DE102022102148A1

DE102022102148A1 - Konzept für ein Fahrzeug mit einer Mehrzahl von UWB-Antennenmodulen

Info

Publication number: DE102022102148A1
Application number: DE102022102148.3A
Authority: DE
Inventors: Daniel Kuelzer; Daniel Knobloch; Thorsten KNOTT; Olaf Mueller
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2023-08-03
Also published as: WO2023143761A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Fahrzeug (100), und insbesondere mit einem Fahrzeug mit einer Mehrzahl von Ultra-Wideband (UWB, Ultra-Breitband)-Antennenmodulen (105) sowie einem entsprechenden Verfahren und Computerprogramm. Die Mehrzahl von Antennenmodulen (105) umfasst eine erste Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen und eine zweite Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen. Das Fahrzeug (100) umfasst ein Kontrollgerät (10) zur Auswertung eines über die Mehrzahl von Antennenmodulen empfangenen UWB-Signals eines Sende-Empfängers. Das Kontrollgerät ist ausgebildet zum Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer ersten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der ersten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals. Das Kontrollgerät ist ausgebildet zum Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer zweiten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der zweiten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals. Die erste Ebene ist senkrecht zu der zweiten Ebene ausgerichtet. Das Kontrollgerät ist ausgebildet zum Bestimmen einer Position des Sende-Empfängers relativ zu dem Fahrzeug basierend auf der Empfangsrichtung des Signals in der ersten Ebene und basierend auf einer Empfangsrichtung des Signals in der zweiten Ebene.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Fahrzeug, und insbesondere mit einem Fahrzeug mit einer Mehrzahl von Ultra-Wideband (UWB, Ultra-Breitband) -Antennenmodulen sowie einem entsprechenden Verfahren und Computerprogramm.
Hintergrund
Eine Voraussetzung für die Nutzung von sogenannten Keyless-Entry (Schlüsselloser Zugang) Systemen (auch passive Entry / Passive Go Systeme (passiver Zugang / passives Losfahren) genannt) besteht darin, eine sichere und gleichzeitig robuste Methode zu entwickeln, wie der dazu berechtigte Nutzer sich gegenüber dem Fahrzeug authentifiziert.
Dazu gehört auch eine hinreichend genaue Abschätzung des Ortes des Nutzers bzw. des Authentifizierungsgeräts, (ab wann ein Fahrzeug entriegelt werden darf bzw. verriegelt werden soll), und ob sich der Fahrzeugschlüssel (Smartphone oder klassischer Schlüssel) innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet, um eine Motorstartfreigabe zu erteilen oder diese zu verweigern.
Bei herkömmlichen Schlüsseln wird das mit sehr niedrigen Funkfrequenzen durchgeführt. Zurzeit basieren die meisten passive Entry Systeme auf schmalbandigen Funktechnologien im LF-Band (Low Frequency Band, Niedrigfrequenzband, auch Langwellenband). Sobald die Distanz zwischen Schlüssel und Fahrzeug klein genug ist baut der Fahrzeugschlüssel eine Verbindung zum Fahrzeug auf. Nachdem die Verbindung etabliert wurde, wird in einem anderen LF-Frequenzband eine Lokalisierung durchgeführt. Dabei wird ein definiertes Signal vom Schlüssel ausgesendet und eine oder mehrere Empfangsantennen erhalten, je nach Position in Relation zum Fahrzeug, dieses Signal mit unterschiedlichen Signalstärken. Grund dafür ist die Dämpfung einer elektromagnetischen Welle in verschiedenen Materialien. Je nach Empfangsleistung des Signals an den verschiedenen Empfangsknoten kann darüber entschieden werden, ob sich der Schlüssel nah genug am Fahrzeug befindet, bzw. sich innerhalb des Fahrzeugs befindet.
Bei der Implementierung dieser Funktion in Smartphones (programmierbaren Mobiltelefonen) können zur Lokalisierung hochfrequente Funkfrequenzen verwendet werden, die eine Lokalisierung schwierig gestalten.
Es besteht der Bedarf nach einem verbesserten Konzept zur Lokalisierung von mobilen Sende-Empfängern relativ zu einem Fahrzeug.
Zusammenfassung
Diesem Bedarf wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche Rechnung getragen.
Ein Beispiel befasst sich mit einem Fahrzeug. Das Fahrzeug umfasst eine Mehrzahl von Antennenmodulen zur Kommunikation über Ultra-Wideband (UWB). Die Mehrzahl von Antennenmodulen umfasst eine erste Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen und eine zweite Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen. Das Fahrzeug umfasst ein Kontrollgerät zur Auswertung eines über die Mehrzahl von Antennenmodulen empfangenen UWB-Signals eines Sende-Empfängers. Das Kontrollgerät ist ausgebildet zum Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer ersten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der ersten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals. Das Kontrollgerät ist ausgebildet zum Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer zweiten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der zweiten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals. Die erste Ebene ist senkrecht zu der zweiten Ebene ausgerichtet. Das Kontrollgerät ist ausgebildet zum Bestimmen einer Position des Sende-Empfängers relativ zu dem Fahrzeug basierend auf der Empfangsrichtung des Signals in der ersten Ebene und basierend auf einer Empfangsrichtung des Signals in der zweiten Ebene.
Ein Beispiel befasst sich mit einem Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Sende-Empfängers relativ zu dem Fahrzeug. Das Verfahren umfasst Auswerten eines über eine Mehrzahl von Antennenmodulen empfangenen UWB-Signals eines Sende-Empfängers. Die Mehrzahl von Antennenmodulen umfasst eine erste Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen und eine zweite Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer ersten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der ersten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer zweiten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der zweiten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals, wobei die erste Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene ausgerichtet ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen einer Position des Sende-Empfängers relativ zu dem Fahrzeug basierend auf der Empfangsrichtung des Signals in der ersten Ebene und basierend auf einer Empfangsrichtung des Signals in der zweiten Ebene.
Ein Beispiel befasst sich mit einem Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des obigen Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor, einem Kontrollmodul oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
Durch die Nutzung zweier Gruppen von Antennenmodulen, die zur Positionsbestimmung in verschiedenen Ebenen (etwa X-Y-Ebene und Y-Z-Ebene oder X-Z-Ebene) genutzt werden, wird eine hochgenaue Bestimmung der Position des Sende-Empfängers in einem 3D-Koordinatensystem ermöglicht.
