单个模块或组装件中,且朝向车辆12的中心定位。当然 ,这只有两种可能性。当确定移动设备相对于车辆的位置时,车辆移动设 备定位方法可使用机械波I/O设备阵列的配置,包含单独设备20a-d之间 的距离和角度。例如,通过知道机械波I/O设备阵列中设备的配置和间距 ,该方法可使用沿着不同定位路径传播的不同机械波的相对相位来确定移动设备相对于车辆的位置。机械波I/O设备阵列的布置、对齐、间隔和/或 定向可由存储在ECU 14(或车辆12的其它VSM)的存储器中的配置数据 表示。特别地,单独机械波I/O设备20a-d中的任两个之间的最大距离(称 为最大I/O设备距离)可用于选择适当基带频率,且应该小于基带频率波 长的一半;因此,最大I/O设备距离和半波长间隔要求是相关的。最大I/O 设备距离可为配置数据的一部分,且可存储在ECU 14的存储器中、移动 设备30的存储器中或两者中。
移动设备30是电子设备,如智能手机或秘钥卡,该移动设备包含机 械波I/O设备32和无线通信模块34。如已解释,机械波I/O设备32可包含扬声器、麦克风或两者,只要与车辆建立至少两个单独定位路径即可。 例如,在图1和2所说明的实施例中,移动设备30包含单个扬声器32, 且车辆12包含四个麦克风20a-d。单个扬声器32可经由四个单独定位路 径24a-d发射呈机械波形式的调制信号,这些机械波在麦克风20a-d的每 一个处被接收,其中每个定位路径24a-d在扬声器32与麦克风20a-d中的 一个之间。假设设备包含多个机械波I/O设备32,以上关于半波长间隔要 求和/或最大I/O设备距离的论述也将适用于移动设备30。
在图3A和3B中说明本方法的实施例,其中图3A描述了用于生成和 发射调制信号的方法200的步骤,且图3B描述了用于接收和处理此类信 号以便相对于车辆定位移动设备的方法300的步骤。步骤200、300的组 合优选在本方法中一起使用。
从步骤210开始,方法接收指示或以其它方式检测发出用以开始发射 调制信号(即,开始该方法)的指示的信号的某一条件或事件。在一个实例中,步骤210可能通过确定最近已经对车辆12和移动设备30进行无线 配对,如经由SRWC协议(例如BluetoothTM),检测具有移动设备30的用 户在附近。在移动设备30用作访问或控制车辆12的密钥的实例中,WCM 34可与WCM 16建立SRWC连接,且可在其间交换认证信息(例如,虚 拟车辆密钥)。一旦认证,车辆12可通知移动设备30其已经被认证,这 可作为开始发射调制信号的指示,换句话说,作为车辆移动设备定位过程 可开始的指示。除了车辆移动设备配对之外,可能使用不同的指示来启动 车辆移动设备定位。方法200继续到步骤220和230。
步骤220和230在本文描述为同时或几乎同时执行。然而,在其它实 施例中,这些步骤可连续执行,如首先执行步骤220且随后执行步骤230 ,或执行步骤230且随后执行步骤220。在步骤220中,获得载波信息且 将其设计成使大多数人听不见的调制信号。在一个实施例中,载波信息包 含载波频率、载波幅度、载波功率和/或待使用的载波的其它参数。当载波 (其为机械波或声波)的频率等于或大于约19kHz时,人类通常听不见该 波。并且,在至少一些实施例中,平均载波频率比平均基带频率大至少三十八倍。在一个实施例中,载波信息存储在位于移动设备30上的存储器 中并从其中获得,但在其它实施例中,如下面所描述,载波信息改变且通 过WCM 34从车辆12、远程设施和/或一些其它来源提供,作为增强的安 全特征的一部分。
在步骤230中,获得基带信号信息且将其设计成使调制信号将能够精 确定位。在一个实施例中,基带信号信息包含基带信号频率、基带信号幅 度、基带信号、基带调制方案、基带中心频率和/或待使用的基带信号的其它参数。当基带信号的频率小于或等于500Hz(例如,在100Hz与500Hz 之间)且满足相应的半波长间隔要求时,方法通常能够精确地确定移动设 备30相对于车辆12的位置。如下面所解释,载波和/或基带信号可具有单 个频率(单音)或多个频率(例如,多音、窄带、宽带等)。如本文所使 用的短语“平均载波频率”和“平均基带频率”分别指在特定信号发射过程中载波和基带信号的平均频率。因此,基带信号具有小于平均载波频率的平 均基带频率的条件意味着,在特定信号发射过程中,基带信号的平均频率 必须小于载波的平均频率。只要基带信号的平均频率在特定信号发射中小 于载波的平均频率,基带信号就可能暂时具有大于相应载波频率的基带频 率且仍然满足先前的条件。如同载波信息一样,基带信号信息可本地存储 在移动设备30中的存储器中,该基带信号信息可经由WCM 34从车辆12 、远程设施和/或一些其它来源无线地获得。
