KR101657918B1 - 회전 전자기장을 발생시키기 위한 코일 장치 및 식별 송신기의 위치를 결정하기 위한 위치 확인 시스템 - Google Patents

회전 전자기장을 발생시키기 위한 코일 장치 및 식별 송신기의 위치를 결정하기 위한 위치 확인 시스템 Download PDF

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Abstract

다양한 실시예들은 회전 전자기장을 발생시키기 위한 코일 장치(200)에 관한 것으로, 적어도 3개의 코일(210a, 210b, 210c)을 포함하고, 상기 코일들은 각각 적어도 하나의 관련 코일 권선(212a-212f)을 포함한다. 코일 장치는 또한 강자성 코일 요크(211)를 포함하고, 상기 코일 요크는 적어도 3개의 코일 사이의 자기 커플링을 형성한다.

Description

회전 전자기장을 발생시키기 위한 코일 장치 및 식별 송신기의 위치를 결정하기 위한 위치 확인 시스템{COIL ARRANGEMENT FOR GENERATING A ROTATING ELECTROMAGNETIC FIELD AND POSITIONING SYSTEM FOR DETERMINING A POSITION OF AN IDENTIFICATION TRANSMITTER}
다양한 실시예들은 회전 전자기장을 발생시키기 위한 코일 장치 및 식별 송신기의 위치를 결정하기 위한 위치 확인 시스템에 관한 것이다. 이러한 위치 확인 시스템은 본 발명에 따른 코일 장치를 포함할 수 있다.
예를 들어 식별 송신기의 위치 확인, 즉 위치 결정을 가능하게 하는 선행기술들이 공개되어 있다. 식별 송신기의 예는 예컨대 차량용 키이다. 즉, 차량에 대한 액세스 제어를 달성하기 위해, 차량의 주변에서 키의 위치를 결정하는 것을 가능하게 하는 기술이 공개되어 있다. 종래의 기술은 이 경우 일반적으로 중앙 송신기로부터 송출된 전자기장의 전계 강도의 측정에 기초한다. 전계 강도는 송신기에 대한 거리가 증가하는 경우에 감소하기 때문에(전계 강도의 댐핑 또는 감쇠), 키 내의 수신 안테나에 의한 전계 강도의 측정으로부터 송신기에 대한 위치가 추측될 수 있다.
그러나 이러한 기술들은 예를 들어 전계 강도의 측정 시 제한된 정확성으로 인해 식별 송신기의 위치 결정의 제한된 정확성을 제공할 수 있다. 위치 결정의 일반적인 정확성은 공개되 시스템에서 예컨대 20 cm 내지 약 2 m이다. 따라서 시스템 오류가 발생할 수 있다. 특히 전자기장의 전계 강도의 감소는 차체 등과 같은 예를 들어 자성체로 인해 방해를 받을 수 있으므로, 식별 송신기의 위치 결정은 소정의 시스템 오류를 수반할 수 있다. 이러한 경우는, 위치 결정의 보정을 위해 차량 내 및 차량 주변의 전계 강도의 감쇠의 한 번의 수동 측정을 실시하는 것을 필요로 할 수 있다. 이러한 수동 측정은 시간이 많이 걸릴 수 있고, 상응하는 비용이 발생할 수 있다. 보정 자체가 오류원이 될 가능성도 있다. 또한 차량 내에서 위치 결정을 실시하는 것은 불가능하거나 제한적으로만 가능할 수 있다. 이는 차량의 실내에서 다양한 부품들에 의해 전계 강도의 감쇠가 심하게 방해를 받을 수 있는 경우일 수 있다.
앞에서 위치 결정의 기술과 관련해서 선행기술의 바람직하지 않은 효과들이 설명되었다. 그러나 해당 장치의 시스템 아키텍쳐와 관련해서 하기에 제시된 것과 같은 바람직하지 않은 효과가 나타날 수 있다. 즉 위치 결정을 위한 언급된 위치 확인 시스템은 일반적으로 중앙 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는 전력 공급 라인에 의해 전자기장을 송출하는 개별 송신기에 연결된다. 다수의 송신기, 일반적으로 3개 내지 5개의 송신기에 상기 전력 공급 라인의 제공은 차량 내의 조립 공간을 필요로 할 수 있고, 시간이 많이 걸리고, 2선식 또는 4선식 라인을 포함하는 고가의 케이블링을 필요로 할 수 있다. 또한 이러한 시스템은 대개 낮은 모듈화 정도를 갖는데, 그 이유는 간단하게 시스템이 더 적거나 더 많은 개수의 송신기로 효율적으로 작동하는 것은 불가능할 수 있기 때문이다. 따라서 다양한 설치 변형예를 제공하는 것이 불가능하거나 제한적으로만 가능하다. 또한 해당 시스템은 비교적 장애를 일으키기 쉬운데, 그 이유는 중앙 제어장치의 고장 또는 장애가 시스템 전체의 고장을 야기할 수 있기 때문이다.
본 발명의 과제는 전술한 이유들로 인해 수신기의 위치를 결정하기 위한 개선된 기술을 제공하는 것이다. 특히, 차량 내부 및 외부에서 특히 정확한 위치 결정을 가능하게 하는 동시에 간단하고 저렴한 시스템 아키텍쳐에 의해 낮은 장애 민감도를 갖는 위치 결정 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항의 특징에 의해 해결된다. 종속 청구항은 실시예들을 규정한다.
양상에 따라 본 발명은 회전 전자기장을 발생시키기 위한 코일 장치에 관한 것으로, 이 경우 코일 장치는 각각 적어도 하나의 관련 코일 권선을 가진 적어도 3개의 코일을 포함한다. 코일 장치는 또한 강자성 코일 요크를 포함하고, 상기 코일 요크는 적어도 3개의 코일의 자기 커플링을 형성한다.
적어도 하나의 코일 권선은 자체적으로 전기 전도성 와이어의 또는 도전 트랙의 다수의 와인딩을 포함할 수 있다. 코일들은 하나 이상의 코일 권선을 포함할 수 있다. 다시 말해서 하나의 코일의 다수의 코일 권선의 경우, 상기 코일 권선들은 별도로 전기 접촉 또는 탭 될 수 있다.
자기 커플링은 특정한 자속에 의해 특징될 수 있고, 상기 자속은 예를 들어 특정한 크기를 갖는다. 자속은 예를 들어 코일 요크의 연속하는 접속에 의해 형성될 수 있다. 특히 코일 장치는, 코일 장치의 중심에서 자속이 특정한 값, 예를 들어 대략 또는 정확히 0을 취하도록 설계될 수 있다. 예를 들어 코일 요크는, 연속할 수 있고, 즉 단속 또는 에어 갭을 포함하지 않거나 단속 또는 에어 갭을 거의 포함하지 않고 및/또는 매우 작은 또는 짧은 단속 또는 에어 갭만을 포함할 수 있다. 코일 요크는 강자성 물질, 예컨대 철, 크롬, 니켈, 상기 물질들의 산화물, 예컨대 페라이트, 철, 크롬, 니켈로 이루어진 합금 등으로 제조될 수 있다. 자기 커플링은 강자성 교환 상호 작용일 수 있고, 상기 작용은 코일 요크의 전체 영역에 걸쳐 형성된다.
적어도 3개의 코일은 하나의 코일 평면 내에 배치되고, 코일 평면 내의 인접한 코일들은 대략 120˚의 각도로 배치되는 것이 가능하다. 예를 들어 인접한 코일들은 120˚± 10˚, 바람직하게는 ± 5˚, 특히 바람직하게 ± 0.5˚의 각도로 배치될 수 있다. 코일의 비교적 간단한 제어에 의해(예를 들어 120˚위상 변이된 교류 전압에 의해) 회전 자기장을 발생시키는 것이 가능할 수 있다. 그러나 일반적으로 코일 평면 내의 인접한 코일들이 서로 형성하는 다른 각도도 가능하다. 코일 평면 내에 코일들이 배치된 경우에, 이는 코일들(또는 상기 코일들의 중심축)이 코일 평면이 형성하는 벡터와 각도를 형성하지 않거나 작은 각도만, 예를 들어 ± 10˚, 바람직하게는 ± 5˚, 특히 바람직하게 ± 1˚를 형성하는 것을 의미할 수 있다.
코일 평면 내의 인접한 코일들의 각도가 상이한 경우에 다양한 코일들의 제어를 위한 교류 전압의 위상 변이를 상이한 각도에 따라 적절하게 조정하는 것이 가능할 수 있고, 따라서 일정한 각속도를 갖는 회전 자기장이 발생된다.
물론, 예를 들어 4개 또는 6개 또는 더 많은 코일을 사용하는 것도 가능하고, 상기 코일들은 코일 평면에서 인접한 코일에 대해 미리 정해진 각도로 배치된다. 실례적으로만 제한되지 않는 방식으로 4개(6개)의 코일들이 90˚(60˚)의 각도로 배치될 수 있다. 인접한 코일들이 항상 서로 동일한 각도를 갖는 적절한 다른 대칭 구조들이 가능하다.
앞에서 모든 코일들이 하나의 코일 평면 내에 위치하는 실시예가 설명되었다. 이러한 코일 평면은 회전 전자기장의 회전 평면을 규정할 수 있다. 그러나 하나 또는 다수의 코일이 적어도 2개의 코일에 의해 규정된 코일 평면 외부에 위치하는 실시예도 가능하다. 다시 말해서, 하나 또는 다수의 코일들은 코일 평면에 대해 틸팅될 수 있다. 이러한 경우에도 코일 평면은 회전 평면을 규정하는 것이 가능할 수 있다.
예를 들어 적어도 3개의 코일의 제 3 코일은 적어도 3개의 코일의 제 1 및 제 2 코일에 의해 형성된 코일 평면과 각도를 형성하는 것이 가능하다. 예를 들어 제 3 코일이 코일 평면과 형성하는 각도는 1˚ 내지 45˚일 수 있고, 바람직하게는 20˚ 내지 30˚일 수 있다. 개별 코일들이 코일 평면에 대해 틸팅되는 경우에 코일 평면 내의 코일 장치의 더 작은 치수가 달성될 수 있다. 이는, 코일 장치가 예를 들어 가용 공간이 제한된, 차량의 영역에, 즉 차량의 B- 또는 C-필러에 위치 설정되는 용도에서 장점을 제공할 수 있다. 그러나 하나 또는 다수의 코일이 코일 평면에 대해 틸팅되더라도, 상기 코일에 의해 발생된 전자기장의 성분은 코일 평면에 위치할 수 있고, 따라서 코일 평면 내에 모든 코일들이 위치하는 경우와 유사하게 회전 전자기장을 송출하는 것이 가능하다. 특히 회전 전자기장은, 회전 평면 내에서 일정한 각속도를 갖도록 송출될 수 있다. 회전 전자기장은 각도에 대한 전계 강도의 의존성을 가질 수 있다.
강자성 코일 요크는 적어도 3개의 코일 내에 연속해서 배치되는 것과, 코일 장치는 또한 적어도 3개의 커패시터를 포함하는 것이 가능하고, 상기 커패시터들은 적어도 3개의 코일들 중 하나의 코일에 각각 직렬 접속되고, 외부 전기 콘택과 기계적 홀더를 가진 하우징을 포함한다. 다시 말해서 각각의 코일은 하나의 커패시터에 일렬로(직렬 접속) 접속될 수 있다. 코일의 인덕턴스 및 커패시터의 커패시턴스의 값들은 당업자에게 공개된 방식으로 발생된 각각의 전자기장의 주파수를 결정할 수 있다. 주파수는 예를 들어 100 kHz 내지 10 MHz, 바람직하게 1 MHz에 이를 수 있고, 특히 바람직하게 125 kHz 또는 1 MHz일 수 있다.
하우징은 적어도 3개의 코일 및 코일 요크의 고정을 위해 홀더를 포함할 수 있다. 하우징은 코일 장치의 모든 부분들을 수용할 수 있고, 외부 영향, 먼지 및 침전물, 습기 및 진동에 대해 보호할 수 있다. 하우징은 전자기장의 비교적 경미한 댐핑만을 야기하는 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게 하우징은 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 전기 콘택들은 프린트 회로기판에 대한 전기 접속을 형성할 수 있고, 이로써 코일 장치의 제어 및 전력 공급이 가능해질 수 있다.