Figurenliste
Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1a zeigt eine schematische Zeichnung eines Beispiels eines Fahrzeugs;
1b zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Bestimmen einer Position eines Sende-Empfängers relativ zu einem Fahrzeug;
2 zeigt eine schematische Zeichnung eines Beispiels eines Antennenmoduls;
3 zeigt eine schematische Zeichnung der Dimensionen eines Koordinatensystems;
4a bis 4g zeigen schematische Zeichnungen eines weiteren Beispiels eines Fahrzeugs;
5 zeigt eine schematische Zeichnung eines weiteren Beispiels eines Antennenmoduls; und
6a bis 6g zeigen schematische Zeichnungen eines weiteren Beispiels eines Fahrzeugs.

Beschreibung
Einige Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Weitere mögliche Beispiele sind jedoch nicht auf die Merkmale dieser detailliert beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Diese können Modifikationen der Merkmale sowie Entsprechungen und Alternativen zu den Merkmalen aufweisen. Ferner soll die Terminologie, die hierin zum Beschreiben bestimmter Beispiele verwendet wird, nicht einschränkend für weitere mögliche Beispiele sein.
Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente beziehungsweise Merkmale, die jeweils identisch oder auch in abgewandelter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. In den Figuren können ferner die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B, sofern nicht im Einzelfall ausdrücklich anders definiert. Als alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen kann „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“ verwendet werden. Das gilt Äquivalent für Kombinationen von mehr als zwei Elementen.
Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch mehrere Elemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion im Folgenden als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei deren Gebrauch das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben beschreiben, dabei aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/einer Gruppe derselben ausschließen.
Verschiedene Ausführungsbeispiele befassen sich mit einem Entwurf und einer Positionierung von Sende-Empfängern eines Fahrzeug-UWB-Systems für ein Fahrzeugzugangssystem.
Das vorliegende Konzept befasst sich insbesondere mit einem Entwurf eines verbesserten Fahrzeugzugangssystems. Bestehende Systeme, die in Fahrzeugzugangssystemen genutzt werden, unterstützen im Allgemeinen keine Messung des Ankunftswinkels (engl. Angle of Arrival, AoA) eines Signals eines Zugangsgeräts, da entsprechende für die Nutzung in Fahrzeugen zugelassene Komponenten nicht verfügbar sind. Diese Systeme haben somit weniger Anforderungen an die Positionierung der Sende-Empfänger. Auch unterstützen solche System häufig lediglich eine 2D-Lokalisierung basierend auf Laufzeit (engl. Time-of-Flight, ToF) -Messungen.
In den vorliegenden Konzept wird eine Erhöhung der Lokalisierungsgenauigkeit durch die Nutzung von Ultra-Wideband (UWB) erreicht. Auch wird eine Erweiterung der PositionsBestimmung auf 3D-Positionierung (durch Hinzunahme der Z-Achse) und eine Reduktion von Ambiguitäten ermöglicht. Dadurch werden neue Nutzungsarten ermöglicht, wie etwa der sogenannte „Ceremonial Access“ (festlicher Zugang) oder eine berührungslose Bedienung von Klappen und Türen. Eine Verbesserung der Robustheit und eine Reduktion des Lokalisierungsfehlers kann durch die gewählte Konstruktion und Positionen erreicht werden.
In manchen Ausführungsbeispielen wird der Entwurf und Einbau von UWB-Sende-Empfängern (UWB-Antennenmodulen) in einem Fahrzeug so ausgestaltet, dass einerseits der Eingangswinkel mit Polarisierungsdiversität gemessen werden kann, andererseits die Position des Digitalen Schlüssels (CCC Digital Key) im dreidimensionalen Raum bestimmt werden kann und zudem eine baugleiche Komponente für alle Positionen verwendet werden kann.
1a zeigt eine schematische Zeichnung eines Beispiels eines Fahrzeugs 100 mit einer Mehrzahl von UWB-Antennenmodulen zur Kommunikation über UWB und einem Kontrollgerät 10. Die Mehrzahl von Antennenmodule 105 umfassen eine erste Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen und eine zweite Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen. Das Kontrollgerät ist ausgebildet zur Auswertung eines über die Mehrzahl von Antennenmodulen empfangenen UWB-Signals eines (externen) Sende-Empfängers. Beispielsweise kann das Kontrollgerät 10, wie in 1a gezeigt ist, eine Schnittstelle 12 (zur Kommunikation mit den Antennenmodulen 105) und einen Prozessor 14 umfassen, der mit der Schnittstelle 14 gekoppelt ist und die Berechnungsfunktionalität des Kontrollgeräts bereitstellt. Das Kontrollgerät 10 ist ausgebildet zum Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer ersten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der ersten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals. Das Kontrollgerät 10 ist ausgebildet zum Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer zweiten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der zweiten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals. Die erste Ebene ist senkrecht zu der zweiten Ebene ausgerichtet. Das Kontrollgerät 10 ist ausgebildet zum Bestimmen einer Position des Sende-Empfängers relativ zu dem Fahrzeug basierend auf der Empfangsrichtung des Signals in der ersten Ebene und basierend auf einer Empfangsrichtung des Signals in der zweiten Ebene.
1b zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines entsprechenden Verfahrens zum Bestimmen der Position des Sende-Empfängers relativ zu dem Fahrzeug. Beispielsweise kann das Verfahren durch das Kontrollgerät 10, mit Hilfe der Antennenmodule 105, durchgeführt werden. Das Verfahren umfasst ein Auswerten 110 des über die Mehrzahl von Antennenmodulen empfangenen UWB-Signals des Sende-Empfängers. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen 120 der Empfangsrichtung des Signals in der ersten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der ersten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen 130 der Empfangsrichtung des Signals in der zweiten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der zweiten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen 140 der Position des Sende-Empfängers relativ zu dem Fahrzeug basierend auf der Empfangsrichtung des Signals in der ersten Ebene und basierend auf einer Empfangsrichtung des Signals in der zweiten Ebene.
Manche Beispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich ferner auf ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens von 1b, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor, einem Kontrollmodul oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird. Beispielsweise kann der Programmcode auf dem Kontrollgerät 10 ausgeführt werden.
Im Folgenden wird die Funktionalität des Fahrzeugs 100, des Kontrollgeräts 10, der Antennenmodule 105, des Verfahrens und des Computerprogramms mit Bezug auf das Fahrzeug 100, das Kontrollgerät 10 und die Antennenmodule 105 erläutert. Merkmale, die in Bezug auf das Fahrzeug 100, das Kontrollgerät 10 und die Antennenmodule 105 eingeführt werden können ebenso in das entsprechende Verfahren und Computerprogramm übernommen werden.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Nutzung einer Mehrzahl von UWB-Antennenmodulen für die Lokalisierung der Position eines Sende-Empfängers. Dabei kann der Sende-Empfänger beispielsweise ein UWB-Fahrzeugschlüssel sein, d.h. ein Fahrzeugschlüssel, der ein UWB-Signal aussendet, das von dem Kontrollgerät zur Ortung des Fahrzeugschlüssels genutzt werden kann. Alternativ kann der Sende-Empfänger ein Mobilgerät sein, etwa ein programmierbares Mobiltelefon (engl. Smartphone), ein sogenanntes Wearable (ein als Accessoire tragbares Mobilgerät), wie etwa eine programmierbare Uhr (engl. Smartwatch) oder ein Fitness-Tracker.