基带信号频率可基于最大I/O设备距离来选择。例如,基带信号频率 fB可选择为满足以下方程:
fB=v/λB,其中λB≥2*dmax
其中v是声音(或机械波)在大气(或其它介质)中的速度,λB是基 带信号长度,且dmax是最大I/O设备距离。如以上所提到,在使用单个扬 声器和多个麦克风的一个实施例中,距离dmax可为麦克风中的任两个(例 如,图1和2中的麦克风20a与20d)之间的最大距离。在使用单个麦克 风和多个扬声器的另一实施例中,距离dmax可为扬声器中的任两个之间的最大距离。并且,在使用多个麦克风且使用多个扬声器的实施例中,距离 dmax可为麦克风中的任两个之间的最大距离和扬声器中的任两个之间的最 大距离中的较大者。至少在一些实施例中,如本领域技术人员将理解,使 用最大I/O设备距离dmax与基带信号长度之间的这种关系能够推导出精确 的到达方向(DOA)。
当生成调制信号时,本方法可利用不同的调制方案。例如,载波可能 用仅具有单个基带频率(即,单个频率或单音基带信号)的基带信号BS来调制。在其它情况下,如当需要额外安全措施或当存在大量背景噪声时 ,载波可用具有变化或改变的基带频率的基带信号(即,多频或多音基带 信号)来调制。在使用多频或多音基带信号的调制方案中,用旋转的基带 信号组来调制载波,这些基带信号根据移动设备30和车辆12两者已知的 调制方案而改变。例如,载波可用第一基带信号(例如单音基带信号BS-single)调制一段时间,随后载波可用第二基带信号(例如窄带基带信号BS-narrow)调制一段时间,且随后载波可用第三基带信号(例如宽带基带信号BS-wide)调制一段时间,随后循环回到第一基带信号并重复该循环。在此类实施 例中,远程设施和/或一些其它来源可提前向移动设备30和车辆12提供载 波信息和/或基带信号信息,从而使得可建立相互已知和一致同意的调制方案。对于单音基带信号BS-single,基带信号信息中可包含单个基带频率fB。 对于如窄带基带信号BS-narrow和宽带基带信号BS-wide的多音基带信号、如带 宽、中心频率、密码等的参数可包含在载波和/或基带信号信息中,且可发 送到WCM 16和/或34。在获得载波信息(步骤220)和基带信号信息(步骤230)之后,方法200继续到步骤240。
在步骤240中,基于基带信号和载波生成调制信号。在一个实施例中 ,使用幅度调制在载波上调制基带信号;然而,在其它实施例中,可替代 地使用其它类型的调制。载波可由以下载波方程限定:
C(t)=cos(2πfct)
其中C(t)是载波方程,fc是载波频率,且t是时间。在至少一些实施例 中,载波频率fc由如以上所论述的载波信息指定。在一个实施例中,如在 使用单音基带信号的情况下,可使用以下基带方程:
B(t)=cos(2πfBt)
其中B(t)是基带信号方程,fB是基带(或调制)频率,且t是时间。当 然,如当多音(例如窄带、宽带)基带信号用于调制时,可使用其它基带 方程。在一个实施例中,当使用多个基带信号(或信号类型)时,基带信 号可在共同载波上和/或使用共同载波频率进行调制。
继续载波方程C(t)和基带方程B(t)的先前实例,可获得表示通过将基 带信号(或波动方程)应用于载波而生成的调制信号MS的调制信号方程 :
X(t)=A(1+Macos(2πfmt))cos(2πfct)
其中,X(t)是调制信号方程,A是载波的幅度,且Ma是基带信号的幅 度。例如调制参数A和Ma可在步骤220和/或230期间获得。根据移动设 备30上的扬声器32用于向车辆12发射调制信号的实例,呈表示期望的 调制信号的输出数据的形式的电信号可由移动设备提供给扬声器用于发 射。
尽管上面描述了使用单音基带信号的幅度调制,但是可使用各种其它 调制技术,这些调制技术使用各种不同的基带信号。例如,仅举了可能性 中的几种,可替代地使用:使用多频基带信号的幅度调制、使用单频基带 信号的频率调制或使用多频基带信号的频率调制。在其它实施例中,可使 用相位调制或其它调制技术。该方法随后继续到步骤250。