강자성 코일 요크는 중심으로부터 방사방향으로 연장되는 암들을 포함하고, 적어도 3개의 코일의 각각의 코일 권선은 암들 중 하나의 암 둘레에 각각 일정한 개수의 와인딩을 갖는 것이 가능하다.
암들은 예를 들어 실린더형일 수 있고, 예를 들어 원형 횡단면을 가질 수 있다. 다른 횡단면 형태들(사각형, 정방형, 타원형 등)도 가능하다. 120˚의 3개의 코일들을 포함하는 전술한 실시예에서 암들의 방위는 0˚, 120˚, 240˚일 수 있다(중심에 대한 각각의 방위각). 암의 길이는 예를 들어 수 cm, 바람직하게는 1- 20 cm, 특히 바람직하게 2 - 6 cm일 수 있다. 암들은 중심에서 모일 수 있다. 이러한 구성에 의해 설명된 코일 장치의 형태는 "성형"이라고 할 수 있다.
이러한 구성에서 코일 장치는, 코일 권선들이 특정한 직경을 갖는 코일 요크 둘레에 연장되기 때문에, 코일 평면에 대해 수직으로 폭을 가질 수 있다. 그러나 코일 장치를 집적되도록, 예를 들어 프린트 회로기판 상의 도전 트랙에 의해 제조하는 것도 가능하다. 이러한 직접된 실시예는 측면 또는 평면 구조화라고도 할 수 있다.
각각의 코일 권선은 와인딩을 형성하는 평면 도전 트랙으로서 프린트 회로기판 상에 형성되는 것이 가능하고, 프린트 회로기판은 강자성 코일 요크를 위한 홈을 포함하는 것이 가능하고, 강자성 코일 요크는 프린트 회로기판의 상부 및 하부에 배치되는 것이 가능하다. 이러한 실시예에서 프린트 회로기판은 코일 평면과 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다. 도전 트랙은 코일 평면에 대해 수직으로 전술한 실시예에 비해 작은, 대략 수 10 ㎛의 폭을 갖거나, 1 mm보다 작은 폭을 가질 수 있다. 이는 제한된 조립 공간에서 장점들을 제공할 수 있다. 강자성 코일 요크는 홈에 의해 고정될 수 있다.
각각 일정한 개수의 와인딩을 갖는 2개 이상의 코일 권선이 코일마다 제공될 수 있고, 상기 코일 권선은 함께 또는 별도로 제어될 수 있고, 또한 코일 장치는 적어도 3개의 다른 커패시터를 포함할 수 있고, 상기 커패시터들은 각 코일의 2개 이상의 코일 권선들 중 하나의 코일 권선에 병렬 접속된다. 따라서, 하나의 코일에 별도로 전기 접촉 가능한 다수의 코일 권선 및 상이한 인덕턴스를 제공하는 것이 가능할 수 있다. 따라서 상이한 공진 주파수를 갖는 다수의 공진 회로가 이용될 수 있다. 코일 장치는 이로써 상이한 주파수를 갖는 전자기장을 송출할 수 있다. 또한 각각의 코일 권선에 다른 커패시터의 병렬 접속에 의해 특히 커패시터에 직렬 접속에 비해 비교적 작은 전력 소비를 갖는 코일 장치의 작동이 유지될 수 있다. 이는 특히 제한된 에너지 저장기만이 이용되는 용도에서 장점을 제공할 수 있다.
일반적으로, 적어도 3개의 코일들의 적어도 하나의 코일 권선들은 각각 동일한 형상 및/또는 와인딩을 갖는 것이 가능할 수 있다. 다시 말해서 적어도 3개의 코일들은 동일한 종류와 유형일 수 있다. 따라서 특히 간단한 전류 공급에 의해 회전 전자기장을 발생시킬 수 있고, 상기 전자기장은 바람직하게 회전의 일정한 각속도를 갖는다.
전술한 내용은 주로 적어도 3개의 코일을 갖는 코일 장치와 관련되었다. 다수의 이러한 코일 장치들은 조합되어 수신기를 위한 위치 확인 시스템으로서 작동하는 것이 가능하다.
다른 양상에 따라 본 발명은 차량용 식별 송신기의 위치를 결정하기 위한 위치 확인 시스템에 관한 것으로, 이 경우 위치 확인 시스템은 적어도 2개의 코일을 포함하고, 상기 코일들은 차량의 상이한 위치에 고정되어 장착되고, 각각 전자기장을 위한 송신기로서 작동될 수 있도록 설계되고, 이 경우 각각의 적어도 2개의 코일은 전력 공급 라인에 접속된다. 위치 확인 시스템은 또한 수신 코일을 가진 식별 송신기 및 제어장치를 포함하고, 이 경우 식별 송신기는 적어도 2개의 전자기장을 위한 수신기로서 작동되도록 설계되고, 상기 제어장치는, 적어도 2개의 코일을 컴퓨터 유닛에 의해 버스 시스템을 통해서 관련 전자기장을 발생시키기 위한 미리 정해진 시퀀스에 따라 제어하기 위해 설계된다.
이러한 위치 확인 시스템은 특히 간단한 시스템 아기텍처의 효과를 제공할 수 있다. 즉 예를 들어 적어도 2개의 코일의 컴퓨터 유닛들은 차량 내의 전력 공급 라인 또는 버스 시스템에 접속될 수 있다. 코일의 제어는 컴퓨터 유닛들에 의해 이루어질 수 있고, 상기 컴퓨터 유닛들은 코일 근처에 배치될 수 있고, 버스 시스템, 전력 공급 라인 및 관련 코일에 접속될 수 있다. 코일 장치는 교류 전압원을 포함할 수 있고, 상기 교류 전압원은 전력 공급 라인, 즉 12 V 직류 전압 공급 시스템에 접속된다. 특히, 중앙 제어장치로부터 코일을 향한 전력 공급 라인을 제공하지 않아도 될 수 있다. 현재 논의되는 양상에 따른 위치 확인 시스템의 전자기장은 종래의 비회전 전자기장일 수 있다.
일반적으로 당업자에게 현재 논의되는 양상에 따른 위치 확인 시스템의 작동은 공개되어 있으므로, 여기에서 다른 세부사항은 언급되지 않아도 된다. 공개된 위치 확인 시스템에 비해 특히 간단한 제어 및 조절의 효과가 본 발명에 따라 버스 시스템 및 전력 공급 라인, 즉 차량 직류 전압 공급 시스템의 별도의 제공에 의해 달성될 수 있다.
다른 양상에 따라 본 발명은 차량용 식별 송신기의 위치를 결정하기 위한 위치 확인 시스템에 관한 것으로, 이 경우 위치 확인 시스템은 본 발명의 다른 양상에 따라 적어도 2개의 코일 장치를 포함하고, 적어도 2개의 코일 장치는 차량의 상이한 위치에 고정 장착되고, 각각 회전 전자기장을 위한 송신기로서 작동될 수 있도록 설계된다. 위치 확인 시스템은 또한 수신 코일을 가진 식별 송신기를 포함하고, 이 경우 식별 송신기는 적어도 2개의 회전 전자기장을 위한 수신기로서 작동되도록 설계된다.
예를 들어 위치 확인 시스템은, 차량의 실외에서, 즉 주위 또는 주변에서 식별 송신기의 위치를 결정하기 위해 설계될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로 위치 확인 시스템은, 차량의 실내에서 위치를 결정하기 위해 설계될 수 있다.
예를 들어 수신 코일의 주파수는 적어도 2개의 코일 장치의 주파수에 매칭될 수 있다. 바람직하게는 예를 들어 3개 또는 4개의 코일 장치들이 제공될 수 있다. 코일 장치들은 서로 이격되어 장착될 수 있다.
적어도 2개의 코일 장치 또는 적어도 2개의 회전 전자기장을 이용함으로써 식별 송신기의 위치의 특히 정확한 결정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 적어도 2개의 회전 전자기장에 대한 기준 위상 및 결정된 적어도 2개의 차동 위상에 기초한 삼각화에 의해 전자기장의 하나의 회전 평면 내에서 식별 송신기의 위치의 정확한 결정이 이루어질 수 있다.
위치 확인 시스템은 또한 제어장치를 포함할 수 있고, 상기 제어장치는, 관련 회전 전자기장의 송출을 위한 적어도 2개의 코일 장치를 미리 정해진 시퀀스로 제어하기 위해 설계된다.
제어장치는 예를 들어 차량의 중앙 컴퓨터 유닛일 수 있다. 예를 들어 제어장치는 차량의 중앙 컴퓨터 유닛에서 실행되는 하드웨어 또는 소프트웨어 또는 이들의 조합일 수 있다.
제어장치는 버스 시스템을 통해 적어도 2개의 코일 장치에 접속될 수 있고, 각각의 적어도 2개의 코일 장치는 전력 공급 라인에 접속될 수 있고, 각각의 적어도 2개의 코일 장치는, 버스 시스템을 통해 제어장치의 제어 신호를 수신하기 위해 그리고 제어 신호에 의존해서 회전 전자기장을 발생시키기 위해 설계되고, 이 경우 회전 전자기장을 송출하기 위한 에너지는 전력 공급 라인을 통해 얻어진다.
예를 들어 코일 장치들은 버스 시스템을 통해 제어장치와 통신을 위한 인터페이스로서 컴퓨터 유닛을 포함할 수 있다. 컴퓨터 유닛은, 제어 신호를 수신하여 처리하도록 설계될 수 있다.
전력 공급 라인은 예를 들어 차량의 전기 계통일 수 있다. 전력 공급 라인은 예를 들어 회전 전자기장을 발생시키는데 필요한 코일 장치들의 코일의 제어를 위한 것과 다른 전류-전압 비를 가질 수 있다. 예를 들어 전력 공급 라인은 12 V 직류 전압을 제공할 수 있다. 따라서 코일 장치들은 전류-전압 변환을 위한 스위치 회로, 즉 교류 전압원을 포함할 수 있다. 이로써 예를 들어 코일 장치들에 분산적으로 회전 전자기장을 발생시키기 위한 에너지가 공급될 수 있다. 효과로서 간단해진 시스템 아키텍쳐가 달성될 수 있고, 특히 제어장치로부터 개별 코일 장치를 향한 전용 전력 공급 라인을 제공하는 것이 불필요할 수 있다. 회전 전자기장을 발생시키기 위해, 코일 장치들은 제어장치의 명령에 대한 응답으로서 버스 시스템을 통해 전기 계통으로부터 선택적으로 에너지를 인출할 수 있다. 일반적으로 전기 계통의 전력 공급 라인들은 물론 차량의 다양한 영역에 제공될 수 있으므로, 더 큰 구조적인 변경은 불필요할 수 있다.
제어장치는, 적어도 2개의 코일 장치가 시퀀스적으로 관련 회전 전자기장을 송출하도록 상기 코일 장치를 제어하기 위해 설계될 수 있다.
시퀀스 제어는 시간-다중화라고 할 수도 있다. 다시 말해서, 다양한 시점에, 즉 차례로 전자기장이 송출될 수 있다. 이는 예를 들어 상응하게 형성된 제어 신호에 의해 이루어질 수 있다. 코일 장치의 인터페이스는 제어 신호를 디코딩할 수 있고, 제어 신호에 의존해서 시차를 두고 관련 전자기장을 송출할 수 있다. 그리고 나서 하나의 제어 신호만을 버스 시스템을 통해 송출하는 것이 가능할 수 있고, 상기 제어 신호는 상이한 시점에 회전 전자기장을 송출할 것을 다수의 코일 장치에 명령한다. 이는 하기에서 설명된다. 즉, 제어장치에 의한 코일 장치의 제어와 관련해서 다양한 실시예들이 가능하다. 본 발명은 이와 관련해서 특히 제한되지 않는다. 예를 들어 제어장치는 하나의 제어 명령을 버스 시스템을 통해 송출할 수 있고, 상기 제어 신호는 수신 시 코일 장치 내의 타이머를 작동시키고, 상기 타이머의 경과 후에 관련 코일 장치는 제어장치 내에 포함된 지속 시간 동안에도 회전 전자기장을 송출한다. 타이머의 관련 파라미터들은 코일 장치들마다 상이할 수 있고, 제어장치에 의해 사전 설정될 수 있다. 따라서 예를 들어 특히, 적어도 2개의 코일 장치들이 회전 전자기장을 송출하는 시퀀스는 예를 들어 상이한 차량 또는 개별 차량을 위해 시간의 함수로서 변경될 수 있다. 예를 들어 적어도 2개의 코일 장치가 회전 전자기장을 송출하는 시퀀스가 랜덤인 것도 가능하다. 이러한 실시예에서 위치 확인 시스템 내로 제 3자의 악의적인 공격에 대한 보안이 높아질 수 있다.