Das Fahrzeug umfasst die Mehrzahl von Antennenmodulen 105, die im Fahrzeug an verschiedenen Orten angeordnet sind. Der Term „Antennenmodule“ wird im Folgenden verwendet, da jedes Antennenmodul verschiedene Komponenten umfassen kann, wie etwa mehrere Antennen und/oder mehrere Sende-Empfängerkomponenten. Wie in den 2 und 5 gezeigt ist können die Antennenmodule etwa mehrere Antennen 220; 225; 520; 525 umfassen. In den 2 und 5 umfassen die dort gezeigten Antennenmodule beispielsweise jeweils vier Antennen, wobei jeweils zwei Antennen an eine HF (Hochfrequenz)-Sende-Empfangskette mit einer entsprechenden Sende-Empfängerschaltung angeschlossen sind. Mit diesen zwei Antennen, die jeweils an eine HF-Sende-Empfangskette angeschlossen sind, kann zudem Polarisationsdiversität genutzt werden, d.h., die zwei Antennen können in unterschiedlichen Polarisationsrichtungen genutzt werden (etwa indem eine der Antennen für eine erste Polarisationsrichtung und die andere Antenne für eine zweite Polarisationsrichtung genutzt wird). In anderen Worten können die Antennenmodule jeweils zwei Gruppen von Antennen umfassen. Das Kontrollgerät kann dazu ausgebildet sein, um über die erste der beiden Gruppen von Antennen Signale einer ersten Polarisationsrichtung auszuwerten und über die zweite der beiden Gruppen von Antennen Signale einer zweiten Polarisationsrichtung auszuwerten. Dies erhöht die Robustheit der Positionserkennung.
In der vorliegenden Offenbarung werden eine Mehrzahl von Antennenmodulen genutzt. Wie in den 4a bis 4g sowie 6a bis 6e deutlich wird, kann dabei das gleiche Antennenmodul an unterschiedlichen Positionen im Fahrzeug verwendet werden. In anderen Worten können die Antennenmodule identisch aufgebaut sein. Dies kann den Produktionsaufwand senken.
Dabei werden die Antennenmodule in zwei Gruppen (nicht-überschneidende) Teilmengen unterteilt - eine erste Gruppe, um die Empfangsrichtung (etwa den „Angle of Arrival“ (AoA, Ankunftswinkel) in der ersten Ebene zu bestimmen, und eine zweite Gruppe, um die Empfangsrichtung in der zweiten Ebene zu bestimmen. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die erste Ebene die X-Y-Ebene und die zweite Ebene die X-Z- oder Y-Z-Ebene ist (siehe 3). In anderen Worten erstreckt sich die erste Ebene entlang der Längsachse (X-Achse) des Fahrzeugs, etwa zwischen Längsachse und Querachse (Y-Achse) des Fahrzeugs, und die zweite Ebene erstreckt sich entlang der Hochachse (Z-Achse) des Fahrzeugs, etwa zwischen Querachse und Hochachse oder zwischen Längsachse und Hochachse des Fahrzeugs. Dabei liegt der Fokus auf der ersten Ebene, d.h. der Position des Sende-Empfängers in der X-Y-Ebene. Daher wird ein größerer Anteil der Antennenmodule, wie in den 4a bis 4g und 6a bis 6g gezeigt, der ersten Teilmenge zugeordnet, und ein kleinerer Anteil der Antennenmodule wird der zweiten Teilmenge zugeordnet.
Beispielsweise kann die erste Teilmenge vier Antennenmodule umfassen, die an den Ecken des Fahrzeugs angeordnet sind, etwa die Antennenmodule 410; 415; 420; 425 in 4a sowie 610; 615; 620; 625 in 6a. Zusätzlich (oder alternativ) kann die erste Teilmenge zwei Antennenmodule umfassen, die an den Seiten des Fahrzeugs angeordnet sind (Antennenmodule 630; 635 in 6a). Alternativ können die Antennenmodule, die an den Seiten des Fahrzeugs angeordnet sind, der zweiten Teilmenge zugeordnet sein (Antennenmodule 430; 435 in 4a). Doch die Antennenmodule der ersten Teilmenge sind nicht auf den Außenraum des Fahrzeugs beschränkt. So kann die erste Teilmenge zumindest ein Antennenmodul umfassen, das in einer Mittelkonsole (Antennenmodul 440 in 4a oder 640 in 6a) oder in dem Kofferraum (Antennenmodul 445 in 4a oder 645 in 6a) in dem Innenraum des Fahrzeugs angeordnet ist. In anderen Worten kann die erste Teilmenge von Antennenmodulen zumindest ein Antennenmodul, das in dem Innenraum des Fahrzeugs angeordnet ist und zumindest ein Antennenmodul, das außerhalb des Innenraum des Fahrzeugs angeordnet ist, umfassen.
Die Antennenmodule der zweiten Teilmenge werden zur Lokalisierung entlang der Hochachse (Z-Achse) genutzt. Dabei können die Antennenmodule der zweiten Teilmenge von Antennenmodulen in dem Innenraum des Fahrzeugs angeordnet sein, etwa in dem Fahrzeugdach in dem Innenraum des Fahrzeugs (Antennenmodule 650; 655 in 6a). Alternativ können die Antennenmodule der zweiten Teilmenge außerhalb des Fahrzeuginnenraums angeordnet sein, etwa in den Seitenschwellern (Antennenmodule 430; 435 in 4a).
