DE102017221285A1

DE102017221285A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung von mobilen Identifikationsgebern

Info

Publication number: DE102017221285A1
Application number: DE102017221285.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Morhart; Josef Schinagl
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-05-29
Also published as: WO2019105850A1; CN111344752A

Abstract

Eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines mobilen Identifikationsgebers (30) in Bezug auf ein Fahrzeug (10) weist eine erste in dem mobilen Identifikationsgeber (30) angeordnete Antenne (31) und wenigstens zwei in dem Fahrzeug (10) angeordnete Antennen (2n) auf. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, die Empfangsfeldstärken (P_31→2n) von zwischen der ersten Antenne (31) und den jeweils wenigstens zwei im Fahrzeug (10) angeordneten Antennen (2n) gesendeten Signalen (S2n, S31) zu bestimmen, wenigstens ein Verhältnis aus zwei verschiedenen gemessenen Empfangsfeldstärken (P_31→2n) zu bilden und jedes des wenigstens einen gebildeten Verhältnisses jeweils mit wenigstens einer Schwelle zu vergleichen. Die Position des mobilen Identifikationsgebers (30) wird anhand des Vergleiches des wenigstens einen Verhältnisses mit der wenigstens einen Schwelle bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von mobilen Identifikationsgebern, insbesondere in einem Fahrzeug.
Schlüssellose Fahrzeug-Zugangs- und Startsysteme wie beispielsweise das Passive Start Entry (PASE) System sind automatische Systeme, um ein Fahrzeug ohne aktive Benutzung eines Autoschlüssels zu entriegeln und durch das bloße Betätigen des Startknopfes zu starten. In dem Fahrzeug ist dabei eine Sendeeinheit angeordnet, welche Signale aussendet. Dies sind beispielsweise elektromagnetische Signale im LF (Low Frequency)- oder HF (High Frequency) -Bereich. Diese Signale werden von einer Transpondereinheit empfangen, wenn diese sich in der Nähe des Fahrzeugs befindet, und anschließend ausgewertet und/oder weiter verarbeitet. Im Anschluss an die Auswertung und/oder Weiterverarbeitung in der Transpondereinheit können entsprechende Antwortsignale wieder an die Sendeeinheit im Fahrzeug zurückgesendet werden. Die Antwortsignale werden beispielsweise im UHF-Frequenzband gesendet und können im Fahrzeug von einer Auswerteeinheit ausgewertet werden. Wird ein Antwortsignal als korrekt und somit die Transpondereinheit als zum Fahrzeug gehörig erkannt, kann das Fahrzeug entriegelt oder gestartet werden. Auch andere Funktionen im Fahrzeug können auf diese Art und Weise gesteuert werden.
In manchen Fällen wird zusätzlich auch die Position der Transpondereinheit bestimmt. Das Erlauben und/oder Freigeben einer Funktion kann dann zusätzlich von der Position der Transpondereinheit abhängen. Beispielsweise kann ein Startvorgang des Fahrzeugs nur dann freigegeben werden, wenn die Transpondereinheit als innerhalb des Fahrzeugs befindlich erkannt wird.
Es sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, wie die Position einer Transpondereinheit bestimmt werden kann. Bei neueren Systemen werden die Funktionen der Transpondereinheit (Fahrzeugschlüssel) zunehmend von tragbaren elektronischen Geräten, wie beispielsweise Smartphones, übernommen. Für die Kommunikation zwischen den tragbaren elektronischen Geräten und dem Fahrzeug kommen dabei häufig Signale gemäß einem Bluetooth-Standard, zum Beispiel dem Bluetooth Low Energy (BLE)-Standard, zum Einsatz. Die bekannten Verfahren zur Positionsbestimmung können dabei nicht ohne weiteres auf die Kommunikation mittels Bluetooth angewendet werden, da Signale nach einem Bluetooth-Standard im Gegensatz zu LF-Signalen beispielsweise aufgrund von Abschattungseffekten (z.B. durch den Körper des Nutzers) stark abgeschwächt werden können. Aufgrund von Abschattung kann die Positionsbestimmung mit den herkömmlichen Verfahren bei Verwendung von Bluetooth-Geräten sehr ungenau sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Positionsbestimmung von mobilen Identifikationsgebern (tragbaren elektronischen Geräten) bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines mobilen Identifikationsgebers in Bezug auf ein Fahrzeug weist eine erste in dem mobilen Identifikationsgeber angeordnete Antenne und wenigstens zwei in dem Fahrzeug angeordnete Antennen auf. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, die Empfangsfeldstärken von zwischen der ersten Antenne und den jeweils wenigstens zwei im Fahrzeug angeordneten Antennen gesendeten Signalen zu bestimmen, wenigstens ein Verhältnis aus zwei verschiedenen gemessenen Empfangsfeldstärken zu bilden und jedes des wenigstens einen gebildeten Verhältnisses jeweils mit wenigstens einer Schwelle zu vergleichen. Die Position des mobilen Identifikationsgebers wird anhand des Vergleiches des wenigstens einen Verhältnisses mit der wenigstens einen Schwelle bestimmt.
Durch das Bilden von Verhältnissen verschiedener Empfangsfeldstärken können Störungen der Signale oder spezifische Charakteristika des jeweils verwendeten mobilen Identifikationsgebers kompensiert werden. Spezifische Charakteristika können beispielsweise die Art der verwendeten Antennen oder die Ausrichtung der verwendeten Antennen betreffen. Die Bestimmung der Position wird dadurch genauer und ist weniger störanfällig.
