CN107276130A - 用于无线钥匙扣和交互系统的信号识别 - Google Patents

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CN107276130A CN201710248861.5A CN201710248861A CN107276130A CN 107276130 A CN107276130 A CN 107276130A CN 201710248861 A CN201710248861 A CN 201710248861A CN 107276130 A CN107276130 A CN 107276130A
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Abstract

本发明涉及用于无线钥匙扣和交互系统的信号识别。一种用于车辆的无线充电系统。该系统包括无线电力发射器、与无线电力发射器相关联的检测器装置、和与该无线电力发射器相关联地操作的控制器。控制器使用检测器装置来感测是否存在车辆控制信号，如果存在车辆控制信号则停止从无线电力发射器至接收装置的电磁能的传输，并且在预定时间段之后继续从无线电力发射器至接收装置的电磁能的传输。

Description

用于无线钥匙扣和交互系统的信号识别
本申请是于2014年4月25日进入中国国家阶段的、PCT申请号为PCT/CA2012/000985、国际申请日为2012年10月25日、中国申请号为201280052825.7、发明名称为“用于无线钥匙扣和交互系统的信号识别”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于无线电子充电单元的控制系统。
背景技术
针对汽车环境，诸如针对例如蜂窝电话、膝上型计算机和闪光灯的装置的再充电电池，已经开发了无线充电系统。然而，这些系统可以干扰诸如用于遥控进入和车辆启动的钥匙扣的其他车辆系统所需要的信令。
发明内容
诸如遥控进入或启动系统的关于车辆的基于遥控的系统通常包括遥控装置，下文称为钥匙扣，其与特定车辆通信。当：(1)接收钥匙扣与该车辆离得很近，(2)门打开，或者(3)该车辆启动按钮被按下时，这些系统在该车辆发射车辆控制信号的前提下操作。钥匙扣本身是信号接收器，其被调谐到该车辆的被发射的信号。通常，车辆控制系统发射通过钥匙扣接收的信号，并且该钥匙扣将信号发送回，以确认来自该车辆的信号的接收。在某些情形下，钥匙扣通过将信号发射到车辆可以发起通信，例如解锁车辆的车门或者启动发动机。虽然本文的讨论集中在涉及无钥匙点火的车辆控制信号，但是这些基本原理应用到诸如车门的锁定或解锁的无线钥匙扣的其他使用。
通常，车辆控制和钥匙扣信号与来自无线充电器的信号相比相对较弱。无线充电信号也相对地接近车辆信号和钥匙扣被安装以接收的调谐频率。因为该钥匙扣获得来自有效地压制钥匙扣系统的能力的无线充电器的感应信号，以持续处理所需要的信号和允许适当的车辆操作。
为了防止无线充电频率引起该过电力信号，必需开发一种装置以检测两种系统的操作，但是优先关闭无线充电器尽可能短的一段时间。以这种方式，可以保持车辆的操作，同时将无线电力充电时间最大化。
因此，在一个实施例中，本发明提供了用于车辆的无线充电系统。该系统包括无线电力发射器、与无线电力发射器相关联的检测器装置、以及与无线电力发射器相关联地操作的控制器。该控制器使用检测器装置来感测是否存在车辆控制信号，如果存在车辆控制信号，则停止将电磁能从无线电力发射器到接收装置的传输，并且在预定时间段之后，继续电磁能从无线电力发射器至接收装置的传输。
本发明的其他实施例中，提供了一种控制车辆中的无线充电系统的方法。该方法包括以下步骤：使用与无线电力发射器相关联的检测器装置来感测是否存在车辆控制信号；如果存在车辆控制信号，则停止将电磁能从无线电力发射器到接收装置的传输；并且在预定时间段之后，继续电磁能从无线电力发射器至接收装置的传输。
考虑详细描述和附图，本发明的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1示出了具有无线充电系统的车辆。
图2示出了可以通过无线充电系统的检测器装置测量的一系列电磁信号的类型。
图3示出无线充电系统的框图。
图4和5示出用于确定是否正在发射钥匙扣信号和/或车辆控制信号的电路的组件。
图6示出用于确定是否正在发射钥匙扣信号和/或车辆控制信号的电路的组件。
图7A-7C示出来自具有车辆控制信号检测机制的无线充电系统的示波器迹线。
