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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer mobilen Vorrichtung in Bezug auf ein Fahrzeug sowie ein System, welches zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
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Bei der Verwendung von Fahrzeugen, wie zum Beispiel Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeugen, wie zum Beispiel Gabelstapler oder Reinigungsfahrzeuge, kann es erforderlich sein, eine Position eines Benutzers des Fahrzeugs außerhalb des Fahrzeugs zu bestimmen, damit beispielsweise ein autonom fahrendes Fahrzeug zu dem Benutzer fährt oder dem Benutzer folgt, oder um Türen oder sonstige Zugangsöffnungen zu dem Fahrzeug zu öffnen, zu schließen oder zu entriegeln. Systeme, welche für diesen Zweck eine globale Positionsbestimmung beispielsweise mittels einer satellitengestützten Positionsbestimmung (GPS) von Fahrzeug und Bedienperson verwenden, sind verhältnismäßig aufwändig zu realisieren, bieten nur eine beschränkte Genauigkeit und sind insbesondere in Straßenschluchten oder geschlossenen Gebäuden, wie zum Beispiel Parkhäusern, aufgrund der dadurch niedriger werdenden GPS-Lösungsgüte bzw. Genauigkeit nur eingeschränkt verwendbar.
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In diesem Zusammenhang ist aus der
WO 2009/109575 A1 ein passives drahtloses Zugangssystem mit einem Ortungssystem offenbart. Das System weist einen zu ortenden Identitätsgeber mit einem Messaufnehmer für eine dreidimensionale Erfassung von elektromagnetischen Feldstärken im Langwellenbereich auf. Ein Messaufnehmer erfasst die elektrische Feldstärke in drei Raumkoordinaten von einer jeweils sendenden Antenne. Beim Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts wird ein Zugang freigegeben, wenn sich eine zugangsberechtigte Person bzw. ihr Identitätsgeber in einer entsprechenden Erfassungsposition befindet.
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Die
DE 10 2004 059 179 A1 betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung einer Sende- und Empfangseinrichtung, eines so genannten ID-Gebers. Von einer Basisstation wird ein Anfragesignal mit wenigstens einer vordefinierten Schwellwertinformation für den ID-Geber ausgesandt und dieses Anfragesignal wird im Empfangsfall von dem ID-Geber empfangen. Die Feldstärke des Anfragesignals wird gemessen und mit der wenigstens einen vordefinierten mitübertragenen Schwellwertinformation verglichen. In Abhängigkeit des Vergleichs wird von dem ID-Geber ein entsprechendes Antwortsignal ausgesendet.
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Die
DE 10 2007 017 188 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Sichern und Entsichern eines Kraftfahrzeugs gegen Zutritt und/oder Benutzung durch Unbefugte. Die Vorrichtung umfasst einen beweglichen von einem Benutzer mitführbaren Identifikationsgeber und eine mit dem Fahrzeug verbundene Sende-/Empfangsanordnung. Die Sende-/Empfangsanordnung weist den Innenraum und/oder Teile des Außenraums des Kraftfahrzeugs abdeckende Antennen für einen Datenaustausch mit dem Identifikationsgeber auf. Zum Ermitteln des Orts des Identifikationsgebers über die Antennen sendet die Sende-/Empfangsanordnung eindeutig zuweisbare Signale mit bekannten Feldstärken aus. Von jeder der Antennen wird ein eindeutig dieser Antenne zuweisbares Signal gesendet. Die Feldstärke des gesendeten Signals ist dabei bekannt. Der Identifkationsgeber kann die über die Antennen ausgestrahlten Signale empfangen.
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Die
US 2009/0315682 A1 betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Identifikationsobjekts in einem Bereich um eine Antennenvorrichtung. Ein Kalibriersignal wird in Richtung der Antennenvorrichtung ausgegeben, um eine Steuerleistung zu bestimmen. Ein funktionales Signal, welches der Steuerleistung entspricht, wird in die Richtung der Antennenvorrichtung ausgegeben, so dass die Antennenvorrichtung ein vorbestimmtes magnetisches Feld aussendet. Das magnetische Feld, welches von dem Identifikationsobjekt empfangen wird und dem ausgesendeten magnetischen Feld entspricht, wird gemessen und mit einem nominalen magnetischen Feld verglichen. Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs wird bestimmt, ob das Identifikationsobjekt innerhalb des Bereichs um die Antennenvorrichtung angeordnet ist.
