DE102022001042A1 - Verfahren zur Lokalisierung einer UWB Funkschlüsseleinheit durch ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung einer UWB-Funkschlüsseleinheit (1) durch ein Fahrzeug (2) mit mehreren UWB-Lokalisierungsmodulen (3).Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass- in vorgegebenen Zyklen jeweils mittels des jeweiligen UWB-Lokalisierungsmoduls (3) eine Messung der Entfernung der UWB-Funkschlüsseleinheit (1) zum jeweiligen UWB-Lokalisierungsmodul (3) vorgenommen wird und aus den von den UWB-Lokalisierungsmodulen (3) im jeweiligen Zyklus gemessenen Entfernungen ein Lokalisierungspunkt ermittelt wird, an dem die UWB-Funkschlüsseleinheit (1) im jeweiligen Zyklus lokalisiert wird,- wenn bereits in mehreren vorhergehenden Zyklen Lokalisierungspunkte ermittelt wurden und im aktuellen Zyklus die Entfernung mit nur einem der UWB-Lokalisierungsmodule (3) gemessen werden konnte, eine aus den Lokalisierungspunkten der vorhergehenden Zyklen ermittelte Bewegung der UWB-Funkschlüsseleinheit (1) linear extrapoliert wird und dadurch ein extrapolierter Lokalisierungspunkt (P1) ermittelt wird, von welchem ausgehend auf einen Entfernungskreis (K1, K2) um das UWB-Lokalisierungsmodul (3), welches im aktuellen Zyklus die Entfernung gemessen hat, wobei diese gemessene Entfernung den Radius (r1, r2) dieses Entfernungskreises (K1, K2) bildet, eine Projektion vorgenommen wird und dadurch der aktuelle Lokalisierungspunkt (POrtung), der auf diesem Entfernungskreis (K1, K2) liegt, ermittelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung einer UWB-Funkschlüsseleinheit durch ein Fahrzeug.
• Aus dem Stand der Technik sind, wie in der DE 10 2013 212 060 A1 beschrieben, ein Fahrzeugfernbedienungssystem und ein Fahrzeugfernbedienungsverfahren bekannt. Das Fahrzeugfernbedienungssystem zum Bestimmen einer Position eines Schlüsselanhängers relativ zu einem Fahrzeug enthält eine Steuereinrichtung, die zur Installation in dem Fahrzeug eingerichtet und zur Kommunikation mit Antennen konfiguriert ist, die an verschiedenen Fahrzeugpositionen installiert sind. Die Steuereinrichtung dient dazu, die Position des Schlüsselanhängers auf Basis von UWB-Funksignalen zu bestimmen, die zwischen den Antennen und dem Schlüsselanhänger übertragen werden. Die Steuereinrichtung ist so konfiguriert, dass sie den Schlüsselanhänger innerhalb einer von mehreren dreidimensionalen Zonen lokalisiert, wobei eine der Zonen so ausgebildet ist, dass sie eine nicht-sphärische Form hat. Das Verfahren dient dazu, eine Position eines Schlüsselanhängers relativ zu einem Fahrzeug zu bestimmen. Hierzu werden UWB-Funksignale zwischen dem Fahrzeug und dem Schlüsselanhänger übertragen und die Position des Schlüsselanhängers wird innerhalb einer von mehreren dreidimensionalen Zonen bestimmt, wobei eine der Zonen eine nicht-sphärische Form hat.
• In der EP 2 666 310 B1 werden eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Erkennung der Anwesenheit und zur Steuerung des Betriebs von mobilen Vorrichtungen in einem Fahrzeug beschrieben. Das Verfahren zum Bestimmen der Anwesenheit eines Mobilgeräts, das sich in einer vorgegebenen Erkennungszone in einem Fahrzeug befindet, umfasst:
• - das Empfangen eines Kommunikationssignals von einem Erkennungsmodul;
• - das Bestimmen, dass das Kommunikationssignal von einem Mobilgerät gesendet wurde, das sich in einer vorgegebenen Erkennungszone in einem Fahrzeug befindet, durch das Erkennungsmodul;
• - das Senden eines Steuersignals an das Mobilgerät, das sich in der vorgegebenen Erkennungszone befindet, durch ein Steuermodul;
• - das Absuchen einer Vielzahl von Frequenzbändern, die dem Mobilgerät zugeordnet sind, durch das Erkennungsmodul;
• - das Überwachen eines ausgestrahlten Leistungspegels des von dem Erkennungsmodul empfangenen Kommunikationssignals in jedem der Vielzahl von Frequenzbändern durch das Erkennungsmodul; und
• - das Senden eines Erkennungssignals durch das Erkennungsmodul an das Steuermodul, wenn der gemessene ausgestrahlte Leistungspegel im Wesentlichen zumindest einem vorgegebenen Wert entspricht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Lokalisierung einer UWB-Funkschlüsseleinheit durch ein Fahrzeug anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Lokalisierung einer UWB-Funkschlüsseleinheit durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• In einem Verfahren zur Lokalisierung einer UWB-Funkschlüsseleinheit durch ein Fahrzeug mit mehreren UWB-Lokalisierungsmodulen wird erfindungsgemäß in vorgegebenen Zyklen, d. h. Zeitschritten, jeweils mittels des jeweiligen UWB-Lokalisierungsmoduls eine Messung der Entfernung der UWB-Funkschlüsseleinheit zum jeweiligen UWB-Lokalisierungsmodul vorgenommen. Aus den von den UWB-Lokalisierungsmodulen im jeweiligen Zyklus gemessenen Entfernungen wird ein Lokalisierungspunkt ermittelt, an dem die UWB-Funkschlüsseleinheit im jeweiligen Zyklus lokalisiert wird. Wenn bereits in mehreren vorhergehenden Zyklen Lokalisierungspunkte ermittelt wurden und im aktuellen Zyklus die Entfernung mit nur einem der UWB-Lokalisierungsmodule gemessen werden konnte, wird eine aus den Lokalisierungspunkten der vorhergehenden Zyklen ermittelte Bewegung der UWB-Funkschlüsseleinheit linear extrapoliert und dadurch ein extrapolierter Lokalisierungspunkt ermittelt. Von diesem extrapolierten Lokalisierungspunkt ausgehend wird eine Projektion auf einen Entfernungskreis um das UWB-Lokalisierungsmodul, welches im aktuellen Zyklus die Entfernung gemessen hat, vorgenommen, wobei diese gemessene Entfernung den Radius dieses Entfernungskreises bildet. Durch diese Projektion wird der aktuelle Lokalisierungspunkt, der auf diesem Entfernungskreis liegt, ermittelt.