위치 확인 시스템은 또한 적어도 하나의 교류 전압원을 포함할 수 있고, 상기 교류 전압원은 적어도 2개의 코일 장치 및 전력 공급 라인에 접속되고, 관련 회전 전자기장을 발생시키기 위해 각각의 코일 장치의 적어도 2개의 코일에 교류 전압을 공급하도록 설계된다. 적어도 2개의 코일의 교류 전압들은 서로 미리 정해진 위상 관계를 갖고, 이 경우 인접한 코일들의 위상 관계는 하나의 코일 평면 내의 상기 인접한 코일들이 서로 형성하는 각도에 의존해서 미리 정해질 수 있다.
적어도 하나의 교류 전압원은 예를 들어 적절한 전압원일 수 있고, 상기 전압원은 코일 장치의 코일에 의해 특정한 전류를 야기한다. 예를 들어 차량의 직류 전기 계통에 접속이 제공될 수 있다.
예를 들어 코일 장치의 인접한 코일들 사이의 특정한 각도에서 교류 전압의 위상 관계는 상기 특정한 각도와 동일하게 선택될 수 있다. 코일 장치의 3개의 코일들이 각각 서로 120˚의 각도를 형성하는 특정한 실시예에서 3개의 코일에 공급되는 교류 전압의 위상 관계도 120˚일 수 있다.
예를 들어 적어도 2개의 코일 장치들 중 제 1 코일 장치는 차량의 좌측 B-필러의 영역에 설치될 수 있고, 적어도 2개의 코일 장치들 중 제 2 코일 장치는 차량의 우측 B-필러에 설치될 수 있고, 적어도 2개의 코일 장치들 중 제 3 코일 장치는 차량의 리어 영역에 설치될 수 있다.
이러한 구성에서 예를 들어 식별 송신기의 위치의 특히 정확한 결정이 이루어질 수 있다. 이는 상기와 같은 3개의 송신기에 의해 발생된 회전 전자기장의 경우에 차량의 주변 및 실내의 다양한 위치에서 기준 위상에 대한 차동 위상이 특히 상이한 값을 취할 수 있는 경우일 수 있다. 예를 들어 따라서 차동 위상에 기초하는 삼각화 시 이로 인해 적은 오류가 유지될 수 있다. 다시 말해서 코일 장치들 사이의 큰 간격/각도에 대해 차동 위상의 삼각화는 특히 정확할 수 있다.
특히, 적어도 2개의 코일 장치는, 적어도 2개의 회전 전자기장의 회전 평면들이 실질적으로 서로 평행하도록 배치되는 것이 가능하다. 대안으로서 또는 추가로 적어도 2개의 코일 장치는 베이스 위에 70 cm 내지 130 cm 범위에 설치될 수 있다.
예를 들어 회전 평면은 코일 장치의 적어도 2개의 코일에 의해 형성될 수 있다(코일 평면). 따라서 적어도 2개의 코일 장치의 다양한 코일들의 적절한 기하학적 배치에 의해, 회전 평면들은 실질적으로 서로 평행한 것이 달성된다. 실질적으로 평행이란 예를 들어 ±20°, 바람직하게 ±5°, 특히 바람직하게 ±1°를 의미할 수 있다.
그러나 일반적으로, 다양한 코일 장치들의 회전 평면들은 서로 약간의 또는 더 큰 각도를 형성하는 것도 가능하다. 상기 각도가 예를 들어 사전 설정되어 구조적으로 공개되면, 이는 식별 송신기의 위치 결정시 고려될 수 있고, 경우에 따라서 공제될 수 있다. 삼각화는 이를 고려할 수 있다.
일반적으로, 회전 전자기장의 회전 평면 내의 위치들을 위한 식별 송신기의 위치 결정의 특히 높은 정확성을 얻는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 3개의 코일 장치 및 회전 평면들이 베이스 위의 적절한 범위 내에 설치되는 것이 바람직할 수 있다. 특히 이와 관련해서, 회전 평면들이 베이스에 대해 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 위치하는 것이 가능할 수 있다. 베이스 위의 상기 범위에 일반적으로 차량의 식별 송신기가 배치되기 때문에, 예를 들어 차량의 사용자의 자켓 주머니 또는 서류 가방 내에 상기 식별 송신기가 위치한 경우에, 따라서 위치의 간단하고 정확한 결정이 이루어질 수 있다.
다른 양상에 따라 본 발명은 차량용 식별 송신기의 위치를 결정하기 위한 위치 확인 시스템을 포함하는 차량에 관한 것으로, 이 경우 차량의 위치 확인 시스템은 본 발명의 다른 양상에 따른 적어도 2개의 코일 장치를 포함하고, 이 경우 적어도 2개의 코일 장치는 차량의 상이한 위치에 고정 장착되고, 각각 회전 전자기장을 위한 송신기로서 작동되도록 설계된다. 차량의 위치 확인 시스템은 또한 수신 코일을 가진 식별 송신기를 포함하고, 이 경우 식별 송신기는 적어도 2개의 회전 전자기장을 위한 수신기로서 작동되도록 설계된다.
다른 양상에 따라 본 발명은 수신기의 위치를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 각각의 송신기에 의한 적어도 하나의 전자기장의 송출을 포함하고, 이 경우 적어도 하나의 전자기장의 진폭은 각각 관련 송신기에 대한 시간의 함수로서 회전한다. 방법은 또한 수신기에 의한 적어도 하나의 전자기장의 측정 및 측정된 적어도 하나의 전자기장에 기초한 수신기의 위치에서 각각 적어도 하나의 전자기장에 대한 차동 위상의 검출을 포함한다. 방법은 또한 적어도 하나의 검출된 차동 위상에 기초한 수신기의 위치 결정을 포함한다.
전자기장은 특정한 주파수를 갖는 시간 의존적인 교번 전자기장일 수 있다. 주파수는 예를 들어 100 kHz 내지 10 MHz, 바람직하게는 1MHz까지 이를 수 있고, 특히 바람직하게 125 kHz 또는 1 MHz일 수 있다. 송신기는 예를 들어 인덕턴스와 커패시터를 가진 전자기 공진 회로를 포함할 수 있다. 이와 관련해서 상기 주파수의 생성을 위해 송신기의 적절한 형성을 가능하게 하는 기술들이 당업자에게 공개되어 있다.
전자기장은 예를 들어 회전 전자기장이라도 할 수 있는데, 그 이유는 진폭이 시간 의존적으로 회전 평면에서 송신기를 중심으로 회전할 수 있기 때문이며, 즉 각속도로 회전 운동을 실시할 수 있기 때문이다. 다시 말해서 동일한 위상 위치의 지점들, 즉 전자기장의 전계 강도의 최대치 또는 최소치는 시간 의존적으로 송신기에 대해 각각 상이한 방향 또는 각도로 배치될 수 있다. 비유적으로 말하자면, 예를 들어 전계 강도 최대치는 등대(여기에서 송신기)의 광선처럼 움직일 수 있다. 특히 회전 운동의 회전 주파수는 전자기장의 주파수와 동일할 수 있다. 또한, 회전 주파수는 다른 값을 취할 수도 있다. 전자기장의 회전 운동은(주기적인 과정에서 일반적인 것처럼) 운동의 특정한 위상(위상 위치)에 의해 특징될 수 있다. 즉 완전한 회전은 360˚ 또는 2π의 축적된 위상에 상응할 수 있다. 회전 전자기장은 예를 들어 일정한 각속도로 이동할 수 있다. 일반적으로 위상(각도)에 대한 각속도의 특정한 미리 정해진 의존성도 가능하다. 예를 들어 회전 평면들은 평행하게 또는 실질적으로 평행하게, 즉 예를 들어 ±20°보다 작게, 바람직하게 ±10°보다 작게, 특히 바람직하게 ±2°보다 작게 수평면에 대해 정렬될 수 있고, 즉 예를 들어 실질적으로 베이스와 평행할 수 있다. 회전 전자기장은 본 발명의 다른 양상에 따른 코일 장치에 의해 발생될 수 있다.
송출된 전자기장의 회전 운동에 의해 수신기의 위치에서 전자기장의 전계 강도의 또는 위상 위치의 상응하는 시간 의존성이 주어질 수 있다. 수신기는 특히, 전자기장의 전계 강도를 시간 의존적으로 및/또는 주파수 분해 방식으로 측정하기 위해 설계될 수 있고, 또한 수신기는 예를 들어, 전자기장의 전계 강도에 비례적일 수 있는 전자기장의 자기장 성분의 진폭을 측정하기 위해 설계될 수 있다. 전계 강도의 측정으로부터, 예를 들어 특히 송출 시 송신기에서 전자기장의 위상으로부터 결정될 수 있는 기준 위상에 대해 차동 위상을 검출하는 것이 가능할 수 있다.
이를 위해 특수한 실례로서 그리고 제한적으로 설정되지 않은 예로서 이에 대해 하기 상황이 설명된다: 위상 위치가 0˚인 경우에 송신기는, 전자기장이 동쪽을 향하도록(임의로 규정됨) 전자기장을 송출한다. 수신기는 송신기의 남쪽에 위치하고, 따라서 (아직) 최대치로 간주되지 않는다. 송신기에서 위상이 90˚인 경우에야 진폭의 최대치가 수신기에 도달한다(회전 전자기장이 시계 방향으로 회전하는 경우에). 차동 위상은 따라서 이러한 예에서 -90˚로 제시될 수 있다. 진폭의 최대치와 다른 전자기장의 값들에 대해서도 상응하는 예를 들 수 있다. 예를 들어 이는 진폭의 특정한 트리거 레벨에 관련될 수 있고, 상기 레벨은 증가 또는 감소하는 기울기와 관련해서 규정된다.
물론 일반적으로 동일하게, 다른 기준 위상에 대해, 예를 들어 시스템 클록 또는 외부 트리거 신호, 예컨대 사용자에 의한 도어 손잡이의 작동 또는 주변 범위 내에서 인식된 대상물 또는 이와 같은 것에 대해 차동 위상을 검출하는 것이 가능하다. 예를 들어, 진폭 또는 전계 강도의 최대치 대신 최소치 또는 영교차를 고려하는 것도 가능하고, 또는 특징화하는 식별 가능한 것의 시간에 따른 변화의 임의의 위상 위치 또는 명확한 지점을 고려하는 것도 가능하다. 일반적으로 전자기장의 자기 성분의 진폭이 고려될 수 있거나 전기 성분의 진폭이 고려될 수 있다. 2개의 성분은 전자기장의 전계 강도에 중요할 수 있다. 그러나 송신기 및/또는 수신기는 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있고, 상기 코일은 전자기장의 자기 성분들과 유도적으로 상호 작용하기 위해 설계된다.
차동 위상으로부터 수신기의 위치가 결정될 수 있다. 이 경우 "위치"란 위치 결정의 상이한 정확성을 의미할 수 있다. 특히 간단한 실시예에서 "위치"란 송신기에 대한 수신기의 각도만을 의미할 수 있다(상기 예에서 -90˚). 그러나 "위치"란 송신기에 대한 각도에 대해 추가로 또는 대안으로서 예를 들어 전자기장의 회전 평면 내에서 송신기에 대한 간격을 의미할 수도 있다. 따라서 "위치"란 추가로 또는 대안으로서 예를 들어 전자기장의 상기 회전 평면에 대한, 즉 회전 평면에 대한 수직 간격을 의미할 수 있다. 이러한 경우에, 특히 "위치"란 기준 좌표계 내에서 수신기의 절대적 위치 결정을 위미할 수 있다. 기준 좌표계는 일반적으로 임의로 선택될 수 있지만, 적어도 하나의 송신기와 관련해서 규정하는 것이 바람직할 수 있다(상기 송신기는 예를 들어 기준 좌표계의 원점에 배치될 수 있다). 다시 말해서 "위치의 결정"이란 3차원 공간의 개별 좌표의 결정, 즉 구좌표계의 간격 및/또는 방위각 및/또는 편각, 또는 3차원 공간의 모든 좌표를 의미할 수 있다.