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Eine Positionsbestimmung anhand der Feldstärke ist nur in einem verhältnismäßig kleinen Bereich von wenigen Metern um das Fahrzeug möglich.
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Aus der
DE 10 2009 005 476 A1 ist ein System für ein Verkehrsmittel zur Positionsbestimmung einer mobilen Einheit bekannt, mit einem Koordinatensystem aufweisend drei Koordinatenachsen unterschiedlicher Ausrichtung, zumindest zwei stationären Einheiten mit vorbestimmter Position bezüglich des Koordinatensystems und einer mobilen Einheit, wobei die stationären Einheiten mit der mobilen Einheit drahtlos zumindest unidirektional kommunizieren, um die Position der mobilen Einheit bezüglich des Koordinatensystems zu ermitteln. Weiter ist eine Navigationsbestimmungseinheit vorgesehen, die Navigationsdaten zum Führen zu der ermittelten Position bestimmt. Für die Positionsbestimmung werden dabei die Signallaufzeiten der Funksignale ausgewertet.
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Aus der
DE 10 2008 017 129 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung einer Kollisionsgefahr bei mobilen Einheiten innerhalb eines Areals bekannt, wobei von jeder mobilen Einheit innerhalb des Areals eine Sendeeinheit mitgeführt wird. Weiter wird von mindestens einer mobilen Einheit eine Empfangseinrichtung mitgeführt. Die Sendepositionen der Sendeeinheiten werden ermittelt, wobei weiter die Empfangspositionen der Empfangseinheit ermittelt wird. Die Sendepositionen werden an der mobilen angezeigt, wobei eine Relativlage der Empfangsposition zu den Sendepositionen bestimmt und anhand der Relativlage eine Kollisionsgefahr ermittelt wird.
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Aus der
DE 43 20 849 A1 ist eine Überwachungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, mit einer von einer Auslöseeinrichtung gesteuerten Sendevorrichtung zum Absetzen von Überwachungssignalen an einen Empfänger. Dabei sind Mittel vorgesehen, um einem vorgegebenen Datensatz automatisch eine diesem entsprechende Sprachsignalfolge zuzuordnen, die als Überwachungssignal absetzbar ist. Dabei sind Positionsbestimmungsmittel durch Satelliten, Funkortung oder Trägheitsnavigation vorgesehen.
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Aus der
DE 10 2009 010 006 A1 ist ein Verfahren zum teilautonomen oder autonomen Fahren eines Kraftfahrzeugs mittels eines Fahrerassistenzsystems bekannt, wobei mittels einer Umfeldsensorik Daten des Umfeldes des Kraftfahrzeugs bestimmt werden und aus den Umfelddaten eine Fahrstrategie zum teilautonomen oder autonomen Fahren bestimmt wird.
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Aus der
DE 100 46 832 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Fahrdaten eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrisch ansteuerbaren Antriebsstrang bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Benutzers eines Fahrzeugs bereitzustellen, welches auch ohne zusätzliche externe Positionsbestimmungsmittel, wie zum Beispiel GPS-Satelliten, auskommt und eine Reichweite von einigen zig bis einigen hundert Metern aufweist. Darüber hinaus sollte das Verfahren kostengünstig realisierbar sein und eine Kommunikation zwischen dem Benutzer und dem Fahrzeug ermöglichen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer mobilen Vorrichtung in Bezug auf ein Fahrzeug nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs nach Anspruch 8, ein Fahrzeug nach Anspruch 10 und ein System nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer mobilen Vorrichtung in Bezug auf ein Fahrzeug bereitgestellt. Bei dem Verfahren werden Laufzeiten von Funksignalen für Übertragungen der Funksignale zwischen mindestens zwei Antennen des Fahrzeugs und der mobilen Vorrichtung bestimmt. In Abhängigkeit von den Laufzeiten wird die Position der mobilen Vorrichtung in Bezug auf das Fahrzeug bestimmt. Die mobile Vorrichtung kann