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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines mobilen Sensorknotens eines schlüssellosem Zugangssystems eines Fahrzeugs, wobei das schlüssellose Zugangssystem eine Steuerung und mindestens drei Sensorknoten aufweist, welche an dem Fahrzeug angeordnet sind und mit dem mobilen Sensorknoten kommunizieren, wobei die Steuerung eine Position des mobilen Sensorknotens im Umfeld des Fahrzeugs, durch die mindestens drei Sensorknoten, aufgrund einer Trilateration berechnet.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Aus dem Stand der Technik sind entsprechende Kommunikationssysteme bekannt. Beispielsweise offenbart die
DE 10 2018 102 405 A1 ein entsprechendes Kommunikationssystem. Dieses dient der Kommunikation des Fahrzeugs mit einem portablen ID-Geber eines Bedieners, der, beispielsweise mittels eines Ultra-Wideband (UWB)-Transceivers, zur UWB-Kommunikation eingerichtet ist. Das Kommunikationssystem weist wenigstens zwei UWB-Empfänger mit zwei UWB-Antennen auf. Die zwei UWB-Antennen sind voneinander beabstandet an dem Fahrzeug angeordnet. Das Kommunikationssystem ist eingerichtet, mittels einer zentralen UWB-Steuereinheit oder eines zentralen Steuergeräts UWB-Signale des ID-Gebers auszuwerten.
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BESCHREIBUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Kommunikationssystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, welches eine Verbesserung der Positionsbestimmung eines mobilen Sensorknotens ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einem Kommunikationssystem der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass bei einem zeitweisen Ausfall und/oder eines unplausiblen Signal mindestens eines Sensorknotens die Berechnung der Position des mobilen Sensorknotens durch eine Bilateration erfolgt. Unter einen zweitweisen Ausfall eines Sensorknotens ist eine Fehlfunktion eines Sensorknotens oder ein defekter Sensorknoten zu verstehen. Ein unplausibles Signal eines Sensorknotens bzw. eine unplausible Positionsbestimmung des mobilen Sensorknotens kann aufgrund von Abschirmung oder Reflexion, in Bezug zu den Signalen mindestens eines weiteren Sensorknotens, detektiert werden. Somit ist ein unplausibles Signal ein unwahrscheinliches Signal bzw. eine unwahrscheinlicher Abstand oder eine unwahrscheinliche Position des mobilen Sensorknotens.
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Aufgrund der Umschaltung der Berechnung der Position des mobilen Sensorknotens, von einer Trilateration auf eine Bilateration, kann eine Positionsbestimmung des mobilen Sensorknotens auch dann noch sicher und genau erfolgen, wenn ein Sensorknoten zeitweise ausfällt und/oder ein unplausibles Signal liefert. Vorzugsweise sind die Sensorknoten für eine Nahbereichskommunikation geeignet und sind UWB-Sensoren. Die UWB-Sensoren berechnen die Position bzw. den Abstand des mobilen Geräts aufgrund einer Time-of-Flight oder Time-of-Arrival Messung.
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Der mobile Sensorknoten kann ein beliebiger Gegenstand sein in dem der mobile Sensorknoten angeordnet ist und der von einer Person mitgeführt werden kann. Beispielsweise kann der mobile Sensorknoten ein Schlüssel für das Fahrzeug sein, ein Smartphone, etc.
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In einer weiteren Ausgestaltung bezieht, bei der Berechnung der Position des mobilen Sensorknotens durch eine Bilateration, die Steuerung die letzte gültige Position des mobilen Sensorknotens in die Berechnung der Position des mobilen Sensorknotens mit ein.
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Da bei der Bilateration zwei Positionen des mobilen Sensorknotens möglich sind, wird die wahrscheinlichste Position auf der Grundlage der letzten gültigen Position aus der Trilateration ausgewählt. Die wahrscheinlichste Position ist die Position, welche der letzten gültigen Position am nächsten liegt. Die letzte gültige Position ist dabei die letzte berechnete Position des mobilen Sensorknotens, welche durch eine Trilateration berechnet wurde, bevor ein Sensorknoten ausgefallen ist.
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Vorzugsweise speichert die Steuerung mindestens die letzte gültige Position des mobilen Sensorknotens in einem Speicher ab. Dabei kann der Speicher in der Art eines Schieberegisters immer nur die aktuelle Position des mobilen Sensorknotens abspeichern. Dadurch kann die Steuerung immer nur die letzte gültige Position aus dem Speicher lesen und der Speicher kann eine geringe Speichergröße aufweisen.
