WO2014033247A1 - Verfahren zum bestimmen einer position eines empfängers und ortungssystem für einen empfänger - Google Patents

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WO2014033247A1
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receiver
electromagnetic field
determining
transmitter
field
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PCT/EP2013/067969
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Bernd Ette
Bernhard Holldack
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
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    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/10—Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements, e.g. omega or decca systems
    • G—PHYSICS
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    • G07C9/00174—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys
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    • G07—CHECKING-DEVICES
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    • G07C2209/00—Indexing scheme relating to groups G07C9/00 - G07C9/38
    • G07C2209/60—Indexing scheme relating to groups G07C9/00174 - G07C9/00944
    • G07C2209/63—Comprising locating means for detecting the position of the data carrier, i.e. within the vehicle or within a certain distance from the vehicle

Definitions

  • Various embodiments relate to a method for determining a position of a receiver and a corresponding location system.
  • various embodiments relate to techniques which allow the position of the receiver to be determined by means of rotating magnetic fields.
  • Techniques which include locating, i. a position determination, e.g. from identification providers.
  • An example of an identification transmitter would be, for example, a key for a motor vehicle: techniques are known which make it possible to determine the position of the key in the vicinity of the motor vehicle in order to achieve access control to the motor vehicle.
  • Conventional techniques are typically based on measuring a field strength of a signal transmitted by a central transmitter
  • supply lines to the plurality of transmitters may require space in the motor vehicle and may require time-consuming and expensive wiring with e.g. make two- or four-wire cables necessary.
  • supply lines to the plurality of transmitters typically three to five, may require space in the motor vehicle and may require time-consuming and expensive wiring with e.g. make two- or four-wire cables necessary.
  • such systems often have a low degree of modularity, since it is not readily possible to operate the system operatively with a smaller or larger number of transmitters - it is therefore not or only possible to a limited extent, different
  • the corresponding system may be relatively susceptible to interference, as a failure or malfunction of the central controller may often result in a complete failure of the system.
  • the invention relates to a method for determining a position of a receiver.
  • the method comprises emitting at least one electromagnetic field in each case by a transmitter, wherein an amplitude of the at least one
  • the method further relates to measuring the at least one electromagnetic field by the receiver and determining a difference phase for each of the at least one electromagnetic field at the position of the receiver based on the measured at least one electromagnetic field.
  • the method further comprises determining the position of the receiver based on the at least one determined difference phase.
  • the electromagnetic field can be a time-dependent electromagnetic alternating field with a specific frequency.
  • the frequency may be, for example, in a range of 100 kHz to 10 MHz, preferably up to 1 MHz, and particularly advantageously 125 kHz or 1 MHz.
  • the transmitter may comprise an electromagnetic resonant circuit having an inductance and a capacitor; The person skilled in the art, techniques are known which allow appropriate design of the transmitter for generating these frequencies.
  • the electromagnetic (em) field can be referred to, for example, as a rotating em field, since the amplitude can rotate in a rotation plane around the transmitter in a time-dependent manner, ie, can perform a rotational movement at an angular velocity.
  • points of the same phase position ie, for example, a maximum or minimum of the field strength of the em field
  • points of the same phase position ie, for example, a maximum or minimum of the field strength of the em field
  • a field strength maximum as the light beam of a lighthouse here the transmitter
  • a lighthouse here the transmitter
  • Rotational frequency of the rotational motion to be equal to the frequency of the em field itself. But it is also possible that the rotation frequency takes other values.
  • the rotational motion of the em field can be characterized (as is typical of cyclical processes) by a particular phase (phase) of the motion; a full rotation can be one
  • the rotating field can be e.g. move at a constant angular velocity.
  • certain predetermined dependencies of the angular velocity on the phase (the angle) are possible.
  • the plane of rotation may be parallel or substantially parallel, i. e.g. less than ⁇ 20 °, preferably less than ⁇ 10 °, more preferably less than ⁇ 2 °, is aligned with the horizontal, e.g. is essentially parallel with a ground.
  • the rotational movement of the em field emitted can result in a corresponding time dependence of the field strength or the phase position of the em field at the location of the receiver.
  • the receiver can be set up to measure the field strength of the em field in a time-dependent and / or frequency-resolved manner.
  • the magnetic field component of the em field may be arranged to measure an amplitude of the magnetic field component of the em field, which in turn may be proportional to a field strength of the em field. It may then be possible to determine the difference phase from the measurement of the field strength; e.g.
  • a reference phase which can be determined in particular from the phase of the em field at the transmitter during transmission.
  • the transmitter sends out the em field in such a way that it points to the east (defined as desired).
  • the receiver is located to the south of the transmitter and does not "see" the maximum (yet) until a phase of 90 ° at the transmitter reaches the maximum of the amplitude (when the rotating em field rotates clockwise) Difference phase can therefore be given as -90 ° in this example
  • a corresponding example can, of course, also be shown for values of the em field other than the maximum of the amplitude, for example, this can relate to a specific trigger level of the amplitude. or descending edge is defined.
  • the difference phase versus another reference phase such as against a system clock or an external trigger signal, such as the actuation of a door handle by a user or a detected object in an environment area or the like.
  • a minimum or a zero crossing instead of the maximum of the amplitude or field strength, or any phase position or significant points of the time characteristic of the characterizing observable.
  • an amplitude of the magnetic component of the electromagnetic field may be considered, or an amplitude of the electric
  • the transmitter and / or the receiver may include at least one coil configured to interact inductively with the magnetic component of the electromagnetic field.
  • the position of the receiver can be determined.
  • the term "position” can denote a wide variety of accuracy of positioning: In a particularly simple embodiment, the term “position” can only designate an angle of the receiver with respect to the transmitter (-90 ° in the above example).
  • position additionally or alternatively to the angle with respect to the transmitter also designates a distance with respect to the transmitter, for example within the plane of rotation of the em field It is also possible that the term “position” additionally or alternatively a distance, for example, with respect to this plane of rotation of the em field, ie perpendicular to the plane of rotation; in such a case, it may in particular be possible for the term "position” to denote an absolute position determination of the receiver within a reference coordinate system;
  • the reference coordinate system may be generally arbitrary, it may be desirable to define it with respect to the at least one transmitter (for example, it may be located at the origin of the reference coordinate system).
  • the term "determining a position" may include determining individual coordinates of the
  • Three-dimensional space such as distance and / or azimuth angle and / or polar angle of a spherical coordinate system, or all coordinates of the three-dimensional space denote.
  • a particularly accurate determination of the position of the receiver may include in particular the determination of several or all coordinates of the three-dimensional space.
  • Frequency multiplexing can have the effect of particularly fast determination of the position.
  • Determining the position of the receiver may be done based on triangulation for the at least two differential phases, and determining the position of the receiver may include determining a direction and distance at which the receiver is located in a plane of rotation of the time dependent electromagnetic field with respect to at least one of the transmitters , include.
  • determining the position of the receiver may include determining a direction and distance at which the receiver is located in a plane of rotation of the time dependent electromagnetic field with respect to at least one of the transmitters , include.
  • time-multiplexing since the several em fields are sent sequentially, that is successively or at different times.
  • the triangulation may generally mean determining the position based on the measured difference phases and a known arrangement of the plurality of transmitters to each other. Techniques for triangulation are known in principle to the person skilled in the art, so that no further details need to be explained here.
  • the transmitters may be stationary, e.g. are arranged with respect to the reference coordinate system, and the receiver is arranged to be movable.
  • the direction may be indicated as an azimuth angle in a reference coordinate system with spherical coordinates originating from one of the transmitters.
  • Other definitions are possible.
  • Such techniques involving the emission of two or more em fields may allow for a particularly accurate determination of the position of the receiver, or they may allow two or three coordinates of the position of the receiver to be determined.
  • the certain position can be displayed for example on a display for a user. This can also make it easy to find the recipient.
  • the techniques of triangulation the effect of accurate position determination can be achieved. It should be understood that the determination of a difference phase for the rotating em fields can be done comparatively accurately, ie can have a comparatively small error - in particular in comparison to conventional techniques which are based on a measurement of the field strength of the em field and in which
  • Position determination based on a damping rate of the amplitude of the em field.
  • the two or more em fields may be sent out so that they all rotate in a plane of rotation.
  • Electromagnetic field occurs, wherein determining the position of the receiver determining a direction under which the receiver in a plane of rotation of the
  • time-dependent electromagnetic field with respect to at least one of the transmitter is arranged comprises.
  • the method may further comprise receiving an estimate of the position of the receiver, wherein transmitting the at least one electromagnetic field is the one of
  • the estimate of the position is obtained from further sensor data.
  • the estimation of the position can be obtained from elements of the following group: actuation of a door handle of the
  • estimating the position of the receiver may specify a range of possible positions of the receiver; the area can e.g. be defined in a reference coordinate system.
