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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit zur hochgenauen Positionierung eines Fahrzeugs, z.B. zur präzisen Positionierung der Sekundärspule eines Fahrzeugs über einer Primärspule zum induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie.
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Fahrzeuge mit Elektroantrieb verfügen typischerweise über eine Batterie, in der elektrische Energie zum Betrieb einer Elektromaschine des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Die Batterie des Fahrzeugs kann mit elektrischer Energie aus einem Stromversorgungsnetz aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird die Batterie mit dem Stromversorgungsnetz gekoppelt, um die elektrische Energie aus dem Stromversorgungsnetz in die Batterie des Fahrzeugs zu übertragen. Die Kopplung kann drahtgebunden (über ein Ladekabel) und/oder drahtlos (anhand einer induktiven Kopplung zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug) erfolgen.
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Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden der Batterie des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über elektromagnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit 120 die elektrische Energie zu der Batterie übertragen wird. Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. Insbesondere zeigt 1 ein Fahrzeug 100 mit einem Speicher 103 für elektrische Energie (z.B. mit einer aufladbaren Batterie 103). Das Fahrzeug 100 umfasst eine sogenannte Sekundärspule im Fahrzeug-Unterboden, wobei die Sekundärspule über eine nicht gezeigte Impedanzanpassung und einen Gleichrichter 101 mit dem Speicher 103 verbunden ist. Die Sekundärspule ist typischerweise Teil einer sogenannten „Wireless Power Transfer“ (WPT) Fahrzeugeinheit 102.
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Die Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 kann über einer Primärspule positioniert werden, wobei die Primärspule z.B. auf dem Boden einer Garage angebracht ist. Die Primärspule ist typischerweise Teil einer sogenannten WPT-Bodeneinheit 111. Die Primärspule ist mit einer Stromversorgung 110 verbunden. Die Stromversorgung 110 kann einen Radio-Frequenz-Generator umfassen, der einen AC (Alternating Current) Strom in der Primärspule der WPT-Bodeneinheit 111 erzeugt, wodurch ein magnetisches Feld (auch als Ladefeld bezeichnet) induziert wird.
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Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule der WPT-Bodeneinheit 111 und Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 über die Unterbodenfreiheit 120 wird durch das elektromagnetische Feld eine entsprechende Spannung und damit auch ein Strom in der Sekundärspule induziert. Der induzierte Strom in der Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 wird durch den Gleichrichter 101 gleichgerichtet und im Speicher 103 (z.B. in der Batterie) gespeichert. So kann elektrische Energie kabellos von der Stromversorgung 110 zum Energie-Speicher 103 des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Der Ladevorgang kann im Fahrzeug 100 durch ein Lade-Steuergerät 105 gesteuert werden. Das Lade-Steuergerät 105 kann zu diesem Zweck eingerichtet sein, z.B. drahtlos, mit der Ladeeinheit 110 (z.B. mit einer Wallbox) oder mit der WPT-Bodeneinheit 111 zu kommunizieren.
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Für einen effektiven Energietransfer über das elektromagnetische Ladefeld ist es typischerweise erforderlich, dass die WPT-Fahrzeugeinheit
102 relativ genau über der WPT-Bodeneinheit
111 positioniert wird. Diese Positionierung kann dadurch unterstützt werden, dass die Position des Fahrzeugs
100 relativ zur WPT-Bodeneinheit
111 bestimmt wird. In
DE102014205672A1 wird ein System beschrieben, das die elektromagnetischen Kommunikationssignale eines Fahrzeugschlüssels (für eine sogenannte „Comfort Access“ Funktion) dazu verwendet, ein Fahrzeug
100 über einer WPT-Bodeneinheit
111 zu positionieren. Eine derartige „Comfort Access“ Funktion ist jedoch nicht flächendeckend in Fahrzeugen
100 verbaut. Des Weiteren können ggf. Störungen zwischen dem Ladefeld und der Fahrzeugschlüssel-Kommunikation vorliegen, was die Güte der Positionierung beeinflussen kann.