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Weiterhin kann, bevor die aktuelle Position in dem Speicher abgespeichert wird, eine Plausibilitätsprüfung der Position durch die Steuerung erfolgen. Dadurch kann ausgeschlossen werden, dass eine falsche Position in dem Speicher abgespeichert wird. Zusätzlich kann die Steuerung mindesten die letzte gültige Position des mobilen Sensorknotens mit einem Zeitstempel in dem Speicher abspeichern. Dadurch kann die Steuerung aufgrund des Zeitstempels die letzte gültige Position einfach bestimmen, auch wenn alle berechneten Positionen abgespeichert wurden.
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Weiterhin kann bei der Berechnung der Position des mobilen Sensorknotens, durch eine Bilateration, die Position zurückgegeben werden, welche einem Ursprung eines definierten Koordinatensystems am nächsten liegt, wenn beim allerersten Zeitstempel keine Sichtverbindung zwischen einem der Sensorknoten und dem mobilen Sensorknoten bestand bzw. ein Sensorknoten ausgefallen war. Dies bringt nicht nur eine Verbesserung der Positionsbestimmung des mobilen Sensorknotens mit sich, sondern hat auch keine negativen Auswirkungen auf die Genauigkeit der Positionsbestimmung des mobilen Sensorknotens.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die Sensorknoten an transparenten Bauteilen des Fahrzeugs angeordnet. Vorzugsweise sind mindestens zwei Sensorknoten an der Frontscheibe beabstandet zueinander angeordnet, wobei in der Nähe der A-Säule jeweils ein Sensorknoten im Bereich eines Fahrers und ein Sensorknoten im Bereich eines Beifahrers angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ können mindestens zwei Sensorknoten an gegenüberliegenden Seitenscheiben angeordnet sein oder mindestens zwei Sensorknoten an oder in den äußeren Spiegelkappen angeordnet sein. Weiterhin kann mindestens ein Sensorknoten im Bereich der Heckscheibe angeordnet sein. Aufgrund der Anordnung der Sensorknoten im Frontbereich des Fahrzeugs und im Heckbereich des Fahrzeugs kann eine sehr genaue Positionsbestimmung des mobilen Sensorknotens erfolgen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist in der Steuerung ein Filter zur Begrenzung unerwarteter abrupter Änderungen implementiert. Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ ein EMA-Filter (Exponentieller gleitender Mittelwert) zur Glättung des Trends der berechneten Positionen des mobilen Sensorknotens in der Steuerung implementiert sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann die Steuerung eine Positionskorrektur durchführen, sobald ein Sensorknoten die Position des mobilen Sensorknotens mit einem größeren Abstand zu dem Fahrzeug detektiert als mindestens ein weiterer Sensorknoten. Die Positionskorrektur korrigiert dabei die Signale des Sensorknotens, welcher die Position detektiert hat, welche einen größeren Abstand zu dem Fahrzeug aufweist, auf der Grundlage der Position des mindestens einen weiteren Sensorknotens. Insbesondere kann die Positionskorrektur auf der Grundlage der trigonometrischen Beziehungen der Sensorknoten zueinander erfolgen. Des Weiteren kann die Positionskorrektur die korrigierte Position des mobilen Sensorknotens auf die Position beschränken, welche sich aus der Position des mindestens einen weiteren Sensorknotens ergibt, welcher einen geringeren Abstand zu dem Fahrzeug berechnet hat und dem Abstand der mindestens zwei Sensorknoten zueinander.
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Weiterhin kann ein Toleranzbereich definiert werden, in dem die Signale von mindestens zwei Sensorknoten verglichen werden und der Sensorknoten, welcher den kleineren Abstand des mobilen Sensorknotens zu dem Fahrzeug aufweist, bildet die Grundlage für die Berechnung des Toleranzbereichs. Dabei ergibt sich der Toleranzbereich aus dem kleinsten ermittelten Abstand des mobilen Sensorknotens zu dem Fahrzeug und dem Abstand der beiden Sensorknoten zueinander. Sobald dieser Toleranzbereich von einem Sensorknoten überschritten wird, wird eine Positionskorrektur des Sensorknotens durchgeführt, welcher den Toleranzbereich überschreitet.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeug
- 2 zeigt eine weitere Draufsicht auf ein Fahrzeug
- 3 zeigt einen Ausfall eines Sensorknotens
- 4 zeigt eine Positionsbestimmung aufgrund einer Bilateration
- 5 zeigt ein unplausibles Signal eines Sensorknotens
- 6 zeigt die ermittelte Position des mobilen Sensorknotens nach einer Positionskorrektur
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeug 1. An dem Fahrzeug 1 sind mindestens drei fest verbaute Sensorknoten 2 angeordnet, welche vorzugsweise an transparenten Bauteilen des Fahrzeugs 1 angeordnet sind. Vorzugsweise sind mindestens ein erster Sensorknoten 2.1 und ein zweiter Sensorknoten 2.2 an der Frontscheibe 3 beabstandet zueinander angeordnet, wobei in der Nähe der A-Säule 4, im Bereich eines Fahrers, der erste Sensorknoten 2.1 angeordnet ist und der zweite Sensorknoten 2.2 in der Nähe der A-Säule 4, im Bereich eines Beifahrers, angeordnet ist. Weiterhin ist mindestens ein dritter Sensorknoten 2.3 im Bereich der Heckscheibe 5 angeordnet. Zusätzlich oder alternativ können mindestens zwei Sensorknoten 2 an gegenüberliegenden Seitenscheiben 6 angeordnet sein, insbesondere an den vorderen Seitenscheiben 6, welche näher an der Frontscheibe 3 angeordnet sind als die hinteren Seitenscheiben 6. Des Weiteren ist es auch möglich, dass jeweils ein Sensorknoten an oder in der rechten Spiegelkappe 7 und der linken Spiegelkappe 7 angeordnet ist.