在步骤250中,调制信号由一个或多个扬声器发射通过周围的大气。 根据先前的实例,将呈电子信号形式的输出数据发送到移动设备30的扬 声器32,且随后扬声器根据调制信号MS产生机械波或声波。机械波可经 由四个定位路径24a-d由扬声器32发射且在车辆12的麦克风20a-d处接 收。调制信号可在特定的时间量内发射和/或以特定的间隔发射。例如,调 制信号可由扬声器32在等待第二间隔之前的第一间隔内发射,之后,调 制信号可在第一间隔内再次发射。可替代地使用各种其它技术和方案。
在使用多频基带信号的实施例(例如,上面的旋转实例)中,步骤230 到250可针对不同基带信号中的每一个依次执行。例如,可生成并发射三 个依次生成的调制信号,如基于单音基带信号BS-single的第一调制信号(称 为单音调制信号MS-single)、基于窄带基带信号BS-narrow的第二调制信号(称 为窄带调制信号MS-narrow)以及基于宽带信号BS-wide的第三调制信号(称为 宽带调制信号MS-wide)。在此情况下,扬声器可以连续方式发射多个调制信 号。例如,首先,单音调制信号MS-single可在0.1秒内发射,随后窄带调制 信号MS-narrow可在0.1秒内发射,且随后宽带调制信号MS-wide可在0.1秒内 发射。随后,这个过程可重复一定数量的次数,或直到从车辆12(或其它 接收设备)(例如,经由WCM 16和/或34)接收到反馈信号为止。
参考图3B,示出了方法的一部分300,该部分是针对接收调制信号且 使用该调制信号以相对于车辆定位移动设备。方法300优选在方法200之 后执行。在一个实施例中,方法300在车辆12处执行,且更具体地,由 ECU 14和/或机械波I/O设备20a-d(例如,位于车辆上的麦克风)执行。
在步骤310中,在多个麦克风处接收调制信号。如以上所论述,调制 信号可经由机械波从移动设备30的扬声器32发射。如图1和2所说明, 随后经由多个定位路径24a-d在车辆12的麦克风20a-d处接收调制信号 MS。因此,对于每个定位路径n,接收调制信号MS,n。例如,麦克风20a 接收对应于定位路径24a的调制信号MS,1,麦克风20b接收对应于定位路 径24b的调制信号MS,2,麦克风20c接收对应于定位路径24c的调制信号 MS,3,且麦克风20d接收对应于定位路径24d的调制信号MS,4。麦克风20a-d 可将调制信号的声能或机械能转换成呈电信号形式的相应输入数据,电信 号可发射到ECU 14以帮助确定移动设备相对于车辆的位置。
在步骤320中,对接收到的调制信号进行解调。例如,四个调制信号 MS,1到MS,4各自被解调以获得解调信号DS,1到DS,4。可使用各种解调技术。 解调信号DS,1到DS,4表示如在麦克风20a-d中的每一个处观察到的基带信 号BS。在一个实施例中,解调可在每个单独的麦克风20a-d处执行。在另 一实施例中,接收到的调制信号MS,1到MS,4发送到随后可解调这些信号的 ECU 14。可识别如解调信号(或波)的相位或幅度的解调信号的某些特征。 例如,解调信号中的每一个的时间值(例如时间戳)和/或幅度或相位可根 据沿着每个定位路径24a-d解调接收到的调制信号获得。
在可选的步骤330中,解调信号随后可存储在存储器中。在一个实施 例中,解调信号DS,1到DS,4存储在ECU 14的存储器中。在其它实施例中 ,可使用车辆12的另一存储器设备。方法300随后可继续到步骤340。
在步骤340中,处理解调信号以确定移动设备相对于车辆的位置。在 一个实施例中,确定移动设备的位置包含确定移动设备30(或扬声器32 )相对于车辆12(或麦克风阵列22)的到达方向(DOA)。可使用各种处理技术来确定DOA或与信号有关的其它位置特征。例如,解调信号中的 每一个的相位和/或幅度指示特定定位路径的长度(即,在麦克风处接收到 的信号的相位指示扬声器与那个特定麦克风之间的距离,在半波长内;因 此,半波长间隔要求)。通过知道定位路径中的每一个的相对长度以及机 械波I/O设备阵列的配置(即,麦克风中的每一个相对于彼此的位置),可 确定移动设备相对于车辆的位置。在特定实施例中,如本领域技术人员所理解,将MUSIC(多信号分类)技术应用于解调信号DS,1到DS,4,以帮助 确定DOA。方法300随后继续到步骤350。