Von den im Fahrzeug angeordneten Antennen kann wenigstens eine Antenne im Innenraum des Fahrzeugs und wenigstens eine Antenne im Außenraum des Fahrzeugs angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich zu den im Innenraum und Außenraum des Fahrzeugs angeordneten Antennen kann wenigstens eine Antenne im Bereich der Motorhaube des Fahrzeugs und wenigstens eine Antenne im Bereich des Kofferraums des Fahrzeugs angeordnet sein und/oder eine Antenne im Bereich der rechten Seite des Fahrzeugs und wenigstens eine Antenne im Bereich der linken Seite des Fahrzeugs angeordnet sein und/oder zwei Antennen an jeweils zwei schräg gegenüberliegenden Ecken des Fahrzeugs angeordnet sein.
Dadurch ergeben sich besonders kontrastreiche Positionen, wodurch die Genauigkeit der Positionsbestimmung verbessert werden kann.
Das Verhältnis kann aus zwei Empfangsfeldstärken gebildet werden, welche sich auf Antennen im Fahrzeug beziehen die einen Abstand von mehr als 10cm, mehr als 50cm, mehr als 1m oder mehr als 2m zueinander aufweisen. Auch dadurch ergeben sich möglichst kontrastreiche Positionen der Antennen, wodurch wiederum die Genauigkeit der Positionsbestimmung verbessert werden kann.
Die Signale können von den im Fahrzeug angeordneten Antennen an den mobilen Identifikationsgeber gesendet werden und der mobile Identifikationsgeber kann dazu ausgebildet sein die Empfangsfeldstärken der empfangenen Signale zu bestimmen. Es ist jedoch alternativ auch möglich, die Signale von der in dem mobilen Identifikationsgeber angeordneten ersten Antenne an die im Fahrzeug angeordneten Antennen zu senden. Die Vorrichtung kann in diesem zweiten Fall weiterhin eine Steuereinheit aufweisen, die mit den im Fahrzeug angeordneten Antennen verbunden ist und die dazu ausgebildet ist die Empfangsfeldstärken der empfangenen Signale zu bestimmen. Die Positionsbestimmung kann somit sowohl im Fahrzeug als auch in dem mobilen Identifikationsgeber erfolgen.
Für jedes der gebildeten Verhältnisse kann dieselbe Schwelle verwendet werden. Es ist alternativ jedoch auch möglich, für wenigstens zwei der gebildeten Verhältnisse unterschiedliche Schwellen zu verwenden. In und/oder um das Fahrzeug können verschiedene Zonen definiert sein in welchen ein mobiler Identifikationsgeber erkannt werden kann. Die Schwellen können von der Größe und der Form von gewünschten Zonen abhängen.
Die Empfangsfeldstärke in Bezug auf eine im Fahrzeug angeordnete Antenne hängt dabei von der Entfernung des mobilen Identifikationsgebers zu der entsprechenden Antenne ab.
Jedes Verhältnis kann mit einer ersten Schwelle und mit einer zweiten Schwelle verglichen werden. Dadurch können Größe und Form der Zonen verändert werden.
Die Vorrichtung kann weiterhin dazu ausgebildet sein, anhand eines zwischen zwei im Fahrzeug angeordneten Antennen gesendeten Signales eine Dämpfung des Signals zwischen den zwei Antennen zu bestimmen. Die wenigstens eine Schwelle kann dann beispielsweise von der bestimmten Dämpfung abhängen.
Ein mobiler Identifikationsgeber weist eine erste Antenne und ein Fahrzeug weist wenigstens zwei Antennen auf. Ein Verfahren zum Bestimmen der Position des mobilen Identifikationsgebers in Bezug auf das Fahrzeug weist das Bestimmen der Empfangsfeldstärken von zwischen der ersten Antenne und den jeweils wenigstens zwei im Fahrzeug angeordneten Antennen gesendeten Signalen, das Bilden wenigstens eines Verhältnisses aus zwei verschiedenen gemessenen Empfangsfeldstärken und das Vergleichen jedes der gebildeten Verhältnisse mit wenigstens jeweils einer Schwelle auf. Die Position des mobilen Identifikationsgebers wird anhand des Vergleiches der Verhältnisse mit der wenigstens einen Schwelle bestimmt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:

1 in einer skizzenhaften Darstellung das Prinzip eines schlüssellosen Fahrzeug-Zugangs- und Startsystems,
2 in einer skizzenhaften Darstellung verschiedene Zonen in einem Fahrzeug und das Prinzip eines Systems zur Positionsbestimmung eines mobilen Identifikationsgebers,
3 in einem Blockschaltbild ein System zur Positionsbestimmung eines mobilen Identifikationsgebers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
4 in einer skizzenhaften Darstellung ein System zur Positionsbestimmung eines mobilen Identifikationsgebers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
5 in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines mobilen Identifikationsgebers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

1 zeigt in schematischer Darstellung das Prinzip eines schlüssellosen Fahrzeug-Zugangs- und Startsystems. In dem Fahrzeug 10 ist eine Sendeeinheit 20 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, Signale auszusenden. Diese Signale werden von einer Transpondereinheit bzw. einem mobilen Identifikationsgeber 30 empfangen, wenn dieser sich in der Nähe des Fahrzeugs 10 befindet, und anschließend ausgewertet und/oder weiter verarbeitet. Herkömmliche Transpondereinheiten sind beispielsweise in einem Fahrzeugschlüssel angeordnet. Bei neueren Systemen übernehmen jedoch mehr und mehr tragbare elektronische Geräte (mobile Identifikationsgeber) die Funktionen herkömmlicher Fahrzeugschlüssel. Tragbare elektronische Geräte können beispielsweise Smartphones, Tablets, Laptops, SmartWatches oder Ähnliches sein. Im Anschluss an die Auswertung und/oder Weiterverarbeitung in dem mobilen Identifikationsgeber 30 können entsprechende Antwortsignale wieder an die Sendeeinheit 20 zurückgesendet werden. Die Antwortsignale können im Fahrzeug 10 von einer, in 1 nicht dargestellten, Auswerteeinheit ausgewertet werden.