图8A-8F示出来自具有车辆控制信号检测机制的无线充电系统的示波器迹线。
具体实施方式
在详细描述本发明的任何实施例之前，应该注意的是，本发明不限于下文所描述或在附图中示出的构造细节和组件的布置。本发明能够以各种方式实施或执行其他实施例。
一些车辆100目前设有无线充电系统110，以将例如便携式电子装置的接收装置120再充电，便携电子装置具有诸如蜂窝电话、膝上型计算机、平板计算机、或闪光灯(图1)的可再充电电池。可以是车辆100的原始设备或售后附加组件的无线充电系统110通常包括具有嵌入其下以促进接收装置120的感应充电的线圈114的充电表面112，其中接收装置120本身具有线圈，该线圈被设计成接收从无线充电系统110的线圈114发出的电磁能。可以是板或盘的充电表面112可以安装在车辆的仪表板上、在前和/或后座之间的控制台上、在扶手上、在手套箱上、或在车辆内的任何其他位置(图1)。
许多车辆100也设有钥匙扣130或提供无线无钥匙进入和点火系统的其他装置(图1)。这些车辆包括车辆控制系统140，其与钥匙扣130通信以激活无钥匙进入和无钥匙点火系统。在一些车辆100中，车辆控制系统140检测钥匙扣处于车辆100的附近并且自动将这些车门解锁或者当车门把手上或附近的感测器被接触时将该车门解锁时，同时钥匙扣130在车辆外面的附近。当钥匙扣130在车辆100内部时(即，当驾驶员进入该车辆同时握着钥匙扣)，车辆控制系统140随后允许无钥匙点火系统操作，例如假定钥匙扣130在车辆内部，当按钮被按下时启动车辆的发动机。
通常，钥匙扣130包括电子识别电路和天线以及用于与车辆控制系统140通信的发射器和天线。钥匙扣130可以具有促进识别电路的操作以及与车辆控制系统140通信的内部电池，或者钥匙扣130不具有内部电源，并且替代地依靠捕获来自车辆控制系统140的通信信号的能量，以在与车辆控制系统140短暂通信期间向钥匙扣130提供电力。
将无线充电系统10引进汽车环境的潜在问题是，将电力传递到接收装置120的通过无线充电系统110发出的电磁能也可能干扰诸如上述无钥匙遥控进入系统或点火系统的车辆100中的关键系统的操作。
因此，本发明提供了用于在车辆中控制无线充电系统的方法和系统，以便消除无线充电系统和车辆控制系统之间的干扰。
在一个实施例中，用于车辆的无线充电系统包括无线电力发射器、与无线电力发射器相关联的检测器装置、接收装置、和与无线电力发射器相关联的控制器。在各种实施例中，控制器被配置成将电磁能从无线电力发射器发射到接收装置，并且使用检测器装置来感测是否存在车辆控制信号。如果控制器检测到存在车辆控制信号，则该控制器停止将电磁能从无线电力发射器至接收装置的传输，并且在预定时间段之后，继续电磁能从无线电力发射器至接收装置的传输。
在一些实施例中，为了感测是否存在车辆控制信号，该控制器可以被配置成测量车辆内的电磁信号，识别电磁信号内的至少一个信号分量，并且确定至少一个信号分量是否包括车辆控制信号。
例如，图2示出了检测器装置将测量的一系列电磁信号的类型。图2的顶行示出了将通过无线电力发射器发出的典型信号，其被描述为具有频率f1和幅度‘a’的连续正弦信号1。图2的中间行示出了通过车辆控制系统发出的典型信号，其被描述为具有频率f2和幅度‘b’的间歇正弦信号。车辆控制信号持续时间可以为几十至几百毫秒短暂，并且该频率可以在90-150kHz的范围。图2的底行示出了来自无线电力发射器加车辆控制系统的信号(标为f1+f2)的组合，其可以当车辆控制系统在与无线电力发射器相同的时间激活时通过检测器装置测量。在图2中示出的示例中，在时间段t1和t3期间，仅存在来自无线电力发射器的信号，而在时间段t2和t2-1期间，存在来自无线电力发射器和车辆控制系统的信号。在时间段t2和t2-1期间组合的信号可以不相同，因为在与时间段t2-1相比的时间段t2中来自无线电力发射器和车辆控制系统的信号具有彼此不同的相位。
为了确定在任何给定时间该车辆控制系统是否发送信号，有必要分辨诸如在图2的底行中示出的信号，以识别单个信号分量。在一个实施例中，这通过将来自检测器装置的信号输入到被调谐到与来自车辆控制系统和/或钥匙扣的信号的频率相对应的频率的电路，以便识别特定频率(或者频率范围)的信号何时存在于被测量的信号(图4、图5)中。在另一实施例中，来自检测器装置的信号使用其将该信号分离成分量频率的软件程序(例如：通过将该数据转化成频域并且分析该频谱)被数字化和分析，并且识别与车辆控制信号相对应的一个或多个分量。在图2中示出的示例中，在点tp1处可以检测来自无线电力发射器的信号。另一方面，车辆控制信号的检测点tp2可以是在表示从f1和f2在点tp3处开始组合的时间所开始的滞后时间的时间段t4处。