In manchen Konfigurationen können die Antennenmodule so ausgerichtet werden, dass sich ihre Messbereiche an besonders wichtigen Orten überschneiden. Ein solcher Ort ist beispielsweise der Bereich außerhalb der vorderen Fahrzeugtüren (Fahrertür und Beifahrertür). Beispielsweise können jeweils zwei der vier Antennenmodule, die an den Ecken des Fahrzeugs angeordnet sind, so angeordnet sein, dass eine Ankunftswinkelmessung mit der höchsten Genauigkeit an der Fahrzeugseite stattfindet, etwa vor der Fahrer- oder Beifahrertür. Dies ist in 4c gezeigt, wo der Bereich mit der höchsten Ankunftswinkelauflösung (in einer zweidimensionalen Darstellung) als gestrichelte Kreise gezeichnet sind. Das Antennendiagramm ist in der X-Y-Ebene meist omnidirektional, jedoch ist die Winkelmessung aufgrund der physikalischen Gegebenheiten (Anordnung der Antennen) in manche Richtungen genauer. Verlängert man die sich gegenüberliegenden Bereiche mit der höchsten Ankunftswinkelauflösung der Antennenmodule 415 und 425, so überschneiden sich diese vor der Fahrertür, während sich zwei Bereiche mit der höchsten Ankunftswinkelauflösung der Antennenmodule 410; 420 vor der Beifahrertür überschneiden. Jedes Antennenmodul ist hier mit zwei Messbereichen (460; 465 in 4c) und daher auch zwei Bereichen mit der höchsten Ankunftswinkelauflösung gezeigt, woraus sich aus der Ambiguität der Ankunftswinkelbestimmung ergibt. Die schlechteste Ankunftswinkelauflösung ist dabei zwischen den Messbereichen zu erwarten, während die beste Auskunftswinkelauflösung entlang der Bereiche mit der höchsten Ankunftswinkelauflösung zu erwarten ist. Wie in 6c gezeigt ist, können die Antennenmodule, die an den vier Ecken angeordnet sind, auch so angeordnet sein, dass sich die Bereiche mit der höchsten Ankunftswinkelauflösung nicht vor den Fahrzeugtüren überschneiden.
Das Kontrollgerät wird nun zur Bestimmung der Position des Sende-Empfängers genutzt. Dazu werden die jeweiligen Signalkomponenten des Signals, etwa die Signalstärke der Signalkomponenten, der zeitlichen Versatz der Signalkomponenten und/oder der Phasenversatz der Signalkomponenten, analysiert, um den Sende-Empfänger in den beiden Ebenen zu lokalisieren. Dabei wird die Position in zwei Ebenen bestimmt, um eine 3D-Position des Sende-Empfängers zu erhalten. In anderen Worten kann das Kontrollgerät ausgebildet sein, um die Position des Sende-Empfängers in einem 3D-Koordinatensystem zu bestimmen.
Dabei können generell zumindest drei Vorgehensweisen zum Zuge kommen - die Bestimmung der Empfangsrichtung über die Signalstärke, die über die jeweiligen Antennenmodule gemessen wird, die Bestimmung der Empfangsrichtung über den Ankunftswinkel der jeweiligen Signalkomponenten, oder die Bestimmung der Empfangsrichtung/Position basierend auf einem Maschinenlernmodell. Beispielsweise kann eine Kombination zumindest zweier der oben beschriebenen Maßnahmen verwendet werden, oder das Maschinenlern-Modell kann genutzt werden, um eine der beiden anderen Maßnahmen zu implementieren. Grundsätzlich sind jedoch alle drei Maßnahmen dazu geeignet, die jeweilige Empfangsrichtung zu bestimmen.
Das Kontrollgerät ist ausgebildet zum Bestimmen der Empfangsrichtung des Signals in der ersten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der ersten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals, und zum Bestimmen der Empfangsrichtung des Signals in der zweiten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der zweiten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals. Wie zuvor ausgeführt wird die erste Ebene entlang der Längsachse (X-Achse) und entlang der Querachse (Y-Achse) des Fahrzeugs gebildet und die zweite Ebene entlang der Hochachse (Z-Achse) und entlang der Längs- oder Querachse gebildet. In Wirklichkeit findet die Ankunftswinkelmessung nicht notwendigerweise in einer Ebene statt, die von den zuvor genannten Achsen gebildet wird, sondern relativ zu der Achse, auf der die jeweiligen Antennen des Antennenmoduls liegen. Allerdings können die gemessenen Winkel, insbesondere im Außenbereich, mit einem geringen Fehler in die jeweilige Ebene (etwa X-Y-Ebene, da der Abstand in der X-Y-Ebene größer ist als entlang der Z-Ebene) projiziert werden. Wenn im Folgenden Bezug auf die X-, Y-, oder Z-Achse (Längsachse, Querachse oder Hochachse) und die X-Y, X-Z, oder Y-Z-Ebene genommen wird, kann, je nach Implementierung, auf die Achsen und Ebenen, die von dem Fahrzeug gebildet sind als auch auf die dazu näherungsweise ähnlichen Achsen und Ebenen, die durch die Anordnung der Antennen gebildet werden, Bezug genommen werden.
Die Position des Sende-Empfängers in X-Richtung kann dabei basierend auf der Empfangssignalstärke der Signalanteile bestimmt werden. Beispielsweise kann das Kontrollgerät ausgebildet sein, um die Position des Sende-Empfängers in einer ersten Dimension entlang der Längsachse (X-Achse) des Fahrzeugs basierend auf einer über die jeweiligen Antennenmodule ermittelten Empfangssignalstärke der jeweiligen Signalanteile zu bestimmen. Die Position des Sende-Empfängers in Y-Richtung und Z-Richtung kann dagegen über den Phasenversatz der Signalanteile erfolgen. Das Kontrollgerät kann somit ausgebildet sein, um die Position des Sende-Empfängers in einer zweiten Dimension entlang der Querachse des Fahrzeugs und/oder in einer dritten Dimension entlang der Hochachse des Fahrzeugs basierend auf einer Phasendifferenz der Ankunft (engl. Phase Difference of Arrival) der jeweiligen Signalanteile zu bestimmen. Die Position des Sende-Empfängers in dem 3D-Koordinatensystem (relativ zum Fahrzeug) ergibt sich dann aus der Position des Sende-Empfängers in der ersten Dimension entlang der Längsachse, der Position des Sende-Empfängers in der zweiten Dimension entlang der Querachse, und der Position des Sende-Empfängers in der dritten Dimension entlang der Hochachse. Dabei kann das Bestimmen der ersten Empfangsrichtung etwa das Bestimmen der Position des Sende-Empfängers in der ersten Dimension entlang der Längsachse und der Position des Sende-Empfängers in der zweiten Dimension entlang der Querachse umfassen. Das Bestimmen der zweiten Empfangsrichtung kann das Bestimmen der Position des Sende-Empfängers in der dritten Dimension entlang der Hochachse und, optional, das Bestimmen der Position des Sende-Empfängers in der ersten oder zweiten Dimension entlang der Längs- oder Querachse umfassen.