  • the position of the receiver specifies that the receiver is in a position between the north direction and the east direction opposite the transmitter.
  • the measurement duration of the em field can thereby be reduced - which on the one hand can reduce the time required to determine the position and on the other hand can reduce energy consumption for transmission.
  • the latter can be particularly advantageous in applications in which only a limited reservoir of energy for emitting the at least one em field is available.
  • a corresponding application example would be, for example, determining the position of the key for a battery-powered electric motor vehicle.
  • the transmission can be done either sequentially or for the single electromagnetic field for the two or more electromagnetic fields. For example, it may be possible to transmit only one em field if the estimate of the position is within a certain predetermined range - for example in the application for key location in the motor vehicle behind the
  • the method may further comprise determining a field strength for the at least one electromagnetic field in the position of the receiver based on the measured at least one electromagnetic field, wherein determining the position of the receiver is determining a distance of the receiver to a plane of rotation of the electromagnetic field based on includes the determined field strength.
  • a coil may be provided as a transmitter which encloses a certain angle with the plane spanned by the other coils plane. Namely, if the receiver is spaced from the plane of rotation, so at the same position within the plane of rotation (distance to the transmitter, angle to the transmitter) larger or smaller distances to
  • Rotation level cause smaller or larger field strengths.
  • the field strength e.g. the amplitude of the magnetic field component can be used. It may alternatively or additionally also be desirable, based on the field strength a distance of
  • the method may further comprise modulating the at least one electromagnetic field to transmit information to the receiver, the information comprising elements selected from the group consisting of a reference phase clock information, identification information of the at least one transmitter.
  • modulation techniques selected from the following group: Frequency Modulation (FM), Phase Modulation (PM), Frequency Shift Keying (FSK), Phase Shift Keying (PSK), Pulse Amplitude Modulation (PAM), Pulse Code Modulation (PCM).
  • FM Frequency Modulation
  • PM Phase Modulation
  • FSK Frequency Shift Keying
  • PSK Phase Shift Keying
  • PAM Pulse Amplitude Modulation
  • PCM Pulse Code Modulation
  • other modulation techniques as are generally known to those skilled in the art, are possible.
  • the identification information may include, for example, information about a position of the respective transmitter.
  • This position information can indicate, for example, where in relation to the motor vehicle, the respective transmitter is, such as "right front” or “left” or “rear right", etc. It is possible, for example, to transmit this position information explicitly or as Code parameterized, eg via a table stored in the receiver, for example
  • Modulation frequency equal for all em fields to choose.
  • the transmitted information can differ in each case.
  • each rotating em field may be represented by a plurality, e.g. three or four em fields sent out by individual coils under a given phase relationship is generated.
  • These em fields generating the rotating em field may in turn be differently modulated, e.g. to transmit different information.
  • a particular modulation technique and / or modulation frequency may be preferred - for example, the modulation technique in an application for determining the position of a motor vehicle key may be different than an application for locating persons in a building space.
  • the determination of the difference phase is still based on the timing information of the reference phase.
  • the difference phase compared to the reference phase can be determined.
  • the clock information may have different information content: In a particularly simple embodiment, it is possible that the clock information only indicates a zero crossing (or integer multiple of 360 °) of the reference phase. In various other embodiments, however, it may be possible for the reference phase to be transmitted time-resolved via the clock information. It may thus be possible to determine the current phase position or reference phase in a fraction of a rotation of the em field. Of course, it is also possible to transmit the reference phase in certain steps, for example at intervals of ⁇ / 2 or ⁇ / 4 or ⁇ / 8 etc.
  • the identification information may be used, for example, in applications that include authentication of the recipient. For example, in the position determination of a motor vehicle key, the identification information of at least the motor vehicle with identification information of the recipient to prevent unauthorized access.
  • Frequency ranges such as the above-mentioned frequency ranges
  • a higher (lower) frequency can cause a lower (greater) rate of decay of the field strength and therefore allow a larger (smaller) sensitive area. It will be explained below how, in various embodiments, the position determination method according to the present aspect can make use of this finding.
  • the method may comprise transmitting at least one further electromagnetic field in each case by a transmitter, wherein the at least one further electromagnetic field may have a frequency that is greater than a frequency of the at least one electromagnetic field.
  • the method may further comprise measuring the at least one further electromagnetic field by the receiver and determining a field strength for each of the at least one further electromagnetic field at the position of the receiver based on the measured at least one further electromagnetic field and determining a distance of the receiver the at least one transmitter based on the at least one detected field strength include.
  • the amplitude e.g. the magnetic component
  • the frequency of the further em field it may be possible for the frequency of the further em field to be about 1 MHz and the frequency of the em field to be 125 kHz. In such a case, the fading rate of the field strength of the further em field may be less than the fading rate of the em field.
  • the further electromagnetic field rotates in each case as a function of time with respect to the respective transmitter - in other words, it may be possible for the further em field to also be a rotation field or a rotating field.
  • the other em field is a rotation field.
  • the further em field may have no or only a slight temporal dependence of the field strength on the angle with respect to the transmitter or the angular velocity is 0. In the latter case, it may be possible to determine the field strength, the distance, ie a component of the position in the
  • the electromagnetic field determines the electromagnetic field. This may be the case, since the sensitive area for the at least one further electromagnetic field may be greater than the sensitive area for the at least one electromagnetic field.
  • the emission of the at least one further electromagnetic field which is not a rotation field, can have a comparatively low energy consumption.
  • Electromagnetic field and determining the position of the receiver based on the at least one determined difference phase can be done selectively taking into account determining the distance of the receiver with the at least one further em field.
  • the far-end range may extend to greater distances to the transmitter than the near-end range.
  • the far-end area can surround the near area and adjoin it.
  • the at least one em field can be selectively emitted and the following steps performed accordingly ( Measuring, determining difference phase, determining position).
  • the emission of the at least one time-dependent electromagnetic field can in each case the phase-shifted energizing of at least three in a plane of rotation of the
  • Coordinate arranged coils of the at least one transmitter wherein the phase-offset Bestromen a structurally predetermined angular arrangement of the at least three coils in the plane of rotation considered, so that a rotation frequency of the electromagnetic field is equal to a frequency of the electromagnetic field.
  • the coil plane or rotation plane it may be possible to have three (four) coils at angles of 120 ° (90 °) in a plane, i. the coil plane or rotation plane are arranged.
  • the coils it is e.g. it is possible for the coils to be energized so that the rotating em field is transmitted so that it performs one or two or more rotations, i. Phases of 2 TT, 4 TT, etc. accumulated. It is also possible that the coils are energized so that the rotating em field is transmitted so that it performs only a fraction of a complete rotation, about 1/4 turn or 1/2 turn, i. Phases of ⁇ / 2 or ⁇ are accumulated.
  • electromagnetic field is triggered by a control signal sent by a trigger signal. It may thus be possible that e.g. the phases of several
  • the emitted time-dependent em fields are synchronized. This can have the effect of a particularly simple determination of the difference phase.
  • the at least one em field can be transmitted with a specific time offset with respect to the trigger signal; it is also possible that different em fields have different temporal offset from the trigger signal.
  • the trigger signal may further transmit information about this skew. It is possible that the receiver is movable relative to the at least one transmitter, and that the at least one transmitter is connected to a control unit.
  • the method may further include wirelessly transmitting the determined differential phase and / or the determined position from the mobile receiver to the controller. It may be possible to carry out the steps of determining a difference phase and determining the position in a computer unit of the receiver.
  • Triangulation in such a stationary computer unit.
  • Stationary can hereby e.g. mean: fixedly mounted in a motor vehicle.
  • the invention relates to a method for determining a position of an access control access sensor to a motor vehicle, which is configured according to the method for determining a position of a receiver according to another aspect of the invention.
  • the identification transmitter may be a key of the motor vehicle.
  • identification information which is transmitted to the identification transmitter, for example by modulating the electromagnetic field, is compared with identification information of the identification transmitter. This can serve the authentication or access control.
  • effects can be achieved which are comparable to the effects that can be achieved for a method for determining the position of the receiver according to a further aspect of the invention.
  • the invention relates to a location system for a receiver, wherein the location system comprises at least one transmitter, which is in each case arranged to emit a time-dependent electromagnetic field, wherein an amplitude of the
  • Locating system further comprises the receiver, which is adapted to measure the at least one time-dependent electromagnetic field.
  • the location system further comprises a computing unit configured to perform the steps of: determining a difference phase for each of the at least one electromagnetic field at the position of the receiver based on the measured at least one time-dependent one electromagnetic field; and determining the position of the receiver based on the at least one determined difference phase.