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Bevorzugt weisen die Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, jeweils eine Sende- und/oder Empfangsantenne auf, sowie eine Elektronik zur Verarbeitung und/oder Weiterleitung der empfangenen oder gesendeten Signale.
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Weiterhin führt beispielsweise ein Fahrer des Fahrzeugs 1 einen mobilen Sensorknoten 8 mit sich, welcher beispielsweise in einem Schlüssel, Smartphone oder einem anderen Gegenstand integriert ist. Der mobile Sensorknoten 8 besteht ebenfalls aus einer Sende- und/oder Empfangsantenne sowie einer Elektronik zur Verarbeitung der Signale.
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In der 1 befindet sich der mobile Sensorknoten 8 außerhalb des Fahrzeugs 1. Sobald sich der mobile Sensorknoten 8 dem Fahrzeug 1 nähert, wird dessen Position aufgrund der fest verbauten Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, bestimmt und das Fahrzeug 1 kann entriegelt oder verriegelt werden. Weiterhin kann die Position des mobilen Sensorknotens 8 auch innerhalb des Fahrzeugs 1 bestimmt werden und weitere Aktion ausgeführt werden, wie beispielsweise eine Entsperrung der Wegfahrsperre und/oder die Freigabe der Zündung, so dass das Fahrzeug 1 gestartet werden kann.
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2 zeigt das Fahrzeug 1 aus 1, wobei die drei Kreise jeweils die omnidirektionale Abstrahlcharakteristik des jeweiligen Sensorknotens 2, 2.1, 2.2, 2.3, zeigen. Sobald der mobile Sensorknoten 8 in Reichweite der Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, gelangt, wird die Position des mobilen Sensorknotens 8 berechnet. Solange alle drei Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, den mobilen Sensorknoten 8 detektieren, erfolgt die Berechnung der Position des mobilen Sensorknotens 8 aufgrund einer Trilateration.
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3 zeigt das Fahrzeug 1 aus 1, wobei ein Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, zeitweise ausgefallen ist und/oder ein unplausibles Signal liefert. Bei der Darstellung ist der zweite Sensorknoten 2.2 zeitweise ausgefallen und/oder liefert ein unplausibles Signal. Sobald ein Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, ausfällt und/oder ein unplausibles Signal liefert, erfolgt die Positionsbestimmung des mobilen Sensorknotens 8 aufgrund einer Bilateration. Da bei der Bilateration die Position des mobilen Sensorknotens 8 zwei mögliche Positionen 8.1, 8.2, des mobilen Sensorknotens 8 liefert, wird die wahrscheinlichste Position auf der Grundlage der letzten gültigen Position aus der Trilateration ausgewählt. Die letzte gültige Position ist dabei die letzte berechnete Position des mobilen Sensorknotens 8, welche durch eine Trilateration berechnet wurde, bevor ein Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, ausgefallen ist, wie in 2 dargestellt ist. Somit wird mindestens die Position des Sensorknotens 8, welche in 2 dargestellt ist, in einem Speicher abgespeichert und dient als Grundlage für die Berechnung der Position des mobilen Sensorknotens 8. Aufgrund der letzten gültigen Position würde die Steuerung die mögliche Position 8.1 auswählen und ausgehend von dieser Position die Berechnung der Position des mobilen Sensorknotens 8 erfolgen. Mit anderen Worten, wählt die Steuerung immer die Position aus, welche der letzten gültigen Position am nächsten liegt.