Grundsätzlich lassen sich die Empfangsrichtungen und/oder Positionen über Triangulierung des Signals bestimmen. In einigen Implementierungen kann jedoch stattdessen, oder zusätzlich dazu, die jeweilige Empfangsrichtung oder Position mittels maschinellem Lernen bestimmt werden. Maschinelles Lernen kann sich auf Algorithmen und statistische Modelle beziehen, die Computersysteme verwenden können, um eine bestimmte Aufgabe ohne Verwendung expliziter Anweisungen auszuführen, anstatt sich auf Modelle und Inferenz zu verlassen. Beim maschinellen Lernen kann beispielsweise anstatt einer auf Regeln basierenden Transformation von Daten, eine Transformation von Daten verwendet werden, die aus einer Analyse von Verlaufs- und/oder Trainings-Daten hergeleitet werden kann. Beispielsweise kann der Inhalt von Bildern unter Verwendung eines Maschinenlern-Modells oder unter Verwendung eines Maschinenlern-Algorithmus analysiert werden. Damit das Maschinenlern-Modell den Inhalt eines Bildes analysieren kann, kann das Maschinenlern-Modell unter Verwendung von Trainingsbildern als Eingabe und Trainingsinhaltsinformation als Ausgabe trainiert werden. Durch Trainieren des Maschinenlern-Modells mit einer großen Anzahl von Trainingsbildern und/oder Trainingssequenzen (z. B. Wörtern oder Sätzen) und zugeordneter Trainingsinhaltsinformation (z. B. Kennzeichnungen oder Anmerkungen) „lernt“ das Maschinenlern-Modell, den Inhalt der Bilder zu erkennen, sodass der Inhalt von Bildern, die in den Trainingsdaten nicht umfasst sind, unter Verwendung des Maschinenlern-Modells erkannt werden kann. Das gleiche Prinzip kann für andere Arten von Sensordaten ebenfalls verwendet werden: Durch Trainieren eines Maschinenlern-Modells unter Verwendung von Trainingssensordaten und einer erwünschten Ausgabe „lernt“ das Maschinenlern-Modell eine Umwandlung zwischen den Sensordaten und der Ausgabe, was verwendet werden kann, um eine Ausgabe basierend auf an das Maschinenlern-Modell bereitgestellten Nicht-Trainings-Sensordaten bereitzustellen. Die bereitgestellten Daten (z.B. Sensordaten, Metadaten und/oder Bilddaten) können vorverarbeitet werden, um einen Merkmalsvektor zu erhalten, welcher als Eingang für das Maschinenlern-Modell verwendet wird.
Maschinenlern-Modelle können unter Verwendung von Trainingseingabedaten trainiert werden. Die oben angeführten Beispiele verwenden ein Trainingsverfahren, das „Supervised Learning“ genannt wird. Beim Supervised Learning wird das Maschinenlern-Modell unter Verwendung einer Mehrzahl von Trainingsabtastwerten (engl. „samples“) trainiert, wobei jeder Abtastwert eine Mehrzahl von Eingabedatenwerten und eine Mehrzahl von erwünschten Ausgabewerten, d. h. jedem Trainingsabtastwert ist ein erwünschter Ausgabewert zugeordnet, umfassen kann. Durch Angeben sowohl von Trainingsabtastwerten als auch erwünschten Ausgabewerten „lernt“ das Maschinenlern-Modell, welcher Ausgabewert basierend auf einem Eingabeabtastwert, der ähnlich zu den während des Trainings bereitgestellten Abtastwerten ist, bereitzustellen ist.
Eine solche Vorgehensweise kann auch hier gewählt werden. Das Kontrollgerät kann ausgebildet sein, um die jeweilige Empfangsrichtung und/oder die Position des Sende-Empfängers mit Hilfe eines Maschinenlern-Modells zu bestimmen. Das Maschinenlern-Modell kann darauf trainiert sein, basierend auf einem Merkmalsvektor, der die jeweiligen Signalanteile des Signals repräsentiert, die erste Empfangsrichtung, die zweite Empfangsrichtung und/oder die Position des Sende-Empfängers auszugeben. Dazu kann das Maschinenlern-Modell mittels Supervised Learning trainiert werden, wobei (über Messungen oder simulativ ermittelte) Merkmalsvektoren als Trainingsabtastwerte und die entsprechende Empfangsrichtung oder Position des Sende-Empfängers als erwünschte Ausgabewerte verwendet werden können.
Maschinenlern-Algorithmen basieren normalerweise auf einem Maschinenlern-Modell. Anders ausgedrückt, der Begriff „Maschinenlern-Algorithmus“ kann einen Satz von Anweisungen bezeichnen, die verwendet werden können, um ein Maschinenlern-Modell zu erstellen, zu trainieren oder zu verwenden. Der Begriff „Maschinenlem-Modell“ kann eine Datenstruktur und/oder einen Satz von Regeln bezeichnen, die/der das erlernte Wissen darstellt (z. B. basierend auf dem durch den Maschinenlern-Algorithmus ausgeführten Training). Bei Ausführungsbeispielen kann die Verwendung eines Maschinenlern-Algorithmus die Verwendung eines zugrundeliegenden Maschinenlern-Modells (oder einer Mehrzahl von zugrundeliegenden Maschinenlern-Modellen) implizieren. Die Verwendung eines Maschinenlern-Modells kann implizieren, dass das Maschinenlern-Modell und/oder die Datenstruktur/der Satz von Regeln, welche das Maschinenlern-Modell ist/sind, durch einen Maschinenlern-Algorithmus trainiert wird.
Beispielsweise kann das Maschinenlern-Modell ein künstliches neuronales Netz (ANN; artificial neural network) sein. ANNs sind Systeme, die durch biologische neuronale Netze inspiriert sind, wie sie in einer Netzhaut oder einem Gehirn zu finden sind. ANNs umfassen eine Mehrzahl von zwischenverbundenen Knoten und eine Mehrzahl von Verbindungen, sogenannte Kanten (edges), zwischen den Knoten. Es gibt normalerweise drei Knotentypen, Eingabeknoten, die Eingabewerte empfangen, versteckte Knoten, die (nur) mit anderen Knoten verbunden sind, und Ausgabeknoten, die Ausgabewerte bereitstellen. Jeder Knoten kann ein künstliches Neuron darstellen. Jede Kante kann Information senden, von einem Knoten zum anderen. Die Ausgabe eines Knoten kann als eine (nichtlineare) Funktion der Eingaben definiert sein (z.B. der Summe seiner Eingaben). Die Eingaben eines Knoten können in der Funktion basierend auf einem „Gewicht“ der Kante oder des Knoten, der die Eingabe bereitstellt, verwendet werden. Das Gewicht von Knoten und/oder von Kanten kann in dem Lernprozess angepasst werden. Anders ausgedrückt, das Training eines künstlichen neuronalen Netzes kann ein Anpassen der Gewichte der Knoten und/oder Kanten des künstlichen neuronalen Netzes umfassen, d. h. um eine erwünschte Ausgabe für eine bestimmte Eingabe zu erreichen.