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Das vorliegende Dokument befasst sich daher mit der technischen Aufgabe, in effizienter und robuster Weise die Positionierung eines Fahrzeugs 100 (z.B. relativ zu der WPT-Bodeneinheit 111 eines induktiven Ladesystems) zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung von Positionsdaten in Bezug auf eine Position eines Fahrzeugs relativ zu einem Objekt beschrieben. Das Objekt kann z.B. eine Wand oder einen Boden oder eine Säule umfassen. Alternativ oder ergänzend kann das Objekt eine Bodeneinheit zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs umfassen. Insbesondere ist das Objekt separat zu dem Fahrzeug angeordnet. An dem Objekt kann ein Ultraschallsender angeordnet sein, der eingerichtet ist, ein Ultraschallsignal auszusenden, wobei das Ultraschallsignal typischerweise ein oder mehrere Ultraschallpulse umfasst. Bei dem Ultraschallsender handelt es sich um einen aktiven (typischerweise mit elektrischer Energie betriebenen) Sender, der eingerichtet selbständig das Ultraschallsignal zu generieren. Insbesondere handelt es sich bei dem Sender nicht (nur) um eine passive Einheit, an der ein (von einem anderen Sender generiertes) Ultraschallsignal reflektiert wird. Das Verfahren kann durch eine Steuereinheit eines Fahrzeugs ausgeführt werden.
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Das Verfahren umfasst das Empfangen eines von dem Ultraschallsender ausgesendeten Ultraschallsignals an mehreren (z.B. an zwei, drei oder mehr) Ultraschallsensoren des Fahrzeugs. Dabei sind die Ultraschallsensoren typischerweise an unterschiedlichen Positionen im Fahrzeug angeordnet. Insbesondere können die unterschiedlichen Ultraschallsensoren zumindest teilweise in einem Front-, Heck- und/oder Seiten-Bereich des Fahrzeugs angeordnet sein. Des Weiteren können die unterschiedlichen Ultraschallsensoren zumindest teilweise dazu verwendet werden, einen Abstand des Fahrzeugs zu einem Hindernis in einem Umfeld des Fahrzeugs zu ermitteln. Mit anderen Worten, die Ultraschallsensoren können (auch) für andere Fahrzeugfunktionen (z.B. zur Abstandsmessung bei einem Parkvorgang) verwendet werden.
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Das Verfahren umfasst weiter das Ermitteln eines Laufzeitunterschieds des an zumindest zwei (insbesondere mindestens drei) der Ultraschallsensoren empfangenen Ultraschallsignals. Es können dann auf Basis des Laufzeitunterschieds Positionsdaten in Bezug auf die Position des Fahrzeugs relativ zu dem Objekt ermittelt werden. Dabei kann insbesondere bei Empfang des Ultraschallsignals an mindestens drei unterschiedlichen Ultraschallsensoren die Position des Fahrzeugs relativ zu dem Objekt in präziser Weise ermittelt werden (allein auf Basis der Laufzeitunterschiede).
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Auch bei Empfang des Ultraschallsignals durch (nur) zwei unterschiedliche Ultraschallsensoren kann auf Basis des Laufzeitunterschieds Information in Bezug auf die Position des Fahrzeugs relativ zu dem Objekt ermittelt werden. Insbesondere kann dabei durch eine Kombination mit ein oder mehreren Randbedingungen (z.B. ein Vorwissen in Bezug auf mögliche Positionen des Fahrzeugs relativ zu dem Objekt) und/oder durch eine Kombination mit anderen Sensordaten die Position des Fahrzeugs relativ zu dem Objekt in präziser Weise ermittelt werden (auch wenn das Ultraschallsignal an nur zwei unterschiedlichen Ultraschallsensoren des Fahrzeugs empfangen wird).
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Das Verfahren ermöglicht es somit in zuverlässiger und robuster Weise Positionsdaten für ein Fahrzeug zu ermitteln. Dabei können bereits verbaute Ultraschallsensoren verwendet werden, so dass eine kostengünstige Positionsbestimmung ermöglicht wird.