  • the computing unit is located within the receiver. But it is also possible that the computer unit is arranged outside the receiver. It is also possible that parts of the steps of the computing unit are performed within the receiver, for example, determining the difference phase while other parts are being performed outside the receiver, for example determining the position of the receiver. It is possible that the computer unit or functions of the computer unit are implemented as hardware or software or a combination thereof and / or are executed on different hardware units.
  • the location system of the presently discussed aspect may be further configured to perform a method of determining a position of a receiver according to another aspect of the present invention.
  • effects can be achieved which are comparable to the effects that can be achieved for the method for determining the position of the receiver according to the further aspect of the invention.
  • the invention relates to a motor vehicle, which a
  • Locating system for a receiver wherein the location system comprises at least one transmitter, which is arranged in each case to emit a time-dependent electromagnetic field, wherein an amplitude of the electromagnetic field as a function of time rotates relative to the transmitter.
  • the positioning system of the motor vehicle further comprises the receiver, which is configured to measure the at least one time-dependent electromagnetic field.
  • the location system of the motor vehicle further comprises a
  • a computer unit configured to perform the steps of: determining a difference phase for each of the at least one electromagnetic field at the location of the receiver based on the measured at least one time dependent one
  • the invention relates to a coil arrangement for generating a rotating electromagnetic field, wherein the coil arrangement comprises at least three coils, each with at least one associated coil winding.
  • the coil arrangement further comprises a ferromagnetic coil yoke, which produces a magnetic coupling of the at least three coils.
  • the at least one coil winding may itself comprise a plurality of turns of an electrically conductive wire or a conductor tracks.
  • the coils may comprise one or more coil windings - in other words, in the case of a plurality of coil windings of a coil, these coils may be separately electrically contactable or tapped off.
  • the magnetic coupling may be characterized by a certain magnetic flux, e.g. has a certain size.
  • a magnetic flux may e.g. be generated by the continuous connections of Spulenjoche.
  • Coil arrangement has a certain value, e.g. about or exactly 0.
  • the coil yoke can be continuous, ie without or only with a few and / or with very small or short interruptions or air gaps. It may be made of a ferromagnetic material, such as iron, chromium, nickel, oxides of these materials, such as ferrite, alloys of iron, chromium, nickel, etc.
  • the magnetic coupling may refer to a ferromagnetic exchange interaction extending over the entire region of the coil yoke formed.
  • the at least three coils are arranged in a coil plane and that adjacent coils are arranged within the coil plane at angles of approximately 120 °.
  • adjacent coils may be arranged at angles of 120 ° ⁇ 10 °, preferably ⁇ 5 °, more preferably ⁇ 0.5 °. It may then be possible to generate the rotating electromagnetic field with a comparatively simple driving of the coils (for example, with AC voltages phase-shifted by 120 °). in the
  • angles that include adjacent coils within the coil plane with each other, possible. If the coils are arranged inside the coil plane, this may mean that the coils (or their central axes) have no or only a small angle, e.g. ⁇ 10 °, preferably ⁇ 5 °, more preferably ⁇ 1 °, with vectors spanning the coil plane.
  • embodiments have been described in which all the coils lie within a coil plane.
  • a coil plane can determine a plane of rotation of the rotating em field.
  • embodiments are also possible in which individual or several coils are located outside the coil plane, which is defined by at least two coils. In other words, one or more coils can be tilted relative to the coil plane. Even in such a case, it may be possible for the coil plane to define the plane of rotation.
  • the ferromagnetic coil yoke is arranged continuously within the at least three coils, and that the coil arrangement further comprises at least three
  • Capacitors each connected in series with one of the at least three coils, and a housing with external electrical contacts and mechanical holders.
  • each coil may be connected in series (series connection) with a capacitor.
  • the values of the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor can then determine, in a manner known to those skilled in the art, a frequency of the respective em field produced.
  • the frequency may e.g. in a range from 100 kHz to 10 MHz, preferably up to 1 MHz, particularly advantageously 125 kHz or 1 MHz.
  • Coil windings and therefore different inductances vorzuhalten can therefore be several resonant circuits with different resonance frequencies available.
  • the coil arrangement can therefore emit em fields with different frequencies.
  • the at least one coil windings of the at least three coils each have the same geometries and / or turns.
  • the at least three coils may be of the same type and type. It Therefore, it may be possible to generate by means of a particularly simple energizing the rotating em field, which advantageously has a constant angular velocity of the rotation.
  • the invention relates to a location system for determining a position of an identification transmitter for a motor vehicle, wherein the positioning system comprises at least two coil arrangement according to a further aspect of the invention, wherein the at least two coil arrangement are fixedly mounted and arranged at different locations of the motor vehicle, each to be operated as a transmitter for a rotating electromagnetic field.
  • the location system further comprises the identification transmitter with a receiving coil, wherein the identification transmitter is set up to be operated as a receiver for the at least two rotating electromagnetic fields.
  • the location system may be configured to adjust the location of the
  • the location system may be arranged to determine the position in an interior of the motor vehicle.
  • a frequency of the receiver coil can be tuned to the frequencies of the at least two coil arrangements. It may preferably be e.g. three or four
  • Coil arrangements may be provided.
  • the coil assemblies may be mounted spaced apart.
  • such a location system may be configured to perform the method for determining the position of the receiver.
  • a particularly accurate determination of the position of the identification transmitter can take place. For example, it may be possible to determine a reference phase relative to the at least two rotating ones
  • the location system may further comprise a control unit, which is set up, the at least two coil arrangements for emitting the respective rotating
  • the controller may e.g. be a central computer unit of the motor vehicle.
  • the control unit may be implemented as hardware or software or a combination thereof on the central computer unit of the motor vehicle.
  • control unit via a bus system with the at least two
  • Coil assemblies is coupled and that each of the at least two coil assemblies is coupled to a supply line and that each of the at least two coil assemblies is arranged to receive a control signal of the controller via the bus system and to generate in response to the control signal, the rotating electromagnetic field, wherein the energy for emitting the rotating electromagnetic field over the
  • the coil arrangements may comprise a computer unit as an interface for communication with the control unit via the bus system.
  • the computer unit can be set up to receive and process the control signal.
  • the supply line may e.g. be an electrical system of a motor vehicle.
  • Supply line may e.g. have other current-voltage ratios than is necessary for driving the coils of the coil assemblies for generating the rotating em field.
  • the supply line can provide a 12 V DC voltage. Therefore, the coil assemblies may include a circuit for current-voltage conversion, that is, an AC voltage source.
  • the coil assemblies may include a circuit for current-voltage conversion, that is, an AC voltage source.
  • Decentralized supply of coil arrangements with energy to generate the rotating field em As effect, a simplified system architecture can be achieved - in particular, it may be unnecessary to provide dedicated supply lines from the controller to the individual coil assemblies.
  • the coil assemblies can selectively remove energy from the vehicle electrical system in response to an instruction from the controller via the bus system to generate the rotating em field. Typically they are
  • the invention relates to a motor vehicle with a location system for determining a position of an identification transmitter for a motor vehicle, wherein the location system of the motor vehicle at least two coil arrangement according to another Aspect of the invention comprises, wherein the at least two coil assembly are fixedly mounted at different locations of the motor vehicle and are arranged to be operated in each case as a transmitter for a rotating electromagnetic field.
  • Positioning system of the motor vehicle further comprises the identification transmitter with a receiving coil, wherein the identification transmitter is configured to be operated as a receiver for the at least two rotating electromagnetic fields.
