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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung, insbesondere zur Bestimmung der Position einer elektronischen Einheit an einem Fahrzeug.
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Fahrzeuge weisen heutzutage eine Vielzahl von Steuergeräten, Verarbeitungseinheiten, Sensoren und anderen elektronischen Einheiten auf. Für die korrekte Funktion dieser elektronischen Einheiten bzw. der Verarbeitung von durch die elektronischen Einheiten erfassten Daten ist es dabei häufig erforderlich, die genaue Position der elektronischen Einheit in oder an dem Fahrzeug zu kennen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welcher die Position einer elektronischen Einheit in oder an einem Fahrzeug zuverlässig erkannt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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Eine Vorrichtung weist wenigstens eine elektronische Einheit auf, die an oder in einem Objekt angeordnet ist, wobei jede der wenigstens einen elektronischen Einheit einen oder mehrere Sensoren aufweist, wobei der eine oder jeder der mehreren Sensoren dazu ausgebildet ist, einen von zwei verschiedenen Zuständen zu erkennen, und wobei dem Zustand des einen oder jeder Kombination der von den mehreren Sensoren einer elektronischen Einheit detektierten Zustände eine Position in oder an dem Objekt eindeutig zugeordnet ist.
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Dadurch kann anhand der Sensoren zu jedem Zeitpunkt erkannt werden, ob sich eine elektronische Einheit an der für sie bestimmten Position in oder an dem Objekt angeordnet ist.
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Die Vorrichtung kann weiterhin wenigstens eine Montagefläche an oder in dem Objekt aufweisen, wobei jede der wenigstens einen elektronischen Einheit auf einer der wenigstens einen Montagefläche angeordnet ist.
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Jede Montagefläche kann an einer definierten Position in oder an dem Objekt angeordnet sein, so dass eine auf der Montagefläche angebrachte elektronische Einheit auch an der entsprechenden Position angeordnet ist.
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Jeder des einen oder der mehreren Sensoren einer elektronischen Einheit kann an einer definierten Position der entsprechenden Montagefläche angeordnet sein, und die Montagefläche kann an der Position des einen oder an den Positionen jedes der mehreren Sensoren jeweils eine von zwei definierten Eigenschaften aufweisen.
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So kann jeder Sensor an seiner Position die entsprechende der zwei definierten Eigenschaften detektieren und so einen der zwei verschiedenen Zustände erkennen.
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Dabei kann beispielsweise entweder jede der Montageflächen eine metallische Oberfläche aufweisen, wobei die metallische Oberfläche einer der Montageflächen an der Position des einen Sensors eine Aussparung aufweist, oder die metallische Oberfläche jeder der Montageflächen an der Position wenigstens eines der mehreren Sensoren eine Aussparung aufweist, oder jede der Montageflächen kann eine nicht-metallische Oberfläche aufweisen, wobei bei einer der Montageflächen an der Position des einen Sensors ein metallischer Körper angeordnet ist, oder bei jeder der Montageflächen an der Position wenigstens eines der mehreren Sensoren ein metallischer Körper angeordnet ist.
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Dadurch kann jeder der Sensoren an seiner Position entweder Metall oder kein Metall detektieren.
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Jede der wenigstens einen elektronischen Einheit kann wenigstens vier Sensoren aufweisen.
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Dadurch können bis zu 15 Positionen in oder an dem Objekt eindeutig gekennzeichnet werden.
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Jeder des einen oder der mehreren Sensoren kann einen Hall-Sensor, einen kapazitiven Sensor oder einen optischen Sensor aufweisen.
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Anhand derartiger Sensoren können beispielsweise metallische von nicht-metallischen Untergründen unterschieden werden, oder es können verschiedene andere entsprechende Kennzeichnungen oder Eigenschaften an den Positionen der Sensoren erkannt werden.
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Jede der wenigstens einen elektronischen Einheit kann einen UWB-Sender/Empfänger aufweisen.
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Bei UWB-Sender/Empfängern die dazu ausgebildet sind die Position eines Nutzers oder einer Transpondereinheit in Bezug auf das Objekt zu bestimmen ist es grundsätzlich wichtig die genaue Position des UWB-Sender/Empfängers in oder an dem Objekt zu kennen.