예를 들어 다양한 실시예에서, 수신기의 위치의 특히 정확한 결정을 실시하는 것이 바람직할 수 있다. 수신기의 위치의 특히 정확한 결정은 특히 3차원 공간의 다수의 또는 모든 좌표의 결정을 포함할 수 있다. 특히 이러한 경우에, 하나 이상, 예를 들어 2개 또는 3개의 전자기장을 다수의 송신기에 의해, 예를 들어 2개 또는 3개의 송신기에 의해 송출하는 것이 가능할 수 있다. 다시 말해서 전자기장마다 송신기가 제공될 수 있다. 이때 예를 들어 다수의 송신기로부터 송출된 전자기장에 대해 각각 다수의 차동 위상이 결정될 수 있고, 다수의 차동 위상을 고려하여 수신기의 위치가 특히 정확하게 결정될 수 있다.
다양한 실시예에서, 다수의 전자기장이 시간적으로 동시에 다양한 주파수로, 소위 주파수 다중화에 의해 송출될 수 있다. 이때 수신기는 다양한 주파수에서 다수의 전자기장을 측정하도록 형성될 수 있다. 주파수 다중화는 위치의 특히 신속한 결정 효과를 제공할 수 있다. 2개 이상의 회전 전자기장의 송출을 위해 예를 들어 본 발명의 다른 양상에 따른 위치 확인 시스템이 사용될 수 있다.
2개 이상의 전자기장의 송출이 시퀀스적으로 이루어지고, 2개 이상의 전자기장의 측정이 시퀀스적으로 이루어지는 것이 가능하다. 수신기의 위치 결정은 적어도 2개의 차동 위상의 삼각화에 기초해서 이루어질 수 있고, 수신기의 위치 결정은 수신기가 시간 의존적인 전자기장의 회전 평면에서 적어도 하나의 송신기에 대해 배치되는 방향과 거리를 포함할 수 있다. 이러한 경우는 시간 다중화라고도 할 수 있는데, 그 이유는 다수의 전자기장이 시퀀스적으로, 즉 차례로 또는 상이한 시점에 송출되기 때문이다. 측정된 다수의 전자기장으로부터 다수의 차동 위상이 공개될 수 있고, 삼각화는 위치, 특히 하나 이상의 송신기에 대한 간격의 정확한 결정을 가능하게 할 수 있다. 삼각화는 일반적으로 측정된 차동 위상 및 다수의 송신기의 상호 배치에 기초한 위치의 결정을 의미할 수 있다. 삼각화를 위한 기술은 당업자에게 기본적으로 공개되어 있으므로, 여기에서 다른 세부사항은 설명되지 않아도 된다.
특히 송신기의 위치도 공개되어 있는 기준 좌표계에서 위치를 결정하는 것이 가능할 수 있다. 특히 말하자면, 송신기는 예를 들어 기준 좌표계에 대해 고정 배치될 수 있고, 수신기는 이동 가능하게 배치될 수 있다. 예를 들어 방향은 방위각으로서 구좌표를 포함하는 기준 좌표계에 제시될 수 있고, 송신기들 중 하나의 송신기가 상기 좌표의 원점을 형성한다. 다른 규정들도 가능하다.
2개 이상의 전자기장의 송출을 포함하는 이러한 기술들은 수신기의 위치의 특히 정확한 결정을 가능하게 할 수 있고 또는 수신기의 위치의 2개 또는 3개의 좌표를 결정하는 것을 가능하게 할 수 있다. 결정된 위치는 예를 들어 사용자를 위한 디스플레이에 재현될 수 있다. 이는 수신기의 간단한 위치 확인도 가능하게 할 수 있다. 특히 삼각화 기술을 이용함으로써 정확한 위치 결정의 효과가 달성될 수 있다. 회전 전자기장에 대한 차동 위상의 결정은 비교적 정확하게 이루어질 수 있고, 즉 전자기장의 전계 강도의 측정에 기초하고, 위치 결정이 전자기장의 진폭의 댐핑률에 기초하는 종래의 기술에 비해 비교적 적은 오류를 포함할 수 있다. 특히 다양한 실시예에서, 전자기장의 진폭의 상기 댐핑률을 고려하지 않아도 될 수 있고 - 따라서 다양한 실시예에서, 전술한 보정 측정 시 전자기장의 전계 강도의 댐핑률을 검출하는 것이 불필요할 수도 있다. 이로 인해 수신기의 위치의 결정을 위한 방법을 실시하기 위한 비용이 감소할 수 있다. 그러나 대안으로서 또는 추가로 전자기장의 전계 강도의 댐핑률을 고려할 수도 있다. 이는 즉 위치 결정 시 특히 높은 정확성을 가능하게 할 수 있다. 특히 2개 이상의 전자기장은, 모두 하나의 회전 평면에서 회전하도록 송출될 수 있다.
방법은 또한 측정된 적어도 하나의 전자기장에 기초해서 수신기의 위치에서 적어도 하나의 전자기장에 대한 전계 강도의 검출을 포함할 수 있고, 이 경우 수신기의 위치의 결정은 검출된 전계 강도에 기초해서 전자기장의 회전 평면과 수신기사이의 간격의 결정을 포함한다.
전계 강도에 기초해서, 예를 들어 정량적 또는 정성적으로, 수신기가 회전 평면 상부에 위치하는지 하부에 위치하는지 여부가 결정될 수 있다. 또한 특히 코일은 송신기로서 제공될 수 있고, 상기 코일은 나머지 코일에 의해 형성된 평면과 특정한 각도를 형성한다. 즉 수신기가 회전 평면에 대해 이격되면, 회전 평면 내에서 위치가 동일한 경우에(송신기에 대한 간격, 송신기에 대한 각도), 회전 평면에 대한 더 큰 또는 더 작은 거리는 더 작은 또는 더 큰 전계 강도를 야기할 수 있다. 전계 강도의 크기로서 예를 들어 자기장 성분의 진폭이 사용될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 전계 강도에 기초해서 회전 평면 상부에서만 수신기의 간격을 결정하는 것도 바람직할 수 있다. 이는, 송신기가 베이스에 대해 작은 간격을 갖고, 따라서 수긴기가 반드시 위로 회전 평면에 대해 이격되는 경우일 수 있다.
방법은 또한 수신기에 정보를 전달하기 위해 적어도 하나의 전자기장의 변조를 포함할 수 있고, 이 경우 정보는 기준 위상의 클록 정보, 적어도 하나의 송신기의 식별 정보의 그룹에서 선택된 요소들을 포함한다.
이 경우 하기 그룹에서 선택된 변조 기술들을 이용하는 것이 가능할 수 있다: 주파수 변조(FM), 위상 변조(PM), "주파수 편이 방식(Frequency Shift Keying;FSK)", "위상 편이 방식(Phase Shift Keying; PSK)", 펄스 진폭 변조(PAM), 펄스 코드 변조(PCM). 일반적으로 당업자에게 기본적으로 공개되어 있는 다른 변조 기술들이 가능하다.
식별 정보는 예를 들어 관련 송신기의 위치에 관한 정보일 수 있다. 상기 위치 정보는 예컨대 "우측 전방" 또는 "좌측" 또는 "후방 우측"과 같이, 예를 들어 차량과 관련해서 어디에 관련 송신기가 위치하는지를 제시할 수 있다. 예를 들어 상기 위치 정보는 명시적으로 전달될 수 있거나 코드로서 매개 변수화되어 전달될 수 있고, 상기 코드는 예를 들어 수신기 내에 저장된 표에 의해 위치에 할당될 수 있다.
일반적으로, 송출된 다수의 전자기장의 경우에 송출된 다양한 전자기장은 상이한 변조 기술 및/또는 변조 주파수를 가질 수 있다. 또한 다양한 전자기장이 동일한 변조 기술을 갖지만 상이한 변조 주파수를 가질 수도 있다. 변조 기술과 변조 주파수가 모든 전자기장에 대해 동일하게 선택하는 것도 가능하다. 전달된 정보는 각각 상이할 수 있다.
예를 들어 각각의 회전 전자기장이 미리 정해진 위상 관계에서 개별 코일로부터 송출된 다수의, 예를 들어 3개 또는 4개의 전자기장에 의해 발생되는 것이 가능하다. 예를 들어 상이한 정보를 전달하기 위해, 회전 전자기장을 발생시키는 상기 전자기장은 또한 상이하게 변조될 수 있다.
수신기의 위치를 결정하기 위한 방법의 용도에 따라 특정한 변조 기술 및/또는 변조 주파수가 바람직할 수 있고, 예를 들어 변조 기술은 차량키의 위치를 결정하기 위해 사용 시 건물 내 사람의 위치 확인을 위해 이용시와 다르게 선택될 수 있다.
특히, 차동 위상의 검출은 또한 기준 위상의 클록 정보에 기초하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어 기준 위상에 대한 차동 위상이 검출될 수 있다. 이 경우 클록 정보는 실시예에 따라 상이한 정보 컨텐츠를 포함할 수 있다. 즉 특히 간단한 실시예에서, 클록 정보는 기준 위상의 영교차만을(또는 360˚의 적분 배수) 표시할 수 있다. 다양한 다른 실시예에서 그러나, 기준 위상은 시간 분해되어 클록 정보에 의해 전송된다. 이로써, 전자기장의 회전의 일부에서 실제 위상 위치 또는 기준 위상을 결정할 수 있다. 물론, 기준 위상을 특정한 단계에서, 예를 들어 π/2 또는 π/4 또는 π/8 의 간격으로 전송하는 것도 가능하다.
식별 정보는 예를 들어 수신기의 인증을 포함하는 용도에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 인증되지 않은 액세스를 저지하기 위해, 차량키의 위치 결정시 적어도 하나의 차량의 식별 정보는 수신기의 식별 정보와 비교될 수 있다.
전자기장의 주파수와 전계 강도의 감쇠율 사이의 관계가 형성될 수 있다. 따라서 전자기장의 주파수에 따라, 위치 결정이 이루어질 수 있는 상이한 크기의 범위를 구현하는 것이 가능할 수 있고, 상기 범위는 임계값보다 큰 전자기장의 전계 강도에 의해 결정될 수 있으므로(감응 영역), 특히 전자기장의 측정 시 신호 대 잡음 비의 크기는 충분하다. 다양한 주파수 범위에서, 즉 전술한 주파수 범위에서, 더 높은(더 낮은) 주파수는 전계 강도의 더 작은(더 큰) 감쇠율을 야기할 수 있고, 따라서 더 큰(더 작은) 감응 영역을 가능하게 할 수 있다. 현재의 양상에 따른 위치 결정을 위한 방법이 다양한 실시예에서 어떻게 상기와 같은 정보를 유용하게 할 수 있는지 하기에 설명된다.
다른 양상에 따라 본 발명은 차량에 대한 액세스 제어를 위한 식별 송신기의 위치를 결정하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 본 발명의 다른 양상에 따른 수신기의 위치를 결정하기 위한 방법에 따라 구성된다.
예를 들어 식별 송신기는 차량의 키일 수 있다. 특히, 예를 들어 전자기장의 변조에 의해 식별 송신기에 전달된 식별 정보는 식별 송신기의 식별 정보와 비교된다. 이는 인증 또는 액세스 제어에 이용될 수 있다.
식별 송신기의 위치를 결정하기 위한 이러한 방법에서 본 발명의 다른 양상에 따른 수신기의 위치를 결정하기 위한 방법에서 달성될 수 있는 효과와 유사한 효과가 달성될 수 있다.