• Insbesondere ist vorgesehen, dass dann, wenn eine Entfernung des extrapolierten Lokalisierungspunktes zum UWB-Lokalisierungsmodul, welches im aktuellen Zyklus die Entfernung gemessen hat, geringer ist als die von diesem UWB-Lokalisierungsmodul im aktuellen Zyklus gemessene Entfernung, die Projektion senkrecht zur ermittelten Bewegung auf den Entfernungskreis vorgenommen wird. Da der extrapolierte Lokalisierungspunkt innerhalb des Entfernungskreises liegt, d. h. von diesem Entfernungskreis umschlossen ist, werden zwei Schnittpunkte der Projektion mit dem Entfernungskreis ermittelt. Derjenige Schnittpunkt, der näher zum extrapolierten Lokalisierungspunkt positioniert ist, wird als aktueller Lokalisierungspunkt ermittelt.
• Insbesondere ist vorgesehen, dass dann, wenn eine Entfernung des extrapolierten Lokalisierungspunktes zum UWB-Lokalisierungsmodul, welches im aktuellen Zyklus die Entfernung gemessen hat, größer ist als die von diesem UWB-Lokalisierungsmodul im aktuellen Zyklus gemessene Entfernung, die Projektion in Radialrichtung des Entfernungskreises auf den Entfernungskreis vorgenommen wird. Da in diesem Fall der extrapolierte Lokalisierungspunkt außerhalb des Entfernungskreises liegt, wird nur ein Schnittpunkt der Projektion mit dem Entfernungskreis ermittelt, denn die Projektion wird nach dem erstmaligen Schneiden des Entfernungskreises nicht fortgesetzt. Dieser Schnittpunkt wird als aktueller Lokalisierungspunkt ermittelt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch eine erfolgreiche Lokalisierung der UWB-Funkschlüsseleinheit mittels einer Entfernungsmessung nur eines der UWB-Lokalisierungsmodule, wenn zuvor, d. h. in vorherigen Zyklen, erfolgreiche Lokalisierungen der UWB-Funkschlüsseleinheit mit mehreren UWB-Lokalisierungsmodulen möglich waren.
• Bei der Lokalisierung mittels UWB kann der menschliche Körper das UWB-Signal derart abschatten, dass nicht mehr die erforderlichen Entfernungsmessungen mindestens zweier UWB-Lokalisierungsmodule erfolgen können, sondern nur noch ein UWB-Lokalisierungsmodul eine Entfernung zur UWB-Funkschlüsseleinheit durchführen kann. Eine Lokalisierung auf die aus dem Stand der Technik bekannte Weise ist dadurch nicht möglich. Von der erfolgreichen Lokalisierung abhängige Fahrzeugfunktionen und Fahrzeugsysteme erhalten dann keinen Wert. Dies kann zu einem für einen Fahrzeugnutzer nicht nachvollziehbaren Verhalten dieser Fahrzeugfunktionen und Fahrzeugsysteme führen. Eine auf der Lokalisierung der UWB-Funkschlüsseleinheit beruhende Fahrzeugfunktion ist beispielsweise eine Entriegelung des Fahrzeugs.
• Mittels der erfindungsgemäßen Lösung wird dieses Problem vermieden, denn dadurch wird die Lokalisierung auch dann ermöglicht, wenn nur ein UWB-Lokalisierungsmodul die Entfernung zur UWB-Funkschlüsseleinheit messen kann, zumindest dann, wenn die oben beschriebene Voraussetzung, dass in vorherigen Zyklen erfolgreiche Lokalisierungen der UWB-Funkschlüsseleinheit mit mehreren UWB-Lokalisierungsmodulen möglich waren, erfüllt ist.
• Mittels der erfindungsgemäßen Lösung können somit weiterhin Lokalisierungsergebnisse ermittelt werden, wenn auch mit gewisser Ungenauigkeit. Fahrzeugsysteme und Fahrzeugfunktionen, für welche diese Lokalisierung der UWB-Funkschlüsseleinheit erforderlich ist, können weiterhin die Bewegung der UWB-Funkschlüsseleinheit und somit die Bewegung des diese UWB-Funkschlüsseleinheit bei sich tragenden Fahrzeugnutzers mitverfolgen und sind somit nicht dem Problem unterworfen, zeitweise keine diesbezügliche Information zu erhalten.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 schematisch eine Lokalisierung einer UWB-Funkschlüsseleinheit durch ein Fahrzeug mit zwei UWB-Lokalisierungsmodulen, wobei beide UWB-Lokalisierungsmodule in einem aktuellen Zyklus eine Entfernung zur UWB-Funkschlüsseleinheit messen,
• 2 schematisch eine Messung der Entfernung zweier UWB-Lokalisierungsmodule zur UWB-Funkschlüsseleinheit ohne Schnittpunkt von Entfernungskreisen,
• 3 schematisch eine Messung der Entfernung zur UWB-Funkschlüsseleinheit mit nur einem UWB-Lokalisierungsmodul,
• 4 Veranschaulichung einer Ermittlung eines aktuellen Lokalisierungspunktes für den Fall, dass ein extrapolierter Lokalisierungspunkt innerhalb eines Entfernungskreises des nur einen UWB-Lokalisierungsmoduls liegt, das die Entfernung gemessen hat,
• 5 Veranschaulichung einer Ermittlung eines aktuellen Lokalisierungspunktes für den Fall, dass ein extrapolierter Lokalisierungspunkt innerhalb eines Entfernungskreises des nur einen UWB-Lokalisierungsmoduls liegt, das die Entfernung gemessen hat,
• 6 Veranschaulichung einer Ermittlung eines aktuellen Lokalisierungspunktes für den Fall, dass ein extrapolierter Lokalisierungspunkt innerhalb eines Entfernungskreises des nur einen UWB-Lokalisierungsmoduls liegt, das die Entfernung gemessen hat,
• 7 Veranschaulichung einer Ermittlung eines aktuellen Lokalisierungspunktes für den Fall, dass ein extrapolierter Lokalisierungspunkt außerhalb eines Entfernungskreises des nur einen UWB-Lokalisierungsmoduls liegt, das die Entfernung gemessen hat,
• 8 Veranschaulichung einer Ermittlung eines aktuellen Lokalisierungspunktes für den Fall, dass ein extrapolierter Lokalisierungspunkt außerhalb eines Entfernungskreises des nur einen UWB-Lokalisierungsmoduls liegt, das die Entfernung gemessen hat, und