Zum Empfangen der von der Sendeeinheit 20 gesendeten Signale muss sich der mobile Identifikationsgeber 30 innerhalb eines bestimmten Radius um das Fahrzeug 10 befinden, da die gesendeten Signale nur eine begrenzte Reichweite haben. Dieser Radius kann zum Beispiel 10 Meter betragen. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Die Reichweite kann auch größer oder kleiner sein.
Die Sendeeinheit 20 kann kontinuierlich Signale aussenden oder nur auf ein bestimmtes Ereignis hin. Ein solches Ereignis kann beispielsweise das Berühren oder Betätigen eines Türgriffes oder eines Fahrzeug-Startknopfes sein. Jegliche andere geeignete Art von Ereignis ist ebenfalls möglich. Sendet der mobile Identifikationsgeber 30 auf ein von der Sendeeinheit 20 empfangenes Signal ein korrektes Antwortsignal, wird das Fahrzeug 10 entriegelt.
Für einige Funktionen im Fahrzeug 10 spielt zudem oft auch die aktuelle Position des mobilen Identifikationsgebers 30 eine Rolle. Beispielsweise kann es erforderlich sein, dass sich der mobile Identifikationsgeber 30 innerhalb des Fahrzeugs 10 befindet, damit das Fahrzeug 10 gestartet werden kann. Hierfür können verschiedene Zonen A, B, C, D im oder um das Fahrzeug 10 definiert werden. Dies ist beispielhaft in 2 dargestellt. Eine erste Zone A befindet sich beispielsweise im Innenraum des Fahrzeugs 10. Weitere Zonen B, C, D können beispielsweise im Bereich vor der Fahrertür, der Beifahrertür oder des Kofferraums definiert werden. Die in 2 dargestellten Zonen A, B, C, D sind dabei lediglich Beispiele. Im einfachsten Fall wird beispielsweise eine erste Zone im Innenraum des Fahrzeugs 10 und eine zweite Zone in einem bestimmten Radius um das Fahrzeug 10 herum definiert. Sowohl der Innenraum als auch der Außenraum des Fahrzeugs 10 können jedoch auch in mehr als eine Zone unterteilt werden. Beispielsweise kann eine Zone im Bereich des Fahrersitzes und weitere Zonen können im Bereich des Beifahrersitzes, der Rückbank und der Hutablage definiert werden. Die verschiedenen Zonen können sich dabei in Form und Größe voneinander unterscheiden.
In welcher der Zonen A, B, C, D sich ein mobiler Identifikationsgeber 30 befindet kann dabei unter Verwendung einer oder mehrerer Antennen 21, 22, 23 im Fahrzeug 10 erkannt werden. In 2 sind drei Antennen 21, 22, 23 dargestellt. Im Fahrzeug 10 können jedoch grundsätzlich auch mehr oder weniger Antennen an beliebigen geeigneten Positionen angeordnet sein. Die Antennen 21, 22, 23 können mit einem Steuergerät 40 verbunden sein. Das Steuergerät 40 kann dazu ausgebildet sein, Signale über eine oder mehrere der Antennen 21, 22, 23 auszusenden. Von den Antennen 21, 22, 23 empfangene Signale können wiederum an das Steuergerät 40 zur weiteren Auswertung gesendet werden. Beispielsweise können von den im Fahrzeug 10 angeordneten Antennen 21, 22, 23 Signale ausgesendet werden, welche von dem mobilen Identifikationsgeber 30 empfangen werden. Der mobile Identifikationsgeber 30 kann die Empfangsfeldstärke jedes der empfangenen Signale messen. Die Empfangsfeldstärke eines Signals nimmt mit zunehmendem Abstand von der Sende-Antenne ab. Da die Position der Antennen im Fahrzeug 10 bekannt ist, kann anhand der zu einem Zeitpunkt empfangenen Empfangssignalstärken von einem oder mehr Signalen die Entfernung zu den jeweiligen Antennen 21, 22, 23 und somit die Position der Transpondereinheit 30 in Bezug auf das Fahrzeug 10 bestimmt werden.
Grundsätzlich ist es dabei auch möglich, dass der mobile Identifikationsgeber 30 Signale aussendet und jede der Antennen 21, 22, 23 die Empfangsfeldstärke dieser Signale bestimmt. Der mobile Identifikationsgeber 30 dient in diesem Fall somit als Sender und die Antennen 21, 22, 23 im Fahrzeug 10 als Empfänger. Je weiter die jeweilige Antenne 21, 22, 23 von dem mobilen Identifikationsgeber 30 entfernt ist, umso geringer ist die gemessene Empfangsfeldstärke der Signale. Aus den gemessenen Empfangsfeldstärken kann dann wiederum auf die Entfernung des mobilen Identifikationsgebers 30 zu jeder der Antennen 21, 22, 23 geschlossen werden. Wenn die Entfernung zu jeder einzelnen der Antennen 21, 22, 23 bekannt ist, kann auf die Position des mobilen Identifikationsgebers 30 in Bezug auf das Fahrzeug 10 geschlossen werden.
Dabei ist es jedoch oft nicht zwangsläufig erforderlich, dass die genaue Position des mobilen Identifikationsgebers 30 bekannt ist. Es ist grundsätzlich ausreichend zu detektieren in welcher der Zonen A, B, C, D sich der mobile Identifikationsgeber 30 befindet. Beispielsweise kann detektiert werden, dass sich der mobile Identifikationsgeber 30 in der Zone A im Innenraum des Fahrzeugs 10 befindet, wenn die in Bezug auf eine im Fahrzeug 10 befindliche Antenne gemessene Empfangsfeldstärke einen bestimmten Schwellwert überschreitet.