beispielsweise eine von einem Benutzer des Fahrzeugs tragbare Vorrichtung umfassen. Die mobile Vorrichtung kann beispielsweise eine Sende-/Empfangsvorrichtung umfassen, welche zum Empfangen der Funksignale und zum Aussenden von Antwortsignalen ausgestaltet ist. Die mobile Vorrichtung kann insbesondere eine tragbare Vorrichtung sein, welche unabhängig von dem Fahrzeug betreibbar ist, d.h. die mobile Vorrichtung kann beispielsweise eine eigene Stromversorgung zum Betrieb der mobilen Vorrichtung aufweisen. Die mobile Vorrichtung kann insbesondere in einen Schlüssel des Fahrzeugs oder einen Handfunksender, wie er zum Verriegeln und Entriegeln von Fahrzeugen üblich ist, integrierbar sein. Zusammenfassend kann die mobile Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass sie jederzeit von einem Benutzer des Fahrzeugs beispielsweise in einer Jackentasche oder an einem Schlüsselbund mitgeführt werden kann. Über die Laufzeitmessungen kann eine Positionsbestimmung der mobilen Vorrichtung auch bei größeren Entfernungen zwischen dem Fahrzeug und der mobilen Vorrichtung von beispielsweise 100 oder 150 Metern zuverlässig durchgeführt werden. Indem Laufzeiten zwischen der mobilen Vorrichtung und mindestens zwei Antennen des Fahrzeugs, welche vorzugsweise an unterschiedlichen Orten des Fahrzeugs angebracht sind, bestimmt werden, können sowohl eine Entfernung der mobilen Vorrichtung zu dem Fahrzeug als auch eine Richtung der mobilen Vorrichtung in Bezug auf ein lokales Koordinatensystem des Fahrzeugs bestimmt werden.
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Mindestens eines der Funksignale umfasst eine Nutzdateninformation, wobei die Nutzdateninformation eine Anweisung zum Ändern eines Öffnungszustandes einer Öffnung des Fahrzeugs aufweist. Bei der Öffnung kann es sich beispielsweise um eine Fahrzeugtür oder eine Ladeklappe handeln.
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Das Fahrzeug umfasst vorzugsweise mindestens drei Antennen zur Übertragung der Funksignale und Bestimmung der Signallaufzeiten, wodurch eine Positionsbestimmung der mobilen Vorrichtung mittels beispielsweise einer Trilateration möglich ist.
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Die mobile Vorrichtung kann sich bei der Durchführung des Verfahrens außerhalb des Fahrzeugs befinden.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die Antennen jeweils einen zugeordneten Sende- und Empfangsrichtungsbereich auf. Die Position der mobilen Vorrichtung in Bezug auf das Fahrzeug wird in Abhängigkeit von den Laufzeiten und der Sende- und Empfangsrichtungsbereiche der Antennen bestimmt. Für eine eindeutige Positionsbestimmung mithilfe einer Trilateration sind üblicherweise drei Entfernungen zwischen der zu bestimmenden Position und drei bekannten Bezugspunkten erforderlich. Laufzeiten von Funksignalen können über die bekannte Ausbreitungsgeschwindigkeit des Funksignals in entsprechende Entfernungen umgerechnet werden. Somit wären prinzipiell drei Laufzeiten von entsprechenden Funksignalen von drei Antennen an unterschiedlichen Orten des Fahrzeugs zu der mobilen Vorrichtung notwendig, um eine reale Position der mobilen Vorrichtung zu bestimmen. Weisen die Antennen jedoch einen begrenzten Sende- und Empfangsrichtungsbereich aufgrund ihrer Anordnung am Fahrzeug auf, kann auch mit nur zwei Antennen eine Positionsbestimmung der mobilen Vorrichtung durchgeführt werden. Beispielsweise können bestimmte Sende- und Empfangsrichtungsbereiche der Antennen von Komponenten des Fahrzeugs abgeschirmt werden oder die Antennen weisen aufgrund ihrer Bauform nur beschränkte Sende- und Empfangsrichtungsbereiche auf. Bei Kenntnis dieser beschränkten zugeordneten Sende- und Empfangsrichtungsbereiche der Antennen ist es möglich, nur mit Laufzeiten von Funksignalen zwischen zwei Antennen und der mobilen Vorrichtung eine eindeutige Position der mobilen Vorrichtung zu bestimmen. Dadurch kann die Positionsbestimmung vereinfacht werden.