다른 양상에 따라 본 발명은 수신기용 위치 확인 시스템에 관한 것으로, 이 경우 위치 확인 시스템은 적어도 하나의 송신기를 포함하고, 상기 송신기는 시간 의존적인 전자기장을 송출하기 위해 설계되고, 이 경우 전자기장의 진폭은 송신기에 대한 시간 함수로서 회전한다. 위치 확인 시스템은 또한 수신기를 포함하고, 상기 수신기는, 적어도 하나의 시간 의존적인 전자기장을 측정하기 위해 설계된다. 위치 확인 시스템은 또한 컴퓨터 유닛을 포함하고, 상기 컴퓨터 유닛은 하기 단계를 실시하기 위해 설계된다: 측정된 적어도 하나의 시간 의존적인 전자기장에 기초해서 수신기의 위치에서 각각의 적어도 하나의 전자기장에 대한 차동 위상을 검출하는 단계; 및 검출된 적어도 하나의 차동 위상에 기초해서 수신기의 위치를 결정하는 단계.
예를 들어 컴퓨터 유닛은 수신기 내에 배치된다. 그러나 컴퓨터 유닛이 수신기 외부에 배치되는 것도 가능하다. 컴퓨터 유닛의 단계들의 부분들, 예를 들어 차동 위상을 검출하는 단계는 수신기 내에서 실시되는 한편, 다른 부분들, 예를 들어 수신기의 위치를 결정하는 단계는 수신기 외부에서 실시되는 것도 가능하다. 컴퓨터 유닛 또는 컴퓨터 유닛의 기능들은 하드웨어 또는 소프트웨어로서 또는 이들의 조합으로서 실행되고 및/또는 다양한 하드웨어-유닛에서 구현되는 것이 가능하다.
현재 논의되는 양상에 따른 위치 확인 시스템은 또한, 본 발명의 다른 양상에 따른 수신기의 위치를 결정하기 위한 방법을 실시하기 위해 설계될 수 있다. 이러한 위치 확인 시스템에서, 본 발명의 다른 양상에 따른 수신기의 위치를 결정하기 위한 방법에서 달성될 수 있는 효과와 유사한 효과가 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따라 본 발명은 수신기용 위치 확인 시스템을 포함하는 차량에 관한 것으로, 이 경우 위치 확인 시스템은 적어도 하나의 송신기를 포함하고, 상기 송신기는 시간 의존적인 전자기장을 송출하기 위해 설계되고, 이 경우 전자기장의 진폭은 송신기에 대한 시간 함수로서 회전한다. 차량의 위치 확인 시스템은 또한 수신기를 포함하고, 상기 수신기는, 적어도 하나의 시간 의존적인 전자기장을 측정하기 위해 설계된다. 차량의 위치 확인 시스템은 또한 컴퓨터 유닛을 포함하고, 상기 컴퓨터 유닛은 하기 단계를 실시하기 위해 설계된다: 측정된 적어도 하나의 시간 의존적인 전자기장에 기초해서 수신기의 위치에서 각각의 적어도 하나의 전자기장에 대한 차동 위상을 검출하는 단계; 및 검출된 적어도 하나의 차동 위상에 기초해서 수신기의 위치를 결정하는 단계.
전술한 특징들 및 계속해서 설명되는 특징들은 명시적으로 제시된 적절한 조합으로 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 다른 조합으로도 또는 별도로 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 이용될 수 있다. 예를 들어 전자기장과 관련해서 설명된, 예를 들어 특징들 및 특성들은 다른 주파수를 갖는 다른 전기장에 전용될 수 있다. 다양한 위치 확인 시스템의 양상들은 각각의 다른 위치 확인 시스템 및 차량의 양상에도 전용될 수 있다.
본 발명의 전술한 특성, 특징 및 장점들과 이들이 달성되는 방식은 도면과 관련해서 설명된 실시예의 하기 설명과 관련해서 더 명확하고 명백하게 파악될 것이다.
도 1은 각각 2개의 코일 권선을 갖는 3개의 코일을 포함하는, 위치 확인 시스템을 위한 코일 장치를 도시한 평면도.
도 2a는 코일 평면에 대해 코일이 틸팅된, 도 1의 코일 장치를 도시한 평면도.
도 2b는 도 2a의 코일 장치를 도시한 측면도.
도 3은 교류 전압에 의해 생성되고, 도 1의 코일 장치의 코일을 통과하는 전류를 시간의 함수로서 도시한 도면.
도 4는 특정한 시점에 도 1의 코일 장치에 의해 발생된 전자기장의 자기장 성분들의 진폭의 등위선도.
도 5는 자기장 성분의 진폭의 등위선도의 시간적인 전개에 의해 도 1의 코일 장치의 전자기장의 회전을 도시한 도면.
도 6은 시간의 함수로서 회전 평면 내의, 송신기에 대해 이격된 지점에서 도 5의 회전 전자기장의 자기장 성분의 측정된 진폭을 도시한 도면.
도 7a는 2개의 코일 장치에 의해 발생된 회전 전자기장에 대해 수신기의 결정된 위치의 위상 관계를 나타내고, 전자기장이 회전하는 회전 평면을 도시한 평면도.
도 7b는 회전 전자기장의 회전 평면에 대한 수신기의 간격을 나타내고, 도 7a의 측면도를 도시한 도면.
도 8a는 2개의 코일 권선 및 2개의 커패시터를 포함하는 코일의 전기 회로를 도시한 도면.
도 8b는 도 8a의 전기 회로의 상이한 작동 방식 또는 상이한 주파수에서 전자기장의 전계 강도의 감쇠율을 도시한 도면.
도 8c는 전기 계통과 코일 장치의 코일에 접속된 교류 전압원을 개략적으로 도시한 도면.
도 9a는 하우징 내의 도 1의 코일 장치를 도시한 사시도.
도 9b는 도 9a의 하우징을 포함하는 코일 장치를 위에서 본 평면도.
도 9c는 도 9a의 하우징을 포함하는 코일 장치를 아래에서 본 평면도.
도 9d는 프린트 회로기판 상에 고정된, 도 9a의 코일 장치를 도시한 사시도.
도 9e는 프린트 회로기판 상에 고정된, 도 9a의 코일 장치를 도시한 다른 사시도.
도 9f는 도 9d 및 도 9e의 코일 장치를 도시한 측면도.
도 10a는 하우징의 대안 실시예에서 도 1의 코일 장치를 도시한 사시도.
도 10b는 도 10a의 하우징의 대안 실시예에 따라 코일 장치를 위에서 본 평면도.
도 10c는 도 10a의 하우징의 대안 실시예에 따라 코일 장치를 아래에서 본 평면도.
도 10d는 프린트 회로기판 상에 고정되는, 하우징의 대안 실시예에 따른 도 1의 코일 장치를 도시한 사시도.
도 10e는 프린트 회로기판 상에 고정되는, 하우징의 대안 실시예에 따른 도 1의 코일 장치를 도시한 측면도.
도 11은 코일이 프린트 회로기판에 의해 형성되는 코일 장치의, 프린트 회로기판 상에 집적된 실시예를 도시한 평면도.
도 12는 차량의 식별 송신기를 위한 공개된 위치 확인 시스템을 도시한 개략도.
도 13은 차량의 식별 송신기를 위한 본 발명에 따른 위치 확인 시스템을 도시한 개략도.
도 14는 차량 내 도 13의 위치 확인 시스템의 구조적인 배치를 도시한 도면.
도 15는 수신기의 위치를 결정하기 위한 방법의 흐름도.
하기에서 본 발명은 바람직한 실시예를 참고로 도면과 관련해서 설명된다. 도면에서 동일하거나 유사한 부재들은 동일한 도면부호를 갖는다. 도면을 참고로 위치 설정 또는 위치 결정을 위한 기술들이 설명된다. 이 경우 다양한 양상들은 회전 전자기장의 송출을 가능하게 하는 코일과 코일 장치, 이러한 다수의 코일 장치를 포함하고 특정한 시스템 아키텍쳐를 갖는 위치 확인 시스템 및, 회전 자기장에 의해 위치 결정을 가능하게 하는 기본적인 기술들에 관한 것이다.
도 1에 3개의 코일(210a, 210b, 210c)을 포함하는 코일 장치의 평면도가 도시된다. 코일(210a)은 2개의 코일 권선(212a, 212b)을 포함한다. 코일(210b)은 2개의 코일 권선(212c, 212d)을 포함한다. 코일(210c)은 2개의 코일 권선(212e, 212f)을 포함한다. 코일 권선(212a-212f)은 강자성 코일 요크(211)의 각각 3개의 암들(211a, 211b, 211c) 중 하나의 암 둘레에 와인딩 되고, 전기적으로 별도로 접속될 수 있다. 코일 요크는 예를 들어 철, 니켈, 크롬, 상기 물질들의 산화물 또는 합금으로 이루어질 수 있다. 암들(211a, 211b, 211c)은 원형 횡단면을 갖고, 따라서 실린더 형태이다. 상기 암들은 3 mm 내지 30 mm, 바람직하게 6 mm의 직경을 가질 수 있다. 암의 형태는 가변적이다. 암은 코일 장치(200)의 중심으로부터 방사방향으로 연장된다. 코일 요크는 연속하고, 따라서 특히 큰 틈 또는 갭을 갖지 않는다. 따라서 3개의 코일(210a, 210b, 210c) 사이에 (큰 자속을 야기하는 강자성 교환 상호 작용 형태의) 자기 커플링이 형성될 수 있다. 소정의 인덕턴스(및 전자기장의 주파수)에 따라 상이한 와인딩 개수가 선택될 수 있다.
자속은 코일 장치(200)의 다양한 지점에서 상이한 값을 가질 수 있다. 코일 장치(200)의 구조적 형태에 의해 상기 값들은 미리 정해질 수 있다. 예를 들어 코일 장치(200)의 중심에서 자속은 0 또는 거의 0 값, 즉 매우 작은 값을 가질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 코일들(210a, 210b, 210c)은 모두 하나의 평면에 위치한다. 도 2a 및 도 2b에 대안 실시예가 도시되고, 상기 실시예에서 코일(210c)은 상기 평면(코일 평면)에 대해 각도 β만큼 틸팅된다. 이로 인해 코일 평면에서 코일 장치(200)의 작은 크기가 달성될 수 있다. 각도 β는 예를 들어 20˚- 30˚일 수 있다.
또한 도 1과 관련해서 코일(210a)은 코일(210b)과 함께 각도(213a)를 형성한다. 코일(210b)은 코일(210c)과 함께 각도(213b)를 형성한다. 코일(210c)은 코일(210a)과 함께 각도(213c)를 형성한다. 상기 각도(213a, 213b, 213c)는 각각 코일 평면 내에서 연장된다. 도 1의 실시예에서 상기 각도(213a, 213b, 213c)는 동일한 값, 즉 120˚를 갖는다. 다시 말해서 도 1의 코일 장치(200)는 성형 구조를 갖는다. 도 1에 정확히 대칭적인 실시예가 도시되는 한편, 그러나 일반적으로 다양한 각도(213a, 213b, 213c)는 상이한 값을 취할 수 있고 - 이는 특히, 코일 장치(200)의 구조적 형태가 구조적 제한으로 인해 특정하게 제한되는 경우에 바람직할 수 있다. 각도(213a, 213b, 213c)는 특히 제한되지 않고, 다양한 값을 가질 수 있다. 예를 들어 각도(213a-213b-213c)는 각각 하기 값을 가질 수 있다: 180˚- 90˚- 90˚; 200˚- 80˚- 80˚, 160˚- 100˚- 100˚.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 개별 코일(210c)은 코일 평면으로부터 틸팅될 수 있다. 이로 인해 코일 장치(200)의 측면 크기, 즉 코일(210a, 210b)에 의해 형성된 코일 평면 내부의 치수는 감소할 수 있다. 그러나 코일(210c)에 의해 발생된 시간 의존적인 전자기장의 성분은 코일 평면 내에도 위치하기 때문에, 도 2a 및 도 2b의 코일 장치(200)에 의해 도 1의 코일 장치(200)의 전자기장과 유사한 전자기장이 발생될 수 있다.
도 1, 도 2a, 도 2b에 코일 장치(200)가 3개의 코일(210a, 210b, 210c)을 포함하는 각각의 경우들이 도시되는 한편, 일반적으로 더 많은 코일을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 코일 장치(200)가 4개(6개)의 코일을 포함하는 실시예가 고려될 수 있고, 상기 코일들은 각각 코일 평면 내에서 서로 90˚의 각도를 형성한다.