Die Schnittstelle 12 kann beispielsweise einem oder mehreren Eingängen und/oder einem oder mehreren Ausgängen zum Empfangen und/oder Übertragen von Informationen entsprechen, etwa in digitalen Bitwerten, basierend auf einem Code, innerhalb eines Moduls, zwischen Modulen, oder zwischen Modulen verschiedener Entitäten.
In Ausführungsbeispielen kann der Prozessor 14 einem beliebigen Controller oder Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente entsprechen. Beispielsweise kann der Prozessor 14 auch als Software realisiert sein, die für eine entsprechende Hardwarekomponente programmiert ist. Insofern kann der Prozessor 14 als programmierbare Hardware mit entsprechend angepasster Software implementiert sein. Dabei können beliebige Prozessoren, wie Digitale Signalprozessoren (DSPs) zum Einsatz kommen. Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf einen bestimmten Typ von Prozessor eingeschränkt. Es sind beliebige Prozessoren oder auch mehrere Prozessoren zur Implementierung denkbar.
Mehr Details und Aspekte des Fahrzeugs, des Kontrollgeräts, des Verfahrens und des Computerprogramms werden in Verbindung mit dem Konzept oder Beispielen genannt, die vorher oder nachher (z.B. 2 bis 6g) beschrieben werden. Das Fahrzeug, das Kontrollgerät, das Fahrzeug und das Computerprogramm können ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale umfassen, die ein oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts oder der beschriebenen Beispiele entsprechen, wie sie vorher oder nachher beschrieben werden.
2 zeigt eine schematische Zeichnung eines Beispiels eines Antennenmoduls (d.h. eines UWB-Sende-Empfängers oder Ankers). In den in den 2 bis 6 gezeigten Beispielen ist jeder einzelne UWB-Sende-Empfänger 200 (Antennenmodul, oder Anker) mit zwei HF (Funkfrequent, auch RF, Radio Frequency)-Ketten und vier Antennen bestückt. 2 zeigt die Antennen 220, die mit der ersten HF-Kette verbunden sind und die Antennen 225, die mit der zweiten HF-Kette verbunden sind. Somit kann zwischen zwei Antennenpaaren umgeschaltet werden. Jeweils zwei Antennen sind gleich polarisiert und bilden ein Antennenpaar. 2 zeigt die Einteilung der Antennen in Antennen 210, die das horizontal polarisierte Antennenpaar bilden und Antennen 215, die das vertikal polarisierte Antennenpaar bilden. Jedes Antennenpaar kann über PDoA (phase difference of arrival, Phasendifferenz des ankommenden Signals) einen Winkel bestimmen (in einer Ebene, mit einer 180° Auflösung). Durch die vorgeschlagenen Antennenmodule kann die Messung des Ankunftswinkels mit Polarisationsdiversität durchgeführt werden.
Im Folgenden werden die Bezeichnungen X-, Y- und Z-Achse eines 3D-Koordinatensystems, das relativ zum Fahrzeug definiert wird, genutzt. 3 zeigt eine schematische Zeichnung der Dimensionen des Koordinatensystems. Die Z-Achse folgt aus der Rechte-Hand-Regel. Es ist ersichtlich, dass die X-Achse der Längsachse des Fahrzeugs, die Y-Achse der Querachse des Fahrzeugs und die Z-Achse der Hochachse des Fahrzeugs entspricht. Dieses Koordinatensystem wird im Folgenden Beispielhaft für die in den 2 bis 6 vorgestellte 3D-Lokalisierung des digitalen Schlüssels verwendet.
Um eine 3D Positionsbestimmung im und um das Fahrzeug zu ermöglichen, werden in einem Vollausbau insgesamt zehn Antennenmodule verbaut. 4a zeigt eine schematische Zeichnung einer Übersicht über die Positionen der Antennenmodule in einem Ausführungsbeispiel. 4a eine schematische Zeichnung der entsprechenden Seitenansicht der Antennenmodule.
Vier Anker sind in den vier Ecken des Fahrzeugs verbaut (410 an der vorderen rechten Fahrzeugecke, 415 an der vorderen linken Fahrzeugecke, 420 an der hinteren rechten Fahrzeugecke und 425 an der hinteren linken Fahrzeugecke in 4a bis 4g sowie 610 an der vorderen rechten Fahrzeugecke, 615 an der vorderen linken Fahrzeugecke, 620 an der hinteren rechten Fahrzeugecke und 625 an der hinteren linken Fahrzeugecke in den 6a bis 6g), so dass ein Kabel (e.g., CAN-FD, Controller Area Network - Flexible Data rate, Kontrollnetzwerk mit flexibler Datenrate) nach unten abgeführt werden kann. Die Antennenmodule an den Fahrzeugecken (wie in 4a Anhang der Antennenmodule 410 und 420 gezeigt ist) können um die Z-Achse gedreht sein. Mit diesen Ankern kann der Winkel (außerhalb des Fahrzeugs) in der X-Y Ebene bestimmt werden.
Ein Anker 440 kann im Innenraum in der Mittelkonsole verbaut werden, und kann so ausgerichtet sein, dass unterschieden werden kann, ob sich der digitale Schlüssel auf der Fahrerseite, oder Beifahrerseite befindet (in der X-Y-Ebene). Ein weiterer UWB-Sende-Empfänger 445 kann in dem Kofferraum verbaut werden, und kann den Winkel bezogen auf die Hecköffnung (X-Y Ebene) messen. Zwei Anker 430, 435 können mittig auf der Fahrer- bzw. Beifahrerseite im Schweller angebracht und können, in manchen Ausführungsbeispielen, so orientiert sein, dass der Winkel relativ zur Z-Achse gemessen werden kann (etwa in der Y-Z-Ebene). Zwei weitere UWB-Transceiver 450, 455 können sich im Dachhimmel befinden, vorne und hinten, und eine um 90° in X-Y Ebene gedrehte Position aufweisen, damit insgesamt eine 360° Winkelbestimmung möglich ist.
Die 4c bis 4g zeigen schematische Zeichnungen der jeweiligen Abdeckungsbereiche der Antennenmodule. Die Rechtecke 460 und 465 zeigen zwei verschiedene Messbereiche eines Antennenmoduls, zwischen denen ausgehend von einem einzelnen Antennenmodul nicht bezüglich der Eintrittswinkelmessung unterschieden werden kann. Die in den 4c bis 4g gezeichneten Rechtecke deuten die Abdeckungsbereiche lediglich an - in Wirklichkeit weist UWB eine deutlich größere Reichweite von zumindest 10 Metern auf.
