DE102013225600B4

DE102013225600B4 - System und Verfahren zum Erfassen der Position eines drahtlosen Geräts

Info

Publication number: DE102013225600B4
Application number: DE102013225600.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas O'Brien; Hilton W. Girard III; Jian Ye; Jason G. Bauman
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2033-12-12
Also published as: GB2511377B; GB2511377A; US9154920B2; CN104015690B; CN104015690A; GB201319359D0; DE102013225600A1; US20140248898A1

Abstract

Fahrzeugsystem (10), das umfasst:ein tragbares Gerät (12), das konfiguriert ist, um ein erstes Funksignal zu senden, undeine Vielzahl von Basisstationen für eine Positionierung an einem Fahrzeug (18), wobei jede Basisstation konfiguriert ist, um das erste Funksignal zu empfangen, wobei eine Hauptbasisstation (14) aus der Vielzahl von Basisstationen konfiguriert ist, um:eine erste endgültige Position in Reaktion darauf zu bestimmen, dass jede aus der Vielzahl von Basisstationen das erste Funksignal erfolgreich empfängt,auf den folgenden Empfang eines zweiten Funksignals, das Bewegungsdaten des tragbaren Geräts (12) angibt, an jeder aus der Vielzahl von Basisstationen zu warten, nachdem die erste endgültige Position bestimmt wurde,dadurch gekennzeichnet, dassdie Hauptbasisstation (14) dazu konfiguriert ist,zu bestimmen, dass eine erste Basisstation das zweite Funksignal empfangen hat,zu bestimmen, dass eine zweite Basisstation das zweite Funksignal nicht erfolgreich empfangen hat, undeine zweite endgültige Position des tragbaren Geräts unter Verwendung der ersten endgültigen Position und der Bewegungsdaten des an der ersten Basisstation empfangenen zweiten Funksignals zu bestimmen, nachdem bestimmt wurde, dass die zweite Basisstation das zweite Funksignal nicht erfolgreich empfangen hat.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugsystem und ein Verfahren zum Bestimmen der aktuellen Position eines drahtlosen Geräts an einem Fahrzeug auf der Basis einer zuvor erfassten Position.
Die gattungsgemäße US 2004/0021569 A1 sowie die US 2012/0130632 A1 offenbaren jeweils Systeme zur Nachverfolgung einer Position eines tragbaren Geräts basierend auf einer Bewegungsdatenerfassung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeugsystem zur Verfügung zu stellen, mittels welchem es möglich ist, eine genaue Position eines tragbaren Geräts zu einem Fahrzeug selbst dann zu bestimmen, wenn eine teilweise Signalunterbrechung zwischen dem tragbaren Gerät und dem Fahrzeug erfasst wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Fahrzeugsystem gemäß dem Anspruch 1 sowie durch die jeweiligen Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 10 und 16.
Hintergrund
Die US-Patentveröffentlichung US 2010/0076622 A1 (Dickerhoof et al.) gibt ein System zum Bestimmen der Position eines drahtlosen Geräts in Bezug auf ein Fahrzeug an. Das System umfasst eine Vielzahl von Antennen, die an dem Fahrzeug angeordnet sind, um ein Funksignal von dem drahtlosen Gerät zu empfangen. Das Funksignal entspricht einem Befehl und/oder einem Status in Bezug auf eine vorbestimmte Fahrzeugoperation. Das System umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung, die operativ mit jeder Antenne gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung ist konfiguriert, um ein Positionssignal, das die Position des drahtlosen Geräts angibt auf der Basis der Laufzeit des Funksignals an einer oder mehreren Antennen aus der Vielzahl von Antennen zu erzeugen, und um den Betrieb der vorbestimmten Fahrzeugoperation auf der Basis des Positionssignals zu steuern.
Figurenliste
Die Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert. Merkmale verschiedener Ausführungsformen werden durch die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt ein Fahrzeugsystem zum Erfassen der Position eines drahtlosen Geräts gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine detaillierte, schematische Ansicht des drahtlosen Geräts, einer Hauptbasisstation und einer Nebenbasisstation gemäß einer Ausführungsform.
3 zeigt eine erste Distanz, eine zweite Distanz und eine dritte Distanz des drahtlosen Geräts von dem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
4 zeigt einen Ausgangsdistanzvektor zwischen dem an einer Ausgangsposition befindlichen drahtlosen Gerät und dem Fahrzeug und einen Aktuelldistanzvektor zwischen dem an einer aktuellen Position befindlichen drahtlosen Gerät und dem Fahrzeug.
5 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen der aktuellen Position des drahtlosen Geräts gemäß einer Ausführungsform.
6 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen der aktuellen Position des drahtlosen Geräts gemäß einer anderen Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung
Gemäß den Anforderungen werden im Folgenden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die auch durch verschiedene alternative Ausführungsformen realisiert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei einige Merkmale vergrößert oder verkleinert dargestellt sein können, um die Details bestimmter Komponenten zu verdeutlichen. Die hier beschriebenen Details des Aufbaus und der Funktion sind nicht einschränkend, sondern lediglich als repräsentative Basis für den Fachmann, der die Erfindung umsetzen möchte, zu verstehen.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen allgemein eine Vielzahl von Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen vor. Bezugnahmen auf die Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen sowie deren Funktionen sind nicht einschränkend aufzufassen. Wenn die verschiedenen Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen mit bestimmten Bezeichnungen versehen werden, soll dadurch nicht der Betriebsumfang dieser Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen eingeschränkt werden. Die Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen können je nach der gewünschten elektrischen Implementierung auf beliebige Weise miteinander kombiniert und/oder separat zueinander verwendet werden. Es ist zu beachten, dass jede hier beschriebene Schaltung oder andere elektrische Einrichtung eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, integrierten Schaltungen, Speichereinrichtungen (z.B. FLASH, RAM, ROM, EPROM, EEPROM oder andere geeignete Varianten) und Software umfassen kann, die miteinander zusammenwirken, um beliebige der hier beschriebenen Operationen auszuführen.
In 1 ist ein Fahrzeugsystem 10 zum Bestimmen der Position eines drahtlosen Geräts gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen gezeigt. Das Fahrzeugsystem 10 umfasst ein drahtloses Gerät 12 und wenigstens drei Knoten, die eine Hauptbasisstation 14 und wenigstens zwei Nebenbasisstationen 16a - 16n („16“) umfassen. Das Fahrzeugsystem 10 erfasst die Position des drahtlosen Geräts 12 relativ zu einem Fahrzeug 18. Zum Beispiel enthalten die Hauptbasisstation 14 und die Nebenbasisstation 16 jeweils einen Sender/Empfänger („Sendeempfänger“) zum drahtlosen Senden/Empfangen von Signalen an das drahtlose Gerät 12 und von diesem. Das Fahrzeugsystem 10 bestimmt die aktuelle Position des drahtlosen Geräts 12 auf der Basis einer zuvor bestimmten Ausgangsposition, wenn die Kommunikation zwischen dem drahtlosen Gerät 12 und den Knoten 14, 16 wenigstens teilweise unterbrochen wurde.
Das Fahrzeugsystem 10 bestimmt die aktuelle Position unter Verwendung einer Koppelnavigationstechnik oder einer adaptiven Vorhersagbarkeitsschätzung. Eine Koppelnavigation ist ein Prozess zum Berechnen einer aktuellen Position unter Verwendung einer zuvor bestimmten Position und zum Weiterführen dieser Position auf der Basis von geschätzten Geschwindigkeiten über die abgelaufene Zeit und eines Kurses. Eine adaptive Vorhersagbarkeitsschätzung ist ein Prozess zum Verwenden von bekannten Daten (wie etwa der Geschwindigkeit, Beschleunigung, Ausrichtung, Ausgangsposition und aktuellen Position des drahtlosen Geräts 12), um die Wahrscheinlichkeit, dass die aktuellen Positionsdaten korrekt sind, zu analysieren. Diese Informationen können verwendet werden, um die aktuelle Position zu filtern, zu verzerren, zu verwerfen oder zu ignorieren.