Durch andere Geräte im Fahrzeug können die von den Antennen 21, 22, 23 oder dem mobilen Identifikationsgeber 30 ausgesendeten Signale gestört werden. Dabei kann es sich sowohl um gleichförmige Störer, z.B. Mobilfunkgeräte oder Rundfunkgeräte, welche die Signale der Antennen 21, 22, 23 dauerhaft überlagern, oder so genannte Peak-Störer handeln, z.B. Zündimpulse, welche die Signale der Antennen 21, 22, 23 kurzzeitig überlagern. Zudem ist die gemessene Empfangsfeldstärke von verschiedensten weiteren Faktoren abhängig. Dies können beispielsweise Abschattungseffekte sein, welche z.B. durch die Fahrzeugkarosserie oder den Körper des Nutzers hervorgerufen werden können. Heutzutage werden klassische Fahrzeugschlüssel, wie oben bereits beschrieben, immer mehr durch Smartphones oder andere tragbare elektronische Geräte bzw. mobile Identifikationsgeber ersetzt, welche die Schlüsselfunktion übernehmen können. Die Kommunikation zwischen mobilen Identifikationsgeber und Fahrzeug erfolgt dabei häufig mittels Bluetooth oder WiFi.
Verschiedene elektronische Geräte (z.B. verschiedene Smartphone-Typen) können jedoch unterschiedliche Charakteristika aufweisen (z.B. unterschiedliche Antennen-Typen, unterschiedliche Ausrichtung der Antennen, etc.), wodurch die absolut gemessene Empfangsfeldstärke der gesendeten Signale je nach der Art des verwendeten elektronischen Geräts variieren kann. Insbesondere bei gemessenen Empfangsfeldstärken im GHz-Bereich können sehr große Schwankungen auftreten. Dadurch kann die oben beschriebene Positionsbestimmung fehlerhaft sein und der mobile Identifikationsgeber 30 möglicherweise in einer falschen Zone A, B, C, D erkannt werden. Die Schwankungen der gemessenen Absolutwerte können beispielsweise im Bereich von 20dB (Faktor 100) und mehr liegen.
Diese Nachteile sollen mit der vorliegenden Erfindung verhindert, bzw. minimiert werden.
3 zeigt schematisch ein System zur Positionsbestimmung eines mobilen Identifikationsgebers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Über mehrere Antennen 21, 22, 23 im Fahrzeug wird jeweils ein elektromagnetisches Signal S21, S22, S23 ausgesendet. Die zwischen den Antennen 21, 22, 23 und dem mobilen Identifikationsgeber 30 gesendeten Signale können beispielsweise Signale gemäß einem Bluetooth-Standard, zum Beispiel dem Bluetooth Low Energy (BLE)-Standard sein.
Bluetooth ist eine international standardisierte Datenschnittstelle. Per Bluetooth können beispielsweise Daten oder Dateien zwischen zwei Geräten ausgetauscht werden oder Musik und Sprache übertragen werden. Bluetooth-Geräte senden dabei mit einer Frequenz von 2,4 GHz und ermöglichen eine Datenübertragung mit einer kurzen Reichweite von normalerweise weniger als 50m. Derzeit sind verschiedene Bluetooth Standards bekannt, beispielsweise Bluetooth 1.0 und 1. 0B 1999, Bluetooth 2.0 + EDR 2004 oder Bluetooth 4.0 2009. Dabei ist es bei der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung nach welchem Standard das Fahrzeug 10 und der mobile Identifikationsgeber 30 miteinander kommunizieren. Um eine Kommunikation zu ermöglichen ist es jedoch in der Regel erforderlich, dass zwei Bluetooth-fähige Geräte zwischen welchen eine Verbindung aufgebaut werden soll nach demselben Standard kommunizieren. Einige der Standards sind jedoch auch untereinander kompatibel.
Bluetooth-Geräte verbrauchen in der Regel verhältnismäßig viel Strom. Gerade in Fahrzeugen bzw. den zugehörigen mobilen Identifikationsgebern (z.B. Smartphone) ist der Stromverbrauch jedoch meist kritisch. Daher finden sich immer häufiger so genannte Bluetooth Low Energy (BLE)-Geräte in Fahrzeugen und externen Geräten. Bluetooth Low Energy wird oft auch als Bluetooth-Smart bezeichnet. BLE basiert auf der klassischen Bluetooth Technologie, weist jedoch einen deutlich geringeren Stromverbrauch auf und ist in der Regel kostengünstiger. Bei Verwendung von BLE-Geräten in einem mobilen Identifikationsgeber 30 wird somit die Batterie des mobilen Identifikationsgebers 30 (bzw. des elektronischen Gerätes) weniger belastet als bei herkömmlichen Bluetooth-Geräten.
Die zwischen den Antennen 21, 22, 23 und dem mobilen Identifikationsgeber 30 gesendeten Signale können aber beispielsweise auch Signale gemäß dem WiFi Standard sein. Jegliche andere Art von Signalen ist ebenfalls möglich.
In 3 sind beispielhaft drei im Fahrzeug angeordnete Antennen 21, 22, 23 dargestellt. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Grundsätzlich kann eine Anzahl von n Antennen verwendet werden, mit n ≥ 2. Je größer die Anzahl der Antennen 2n, umso größer ist jedoch in der Regel auch die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung, wie im Weiteren beschrieben wird.