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Die Nutzdateninformation kann zusätzlich beispielsweise einen Fahrzeugzustand, eine Routeninformation und/oder eine Anweisung zum autonomen Inbetriebsetzen des Fahrzeugs umfassen. Beispielsweise kann ein Benutzer des Fahrzeugs über die Nutzdateninformation das Fahrzeug in einen autonomen Betrieb setzen, damit das Fahrzeug von seiner augenblicklichen Position zu dem Benutzer autonom fährt. Informationen bezüglich einer Route, welche das Fahrzeug zu dem Benutzer führt, können über die Nutzdateninformation an die mobile Vorrichtung übertragen werden, um dem Benutzer anzuzeigen, auf welchem Weg das Fahrzeug zu ihm fahren wird und an welcher aktuellen Position sich das Fahrzeug derzeit befindet. Weitere Fahrzeugzustände, wie zum Beispiel eine aktuelle Geschwindigkeit, können ebenfalls als Nutzdateninformation von dem Fahrzeug zu der mobilen Vorrichtung übertragen werden. Wenn das Fahrzeug den Benutzer erreicht hat, können über die Nutzdateninformation Anweisungen zum Öffnen von beispielsweise einer Fahrzeugtür oder einer Ladeklappe des Fahrzeugs übertragen werden.
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Die Position der mobilen Vorrichtung in Bezug auf das Fahrzeug wird in Abhängigkeit von Laufzeiten bestimmt. Mit beispielsweise drei Antennen kann die Position der mobilen Vorrichtung über eine Trilateration bestimmt werden. Beispielsweise können verschiedene statistische Verfahren zum Einsatz kommen, bei welchen mehrere Einzelmessungen zu einem gesamten Positionsbestimmungsergebnis kombiniert werden. Dabei können beispielsweise Kalman-Filter verwendet werden, um fehlerhafte Messungen, sogenannte Ausreißer, zu eliminieren. Weiterhin können Unsicherheitsbereiche und Historienwerte berücksichtigt werden. Bei der Verwendung von mehr als drei Antennen kann die Bestimmungsgenauigkeit verbessert werden. Durch Plausibilitätstests können fehlerhafte Laufzeiten, beispielsweise aufgrund von reflektierten Funksignalen oder verdeckten oder abgeschatteten Antennen, erkannt und eliminiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt ferner ein Bestimmen einer Positionsänderung der mobilen Vorrichtung und/oder ein Bestimmen einer Positionsänderung des Fahrzeugs. Das Bestimmen der Position der mobilen Vorrichtung in Bezug auf das Fahrzeug erfolgt in Abhängigkeit von den Laufzeiten und der Positionsänderung der mobilen Vorrichtung und/oder in Abhängigkeit von den Laufzeiten und der Positionsänderung des Fahrzeugs. Die Positionsänderung der mobilen Vorrichtung kann beispielsweise mittels eines Trägheitsnavigationssystems der mobilen Vorrichtung bestimmt werden. Ebenso kann die Positionsänderung des Fahrzeugs mittels eines Trägheitsnavigationssystems des Fahrzeugs bestimmt werden. Alternativ kann die Positionsänderung des Fahrzeugs auch über so genannte Odometriedaten des Fahrzeugs, d.h. beispielsweise über Wegstreckenmessungen und Lenkwinkelmessungen des Fahrzeugs, bestimmt werden. Trägheitsnavigationssysteme können beispielsweise eine Positionsänderung mittels einer Bestimmung von Beschleunigungen und Drehbewegungen des Fahrzeugs bzw. der mobilen Vorrichtung ermitteln.