Das drahtlose Gerät 12 kann als ein Schlüssel-Fob oder ein anderes geeignetes Gerät zum Erhalten eines Zugangs in ein Fahrzeug 18 verwendet werden.
Die Hauptbasisstation 14 umfasst allgemein weiterhin einen Schaltungsaufbau, um das Fahrzeug 18 in Reaktion auf Befehlssignale von dem drahtlosen Gerät 12 zu sperren und zu entsperren. Das Fahrzeugsystem 10 führt eine Passivzugang-Passivstart (PEPS)-Funktion durch, in der die Hauptbasisstation 14 das Fahrzeug 18 in Reaktion darauf entsperrt, dass bestimmt wird, dass sich das drahtlose Gerät 12 in einer entsprechenden Zone 20a-20n („20“) an dem Fahrzeug aufhält. In der hier beispielhaft gezeigten Ausführungsform sind eine vordere Fahrerseite-Zone 20a, eine Fahrzeugfrontzone 20b, eine vordere Beifahrerseite-Zone 20c, eine hintere Beifahrerseite-Zone 20d, eine Fahrzeugheckzone 20e und eine hintere Fahrerseite-Zone 20f vorgesehen. Die Zonen 20 entsprechen allgemein vorbestimmten autorisierten Positionen an dem Fahrzeug 18 (innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs 18). Wenn das drahtlose Gerät 12 in einer dieser Zonen 20 erfasst wird, kann die Hauptbasisstation 14 automatisch das Fahrzeug (eine Tür) in Nachbarschaft zu der Zone 20 entsperren, in welcher das drahtlose Gerät 12 erfasst wird, und dem Benutzer das Starten des Fahrzeugs gestatten.
Das Fahrzeugsystem 10 verwendet in einer oder mehreren Ausführungsformen eine schlüssellose Funkoperation zusätzlich zu der PEPS-Funktion. Zum Beispiel kann die Hauptbasisstation 14 eine gewünschte Operation (z.B. Sperren, Entsperren, Heckklappenfreigabe, Fernstart usw.) für das Fahrzeug 18 durchführen, wenn das drahtlose Gerät 12 einen die gewünschte Operation angebenden Befehl sendet, während es sich in der autorisierten Zone 20 aufhält.
Die Hauptbasisstation 14, die Nebenbasisstationen 16 und das drahtlose Gerät 12 tauschen Signale miteinander aus und nutzen eine Laufzeit (Time of Flight bzw. TOF)-Implementierung, um die Distanz des drahtlosen Geräts 12 von dem Fahrzeug 18 zu bestimmen. Danach verwenden die Hauptbasisstation 14 und die Nebenbasisstationen 16 eine Trilateration, um die tatsächliche Zone 20, in der sich das drahtlose Gerät 12 aufhält, zu bestimmen. Die Verwendung einer Trilateration ermöglicht, dass die Hauptbasisstation 14 feststellt, wo das drahtlose Gerät 12 horizontal in Bezug auf das Fahrzeug positioniert ist. Diese Informationen (z.B. in welcher Zone 20 sich das drahtlose Gerät 12 aufhält) in Verbindung mit den durch die TOF erfassten Distanzinformationen ermöglichen, dass die Hauptbasisstation 14 die Position des drahtlosen Geräts 12 in Bezug auf das Fahrzeug 18 mit einer größeren Genauigkeit feststellt. Das Fahrzeugsystem 10 kann angeordnet sein, um die Position des drahtlosen Geräts 12 an oder in dem Fahrzeug 18 präzise zu bestimmen, wodurch es sich von herkömmlichen Systemen unterscheidet, in denen der Transponder unter Umständen nur an verschiedenen Seiten des Fahrzeugs mit einer geringeren Genauigkeit geortet werden kann. In anderen Ausführungsformen bestimmen die Hauptbasisstation 14, die Nebenbasisstationen 16 und das drahtlose Gerät 12 eine Distanz des drahtlosen Geräts 12 von dem Fahrzeug 18 auf der Basis der Ankunftszeit eines oder mehrerer Funksignale.
Zum Beispiel kann die Hauptbasisstation 14 bestimmen, dass das drahtlose Gerät 12 mit einer Distanz von drei Metern von dem Fahrzeug 18 beabstandet ist und dass sich das drahtlose Gerät 12 in der Fahrerseite-Zone 20a aufhält. Während also die Position des drahtlosen Geräts 12 mittels der TOF und der Trilateration festgestellt werden kann, ist zu beachten, dass die hier mit Bezug auf die Ortung des drahtlosen Geräts 12 genannten Aspekte auch auf andere Fahrzeugfunktionen wie etwa eine Reifendrucküberwachung angewendet werden können. Es wird hier eine TOF verwendet, wobei die Hauptbasisstation 14 und die Nebenbasisstationen 16 an vorbestimmten Positionen in dem Fahrzeug 18 positioniert sein können, um Signale an das drahtlose Gerät 12 zu senden und von diesem zu empfangen. In einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Knoten 14, 16 in einem Fahrzeugdachhimmel (wie in 1 gezeigt) in einer allgemein dreieckigen Konfiguration (wie in 3 gezeigt) angeordnet.
2 ist eine detaillierte schematische Ansicht des drahtlosen Geräts 12, der Hauptbasisstation 14 und der Nebenbasisstation(en) 16 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das drahtlose Gerät 12 enthält einen Mikrocontroller 30, einen Sender/Empfänger („Sendeempfänger“) 32 und wenigstens eine Antenne 34. Der Mikrocontroller 30 ist operativ mit dem Sendeempfänger 32 und der Antenne 34 gekoppelt, um Signale an die Hauptbasisstation 14 und die Nebenbasisstationen 16 zu senden und von diesen zu empfangen. Ein Hochfrequenz (HF)-Schalter 35 ist operativ mit den Antennen 34 gekoppelt um diese mit dem Sendeempfänger 32 zu koppeln. Eine Implementierung mit mehreren Antennen 34 kann eine Antennendiversität vorsehen, die für Hochfrequenz-Mehrfachpfade nützlich sein kann. Die Verwendung des HF-Schalters 35 und der mehreren Antennen ist optional. Zum Beispiel kann auch nur eine einzelne Antenne 34 verwendet werden, um Signale an das drahtlose Gerät 12 zu senden und von diesem zu empfangen.
Eine wiederaufladbare Batterie 36 versorgt den Mikrocontroller 30 und den Sendeempfänger 32 mit Strom. Eine Batterieladeschaltung 40 empfängt Strom von einem Ladestecker 42, der operativ mit einer externen Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Batterieladeschaltung 40 kann den eingehenden Strom von der externen Stromversorgung konditionieren, um sicherzustellen, dass dieser für die Speicherung in der wiederaufladbaren Batterie 36 geeignet ist. Es ist zu beachten, dass die Batterieladeschaltung 40 und die Batterie 36 auch drahtlos Strom von einer externen Einrichtung (z.B. mittels eines induktiven Ladens) empfangen können, um die Batterie 36 zu laden.
Der Batterielader 40 kann für den Mikrocontroller 30 den Ladevorgang und/oder Ladezustand der Batterie 36 angeben. Eine erste Anzeigeleuchte 44 ist an dem Ladestecker 42 angeordnet und operativ mit dem Mikrocontroller 30 gekoppelt, um einen Ladestatus der Batterie 36 für einen Benutzer anzugeben. Ein Vibrationsmotor 46 ist operativ mit dem Mikrocontroller 30 gekoppelt und angeordnet, um eine haptische Rückmeldung für den Benutzer vorzusehen.