Der mobile Identifikationsgeber 30 weist eine weitere Antenne 31 auf. Über diese weitere Antenne 31 können die elektromagnetischen Signale S2n empfangen werden. In dem mobilen Identifikationsgeber 30 können dann die Empfangsfeldstärken P_31→21 , P_31→22 , P_31→23 der einzelnen Signale S2n bestimmt werden. Dies sind beispielsweise eine erste Empfangsfeldstärke P_31→21 eines ersten Signals S21 welches von einer ersten Antenne 21 im Fahrzeug an den mobilen Identifikationsgeber 30 gesendet wird, eine zweite Empfangsfeldstärke P_31→22 eines zweiten Signals S22 welches von einer zweiten Antenne 22 im Fahrzeug an den mobilen Identifikationsgeber 30 gesendet wird und eine dritte Empfangsfeldstärke P_31→23 eines dritten Signals S23 welches von einer dritten im Fahrzeug angeordneten Antenne 23 an den mobilen Identifikationsgeber 30 gesendet wird. Grundsätzlich gilt, dass der mobilen Identifikationsgeber 30 eine größere Empfangsfeldstärke P_31→2n eines Signals S2n detektiert, je näher er sich an der entsprechenden Antenne 2n befindet. Der ermittelte Wert der Empfangsfeldstärke P_31→2n ist somit abhängig vom Abstand zwischen der entsprechenden Antenne 2n und dem mobilen Identifikationsgeber 30. Ungenauigkeiten bei der Messung, welche beispielsweise durch die Art des als mobilen Identifikationsgeber 30 verwendeten elektronischen Gerätes hervorgerufen werden, treten dabei bei der Messung jeder der Empfangsfeldstärken P_31→2n auf.
Anstatt einer Absolutmessung der Empfangsfeldstärken P_31→2n und einem Vergleich jeder der Empfangsfeldstärken P_31→2n mit einem oder mehreren Schwellwerten (Absolutwert), werden die gemessenen Werte von wenigstens zwei der Empfangsfeldstärken P_31→2n erfindungsgemäß in ein Verhältnis zueinander gesetzt. Unsicherheiten, welchen in allen Messungen gleichermaßen auftreten, treten dadurch sowohl im Zähler als auch im Nenner auf und werden dadurch kompensiert.
Dies wird unter Bezugnahme auf 4 am Beispiel einer Anordnung mit zwei Antennen 21, 22 im Fahrzeug näher beschrieben. In dem Beispiel in 4 sind im Fahrzeug zwei Antennen 21, 22 angeordnet. Beispielsweise kann eine Antenne 21 im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet sein und eine zweite Antenne 22 kann außerhalb des Fahrzeugs, beispielsweise am Fahrzeugdach, angeordnet sein. Befindet sich ein mobiler Identifikationsgeber 30 (oder ein tragbares elektronisches Gerät) mit einer Antenne 31 in der Nähe des Fahrzeugs, kann der mobile Identifikationsgeber von beiden Antennen 21, 22 am Fahrzeug Signale empfangen und die entsprechenden Empfangsfeldstärken P_31→21 , P_31→22 dieser Signale messen. Diese Empfangsfeldstärken P_31→21 , P_31→22 werden dann in ein Verhältnis zueinander gesetzt und dieses Verhältnis wird mit einer Schwelle verglichen, z.B.: $P_{31 \to 21} / P_{31 \to 22} > Schwelle$
Befindet sich der mobile Identifikationsgeber 30 wie in 4 beispielhaft dargestellt innerhalb des Fahrzeugs (Zone A, vgl. 2), ist die in Bezug auf die erste Antenne 21 im Fahrzeug gemessene Empfangsfeldstärke P_31→21 wesentlich größer als die in Bezug auf die zweite Antenne 22 außerhalb des Fahrzeugs gemessene Empfangsfeldstärke P_31→22 , wenn davon ausgegangen wird, dass die Signale mit jeweils gleicher Stärke ausgesendet werden. Die von der zweiten Antenne 22 ausgesendeten Signale werden beispielsweise durch das Fahrzeugdach abgeschwächt, während die Signale der ersten Antenne 21 fast ungeschwächt bei dem mobilen Identifikationsgeber 30 eintreffen. Das heißt, für das oben dargestellte Verhältnis der zwei Werte ergibt sich in diesem Fall ein verhältnismäßig großer Wert (z.B. >1). Die Schwelle kann beispielsweise als 1 gewählt werden (Schwelle = 1) . Jeder andere Wert größer oder kleiner als 1 ist jedoch ebenfalls möglich (z.B. Schwelle = 0,5, Schwelle = 2 oder Schwelle = 3). Die gewählte Schwelle hängt beispielsweise von Form und Größe der verschiedenen Zonen sowie von der Anordnung der Antennen 21, 22 im Fahrzeug ab.
Befindet sich der mobile Identifikationsgeber 30 beispielsweise außerhalb des Fahrzeugs, wäre in der in 4 dargestellten Anordnung die in Bezug auf die zweite Antenne 22 außerhalb des Fahrzeugs gemessene Empfangsfeldstärke P_31→22 wesentlich größer als die in Bezug auf die erste Antenne 21 im Fahrzeug gemessene Empfangsfeldstärke P_31→21 . Die Signale der ersten Antenne 21 würden in diesem Fall von der Karosserie abgeschwächt werden, während die Signale der zweiten Antenne 22 im Wesentlichen ungeschwächt bei dem mobilen Identifikationsgeber 30 eintreffen würden. Somit ergäbe sich im beschriebenen Beispiel für das oben dargestellte Verhältnis der zwei Werte ein verhältnismäßig kleiner Wert (z.B. <1).
Auf die selbe Art und Weise können verschiedenste Zonen in und um das Fahrzeug herum festgelegt werden. Beispielsweise könnte die erste Antenne 21 an der Fahrertür angebracht sein (z.B. linke Seite), während die zweite Antenne 22 an der gegenüberliegenden Seite des Fahrzeugs an der Beifahrertür (z.B. rechte Seite) angebracht ist. Stünde ein Nutzer mit dem mobilen Identifikationsgeber 30 genau mittig hinter dem Fahrzeug, ergäbe sich ein Verhältnis der Empfangsfeldstärken P_31→21 /P_31→22 von nahezu 1, wenn davon ausgegangen wird, dass die Signale mit jeweils gleicher Stärke ausgesendet werden. Je weiter sich der mobile Identifikationsgeber 30 zur Fahrertür hin bewegen würde, umso größer würde die in Bezug auf die erste Antenne 21 gemessene Empfangsfeldstärke P_31→21 und umso kleiner die in Bezug auf die zweite Antenne 22 gemessene Empfangsfeldstärke P_31→22 . Das berechnete Verhältnis würde somit immer größere Werte liefern. Beispielsweise könnte festgelegt werden, dass der mobile Identifikationsgeber 30 in einer Zone B (vgl. 2) vor der Fahrertür erkannt wird, wenn gilt $P_{31 \to 21} / P_{31 \to 22} > 2.$
Eine weitere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, eine Antenne an der Motorhaube und eine weitere Antenne im Bereich des Kofferraums anzubringen und die gemessenen Empfangsfeldstärken wiederum in ein Verhältnis zueinander zu bringen und mit einem geeigneten Schwellwert zu vergleichen. Ebenso ist es beispielsweise möglich, zwei Antennen an jeweils schräg gegenüberliegenden Ecken des Fahrzeugs 10 anzubringen. Also beispielsweise eine Antenne an der rechten vorderen Ecke und die andere Antenne an der schräg gegenüberliegenden linken hinteren Ecke.