  • FIG. FIG. 1 is a plan view of a coil assembly for a locating system
  • Coil arrangement comprises three coils each having two coil windings
  • FIG. 2A is a plan view of a coil arrangement as shown in FIG. 1, in which a coil is tilted with respect to a coil plane;
  • FIG. FIG. 2B is a side view of the coil assembly of FIG. 2A is;
  • FIG. FIG. 3 shows the current through the coils of the coil assembly of FIG. 1 as a function of time, the current being generated by an AC voltage;
  • FIG. 4 is an isocontopic plot of the amplitude of the magnetic field component of the coil assembly of FIG. 1 generated electromagnetic field at a certain time;
  • FIG. FIG. 5 shows the rotation of the electromagnetic field of the coil arrangement of FIG. 1 illustrates the amplitude of the magnetic field component by means of the temporal evolution of isocontopic plots;
  • FIG. FIG. 6 shows a measured amplitude of the magnetic component of the rotating electromagnetic field of FIG. 5 represents a point within the plane of rotation spaced from the transmitter as a function of time;
  • FIG. 7A illustrates a phase relationship for a particular position of the receiver versus a rotating electromagnetic field generated by two coil arrays
  • FIG. Fig. 7A is a plan view of a plane of rotation in which the electromagnetic field is rotating
  • FIG. 7B is a side view of FIG. 7A is and a distance of the receiver to the
  • FIG. 8A illustrates an electrical circuit of a coil comprising two coil windings and two capacitors
  • FIG. 8B shows a rate of decay of the field strength of the electromagnetic field for different modes of operation of the electrical circuit of FIG. 8A or illustrated for different frequencies;
  • FIG. 8C schematically illustrates an AC source connected to a vehicle electrical system and the coils of the coil assembly
  • FIG. 9A is a perspective view of the coil assembly of FIG. 1 is in a housing
  • FIG. 9B is a top plan view of the coil assembly with housing of FIG. 9A is;
  • FIG. 9C is a bottom plan view of the coil assembly with housing of FIG. 9A is;
  • FIG. 9D is a perspective view of the coil assembly of FIG. 9A is where the
  • Coil assembly is mounted on a guide plate
  • FIG. 9E is another perspective view of the coil assembly of FIG. 9A, wherein the coil assembly is mounted on a baffle;
  • FIG. 9F is a side view of the coil assembly of FIG. 9D and 9E;
  • FIG. 10A is a perspective view of the coil assembly of FIG. Figure 1 is in an alternative embodiment of the housing;
  • FIG. 10B is a top plan view of the coil assembly with the alternative
  • Embodiment of the housing of FIG. 10A is;
  • FIG. 10C is a bottom plan view of the coil assembly with the alternative
  • Embodiment of the housing of FIG. 10A is;
  • FIG. 10D is a perspective view of the coil assembly of FIG. 1 with the alternative embodiment of the housing, the coil assembly being mounted on a baffle;
  • FIG. 10E is a side view of the coil assembly of FIG. 1 with the alternative
  • Embodiment of the housing wherein the coil assembly is mounted on a guide plate;
  • FIG. 1 1 is a plan view of an integrated on a printed circuit board embodiment of the
  • Coil arrangement is, in which the coils are formed by conductor tracks
  • FIG. 12 is a schematic sketch of a prior art locating system for a
  • Identification transmitter of a motor vehicle is
  • FIG. 13 is a schematic sketch of a locating system according to the invention for a
  • Identification transmitter of a motor vehicle is
  • FIG. 14 shows a structural arrangement of the locating system of FIG. 13 represents in the motor vehicle.
  • FIG. Fig. 15 is a flowchart of a method for determining a position of a receiver.
  • FIG. 1 is a plan view of a coil assembly comprising three coils 210a, 210b, 210c.
  • the coil 210a has two coil windings 212a, 212b.
  • the coil 210b has two coil windings 212c, 212d.
  • the coil 210c has two coil windings 212e, 212f.
  • the coil windings 212a-212f are each wound around one of three arms 21 1 a, 21 1 b, 21 1 c of a ferromagnetic Spulenjochs 21 1 and can be electrically contacted separately.
  • the coil yoke may e.g. consist of iron, nickel, chromium, oxides or alloys of these materials.
  • the arms 21 1 a, 21 1 b, 21 1 c have a circular cross section and are therefore cylindrical. They may have a diameter of 3 mm-30 mm, preferably 6 mm.
  • the shape of the arms is variable. They extend radially from a center of the coil assembly 200.
  • the coil yoke is continuous and therefore in particular has no large gaps or gaps - therefore, a magnetic coupling (in the form of a ferromagnetic
  • the magnetic flux may be at various points of the coil assembly 200
  • the magnetic flux may be zero or near zero, i. a very low value.
  • the coils 210a, 210b, 210c are all in one plane.
  • FIGS. 2A and 2B an alternative embodiment is shown in which the coil 210c is tilted with respect to this plane (coil plane) by an angle ß.
  • the angle ⁇ can be e.g. in a range of 20 ° -30 °.
  • the coil 210a includes an angle 213a with the coil 210b.
  • the coil 210b includes an angle 213b with the coil 210c.
  • the coil 210c includes an angle 213c with the coil 210a.
  • These angles 213a, 213b, 213c each extend within the coil plane. In the embodiment of FIG. 1, these angles 213a, 213b, 213c take equal values, namely 120 °. In other words, the
  • Coil assembly 200 of FIG. 1 is a star configuration. While in FIG. However, as shown in Figure 1, a highly symmetrical embodiment, it is generally possible for the various angles 213a, 213b, 213c to assume different values - this may be be particularly desirable if a design of the coil assembly 200 is subject to certain limitations due to structural limitations.
  • the angles 213a, 213b, 213c are not particularly limited and can take various values.
  • the angles 213a-213b-213c could each have the following values: 180 ° -90 ° -90 °; 200 ° - 80 ° - 80 °, 160 ° - 100 ° - 100 °.
  • individual coils 210c may be tilted out of the coil plane. This allows the lateral dimensions of the coil assembly 200, i. the dimensions are reduced within the spool plane spanned by the spools 210a, 210b. However, since a component of the time-dependent electromagnetic field generated by the coil 210c is still within the coil plane, can with the
  • Coil assembly 200 of FIGS. 2A and 2B an electromagnetic field generated by the electromagnetic field of the coil assembly 200 of FIG. 1 is comparable.
  • the coil assemblies 200 comprise three coils 210a, 210b, 210c
  • the coil arrangement 200 comprises four (six) coils which each enclose an angle of 90 ° (60 °) to one another within the coil plane.
  • the rotating field is generated by superimposing the em fields emitted by the individual coils 210a, 210b, 210c.
  • the rotating em field can designate such a field in which points of the same phase of the em field rotate as a function of time about the coil arrangement 200 (for example its center 201, see FIG.
  • the coils 210a-210c together with a
  • Capacitor (not shown in FIGS. 1 - 3) driven as a resonant circuit.
  • FIGS. 3 an embodiment is discussed in which the entire coils 210a, 210b, 210c of the coil assembly 200 of FIG. 1, i. each of the windings 212a, 212b and 212c, 212d and 212e, 212f combined, are energized.
  • the current flow 85 through the coils 210a, 210b, 210c is plotted as a function of time. Such a current flow can be achieved by a corresponding AC voltage.
  • the alternating voltages / the current flow 85 have a phase difference of 120 ° - ie
  • the AC voltage 85 can, for example by a Current-voltage converter, the coil assembly 200 with a 12 V
  • the DC voltage network of a motor vehicle connects, generated.
  • the AC voltage 85 may then be applied to the innermost and outermost contacts of an arm associated with the respective coil 210a-210c.
  • Such energization of the coils 210a, 210b, 210c causes an electromagnetic field 80, as shown by the in FIG. 4 plotted amplitude 81 of the magnetic field component is characterized.
  • FIG. 4 shows em field 80 at time t-i.
  • the electromagnetic field has a symmetry similar to that of the coil arrangement.
  • the plot of FIG. 4 illustrates the em field 80, in particular within the coil plane.
  • an electromagnetic field 80 equal to that shown in FIG. 4 also with other configurations of the coil assembly 200 that are different from those shown in FIG. 1 shown. For example, if the angles 213a-213c of adjacent coils 210a, 210b, 210c are different than 120 of FIG. 1, so can the
  • AC voltage 85 in particular a phase shift
  • the change of the adjacent angles 213a, 213b, 213c can be compensated and a situation as shown in FIG. 4 are maintained.
  • the rotation of the em field 80 is discussed below as a function of time, i. the rotating em field 80 explained.
  • the em field 80 is shown at four different times t1, t2, t3, t4 (see also FIG. 3).
  • the phase 82 of the rotating em field 80 is also plotted. An increase in phase 82 for increasing times is visible (phase accumulation).
  • the em field 80 rotates about the coil assembly 200 within the coil plane. The coil plane is therefore coincident with the plane of rotation.
  • a situation is shown where the em field 80 has a constant amplitude as a function of angle / phase, e.g.
  • the amplitude 81 of the em field 80 also have a dependence on the phase.
  • FIG. 6 is a measurement of the amplitude 81 of the magnetic field component of the em field 80 at a point P (see also FIG. 5) in the outer space of the coil arrangement 200 and, for example, plotted within the plane of rotation.
  • the amplitude 81 for a point P '(dashed line) which is spaced from the plane of rotation and whose projection in the plane of rotation is coincident with the point P.
  • the difference of the amplitude 81 between the points P and P ' is a measure of the distance of the point P' to the plane of rotation.
  • the amplitude 81 is proportional to a field strength of the em field 80. As can be seen, the amplitude varies sinusoidally (solid line). It is possible to determine a difference phase 92 with respect to a reference phase 90.
  • the reference phase 90 may be transmitted with timing information 95 by modulating the em field 80.
  • modulation techniques may be used which are selected from the following group: Frequency Modulation (FM), Phase Modulation (PM), Frequency Shift Keying (FSK), Phase Shift Keying (PSK), Pulse Amplitude Modulation (PAM) , Pulse Code Modulation (PCM).