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bereitgestellt, bei dem eine Position einer mobilen Vorrichtung in Bezug auf das Fahrzeug bestimmt wird. Weiterhin wird bei dem Verfahren eine Tür des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Position der mobilen Vorrichtung geöffnet oder es wird in der mobilen Vorrichtung ein Nutzereingriff zum Öffnen einer Tür ermöglicht. Zusätzlich kann das Fahrzeug autonom zu der Position der mobilen Vorrichtung fahren. Ein derartiges Verfahren kann beispielsweise als Komfortfunktion verwendet werden, um ein Fahrzeug von einem Parkplatz autonom zum Benutzer fahren zu lassen. Ein weiterer vorteilhafter Einsatz dieses Verfahrens ist beispielsweise im Bereich einer Brief- oder Paketzustellung möglich, indem das Fahrzeug autonom beispielsweise am Straßenrand dem Brief- oder Paketzusteller folgt und in geeigneter Art und Weise Türen des Fahrzeugs zum Entnehmen von Briefen oder Paketen oder zum Einsteigen öffnet. Die Position der mobilen Vorrichtung in Bezug auf das Fahrzeug wird vorzugsweise gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Fahrzeug bereitgestellt, welches mindestens zwei Antennen und eine Verarbeitungseinheit umfasst. Die Verarbeitungseinheit ist mit den mindestens zwei Antennen gekoppelt und in der Lage, Laufzeiten von Funksignalen für Übertragungen der Funksignale zwischen den Antennen und einer mobilen Vorrichtung zu bestimmen. Weiterhin ist die Verarbeitungseinheit ausgestaltet, in Abhängigkeit von den Laufzeiten die Position der mobilen Vorrichtung in Bezug auf das Fahrzeug zu bestimmen. Das Fahrzeug kann weiterhin zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgestaltet sein und umfasst daher auch die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug sechs Antennen, welche mit der Verarbeitungseinheit gekoppelt sind. Die Verarbeitungseinheit steuert wahlweise mindestens zwei der sechs Antennen an. In Abhängigkeit von der Anordnung der Antennen an dem Fahrzeug und der Position der mobilen Vorrichtung in Bezug auf das Fahrzeug können die Antennen mehr oder weniger geeignet sein, um die Position der mobilen Vorrichtung zu bestimmen. Durch eine geeignete Auswahl und Ansteuerung von zwei, drei oder mehr Antennen kann eine zuverlässige Positionsbestimmung der mobilen Vorrichtung durchgeführt werden.
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Schließlich wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein System bereitgestellt, welches ein Fahrzeug, wie es zuvor beschrieben wurde, und eine mobile Vorrichtung umfasst. Die mobile Vorrichtung kann beispielsweise eine Vorrichtung sein, welche ein Benutzer des Fahrzeugs leicht mit sich führen kann. Die mobile Vorrichtung kann beispielsweise in einem Griff eines Fahrzeugschlüssels oder in eine Fernbedienung einer Zentralverriegelung des Fahrzeugs integriert sein. Die mobile Vorrichtung kann eine Sende- und Empfangsvorrichtung aufweisen, welche Signale von den Antennen des Fahrzeugs empfängt und verarbeitet und Antwortsignale zu den Antennen des Fahrzeugs zurücksendet. Dadurch kann eine Laufzeit von Funksignalen zwischen den Antennen des Fahrzeugs und der mobilen Vorrichtung über beispielsweise eine Zeit bestimmt werden, welche für die Übertragung des Signals von der Antenne zu der mobilen Vorrichtung, die Verarbeitung innerhalb der mobilen Vorrichtung und die Übertragung des Antwortsignals benötigt wird. Auf der Grundlage der so bestimmten Zeit, welche auch als Round Trip Time of Flight (RTOF) bezeichnet wird, kann die Laufzeit des Funksignals zwischen der Antenne und der mobilen Vorrichtung bestimmt werden und daraus eine Entfernung zwischen der Antenne und der mobilen Vorrichtung bestimmt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die mobile Vorrichtung ein Mobilfunktelefon, dessen Sende- und Empfangsvorrichtung für eine Funkkommunikation mittels mindestens einem der Funksignale mit der Verarbeitungseinheit des Fahrzeugs geeignet ist. Weiterhin kann die mobile Vorrichtung einen so genannten WLAN-Zugriffspunkt umfassen. Der WLAN-Zugriffspunkt ermöglicht eine drahtlose Datenkommunikation von beispielsweise einem Computer oder einem Mobilfunktelefon mit dem Fahrzeug über mindestens eines der Funksignale.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben werden.