• 9 Veranschaulichung einer Ermittlung eines aktuellen Lokalisierungspunktes für den Fall, dass ein extrapolierter Lokalisierungspunkt außerhalb eines Entfernungskreises des nur einen UWB-Lokalisierungsmoduls liegt, das die Entfernung gemessen hat.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Im Folgenden wird anhand der 1 bis 9 ein Verfahren zur Lokalisierung einer UWB-Funkschlüsseleinheit 1 durch ein Fahrzeug 2 mit mehreren UWB-Lokalisierungsmodulen 3 beschrieben. Die UWB-Lokalisierungsmodule 3 werden auch als UWB-Sensor bezeichnet.
• Diese UWB-Funkschlüsseleinheit 1 kann beispielsweise als ein Fahrzeugschlüssel oder als ein Mobiltelefon, insbesondere Smartphone, oder als ein ähnliches Gerät ausgebildet sein. Hierzu kann entsprechend vorgesehen sein, das Mobiltelefon oder ein ähnliches Gerät so zu erweitern, dass ein Fahrzeugnutzer hiermit sämtliche Funktionen erhält, die bisher durch einen herkömmlichen Fahrzeugschlüssel realisiert werden. Zu diesen Funktionen zählt insbesondere „Keyless-go“, d. h. ein Zugang zum Fahrzeug 2, ohne dieses mittels des Fahrzeugschlüssels manuell zu entriegeln oder eine Funkfernbedienung aktiv manuell zu betätigen. Der Fahrzeugnutzer muss hierbei insbesondere keine bewusste Interaktion ausführen, um sein Fahrzeug 2 entriegeln zu können, denn die gewünschte Aktion wird ausgeführt, sobald der Fahrzeugnutzer sich mit seiner UWB-Funkschlüsseleinheit 1 ausreichend nah am Fahrzeug 2 befindet.
• Für die Umsetzung der genannten Funktion ist es erforderlich, dass die UWB-Funkschlüsseleinheit 1 lokalisiert wird. Eine Entfernung zum Fahrzeug 2 und eine Position in der Umgebung des Fahrzeugs 2 müssen bekannt sein. Mit diesen Informationen ist das Fahrzeug 2 in der Lage, zu entscheiden, ob und wann eine Funktion ausgeführt werden darf.
• Bisher wird für Funkschlüsseleinheiten eine Technologie genutzt, die auf Magnetfeldern mit relativ geringer Frequenz basiert, d. h. mit einer Frequenz von 20 kHz bis 135 kHz, auch als LF bezeichnet.
• Die hier beschriebene Lokalisierungslösung arbeitet mit UWB (Ultra Wide Band), insbesondere mit einer Frequenz von 6 GHz bis 8 GHz und insbesondere mit einer Signalbandreite von ca. 500 MHz. Für eine Lokalisierung der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 in der Fläche müssen mindestens zwei UWB-Lokalisierungsmodule 3 die Entfernung zur UWB-Funkschlüsseleinheit 1 messen. Da aus der jeweiligen gemessenen Entfernung eine Richtung zur UWB-Funkschlüsseleinheit 1 nicht bekannt ist, ergibt sich aus der Entfernung, die das jeweilige UWB-Lokalisierungsmodul 3 gemessen hat, ein Entfernungskreis K1, K2 um das jeweilige UWB-Lokalisierungsmodul 3, dessen Radius r₁, r₂ der gemessenen Entfernung entspricht. Der Schnittpunkt beider Entfernungskreise K1, K2 ergibt einen momentanen Aufenthaltsort der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 und somit eines diese UWB-Funkschlüsseleinheit 1 tragenden Fahrzeugnutzers, d. h. die Lokalisierung der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 und somit des Fahrzeugnutzers, wie in 1 beispielhaft gezeigt. Die Lokalisierung erfolgt in einem Lokalisierungskoordinatensystem für die Koordinaten x und y, dessen x-Achse in Querrichtung des Fahrzeugs 2 und dessen y-Achse in Längsrichtung des Fahrzeugs 2 verläuft.
• Wenn sich der Fahrzeugnutzer mit der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 dem Fahrzeug 2 nähert, beginnt das Fahrzeug 2 mit der Lokalisierung und führt diese zyklisch durch, um einen momentanen Aufenthaltsort der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 und somit des Fahrzeugnutzers möglichst genau zu erfassen. Es wird somit in vorgegebenen Zyklen, d. h. Zeitschritten, jeweils mittels des jeweiligen UWB-Lokalisierungsmoduls 3 eine Messung der Entfernung der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 zum jeweiligen UWB-Lokalisierungsmodul 3 vorgenommen. Aus den von den
  UWB-Lokalisierungsmodulen 3 im jeweiligen Zyklus gemessenen Entfernungen wird ein Lokalisierungspunkt ermittelt, an dem die UWB-Funkschlüsseleinheit 1 im jeweiligen Zyklus lokalisiert wird.
• Es kann jedoch der Fall eintreten, dass zeitweise nur ein UWB-Lokalisierungsmodul 3 eine Entfernung zur UWB-Funkschlüsseleinheit 1 ermitteln kann, beispielsweise falls der Körper des Fahrzeugnutzers einen Ausbreitungsweg von UWB-Signalen so stark bedämpft, dass diese von dem betroffenen UWB-Lokalisierungsmodul 3 oder von den betroffenen UWB-Lokalisierungsmodulen 3 nicht verarbeitet werden können. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Fahrzeugnutzer die UWB-Funkschlüsseleinheit 1 in einer Gesäßtasche trägt.
• Zudem kann auch der Fall eintreten, dass zwar beide UWB-Lokalisierungsmodule 3 die Entfernung zur UWB-Funkschlüsseleinheit 1 messen können, die daraus resultierenden beiden Entfernungskreise K1, K2 jedoch keinen Schnittpunkt bilden, wie beispielhaft in 2 gezeigt. Aufgrund einer eingeschränkten Sicht ermittelt das im vorderen Bereich des Fahrzeugs 2 angeordnete UWB-Lokalisierungsmodul 3 meist eine zu große Entfernung. Dadurch wird keine zweidimensionale Lokalisierung der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 ermöglicht. In diesem Fall wird für die im Folgenden weiter beschriebene Vorgehensweise im aktuellen Zyklus beispielsweise nur die gemessene Entfernung eines der beiden UWB-Lokalisierungsmodule 3 berücksichtigt, hier insbesondere die vom UWB-Lokalisierungsmodul 3 im hinteren Bereich des Fahrzeugs 2 gemessene Entfernung zur UWB-Funkschlüsseleinheit 1, da diese aufgrund der beschriebenen Problematik genauer ist. Es wird daher für die im Folgenden weiter beschriebene Vorgehensweise auch für diesen Fall davon ausgegangen, dass im aktuellen Zyklus die Entfernung mit nur einem der UWB-Lokalisierungsmodule 3 gemessen werden konnte, insbesondere mittels des UWB-Lokalisierungsmoduls 3 im hinteren Bereich des Fahrzeugs 2, so dass die im folgenden beschriebene Vorgehenswese in gleicher Weise auch auf diesen Fall anwendbar ist.