当将来自无线电力发射器的信号在图2中示出为具有带有单个频率的规律的正弦图案，在一些实施例中，该信号可能不具有固定的频率并且也可能具有不同于正弦的图案。在该情形下，可以提供参考信号(例如，作为来自无线电力发射器的输出提供)，以便使得容易识别与无线电力发射器相对应的分量。在一个实施例中，使用参考信号，可以将来自无线电力发射器的信号分量从通过检测器装置所测量的组合信号减去(使用电路或是使用基于软件算法)，以便识别车辆控制信号。
一旦已经确定车辆控制系统尝试与钥匙扣通信，该无线电力发射器停止预定时间量。该时间数量通常为约几秒钟，例如2-5秒，并且通过车辆控制系统完成例如启动车辆的点火的操作所需要的时间段确定。
以多种不同方式可以停止无线电力发射器。通过停止供应到控制无线充电系统的微处理器的电力或者通过直接停止提供到无线充电系统的主电力，可以中断到无线电力发射器的电力，或者可替选地通过将信号发送到无线电力发射器，无线电力发射器进而使用内部控制逻辑，来关闭输出电力传输。
图3示出无线充电系统300的实施例的框图。系统300包括车辆信号传感器310，其测量车辆控制信号305并且将其发送到信号预处理/放大模块320。信号预处理/放大模块320进而将该信号发射到信号管理模块330。信号管理模块330将一个或多个信号发送到车辆系统确定模块340，其可以采用调谐电路(图4、5)或者软件程序，用于识别被接收的车辆控制信号和/或无线充电系统的特定分量，以确定车辆控制信号305是否被激活。信号管理模块330包括作为额外输入的参考信号350和无线充电器电力信号频率信号360。如果车辆系统确定模块340确定车辆控制信号305被激活，则车辆系统确定模块340通过控制主电力输入370和无线充电控制器380中的一个或两个，停止无线充电预定时间量。无线充电系统的模块通过控制器390控制，其包括微处理器、存储器、和数据存储器，以及输入和输出能力。此外，每个模块可以包括其自己的本地控制器。
在一些实施例中，包括车辆信号传感器310(或者检测器装置)的无线充电系统300被设置在壳体中。在一个实施例中，信号传感器310与无线充电系统的其他组件位于印刷电路板上。在各种实施例中，壳体在一个或多个侧上包括护罩，以通过车辆信号传感器310最小化无线充电信号的接收。在一个特定实施例中，无线充电系统300的发射器线圈被罩住，并且车辆信号传感器310位于无线电力发射器的发射器线圈的护罩之下。在又其他实施例中，车辆信号传感器310包括一个或多个(例如，两个或三个轴)定向天线，该天线布置成最大化车辆控制信号305的接收并且进一步限制被检测的无线充电信号的量，从而增强车辆控制信号305的检测。
在各种实施例中，本发明包括控制车辆中的无线充电系统的方法。在特定实施例中，通过与无线电力发射器的控制器相关联的微处理器执行该方法的一个或多个步骤。
在图6中示出了用于检测来自钥匙扣或车辆控制系统的信号的电路的另一实施例。在一个特定实施例中，将钥匙扣接收线圈集成到在充电线圈附近和与充电线圈对准的无线充电系统。例如，无线充电系统的组件可以包括：从顶部到底部：具有铁氧体板的充电线圈；铜板(例如，0.74mm厚)，其稍微大于铁氧体板(例如，在每侧上可以突出5mm)；控制器或其他电路板；以及钥匙扣接收线圈，其近似对准充电线圈。在一个实施例中，钥匙扣接收线圈是来自Premo(西班牙)的三轴应答器电感器，型号3DC1515，尽管其他适当的线圈组件也能够被使用。
在一个实施例中，从已经集成到无线充电系统的钥匙扣接收线圈(即，用于检测钥匙扣信号的接收线圈)获得图6的电路的输入Vin。该信号首先通过高通滤波器、然后放大器、然后比较器。在一个实施例中，虽然其他频率也有可能，但是高通滤波器具有大约118kHz的截止频率。随后如果车辆控制系统的活动被检测，则比较器的输出触发单稳态触发器(在图6中标为“延迟电路”)。在一个实施例中，无线充电系统发出具有110kHz的频率的信号，同时车辆控制系统发出具有125kHz频率的信号。在比较器中将来自钥匙扣接收线圈的信号与诸如110kHz信号的参考信号进行比较(在图6中作为可调节的分压器R6示出)，以便确定车辆控制信号是否生成信号。当通过无线充电系统生成的110kHz信号将不超过参考信号电平时，当无线充电系统和车辆控制系统都在操作时通过钥匙扣接收线圈所检测的混合信号，将超过参考信号电平，并且结果将触发单稳态触发器。在单稳态触发器被激活之后，该输出被馈送通过光耦合器(以防止与无线电力发射器的直接电连接)，至切断充电电路的开关(图6)。当被触发时，单稳态触发器提供“封锁”数秒钟(例如，3-10秒)，其通常将在钥匙扣探询周期的剩余时间内封锁无线充电系统。