  • FM Frequency Modulation
  • PM Phase Modulation
  • FSK Frequency Shift Keying
  • PSK Phase Shift Keying
  • PAM Pulse Amplitude Modulation
  • PCM Pulse Code Modulation
  • other modulation techniques as are generally known to those skilled in the art, are possible.
  • the clock information 95 can also be transmitted by separate modulation of the em fields 80 emitted by the various coils 201 a, 210 b, 210 c.
  • this can mean that the phase of the em field 80 can be transmitted in a time-resolved manner.
  • Position here may denote different information depths: in particular it is e.g. it is possible to determine the position with respect to an azimuth angle in the plane of rotation with respect to the coil assembly 200 from the differential phase 92.
  • the different coordinates can be represented differently.
  • the position is not in a spherical coordinate system (distance,
  • the position can be in particular in a reference coordinate system be determined.
  • the reference coordinate system may be suitably determined with respect to the positions of the coil assembly (s) 200 or, for example, with respect to a motor vehicle by incorporating the coil assembly (s) 200.
  • the receiver 30 is arranged to measure the rotating em field 80 of the two coil assemblies 200a, 200b.
  • the receiver may e.g. one or more receiver coils (not shown in FIG. 7A).
  • the receiver is further configured to determine the difference phase 92 from this. As shown in FIG. 7A, the receiver 30 has different
  • Difference phases 91 with respect to the em fields 80 of the two coil assemblies 200a, 200b on. are both difference phases 92 determined and is the distance between the
  • Coil arrangements 200a, 200b are known, e.g. the exact position of the receiver 30 within the plane of rotation of the em fields 80 are determined by triangulation.
  • the position may be defined by the direction A and the distance a e.g. be characterized in relation to the coil arrangement 200a.
  • Differential phase 92 also a field strength of the electromagnetic field 80 or a proportional size is measured by the receiver.
  • the field strength i. for example, the amplitude of the magnetic component of the
  • FIG. 7A (Side view of FIG. 7A) illustrated by the vertical arrow. Namely, if the receiver 30 is located at a position P 'above or below the plane of rotation 300 of the rotating electromagnetic fields 80, the triangulation described above based on the difference phases 92 can unambiguously determine a projection of the position of the receiver 30 into the plane of rotation 300. Depending on the vertical spacing of the receiver 30 from the plane of rotation 300, then the field strength of the em field 80 may be greater or less (see dashed line in FIG. 6).
  • an uncertainty in the position determination can be reduced, for example, an error of the triangulation can be determined.
  • FIGS. 7A and 7B techniques for determining the position of the receiver 30 with respect to two coil assemblies 200a, 200b have been discussed, it should be understood that it is incorporated herein by reference Generally, it is possible to use more than two coil assemblies 200a, 200b. For example, if three, four or five coil arrangements are used, it may be possible to reduce an error in the determination of the position of the receiver 30.
  • the plurality of em fields 80 may be transmitted sequentially at different times (time multiplexing) or at least partially concurrently with different frequencies (frequency multiplexing). This allows the receiver 30 to assign the respectively measured em field 80 to one of the coil arrangements 200a, 200b.
  • FIG. 8A shows an electrical connection of the coil 210a.
  • the two coil windings 212a, 212b are visible.
  • the two coil windings 212a, 212b can be operated in a coupled manner by contacting at the contacts x1 and x4 (see also FIG. 1).
  • a capacitor 226 is connected in series with the two coil windings 212a, 212b.
  • a further capacitor 225 is provided in parallel with the coil winding 212a.
  • An inductance of the coil 210a is larger in the case that the coil windings 212a, 212b are coupled, than in the case where only the coil winding 212a is operated. Therefore, in particular, a resonance frequency for the former case may be lower than a resonance frequency for the latter case.
  • the resonant frequency may be determined by appropriate dimensioning of the inductances as well as the capacitance of the coil
  • Capacitor 226 may be chosen to be 125 kHz. Accordingly, a resonance frequency for an operation of the coil 210a including only the coil winding 212a and the further capacitor 225 may be set equal to 1 MHz. It is of course possible to generate other frequencies by suitably dimensioning the capacitances and inductances. The skilled person are known for this multiple techniques.
  • Series connection with capacitor 226 to be greater than for the parallel connection with the further capacitor 225.
  • applications such as the environment search of a receiver in the remote area.
  • Capacitor 224 at preferably 1 MHz may be used e.g. include a non-rotating em field. Such a scenario is characterized by low electrical power consumption, e.g. for approach recognition in the wide environment, i. for long distances up to 10 m from the motor vehicle 1, may be preferable. If the identification transmitter 30 is detected in this remote environment, then the series connection with the capacitor 226 can be activated. In this operating mode, the position and the position of the
  • Identification transmitter 30 in the vicinity eg up to 3 m from the motor vehicle 1, are determined.
  • Such a hierarchical operation can cause a lower energy consumption, which may be desirable especially in electric vehicles.
  • a decay rate of the electromagnetic field 80 may be dependent on the frequency. Thus, higher frequencies may cause a lower rate of decay of the electromagnetic field 80.
  • FIG. 8B the amplitude 81 of approximately the magnetic component of the electromagnetic field 80 is plotted over the location as a distance from the emitting coil assembly 200.
  • the solid (dashed) line illustrates the case of a comparatively low (large) resonant frequency of
  • FIG. 8C an AC source 242 connected to a supply line 241 is shown schematically.
  • the supply line 241 may be e.g. a 12V
  • FIG. 8C shows a computer unit 243, which is set up to receive control signals via a bus system 240 and, based thereon, to control the transmission of the em field 80.
  • FIGS. 9A-9F, and 10A-10D are various views of the coil assembly 200 of FIG. 1 shown in a housing 220.
  • the capacitors 225, 226 and other power electronics can also be arranged within the housing.
  • Electrical contacts 222 are shown, which can connect the coil arrangement with conductor tracks on a printed circuit board 230.
  • the contacts may be connected to AC source 242 via traces on the circuit board.
  • holders 221 are provided, which fix the coil assembly 200 stationary within the housing 220.
  • the housing may provide protection against shocks, deposits, moisture, etc. and may preferably be made of plastic.
  • An upper side of the housing 220 is not shown for reasons of clarity, but may be provided. As seen in the FIGs.
  • a top and bottom of the housing, as well as the circuit board 230 may be parallel to the plane of rotation 300 and the coil plane, respectively.
  • the special housing shape is not limiting and can be chosen differently. It should be understood that depending on the space available, different housing 220 can be preferred.
  • the housing can be mounted aligned parallel to the ground.
  • FIG. 1 an alternative embodiment of the coil assembly 200 is shown. This embodiment corresponds to an integrated design, in the conductor tracks 231 the
  • the tracks may be e.g. by etching or masking or lithography techniques.
  • Recesses 232 of the printed circuit board 230 are provided into which the coil yoke 21 1 (not shown in FIG. 11) can be inserted and fixed. This embodiment may have the effect of a particularly small footprint.
  • FIGS. 12-14 illustrate a system architecture of a location system 100 that includes at least two coil arrays 200, 200a, 200b.
  • the location system 100 may accurately determine a position of the receiver 30, such as a key to a motor vehicle.
  • the location determination can be comparatively accurate both in the exterior space and in the interior of the motor vehicle, e.g. accurate to a few centimeters.
  • the specific position of the key can be graphically displayed to the user, for example on a screen of an on-board computer of the motor vehicle 1. For this purpose rotating em fields can be generated.
  • a control unit 25 is connected to a further control unit 25a.
  • the control unit 25 may be parts of a central computer unit of the motor vehicle.
  • the control unit 25 is connected to a radio interface 31, which data transmission with the
  • the further control unit 25A is connected via data lines with door handle sensors 22 of the motor vehicle. These door handle sensors 22 may detect actuation or access desire of the closure flaps of the motor vehicle, such as doors and tailgates. In addition, the further control unit 25a is over
  • FIG. 12 the system architecture of the prior art location system is shown
  • the control unit 25a includes a
  • FIG. 13 the location system 100 according to the invention is shown schematically.
  • the coil arrangements 200a-200d can be connected via a computer unit (not shown in FIG. 13) to a bus system 240, which enables data communication with the control unit 25.
  • the bus system may e.g. be a "Controller Area Network” (CAN) bus system, "Local Interconnect Network” (LIN), or “FlexRay” or another bus system
  • the control unit 25 can send commands via the bus system 240, which are provided by the computer unit of the respective coil arrangement 200a.
  • the coil assemblies 200a-200d are arranged to generate, in response to the control signals, a rotating field 80. The energy required for this can be obtained from the supply line 241.
  • the supply line may be DC (e.g. 12 V) such that a corresponding electrical circuit, that is to say an AC voltage source, is arranged in the coil arrangements 200a-200d in order to generate therefrom the alternating voltages with a predetermined phase relationship required for the generation of the em field 80.