• Im hier beschriebenen Verfahren zur Lokalisierung der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 durch das Fahrzeug 2 mit mehreren UWB-Lokalisierungsmodulen 3 ist somit vorgesehen, dass in vorgegebenen Zyklen jeweils mittels des jeweiligen UWB-Lokalisierungsmoduls 3 eine Messung der Entfernung der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 zum jeweiligen UWB-Lokalisierungsmodul 3 vorgenommen wird. Aus den von den UWB-Lokalisierungsmodulen 3 im jeweiligen Zyklus gemessenen Entfernungen wird ein Lokalisierungspunkt ermittelt, an dem die UWB-Funkschlüsseleinheit 1 im jeweiligen Zyklus lokalisiert wird.
• Wenn bereits in mehreren vorhergehenden Zyklen Lokalisierungspunkte ermittelt wurden und im aktuellen Zyklus die Entfernung mit nur einem der UWB-Lokalisierungsmodule 3 gemessen werden konnte, wird eine aus den Lokalisierungspunkten der vorhergehenden Zyklen ermittelte Bewegung der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 linear extrapoliert und dadurch ein extrapolierter Lokalisierungspunkt P₁ ermittelt. Von diesem extrapolierten Lokalisierungspunkt P₁ ausgehend wird eine Projektion auf den Entfernungskreis K1, K2 um das UWB-Lokalisierungsmodul 3, welches im aktuellen Zyklus die Entfernung gemessen hat, vorgenommen, wobei diese gemessene Entfernung den Radius r₁, r₂ dieses Entfernungskreises K1, K2 bildet. Durch diese Projektion wird der aktuelle Lokalisierungspunkt P_Ortung, der auf diesem Entfernungskreis liegt, ermittelt.
• Wenn eine Entfernung des extrapolierten Lokalisierungspunktes P₁ zum UWB-Lokalisierungsmodul 3, welches im aktuellen Zyklus die Entfernung gemessen hat, geringer ist als die von diesem UWB-Lokalisierungsmodul 3 im aktuellen Zyklus gemessene Entfernung, wird die Projektion senkrecht zur ermittelten Bewegung auf den Entfernungskreis K1, K2 vorgenommen. Da der extrapolierte Lokalisierungspunkt P₁ innerhalb des Entfernungskreises K1, K2 liegt, d. h. von diesem Entfernungskreis K1, K2 umschlossen ist, werden zwei Schnittpunkte der Projektion mit dem Entfernungskreis K1, K2 ermittelt. Derjenige Schnittpunkt, der näher zum extrapolierten Lokalisierungspunkt P₁ positioniert ist, wird als aktueller Lokalisierungspunkt P_Ortung ermittelt.
• Wenn eine Entfernung des extrapolierten Lokalisierungspunktes P₁ zum UWB-Lokalisierungsmodul 3, welches im aktuellen Zyklus die Entfernung gemessen hat, größer ist als die von diesem UWB-Lokalisierungsmodul 3 im aktuellen Zyklus gemessene Entfernung, wird die Projektion in Radialrichtung des Entfernungskreises K1, K2 auf den Entfernungskreis K1, K2 vorgenommen. Da in diesem Fall der extrapolierte Lokalisierungspunkt P₁ außerhalb des Entfernungskreises liegt, wird nur ein Schnittpunkt der Projektion mit dem Entfernungskreis K1, K2 ermittelt, denn die Projektion wird nach dem erstmaligen Schneiden des Entfernungskreises K1, K2 nicht fortgesetzt. Dieser Schnittpunkt wird als aktueller Lokalisierungspunkt P_Ortung ermittelt.
• 3 zeigt beispielhaft die Situation, dass im aktuellen Zyklus die Entfernung mit nur einem der UWB-Lokalisierungsmodule 3 gemessen werden konnte, hier mit dem UWB-Lokalisierungsmodul 3 im hinteren Bereich des Fahrzeugs 2. Es wird somit im Folgenden nur dessen Entfernungskreis K2 mit dem Radius r₂ betrachtet. Dargestellt ist ein realer Bewegungsweg 4 des Fahrzeugnutzers mit der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 in Richtung des Fahrzeugs 2. Punkte auf diesem realen Bewegungsweg 4 sind Zeitpunkte der zyklischen Messungen mittels der beiden UWB-Lokalisierungsmodule 3. Diese Messungen ergeben ein ermitteltes Lokalisierungsergebnis 5, d. h. einen Bewegungsweg der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 und somit des Fahrzeugnutzers.
• Anhand der in den vorhergehenden Zyklen ermittelten Lokalisierungspunkte dieses Lokalisierungsergebnisses 5 sind eine Bewegungsgeschwindigkeit v entlang des über die ermittelten Lokalisierungspunkte führenden Lokalisierungsweges sowie eine Bewegungsrichtung φ bekannt. Die Bewegungsrichtung φ ist ein Winkel zwischen dem Lokalisierungsweg und einer Parallelen zur x-Achse des Koordinatensystems.
• Im Folgenden wird zwischen dem Fall, dass der extrapolierte Lokalisierungspunkt P₁ innerhalb des Entfernungskreises K2 des UWB-Lokalisierungsmoduls 3 liegt, welches die Entfernung im aktuellen Zyklus gemessen hat, und dem Fall, dass dieser extrapolierte Lokalisierungspunkt P₁ außerhalb dieses Entfernungskreises K2 liegt, unterschieden.
• Im Folgenden wird zunächst anhand der 4 bis 6 der Fall beschrieben, dass der extrapolierte Lokalisierungspunkt P₁ innerhalb des Entfernungskreises K2 des UWB-Lokalisierungsmoduls 3 liegt, welches die Entfernung im aktuellen Zyklus gemessen hat.
• Für einen zuletzt auf reguläre Weise, d. h. mittels der gemessenen Entfernungen mindestens zweier UWB-Lokalisierungsmodule 3, ermittelten Lokalisierungspunkt P₂ gilt: $$P_2=\left(P{x}_2|P{y}_2\right)$$