通常，存在从车辆控制系统开始发送信令的时间直至单稳态触发器被触发(即，钥匙扣接收线圈检测车辆控制系统信号)的延迟，以及直至无线充电系统中的发射线圈停止发射电能的附加延迟。假定车辆控制系统信号仅在短暂时间段内被发射，将延迟时间最小化以便无线充电系统被尽快切断是非常重要的。如果无线充电系统未被很快关闭，则在动作(例如启动车辆)完成之前，车辆控制系统信号(例如，到钥匙扣或来自钥匙扣)可以结束。因此，为了减少磁场衰弱所花费的时间量，以及因此消除从无线充电系统散发的能量所需要的时间量，利用电阻器(其可以具有零ohm的值)可以短路无线充电系统的发射器线圈。
图7A-7C示出来自具有车辆控制信号检测机制的无线充电系统的一个实施例的示波器迹线。在图7A-7C中的每一个中，顶部(CH1)与单稳态触发器的输出相对应，中部(CH2)与来自钥匙扣接收线圈的信号相对应，并且底部(CH3)是来自安装在远离无线充电系统的位置中的钥匙扣接收线圈的信号，其中远程安装的钥匙扣接收线圈被用作参考，以监控不依赖来自无线充电系统的信号的来自车辆控制系统的信号。
如图7A中所描述，每个迹线的左手部分与从车辆控制系统发送信令的开始相对应(称为“钥匙扣通信的开始”)。下一阶段是钥匙扣信号的检测，如通过逐步减少来自单稳态触发器的CH1信号来表示。最终，无线充电系统的发射线圈被失活并且停止发射，如当CH2的后部分相似于仅与车辆控制系统信号相对应的CH3信号时可以看出。
图8A-8F示出了来自具有车辆控制信号检测机制的无线充电系统的实施例的示波器迹线。在图8A-8F中的每一个中，顶部(CH1)与来自钥匙扣接收线圈的信号相对应，中部(CH2)与控制无线充电系统的发射线圈的信号相对应，并且底部(CH3)与单稳态触发器的输出相对应。每个迹线中的垂直虚线表示无线充电系统的发射线圈的电力何时关掉(左手垂直虚线)和来自该线圈的信号何时停止(右手垂直虚线)。在图8A-8F的实施例中，检测车辆控制信号需要大约100微妙，而直至完成来自无线充电系统的线圈的信号的停止的时间从大约900微秒至大约5毫秒变化。该变化性与接收器上的负载相关联(即，诸如蜂窝电话或其他装置中的可再充电电池的接收装置)，其中接收器上的5瓦特负载，导致直至完成来自无线充电系统的线圈的信号的停止的最短时间(大约900微秒)，同时当该接收器上不存在负载时可以观察到最长时间(大约5毫秒)。在没有受理论限制的情形下，有可能具有更高负载的接收器吸收来自发射线圈的信号，并且因此帮助该磁场快速衰弱。因此，在各种实施例中，当车辆控制信号被检测时该发射线圈被短路，以便促进该磁场更加快速的衰弱。
因此，除了其他方面之外，本发明提供了用于在车辆中控制无线充电系统的方法和系统。在所附权利要求中将描述本发明的各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种控制车辆中的无线充电系统的方法，包括：
开始电磁能从无线电力发射器至接收装置的无线传输；
在电磁能从所述无线电力发射器至所述接收装置的所述无线传输期间，测量所述车辆内的电磁信号；
在所述电磁信号中检测车辆控制信号；并且
当在所述电磁信号中检测到所述车辆控制信号时，停止电磁能从所述无线电力发射器至所述接收装置的所述无线传输，
其中，所述车辆控制信号操作从由遥控进入系统和启动系统组成的组中选择至少一个车辆系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，停止电磁能从所述无线电力发射器至所述接收装置的所述无线传输包括使所述无线充电系统的发射器线圈短路。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述电磁信号中检测所述车辆控制信号包括：
在所述电磁信号中识别信号分量，
确定所述信号分量是否包括所述车辆控制信号，以及
至少部分基于所述信号分量，在所述电磁信号中检测所述车辆控制信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述电磁信号中识别所述信号分量包括将所述电磁信号输入到被调谐至所述车辆控制信号的频率的电路。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述电磁信号中识别所述信号分量包括从所述电磁信号减去参考信号，其中，所述参考信号对应于电磁能的所述无线传输。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述电磁信号中检测所述车辆控制信号包括：