Ein Beschleunigungsmesser 47 ist mit dem Mikrocontroller 30 gekoppelt, um die Bewegung des drahtlosen Geräts 12 zu erfassen. Der Beschleunigungsmesser 47 ist konfiguriert, um eine Ausgabe vorzusehen, die die Beschleunigung in drei Achsen (x, y, z) des drahtlosen Geräts 12 angibt. Zum Beispiel kann der Beschleunigungsmesser 47 eine Ausgabe vorsehen, die eine Längsbeschleunigung (A_x), eine Lateralbeschleunigung (A_y) und eine Vertikalbeschleunigung (A_z) des drahtlosen Geräts 12 angibt. Andere Ausführungsformen des drahtlosen Geräts 12 enthalten einen Zwei-Achsen-Beschleunigungsmesser 47. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist der Beschleunigungsmesser 47 eine Trägheitsvorrichtung wie etwa ein Mikro-Elektro-Mechanisches-System (MEMS)-Sensor. Das drahtlose Gerät 12 kann angeordnet sein, um die Datenübertragung einzuleiten, wenn eine Bewegung auf der Basis der Beschleunigungsmesserausgabe (A_x, A_y, A_z) bestimmt wird. Dieser Ansatz hilft dabei, Strom der Batterie 36 zu sparen.
Das drahtlose Gerät 12 enthält gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen weiterhin ein Gyroskop 48 zum Erfassen der Bewegung des drahtlosen Geräts 12. Das Gyroskop 48 ist wie in 1 gezeigt operativ mit dem Mikrocontroller 30 gekoppelt und konfiguriert, um Ausrichtungsdaten vorzusehen, die eine Giergeschwindigkeit (Ψ), eine Drehgeschwindigkeit (θ) und eine Rollgeschwindigkeit (ϕ) des drahtlosen Geräts 12 angeben. Die Drehgeschwindigkeit (θ) gibt die Winkelgeschwindigkeit einer Änderung um die Längsachse (x) wieder. Die Rollgeschwindigkeit (ϕ) gibt die Winkelgeschwindigkeit einer Änderung um die laterale Achse (y) wieder, und die Giergeschwindigkeit (Ψ) gibt die Winkelgeschwindigkeit einer Änderung um die vertikale Achse (z) wieder. Die Gyroskopdaten werden verwendet, um die Wirkung der Schwerkraft zu beseitigen und das drahtlose Gerät 12 auszurichten. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Gyroskop 48 eine MEMS-Einrichtung wie etwa ein Trägheits-MEMS-Sensor.
Ein Piezosummer 49 ist ebenfalls operativ mit dem Mikrocontroller 30 gekoppelt und angeordnet, um eine akustische Rückmeldung vorzusehen. Eine zweite Leuchtanzeige 50 ist operativ mit dem Mikrocontroller 30 gekoppelt und angeordnet, um eine visuelle Rückmeldung vorzusehen. Eine Vielzahl von Schaltern 52 sind an dem drahtlosen Gerät 12 angeordnet, um Befehle an das Fahrzeug 18 zu senden, um verschiedene Fahrzeugoperationen (z.B. Sperren/Entsperren von Türen, Heckklappenfreigabe, Fernstart usw.) einzuleiten.
Der Sendeempfänger 32 ist allgemein konfiguriert, um mit einer Frequenz zwischen 3 und 10 GHz betrieben zu werden und mit einer Ultrabreitband (UWB)-Bandbreite von wenigstens 500 MHz zu kommunizieren. Eine derartige Hochfrequenzkommunikation in der UWB-Bandbreite ermöglicht, dass das Fahrzeugsystem 10 die Distanz des Fobs 12 in Bezug auf das Fahrzeug mit einem hohen Grad an Genauigkeit bestimmt. Der Sendeempfänger 32 enthält allgemein einen Oszillator 54 und einen Phasenregelkreis (PLL) 56, damit der Sendeempfänger 32 bei der Frequenz zwischen 3 und 10 GHz betrieben werden kann.
Der Mikrocontroller 30 ist operativ mit dem Sendeempfänger 32 und der Antenne 34 verbunden, um ein Funksignal 58 an die Hauptbasisstation 14 und jede Nebenbasisstation 16 zu senden. Das Funksignal 58 enthält Beschleunigungsdaten (A_x, A_y und A_z). Das Funksignal 58 enthält gemäß einer oder mehreren Ausführungsform außerdem die Gyroskopdaten (Ψ, θ und φ).
Die Hauptbasisstation 14 enthält allgemein einen Mikrocontroller 60, einen Sendeempfänger 62 und wenigstens eine Antenne 64. Eine Stromquelle 65 in dem Fahrzeug 18 versorgt den Mikrocontroller 60 und den Sendeempfänger 62 mit Strom. Ein HF-Schalter 66 ist operativ mit dem Mikrocontroller 60 und der Antenne 64 gekoppelt. Der HF-Schalter 66 ist operativ mit den Antennen 64 gekoppelt, um diese mit dem Sendeempfänger 62 zu koppeln. Eine Implementierung mit mehreren Antennen 64 kann eine Antennendiversität vorsehen, die für Hochfrequenz-Mehrfachpfade nützlich sein kann. Es kann auch eine einzelne Antenne 64 verwendet werden, um Signale an das drahtlose Gerät 12 zu senden und von diesem zu empfangen, wobei in diesem Fall kein HF-Schalter 66 erforderlich ist. Der Mikrocontroller 60 ist operativ mit dem Sendeempfänger 62 und der Antenne 64 gekoppelt, um Signale (z.B. das Funksignal 58) an das drahtlose Gerät 12 und die Nebenbasisstation 16 zu senden und von diesen zu empfangen. Der Mikrocontroller 60 bestimmt die Position des drahtlosen Geräts 12 auf der Basis dieser Signale. Die Hauptbasisstation 14 umfasst weiterhin einen Schaltungsaufbau (nicht gezeigt) zum Durchführen eines Sperrens/Entsperrens von Fahrzeugtüren und/oder einer Heckklappe/eines Kofferraums sowie zum Durchführen einer Fernstartoperation.
Der Sendeempfänger 62 ist allgemein konfiguriert, um mit einer Frequenz zwischen 3 und 10 GHz betrieben zu werden und in einer Ultrabreitband (UWB)-Bandbreite von wenigstens 500 MHz zu kommunizieren. Der Betrieb des Sendeempfängers 62 mit einer Betriebsfrequenz zwischen 3 und 10 GHz in der UWB-Bandbreite ermöglicht, dass die Hauptbasisstation 14 die Distanz des drahtlosen Geräts 12 in Bezug auf das Fahrzeug mit einer großen Genauigkeit bestimmt, wenn sie in eine Kommunikation mit dem drahtlosen Gerät 12 eintritt. Der Sendeempfänger 62 enthält allgemeinen einen Oszillator 74 und einen PLL 76, damit der Sendeempfänger 62 mit der Frequenz zwischen 3 und 10 GHz betrieben werden kann.
Die Nebenbasisstation 16 enthält allgemein einen Mikrocontroller 80, einen Sendeempfänger 82 und wenigstens eine Antenne 84. Ein HF-Schalter 86 ist operativ mit dem Mikrocontroller 60 und der Antenne 64 verbunden. Der HF-Schalter 86 und die Implementierung mit mehreren Antennen 84 sind aus den oben genannten Gründen optional. Der Mikrocontroller 80 ist operativ mit dem Sendeempfänger 82 und der Antenne 84 gekoppelt, um Signale (z.B. das Funksignal 58) an das drahtlose Gerät 12 und die Hauptbasisstation 14 zu senden und von diesen zu empfangen. Die Stromquelle 65 in dem Fahrzeug 18 versorgt den Mikrocontroller 80 und den Sendeempfänger 82 mit Strom.