  • the control unit 25 control the coil assemblies 200a-200d so that the respective em fields 80 to
  • a position of the receiver 30 may then be determined.
  • the location system 100 of FIG. 13 may be compared to the system of FIG. 12 have a faster response time, since the intermediate controller 25a is omitted.
  • FIG. 14 shows the location system 100 with an arrangement in the motor vehicle 1. From FIG. 14 again shows that a control and a power supply via the separate lines 240, 241 takes place.
  • the coil assemblies 200a, 200b are installed in the right and left front doors. It would also be possible to incorporate the coil assemblies 200a, 200b in the left and right B columns and / or C columns. It could be provided modularly further coil arrangements, such as in the area of the vehicle rear.
  • FIG. 15 is a flowchart of a method for determining a position of a receiver.
  • the process starts with step S1.
  • the beginning of the method can be triggered by an external trigger signal - such a trigger signal can be, for example, the operation of a door handle or an approach detection.
  • an estimate of the position of the receiver 30 is received in step S2.
  • an estimate of the position of the receiver 30 may be provided via the optical and / or capacitive sensors 20, 21 provided in the door handles of the motor vehicle 1 (see also FIG. 13).
  • the estimation of the position of the receiver 30 may therefore include, for example, an information depth such as: "receiver 30 is located at the front left of the vehicle 1" or "receiver 30 is behind the vehicle 1".
  • step S3 the selection of the coil arrangement or the
  • Coil assemblies which are to emit subsequently the rotating em field 80, in
  • step S2 Dependence of the estimated position in step S2.
  • the receiver 30, as shown in FIG. 14, left in front of the motor vehicle 1 for example, the coil assemblies 200b and 200c may be selected - this is the case because of triangulation based on differential phases (as described above with reference to FIGS. 7A and 7B)
  • Information gain by the determination of the difference phase by means of the coil assembly 200a due to the small difference in angle to the receiver 30 relative to the coil assembly 200b is low. It would alternatively be possible, for example, all three coil arrangements 200a-200c or only the
  • step S4 a trigger signal is output via the
  • the rotating electromagnetic field 80 is generated by the corresponding coil arrangement 200a-200c in such a way that by modulation it contains both information for identifying the motor vehicle 1 and clock information 95.
  • the timing information may include a reference phase against which the difference phases are determined. It would also be possible to determine the difference phases with respect to the external trigger signal from step S1.
  • the emission of the rotating electromagnetic field 80 can be done by applying a plurality of phase-shifted alternating voltages 85 to the various coils 210a-210c of the respective coil arrangement 200a-200c and superimposing the corresponding em fields.
  • step S6 the measurement of the electromagnetic field 80 is performed. Therefore, steps S5 and S6 may be performed simultaneously, for example.
  • the measuring in step S6 may be e.g. This is the frequency-resolved inductive measurement of the amplitude 81 of the magnetic field
  • step S7 the determination of the difference phase 92 of the measured electromagnetic field 80 takes place.
  • step S7 can take place on a
  • Step S9 determining the position of the receiver based on the determined difference phases 92.
  • Step S9 may include, for example, triangulation.
  • Step S9 may be performed, for example, on a computer unit within the controller 25 or in the receiver 30
  • step S4 While a technique has been explained above in which separate trigger signals are used in step S4 to drive the various coil assemblies 200a-200c, it would also be possible to perform step S4 only once and to include in the once-sent trigger signal all information about which one
  • Coil arrangement 200a-200c to generate the electromagnetic field 80.
  • the trigger signal could initiate timers in the respective coil arrays 200a-200c; the timers would be configured such that the various coil assemblies 200a-200c emit the electromagnetic field 80 at different times.
  • step S9 may designate a different accuracy of determining the position P, P 'of the receiver 30: for example, it may be possible to transmit and measure only a rotating electromagnetic field 80 (steps S5 and S6). in that only the position P, P 'of the receiver is determined as an angle or direction A relative to the corresponding coil arrangement 200a-200c. However, if two or more rotating electromagnetic fields 80 are used, then the position P, P 'of the receiver can be determined exactly within the plane of rotation 300 of the electromagnetic fields 80: This may in particular include the distance a to a coil arrangement 200a-200c.
  • step S6 it would be possible to increase the field strength of the rotating electromagnetic field 80, i.
  • this may be e.g. a
  • Embodiment of the coil assembly 200 may be used, in which one or more coils 210a, 210b, 210c are tilted relative to the coil plane; such a case is shown for example in FIG. 2 illustrated.
  • Such a configuration may have the advantage that for positions which are equidistant from the plane of rotation but are located above or below (ie, mirror-symmetric with respect to the plane of rotation), different field strength values are measured. It can thus be determined whether the receiver 30 is above or below the plane of rotation.
  • RFID Radio Identification
  • the location system 100 for different applications, which are based on the particularly accurate position determination. So it would be e.g. it is possible, by accurately determining the position of the key 30, to allow control of the motor vehicle 1 by detecting movement of the key 30. A left-to-right movement of the key 30 could be e.g. cause a left-right rotation of the motor vehicle 1. The user could be outside the
  • Motor vehicle 1 are located and this remotely.

Landscapes

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Abstract

Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Bestimmen einer Position (P) eines Identifikationsgebers für eine Zugangskontrolle zu einem Kraftfahrzeug (1). Das Verfahren umfasst das Aussenden mindestens eines elektromagnetischen Felds (80) jeweils durch einen Sender (200a, 200b), wobei eine Amplitude (81) des mindestens einen elektromagnetischen Felds (80) jeweils gegenüber dem jeweiligen Sender (200a, 200b) rotiert. Das Verfahren umfasst das Messen des mindestens einen elektromagnetischen Felds (80) durch den Empfänger (30) und das Ermitteln einer Differenzphase (91). Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen der Position (P) basierend auf der mindestens einen Differenzphase (91).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Empfängers und Ortungssystem für einen
Empfänger
Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Empfängers und ein entsprechendes Ortungssystem. Insbesondere betreffen verschiedene Ausführungsformen Techniken, welche eine Positionsbestimmung des Empfängers mittels rotierenden magnetischen Feldern erlauben.
Es sind Techniken bekannt, welche eine Ortung, d.h. eine Positionsbestimmung, z.B. von Identifikationsgebern erlauben. Ein Beispiel für Identifikationsgeber wäre zum Beispiel ein Schlüssel für ein Kraftfahrzeug: so sind Techniken bekannt, welche es erlauben, die Position des Schlüssels im Umfeld des Kraftfahrzeugs zu bestimmen, um eine Zugangskontrolle zu dem Kraftfahrzeug zu erreichen. Herkömmliche Techniken beruhen hierbei typischerweise auf einer Messung einer Feldstärke eines von einem zentralen Sender ausgesendeten
elektromagnetischen Feldes. Da die Feldstärke für zunehmende Entfernungen zu dem Sender abnimmt (Dämpfung bzw. Abklingen der Feldstärke), kann aus einer Messung der Feldstärke durch eine Empfängerantenne im Schlüssel auf eine Position gegenüber dem Sender rückgeschlossen werden.
Jedoch können solche Techniken eine begrenzte Genauigkeit der Bestimmung der Position des Identifikationsgebers aufweisen, z.B. aufgrund begrenzter Genauigkeit beim Messen der Feldstärke. Typische Genauigkeiten der Positionsbestimmung betragen bei bekannten
Systemen z.B. 10 - 20 cm. Darüber hinaus können systematische Verfälschungen auftreten: insbesondere kann die Abnahme der Feldstärke des elektromagnetischen Felds aufgrund von zum Beispiel magnetischen Objekten, wie etwa die Fahrzeugkarosserie etc., gestört werden, so dass die Bestimmung der Position des Identifikationsgebers mit einem gewissen
systematischen Fehler behaftet sein kann. Solche Fälle können es notwendig machen, eine einmalige manuelle Vermessung des Abklingens der Feldstärke in und um das Kraftfahrzeug herum zur Kalibration der Positionsbestimmung durchzuführen. Eine solche manuelle
Vermessung kann zeitaufwändig sein und es können entsprechende Kosten entstehen. Die Kalibration selbst kann auch Fehlerquellen eröffnen.