使用高通滤波器对所述电磁信号进行滤波，以产生经滤波的电磁信号，以及
将所述经滤波的电磁信号与参考信号比较，
其中，所述参考信号对应于电磁能的所述无线传输。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述高通滤波器的截止频率大于电磁能的所述无线传输的频率，并且其中，所述高通滤波器的截止频率小于所述车辆控制信号的频率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述电磁信号中检测所述车辆控制信号包括：
使用带通滤波器对所述电磁信号进行滤波，以产生经滤波的电磁信号，以及
将所述经滤波的电磁信号与参考信号比较，
其中，所述参考信号对应于电磁能的所述无线传输。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述带通滤波器到被调谐至所述车辆控制信号的频率。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在从所述电磁信号中检测到所述车辆控制信号起经过预定时间段之后，继续电磁能从所述无线电力发射器至所述接收装置的所述无线传输。
11.一种用于车辆的无线充电系统，包括：
无线电力发射器；
车辆信号检测器；以及
控制器，所述控制器开始电磁能从所述无线电力发射器至接收装置的无线传输；在电磁能从所述无线电力发射器至所述接收装置的所述无线传输期间，测量所述车辆内的电磁信号；在所述电磁信号中检测车辆控制信号；并且当在所述电磁信号中检测到所述车辆控制信号时，停止电磁能从所述无线电力发射器至所述接收装置的所述无线传输，
其中，所述车辆控制信号操作从由遥控进入系统和启动系统组成的组中选择的至少一个车辆系统。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述无线电力发射器包括充电线圈，并且其中，所述控制器当在所述电磁信号中检测到所述车辆控制信号时使所述充电线圈短路。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述控制器：
在所述电磁信号中识别信号分量，
确定所述信号分量是否包括所述车辆控制信号，以及
至少部分基于所述信号分量，在所述电磁信号中检测所述车辆控制信号。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述控制器包括被调谐至所述车辆控制信号的频率的电路，并且其中，所述控制器通过将所述电磁信号输入到所述电路来在所述电磁信号中识别所述信号分量。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述控制器通过从所述电磁信号减去参考信号来在所述电磁信号中识别所述信号分量，其中，所述参考信号对应于电磁能的所述无线传输。
16.根据权利要求11所述的系统，其中，所述控制器包括：
高通滤波器，所述高通滤波器对所述电磁信号进行滤波，以产生经滤波的电磁信号，以及
比较器，所述比较器将所述经滤波的电磁信号与参考信号比较，
其中，所述控制器至少部分基于所述比较器的输出，在所述电磁信号中检测所述车辆控制信号，并且
其中，所述参考信号对应于电磁能的所述无线传输。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述高通滤波器的截止频率大于电磁能的所述无线传输的频率，并且其中，所述高通滤波器的截止频率小于所述车辆控制信号的频率。
18.根据权利要求11所述的系统，其中，所述控制器包括：
带通滤波器，所述带通滤波器对所述电磁信号进行滤波，以产生经滤波的电磁信号，以及
比较器，所述比较器将所述经滤波的电磁信号与参考信号比较，
其中，所述控制器至少部分基于所述比较器的输出，在所述电磁信号中检测所述车辆控制信号，并且
其中，所述参考信号对应于电磁能的所述无线传输。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述带通滤波器到被调谐至所述车辆控制信号的频率。
20.根据权利要求11所述的系统，其中，所述控制器在从所述电磁信号中检测到所述车辆控制信号起经过预定时间段之后，继续电磁能从所述无线电力发射器至所述接收装置的所述无线传输。
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