Der Sendeempfänger 82 ist allgemein auch konfiguriert, um mit einer Frequenz zwischen 3 und 10 GHz betrieben zu werden und in einer Ultrabreitband (UWB)-Bandbreite von wenigstens 500 MHz zu kommunizieren. Der Betrieb des Sendeempfängers 82 mit einer Betriebsfrequenz zwischen 3 und 10 GHz ermöglicht, dass das Fahrzeugsystem 10 die Distanz des drahtlosen Geräts 12 in Bezug auf das Fahrzeug mit einer großen Genauigkeit bestimmt, wenn es in eine Kommunikation mit dem drahtlosen Gerät 12 eintritt. Der Sendeempfänger 82 enthält allgemeinen einen Oszillator 94 und einen PLL 96, damit der Sendeempfänger 62 mit der Frequenz zwischen 3 und 10 GHz betrieben werden kann. Es ist zu beachten, dass die zweite Nebenbasisstation 16n (in 1 gezeigt) der Nebenbasisstation 16 wie oben beschrieben ähnlich ist und ähnliche Komponenten enthält und ähnliche Funktionen vorsieht.
Jede Nebenbasisstation 16 empfängt das Funksignal 58 von dem drahtlosen Gerät 12 und sendet eine Nachricht 98 an die Hauptbasisstation 14, die Informationen enthält, die die Laufzeit des Funksignals und die Beschleunigungsdaten (A_x, A_y und A_z) angeben. Die Nachricht 98 kann gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen auch die Gyroskopdaten (Ψ, θ und φ) enthalten. Die Hauptbasisstation 14 empfängt das Funksignal 58 und erzeugt eine Nachricht (nicht gezeigt), die Informationen enthält, die die Laufzeit des Funksignals 58 zusammen mit den Beschleunigungs- und Gyroskopdaten angeben.
Das drahtlose Gerät 12, die Hauptbasisstation 14 und die Nebenbasisstationen 16 sind jeweils angeordnet, um Daten in der UWB-Bandbreite von wenigstens 500 MHz zu senden und zu empfangen, wobei dies jedoch einen großen Stromverbrauch dieser Komponenten verursachen kann. Der Betrieb in dem UWB-Bandbreitenbereich ermöglicht ein großes Frequenzspektrum (d.h. sowohl mit niedrigen Frequenzen als auch mit hohen Frequenzen) und eine hohe Zeitauflösung, wodurch die Bereichsgenauigkeit verbessert wird. Der Stromverbrauch stellt unter Umständen kein Problem für die Hauptbasisstation 14 und die Nebenbasisstation 16 dar, weil dieser Einrichtungen von der Stromquelle 65 in dem Fahrzeug mit Strom versorgt werden. Es kann jedoch ein Problem für das drahtlose Gerät 12 darstellen, weil es sich bei diesem um ein tragbares Gerät handelt. Allgemein sind tragbare Geräte mit einer unabhängigen Batterie ausgestattet. Falls die unabhängige Batterie in Verbindung mit dem drahtlosen Gerät 12 implementiert ist, das Daten in dem UWB-Bandbreitenbereich sendet/empfängt, kann die Batterie relativ schnell geleert werden. Deshalb enthält das drahtlose Gerät 12 eine wiederaufladbare Batterie 36 und die Batterieladeschaltung 40 zusammen mit dem Ladestecker 42 (oder einer drahtlosen Implementierung), sodass die Batterie 36 bei Bedarf wiederaufgeladen werden kann, um die Stromanforderungen für das Senden/Empfangen von Informationen in dem UWB-Bandbreitenbereich zu erfüllen.
Je höher allgemein die Betriebsfrequenz der Sendeempfänger 32, 62 und 82 ist, desto größer ist die Bandbreite, in der die Sendeempfänger 32, 62 und 82 Informationen senden und empfangen können. Durch eine derart große Bandbreite (d.h. in der UWB-Bandbreite) kann die Rauschimmunität und die Signalfortpflanzung verbessert werden. Dabei kann auch die Genauigkeit bei der Bestimmung der Distanz des drahtlosen Geräts 12 verbessert werden, weil die UWB-Bandbreite eine zuverlässigere Signalübertragung gewährleistet. Wie weiter oben genannt, ermöglicht eine Betriebsfrequenz von 3-10 GHz, dass die Sendeempfänger 32, 62 und 82 Daten in dem UWB-Bereich senden und empfangen. Die Nutzung der UWB-Bandbreite für das drahtlose Gerät 12, die Hauptbasisstation 14 und die Nebenbasisstationen 16 kann (i) eine Durchdringung der gesendeten Signale für einen Empfang durch Hindernisse hindurch (d.h. eine verbesserte Rauschimmunität), (ii) eine große Bereichsgenauigkeit (Ortungsgenauigkeit), (iii) Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationen und (iv) eine kostengünstige Implementierung ermöglichen. Wegen der Vielzahl von Frequenzkomponenten in dem UWB-Spektrum können gesendete Daten an dem drahtlosen Gerät 12, der Hauptbasisstation 14 und der Nebenbasisstation 16 zuverlässiger empfangen werden als wenn die Daten in Verbindung mit einer Schmalbandimplementierung (d.h. mit einer Trägerfrequenz-basierten Übertragung bei 315 MHz usw.) gesendet werden. Zum Beispiel können UWB-basierte Signale aufgrund der assoziierten Vielzahl von Frequenzkomponenten gute Reflexions- und Übertragungseigenschaften aufweisen. Einige der Frequenzkomponenten können durch verschiedene Objekte übertragen werden, während andere von Objekten reflektiert werden. Diese Bedingungen können die Zuverlässigkeit des gesamten Empfangs der Daten an dem drahtlosen Gerät 12, der Hauptbasisstation 14 und den Nebenbasisstationen 16 erhöhen. Weiterhin kann die Übertragung in dem UWB-Spektrum eine robuste Funkleistung zur Verhinderung einer Störung vorsehen. Außerdem werden Gegenmaßnahmen zur Verhinderung von Relay-Attacks und eine Messung mit einer Auflösung von zum Beispiel einigen wenigen Zentimetern ermöglicht. Die Implementierung des UWB in dem drahtlosen Gerät 12, der Hauptbasisstation 14 und der Nebenbasisstation 16 ist allgemein für TOF-Anwendungen geeignet.
Wie in 3 gezeigt, bestimmt das Fahrzeugsystem 10 die Distanz zwischen dem drahtlosen Gerät 12 und jedem Knoten (Hauptbasisstation 14 und Nebenbasisstationen 16) unter Verwendung der TOF. Das Fahrzeugsystem 10 bestimmt dann die Zone 20 (siehe 1), in der sich das drahtlose Gerät 12 derzeit aufhält, unter Verwendung einer Trilateration. Derartige Verfahren sind in US 13/675642 (Ghabra et al.) angegeben, das hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
Jeder Knoten 14, 16 empfängt das Funksignal 58 von dem drahtlosen Gerät 12 und erzeugt eine Nachricht mit Informationen, die die Laufzeit des Funksignals 58 angeben. Die Hauptbasisstation 14 empfängt die Laufzeitinformationen von jedem Knoten 14, 16 und führt TOF-Messungen durch, um eine erste Distanz (D₁) zwischen dem drahtlosen Gerät 12 und der Hauptbasisstation 14, eine zweite Distanz (D₂) zwischen dem drahtlosen Gerät 12 und der ersten Nebenbasisstation 16a und eine dritte Distanz (D₃) zwischen dem drahtlosen Gerät 12 und der zweiten Nebenbasisstation 16n zu bestimmen. Es sind mindestens drei Distanzlesungen für jede Trilaterationsberechnung erforderlich, um die Zone 20, in der sich das drahtlose Gerät 12 aufhält, zu bestimmen. Es ist auch zu beachten, dass das drahtlose Gerät 12 seine Distanz in Bezug auf das Fahrzeug 18 auch unter Verwendung von TOF-Messungen mit der Hauptbasisstation 14 oder den Nebenbasisstationen 16 vorsehen kann.
Das Fahrzeugsystem 10 bestimmt die aktuelle Position des drahtlosen Geräts 12 unter Verwendung der Informationen zu der Distanz (D1, D2, D3) und der Zone 20. Wenn jedoch die Kommunikation zwischen dem drahtlosen Gerät 12 und wenigstens einem der Knoten 14, 16 unterbrochen oder teilweise unterbrochen ist, schätzt das Fahrzeugsystem 10 die aktuelle Position des drahtlosen Geräts 12 unter Verwendung einer Koppelnavigation oder eine adaptiven Vorhersagbarkeitsschätzung.