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Die Positionsdaten können insbesondere durch Anwendung von Triangulationsverfahren ermittelt werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug einen ersten, zweiten und dritten Ultraschallsensor umfassen, die an einer ersten, zweiten und dritten Position im Fahrzeug angeordnet sind. Es können dann ein erster Laufzeitunterschied des Ultraschallsignals an dem ersten und zweiten Ultraschallsensor, ein zweiter Laufzeitunterschied des Ultraschallsignals an dem zweiten und dritten Ultraschallsensor, und ggf. ein dritter Laufzeitunterschied des Ultraschallsignals an dem dritten und ersten Ultraschallsensor ermittelt werden. Die Positionsdaten können dann in präziser Weise auf Basis des ersten, zweiten und ggf. dritten Laufzeitunterschieds und auf Basis der ersten, zweiten und dritten Position bestimmt werden.
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Das Ultraschallsignal kann periodisch bzw. regelmäßig von dem Ultraschallsender ausgesendet werden und/oder von den Ultraschallsensoren empfangen werden. So kann ein Fahrzeug bei einem Positionierungsvorgang in kontinuierlicher Weise unterstützt werden. Insbesondere kann so die Position des Fahrzeugs regelmäßig aktualisiert werden.
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Der Ultraschallsender kann Teil eines Ultraschallsensors des Objekts sein. Insbesondere kann das Objekt auch einen Ultraschallempfänger aufweisen. Das Verfahren kann umfassen, das Senden eines Trigger-Ultraschallsignals durch zumindest einen der Ultraschallsensoren des Fahrzeugs (z.B. bei einer Annäherung an das Objekt). Das Ultraschallsignal kann dann von dem Ultraschallsender (erst) in Reaktion darauf gesendet werden, dass der Ultraschallsensor des Objekts das Trigger-Ultraschallsignal empfängt. Es kann somit durch das Fahrzeug das Aussenden des Ultraschallsignals zur Positionierung des Fahrzeugs getriggert werden. So kann der Energieverbrauch für die Positionierung des Fahrzeugs reduziert werden.
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Das Ultraschallsignal kann einen Ultraschallpuls umfassen. Insbesondere kann das Ultraschallsignal eine zeitliche Sequenz von Ultraschallpulsen umfassen. Ein zeitlicher Abstand zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Ultraschallpulsen kann dabei ausreichend groß sein, um bei einem bestimmten Maximalabstand zwischen den Ultraschallsensoren die zwei direkt aufeinander folgenden Ultraschallpulse an den Ultraschallsensoren des Fahrzeugs eindeutig voneinander unterscheiden zu können. Zu diesem Zweck kann der zeitliche Abstand zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Ultraschallpulsen größer sein als der maximal mögliche Laufzeitunterschied eines Ultraschallpulses an zwei unterschiedlichen Ultraschallsensoren des Fahrzeugs. So kann in zuverlässiger Weise eine (ggf. kontinuierliche) Positionierung eines Fahrzeugs ermöglicht werden.
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Das Objekt kann mehrere Ultraschallsender an unterschiedlichen Positionen aufweisen. Es können dann von den mehreren Ultraschallsendern ausgesendete Ultraschallsignale an den Ultraschallsensoren des Fahrzeugs empfangen werden. Dabei weisen die von den mehreren Ultraschallsendern ausgesendeten Ultraschallsignale bevorzugt ein oder mehrere voneinander unterschiedliche Eigenschaften (z.B. Modulationen) auf, die es den Ultraschallsensoren ermöglichen, die Ultraschallsignale voneinander zu unterscheiden. Die Positionsdaten können dann auf Basis von Laufzeitunterschieden der von den mehreren Ultraschallsendern ausgesendeten Ultraschallsignale ermittelt werden. So kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung weiter erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben. Das Fahrzeug umfasst mehrere Ultraschallsensoren, die an unterschiedlichen Positionen am Fahrzeug angeordnet sind. Des Weiteren ist das Fahrzeug eingerichtet, ein von einem Ultraschallsender ausgesendetes Ultraschallsignal an den Ultraschallsensoren des Fahrzeugs zu empfangen. Das Fahrzeug (insbesondere eine Steuereinheit des Fahrzeugs) ist weiter eingerichtet, einen Laufzeitunterschied des an zumindest zwei der Ultraschallsensoren empfangenen Ultraschallsignals zu ermitteln, und auf Basis des Laufzeitunterschieds Positionsdaten in Bezug auf die Position des Fahrzeugs relativ zu dem Ultraschallsender zu ermitteln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 eine beispielhafte Vorrichtung zum induktiven Laden eines Fahrzeugs;
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2 ein beispielhaftes Fahrzeug mit Ultraschallsensoren und ein Objekt mit einem Ultraschallsender;
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3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung von Positionsdaten für ein Fahrzeug; und
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4 zwei beispielhafte Anordnungen von Ultraschallsendern und Ultraschallsensoren.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten, präzisen und robusten Ermittlung der Position eines Fahrzeugs in Relation zu einem bestimmten Objekt. Das Objekt kann z.B., wie in 1 dargestellt, eine WPT-Bodeneinheit 111 umfassen, und die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen können dazu verwendet werden, eine WPT-Fahrzeugeinheit 102 möglichst präzise über einer WPT-Bodeneinheit 111 zu positionieren.