在步骤350中,确定是否接受在步骤340中做出的确定。在一个实施 例中,尽管可替代地使用其它接受或确认技术,但该方法可将接受阈值应 用于多信号分类分数。当确定接受在步骤340中做出的确定时,方法继续 到步骤360;否则,该方法循环回到步骤340。
在结果不被接受的情况下,可使用下一组解调信号来计算移动设备相 对于车辆的位置。在一个实施例中,可使用下一组单音解调信号DS,1-single到DS,4-single。如以上所提到,在其它实施例中,许多不同的基带信号和/或 调制方案可用于载波的调制,这些不同的基带信号包含单音基带信号、窄 带基带信号和宽带基带信号。步骤340可针对单音解调信号DS,1-single到 DS,4-single执行,且当在步骤350中确定结果不可接受时,可使用窄带解调信 号DS,1-narrow到DS,4-narrow再次执行步骤340。随后,在步骤350中,可确定 基于窄带解调信号DS,1-narrow到DS,4-narrow的位置确定结果是否可接受,且如 果不可接受,则可使用宽带解调信号DS,1-wide到DS,4-wide来执行步骤340。可 选的这个过程可重复进行,直到结果被接受为止。
在步骤360中,执行车辆动作或功能。在确定移动设备30(以及因此 用户)正在接近车辆12且靠近如右后乘客门的特定车门的一种情况下, 步骤360可解锁和/或打开右后乘客门。在另一实施例中,方法可确定移动设备30(以及因此用户)在车辆的后备箱附近,且作为响应,步骤360可 以预期的方式自动解锁和/或打开后备箱。例如,ECU 14可向VSM 18发 送命令或其它电子信号,指示其解锁和/或打开一个或多个车门、后备箱等。 此类特征在汽车共享型应用中特别有用,其中用户正在停车场或具有大量 其它车辆(可能具有相同的品牌和型号)的停车结构中寻找不熟悉的车辆 ,从而使得该方法帮助相对于所查询的车辆定位用户并采取一些类型的附 加动作来帮助用户识别车辆。在另一实例中,一旦移动设备30(以及因此 用户)被定位并被认为朝向车辆或相当靠近车辆,ECU 14就会向车辆上 的视觉和/或听觉设备(例如灯、喇叭等)发送命令并指示视觉和/或听觉设备通知用户该用户与车辆非常接近。在另一实施例中,ECU 14可基于 如用户接近度或位置的参数来选择待执行的特定车辆动作。各种其它车辆 动作也是可能的,这是因为该方法不限于任何特定的一个或多个车辆动作。
在其它实施例中,方法的部分200可由车辆12执行且该方法的部分 300可由移动设备30执行。例如,车辆12的机械波I/O设备20a-d可为扬 声器且移动设备30的机械波I/O设备32可为麦克风。在此类情况下,车 辆12可从四个扬声器中的每一个生成并发射调制信号MS。随后,移动设 备30的麦克风可经由不同的定位路径24a-d接收信号中的每一个。随后,移动设备30可对信号进行解调且执行方法300的其它步骤。在另一实例 中,移动设备30可包含多个麦克风且车辆12可包含单个扬声器以创建多个定位路径。在其它实施例中,多个扬声器和多个麦克风可用于建立多个 通信路径。
参考图4,示出了可与先前描述的车辆移动设备定位***和方法结合 使用的通信***100。通信***100包含车辆移动设备定位***10,加上 远程设施50和蜂窝载波***60。蜂窝载波***60可为用于远程无线电通 信的多种蜂窝***中的任何一种且描述为包含可与车辆12和/或移动设备 30通信的两个蜂窝塔62a、b。除了上面所描述的机械波I/O设备(即扬声器和麦克风),车辆12可选地包含两个WCM 26、28,且移动设备可包含 两个WCM36、38。
WCM 26、36是短程无线通信(SRWC)设备,其利用电磁信号而不 是机械波或声波来执行如上面论述的那些的各种SRWC。车辆12的SRWC 设备26示出为包含在ECU 14中;然而,在其它实施例中,SRWC设备 26可定位为单独VSM的一部分。WCM 28、38是远程无线电通信设备, 且在至少一些实施例中,包含用于执行与蜂窝载波***60的蜂窝通信的 蜂窝芯片组(或其它合适的电路)。例如,WCM 28可为车辆远程信息处 理单元。在一个实施例中,移动设备30可下载并安装使得执行方法步骤 中的至少一些的计算机指令(或应用程序)。