Sobald die Kommunikation unterbrochen wird, bestimmt das Fahrzeugsystem 10 die aktuelle Position des drahtlosen Geräts 12 auf der Basis eines Ausgangsdistanzvektors und der durch den Beschleunigungsmesser und das Gyroskop (siehe 2) bereitgestellten Informationen. Ein derartiger Ausgangspositionsvektor wird unter Verwendung der TOF- und Trilaterationstechniken wie in 3 beschrieben unter Verwendung von vor der Unterbrechung der Kommunikation erhaltenen Informationen bestimmt.
Wie in 4 gezeigt, bestimmt das Fahrzeugsystem 10 den Ausgangsdistanzvektor $(\overset{_{I \begin{matrix} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix}}}{D_{i}})$
in Entsprechung zu einer Distanz (D_i) und einem Winkel (α) zwischen dem drahtlosen Gerät 12, wenn dieses an einer Ausgangsposition angeordnet ist, und einer vorbestimmten Position des Fahrzeugs 18 (z.B. dem Punkt O in 4). Der Ausgangsdistanzvektor $(\overset{_{I \begin{matrix} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix}}}{D_{i}})$
basiert auf den Distanzen (D1, D2, D3) zwischen dem drahtlosen Gerät 12 und den Knoten 14, 16 und auf der Zone 20, in der sich das drahtlose Gerät 12 aufhält. Die Größe oder Distanz (D_i) des Ausgangsdistanzvektors $(\overset{_{I \begin{matrix} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix}}}{D_{i}})$
kann unter Verwendung der folgenden Gleichung 1 berechnet werden: $\overset{_{I \begin{matrix} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix}}}{D_{i}} = \sqrt{D 1^{2} + D 2^{2} + D 3^{2}}$
Der Winkel (α) zwischen dem drahtlosen Gerät 12 und einer vorbestimmten Position des Fahrzeugs 18 (z.B. dem Punkt O) kann unter Verwendung einer trigonometrischen Gleichung berechnet werden, die davon abhängt, in welcher Zone sich das drahtlose Gerät 12 aufhält.
Das Fahrzeugsystem 10 bestimmt weiterhin einen Aktuelldistanzvektor $(\overset{_{I \begin{matrix} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix}}}{D_{i}})$
in Entsprechung zu einer Distanz (D_p) und einem Winkel (β) zwischen dem drahtlosen Gerät 12, wenn sich dieses an einer aktuellen Position befindet, und einer vorbestimmten Position des Fahrzeugs 18 (z.B. dem Punkt O).
Die Bestimmung des Aktuelldistanzvektors $(\overset{_{I \begin{matrix} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix}}}{D_{i}})$
wird weiter unten ausführlicher erläutert.
In 5 ist ein Verfahren 110 zum Bestimmen der aktuellen Position des drahtlosen Geräts auf der Basis einer zuvor erfassten Position unter Verwendung einer Kopplungsnavigation gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen gezeigt. Das Verfahren wird gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung eines Softwarecodes in den Mikrocontrollern 30, 60, 80 des Fahrzeugsystems 10 implementiert.
In Schritt 112 bestimmt das Fahrzeugsystem 10, ob eine Kommunikation zwischen dem drahtlosen Gerät und den Fahrzeugknoten 14, 16 hergestellt wurde. Der Schritt 112 wird wiederholt, bis die Kommunikation hergestellt wurde. In Schritt 114 empfängt jeder Knoten 14, 16 Informationen von dem drahtlosen Gerät 12 einschließlich der Beschleunigungs- und Gyroskopdaten. Jeder Knoten 14, 16 erzeugt dann eine Nachricht, die Informationen enthält, die die Laufzeit des Funksignals 58, die Beschleunigungsdaten und die Gyroskopdaten angeben. In Schritt 116 bestimmt die Hauptbasisstation 14, ob die Daten von dem drahtlosen Gerät 12 durch alle Fahrzeugknoten (einschließlich des eigenen) empfangen wurden. Wenn die Bestimmung des Schritts 116 negativ ist, was auf eine Teilunterbrechung der Kommunikation zwischen dem drahtlosen Gerät 12 und den Knoten 14, 16 hinweist, kehrt das Fahrzeugsystem 10 zu Schritt 112 zurück.
Wenn die Bestimmung in Schritt 116 positiv ist (d.h. alle Knoten 14, 16 die Daten von dem drahtlosen Gerät empfangen haben), schreitet das Fahrzeugsystem 10 zu Schritt 118 fort und ortet das drahtlose Gerät 12 in dem Fahrzeugraum. Das Orten des drahtlosen Geräts 12 umfasst das Berechnen der Distanzen (D1, D2, D3) und das Bestimmen der Zone 20, in der sich das drahtlose Gerät 12 aufhält, unter Verwendung der TOF und einer Trilateration und dann das Berechnen einer ersten endgültigen Position des drahtlosen Geräts 12 wie etwa der Ausgangsposition (D_i) auf der Basis der Distanz- und Zoneninformationen.
In Schritt 120 bestimmt das Fahrzeugsystem 10 erneut, ob die Daten von dem drahtlosen Gerät 12 durch alle Fahrzeugknoten (einschließlich des eigenen) empfangen wurden. Wenn die Bestimmung in Schritt 120 positiv ist (d.h. alle Knoten 14, 16 die Daten des drahtlosen Geräts empfangen haben), dann schreitet das Fahrzeugsystem 10 zu den Schritten 122 und 124 fort und berechnet die aktuelle Position (D_p) des drahtlosen Geräts 12 unter Verwendung der TOF und einer Trilateration.
Wenn die Bestimmung in Schritt 120 negativ ist, schreitet das Fahrzeug 10 mit dem Schritt 126 fort. In Schritt 126 bestimmt das Fahrzeugsystem 10, ob Daten von dem drahtlosen Gerät 12 durch wenigstens einen Fahrzeugknoten 14, 16 empfangen wurden. Wenn derartige Daten empfangen wurden, schreitet das Fahrzeugsystem zu Schritt 128 fort und schätzt eine zweite endgültige Position wie etwa die aktuelle Position (D_p) des drahtlosen Geräts 12 unter Verwendung einer Kopplungsnavigation.
In einem ersten Schritt des Kopplungsnavigationsprozesses verwendet das Fahrzeugsystem 10 die Gyroskopdaten, um die in den Beschleunigungsdaten vorhandene Wirkung der Schwerkraft zu beseitigen. Außerdem werden der Beschleunigungsmesser 47 und das Gyroskop 48 in Bezug auf die Ausrichtung des drahtlosen Geräts 12 relativ zu dem Fahrzeug 18 ausgerichtet. In Schritt 130 wird diese Ausrichtung während jeder Wiederholung der Bestimmung der aktuellen Position erneut initialisiert, wobei dies als Quelle für die absoluten Daten dient.
Die Beschleunigungsmesserinformationen (A_x, A_y und A_z) werden durch die Effekte der Schwerkraft vorgespannt. Das Fahrzeugsystem kompensiert also die Beschleunigungsinformationen unter Verwendung der Gyroskopinformationen. Wie oben mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben, gibt die Drehgeschwindigkeit (θ) einen Winkelversatz von der Längsachse (x) wieder. Die Rollgeschwindigkeit (ϕ) gibt einen Winkelversatz von der lateralen Achse (y) wieder, und die Giergeschwindigkeit (Ψ) gibt einen Winkelversatz von der vertikalen Achse (z) wieder. Deshalb filtert das Fahrzeugsystem die Beschleunigungsdaten unter Verwendung der entsprechenden Gyroskopdaten. Zum Beispiel filtert das Fahrzeugsystem 10 die Längsbeschleunigung (A_x) unter Verwendung des Drehwinkels (θ). Entsprechend wird die Lateralbeschleunigung (A_y) unter Verwendung des Rollwinkels (φ) gefiltert und wird die Vertikalbeschleunigung (A_z) unter Verwendung der Drehgeschwindigkeit (Ψ) gefiltert. Eine Ausrichtung des drahtlosen Geräts 12 gestattet, dass die Daten zurück zu einer statischen Fahrzeugausgangsposition (z.B. zu dem Bezugspunkt O) normalisiert werden und nur die Beschleunigungsdaten in den gewünschten Ebenen (x, y, z) analysiert werden.