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2 zeigt beispielhafte Komponenten eines Fahrzeugs 100. Insbesondere zeigt 2 ein Fahrzeug 100 mit mehreren Ultraschallsensoren 202, die an unterschiedlichen Stellen am Fahrzeug 100 angeordnet sind. Typischerweise werden Ultraschallsensoren 202 im Fronbereich, im Seitenbereich und/oder im Heckbereich eines Fahrzeugs 100 verbaut, z.B. um während eines Parkvorgangs den Abstand zu benachbarten Hindernissen zu ermitteln. Ultraschallsensoren 202 sind kostengünstig und heute fast flächendeckend in Fahrzeugen 100 verbaut.
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2 zeigt weiter ein Objekt 210 mit einem Ultraschallsender 212. Das Fahrzeug 100 soll möglichst präzise relativ zu dem Objekt 201 positioniert werden. Zu diesem Zweck kann der Ultraschallsender 212 ein Ultraschallsignal 222 (z.B. einen Ultraschallpuls) aussenden, das von den Ultraschallsensoren 202 des Fahrzeugs 100 empfangen werden kann. Für jeden der Ultraschallsensoren 202 kann der Empfangszeitpunkt des Ultraschallsignals 212 erfasst werden, wobei sich an einem ersten Ultraschallsensor 202 z.B. ein erster Empfangszeitpunkt und an einem zweiten Ultraschallsensor 202 ein zweiter Empfangszeitpunkt ergeben kann. Aus den beiden Empfangszeitpunkten, insbesondere aus der Differenz der Empfangszeitpunkte, aus der Position des ersten Ultraschallsensors 202 und des zweiten Ultraschallsensors 202 am Fahrzeug 100 und aus der Schallgeschwindigkeit können dann Positionsdaten ermittelt werden, die Information in Bezug auf die Position des Fahrzeugs 100 relativ zu dem Ultraschallsender 212 anzeigen. Typischerweise kann bei Verwendung von einem Sender 212 und mindestens drei Sensoren 202 die Position des Fahrzeugs 100 relativ zu dem Sender 212 bzw. zu dem Objekt 210 bestimmt werden. Mit andern Worten, zur genauen Bestimmung der Position des Fahrzeugs 100 relativ zu dem Sender 212 werden typischerweise mindestens drei Ultraschallsensoren 202 und somit mindestens drei Empfangszeitpunkte benötigt. Bei Verwendung eines weiteren Senders 212 kann auch eine Verdrehung des Fahrzeugs 100 relativ zu dem Sender 212 bestimmt werden.
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Es kann somit (zumindest) ein Ultraschallsender 212 an einem Objekt 210 verbaut werden, der kompatibel mit den Ultraschallsensoren 202 ist, die in einem Fahrzeug 100 verbaut sind. Insbesondere kann ein derartiger Sender 212 im Bereich der zu identifizierenden Position bzw. in dem zu erkennenden Objekt 210 angeordnet werden. Die Positionierung und Abstrahlrichtung des Senders 212 wird dabei bevorzugt derart gewählt, dass Fahrzeuge 100 das Ultraschallsignal 222 des Senders 212 mit mindestens drei der in einem Fahrzeug 100 verbauten Sensoren 202 empfangen können.
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Der Sender 212 kann dauerhaft oder Ereignis-gesteuert (z.B. zyklisch) einen Ultraschallpuls 222 senden, der von einem Fahrzeug empfangen werden kann. Über die Lauzeitunterschiede des Ultraschallpulses 222 an den unterschiedlichen Sensoren 202 kann durch eine Steuereinheit 201 im Fahrzeug 100 die genaue Position des Senders 212 bestimmt werden.