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Jede der wenigstens einen elektronischen Einheit kann dazu ausgebildet sein, bei erstmaliger Montage auf einer Montagefläche die eindeutige Kennzeichnung der entsprechenden Montagefläche zu erkennen und zu speichern, und nach der Montage in regelmäßigen Abständen die Kennzeichnung der Montagefläche mittels der Sensoren zu prüfen.
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Dadurch kann regelmäßig überprüft werden, ob die elektronische Einheit von der für sie vorgesehen Position in oder an dem Objekt entfernt wurde.
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Das Objekt kann ein Fahrzeug, ein Gebäude, eine Tür, ein Tor, eine Schranke, oder eine bewegliche Absperrvorrichtung sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
- 1 in einer skizzenhaften Darstellung ein System zur Erkennung der Position eines elektronischen Gerätes in Bezug auf ein Fahrzeug,
- 2 beispielhaft ein Fahrzeug mit einer Vielzahl von elektronischen Einheiten,
- 3 beispielhaft eine elektronische Einheit gemäß einem Beispiel,
- 4 beispielhaft in einer Tabelle ein Beispiel verschiedener Sensormessungen und zugehörigen Positionen, und
- 5 , umfassend die 5A und 5B, Vorrichtungen zur Positionserkennung gemäß einem Beispiel.
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1 zeigt beispielhaft ein elektronisches Gerät 20 und ein Fahrzeug 10. Das elektronische Gerät 20 kann beispielsweise ein Fahrzeugschlüssel oder ein anderes tragbares elektronisches Gerät sein, welches beispielsweise die Funktion eines Fahrzeugschlüssels übernehmen kann (z.B. Smartphone, Tablet, Laptop, o.ä.). Das elektronische Gerät 20 steht in Kommunikation mit dem Fahrzeug 10. Die Kommunikation erfolgt dabei drahtlos.
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Für viele Funktionen im Fahrzeug 10 spielt dabei die aktuelle Position des elektronischen Gerätes 20 in Bezug auf das Fahrzeug 10 eine Rolle. Beispielsweise kann es erforderlich sein, dass sich das elektronische Gerät 20 innerhalb des Fahrzeugs 10 befindet, damit das Fahrzeug 10 gestartet werden kann. Oder es kann erforderlich sein, dass das elektronische Gerät 20 in unmittelbarer Nähe der Fahrertür detektiert wird, damit das Fahrzeug 10 entriegelt werden kann. Für eine automatische Einparkfunktion, bei welcher das Fahrzeug 10 selbstständig einparkt, kann es beispielsweise erforderlich sein, dass sich der Nutzer innerhalb eines vorgegebenen Radius um das Fahrzeug 10 herum aufhält (z.B. 6m), um den Einparkvorgang überwachen zu können. Dies sind nur einige Beispiele. Auch für viele andere Funktionen kann die Position des elektronischen Gerätes 20 in Bezug auf das Fahrzeug 10 eine Rolle spielen.
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Die Position eines elektronischen Gerätes 20 in Bezug auf ein Fahrzeug 10 kann beispielsweise anhand einer UWB (Ultrabreitband) Messung bestimmt werden. Dazu können, wie beispielhaft in 2 dargestellt, an verschiedenen Positionen im Fahrzeug 10 ein oder mehrere UWB-Sender/Empfänger 401, 402, 403, 404 angeordnet sein. Diese senden Signale aus, welche von dem elektronischen Gerät 20 empfangen und beantwortet werden. Anhand der Zeit, welche die Signale zwischen dem Senden und Empfangen im Fahrzeug 10 benötigen, kann dann die Position des elektronischen Gerätes 20 in Bezug auf das Fahrzeug 10 bestimmt werden (sogenanntes Two-way Ranging TWR). Es sind jedoch noch weitere Möglichkeiten für eine Positionsbestimmung mittels UWB bekannt, wie beispielsweise Time-difference of Arrival (TDoA) und Phase-difference of Arrival (PDoA).