- 1 zeigt ein System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt schematisch eine Bestimmung einer Position einer mobilen Vorrichtung in Bezug auf zwei Antennen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt eine Messung einer Entfernung zwischen einem Fahrzeug und einer mobilen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt schematisch ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 5 zeigt schematisch ein weiteres Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt ein System 1, welches ein Fahrzeug 2 und eine mobile tragbare Vorrichtung 3 umfasst. Das Fahrzeug 2 umfasst sechs Antennen 4-9 und ein Bussystem 17, welches aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 1 außerhalb von dem Fahrzeug 2 dargestellt ist. Das Bussystem 17 umfasst eine Verarbeitungseinheit 10, welche mit den sechs Antennen 4-9 gekoppelt ist und in der Lage ist, eine Position der mobilen Vorrichtung 3 in Bezug auf das Fahrzeug 2 zu bestimmen, wie es nachfolgend beschrieben werden wird. Die Verarbeitungseinheit 10 wird auch als „Ortsbestimmungseinheit“ bezeichnet. Das Bussystem 17 umfasst weiterhin eine Verarbeitungseinheit 11, welche in der 1 als „Schnittstelleneinheit“ bezeichnet ist. Die Verarbeitungseinheit 11 ermöglicht eine Übertragung von Nutzdaten zwischen der Verarbeitungseinheit 10 und einem Datenbus 12 des Bussystems 17. Der Datenbus 12 kann mit weiteren Komponenten des Fahrzeugs 2 gekoppelt sein, beispielsweise mit einem Mechanismus zum Öffnen und Schließen von Türen des Fahrzeugs 2 oder einem autonomen Fahrsystem des Fahrzeugs 2, welches in der Lage ist, das Fahrzeug 2 autonom entlang einer vorgegebenen Route oder zu einem vorgegebenen Zielort zu führen.
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Die mobile Vorrichtung 3 umfasst eine Antenne 13, welche mit einer Verarbeitungseinheit 14 gekoppelt ist. Die Verarbeitungseinheit 14 ist mit einer weiteren Vorrichtung 15 gekoppelt, welche einen Zugriffspunkt für ein drahtloses Datennetz, einen so genannten WLAN-Zugriffspunkt, bereitstellt. Über das drahtlose Datennetz (WLAN, Wireless Local Area Network) kann die Verarbeitungseinheit 15 Daten mit beispielsweise einem Mobilfunktelefon 16 austauschen.
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Jeder der Antennen 4-9 und 13 ist jeweils eine entsprechende Sende- und Empfangsvorrichtung zugeordnet, ein so genannter Transceiver, um Funksignale über die zugeordnete Antenne 4-9, 13 zu senden und zu empfangen. Die Transceiver des Fahrzeugs 2 werden von der Verarbeitungseinheit 10 angesteuert und der Transceiver der mobilen Vorrichtung 3 wird von der Verarbeitungseinheit 14 angesteuert.
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Die Anordnung aus mehreren Transceivern mit den Antennen 4-9 mit ortsfester Position am Fahrzeug 2 misst die Entfernung zu dem Transceiver der mobilen Vorrichtung 3, deren Aufenthaltsort relativ zu einem lokalen ortsfesten Fahrzeugkoordinatensystem zu ermitteln ist. Sofern sich die mobile Vorrichtung 3 bei einem Benutzer oder Fahrer des Fahrzeugs 2 befindet, kann auf diese Art und Weise der Benutzer oder Fahrer des Fahrzeugs 2 geortet werden. Zur Bestimmung des Aufenthaltsorts der mobilen Vorrichtung 3 werden die Entfernungen zwischen den Antennen 4-9 des Fahrzeugs und der Antenne der mobilen Vorrichtung 3 über Funksignallaufzeitmessungen bestimmt. Die einzelnen Entfernungen werden gesammelt und der Verarbeitungseinheit 10 zur Verfügung gestellt. Diese ermittelt daraus unter Nutzung verschiedener mathematischer Methoden die Entfernung und den Winkel der mobilen Vorrichtung 3 bezogen auf das Fahrzeugkoordinatensystem. Zur Bestimmung der Entfernungen zwischen den Antennen 4-9 des Fahrzeugs 2 und der Antenne 13 der mobilen Vorrichtung 3 kommt ein Laufzeit messendes Verfahren zum Einsatz. Die Signallaufzeiten sind proportional zur Entfernung.