参考图5,示出了相对于车辆定位移动设备的方法400的实施例。在 一个实施例中,方法400可响应于由车辆用户建立的汽车共享预订来执行。 汽车共享预订可使车辆用户能够获得凭证(或认证信息),其使得车辆用户的移动设备30能够访问和/或控制车辆12。其它实施例当然是可能的。
在步骤410中,认证信息和调制信息从远程设施发射到车辆。认证信 息可为虚拟车辆密钥、用户信息和/或可用于认证和/或授权车辆用户访问和/或控制车辆12的其它信息。调制信息可为如以上所论述的载波信息和/ 或基带信号信息(见方法200的步骤220和230(图3A))。在一个实施例 中,认证信息和调制信息由远程设施50分别提供给车辆和移动设备上的WCM 28、38。例如,移动设备的远程信息处理单元28和WCM 38可使 用蜂窝载波***60与远程设施50处的服务器建立连接。远程服务器(即 ,远程设施50处的服务器)随后可提供认证信息和调制信息。一旦在远 程信息处理单元26处接收到认证信息和调制信息,可将认证信息和调制 信息发送到ECU 14。
步骤410和420在本文描述为同时执行。然而,在其它实施例中,这 些步骤可连续执行,如首先执行步骤410且随后执行步骤420,或执行步 骤420且随后执行步骤410。在步骤420中,将认证信息和调制信息提供 给移动设备30。在一个实施例中,经由与远程设施50处的远程服务器的 连接将认证信息和调制信息提供给移动设备30。例如,使用蜂窝载波***60向移动设备提供认证信息和调制信息。在另一实施例中,认证信息可从 远程设施50发送到移动设备30,且随后,当移动设备30由车辆12经由 认证信息认证时,车辆12和移动设备可建立SRWC连接(步骤430)。此 后,使用安全SRWC连接,可将调制信息传送到移动设备30。反之亦然;车辆12只能接收认证,而移动设备30接收认证信息和调制信息两者。 此后,移动设备30可经由安全SRWC连接向车辆12发送调制信息。
在步骤430中,车辆认证移动设备。认证信息可用于认证移动设备30 以用于访问和/或控制车辆12。在一个实施例中,车辆12可使用SRWC设 备26来检测移动设备30的存在,且随后,移动设备30和车辆12可建立 安全SRWC连接。在建立安全SRWC连接之后,移动设备30可向车辆12 发送认证信息的至少部分,车辆随后可确定是否认证移动设备30和/或是否授权移动设备30访问和/或控制车辆。当确定移动设备未由车辆认证(例 如,移动设备30不可信,移动设备30未被授权)时,方法400结束。否 则,方法400继续到步骤440。
在步骤440中,执行车辆移动设备定位过程。在一个实施例中,方法 200和/或300可由车辆移动设备定位***10来执行。例如,在一个实施 例中,移动设备30可使用一个或多个扬声器32(图1和2)来发射调制 信号,随后可在车辆12的一个或多个麦克风20a-d(图1和2)处接收该 调制信号。调制信号可包含15kHz或更高的载波频率,从而使得该信号至 少对一些个体而言是听不见的。一旦移动设备30相对于车辆12定位,就 可执行车辆动作,如以上所提到的任何动作。随后方法400结束。
应理解,前述描述不是对本发明的限定,而是对本发明的一个或多个 优选示例性实施例的描述。本发明不限于本文公开的特定实施例,而是仅 由下面的权利要求书限定。此外,除非在上面明确地限定术语或短语,否 则前述描述中所含有的陈述涉及特定实施例且不应解释为对本发明的范 围或权利要求书中使用的术语的限定的限制,。对于本领域技术人员来说 ,各种其它实施例和对所公开的实施例的各种改变和修改将变得显而易见。例如,步骤的特定组合和顺序仅仅是一种可能性,这是因为本方法可包含 具有比这里所示的步骤更少、更多或与这些步骤不同的步骤的组合。所有 此类其它实施例、变化和修改旨在落入所附权利要求书的范围内。
如在本说明书和权利要求书中所使用,当与一个或多个组件或其它项 目的列表结合使用时,术语“例如(for example)”、“例如(e.g.)”、“例如 (for instance)”、“如(such as)”和“类似(like)”以及动词“包括”、“具 有”、“包含”和这些动词的其它动词形式皆解释为开放式的,这意味着不应 认为该列表排除了其它附加组件或项目。除非其它术语在需要不同解释的 上下文中使用,否则这些术语应使用其最广泛的合理含义进行解释,。此 外,术语“和/或”应解释为包含的或。作为实例,短语“A、B和/或C”包含 :“A”;“B”;“C”;“A和B”;“A和C”;“B和C”;以及“A、B和C”。