앞에서는 주로 코일 장치(200)의 구조적인 특징들과 관련되었다. 계속해서 어떻게 상기 코일 장치(200)에 의해 회전 전자기장을 발생시키는 것이 가능한지 설명된다. 회전 전자기장은 개별 코일(210a, 210b, 210c)에 의해 송출된 전자기장들의 중복에 의해 발생된다. 회전 전자기장은 이 경우 시간의 함수로서 전자기장의 동일한 위상의 지점들이 코일 장치(200; 대략 상기 코일 장치의 중심점(201);도 1 참조)를 중심으로 회전하는 전자기장일 수 있다.
전자기장의 발생을 위해 코일(210a-210c)은 공진 회로로서 커패시터(도 1 내지 도 3에 도시되지 않음)에 의해 함께 제어된다. 도 3과 관련해서 먼저 도 1의 코일 장치(200)의 각각 와인딩(212a, 212b 및 212c, 212d 및 212e, 212f)이 결합되어, 전체 코일(210a, 210b, 210c)에 전류가 공급되는 실시예가 설명된다. 도 3에 시간의 함수로서 코일(210a, 210b, 210c)을 통과하는 전류 흐름(85)이 기재된다. 이러한 전류 흐름은 상응하는 교류 전압에 의해 달성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 교류 전압/전류 흐름(85)은 - 즉 각도(213a, 213b, 213c)에 따라서 - 120˚의 위상차를 갖는다. 교류 전압(85)은 예를 들어 전류-전압-컨버터에 의해 생성될 수 있고, 상기 컨버터는 코일 장치(200)를 차량의 12 V 직류 전압 공급 시스템에 연결한다. 교류 전압(85)은 각각의 코일(210a-210c)에 결합된 암의 가장 내측 및 가장 외측 콘택에 인가될 수 있다.
코일(210a, 210b, 210c)의 이러한 전류 공급은 도 4에 도시된 전자기장 성분의 진폭(81)에 의해 특징되는 전자기장(80)을 야기한다. 도 4는 시점(t1)에 전자기장(80)을 도시한다. 전자기장은 대칭형을 갖고, 상기 대칭형은 코일 장치의 대칭형에 상응한다. 도 4의 점도는 특히 코일 평면 내의 전자기장(80)을 도시한다.
전자기장(80)은 도 1에 도시된 것과 다른 코일 장치(200)의 다른 구성에 의해서도 도 4에 도시된 것과 동일한 전자기장을 발생시키는 것이 가능하다. 예를 들어 인접한 코일들(210a, 210b, 210c)의 각도(213a-213c)가 도 1의 120도가 아닌 경우에, 교류 전압(85), 특히 위상 변이는 상응하게 조정될 수 있다(도 3 참조). 이로 인해 인접한 각도(213a, 213b, 213c)의 변동이 보상될 수 있고, 도 4에 도시된 상황이 지속될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 개별 코일(210c)이 코일 평면으로부터 틸팅되어 나오는 경우에 동일하게 적용된다. 이 경우 코일 평면 내로 해당 코일(210c)의 투영이 고려될 수 있다.
도 5와 관련해서 하기에 전자기장(80)의 회전이 시간의 함수로서 설명되고, 즉 회전 전자기장(80)이 설명된다. 전자기장(80)이 4개의 다양한 시점(t1, t2, t3, t4)에 도시된다(도 3 참조). 도 5의 하부에 또한 회전 전자기장(80)의 위상(82)이 도시된다. 시간이 증가하는 동안 위상의 증가를 알 수 있다(위상 축적). 도 5에 도시된 바와 같이, 코일 평면 내에서 전자기장(80)은 코일 장치(200)를 중심으로 회전한다. 코일 평면은 따라서 회전 평면과 일치한다. 도 5에 전자기장(80)이 각도/위상의 함수로서 일정한 진폭을 갖는 상황이 도시되는 한편, - 예를 들어 코일 장치(200)의 구조적 형태에 의존해서 - 전자기장(80)의 진폭(81)도 위상에 대한 의존성을 가질 수 있다. 회전류 모터는 회전 전자기장(80)을 발생시키기 위한 코일 장치(200)의 작동 방식과 유사한 것으로 간주될 수 있다.
도 6에 코일 장치(200)의 외부의 지점(P; 도 5 참조)에서 및 회전 평면 내에서 전자기장의 자기장 성분의 진폭(81)의 측정이 예시적으로 도시된다. 도 6에 또한 지점(P')에 대한 진폭(81)이 도시되고(파선), 상기 지점은 회전 평면에 대해 이격되고, 회전 평면 내로 상기 지점의 투영은 지점(P)에 부합한다. 지점(P)와 (P') 사이의 진폭(81)의 차이는 회전 평면과 지점(P') 사이의 간격에 대한 크기이다. 진폭(81)은 전자기장(80)의 전계 강도에 비례한다. 도시된 바와 같이 진폭은 사인 형태(실선)이다. 기준 위상(90)에 대한 차동 위상(92)이 검출될 수 있다. 예를 들어 기준 위상(90)은 전자기장(80)의 변조에 의해 클록 정보(95)로 전달될 수 있다.
전자기장(80)의 변조를 위해, 하기 그룹에서 선택된 변조 기술들이 이용될 수 있다: 주파수 변조(FM), 위상 변조(PM), "주파수 편이 방식(Frequency Shift Keying;FSK)", "위상 편이 방식(Phase Shift Keying; PSK)", 펄스 진폭 변조(PAM), 펄스 코드 변조(PCM). 일반적으로 당업자에게 기본적으로 공개되어 있는 다른 변조 기술들도 가능하다. 기본적으로 다양한 코일(201a, 210b, 210c)에 의해 발생된 전자기장(80)의 상이한 성분들은 상이한 변조 기술 및 특히 변조 주파수로 변조될 수도 있다.
특히 클록 정보(95)도 다양한 코일(201a, 210b, 210c)에 의해 송출된 전자기장(80)의 별도의 변조에 의해 전송될 수 있다. 이는 다시 말해서, 전자기장(80)의 위상이 시간 분해되어 전송될 수 있는 것을 의미할 수 있다. 이때 차동 위상(92)은 전자기장(80)의 전체 회전의 일부로부터, 즉 대략 1/3 또는 2/3 회전(120˚의 각도(213a, 213b, 213c)를 갖는 3개의 코일의 경우에)으로부터 검출될 수 있다.
수신기의 위치를 개별 코일 장치(200)의 작동에 의해 결정하는 것이 가능하다. 위치는 이 경우 상이한 정보 레벨을 표시할 수 있다. 즉 특히 예를 들어, 회전 평면에서 방위각과 관련해서 코일 장치(200)에 대한 위치를 차동 위상(92)으로부터 결정하는 것이 가능하다. 다른 양상에 따라, 2개 이상의 코일 장치들이 사용됨으로써 위치를 더 정확하게 결정하는 것도 가능하다(도 7a 참조). 이 경우 더 정확히는, 방위각 외에 추가로 또는 대안으로서 간격 및/또는 편각이 결정된다. 상이한 좌표계에 상이한 좌표들이 다양하게 재현될 수 있다.
위치를 구좌표계(간격, 방위각, 편각)에서 결정하는 것이 아니라, 모든 임의의 다른 좌표에서 결정하는 것도 가능하다. 위치는 특히 기준 좌표계에서 결정될 수 있다. 기준 좌표계는 바람직하게 코일 장치(들)(200)의 위치와 관련해서 규정될 수 있거나, 예를 들어 코일 장치(들)(200)이 장착된 차량과 관련해서 규정될 수 있다.
도 7a에 수신기(30), 예컨대 차량의 키와 같은 식별 송신기의 위치(P)를 결정하기 위한 2개의 코일 장치(200a, 200b)가 예를 들어 해당 위치 확인 시스템과 관련해서 사용된다. 수신기(30)는 2개의 코일 장치(200a, 200b)의 회전 전자기장(80)을 측정하기 위해 설계된다. 이를 위해 수신기는 예를 들어 하나 이상의 수신기 코일(도 7a에 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 수신기는 또한, 그로부터 차동 위상(92)을 검출하기 위해 설계된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 수신기(30)는 2개의 코일 장치(200a, 200b)의 전자기장(80)에 대해 상이한 차동 위상(91)을 갖는다. 2개의 차동 위상(92)이 검출되고, 코일 장치들(200a, 200b) 사이의 간격이 공지되면, 예를 들어 삼각화에 의해 전자기장(80)의 회전 평면 내에서 수신기(30)의 정확한 위치가 결정될 수 있다. 위치는 예를 들어 코일 장치(200a)에 대한 방향(A)과 거리(a)에 의해 특징화될 수 있다.
수신기(30)의 위치(P)의 결정시 더 높은 정확성을 달성하는 것이 가능하다. 이는, 차동 위상(92)에 추가하여 전자기장(80)의 전계 강도 또는 이에 비례하는 값들이 수신기에 의해 측정됨으로써 이루어질 수 있다. 전계 강도, 예를 들어 전자기장의 자기 성분의 진폭의 추가 측정에 의해, 회전 평면에 대한 수신기(30)의 수직 간격(a')을 결정하는 것이 가능할 수 있다. 이는 도 7b(도 7a의 측면도)에 수직 화살표로 도시된다. 수신기(30)가 회전 전자기장(80)의 회전 평면(300)의 상부 또는 하부의 위치(P')에 위치하면, 차동 위상(92)에 기초한 전술한 삼각화에 의해 회전 평면(300) 내로 수신기(30)의 위치의 투영이 결정될 수 있다. 회전 평면(300)에 대한 수신기(30)의 수직 간격에 의존해서 전자기장(80)의 전계 강도는 더 크거나 더 작을 수 있다(도 6의 파선 참조).
2개의 코일 장치(200a, 200b) 외에도 다른 코일 장치들이 사용되면, 위치 결정 시 불확실성이 감소할 수 있고, 예를 들어 삼각화의 오류가 검출될 수 있다. 도 7a 및 도 7b를 참고로 2개의 코일 장치(200a, 200b)와 관련해서 수신기(30)의 위치를 결정하기 위한 기술들이 앞에서 설명된 한편, 일반적으로 2개 이상의 코일 장치(200a, 200b)를 사용할 수 있다. 예를 들어 3개, 4개 또는 5개의 코일 장치가 사용되면, 수신기(30)의 위치 결정 시 오류를 줄이는 것이 가능할 수 있다. 다수의 전자기장(80)은 시퀀스적으로 또는 차례로 다양한 시점에 송출될 수 있고(시간 다중화) 또는 적어도 부분적으로 상이한 주파수로 동시에(주파수 다중화) 송출될 수 있다. 이로 인해 수신기(30)는 코일 장치들(200a, 200b) 중 하나의 코일 장치에 각각의 측정된 전자기장(80)을 할당할 수 있다.
도 8a에 코일(210a)의 전기 접속이 도시된다. 특히 2개의 코일 권선(212a, 212b)을 볼 수 있다. 2개의 코일 권선(212a, 212b)은 콘택(x1 및 x4)에서 접촉에 의해 접속되어 작동될 수 있다(도 1 참조). 커패시터(226)는 2개의 코일 권선(212a, 212b)에 직렬 접속된다. 그러나 코일 권선(212a)만을 작동하는 것도 가능하다. 이를 위해 다른 커패시터(225)가 코일 권선(212a)에 병렬 접속되어 제공된다.
코일 권선(212a, 212b)이 접속되어 작동되는 경우에 코일(210a)의 인덕턴스는 코일 권선(212a)만이 작동되는 경우보다 크다. 따라서 특히 전자의 경우의 공진 주파수는 후자의 경우의 공진 주파수보다 작을 수 있다. 예를 들어 2개의 코일 권선(212a, 212b)을 가진 코일(210a)의 작동 시 공진 주파수는 커패시터(226)의 인덕턴스 및 커패시턴스의 적절한 설정에 의해, 125 kHz를 갖도록 선택될 수 있다. 상응하게 코일 권선(212a) 및 추가 커패시턴스(225)만을 포함하는 코일(210a)의 작동의 경우에 공진 주파수는 1 MHz로 선택될 수 있다. 물론 커패시턴스 및 인덕턴스의 적절한 설정에 의해 다른 주파수를 생성하는 것이 가능하다. 이를 위해 당업자에게 간단한 기술들이 공개되어 있다.