  
• Daraus wird für das nächste Lokalisierungsergebnis ein Erwartungswert errechnet, d. h. der extrapolierte Lokalisierungspunkt P₁. Hierfür wird die bis dahin ermittelte Bewegungsgeschwindigkeit v mit der zugehörigen Bewegungsrichtung φ verwendet: $$P_1=\left(P{x}_1|P{y}_1\right)$$

  

  $$\begin{array}{c}P{x}_1=P{x}_2+Xs\\ P{y}_1=P{y}_2+Ys\end{array}$$

  
• Dabei ist Xs eine Veränderung zwischen zwei Lokalisierungspunkten auf der x-Achse und Ys eine Veränderung zwischen zwei Lokalisierungspunkten auf der y-Achse. $$v=\frac{\sqrt{X{s}^2+Y{s}^2}}{t_P}$$

  
• Dabei ist t_p der Zyklus, d. h. ein zeitlicher Abstand zwischen zwei Entfernungsmessungen. $$\phi =arctan\left(\frac{Ys}{Xs}\right)$$

  
• Um den aktuellen Lokalisierungspunkt P_Ortung zu ermitteln, wird senkrecht zur bisher ermittelten Bewegung, d. h. senkrecht zum Bewegungsweg gemäß bisher ermitteltem Lokalisierungsergebnis 5 inklusive des extrapolierten Lokalisierungspunktes P₁, eine Gerade gezogen. Derjenige Schnittpunkt dieser Geraden mit der ermittelten Entfernung, d. h. dem Entfernungskreis K2, dessen Radius r2 der aktuell ermittelten Entfernung entspricht, der näher zum extrapolierten Lokalisierungspunkt P₁ positioniert ist, wird als aktueller Lokalisierungspunkt P_Ortung ermittelt.
• Das geschilderte mathematische Problem kann mit Hilfe eines sich einstellenden Dreiecks berechnet werden, wie in 6 gezeigt.
• Der gesuchte aktuelle Lokalisierungspunkt P_Ortung $$P_{Ortung}=\left(x|y\right)$$