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4 zeigt eine weitere Annäherung des mobilen Sensorknotens 8 an das Fahrzeug. Aufgrund des zeitweisen Ausfalls und/oder des unplausiblen Signals des zweiten Sensorknotens 2.2 kann die Steuerung weiterhin zwei mögliche Positionen 8.1' und 8.2' des mobilen Sensorknotens 8 ermitteln. Aufgrund der letzten gültigen Position des mobilen Sensorknotens wird aber weiterhin die mögliche Position 8.1' von der Steuerung ausgewählt und beispielsweise nur die Fahrertür entriegelt und/oder die Fahrerür automatisch geöffnet.
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5 zeigt die Ermittlung des Abstand des mobilen Sensorknotens 8, wenn ein Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, ein unplausibles Signal liefert. In der 5 ist ersichtlich, dass der zweite Sensorknoten 2.2 den mobilen Sensorknoten 8 in einem größeren Abstand zu dem Fahrzeug 1 detektiert als der erste Sensorknoten 2.1 und der dritte Sensorknoten 2.3. Somit detektiert der zweite Sensorknoten 2.2 den mobilen Sensorknoten 8 in einem Abstand, welcher auf dem Umfang des eingezeichneten Kreises mit dem Radius r2 des zweiten Sensorknotens 2.2 liegt, wobei der Kreis die omnidirektionale Abstrahlcharakteristik des zweiten Sensorknotens 2.2 verdeutlichen soll. Der Sensorknoten 8 kann dabei auf einer beliebigen Stelle auf dem Umfang des Kreises liegen.
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Der Sensorknoten 8 wird von den zwei weiteren Sensorknoten 2.1 und 2.3 auf den zwei möglichen Position 8.1'' , 8.2'' ermittelt, wobei der ermittelte Abstand des ersten Sensorknotens 2.1 dem Radius r1 entspricht und der ermittelte Abstand des dritten Sensorknotens 2.3 dem Radius r3 entspricht. Die Steuerung vergleicht den ermittelten Abstand des ersten Sensorknotens 2.1 und/oder des dritten Sensorknotens 2.3 mit dem ermittelten Abstand des zweiten Sensorknotens 2.2. Sobald die Steuerung eine Differenz der beiden verglichenen Abstände ermittelt, welche größer als ein definierter Toleranzbereich ist, wird der kleinere Abstand als der wahrscheinlichere Abstand gewertet, so dass die Steuerung eine Positionskorrektur durchführen kann.
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6 zeigt die ermittelte Position des Sensorknotens 8' nach der Positionskorrektur des zweiten Sensorknotens 2.2. Wenn der zweite Sensorknoten 2.2 die Position des mobilen Sensorknotens 8 mit einem größeren Abstand zu dem Fahrzeug 1 detektiert als mindestens ein weiterer Sensorknoten 2, 2.1, 2.3, werden die Sensorwerte des Sensorknotens 2.2 korrigiert bzw. beschränkt. Dazu kann die Positionskorrektur beispielsweise die korrigierte Position des mobilen Sensorknotens 8' auf den Abstand der zwei möglichen Positionen 8.1'', 8.2'' des mobilen Sensorknotens 8 beschränken, welcher dem Abstand r1 entspricht und dem Abstand A des ersten Sensorknotens 2.1 und des zweiten Sensorknotens 2.2 zueinander entspricht und/oder welcher dem Abstand r3 entspricht und dem Abstand B des dritten Sensorknotens 2.3 und des zweiten Sensorknotens 2.2 zueinander entspricht.
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Alternativ oder Zusätzlich kann die Steuerung auch die Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3 paarweise miteinander vergleichen und sobald zwei Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, den gleichen Abstand zu dem mobilen Sensorknoten 8 detektieren und ein Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, einen abweichenden Abstand detektiert, den einen Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, korrigieren, welcher einen anderen Abstand als die beiden anderen Sensorknoten 2, 2.1, 2.2, 2.3, detektiert.
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Das unplausible Signal des zweiten Sensorknotens 2.2 kann beispielsweise aufgrund einer Abschirmung oder einer Reflexion erfolgt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Sensorknoten
- 2.1
- erste Sensorknoten
- 2.2
- zweite Sensorknoten
- 2.3
- dritte Sensorknoten
- 3
- Frontscheibe
- 4
- A-Säule
- 5
- Heckscheibe
- 6
- Seitenscheibe
- 7
- Spiegelkappe
- 8, 8'
- Mobiler Sensorknoten
- 8.1, 8.1 ', 8.1''
- mögliche Position des mobilen Sensorknotens
- 8.2, 8.2', 8.2"
- mögliche Position des mobilen Sensorknotens
- 8
- Abstand der mindestens zwei Sensorknoten zueinander
- 9
- Kreis
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018102405 A1 [0002]