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2 zeigt eine solche Laufzeitmessung von Signalen von der mobilen Vorrichtung 3 zu den Antennen 7 und 8. Die Laufzeit für die Übertragung eines Funksignals von der mobilen Vorrichtung 3 zu der Antenne 8 benötigt entlang der Strecke 21 eine erste Übertragungszeit, eine so genannte erste Time of Flight (ToF1). Für die Übertragung eines Funksignals von der mobilen Vorrichtung 3 zu der Antenne 7 entlang der Strecke 22 wird eine zweite Laufzeit benötigt (ToF2). Die Laufzeiten ToF1 und ToF2 werden von der Verarbeitungseinheit 10 verwendet, um beispielsweise über eine Trilateration die Position der mobilen Vorrichtung 3 zu bestimmen. Die Antennen 7 und 8 können beispielsweise einen beschränkten Sende- und Empfangsbereich aufweisen, welcher sich auf einen Bereich rechts von dem Fahrzeug, wie es in 1 gezeigt ist, beschränkt. Ebenso können die Antennen 4, 5 und 9 beispielsweise auf einen Empfangsbereich auf den linken Bereich des Fahrzeugs 2 beschränkt sein. Dadurch kann die Verarbeitungseinheit 10 bereits anhand von Informationen von zwei Antennen eine genaue Positionsbestimmung der mobilen Vorrichtung 3 durchführen, da eine Uneindeutigkeit der Position der mobilen Vorrichtung 3 aufgrund der beschränkten Sende- und Empfangsbereich eliminiert werden kann. 2 zeigt weiterhin einen Fall, in welchem ein Funksignal von der mobilen Vorrichtung 3 über eine reflektierende Wand 20 zu der Antenne 7 entlang der Strecken 23 und 24 übertragen wird. Der der Antenne 7 zugeordnete Transceiver und die Verarbeitungseinheit 10 sind in der Lage, das somit doppelt empfangene Signal (zum ersten Mal über die Strecke 22 und zum zweiten Mal über die Strecken 23 und 24) zu erkennen und entsprechend zu filtern, so dass das über die Wand 20 reflektierte Signal ignoriert wird. Weiterhin zeigt 2 entsprechende Strecken 25 und 26, welche aus Signallaufzeiten bestimmt werden können, wenn die mobile Vorrichtung an einem andern Ort 3' angeordnet ist.
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3 zeigt eine Bestimmung einer Laufzeit eines Funksignals zwischen zwei Knoten A und B gemäß einer weiteren Ausführungsform. Knoten A, beispielsweise eine Antenne des Fahrzeugs 2, sendet ein Datenpaket 30 aus. Das Datenpaket 30 kann beispielsweise einen Vorspann (eine so genannte Präambel), einen Datenkopf (einen so genannten Header), und die eigentlichen Daten enthalten. Das ausgesendete Funksignal benötigt eine bestimmte Zeit, um sich bis zum Knoten B, beispielsweise die Antenne der mobilen Vorrichtung 3, auszubreiten. Dort wird das Datenpaket 30 empfangen und verarbeitet. Aufgrund des Empfangs des Datenpakets 30 wird ein Bestätigungsdatenpaket 31 vom Knoten B zum Knoten A zurückgesendet. Wiederum benötigt das Funksignal, mit welchem das Bestätigungsdatenpaket übertragen wird, eine bestimmte Zeit, um sich bis zu dem Knoten A auszubreiten. Der Knoten A kann unter Kenntnis der für die Verarbeitung in dem Knoten B benötigten Zeit anhand einer Messung der gesamten Laufzeit vom Knoten A zum Knoten B und zurück, einer so genannten Round Trip Time of Flight (RToF), die Laufzeit des Funksignals vom Knoten A zum Knoten B bestimmen. Umgekehrt kann der Knoten B ein Datenpaket 32 zum Knoten A übertragen, welcher dieses Datenpaket verarbeitet und ein Bestätigungsdatenpaket 33 zu dem Knoten B zurücksendet. Aufgrund der gemessenen Zeit, welche für die Ausbreitung des Datenpakets 32 von dem Knoten B zu dem Knoten A, die Verarbeitung innerhalb des Knotens A und die Ausbreitung des Bestätigungsdatenpakets 33 von dem Knoten A zu dem Knoten B benötigt wird, kann der Knoten B die Laufzeit des Funksignals bestimmen. Auf der Grundlage dieser Laufzeit kann der Knoten A oder der Knoten B die Entfernung zwischen den beiden Knoten bestimmen.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, erfolgt die Bestimmung der Position der mobilen Vorrichtung 3 im Wesentlichen außerhalb der Antennenanordnung der Antennen 4-9. Die einzelnen Entfernungen zwischen den ortsfesten Antennen 4-9 und der ortsveränderlichen Antenne 13 liegen zumeist ein Mehrfaches über den Abständen der ortsfesten Antennen 4-9 zueinander. Dadurch kann sich eine größere Ungenauigkeit als bei einer Ortung einer mobilen Vorrichtung innerhalb der von den Antennen 4-9 umschlossenen Fläche ergeben, welche jedoch bei größeren Entfernungen zwischen der mobilen Vorrichtung 3 und dem Fahrzeug 2 in vielen Fällen tolerierbar ist. Wenn die Entfernung der mobilen Vorrichtung 3 zum Fahrzeug 2 kleiner wird, erhöht sich auch die Genauigkeit der Positionsbestimmung. Um die Genauigkeit der Positionsbestimmung weiter zu erhöhen, können Informationen eines Trägheitsnavigationssystems, eines so genannten Inertialsensorsystems, sowohl im Fahrzeug 2 als auch in der mobilen Vorrichtung 3 verwendet werden, um die Ortung zu verbessern.