Obenstehend wurden nachteilige Effekte des Stands der Technik in Bezug auf die Techniken der Positionsbestimmung selbst erläutert. Es können aber auch nachteilige Effekte in Bezug auf die Systemarchitektur entsprechender Vorrichtungen auftreten, wie nachfolgend dargelegt wird. So weisen vorbekannte Ortungssysteme zur Positionsbestimmung typischerweise ein zentrales Steuergerät auf, welches mittels Versorgungsleitungen mit den einzelnen Sendern, die das elektromagnetische Feld aussenden, verbunden ist. Das Vorhalten dieser
Versorgungsleitungen zu der Vielzahl von Sendern, typischerweise drei bis fünf, kann jedoch Bauraum in dem Kraftfahrzeug beanspruchen und eine zeitaufwändige und teure Verkabelung mit z.B. zwei- oder vieradrigen Leitungen notwendig machen. Darüber hinaus weisen solche Systeme häufig nur einen geringen Grad an Modularität auf, da es nicht ohne Weiteres möglich ist, das System auch funktionsfähig mit einer geringeren oder größeren Anzahl an Sendern zu betreiben - es ist daher nicht oder nur eingeschränkt möglich, verschiedene
Ausstattungsvarianten bereitzustellen. Darüber hinaus kann das entsprechende System vergleichsweise störanfällig sein, da ein Ausfall oder eine Störung des zentralen Steuergeräts häufig in einem Komplettausfall des Systems resultieren kann.
Aus den oben genannten Gründen besteht ein Bedarf für verbesserte Verfahren und Systeme zum Bestimmen einer Position eines Empfängers. Insbesondere besteht ein Bedarf für Verfahren und Systeme, welche eine besonders genaue Positionsbestimmung ermöglichen und gleichzeitig eine geringe Störanfälligkeit mit einer einfachen und kostengünstigen
Systemarchitektur aufweisen.
Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Empfängers. Das Verfahren umfasst das Aussenden mindestens eines elektromagnetischen Feldes jeweils durch einen Sender, wobei eine Amplitude des mindestens einen
elektromagnetischen Feldes jeweils als Funktion der Zeit gegenüber dem jeweiligen Sender rotiert. Das Verfahren betrifft weiterhin das Messen des mindestens einen elektromagnetischen Feldes durch den Empfänger und das Ermitteln einer Differenzphase für jedes des mindestens einen elektromagnetischen Felds an der Position des Empfängers basierend auf dem gemessenen mindestens einen elektromagnetischen Feld. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen der Position des Empfängers basierend auf der mindestens einen ermittelten Differenzphase.
Das elektromagnetische Feld kann ein zeitabhängiges elektromagnetisches Wechselfeld mit einer bestimmten Frequenz sein. Die Frequenz kann z.B. in einem Bereich von 100 kHz bis 10 MHz, vorzugsweise bis 1 MHz liegen, und besonders vorteilhaft 125 kHz oder 1 MHz betragen. Der Sender kann z.B. einen elektromagnetischen Schwingkreis mit einer Induktivität und einem Kondensator umfassen; dem Fachmann sind diesbezüglich Techniken bekannt, welche entsprechende Ausgestaltung des Senders zum Erzeugen dieser Frequenzen ermöglichen. Das elektromagnetische (em) Feld kann z.B. als rotierendes em Feld bezeichnet werden, da die Amplitude zeitabhängig in einer Rotationsebene um den Sender rotieren kann, also eine Rotationsbewegung mit einer Winkelgeschwindigkeit durchführen kann. In anderen Worten können Punkte gleicher Phasenlage, also z.B. ein Maximum oder Minimum der Feldstärke des em Felds, zeitabhängig jeweils unter unterschiedlichen Richtungen oder Winkeln gegenüber dem Sender angeordnet sein. Bildlich gesprochen kann sich z.B. ein Feldstärkemaximum wie der Lichtstrahl eines Leuchtturms (hier der Sender) bewegen. Insbesondere kann eine
Rotationsfrequenz der Rotationsbewegung gleich der Frequenz des em Felds selbst sein. Es ist aber auch möglich, dass die Rotationsfrequenz andere Werte annimmt. Die Rotationsbewegung des em Felds kann (wie es typisch für zyklische Abläufe ist) durch eine bestimmte Phase (Phasenlage) der Bewegung charakterisiert werden; eine volle Rotation kann einer
akkumulierten Phase von 360° bzw. 2π entsprechen. Das rotierende em Feld kann sich z.B. mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit bewegen. Im Allgemeinen sind auch bestimmte vorgegebene Abhängigkeiten der Winkelgeschwindigkeit von der Phase (dem Winkel) möglich. Z.B. kann es möglich sein, dass die Rotationsebene parallel oder im Wesentlichen parallel, d.h. z.B. kleiner ±20°, vorzugsweise kleiner ± 10°, besonders vorzugsweise kleiner ± 2°, mit der Horizontalen ausgerichtet ist, also z.B. im Wesentlichen parallel mit einem Boden ist.
Durch die Rotationsbewegung des ausgesendeten em Feldes kann sich eine entsprechende Zeitabhängigkeit der Feldstärke bzw. der Phasenlage des em Felds am Ort des Empfängers ergeben. Der Empfänger kann insbesondere eingerichtet sein, um die Feldstärke des em Felds zeitabhängig und / oder frequenzaufgelöst messen - dazu kann der Empfänger z.B.
eingerichtet sein, um eine Amplitude der magnetischen Feldkomponente des em Felds zu messen, die wiederum proportional zu einer Feldstärke des em Felds sein kann. Es kann dann möglich sein, die Differenzphase aus der Messung der Feldstärke zu bestimmen; z.B.
gegenüber einer Referenzphase, welche insbesondere aus der Phase des em Felds am Sender beim Aussenden bestimmt werden kann.
Als spezielles illustratives und nicht als limitierend auszulegendes Beispiel hierzu sei folgende Situation beschrieben: bei einer Phasenlage von 0° sendet der Sender das em Feld so aus, dass es nach Osten zeigt (beliebig definiert). Der Empfänger befindet sich aber im Süden des Senders und„sieht" daher das Maximum (noch) nicht. Erst bei einer Phase von 90° am Sender erreicht das Maximum der Amplitude den Empfänger (wenn sich das rotierende em Feld im Uhrzeigersinn dreht). Die Differenzphase kann daher in diesem Beispiel mit -90° angegeben werden. Ein entsprechendes Beispiel kann natürlich auch für Werte des em Felds anders als das Maximum der Amplitude dargestellt werden. Z.B. kann dies ein bestimmtes Trigger-Level der Amplitude betreffen, welches hinsichtlich der auf- oder absteigenden Flanke definiert ist. Es ist natürlich im Allgemeinen genauso möglich, die Differenzphase gegenüber einer anderen Referenzphase zu bestimmen, etwa gegenüber einem System-Takt oder einem externen Triggersignal, etwa der Betätigung eines Türgriffs durch einen Benutzer oder einem erkanntem Objekt in einem Umfeldbereich oder ähnlichem. Es ist z.B. auch möglich, statt des Maximums der Amplitude oder Feldstärke ein Minimum oder einen Nulldurchgang zu betrachten, bzw. eine beliebige Phasenlage oder signifikante Punkte des zeitlichen Verlaufs der charakterisierenden Observablen. Im Allgemeinen kann eine Amplitude der magnetischen Komponente des elektromagnetischen Felds betrachtet werden oder eine Amplitude der elektrischen
Komponente; beide können signifikant für die Feldstärke des em Felds sein. Jedoch kann der Sender und / oder der Empfänger mindestens eine Spule aufweisen, welche eingerichtet ist, um mit der magnetischen Komponente des elektromagnetischen Felds induktiv wechselzuwirken.
Aus der Differenzphase kann die Position des Empfängers bestimmt werden. Hierbei kann der Begriff„Position" unterschiedlichste Genauigkeiten der Positionsbestimmung bezeichnen: In einer besonders einfachen Ausführungsform kann der Begriff„Position" lediglich einen Winkel des Empfängers gegenüber dem Sender bezeichnen (in obigen Beispiel -90°). Es ist aber auch möglich, dass der Begriff„Position" zusätzlich oder alternativ zu dem Winkel gegenüber dem Sender auch einen Abstand gegenüber dem Sender bezeichnet, zum Beispiel innerhalb der Rotationsebene des em Felds. Es ist darüber hinaus möglich, dass der Begriff„Position" zusätzlich oder alternativ einen Abstand zum Beispiel gegenüber dieser Rotationsebene des em Felds, d.h. senkrecht zu der Rotationsebene, bezeichnet; in einem solchen Fall kann es insbesondere möglich sein, dass der Begriff„Position" eine absoluten Positionsbestimmung des Empfängers innerhalb eines Referenzkoordinatensystems bezeichnet; das
Referenzkoordinatensystem kann im Allgemeinen beliebig gewählt werden, es kann jedoch erstrebenswert sein, es in Bezug auf den mindestens einen Sender zu definieren (dieser kann z.B. im Ursprung des Referenzkoordinatensystems angeordnet sein). Mit anderen Worten kann der Begriff„Bestimmen einer Position" das Bestimmen einzelner Koordinaten des
dreidimensionalen Raums, etwa Abstand und / oder Azimutwinkel und / oder Polarwinkel eines Kugelkoordinatensystems, oder aber alle Koordinaten des dreidimensionalen Raums bezeichnen.