Dabei sind im einfachsten Fall zwei Antennen 21, 22 im oder am Fahrzeug angeordnet. Jegliche andere Anzahl n von Antennen (mit n≥2) ist jedoch ebenso möglich. Dabei kann die in Bezug auf eine Antenne gemessene Empfangsfeldstärke nur mit einer weiteren Empfangsfeldstärke in ein Verhältnis gesetzt werden, oder auch mit mehreren verschiedenen Empfangsfeldstärken.
Beispielsweise könnten im Fahrzeug drei verschiedene Antennen 21, 22, 23 angeordnet sein. Eine erste Antenne 21 kann im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet sein, eine zweite Antenne 22 an der Fahrertür und eine dritte Antenne 23 an der Beifahrertür. Der mobile Identifikationsgeber 30 könnte beispielsweise in einer der Zonen erkannt werden, wenn gilt: $P_{31 \to 21} / P_{31 \to 22} > Schwelle_1,$
UND $P_{31 \to 21} / P_{31 \to 23} > Schwelle_2,$
UND $P_{31 \to 22} / P_{31 \to 23} > Schwelle_3.$
Beispielsweise können verschiedene Antennen, wie oben bereits beschrieben, an besonders kontrastreichen Positionen im Fahrzeug angeordnet sein. Beispielsweise sind verschiedene Antennen nicht in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet. Der Abstand zwischen zwei Antennen kann beispielsweise mehr als 10cm, mehr als 50cm, mehr als 1m oder mehr als 2m betragen. Zwei Antennen können beispielsweise auch in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sein, wenn sich eine Antenne im Innenraum des Fahrzeugs befindet, während die andere Antenne an der Außenseite des Fahrzeugs angeordnet ist. Beispiele für kontrastreiche Positionen sind z.B. Innenraum/Außenraum, rechts/links, vorne/hinten, schräg gegenüberliegende Ecken, etc.
Im oben dargestellten Beispiel wird ein mobiler Identifikationsgeber als in einer Zone befindlich erkannt, wenn die gebildeten Verhältnisse jeweils größer als ein vorgegebener Schwellwert sind. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Es können beispielsweise auch untere Schwellwerte vorgegeben werden, welche entsprechend von einem oder mehreren der Verhältnisse überschritten werden müssen: $P_{31 \to 21} / P_{31 \to 22} > Schwelle_1,$
UND $P_{31 \to 21} / P_{31 \to 23} < Schwelle_2,$
UND $P_{31 \to 22} / P_{31 \to 23} > Schwelle_3.$
Für eines oder mehrere der gebildeten Verhältnisse können beispielsweise auch zwei verschiedene Schwellwerte festgelegt werden. Dies können ein unterer Schwellwert Xnmin und ein oberer Schwellwert Xnmax sein. Es kann dann bestimmt werden, ob das jeweils ermittelte Verhältnis der Empfangsfeldstärken größer oder kleiner als die jeweiligen Schwellwerte ist. Durch geeignete Kombination der Schwellwerte können beispielsweise mittels Schnittmengenbildung verschiedene Zonen definiert werden. Beispielsweise kann ein mobiler Identifikationsgeber 30 als in einer ersten Zone A befindlich detektiert werden, wenn gilt: $X1min_A < P_{31 \to 21} / P_{31 \to 22} < X1max_A$
UND $X2min_A < P_{31 \to 21} / P_{31 \to 23} < X2max_A$
UND $X3min_A < P_{31 \to 22} / P_{31 \to 23} < X3max_A .$
Ein mobiler Identifikationsgeber 30 kann beispielsweise als in einer zweiten Zone B befindlich detektiert werden, wenn gilt: $X1min_B < P_{31 \to 21} / P_{31 \to 22} < X1max_B$
UND $X2min_B < P_{31 \to 21} / P_{31 \to 23} < X2max_B$
UND $X3min_B < P_{31 \to 22} / P_{31 \to 23} < X3max_B .$
Dies sind jedoch lediglich Beispiele. Verschiedene Zonen können durch beliebige solcher Kombinationen von Schwellwerten bestimmt werden. Die Werte der Schwellwerte können dabei entsprechend der gewünschten Größe und Form der Zonen gewählt werden.
Durch das Bilden von Verhältnissen kürzen sich beispielsweise Abschattungseffekte heraus. Dies soll im Folgenden anhand eines Beispiels erläutert werden. Beispielsweise steht ein Nutzer vor seinem Fahrzeug mit Blick auf das Fahrzeug. Sein Smartphone, welches als Fahrzeugschlüssel fungiert, befindet sich in einer hinteren Hosentasche des Nutzers. Das heißt, Signale welche zwischen den Antennen im Fahrzeug und dem Smartphone gesendet werden, werden durch den Körper des Nutzers abgeschattet. Dies gilt sowohl für eine im Innenraum angeordnete Antenne, als auch für eine im Außenraum des Fahrzeugs angeordnete Antenne. Beide Signale sind somit im Wesentlichen gleichermaßen durch den Körper des Nutzers abgeschwächt. Das Verhältnis der beiden Empfangsfeldstärken zueinander ergibt somit im Wesentlichen den selben Wert wie für die nicht abgeschwächten Signale. Der Vergleich des Verhältnisses der Signale zueinander mit einem oder mehreren Schwellwerten liefert somit im Wesentlichen das selbe Ergebnis (z.B. Nutzer befindet sich in Zone A) wie für den Fall, dass die Signale nicht abgeschwächt sind.