Die normalisierten Daten werden dann verarbeitet, um eine Ausrichtung und eine Verschiebung (d1, d2, d3) zwischen dem drahtlosen Gerät 12, das an einer vorausgehenden Position (z.B. der Ausgangsposition) angeordnet ist, und der aktuellen Position zu bestimmen, indem das erste und das zweite Integral der x- und y-Achsen-Beschleunigungen genommen werden. Das Fahrzeugsystem berechnet die Geschwindigkeit (V_x, V_y und V_z) des drahtlosen Geräts in jeder Richtung (x, y, z) durch das Integrieren des entsprechenden gefilterten Beschleunigungswerts. Zum Beispiel kann die Längsgeschwindigkeit (V_x) berechnet werden, indem die gefilterte Längsbeschleunigung (A_{x_filt}) in Bezug auf die Zeit integriert wird. Entsprechend wird die laterale Geschwindigkeit (V_y) berechnet, indem die gefilterte laterale Beschleunigung (A_{y_filt}) integriert wird, und wird die vertikale Geschwindigkeit (V_z) berechnet, indem die gefilterte vertikale Beschleunigung (A_{z_filt}) integriert wird.
Das Fahrzeugsystem berechnet die Verschiebung (d_x, d_y und d_z) des drahtlosen Geräts 12 in jeder Richtung (x, y, z), indem sie das zweite Integral des entsprechenden gefilterten Beschleunigungswerts nimmt. Zum Beispiel kann die Längsverschiebung (d_x) berechnet werden, indem das zweite Integral der gefilterten Längsbeschleunigung (A_{x_filt}) in Bezug auf die Zeit genommen wird. Entsprechend wird die Lateralverschiebung (d_y) berechnet, indem das zweite Integral der gefilterten Lateralbeschleunigung (A_{y_filt}) genommen wird, und wird die Vertikalverschiebung (d_z) berechnet, indem das zweite Integral der gefilterten Vertikalbeschleunigung (A_{z_filt}) genommen wird.
Das Fahrzeugsystem schätzt einen Aktuelldistanzvektor $(\overset{_{I \begin{matrix} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix}}}{D_{i}})$
und eine Ausrichtung des drahtlosen Geräts auf der Basis der Verschiebungswerte (d_x, d_y und d_z) unter Verwendung eines Kalman-Filters. Ein Kalman-Filter ist ein Algorithmus, der rekursiv auf Strömen von verrauschten Eingangsdaten operiert, um eine statistisch optimale Schätzung eines zugrundeliegenden Systemzustands vorzusehen. Im Grunde ist das Kalman-Filter ein Algorithmus, der eine Reihe von Messungen über die Zeit mit darin enthaltenen zufälligen Variationen (Rauschen) verwendet und Schätzungen von unbekannten Variablen vorsieht, die genauer als die Messungen alleine sind. Ein Kalman-Filter stellt einen Ansatz zum Schätzen des Zustands einer „Black Box“ auf der Basis von messbaren Ein- und Ausgaben dar. Das Kalman-Filter wird gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung eines Softwarecodes in dem Mikrocontroller 60 der Hauptbasisstation 14 implementiert.
Der Kalman-Filteralgorithmus schätzt den Zustand unter Verwendung eines zweistufigen Prozesses mit einem Zeitaktualisierungs-Voraussageschritt und einem Messaktualisierungsschritt. In dem Voraussageschritt sieht das Kalman-Filter Schätzungen der aktuellen Zustandsvariablen zusammen mit deren Unsicherheiten vor. Der Messaktualisierungsschritt weist die Form einer Regelung auf. Sobald das Kalman-Filter die nächste Messung beobachtet, werden die Schätzungen unter Verwendung eines gewichteten Mittels aktualisiert, wobei den Schätzungen mit einer höheren Sicherheit ein größeres Gewicht zugewiesen wird. Die Gewichte werden aus der Kovarianz berechnet, die eine Messrauschkovarianz (R) und eine Prozessrauschkovarianz (Q) umfasst. Die Kovarianz ist ein Maß für die geschätzte Unsicherheit der Voraussage des Systemzustands.
Die Messrauschkovarianz (R) bestimmt, wie viel Informationen aus der aktuellen Messung verwendet werden. Ein hoher Wert für R gibt an, dass die Messung nicht sehr genau ist. Wenn R hoch ist, dann verwendet das Kalman-Filter ein geringeres Gewicht für die aktuelle Messung. Wenn R niedrig ist, dann folgt das Kalman-Filter den Messungen genauer. Auch die Prozessrauschkovarianz (Q) hat eine große Auswirkung auf das Kalman-Filter. Wenn Q hoch ist, dann verfolgt das Kalman-Filter große Änderungen genauer. Die Schätzung wird jedoch verrauschter, wenn sich die Schätzung in einem Zeitschritt mehr „bewegen“ darf.
Der Kalman-Filterprozess wird in jedem Zeitschritt wiederholt, in dem die neue Schätzung und ihre Kovarianz die in der folgenden Wiederholung verwendete Voraussage informieren. Das Kalman-Filter ist ein rekursiver Schätzer. Das bedeutet, dass nur der geschätzte Zustand aus dem vorausgehenden Zeitschritt und die aktuelle Messung verwendet werden, um die Schätzung für den aktuellen Zustand zu berechnen. Dann kann das drahtlose Gerät 12 in dem Fahrzeugraum an seiner aktuellen Position (D_p) mit einer Ausrichtung, Geschwindigkeit und möglichen Verschiebung relativ zu seiner Geschwindigkeit geortet werden. Nach dem Schritt 124 kehrt das Fahrzeugsystem zu dem Schritt 120 zurück.
Das Gyroskop 48 ist ein optionales Merkmal für das Fahrzeugsystem 10. Die durch das Gyroskop 48 vorgesehenen Informationen werden verwendet, um eine genauere Bestimmung der Position des drahtlosen Geräts unter Verwendung einer Kopplungsnavigation vorzusehen. In alternativen Ausführungsformen für Anwendungen, die weniger strenge Anforderungen an die Bestimmung der Position des drahtlosen Geräts 12 stellen, ist das Fahrzeugsystem 10 nicht mit dem Gyroskop 48 versehen.
6 zeigt ein Verfahren 210 zum Bestimmen der aktuellen Position des drahtlosen Geräts unter Verwendung einer adaptiven Vorhersagbarkeitsschätzung auf der Basis der Beschleunigungsmesserdaten und ohne Gyroskopdaten. Das Verfahren 210 von 6 ist dem oben beschriebenen Verfahren 110 von 5 mit Ausnahme der Bestimmung der aktuellen Position (D_p) des drahtlosen Geräts ähnlich.
In Schritt 212 bestimmt das Fahrzeugsystem 10, ob die Kommunikation zwischen dem drahtlosen Gerät und den Fahrzeugknoten 14, 16 hergestellt wurde. Der Schritt 212 wird wiederholt, bis die Kommunikation wiederhergestellt wird. In Schritt 214 empfängt jeder Knoten 14, 16 Informationen von dem drahtlosen Gerät 12 einschließlich der Beschleunigungsdaten. Jeder Knoten 14, 16 erzeugt dann eine Nachricht, die die Laufzeit des Funksignals 58 und die Beschleunigungsinformationen angibt. In Schritt 216 bestimmt die Hauptbasisstation 14, ob Daten von dem drahtlosen Gerät 12 durch alle Fahrzeugknoten (einschließlich des eigenen) empfangen wurden. Wenn die Bestimmung in Schritt 216 negativ ist, was auf eine Teilunterbrechung der Kommunikation zwischen dem drahtlosen Gerät 12 und den Knoten 14, 16 hinweist, dann kehrt das Fahrzeugsystem 10 zu Schritt 212 zurück. Wenn die Bestimmung in Schritt 216 positiv ist (d.h. alle Knoten 14, 16 die Daten des drahtlosen Geräts empfangen haben), dann schreitet das Fahrzeugsystem 10 zu Schritt 218 fort und berechnet eine erste endgültige Position des drahtlosen Geräts 12 wie etwa die Ausgangsposition (D_i) unter Verwendung der TOF und einer Trilateration.