In 4c ist gezeigt, wie die Außenanker an den Fahrzeugecken (410, 415, 420, 425) den Eingangswinkel in der X-Y-Ebene messen. In 4d ist gezeigt, wie die Außenanker an den Fahrzeugseiten den Winkel in der Y-Z-Ebene messen. In 4e ist gezeigt, wie die Innenanker, die im Dachhimmel angebracht sind, den Winkel in der X-Y-Ebene messen. Dabei ist zu beachten, dass sich die Angaben auf einen Winkel relativ zu einer Achse beziehen. Die zwei Antennen liegen auf dieser Achse. In 4e kann dank zwei senkrecht zueinanderstehenden Achsen einerseits mit dem hinteren Sendeempfänger zwischen Fahrer und Beifahrer unterschieden werden, und andererseits mit dem vorderen Sendeempfänger zwischen vorne und hinten. Zusätzlich kann durch die Kombination dieser zwei Informationen (und jeweils dem Abstand) eine 3D Lokalisierung im Innenraum bestimmt werden. In 4f ist gezeigt, wie der Innenanker in der Mittelkonsole den Winkel in der X-Y-Ebene misst und somit die Unterscheidung zwischen Fahrer und Beifahrer ermöglicht oder verbessert. In 4g ist gezeigt, wie der Innenanker in dem Kofferraum den Winkel in der X-Y-Ebene misst.
Mehr Details und Aspekte des Fahrzeugs und der Antennenmodule werden in Verbindung mit dem Konzept oder Beispielen genannt, die vorher oder nachher (z.B. 1a bis 1b, 5 bis 6g) beschrieben werden. Das Fahrzeug und die Antennenmodule können ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale umfassen, die ein oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts oder der beschriebenen Beispiele entsprechen, wie sie vorher oder nachher beschrieben werden.
In den 5 und 6a bis 6g ist eine alternative Konfiguration der Antennenmodule und Platzierung der Antennenmodule gezeigt. 5 zeigt die Antennen 520, die mit der ersten HF-Kette verbunden sind und die Antennen 525, die mit der zweiten HF-Kette verbunden sind. Somit kann zwischen zwei Antennenpaaren umgeschaltet werden. Jeweils zwei Antennen sind gleich polarisiert und bilden ein Antennenpaar. Im Vergleich mit dem Beispiel von 2 werden die Polarisationspaare jedoch entlang der Längsachse des Antennenmoduls 500 gebildet und nicht rechtwinklig dazu. Auch sind in 2 die Antennen kreuzweise angeordnet, in 5 jedoch jeweils paarweise nach HF-Kette. In beiden Fällen umfasst ein Polarisationspaar eine Antenne jede HF-Kette. 5 zeigt die Einteilung der Antennen in Antennen 510, die das horizontal polarisierte Antennenpaar bilden und Antennen 515, die das vertikal polarisierte Antennenpaar bilden. Jedes Antennenpaar kann über PDoA (phase difference of arrival, Phasendifferenz des ankommenden Signals) einen Winkel bestimmen (in einer Ebene, mit einer 180° Auflösung). Durch die vorgeschlagenen Antennenmodule kann die Messung des Ankunftswinkels mit Polarisationsdiversität durchgeführt werden. Die zusätzliche Polarisation ist jedoch, ebenso wie in 2, optional und dient der Verbesserung der Robustheit.
6a zeigt eine schematische Zeichnung einer Übersicht über die Positionen der Antennenmodule in einem weiteren Ausführungsbeispiel. 6a eine schematische Zeichnung der entsprechenden Seitenansicht der Antennenmodule.
Wieder sind in dem Vollausbau vier Antennenmodule 610, 615, 620 und 625 an den vier Fahrzeugecken angeordnet, zwei Antennenmodule 630, 635 in den Schwellern an der Fahrzeugseite, ein Antennenmodul 640 in der Mittelkonsole, ein Antennenmodul 645 in dem Kofferraum und zwei Antennenmodule 650, 655 im Dachhimmel. Im Gegensatz zu dem Beispiel der 4a bis 4g werden vorliegend die Antennen im Dachhimmel genutzt, um die Position des Sende-Empfängers in der Y-Z-Ebene zu bestimmen.
In 6c ist gezeigt, wie die Außenanker an den Fahrzeugecken (610, 615, 620, 625) den Eingangswinkel in der X-Y-Ebene messen. Wieder sind je Antennenmodul zwei verschiedene Messbereiche gezeigt, zwischen denen ausgehend von einem einzelnen Antennenmodul nicht bezüglich der Eintrittswinkelmessung unterschieden werden kann. Zwischen den Messbereichen ist die schlechteste Ankunftswinkelauflösung zu erwarten. Innerhalb der Haupt-Messkeule (als gestrichelte Kreise gezeichnet) ist die beste Ankunftswinkel-Auflösung zu erwarten. In 6d ist gezeigt, wie die Außenanker an den Fahrzeugseiten den Winkel in der X-Y-Ebene messen. 6e ist gezeigt, wie die Innenanker, die im Dachhimmel angebracht sind, den Winkel in der Y-Z-Ebene messen. Die Ankunftswinkelmessung ist dabei relativ zu der Verbindungslinie der zwei Antennen. So kann der Winkel in beide Ebenen projiziert werden. Mit der Anordnung in 6e kann zwischen Fahrer und Beifahrer unterschieden werden. In 6f ist gezeigt, wie der Innenanker in der Mittelkonsole den Winkel in der Y-Z-Ebene misst. Auch hier steht die Unterscheidung zwischen Fahrer und Beifahrer im Vordergrund. Da der Winkel um die Verbindungslinie der zwei Antennen gedreht werden kann, ergibt sich aus Winkel und Entfernung ein Kreis. Der Kreis kann entweder auf der Fahrer- oder Beifahrerseite liegen. In 6g ist gezeigt, wie der Innenanker in dem Kofferraum den Winkel in der X-Y-Ebene misst.
Mehr Details und Aspekte des Fahrzeugs und der Antennenmodule werden in Verbindung mit dem Konzept oder Beispielen genannt, die vorher oder nachher (z.B. 1a bis 4g) beschrieben werden. Das Fahrzeug und die Antennenmodule können ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale umfassen, die ein oder mehreren Aspekten des vorgeschlagenen Konzepts oder der beschriebenen Beispiele entsprechen, wie sie vorher oder nachher beschrieben werden.
Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Beispiele können weiterhin ein (Computer-)Programm mit einem Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Programm auf einem Computer, einem Prozessor oder einer sonstigen programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen der oben beschriebenen Verfahren können also auch durch programmierte Computer, Prozessoren oder sonstige programmierbare Hardwarekomponenten ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeichervorrichtungen, z.B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme und Anweisungen codieren beziehungsweise enthalten. Die Programmspeichervorrichtungen können z.B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren, Steuereinheiten, feld-programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays), feld-programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), Grafikprozessoren (GPU = Graphics Processor Unit), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC = application-specific integrated circuit), integrierte Schaltungen (IC= Integrated Circuit) oder Ein-Chip-Systeme (SoC = System-on-a-Chip) abdecken, die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind.
Es versteht sich ferner, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als zwingend in der beschriebenen Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht im Einzelfall explizit angegeben oder aus technischen Gründen zwingend erforderlich ist. Daher wird durch die vorhergehende Beschreibung die Durchführung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt. Ferner kann bei weiteren Beispielen ein einzelner Schritt, eine einzelne Funktion, ein einzelner Prozess oder eine einzelne Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden.
Wenn einige Aspekte in den vorhergehenden Abschnitten im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder einem System beschrieben wurden, sind diese Aspekte auch als eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zu verstehen. Dabei kann beispielsweise ein Block, eine Vorrichtung oder ein funktionaler Aspekt der Vorrichtung oder des Systems einem Merkmal, etwa einem Verfahrensschritt, des entsprechenden Verfahrens entsprechen. Entsprechend dazu sind Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, eines entsprechenden Elements, einer Eigenschaft oder eines funktionalen Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder eines entsprechenden Systems zu verstehen.
Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Ferner ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hiermit explizit vorgeschlagen, sofern nicht im Einzelfall angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt als abhängig von diesem anderen unabhängigen Anspruch definiert ist.
Bezugszeichenliste

10: Kontrollgerät
12: Schnittstelle
14: Prozessor
100: Fahrzeug
105: Antennenmodule
110: Auswerten eines UWB-Signals
120: Bestimmen einer Empfangsrichtung in einer ersten Ebene
130: Bestimmen einer Empfangsrichtung in einer zweiten Ebene
140: Bestimmen einer Position eines Sende-Empfängers
200: Antennenmodul
210: Antennen mit horizontaler Polarisation
215: Antennen mit vertikaler Polarisation
220: Antennen verbunden mit HF-Kette 1
225: Antennen verbunden mit HF-Kette 2
400: Fahrzeug
410-455: Antennenmodule / Anker
460, 465: Messbereiche
500: Antennenmodul
510: Antennen mit horizontaler Polarisation
515: Antennen mit vertikaler Polarisation
520: Antennen verbunden mit HF-Kette 1
525: Antennen verbunden mit HF-Kette 2
600: Fahrzeug
610-655: Antennenmodule / Anker

Claims

Ein Fahrzeug (100; 400; 600), umfassend: eine Mehrzahl von Antennenmodulen (105; 200; 410-455; 500; 610-655) zur Kommunikation über Ultra-Wideband, UWB, wobei die Mehrzahl von Antennenmodulen eine erste Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen und eine zweite Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen umfasst; und ein Kontrollgerät (10) zur Auswertung eines über die Mehrzahl von Antennenmodulen empfangenen UWB-Signals eines Sende-Empfängers, ausgebildet zum: Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer ersten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der ersten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals, Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer zweiten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der zweiten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals, wobei die erste Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene ausgerichtet ist, und Bestimmen einer Position des Sende-Empfängers relativ zu dem Fahrzeug basierend auf der Empfangsrichtung des Signals in der ersten Ebene und basierend auf einer Empfangsrichtung des Signals in der zweiten Ebene.
Das Fahrzeug gemäß Anspruch 1, wobei das Kontrollgerät ausgebildet ist, um die Position des Sende-Empfängers in einer ersten Dimension entlang der Längsachse des Fahrzeugs basierend auf einer über die jeweiligen Antennenmodule ermittelten Empfangssignalstärke der jeweiligen Signalanteile zu bestimmen.
Das Fahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Kontrollgerät ausgebildet ist, um die Position des Sende-Empfängers in einer zweiten Dimension entlang der Querachse des Fahrzeugs und/oder in einer dritten Dimension entlang einer Hochachse des Fahrzeugs basierend auf einer Phasendifferenz der Ankunft der jeweiligen Signalanteile zu bestimmen.
Das Fahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Antennenmodule identisch aufgebaut sind.
Das Fahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Teilmenge von Antennenmodulen zumindest ein Antennenmodul, das in dem Innenraum des Fahrzeugs angeordnet ist und zumindest ein Antennenmodul, das außerhalb des Innenraum des Fahrzeugs angeordnet ist, umfasst, und/oder wobei die erste Teilmenge vier Antennenmodule umfasst, die an den Ecken des Fahrzeugs angeordnet sind, und/oder wobei die erste Teilmenge zwei Antennenmodule umfasst, die an den Seiten des Fahrzeugs angeordnet sind.
Das Fahrzeug gemäß Anspruch 5, wobei jeweils zwei der vier Antennenmodule, die an den Ecken des Fahrzeugs angeordnet sind, so angeordnet sind, dass sich zwei Bereiche mit der höchsten Ankunftswinkelauflösung der zwei Antennenmodule an der Fahrzeugseite überschneiden.
Das Fahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Antennenmodule der zweiten Teilmenge von Antennenmodulen in dem Innenraum des Fahrzeugs angeordnet sind.
Das Fahrzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Antennenmodule jeweils zwei Gruppen von Antennen umfassen, wobei das Kontrollgerät dazu ausgebildet ist, um über die erste der beiden Gruppen von Antennen Signale einer ersten Polarisationsrichtung auszuwerten und über die zweite der beiden Gruppen von Antennen Signale einer zweiten Polarisationsrichtung auszuwerten.
Ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Sende-Empfängers relativ zu dem Fahrzeug, das Verfahren umfassend: Auswerten eines über eine Mehrzahl von Antennenmodulen empfangenen Ultra-Wideband, UWB,-Signals eines Sende-Empfängers, wobei die Mehrzahl von Antennenmodulen eine erste Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen und eine zweite Teilmenge von ein oder mehreren Antennenmodulen umfasst; Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer ersten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der ersten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals; Bestimmen einer Empfangsrichtung des Signals in einer zweiten Ebene basierend auf über die Antennenmodule der zweiten Teilmenge empfangenen Signalanteilen des Signals, wobei die erste Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene ausgerichtet ist; und Bestimmen einer Position des Sende-Empfängers relativ zu dem Fahrzeug basierend auf der Empfangsrichtung des Signals in der ersten Ebene und basierend auf einer Empfangsrichtung des Signals in der zweiten Ebene.
Ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 9, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor, einem Kontrollmodul oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.