Nachdem in dem mobilen Identifikationsgeber 30 die Empfangsfeldstärken P_31→2n bestimmt wurden, kann dieser über die weitere Antenne 31 ein Antwortsignal S31 aussenden (vgl. 3). Das Antwortsignal S31 ist ebenfalls ein elektromagnetisches Signal. Das Signal S31 enthält dabei eine Information über die gemessenen Empfangsfeldstärken P_31→2n . Dabei kann ein einziges Signal ausgesendet werden, welches eine Information über alle gemessenen Empfangsfeldstärken P_31→2n aufweist. Es kann jedoch auch jeweils ein eigenes Antwortsignal S31 zu jedem der empfangenen Signale S2n ausgesendet werden, welche jeweils von den entsprechenden Antennen 2n empfangen werden. Jedes dieser Antwortsignale S31 kann dann Informationen über die Empfangsfeldstärke P_31→2n des Signals der entsprechenden Antenne 2n aufweisen. Die Antennen 2n sind mit einem Steuergerät 40 verbunden. Über die Antennen 2n empfangene Antwortsignale S31 können zur weiteren Verarbeitung an das Steuergerät 40 gesendet werden. Das Steuergerät 40 erhält somit die Informationen über die gemessenen Empfangsfeldstärken P_31→2n , kann die entsprechenden Verhältnisse bilden und kann daraus die Position des mobilen Identifikationsgebers 30 bestimmen, bzw. bestimmen in welcher Zone sich der mobile Identifikationsgeber 30 befindet. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Positionsbestimmung bereits in dem mobilen Identifikationsgeber 30 erfolgt und der mobile Identifikationsgeber 30 in dem Antwortsignal S31 eine Information über die bestimmte Position oder die bestimmte Zone aussendet.
In obigem Beispiel dienen die Antennen 2n im Fahrzeug 10 als Sendeantennen und die Antenne 31 in dem mobilen Identifikationsgeber 30 dient als Empfangsantenne. Die Bestimmung der Empfangsfeldstärken P_31→2n erfolgt in dem mobilen Identifikationsgeber 30. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Bestimmung der Empfangsfeldstärken P_31→2n nicht in dem mobilen Identifikationsgeber 30 durchgeführt wird. Anstatt Signale S2n von jeder der Antennen 2n im Fahrzeug auszusenden, kann der mobile Identifikationsgeber 30 ein oder mehrere Signale S31 aussenden, welche/s von den Antennen 2n empfangen wird/werden. In einem solchen Fall dient somit die Antenne 31 in dem mobilen Identifikationsgeber 30 als Sendeantenne und die Antennen 2n im Fahrzeug 10 dienen als Empfangsantennen. In dem Steuergerät 40 kann dann die Empfangsfeldstärke P_31→2n jedes der empfangenen Signale S31 bestimmt werden und die Empfangsfeldstärken P_31→2n entsprechend in Verhältnisse zueinander gesetzt und mit entsprechenden Schwellwerten verglichen werden. Dadurch kann dann wiederum die Position des mobilen Identifikationsgebers 30 in Bezug auf das Fahrzeug 10 bestimmt werden.
In dem mobilen Identifikationsgeber 30 und/oder in dem Steuergerät 40 ist die Position und Form der Zonen A, B, C, D bekannt. Anhand der bestimmten Empfangsfeldstärken P_31→2n , bzw. der gebildeten Verhältnisse, kann somit bestimmt werden, in welcher Zone A, B, C, D sich der mobile Identifikationsgeber 30 befindet. Je nachdem in welcher Zone sich der mobile Identifikationsgeber 30 befindet, kann dann eine entsprechende Funktion im Fahrzeug erlaubt oder unterbunden werden.
Das System kann beispielsweise während des Betriebs nachkalibriert werden. Wie in 4 schematisch dargestellt, kann beispielsweise mit Hilfe von Signalen zwischen der ersten Antenne 21 und der zweiten Antenne 22 eine Bestimmung der Dämpfung der Signale erfolgen. Das heißt, es kann bestimmt werden, wie stark ein Signal auf der Strecke x3 zwischen der ersten Antenne 21 und der zweiten Antenne 22 gedämpft wird. So kann beispielsweise erkannt werden, wenn über die Zeit Änderungen der Dämpfung auftreten. Beispielsweise kann ein Signal zwischen der ersten Antenne 21 und der zweiten Antenne 22 zunächst nicht wesentlich gedämpft sein. Beispielsweise durch Veränderungen am Fahrzeug kann es jedoch vorkommen, dass sich zu einem späteren Zeitpunkt Objekte in der Funkstrecke zwischen der ersten Antenne 21 und der zweiten Antenne 22 befinden, welche eine wesentliche Dämpfung von zwischen der ersten und der zweiten Antenne 21, 22 gesendeten Signalen hervorrufen. Die bestimmte Dämpfung kann beispielsweise zu Diagnosezwecken, insbesondere zur Selbstkalibration des Systems verwendet werden, um beispielsweise den Wert der (Relativ-)Schwelle(n) abzuschätzen und anzupassen, mit welchen die bestimmten Verhältnisse verglichen werden. Weisen die (Relativ-)Schwelle(n) bei Auslieferung eines Fahrzeugs beispielsweise voreingestellte Werte auf, können diese, sofern erforderlich, zu einem späteren Zeitpunkt nachkalibriert werden um das System an mögliche Veränderungen anzupassen.