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Der nutzbare Frequenzbereich bei der UWB-Messung liegt im Bereich von 3,1 bis 10,6 GHz. UWB-Impulse breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Die Reichweite liegt in der Regel bei bis zu 200m.
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In 2 sind beispielhaft vier UWB-Sender/Empfänger 401, 402, 403, 404 im Fahrzeug 10 dargestellt. Im Fahrzeug 10 können jedoch mehr oder weniger UWB-Sender/Empfänger 401, 402, 403, 404, im Normalfall jedoch wenigstens zwei, an beliebigen geeigneten Positionen angeordnet sein.
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Aus den gemessenen Laufzeiten der Signale kann die Entfernung des elektronischen Gerätes 20 zu jedem der UWB-Sender/Empfänger 401, 402, 403, 404 bestimmt werden. Wenn die Entfernung zu jedem einzelnen der UWB-Sender/Empfänger 401, 402, 403, 404 bekannt ist, kann grundsätzlich auf die Position des elektronischen Gerätes 20 in Bezug auf das Fahrzeug 10 geschlossen werden, beispielsweise mittels geeigneter Trilaterations- oder Multilaterationsverfahren.
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Die Positionsbestimmung mittels UWB ist dabei jedoch lediglich ein Beispiel. Grundsätzlich können Signale gemäß jedem beliebigen Standard (z.B. Bluetooth) ausgesendet und deren Laufzeit bestimmt werden. Ebenso ist es möglich anstatt der Laufzeit die Empfangsfeldstärke der Signale zu bestimmen. Diese nimmt mit steigendem Abstand vom Fahrzeug 10 ab, so dass auch anhand der Empfangsfeldstärken empfangener Signale und geeigneter Trilaterations- oder Multilaterationsverfahren die Position des elektronischen Gerätes 20 in Bezug auf das Fahrzeug 10 bestimmt werden kann. Auch eine Positionsbestimmung mittels Lidar-Sensoren oder anderer geeigneter Sensoren ist grundsätzlich möglich.
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Um die Position eines elektronischen Gerätes 20 in Bezug auf das Fahrzeug 10 zuverlässig bestimmen zu können, ist es dabei erforderlich die genaue Position eines Sensors bzw. einer Sende-/Empfangseinheit (im Folgenden Allgemein als elektronische Einheit bezeichnet) in oder an dem Fahrzeug 10 zu kennen. So muss beispielsweise bekannt sein, ob eine elektronische Einheit 401, 402, 403, 404 vorne rechts oder hinten links am Fahrzeug 10 oder an einer anderen Position im Fahrzeug 10 angeordnet ist.
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Hierfür kann die elektronische Einheit 401, 402, 403, 404 wenigstens einen Sensor 501, 502, 503, 504 aufweisen. Dies ist beispielhaft in 3 dargestellt. Die elektronische Einheit 401 in 3 weist vier Sensoren 501, 502, 503, 504 auf. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Die Anzahl der Sensoren 501, 502, 503, 504 einer elektronischen Einheit 401, 402, 403, 404 kann von der Anzahl der elektronischen Einheiten 401, 402, 403, 404 im Fahrzeug 10 abhängen. Dies wird im Weiteren anhand von 4 näher erläutert werden.
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Jeder der Sensoren 501, 502, 503, 504 ist dazu ausgebildet, einen von zwei unterschiedlichen Zuständen zu detektieren. Dadurch kann, je nach Anzahl der Sensoren 501, 502, 503, 504 pro elektronischer Einheit 401, 402, 403, 404 eine bestimmte Anzahl an Positionen an bzw. im Fahrzeug 10 eindeutig identifiziert werden.