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Der Sender 212 kann selbst als ein Ultraschallsensor ausgebildet sein. Der Ultraschallsensor 212 des Objektes 210 kann dann eingerichtet sein, ein Ultraschallsignal von einem Ultraschallsensor 202 des Fahrzeugs 100 zu empfangen. Ein derartiges Ultraschallsignal kann als Trigger für den Sender 212 zum Aussenden eines Ultraschallsignals 222 verwendet werden. Somit kann ein näherkommendes Fahrzeug 100 das Aussenden von Ultraschallsignalen 222 zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs 100 relativ zu dem Objekt 210 initiieren.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zur Ermittlung von Positionsdaten in Bezug auf eine Position eines Fahrzeugs 100 relativ zu einem Objekt 210 bzw. zu einem Bereich. Dabei ist an dem Objekt 210 bzw. in einem Bereich ein Ultraschallsender 212 angeordnet. Das Verfahren 300 umfasst das Empfangen 301 eines von dem Ultraschallsender 212 ausgesendeten Ultraschallsignals 222 an mehreren (z.B. an mindestens drei) Ultraschallsensoren 202 des Fahrzeugs 100. Dabei sind die Ultraschallsensoren 202 an unterschiedlichen Positionen im Fahrzeug 100 angeordnet. Außerdem umfasst das Verfahren 300 das Ermitteln 302 eines Laufzeitunterschieds des an zumindest zwei der Ultraschallsensoren 202 empfangenen Ultraschallsignals 222. Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das Ermitteln 303 von Positionsdaten in Bezug auf die Position des Fahrzeugs 100 relativ zu dem Objekt 210 auf Basis des Laufzeitunterschieds.
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4 zeigt auf der linken Seite ein Objekt 210 mit einem (einzigen) Ultraschallsender 212, der ein Ultraschallsignal 222 aussendet, das von (mindestens) drei Ultraschallsensoren 202 eines Fahrzeugs 100 (die z.B. im Frontbereich des Fahrzeugs 100 angeordnet sind) empfangen wird. Durch eine derartige Konfiguration kann die Position des Fahrzeugs 100 relativ zu dem Objekt 210 bzw. dem Ultraschallsender 212 in präziser Weise bestimmt werden. Insbesondere können ein Abstand zwischen Fahrzeug 100 und Ultraschallsender 212 und/oder eine Richtung (z.B. angegeben durch einen Azimut-Winkel) zwischen Fahrzeug 100 und Ultraschallsender 212 bestimmt werden.
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4 zeigt auf der rechten Seite ein Objekt 210 mit mindestens zwei Ultraschallsendern 212, die an unterschiedlichen Stellen an dem Objekt 210 angeordnet sind. Die von den Ultraschallsendern 212 ausgesendeten Ultraschallsignale 222 können von (mindestens) drei Ultraschallsensoren 202 eines Fahrzeugs 100 empfangen werden. So kann zusätzlich zu der Position des Fahrzeugs 100 relativ zu den Ultraschallsendern 212 auch die Orientierung des Fahrzeugs 100 relativ zu den Ultraschallsendern 212 (z.B. eine Drehung) ermittelt werden.
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Ein von einem Sender 212 eines Objektes 210 ausgesendetes Ultraschallsignal 222 weist bei einem direkten Empfang im Fahrzeug 100 typischerweise einen relativ hohen Signal/Rausch-Abstand auf und kann daher zuverlässig und eindeutig identifiziert werden. Das Messen der Laufzeitunterschiede kann meist (aufgrund bereits verbauter Komponenten) in effizienter Weise in Fahrzeugen 100 realisiert werden. Die Bereitstellung eines Senders 212 an einem Objekt 210 kann typischerweise in Kosten-, Bauraum- und Energie-effizienter Weise erfolgen. Dabei kann ein Sender 212 sowohl in mobilen Anwendungen (z.B. an einer Anhängerdeichsel) als auch in festverbauten Anwendungen (z.B. an Infrastruktur wie die Einfahrt zu einer Tiefgarage, ein Garagentor, eine Ladespule, etc.) verbaut werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014205672 A1 [0006]