Claims (8)

1.一种相对于车辆定位移动设备的方法,所述方法包括以下步骤:
从载波和基带信号生成调制信号,其中,所述调制信号是机械波,所述载波具有平均载波频率且所述基带信号具有小于所述平均载波频率的平均基带频率;
使得所述调制信号从位于所述车辆上的至少两个扬声器发射,所述至少两个扬声器之间的距离小于所述平均基带频率波长的一半;
使得从所述扬声器发射的所述调制信号经由多个定位路径在位于所述移动设备上的一个或多个麦克风处被接收;
解调在所述多个定位路径中的每一个定位路径的所述麦克风处接收到的所述调制信号,以获得多个解调信号;以及
处理所述多个解调信号以基于所述基带信号确定所述移动设备相对于所述车辆的位置;
其中,所述调制信号的听觉特性对应于所述载波,并且所述调制信号的定位特性对应于所述基带信号。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述处理步骤使用由于不同定位路径导致的所述多个解调信号的相位的差异来确定所述移动设备相对于所述车辆的所述位置。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述生成步骤包含生成多个调制信号,所述多个调制信号具有共同载波频率和多个不同的基带频率。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述方法进一步包含通过一组调制方案旋转来生成所述多个调制信号。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述方法进一步包含确定是否接受使用对应于第一基带频率类型的所述解调信号确定的所述位置,且当确定不接受使用对应于所述第一基带频率类型的所述解调信号确定的所述位置时,使用对应于第二基带频率类型的其它解调信号执行所述确定步骤。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,从以下列表中选择的至少一条载波信息或基带信号信息由远程设施无线地提供给移动设备和/或所述车辆:载波频率、载波幅度、基带频率、窄基带范围、宽基带范围、基带幅度或调制方案。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述至少一条载波信息或基带信号信息由远程设施响应于汽车共享或汽车租赁预订而无线地提供给移动设备和/或所述车辆,且所述方法进一步包含通过使得认证信息经由短程无线通信(SRWC)从所述移动设备发射到所述车辆来认证所述车辆处的所述移动设备。
8.一种车辆移动设备定位***,包括:
至少两个机械波输入/输出(I/O)设备,安装在车辆上,所述至少两个机械波输入/输出设备之间的距离小于平均基带频率波长的一半;
电子控制单元(ECU),安装在所述车辆上且通信地耦合到所述至少两个机械波输入/输出设备,所述电子控制单元包含处理器和存储计算机指令的存储器;
其中,当由所述电子控制单元的所述处理器结合存储在移动设备上的计算机指令执行时,所述计算机指令使得所述车辆移动设备定位***:
使用安装在所述车辆上的所述至少两个机械波输入/输出设备经由多个定位路径发射调制信号,其中,所述发射的调制信号由载波和基带信号生成并且是机械波,所述载波具有平均载波频率,且所述基带信号具有小于所述平均载波频率的所述平均基带频率;或
在安装在所述车辆上的所述至少两个机械波输入/输出设备处经由多个定位路径接收调制信号,其中,所述接收到的调制信号由载波和基带信号生成并且是机械波,所述载波具有平均载波频率,且所述基带信号具有小于所述平均载波频率的所述平均基带频率;且
其中所述车辆移动设备定位***解调所述多个定位路径中的每一个定位路径的所述调制信号,以获得多个解调信号,且随后处理所述多个解调信号,以基于所述基带信号确定移动设备相对于所述车辆的位置;
其中,所述调制信号的听觉特性对应于所述载波,并且所述调制信号的定位特性对应于所述基带信号。
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