5 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer Transpondereinheit in Bezug auf ein Fahrzeug. Die Transpondereinheit weist eine erste Antenne und das Fahrzeug weist wenigstens zwei Antennen auf. Ein Verfahren weist das Bestimmen der Empfangsfeldstärken von zwischen der ersten Antenne und den jeweils wenigstens zwei im Fahrzeug angeordneten Antennen gesendeten Signalen auf (Schritt 501). Wenigstens zwei der bestimmten Empfangsfeldstärken werden in ein Verhältnis zueinander gesetzt (Schritt 502). Jedes des wenigstens einen gebildeten Verhältnis wird mit wenigstens einer Schwelle verglichen (Schritt 503). Die Position der Transpondereinheit wird anhand des Vergleiches der Verhältnisse mit der wenigstens einen Schwelle bestimmt (Schritt 504).
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
20: Sendeeinheit
2n: Antennen
S2n: elektromagnetische Signale
30: mobiler Identifikationsgeber
31: Antenne
S31: elektromagnetisches Signal
40: Steuergerät
A, B, C, D: Zonen

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines mobilen Identifikationsgebers (30) in Bezug auf ein Fahrzeug (10), wobei die Vorrichtung eine erste in dem mobilen Identifikationsgeber (30) angeordnete Antenne (31) und wenigstens zwei in dem Fahrzeug (10) angeordnete Antennen (2n) aufweist, und wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist die Empfangsfeldstärken (P_31→2n) von zwischen der ersten Antenne (31) und den jeweils wenigstens zwei im Fahrzeug (10) angeordneten Antennen (2n) gesendeten Signalen (S2n, S31) zu bestimmen; wenigstens ein Verhältnis aus zwei verschiedenen gemessenen Empfangsfeldstärken (P_31→2n) zu bilden; und jedes des wenigstens einen gebildeten Verhältnisses jeweils mit wenigstens einer Schwelle zu vergleichen, wobei die Position des mobilen Identifikationsgebers (30) anhand des Vergleiches des wenigstens einen Verhältnisses mit der wenigstens einen Schwelle bestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei von den im Fahrzeug (10) angeordneten Antennen (2n) wenigstens eine Antenne im Innenraum des Fahrzeugs (10) und wenigstens eine Antenne im Außenraum des Fahrzeugs (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eines von: von den im Fahrzeug (10) angeordneten Antennen (2n) wenigstens eine Antenne im Bereich der Motorhaube des Fahrzeugs (10) und wenigstens eine Antenne im Bereich des Kofferraums des Fahrzeugs (10) angeordnet ist; von den im Fahrzeug (10) angeordneten Antennen (2n) wenigstens eine Antenne im Bereich der rechten Seite des Fahrzeugs (10) und wenigstens eine Antenne im Bereich der linken Seite des Fahrzeugs (10) angeordnet ist; und von den im Fahrzeug (10) angeordneten Antennen (2n) zwei Antennen an jeweils schräg gegenüberliegenden Ecken des Fahrzeugs (10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Verhältnis aus zwei Empfangsfeldstärken (P_31→2n) gebildet wird welche sich auf Antennen im Fahrzeug (10) beziehen, welche einen Abstand von mehr als 10cm, mehr als 50cm, mehr als 1m oder mehr als 2m zueinander aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Signale (S2n) von den im Fahrzeug (10) angeordneten Antennen (2n) an den mobilen Identifikationsgeber (30) gesendet werden und der mobile Identifikationsgeber (30) dazu ausgebildet ist die Empfangsfeldstärken (P_31→2n) der empfangenen Signale (S2n) zu bestimmen, oder die Signale (S31) von der in dem mobilen Identifikationsgeber (30) angeordneten ersten Antenne (31) an die im Fahrzeug (10) angeordneten Antennen (2n) gesendet werden und die Vorrichtung weiterhin eine Steuereinheit (40) aufweist, die mit den im Fahrzeug angeordneten Antennen (2n) verbunden ist und die dazu ausgebildet ist die Empfangsfeldstärken (P_31→2n) der empfangenen Signale (S31) zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei für jedes der gebildeten Verhältnisse dieselbe Schwelle verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei für wenigstens zwei der gebildeten Verhältnisse unterschiedliche Schwellen verwendet werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Empfangsfeldstärke (P_31→2n) in Bezug auf eine im Fahrzeug angeordnete Antenne (2n) von der Entfernung des mobilen Identifikationsgebers (30) zu der entsprechenden Antenne (2n) abhängt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Verhältnis mit einer ersten Schwelle und einer zweiten Schwelle verglichen wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin dazu ausgebildet ist anhand eines zwischen zwei im Fahrzeug (10) angeordneten Antennen (2n) gesendeten Signales eine Dämpfung des Signals zwischen den zwei Antennen (2n) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die wenigstens eine Schwelle von der bestimmten Dämpfung abhängt.
Verfahren zum Bestimmen der Position eines mobilen Identifikationsgebers (30) in Bezug auf ein Fahrzeug (10), wobei der mobile Identifikationsgeber (30) eine erste Antenne (31) und das Fahrzeug (10) wenigstens zwei Antennen (2n) aufweist, und wobei das Verfahren aufweist Bestimmen der Empfangsfeldstärken (P_31→2n) von zwischen der ersten Antenne (31) und den jeweils wenigstens zwei im Fahrzeug (10) angeordneten Antennen (2n) gesendeten Signalen; Bilden wenigstens eines Verhältnisses aus zwei verschiedenen gemessenen Empfangsfeldstärken (P_31→2n); und Vergleichen jedes der gebildeten Verhältnisse mit wenigstens jeweils einer Schwelle, wobei die Position des mobilen Identifikationsgebers (30) anhand des Vergleiches der Verhältnisse mit der wenigstens einen Schwelle bestimmt wird.