In Schritt 220 bestimmt das Fahrzeugsystem 10 erneut, ob die Daten von dem drahtlosen Gerät 12 durch alle Fahrzeugknoten (einschließlich des eigenen) empfangen wurden. Wenn die Bestimmung in Schritt 220 positiv ist (d.h. alle Knoten 14, 16 die Daten von dem drahtlosen Gerät empfangen haben), dann schreitet das Fahrzeugsystem 10 zu den Schritten 222 und 224 fort und berechnet eine aktuelle Position (D_p) des drahtlosen Geräts 12 unter Verwendung der TOF und einer Trilateration.
Wenn die Bestimmung in Schritt 220 negativ ist, schreitet das Fahrzeugsystem 10 zu Schritt 226 fort. In Schritt 226 bestimmt das Fahrzeugsystem 10, ob Daten von dem drahtlosen Gerät 12 durch wenigstens einen Fahrzeugknoten 14, 16 empfangen wurden und ob eine zuvor bestimmte Ausgangsposition (D_i) und eine zuvor bestimmte aktuelle Position (D_pp) verfügbar sind. Wenn die Bestimmung in Schritt 226 positiv ist, schreitet das Fahrzeugsystem zu Schritt 228 fort und sagt eine zweite endgültige Position des drahtlosen Geräts 12 unter Verwendung eines Kalman-Filters und einer adaptiven Vorhersagbarkeitsanalyse voraus.
In Schritt 228 berechnet das Fahrzeugsystem 10 die Geschwindigkeit des drahtlosen Geräts 12 auf der Basis einer Differenz zwischen der Ausgangsposition (D_i) und der vorausgehenden aktuellen Position (D_pp) über die Zeit. Das Fahrzeugsystem vergleicht dann die mit jeder Position assoziierten Distanzvektoren $(\overset{_{I \begin{matrix} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix}}}{D_{i}})$
und $(\overset{_{I \begin{matrix} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix} \begin{matrix} \end{matrix}}}{D_{p p}}),$
um die Ausrichtung des drahtlosen Geräts 12 zu schätzen. Das Fahrzeugsystem gewichtet dann die Geschwindigkeit und die Ausrichtungsschätzungen zusammen mit den Beschleunigungsdaten unter Verwendung des Kalman-Filters, um eine Verschiebung des drahtlosen Geräts in jeder Richtung (d_x, d_y und d_z) zu bestimmen.
Das Fahrzeugsystem 10 verwendet dann eine adaptive Vorhersagbarkeitsschätzung, um die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Verschiebung auf der Basis der Beschleunigungsdaten zu analysieren. Diese Informationen können verwendet werden, um die Verschiebungsdaten zu filtern, zu verzerren, zu verwerfen oder zu ignorieren. Wenn zum Beispiel das Kalman-Filter angibt, dass das drahtlose Gerät 12 bewegt wurde, aber die Beschleunigungsmesserdaten angeben, dass keine Bewegung stattgefunden hat, dann kann der adaptive Vorhersagbarkeitsprozess das System zu einer geringeren oder gar keinen Bewegung verzerren.
Dann kann das drahtlose Gerät 12 in dem Fahrzeugraum bei einer zweiten endgültigen Position wie etwa der aktuellen Position (D_p) mit einer Ausrichtung, Geschwindigkeit und möglichen Verschiebung relativ zu der Geschwindigkeit platziert werden. Nach Schritt 224 kehrt das Fahrzeugsystem zu Schritt 220 zurück.
Und wenn zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Verfahrens 210 wenigstens einer der Beschleunigungsdatenwerte (A_x, A_y und A_z) für länger als eine Schwellwertzeitperiode (z.B. 10 Sekunden) gleich null ist, dann bestimmt das Fahrzeugsystem, dass das drahtlose Gerät 12 angehalten wurde, und kehrt zu Schritt 212 zurück, ohne eine aktuelle Position zu bestimmen.

Claims

Fahrzeugsystem (10), das umfasst: ein tragbares Gerät (12), das konfiguriert ist, um ein erstes Funksignal zu senden, und eine Vielzahl von Basisstationen für eine Positionierung an einem Fahrzeug (18), wobei jede Basisstation konfiguriert ist, um das erste Funksignal zu empfangen, wobei eine Hauptbasisstation (14) aus der Vielzahl von Basisstationen konfiguriert ist, um: eine erste endgültige Position in Reaktion darauf zu bestimmen, dass jede aus der Vielzahl von Basisstationen das erste Funksignal erfolgreich empfängt, auf den folgenden Empfang eines zweiten Funksignals, das Bewegungsdaten des tragbaren Geräts (12) angibt, an jeder aus der Vielzahl von Basisstationen zu warten, nachdem die erste endgültige Position bestimmt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptbasisstation (14) dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, dass eine erste Basisstation das zweite Funksignal empfangen hat, zu bestimmen, dass eine zweite Basisstation das zweite Funksignal nicht erfolgreich empfangen hat, und eine zweite endgültige Position des tragbaren Geräts unter Verwendung der ersten endgültigen Position und der Bewegungsdaten des an der ersten Basisstation empfangenen zweiten Funksignals zu bestimmen, nachdem bestimmt wurde, dass die zweite Basisstation das zweite Funksignal nicht erfolgreich empfangen hat.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei jede aus der Vielzahl von Basisstationen konfiguriert ist, um eine erste Nachricht, die eine Laufzeit des ersten Funksignals angibt, in Reaktion darauf zu erzeugen, dass das erste Funksignal erfolgreich empfangen wird.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 2, wobei die Hauptbasisstation (14) weiterhin konfiguriert ist, um: eine Distanz zwischen dem tragbaren Gerät (12) und jeder aus der Vielzahl von Basisstationen auf der Basis der durch die entsprechende Basisstation erzeugten ersten Nachricht zu berechnen, eine Zone (20), in der sich das tragbare Gerät (12) relativ zu dem Fahrzeug aufhält, auf der Basis der Distanzen (D1, D2, D3) zu bestimmen, und die erste endgültige Position des tragbaren Geräts (12) relativ zu einer Bezugs-Fahrzeugposition (0) auf der Basis der Distanzen (D1, D2, D3) und der Zone (20) zu bestimmen.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsdaten weiterhin Beschleunigungsdaten und Ausrichtungsdaten umfassen, wobei das tragbare Gerät (12) weiterhin umfasst: einen Beschleunigungsmesser (47), der konfiguriert ist, um die Beschleunigungsdaten vorzusehen, und ein Gyroskop (48), das konfiguriert ist, um die Ausrichtungsdaten vorzusehen.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 4, wobei die Hauptbasisstation (14) weiterhin konfiguriert ist, um: die Beschleunigungsdaten unter Verwendung der Ausrichtungsdaten zu filtern, nachdem bestimmt wurde, dass die zweite Basisstation das zweite Funksignal nicht erfolgreich empfangen hat, und gefilterte Beschleunigungsdaten zu erzeugen, die Geschwindigkeit des tragbaren Geräts (12) auf der Basis eines ersten Integrals der gefilterten Beschleunigungsdaten zu berechnen, eine Verschiebung des tragbaren Geräts (12) von der ersten endgültigen Position auf der Basis eines zweiten Integrals der gefilterten Beschleunigungsdaten zu berechnen, und die zweite endgültige Position des tragbaren Geräts (12) auf der Basis der Geschwindigkeit und der Verschiebung des tragbaren Geräts (12) zu bestimmen.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 4, wobei die Hauptbasisstation (14) weiterhin konfiguriert ist, um: einen Zustand, der die zweite endgültige Position des tragbaren Geräts (12) angibt, unter Verwendung eines Kalman-Filters auf der Basis der Beschleunigungsdaten, der Ausrichtungsdaten und/oder der ersten endgültigen Position zu schätzen.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei die Hauptbasisstation (14) weiterhin konfiguriert ist, um: die zweite endgültige Position des tragbaren Geräts (12) auf der Basis der ersten endgültigen Position und der Geschwindigkeit des tragbaren Geräts (12)zu bestimmen, wobei die Geschwindigkeit des tragbaren Geräts (12) von einer gefilterten Beschleunigung des tragbaren Geräts abhängig ist.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 1, wobei die Hauptbasisstation (14) weiterhin konfiguriert ist, um: die erste endgültige Position des tragbaren Geräts (12) relativ zu einer Bezugs-Fahrzeugposition auf der Basis einer Laufzeit des ersten Funksignals zwischen dem tragbaren Gerät (12) und jeder aus der Vielzahl von Basisstationen zu berechnen, und einen Zustand, der die zweite endgültige Position des tragbaren Geräts angibt, unter Verwendung eines Kalman-Filters auf der Basis der Bewegungsdaten und der ersten endgültigen Position zu schätzen.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 8, wobei die Hauptbasisstation (14) weiterhin konfiguriert ist, um: die Geschwindigkeit des tragbaren Geräts auf der Basis einer Differenz zwischen der ersten endgültigen Position und der zweiten endgültigen Position über die Zeit zu berechnen, eine Verschiebung des tragbaren Geräts (12) zwischen der ersten endgültigen Position und der zweiten endgültigen Position auf der Basis der Geschwindigkeit zu schätzen, und eine dritte endgültige Position des tragbaren Geräts (12) auf der Basis der Verschiebung zu schätzen.