  

  liegt auf einem Kreisbogen des Entfernungskreises K2 mit dem Radius r2, dessen Mittelpunkt das UWB-Lokalisierungsmodul 3 an der Position $$P_{UWB}=\left(P_{UW{B}_x}|P_{UW{B}_y}\right)$$

  

  $$r_2^2={\left(x-P_{UW{B}_x}\right)}^2+{\left(y-P_{UW{B}_y}\right)}^2$$

  

  bildet und ist vom extrapolierten Lokalisierungspunkt P₁ betrachtet um X_SN in x-Richtung und Y_SN in y-Richtung entfernt. $$\begin{array}{c}x=P_{x1}+X_{SN}\\ y=P_{y1}+Y_{SN}\end{array}$$

  
• Zusätzlich kann X_SN in Abhängigkeit von Y_SN und dem schon bekannten Winkel φ der Bewegungsrichtung ausgedrückt werden als $$X_{SN}=Y_{SN}*tan\left(\phi \right)=Y_{SN}*\frac{Y_S}{X_S}$$

  
• Die Formeln (10) und (9) zusammengefasst ergeben: $$\begin{array}{c}x=P_{x1}+Y_{SN}*tan\left(\phi \right)\\ y=P_{y1}+Y_{SN}\end{array}$$

  
• Die Formel (11) in die Formel (8) eingesetzt ergibt: $$r_2^2={\left(P_{x1}+Y_{SN}*tan\left(\phi \right)-P_{UW{B}_x}\right)}^2+{\left(P_{y1}+Y_{SN}-P_{UW{B}_y}\right)}^2$$

  
• Die noch unbekannte Größe ist Y_SN und kann mit obiger Beziehung nach einer Umformung gelöst werden: $$r_2^2={\left(Y_{SN}*tan\left(\phi \right)+P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)}^2+{\left(Y_{SN}+P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)}^2$$

  

  mittels der folgenden binomischen Formeln: $$\begin{array}{cc}a=Y_{SN}*tan\left(\phi \right);& b=P_{x1}-P_{UW{B}_x}\\ a=Y_{SN};& b=P_{y1}-P_{UW{B}_y}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}{r}_2^2={\left(Y_{SN}*tan\left(\phi \right)\right)}^2+2*Y_{SN}*tan\left(\phi \right)*\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+{\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)}^2\\ +Y_{SN}^2+2*Y_{SN}\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)+{\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)}^2\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}0=Y_{SN}^2*\left(1+ta{n}^2\phi \right)+Y_{SN}*2*\left[tan\left(\phi \right)*\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]\\ +{\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)}^2+{\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)}^2-r_2^2\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}0=Y_{SN}^2*+Y_{SN}*2*\frac{\left[\text{tan}\left(\phi \right)*\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\\ +\frac{\left[{\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)}^2+{\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)}^2-r_2^2\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}{Y}_{SN\mathrm{1,2}}=-\frac{\left[\text{tan}\left(\phi \right)*\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\pm \\ \sqrt{{\left(\frac{\left[\text{tan}\left(\phi \right)*\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\right)}^2-\frac{\left[{\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)}^2+{\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)}^2-r_2^2\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }}\end{array}$$

  
• Für die Lokalisierung wird jener Wert für Y_SN verwendet, welcher in seinem Betrag am geringsten ist. Damit handelt es sich um den nächstgelegenen Lokalisierungspunkt bezüglich des extrapolierten Lokalisierungspunktes P₁.
• Die Koordinaten für den gesuchten aktuellen Lokalisierungspunkt P_Ortung (es gibt 2 Stück) sind damit: $$P_{Ortung}=\left(x_1|y_1\right)ODER\left(x_2|y_2\right)$$

  
• Mit den Formeln (11) und (13) ergibt das: $$x_1=P_{x1}+\text{tan}\phi \cdot \left(\begin{array}{l}-\frac{\left[\text{tan}\phi \cdot \left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\\ +\sqrt{\left(\frac{\left[\text{tan}\phi \cdot \left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\right)-\frac{\left[{\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)}^2+{\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)}^2-r_2^2\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }}\end{array}\right)$$

  

  $$\begin{array}{l}{y}_1=P_{y1}-\frac{\left[\text{tan}\phi \cdot \left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\\ +\sqrt{{\left(\frac{\left[\text{tan}\phi \cdot \left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\right)}^2-\frac{\left[{\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)}^2+{\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)}^2-r_2^2\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }}\end{array}$$

  

  $$x_2=P_{x1}+\text{tan}\phi \left(\begin{array}{l}-\frac{\left[\text{tan}\phi \cdot \left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\\ -\sqrt{{\left(\frac{\left[\text{tan}\phi \cdot \left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\right)}^2-\frac{\left[{\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)}^2+{\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)}^2-r_2^2\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }}\end{array}\right)$$

  

  $$\begin{array}{l}{y}_2=P_{y1}-\frac{\left[\text{tan}\phi \cdot \left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\\ -\sqrt{{\left(\frac{\left[\text{tan}\phi \cdot \left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)+\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }\right)}^2-\frac{\left[{\left(P_{y1}-P_{UW{B}_y}\right)}^2+{\left(P_{x1}-P_{UW{B}_x}\right)}^2-r_2^2\right]}{1+{\text{tan}}^2\phi }}\end{array}$$