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Wie in der Tabelle in 4 beispielhaft für vier verschiedene Sensoren dargestellt, kann jeder Position eine bestimmte Kombination an Zuständen eindeutig zugeordnet sein. Eine Messung, bei welcher alle Sensoren denselben ersten Zustand (z.B. Null) detektieren kann dabei beispielsweise als ungültig erkannt werden. Das heißt, es kann erforderlich sein, dass mindestens einer der Vielzahl von Sensoren einen zweiten Zustand (z.B. Eins) detektiert. Mit vier Sensoren 501, 502, 503, 504 pro elektronischer Einheit 401, 402, 403, 404 können somit 15 unterschiedliche Positionen eindeutig kodiert werden. Beispielsweise kann eine elektronische Einheit an der Position „hinten links“ erkannt werden, wenn Sensor 3 und Sensor 4 den ersten Zustand, und Sensor 1 und Sensor 2 den zweiten Zustand detektieren. Mit mehr als vier Sensoren können mehr, und mit weniger als vier Sensoren können weniger unterschiedliche Positionen am oder im Fahrzeug 10 definiert werden.
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Mit lediglich einem einzigen Sensor 501, 502, 503, 504 können beispielsweise zwei unterschiedliche Positionen voneinander unterschieden werden, wenn der Sensor an einer ersten Position den ersten Zustand und an einer zweiten Position den zweiten Zustand detektiert.
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Die unterschiedlichen Zustände die von den Sensoren 501, 502, 503, 504 detektiert werden, können auf verschiedene Art und Weise erzeugt werden. Jede elektronische Einheit 401, 402, 403, 404 kann beispielsweise auf einer entsprechenden Montagefläche angeordnet sein. Jede Montagefläche kann an definierten Positionen bestimmte Eigenschaften aufweisen, welche von den entsprechenden Sensoren 501, 502, 503, 504 detektiert werden. Jeder der Sensoren 501, 502, 503, 504 kann daher an einer definierten Position der entsprechenden Montagefläche angeordnet sein, wenn die elektronische Einheit 401, 402, 403, 404 auf der Montagefläche angeordnet ist.
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Gemäß einem Beispiel weist die Montagefläche eine metallische Oberfläche auf. Diese metallische Oberfläche kann an der Position wenigstens eines der Sensoren 501, 502, 503, 504 eine Aussparung oder Öffnung aufweisen. Dies ist in 5A beispielhaft für die Position „hinten links“ aus 4 dargestellt. Die Sensoren 501, 502, 503, 504 können in diesem Beispiel jeweils einen Hall-Sensor aufweisen, welcher detektiert, ob sich unterhalb des entsprechenden Sensors die metallische Oberfläche der Montagefläche, oder eine Aussparung 601, 602 befindet. Ein Sensor kann beispielsweise den ersten Zustand (Null) detektieren, wenn sich unterhalb des Sensors (Sensoren 503 und 504 in 5A) Metall befindet, und den zweiten Zustand (Eins) detektieren, wenn sich unterhalb des Sensors (Sensoren 501 und 502 in 5A) eine Aussparung 601, 602 befindet. So kann jede Montagefläche an den verschiedenen Positionen entsprechend kodiert sein.
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5B zeigt beispielhaft eine Vorrichtung an der Position „innen vorne“ aus 4, bei welcher lediglich Sensor 4 (bzw. Sensor 504) den ersten Zustand (Null) detektiert. An allen anderen Positionen sind Aussparungen 601, 602, 603 in der Montagefläche vorgesehen, so dass sie anderen Sensoren 501, 502, 503 den zweiten Zustand (Eins) detektieren.
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Die Montagefläche kann jedoch anstatt Aussparungen an den Positionen eines oder mehrerer Sensoren 501, 502, 503, 504 auch andere Eigenschaften aufweisen um die unterschiedlichen Zustände zu erzeugen. Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Montagefläche beispielsweise ein nicht-metallisches Material (z.B. Kunststoff) aufweisen. An der Position wenigstens eines Sensors 501, 502, 503, 504 kann ein metallischer Körper angeordnet sein, um den zweiten Zustand zu erzeugen.
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Ebenso ist es möglich, beispielsweise die Dicke der Montagefläche an den Positionen der Sensoren 501, 502, 503, 504 entsprechend zu wählen. Beispielsweise kann bei einer ersten Dicke der erste Zustand, und bei einer zweiten Dicke der zweite Zustand detektiert werden. In einem solchen Fall können beispielsweise kapazitive Sensoren 501, 502, 503, 504 zum Einsatz kommen. Auch jegliche Art optischer Sensoren ist beispielsweise möglich. Mittels optischer Sensoren 501, 502, 503, 504 können beispielsweise bestimmte Muster oder Farben detektiert werden, welche bestimmten Zuständen zugeordnet sind.