일반적으로 특정한 용도에서, 즉 원역에서 수신기의 주변 탐색을 위해 커패시터(226)에 대한 직렬 접속의 경우에 전자기장의 송출시 전력 소비는 다른 커패시터(225)에 대한 병렬 접속의 경우보다 클 수 있다. 바람직하게 1 MHz에서 다른 커패시터(224)에 병렬 접속의 제어는 예를 들어 비회전 전자기장을 포함할 수 있다. 이러한 시나리오는 더 작은 전력 소비를 특징으로 하고, 이는 예를 들어 넓은 주변에서 접근 인식을 위해, 즉 차량(1)으로부터 10 m까지의 넓은 작용 범위를 위해 바람직할 수 있다. 식별 송신기(30)가 이러한 원역에서 검출되면, 커패시터(226)에 대한 직렬 접속이 활성화될 수 있다. 이러한 작동 모드에서 예를 들어 차량(1)으로부터 3 m까지의 근역 내의 식별 송신기(30)의 위치와 위치 경로가 결정될 수 있다. 이러한 계층적 작동은 더 적은 에너지 소비를 야기할 수 있고, 이는 특히 전기 자동차에서 바람직할 수 있다.
전술한 주파수를 포함하는 주파수 범위에서, 전자기장(80)의 감쇠율은 주파수에 의존적일 수 있다. 즉 더 높은 주파수가 전자기장(80)의 더 낮은 감쇠율을 야기할 수 있다. 이는 도 8b에 도시된다. 도 8b에 송출하는 코일 장치(200)에 대한 간격으로서 위치에 대해 전자기장(80)의 자기 성분의 진폭(81)이 도시된다. 도 8a와 관련해서 전술한 바와 같이 실선(파선)은 해당 공진 회로의 비교적 낮은(높은) 공진 주파수를 나타낸다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 더 높은 공진 주파수의 경우에 전자기장(80)의 감쇠율은 더 낮다. 따라서 하나의 코일 권선(212a)(2개의;212a, 212)에만 전류가 공급됨으로써 코일 장치(200)의 원역(311)(근역;310) 내의 수신기(30)의 위치 결정을 실행하는 것이 가능할 수 있다.
도 8c에 전력 공급 라인(241)에 접속된 교류 전압원(242)이 개략적으로 도시된다. 전력 공급 라인(241)은 예를 들어 차량의 12 V 전기 계통일 수 있다. 교류 전압원(241)은 도 3에 도시된 바와 같은 교류 전압을 생성하기 위해 설계된다. 도 8c에 또한 컴퓨터 유닛(243)이 도시되고, 상기 컴퓨터 유닛은 버스 시스템(240)을 통해 제어 신호를 수신하고, 이에 기초해서 전자기장(80)의 송출을 제어하기 위해 설계된다.
도 9a 내지 도 9f 및 도 10a 내지 도 10d에 하우징(220) 내의 도 1의 코일 장치(200)의 다양한 관점들이 도시된다. 커패시터(225, 226) 및 다른 파워 전자장치가 하우징의 내부에 배치될 수도 있다. 프린트 회로기판(230) 상의 도전 트랙에 코일 장치를 접속시킬 수 있는 전기 콘택들(222)이 도시된다. 예를 들어 콘택들은 프린트 회로기판 상의 도전 트랙에 의해 교류 전압원(242)에 접속될 수 있다. 또한 홀더(221)가 제공되고, 상기 홀더는 코일 장치(200)를 하우징(220) 내에 위치 고정한다. 하우징은 진동, 침전물, 습기 등에 대해 보호를 제공할 수 있고, 바람직하게 플라스틱으로 제조될 수 있다. 하우징(220)의 상측면은 편의상 도시되지 않지만, 제공될 수 있다. 도 9a 내지 도 9f 및 도 10a 내지 도 10d에 도시된 바와 같이, 하우징의 상측면 및 하측면과 프린트 회로기판(230)은 회전 평면(300) 또는 코일 평면에 대해 평행할 수 있다. 특수한 하우징 형태가 제한되는 것이 아니라, 다양하게 선택될 수 있다. 가용 조립 공간에 따라 상이한 하우징(220)이 바람직할 수 있다. 하우징은 베이스에 대해 평행하게 정렬되어 설치될 수 있다.
도 11에 코일 장치(200)의 대안 실시예가 도시된다. 상기 실시예는 도전 트랙(231)이 프린트 회로기판(230;대시 표시됨) 상에 평면으로 코일 권선(212a, 212c, 212e)을 형성하는 집적된 구조적 형상에 해당한다. 도전 트랙은 예를 들어 에칭 또는 마스킹 또는 리소그래피 기술에 의해 제조될 수 있다. 도전 트랙(230)의 홈(232)이 제공될 수 있고, 상기 홈에 코일 요크(211;도 11에 도시되지 않음)가 삽입되어 고정될 수 있다. 이러한 실시예는 특히 작은 공간 요구의 효과를 가질 수 있다.
하기에서 도 12 내지 도 14를 참고로 적어도 2개의 코일 장치(200, 200a, 200b)를 포함하는 위치 확인 시스템(100)의 시스템 아키텍쳐가 설명된다. 도 7a 및
도 7b와 관련해서 전술한 기술들에 의해 위치 확인 시스템(100)은 차량에 대한 수신기(30), 예컨대 키의 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 위치 결정은 차량의 실외 및 실내에서 비교적 정확하게, 예를 들어 수 센티미터까지 정확하게 이루어질 수 있다. 예를 들어 키의 결정된 위치는 사용자에게 그래픽으로, 예컨대 차량(1)의 탑재 컴퓨터의 스크린에 디스플레이 될 수 있다. 이를 위해 회전 전자기장이 발생될 수 있다.
도 12에 공개된 위치 확인 시스템(100)이 도시된다. 제어장치(25)는 다른 제어장치(25a)에 연결된다. 예를 들어 제어장치(25)는 차량의 중앙 컴퓨터 유닛의 부분일 수 있다. 또한 제어장치(25)는 무선 인터페이스(31)에 접속되고, 상기 인터페이스는 식별 송신기(30)와 함께 데이터 전송을 실행할 수 있다. 다른 제어장치(25a)는 데이터 라인에 의해 차량의 도어 그립 센서(22)에 연결될 수 있다. 상기 도어 그립 센서(22)는 도어 및 테일 게이트 등과 같은 차량의 폐쇄 플랩의 작동 또는 액세스 요구를 검출할 수 있다. 또한 다른 제어장치(25a)는 전력 공급 라인(241)을 통해 전자기장의 발생을 위한 개별 코일(210)에 연결되고, 상기 전자기장은 식별 송신기(30)에 의해 측정될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 공개된 위치 확인 시스템의 시스템 아키텍쳐는 비교적 복잡하게 형성된다. 특히 예를 들어 많은 수의 2선식 전력 공급 라인(241)이 제공되어야 하고, 이는 차량의 복잡한 와이어링을 필요로 한다. 제어장치(25a)는 교류 전압원을 포함하고, 상기 교류 전압원은 라인(241a)을 통해 코일(210)에 전압을 공급한다.
도 13에 본 발명에 따른 위치 확인 시스템(100)이 개략적으로 도시된다.
4개의 코일 장치(200a-200d), 용량성 센서(20) 및 광학 센서들(21)이 제공된다. 코일 장치(200a-200d)는 컴퓨터 유닛(도 13에 도시되지 않음)을 통해 버스 시스템(240)에 연결될 수 있고, 상기 버스 시스템은 제어장치(25)와의 데이터 통신을 가능하게 한다. 버스 시스템은 예를 들어 "계측 제어기 통신망(Controller Area Network; CAN)", "지역 내부 연결 네트워크(Local Interconnect Network; LIN)" 또는 "플렉스레이(FlexRay)" 또는 다른 버스 시스템일 수 있다. 제어장치(25)는 버스 시스템(240)을 통해 명령을 송출하고, 상기 명령은 관련 코일 장치(200a-200d)의 컴퓨터 유닛에 의해 수신 및 해석된다. 이때 코일 장치(200a-200d)는, 제어 신호에 대한 반응으로서 각각의 회전 전자기장(80)을 발생시키기 위해 설계된다. 이를 위해 필요한 에너지는 전력 공급 라인(241)으로부터 얻어질 수 있다. 예를 들어 전력 공급 라인은 직류 전압(대략 12 V)을 제공할 수 있고, 따라서 코일 장치(200a-200d) 내의 해당 전기 스위치 회로, 즉 교류 전압원은, 그로부터 미리 정해진 위상 관계에 따라 전자기장(80)의 발생을 위해 필요한 교류 전압을 생성하기 위해 설계된다. 예를 들어 제어유닛(25)은, 각각의 전자기장(80)이 다양한 시점에(시간 다중화) 및/또는 다양한 주파수로(주파수 다중화) 송출될 수 있도록 코일 장치(200a-200d)를 제어할 수 있다. 도 7a 및 도 7b와 관련해서 전술한 기술들에 의해 수신기(30)의 위치가 결정될 수 있다. 도 13의 위치 확인 시스템(100)은 도 12의 시스템에 비해 더 빠른 반응 시간을 가질 수 있는데, 그 이유는 중간에 삽입된 제어장치(25a)가 생략되기 때문이다.
도 14는 차량(1) 내에 위치 확인 시스템(100)의 배치를 도시한다. 도 14에 또한, 별도의 라인(240, 241)을 통한 제어 및 에너지 공급이 이루어지는 것을 도시한다. 도 14에서 우측 및 좌측 전방 도어에 코일 장치(200a, 200b)가 설치된다. 코일 장치(200a, 200b)를 좌측 및 우측 B-필러 및/또는 C-필러에 설치하는 것이 가능할 수도 있다. 모듈 방식의 다른 코일 장치들이 차량 리어 영역에 제공될 수 있다.
도 15에 수신기의 위치를 결정하기 위한 방법의 흐름도가 도시된다. 방법은 단계(S1)로 시작한다. 예를 들어 방법의 시작은 외부 트리거 신호에 의해 트리거될 수 있고, 이러한 트리거 신호는 예를 들어 도어 그립의 작동일 수 있거나 접근 인식일 수 있다. 먼저 단계(S2)에서 수신기(30)의 위치 평가의 수신이 이루어진다. 예를 들어 수신기(30)의 위치의 평가는 광학 및/또는 용량성 센서들(20, 21)에 의해 이루어질 수 있고, 상기 센서들은 차량(1)의 도어 그립에 제공될 수 있다(도 13 참조). 수신기(30)의 위치의 평가는 따라서 예를 들어 "수신기(30)가 차량(1)에 대해 전방 좌측에 위치함" 또는 "수신기(30)가 차량(1)의 후방에 위치함" 과 같은 정보 레벨을 포함할 수 있다.
후속해서 단계(S3)에서는 이어서 회전 전자기장(80)을 송출하는 코일 장치 또는 코일 장치들의 선택이 단계(S2)에서 평가된 위치에 의존해서 이루어진다. 예를 들어 단계(S2)로부터 도 14에 도시된 바와 같이 수신기(30)가 차량(1) 옆 전방 좌측에 위치하는 경우에, 예를 들어 코일 장치(200b, 200c)가 선택될 수 있고, 이는 차동 위상(도 7a 및 도 7b와 관련해서 전술한 바와 같이)에 기초한 삼각화 시 코일 장치(200a)를 이용한 차동 위상의 결정에 의한 정보 획득은 수신기(30)와의 작은 각도 차로 인해 매우 작은 경우이다. 예에 대한 대안으로서 3개의 모든 코일 장치(200a-200c) 또는 코일 장치(200b)만을 작동하는 것도 가능하다. 단계(S4)에서 트리거 신호가 버스 시스템을 통해 단계(S3)에서 선택된 코일 장치(200a-200c)에 전송된다. 이러한 실제 코일 장치는 회전 전자기장(80)을 송출한다. 회전 전자기장(80)은, 변조에 의해 차량(1)의 식별을 위한 정보 및 클록 정보(95)를 포함하도록 해당 코일 장치(200a-200c)에 의해 발생된다. 예를 들어 클록 정보는 기준 위상을 포함할 수 있고, 상기 기준 위상에 대해 차동 위상이 결정된다. 또한, 단계(S1)의 외부 트리거 신호에 대해 차동 위상을 결정하는 것이 가능할 수도 있다. 회전 전자기장(80)의 송출은 각각의 코일 장치(200a-200c)의 다양한 코일(210a-210c)에 위상 변이된 다수의 교류 전압(85)의 인가 및 해당하는 전자기장의 중첩에 의해 이루어질 수 있다.