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Neben der Bestimmung der Entfernung und Position der mobilen Vorrichtung 3 in Bezug auf das Fahrzeug 2 kann eine Nutzdatenkommunikation zwischen der mobilen Vorrichtung 3 und dem Fahrzeug 2 erfolgen. Über diese Nutzdatenkommunikation können beispielsweise Fernbedieninformationen eines Fahrzeugbenutzers an das Fahrzeug und Statusinformationen vom Fahrzeug an den Fahrzeugbenutzer übertragen werden. Die Übertragung der Nutzdaten kann auch dann erfolgen, wenn eine Bestimmung der Position nicht oder nur ungenau möglich ist. Die Übertragung der Nutzdaten und der Ortungsdaten erfolgt auf dem gleichen Übertragungsweg. Die Nutzdaten können beispielsweise über den WLAN-Zugriffspunkt 15 zu einem mobilen Computer oder einem Mobilfunktelefon 16 übertragen werden, um eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug und dem mobilen Computer oder dem Mobilfunktelefon 16 bereitzustellen.
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4 zeigt eine Ausführungsform, welche das zuvor beschriebene Verfahren zum Bestimmen der Position der mobilen Vorrichtung 3 in Bezug auf das Fahrzeug 2 verwendet. Ein Benutzer 40 des Fahrzeugs 2 hat das Fahrzeug 2 beispielsweise am Straßenrand einer Straße 41 abgestellt. Der Benutzer 40 ist beispielsweise ein Briefzusteller, welcher entlang der Straße 41 verschiedene Ziele zu Fuß ansteuert. Dabei entfernt er sich von dem Fahrzeug 2. Mittels der mobilen Vorrichtung 3 kann der Benutzer 40 beispielsweise eine Anweisung zu dem Fahrzeug 2 senden, dass das Fahrzeug 2 autonom zu der aktuellen Position des Benutzers 40 fährt. Mithilfe des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Positionsbestimmung der mobilen Vorrichtung 3 bestimmt das Fahrzeug 2 die Position der mobilen Vorrichtung 3 in Bezug auf das Fahrzeug 2 und berechnet eine entsprechende Fahrtroute, um zu der Position der mobilen Vorrichtung 3 zu gelangen. Auf der Grundlagen dieser Fahrtroute setzt sich das Fahrzeug 2 in Bewegung. Kurz bevor das Fahrzeug 2 den Benutzer 40 erreicht hat, stellt das Fahrzeug 2 ein Hindernis 42 auf der Fahrbahn 41 fest, welches auf Kollisionskurs mit dem Fahrzeug 2 ist, wie in 5 dargestellt. Das Fahrzeug 2 kann daraufhin beispielsweise anhalten und über die Nutzdatenverbindung an den Benutzer 40 melden, dass das Fahrzeug 2 aufgrund des Hindernisses 42 der gewünschten Anforderung zu dem Benutzer 40 zu fahren, nicht folgen kann. Eine entsprechende Ausgabe kann beispielsweise auf der mobilen Vorrichtung 3 oder einem damit gekoppelten Mobilfunktelefon 16 ausgegeben werden, wie es in 5 dargestellt ist.