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Eine elektronische Einheit 401, 402, 403, 404 kann beispielsweise bei erstmaliger Montage auf einer Montagefläche angelernt werden. Das heißt, die elektronische Einheit 401, 402, 403, 404 kann die eindeutige Kennzeichnung der entsprechenden Montagefläche erkennen und entsprechend speichern. So kann zu einem späteren Zeitpunkt erkannt werden, ob sich die elektronische Einheit 401, 402, 403, 404 weiterhin an der ihr zugeordneten Montagefläche befindet. Jede elektronische Einheit 401, 402, 403, 404 kann beispielsweise in regelmäßigen Abständen die Kennzeichnung der Montagefläche mittels der Sensoren 501, 502, 503, 504 prüfen. Dies kann beispielsweise im Abstand von wenigen Sekunden oder Minuten erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kennzeichnung der Montagefläche immer dann geprüft wird, wenn die elektronische Einheit 401, 402, 403, 404 für ihren vorgesehenen Zweck verwendet wird. So kann beispielsweise immer dann, wenn die Position eines elektronischen Gerätes 20 in Bezug auf das Fahrzeug 10 bestimmt werden soll die Kennzeichnung der Montagefläche geprüft werden. So kann sichergestellt werden, dass die elektronischen Einheiten 401, 402, 403, 404 nicht von den für sie vorgesehenen Montageflächen entfernt wurden.
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Das Bestimmen der Position eines elektronischen Gerätes 20 in Bezug auf das Fahrzeug 10 kann beispielsweise als ungültig erkannt werden, wenn eine oder mehrere der elektronischen Einheiten 401, 402, 403, 404 als nicht an der für sie vorgesehenen Montagefläche angeordnet erkannt wird. Dadurch können Manipulationen am System durch Entfernen oder Versetzen von elektronischen Einheiten 401, 402, 403, 404 verhindert werden.
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Die Sensoren 501, 502, 503, 504 können, wie in 5 beispielhaft dargestellt, entfernt voneinander angeordnet sein. Das heißt, jeder Sensor 501, 502, 503, 504 kann von jedem anderen Sensor 501, 502, 503, 504 einen bestimmten Mindestabstand d1, d2 aufweisen. So kann verhindert werden, dass ein benachbarter Sensor fälschlicherweise die Kennzeichnung eines anderen Sensors misst, und so die Position der elektronischen Einheit 401, 402, 403, 404 falsch bestimmt wird.
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Die elektronische Einheit 401, 402, 403, 404 kann an der Montagefläche auf geeignete Art und Weise befestigt werden, z.B. mittels Schweißen, Kleben, Schrauben, oder anderen geeigneten Verfahren.
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Die Vorrichtung und das Verfahren wurden oben anhand eines Fahrzeugs 10 beschrieben. Das Fahrzeug 10 kann jegliche Art von Fahrzeug, z.B. ein PWK, LKW, Bus, Traktor, Motorrad, Flugzeug, Schiff, etc. sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung in Fahrzeugen beschränkt. Grundsätzlich können das Verfahren und die Vorrichtung bei allen Arten von Objekten zum Einsatz kommen, welche für verschiedene Funktionen eine Positionsbestimmung eines Nutzers bzw. eines elektronischen Gerätes in Bezug auf das Objekt erfordern. Dies können beispielsweise Zugangssysteme zu jeglicher Art von Gebäuden, Türen, Tore, Schranken, beweglicher Absperrvorrichtung, etc. sein. Die Erfindung kann jedoch auch für jede andere Art von elektronischer Einheit Verwendung finden, deren Position in oder an einem Objekt erkannt werden soll (z.B. Lichtmodule oder Blinker in einem Fahrzeug).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 20
- elektronisches Gerät
- 401, 402, 403, 404
- elektronische Einheiten
- 501, 502, 503, 504
- Sensoren
- 601,602,603
- Aussparungen