  
• Dabei ist:
• - P_x1 die x-Koordinate des extrapolierten Lokalisierungspunktes P₁,
• - P_y1 die y-Koordinate des extrapolierten Lokalisierungspunktes P₁,
• - P_UWBx die x-Koordinate des Verbauorts des UWB-Lokalisierungsmoduls 3 am Fahrzeug 2, mit dem im aktuellen Zyklus die erfolgreiche Entfernungsmessung durchgeführt werden konnte,
• - P_UWBy die y-Koordinate des Verbauorts des UWB-Lokalisierungsmoduls 3 am Fahrzeug 2, mit dem im aktuellen Zyklus die erfolgreiche Entfernungsmessung durchgeführt werden konnte,
• - φ die Bewegungsrichtung, d. h. der Richtungswinkel der Bewegung der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 und somit des Fahrzeugnutzers,
• - r2 die Entfernung, die im aktuellen Zyklus gemessen wurde, d. h. der Radius des Entfernungskreises K2.
• Im Folgenden wird anhand der 7 bis 9 der Fall beschrieben, dass der extrapolierte Lokalisierungspunkt P₁ außerhalb des Entfernungskreises K2 des UWB-Lokalisierungsmoduls 3 liegt, welches die Entfernung im aktuellen Zyklus gemessen hat.
• Auch hier wird die bisherige Bewegungsrichtung φ und Geschwindigkeit v beibehalten und eine erste Schätzung des neuen Aufenthaltsorts durchgeführt. Es wird somit der extrapolierte Lokalisierungspunkt P₁ ermittelt.
• Da es nicht ausgeschlossen ist, dass der Fahrzeugnutzer seine Bewegungsrichtung φ ändert, soll der gesuchte aktuelle Lokalisierungspunkt P_Ortung auf dem ermittelten Radius r2 der gemessenen Entfernung, d. h. auf dem Entfernungskreis K2, liegen.
• Der gesuchte aktuelle Lokalisierungspunkt P_Ortung ist dort zu finden, wo die Verbindungslinie vom extrapolierten Lokalisierungspunkt P₁ zum UWB-Lokalisierungsmodul 3 den Entfernungskreis der Entfernung r2 schneidet, wie in 8 gezeigt.
• Die Berechnung erfolgt vergleichbar zum oben bezüglich der 4 bis 6 geschilderten ersten Fall.
• Für den zuletzt auf reguläre Weise, d. h. mittels der gemessenen Entfernungen mindestens zweier UWB-Lokalisierungsmodule 3, ermittelten Lokalisierungspunkt P₂ gilt: $$P_2=\left(P{x}_2|P{y}_2\right)$$

  
• Daraus wird für das nächste Lokalisierungsergebnis ein Erwartungswert errechnet, d. h. der extrapolierte Lokalisierungspunkt P₁. Hierfür wird die bis dahin ermittelte Bewegungsgeschwindigkeit v mit der zugehörigen Bewegungsrichtung φ verwendet: $$P_1=\left(P{x}_1|P{y}_1\right)$$

  

  $$\begin{array}{c}P{x}_1=P{x}_2+Xs\\ P{y}_1=P{y}_2+Ys\end{array}$$

  
• Dabei ist Xs eine Veränderung zwischen zwei Lokalisierungspunkten auf der x-Achse und Ys eine Veränderung zwischen zwei Lokalisierungspunkten auf der y-Achse. $$\phi =arctan\left(\frac{Ys}{Xs}\right)$$

  
• Die gesuchten Koordinaten für den aktuellen Lokalisierungspunkt P_Ortung werden mittels a und b sowie den Koordinaten P_{UWB_x}, P_{UWB_y} des Verbauorts des UWB-Lokalisierungsmoduls 3 am Fahrzeug 2 bestimmt. Dabei ist b eine senkrechte Gerade vom extrapolierten Lokalisierungspunkt P₁ zum Fahrzeug 2, b' ist eine parallele Gerade zur Geraden b durch den aktuellen Lokalisierungspunkt P_Ortung, a ist eine Gerade vom UWB-Lokalisierungsmodul 3 zur Geraden b im rechten Winkel zu dieser Geraden b, a' ist eine Gerade vom UWB-Lokalisierungsmodul 3 zur Geraden b' im rechten Winkel zu dieser Geraden b', c ist die Hypotenuse des rechtwinkligen Dreiecks mit den Seiten a', b', c, und α ist der Winkel zwischen der Hypotenuse c und der Geraden b'. $$\begin{array}{l}{P}_{Ortung}=\left(x|y\right)\\ \text{mit}:\begin{array}{c}x=P_{UWB\_x}+b\text{'}\\ y=P_{UWB\_y}+a\text{'}\end{array}\end{array}$$

  
• In einem ersten Schritt wird der Winkel α bestimmt: $$\begin{array}{l}\text{tan }\alpha =\frac{a}{b}=\frac{P_{y1}-P_{UWB\_y}}{P_{x1}-P_{UWB\_x}}\hfill \\ \Rightarrow \alpha =\text{arctan}\left(\frac{P_{y1}-P_{UWB\_y}}{P_{x1}-P_{UWB\_x}}\right)\hfill \end{array}$$

  

  $$\begin{array}{c}a\text{'}=r_2\cdot \text{sin }\alpha \\ b\text{'}=r_2\cdot \text{cos }\alpha \end{array}$$