Vorrichtung, die umfasst: eine Vielzahl von Basisstationen für eine Positionierung an einem Fahrzeug (18), wobei jede Basisstation konfiguriert ist, um ein erstes Funksignal von einem tragbaren, drahtlosen Gerät (12) zu empfangen, wobei eine Hauptbasisstation (14) aus der Vielzahl von Basisstationen konfiguriert ist, um: eine erste endgültige Position in Reaktion darauf zu bestimmen, dass jede aus der Vielzahl von Basisstationen das erste Funksignal erfolgreich empfängt, auf den folgenden Empfang eines zweiten Funksignals, das Beschleunigungsdaten und Ausrichtungsdaten des tragbaren Geräts (12) angibt, an jeder aus der Vielzahl von Basisstationen zu warten, nachdem die erste endgültige Position bestimmt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptbasisstation (14) ferner dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, dass eine erste Basisstation das zweite Funksignal empfangen hat, zu bestimmen, dass eine zweite Basisstation das zweite Funksignal nicht erfolgreich empfangen hat, und eine zweite endgültige Position des tragbaren Geräts (12) unter Verwendung der ersten endgültigen Position und der Beschleunigungsdaten und der Ausrichtungsdaten des an der ersten Basisstation empfangenen zweiten Funksignals zu bestimmen, nachdem bestimmt wurde, dass die zweite Basisstation das zweite Funksignal nicht erfolgreich empfangen hat.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Hauptbasisstation (14) weiterhin konfiguriert ist, um: die Beschleunigungsdaten unter Verwendung der Ausrichtungsdaten zu filtern, nachdem bestimmt wurde, dass die zweite Basisstation das zweite Funksignal nicht erfolgreich empfangen hat, und gefilterte Beschleunigungsdaten zu erzeugen, und die zweite endgültige Position des tragbaren Geräts auf der Basis der gefilterten Beschleunigungsdaten des tragbaren Geräts (12) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Hauptbasisstation (14) weiterhin konfiguriert ist, um: die Geschwindigkeit des tragbaren Geräts (12) auf der Basis eines ersten Integrals der gefilterten Beschleunigungsdaten zu berechnen, eine Verschiebung des tragbaren Geräts (12) von der ersten endgültigen Position auf der Basis eines zweiten Integrals der gefilterten Beschleunigungsdaten zu berechnen, und die zweite endgültige Position des tragbaren Geräts (12) auf der Basis der Geschwindigkeit und der Verschiebung des tragbaren Geräts (12) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei jede aus der Vielzahl von Basisstationen konfiguriert ist, um eine erste Nachricht, die eine Laufzeit des ersten Funksignals angibt, in Reaktion darauf zu erzeugen, dass das erste Funksignal erfolgreich empfangen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Hauptbasisstation (14) weiterhin konfiguriert ist, um: eine Distanz (D1, D2, D3) zwischen dem tragbaren Gerät (12) und jeder aus der Vielzahl von Basisstationen auf der Basis der durch die entsprechende Basisstation erzeugten ersten Nachricht zu berechnen, eine Zone (20), in der sich das tragbare Gerät (12) relativ zu dem Fahrzeug (18) aufhält, auf der Basis der Distanzen (D1, D2, D3) zu bestimmen, und die erste endgültige Position des tragbaren Geräts (12) relativ zu einer Bezugs-Fahrzeugposition (0) auf der Basis der Distanzen (D1, D2, D3) und der Zone (20) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Hauptbasisstation (14) weiterhin konfiguriert ist, um: das Entsperren einer Fahrzeugtür in Nachbarschaft zu der Zone (20) auf der Basis der zweiten endgültigen Position des tragbaren Geräts (12) zu steuern.
Verfahren zum Erfassen der Position eines tragbaren Geräts (12), wobei das Verfahren umfasst: Senden eines ersten Funksignals an eine Vielzahl von Basisstationen, Bestimmen einer ersten endgültigen Position in Reaktion darauf, dass jede aus der Vielzahl von Basisstationen das erste Funksignal erfolgreich empfängt, Warten auf einen folgenden Empfang eines zweiten Funksignals, das Bewegungsdaten des tragbaren Geräts (12) angibt, an jeder aus der Vielzahl von Basisstationen, nachdem die erste endgültige Position bestimmt wurde, gekennzeichnet durch Bestimmen, dass eine erste Basisstation das zweite Funksignal empfangen hat, Bestimmen, dass eine zweite Basisstation das zweite Funksignal nicht erfolgreich empfangen hat, und Bestimmen einer zweiten endgültigen Position des tragbaren Geräts (12) unter Verwendung der ersten endgültigen Position und der Bewegungsdaten des an der ersten Basisstation empfangenen zweiten Funksignals, nachdem bestimmt wurde, dass die zweite Basisstation das zweite Funksignal nicht erfolgreich empfangen hat.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Bewegungsdaten weiterhin Beschleunigungsdaten und/oder Ausrichtungsdaten umfassen.
Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin umfasst: Filtern der Beschleunigungsdaten unter Verwendung der Ausrichtungsdaten, um Schwerkraftwirkungen zu beseitigen und das tragbare Gerät (12) relativ zu einer Bezugs-Fahrzeugposition (0) auszurichten.
Verfahren nach Anspruch 18, das weiterhin umfasst: Schätzen eines Zustands, der die zweite endgültige Position des tragbaren Geräts (12) angibt, unter Verwendung eines Kalman-Filters auf der Basis der Beschleunigungsdaten, der Ausrichtungsdaten und der ersten endgültigen Position.
Verfahren nach Anspruch 16, das weiterhin umfasst: Bestimmen der zweiten endgültigen Position des tragbaren Geräts (12) auf der Basis der ersten endgültigen Position und der Geschwindigkeit des tragbaren Geräts (12), wobei die Geschwindigkeit des tragbaren Geräts von einer gefilterten Beschleunigung des tragbaren Geräts (12) abhängig ist.