단계(S6)에서 전자기장(80)의 측정이 이루어진다. 따라서 단계(S5, S6)는 예를 들어 동시에 실시될 수 있다. 단계(S6)에서 측정은 예를 들어 자기장 성분의 진폭(81)의 시간-/주파수 분해된 유도성 측정을 포함할 수 있다. 단계(S7)에서는 측정된 전자기장(80)의 차동 위상(92)의 검출이 이루어진다. 예를 들어 단계(S7)는 수신기(30) 내의 컴퓨터 유닛에서 실시될 수 있다. 그러나, 단계(S6)에서 측정된 회전 전자기장(80)의 정보는 무선 인터페이스(31)를 통해 제어유닛(25)에 전송될 수 있도 있으므로, 상기 단계(S7)를 실시할 수 있다. 단계(S8)에서, 다른 코일 장치(200a-200c)에 의한 다른 전자기장(80)의 송출 및 측정이 필요한지 여부가 체크된다. 그러한 경우라면, 단계들(S4-S7)이 다시 실시된다. 그렇지 않은 경우라면 단계(S9)에서 검출된 차동 위상(92)에 기초해서 수신기의 위치 결정이 이루어진다. 단계(S9)는 예를 들어 삼각화를 포함할 수 있다. 단계(S9)는 예를 들어 제어장치(25) 내의 컴퓨터 유닛에서 또는 수신기(30)에서 실시될 수 있다. 방법은 단계(S10)에서 종료된다.
단계(S4)에서 별도의 트리거 신호들이 다양한 코일 장치(200a-200c)의 제어를 위해 사용되는 기술이 앞에서 설명된 한편, 단계(S4)를 한 번 만 실행하고, 한 번 전송된 트리거 신호가 어떤 코일 장치(200a-200c)가 전자기장(80)을 발생시켜야 하는지에 대한 모든 정보를 포함하는 것도 가능하다. 이러한 경우에 트리거 신호는 관련 코일 장치(200a-200c) 내의 타이머를 작동시킬 수 있다. 타이머는, 다양한 코일 장치(200a-200c)가 상이한 시점에 전자기장(80)을 송출하도록 구성된다.
또한 전술한 시간 다중화 외에 주파수 다중화 기술을 실행할 수도 있고, 다양한 전자기장(80)을 적어도 부분적으로 동시에 송출할 수도 있다.
또한, 단계(S9)는 수신기(30)의 위치(P, P')의 결정의 상이한 정확성을 특징화할 수 있다. 예를 들어, 하나의 회전 전자기장(80)만이 송출되어 측정되는 경우(단계 S5 및 S6), 해당하는 코일 장치(200a-200c)에 대한 각도 또는 방향(A)으로서만 수신기의 위치(P, P')가 결정되는 것이 가능할 수 있다. 그러나 2개 이상의 회전 전자기장(80)이 사용되면, 수신기의 위치(P, P')는 전자기장(80)의 회전 평면(300) 내에서 정확히 결정될 수 있다. 이는 특히 코일 장치(200a-200c)에 대한 간격(a)을 포함할 수 있다. 선택적으로 단계(S6)에서, 회전 전자기장(80)의 전계 강도, 예를 들어 전자기장(80)의 자기장 성분의 진폭(81)을 측정하고 그로부터 단계(S9)에서 회전 평면에 대한 수신기(30)의 위치(P')의 간격(a')을 추론하는 것이 가능하다(도 6의 파선 참조). 특히 이를 위해 예를 들어 코일 평면에 대해 하나 또는 다수의 코일(210a, 210b, 210c)이 틸팅되는 코일 장치(200)의 실시예가 이용될 수 있다. 이러한 경우는 예를 들어 도 2에 도시된다. 이러한 구성은, 회전 평면에 대해 동일한 간격을 갖는, 즉 상부 또는 하부에(즉 회전 평면에 대해서 거울 대칭으로) 배치된 위치에 대해 상이한 전계 강도값이 측정되는 장점을 가질 수 있다. 이로써 수신기(30)가 회전 평면의 상부 또는 하부에 위치하는지 여부가 결정될 수 있다.
본 발명은 도면을 참고로 바람직한 실시예에 의해 상세히 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 공개된 예에 제한되지 않고, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 다른 변형예들이 유도될 수 있다. 예를 들어 차량의 키를 위한 위치 결정에 이용되는 전술한 기술들을 사람 위치 확인 시스템을 위해 이용하는 것이 가능하다. 예를 들어 위상 정보의 평가를 위해 수신기를 이용하는 일반적인 용도는 사람 및 대상물의 위치 확인이다. 송신기의 경우에 모든 무선 기술, 예를 들어 Bluetoothⓒ, WLAN(Wireless-LAN), RFID(Radio Frequency Identification) 및 다른 것도 가능하다.
예를 들어 또한, 위치 확인 시스템(100)은 특히 정확한 위치 결정에 기초한 다양한 용도를 위해 이용될 수 있다. 즉 예를 들어 키(30)의 위치의 정확한 결정에 의해 키(30)의 이동 검출에 의한 차량(1)의 제어를 가능하게 할 수 있다. 키(30)의 좌-우 이동은 예를 들어 차량(1)의 좌-우 회전을 야기할 수 있다. 사용자는 차량의 외부에 위치할 수 있고, 상기 차량을 원격 제어할 수 있다.

Claims (16)

  1. 회전 전자기장(80)을 발생시키기 위한 코일 장치(200, 200a-200d)로서, 상기 코일 장치(200, 200a-200d)는,
    - 각각 적어도 하나의 관련 코일 권선(212a-212f)을 가진 적어도 3개의 코일(210a, 210b, 210c) 및
    - 적어도 3개의 코일(210a, 210b, 210c)의 자기 커플링을 형성하는 강자성 코일 요크(211)를 포함하고,
    상기 강자성 코일 요크(211)는 상기 적어도 3개의 코일(210a, 210b, 210c) 내에 연속해서 배치되고,
    상기 코일 장치(200, 200a-200d)는 또한,
    - 상기 적어도 3개의 코일(210a, 210b, 210c) 중 하나의 코일에 각각 직렬 접속된 적어도 3개의 커패시터(225) 및
    - 외부 전기 콘택(222)과 기계적 홀더(221)를 가진 하우징(220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 코일(210a, 210b, 210c)은 하나의 코일 평면 내에 배치되고,
    코일 평면 내의 인접한 코일들(210a, 210b, 210c)은 120˚의 각도(213a, 213b, 213c)로 배치되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 코일(210a, 210b, 210c)의 제 3 코일(210c)은 상기 적어도 3개의 코일(210a, 210b, 210c)의 제 1 및 제 2 코일(210a, 210b)에 의해 형성된 코일 평면과 각도(β)를 형성하는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강자성 코일 요크(211)는 중심(210)으로부터 방사방향으로 연장되는 암들(211a, 211b, 211c)을 포함하고,
    상기 적어도 3개의 코일(210a, 210b, 210c)의 각각의 코일 권선(212a-212f)은 상기 암들(211a, 211b, 211c) 중 하나의 암의 둘레에 일정한 개수의 와인딩을 갖는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 코일 권선(212a-212f)은 와인딩을 형성하는 평면 도전 트랙(231)으로서 프린트 회로기판(230) 상에 형성되고,
    상기 프린트 회로기판(230)은 상기 강자성 코일 요크(211)를 위한 홈(232)을 포함하고,
    상기 강자성 코일 요크(211)는 상기 프린트 회로기판(230)의 상부 및 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 일정한 개수의 와인딩을 갖는 2개 이상의 코일 권선(212a-212f)이 코일(210a, 210b, 210c)마다 제공되고, 상기 코일 권선은 함께 또는 별도로 제어될 수 있고,
    상기 코일 장치(200, 200a-200d)는 또한,
    - 적어도 3개의 다른 커패시터(226)를 포함하고, 상기 각각의 커패시터들은 각 코일(210a, 210b, 210c)의 2개 이상의 코일 권선들(212a-212f) 중 하나의 코일 권선에 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 코일 장치.
  8. 삭제
  9. 차량(1)용 식별 송신기(30)의 위치(P, P')를 결정하기 위한 위치 확인 시스템(100)으로서, 상기 위치 확인 시스템(100)은,
    - 상기 차량(1)의 상이한 위치에 고정 장착되고, 각각 회전 전자기장(80)을 위한 송신기로서 작동되도록 설계된, 제 1 항에 따른 적어도 2개의 코일 장치(200, 200a-200d) 및
    - 적어도 2개의 회전 전자기장(30)을 위한 수신기로서 작동되도록 설계되고 수신 코일을 가진 식별 송신기(30)를 포함하고,
    상기 위치 확인 시스템(100)은,
    - 적어도 하나의 교류 전압원(242)을 포함하고, 상기 교류 전압원은 적어도 2개의 코일 장치(200, 200a-200d) 및 전력 공급 라인(241)에 접속되고, 관련 회전 전자기장(80)을 발생시키기 위해 각각의 코일 장치(200, 200a-200d)의 적어도 2개의 코일(210a, 210b, 210c)에 교류 전압(85)을 공급하도록 설계되고, 상기 적어도 2개의 코일(210a, 210b, 210c)의 교류 전압들은 서로 미리 정해진 위상 관계를 갖고,
    인접한 코일들(210a, 210b, 210c)의 위상 관계는 하나의 코일 평면 내의 상기 인접한 코일(210a, 210b, 210c)들이 서로 형성하는 각도에 의존해서 미리 정해지는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 위치 확인 시스템(100)은 또한,
    - 관련 회전 전자기장(80)의 송출을 위한 적어도 2개의 코일 장치(200, 200a-200d)를 미리 정해진 시퀀스로 제어하기 위해 설계된 제어장치(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어장치(25)는 버스 시스템(240)을 통해 적어도 2개의 코일 장치(200, 200a-200d)에 접속되고,
    각각의 적어도 2개의 코일 장치(200, 200a-200d)는 전력 공급 라인(241)에 접속되고,
    상기 각각의 적어도 2개의 코일 장치(200, 200a-200d)는, 버스 시스템(240)을 통해 제어장치의 제어 신호를 수신하기 위해 그리고 제어신호에 의존해서 회전 전자기장(80)을 발생시키기 위해 설계되고, 상기 회전 전자기장(80)을 송출하기 위한 에너지는 상기 전력 공급 라인(241)을 통해 얻어지는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 제어장치(25)는, 적어도 2개의 코일 장치(200, 200a-200d)가 관련 회전 전자기장(80)을 시퀀스적으로 송출하도록 상기 코일 장치를 제어하기 위해 설계되는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  13. 삭제
  14. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개의 코일 장치들(200, 200a-200d) 중 제 1 코일 장치는 차량(1)의 좌측 B-필러의 영역에 설치되고,
    상기 적어도 2개의 코일 장치들(200, 200a-200d) 중 제 2 코일 장치는 차량(1)의 우측 B-필러의 영역에 설치되고,
    상기 적어도 2개의 코일 장치들(200, 200a-200d) 중 제 3 코일 장치는 차량(1)의 리어 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  15. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 코일 장치(200, 200a-200d)는, 적어도 2개의 회전 전자기장(30)의 회전 평면들이 실질적으로 서로 평행하고, 또는
    상기 적어도 2개의 코일 장치(200, 200a-200d)는 베이스 위에 70 cm 내지 130 cm의 범위에 설치되는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
  16. 제 9 항에 있어서,
    - 상기 적어도 2개의 코일(210a, 210b, 210c)을 컴퓨터 유닛(243)에 의해 버스 시스템(240)을 통해서 관련 전자기장(80)을 발생시키기 위한 미리 정해진 시퀀스에 따라 제어하기 위해 설계된 제어장치(25)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 확인 시스템.
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