  
• Mit den Formeln (20) und (22) kann der aktuelle Lokalisierungspunkt P_Ortung angegeben werden als: $$\begin{array}{c}x=P_{UWB\_x}+r_2\cdot \text{cos }\alpha \\ y=P_{UWB\_y}+r_2\cdot \text{sin }\alpha \end{array}$$

  

  und mit Formel (21): $$\begin{array}{l}{P}_{Ortung}=\left(x|y\right)\hfill \\ x=P_{UWB\_x}+r_2\cdot \text{cos}\left(\text{arctan}\left(\frac{P_{y1}-P_{UWB\_y}}{P_{x1}-P_{UWB\_x}}\right)\right)\hfill \\ y=P_{UWB\_y}+r_2\cdot \text{sin}\left(\text{arctan}\left(\frac{P_{y1}-P_{UWB\_y}}{P_{x1}-P_{UWB\_x}}\right)\right)\hfill \end{array}$$

  
• Dabei ist:
• - P_{UWB_x} die x-Koordinate des Verbauorts des UWB-Lokalisierungsmoduls 3 am Fahrzeug 2, mit dem im aktuellen Zyklus die erfolgreiche Entfernungsmessung durchgeführt werden konnte,
• - P_UWBy die y-Koordinate des Verbauorts des UWB-Lokalisierungsmoduls 3 am Fahrzeug 2, mit dem im aktuellen Zyklus die erfolgreiche Entfernungsmessung durchgeführt werden konnte,
• - r2 die Entfernung, die im aktuellen Zyklus gemessen wurde, d. h. der Radius des Entfernungskreises K2,
• - P_x1 die x-Koordinate des extrapolierten Lokalisierungspunktes P₁,
• - P_y1 die y-Koordinate des extrapolierten Lokalisierungspunktes P₁.
• Mittels des beschriebenen Verfahrens können somit weiterhin Lokalisierungsergebnisse ermittelt werden, wenn auch mit gewisser Ungenauigkeit. Fahrzeugsysteme und Fahrzeugfunktionen, für welche diese Lokalisierung der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 erforderlich ist, können weiterhin die Bewegung der UWB-Funkschlüsseleinheit 1 und somit die Bewegung des diese UWB-Funkschlüsseleinheit 1 bei sich tragenden Fahrzeugnutzers mitverfolgen und sind somit nicht dem Problem unterworfen, zeitweise keine diesbezügliche Information zu erhalten.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102013212060 A1 [0002]
• EP 2666310 B1 [0003]

Claims (3)

1. Verfahren zur Lokalisierung einer UWB-Funkschlüsseleinheit (1) durch ein Fahrzeug (2) mit mehreren UWB-Lokalisierungsmodulen (3), dadurch gekennzeichnet, dass - in vorgegebenen Zyklen jeweils mittels des jeweiligen UWB-Lokalisierungsmoduls (3) eine Messung der Entfernung der UWB-Funkschlüsseleinheit (1) zum jeweiligen UWB-Lokalisierungsmodul (3) vorgenommen wird und aus den von den UWB-Lokalisierungsmodulen (3) im jeweiligen Zyklus gemessenen Entfernungen ein Lokalisierungspunkt ermittelt wird, an dem die UWB-Funkschlüsseleinheit (1) im jeweiligen Zyklus lokalisiert wird, - wenn bereits in mehreren vorhergehenden Zyklen Lokalisierungspunkte ermittelt wurden und im aktuellen Zyklus die Entfernung mit nur einem der UWB-Lokalisierungsmodule (3) gemessen werden konnte, eine aus den Lokalisierungspunkten der vorhergehenden Zyklen ermittelte Bewegung der UWB-Funkschlüsseleinheit (1) linear extrapoliert wird und dadurch ein extrapolierter Lokalisierungspunkt (P₁) ermittelt wird, von welchem ausgehend auf einen Entfernungskreis (K1, K2) um das UWB-Lokalisierungsmodul (3), welches im aktuellen Zyklus die Entfernung gemessen hat, wobei diese gemessene Entfernung den Radius (r₁, r₂) dieses Entfernungskreises (K1, K2) bildet, eine Projektion vorgenommen wird und dadurch der aktuelle Lokalisierungspunkt (P_Ortung), der auf diesem Entfernungskreis (K1, K2) liegt, ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine Entfernung des extrapolierten Lokalisierungspunktes (P₁) zum UWB-Lokalisierungsmodul (3), welches im aktuellen Zyklus die Entfernung gemessen hat, geringer ist als die von diesem UWB-Lokalisierungsmodul (3) im aktuellen Zyklus gemessene Entfernung, die Projektion senkrecht zur ermittelten Bewegung auf den Entfernungskreis (K1, K2) vorgenommen wird, wodurch zwei Schnittpunkte der Projektion mit dem Entfernungskreis (K1, K2) ermittelt werden, wobei derjenige Schnittpunkt, der näher zum extrapolierten Lokalisierungspunkt (P₁) positioniert ist, als aktueller Lokalisierungspunkt (P_Ortung) ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine Entfernung des extrapolierten Lokalisierungspunktes (P₁) zum UWB-Lokalisierungsmodul (3), welches im aktuellen Zyklus die Entfernung gemessen hat, größer ist als die von diesem UWB-Lokalisierungsmodul (3) im aktuellen Zyklus gemessene Entfernung, die Projektion in Radialrichtung des Entfernungskreises (K1, K2) auf den Entfernungskreis (K1, K2) vorgenommen wird und ein Schnittpunkt der Projektion mit dem Entfernungskreis (K1, K2) als aktueller Lokalisierungspunkt (P_Ortung) ermittelt wird.

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