Zum Beispiel kann es in verschiedenen Ausführungsformen erstrebenswert sein, eine besonders genaue Bestimmung der Position des Empfängers durchzuführen. Eine besonders genaue Bestimmung der Position des Empfängers kann insbesondere das Bestimmen von mehreren oder allen Koordinaten des dreidimensionalen Raums umfassen. Insbesondere in einem solchen Fall kann es möglich sein, mehr als ein, zum Beispiel zwei oder drei, elektromagnetische Felder durch mehrere Sender, zum Beispiel also zwei oder drei Sender, auszusenden. In anderen Worten kann es einen Sender pro Feld geben. Es können dann mehrere Differenzphasen bestimmt werden, z.B. jeweils gegenüber dem von den mehreren Sendern ausgesendeten em Felder, und unter Berücksichtigung der mehreren Differenzphasen die Position des Empfängers besonders genau bestimmt werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann es möglich sein, dass mehrere em Felder zeitgleich mit verschiedenen Frequenzen ausgesendet werden, sog. Frequenz-Multiplexen. Es kann dann möglich sein, dass der Empfänger ausgestaltet ist, die mehreren em Felder bei den
verschiedenen Frequenzen zu messen. Frequenz-Multiplexen kann den Effekt einer besonders schnellen Bestimmung der Position aufweisen.
Es ist möglich, dass das Aussenden für zwei oder mehr elektromagnetische Felder sequentiell geschieht und dass das Messen für die zwei oder mehr elektromagnetischen Felder sequentiell geschieht. Das Bestimmen der Position des Empfängers kann basierend auf einer Triangulation für die mindestens zwei Differenzphasen geschehen und das Bestimmen der Position des Empfängers kann das Bestimmen einer Richtung und Entfernung, unter der der Empfänger in einer Rotationsebene des zeitabhängigen elektromagnetischen Felds gegenüber mindestens einem der Sender angeordnet ist, umfassen. Ein solcher Fall kann auch als Zeit-Multiplexen bezeichnet werden, da die mehreren em Felder sequentiell, also nacheinander bzw. zu unterschiedlichen Zeiten, gesendet werden. Es können dann mehrere Differenzphasen aus den mehreren gemessenen em Feldern bekannt sein und die Triangulation kann eine besonders genaue Bestimmung der Position, insbesondere auch des Abstandes zu einem oder mehreren Sendern ermöglichen. Die Triangulation kann im Allgemeinen das Bestimmen der Position basierend auf den gemessenen Differenzphasen und einer bekannten Anordnung der mehreren Sender zueinander bedeuten. Techniken zur Triangulation sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, sodass hier keine weiteren Details erläutert werden müssen.
Es kann insbesondere möglich sein, die Position in einem Referenzkoordinatensystem zu bestimmen, in dem auch eine Position der Sender bekannt ist. Insbesondere kann es nämlich möglich sein, dass die Sender ortsfest, z.B. in Bezug auf das Referenzkoordinatensystem angeordnet sind, und der Empfänger beweglich angeordnet ist. Z.B. kann die Richtung als Azimutwinkel in einem Referenzkoordinatensystem mit Kugelkoordinaten angegeben sein, dessen Ursprung einer der Sender bildet. Andere Definitionen sind möglich.
Solche Techniken, welche das Aussenden von zwei oder mehr em Feldern beinhalten, können eine besonderes genaue Bestimmung der Position des Empfängers erlauben bzw. sie können es erlauben, zwei oder drei Koordinaten der Position des Empfängers zu bestimmen. Die bestimmte Position kann z.B. auf einem Display für einen Benutzer dargestellt werden. Dies kann auch ein einfaches Auffinden des Empfängers ermöglichen. Insbesondere kann durch Anwenden der Techniken der Triangulation der Effekt der genauen Positionsbestimmung erreicht werden. Es sollte verstanden werden, dass das Ermitteln einer Differenzphase für die rotierenden em Felder vergleichsweise genau geschehen kann, d.h. einen vergleichsweise geringen Fehler aufweisen kann - insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Techniken, welche auf einer Messung der Feldstärke des em Felds beruhen und bei denen die
Positionsbestimmung auf einer Dämpfungsrate der Amplitude des em Felds basieren.
Insbesondere kann es in verschiedenen Ausführungsformen nicht notwendig sein, diese Dämpfungsrate der Amplitude des em Felds überhaupt zu berücksichtigen - deshalb kann es in verschiedenen Ausführungsformen auch entbehrlich sein, die Dämpfungsrate der Feldstärke des em Felds in einer eingangs beschriebenen Kalibrationsmessung zu erfassen. Dies kann Kosten für die Durchführung des Verfahrens zum Bestimmen der Position des Empfängers senken. Es sollte jedoch verstanden werden, dass es alternativ oder zusätzlich auch möglich ist, die Dämpfungsrate der Feldtstärke des em Felds zu berücksichtigen. Dies kann nämlich eine besonders große Genauigkeit in der Positionsbestimmung ermöglichen. Insbesondere können die zwei oder mehr em Felder derart ausgesendet werden, dass sie alle in einer Rotationsebene rotieren.
Es ist auch möglich, dass das Aussenden und das Messen für ein einzelnes
elektromagnetisches Feld geschieht, wobei das Bestimmen der Position des Empfängers das Bestimmen einer Richtung, unter der der Empfänger in einer Rotationsebene des
zeitabhängigen elektromagnetischen Felds gegenüber mindestens einem der Sender angeordnet ist, umfasst.
In einem solchen Fall, in dem lediglich ein einzelnes elektromagnetisches Feld ausgesendet und gemessen wird, kann eine besonders schnelle und einfache Bestimmung der Position des Empfängers stattfinden. Jedoch sollte verstanden werden, dass unter Umständen aus einer solchen Messung nicht alle drei Raumkoordinaten zur absoluten Positionierung, zum Beispiel in einem Referenzkoordinatensystem, bestimmt werden können - es kann vielmehr notwendig sein, zur genaueren Bestimmung der Position des Empfängers weitere Informationen über die Position des Empfängers, zum Beispiel aus weiteren Sensordaten, mit der oben stehend beschriebenen Technik zu kombinieren. Es kann möglich sein, die Feldstärke des einen elektromagnetischen Felds am Empfänger zu messen und daraus einen Abstand des
Empfängers gegenüber dem Sender zu bestimmen, dann kann wiederum eine genaue
Positionierung mit nur einem em Feld stattfinden. Das Verfahren kann weiterhin das Empfangen einer Abschätzung der Position des Empfängers umfassen, wobei das Aussenden des mindestens einen elektromagnetischen Felds die
Abschätzung der Position berücksichtigt.
Es ist z.B. möglich, dass die Abschätzung der Position aus weiteren Sensordaten erhalten wird. Wird zum Beispiel das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Position eines Schlüssels eines Kraftfahrzeugs angewendet, so kann die Abschätzung der Position aus Elementen der folgenden Gruppe erhalten werden: Betätigung eines Türgriffs des
Kraftfahrzeugs, kapazitive Sensordaten, optische Sensordaten. Mit anderen Worten kann die Abschätzung der Position des Empfängers einen Bereich von möglichen Positionen des Empfängers spezifizieren; der Bereich kann z.B. in einem Referenzkoordinatensystem definiert sein.
Wird wiederum auf obiges, illustratives und nicht limitierendes Beispiel, welches
Himmelsrichtungen gegenüber dem Sender zur Illustration verwendet, zurückgegriffen, so könnte dies bedeuten: Die Abschätzung der Position des Empfängers spezifiziert, dass sich der Empfänger in einer Position zwischen der Nordrichtung und der Ostrichtung gegenüber dem Sender aufhält. In einem solchen Fall könnte es möglich sein, das em Feld derart auszusenden, dass dessen Rotationsbewegung lediglich diesen Winkelbereich der abgeschätzten Position überstreicht, also etwa von Nord nach Ost rotiert. Die Messdauer des em Felds kann dadurch verringert werden - was einerseits die zum Bestimmen der Position benötigte Zeit verringern kann und andererseits einen Energieverbrauch zum Aussenden reduzieren kann. Letzteres kann insbesondere in Anwendungen von Vorteil sein, bei denen nur ein begrenztes Reservoir an Energie zum Aussenden des mindestens einen em Felds zur Verfügung steht. Ein entsprechendes Anwendungsbeispiel wäre zum Beispiel das Bestimmen der Position des Schlüssels für ein Elektrokraftfahrzeug mit begrenztem Batteriespeicher.
Es ist möglich, dass in Abhängigkeit der Abschätzung der Position des Empfängers das Aussenden entweder für die zwei oder mehr elektromagnetische Felder sequentiell oder für das einzelne elektromagnetisches Feld geschehen kann. Z.B. kann es möglich sein, lediglich ein em Feld auszusenden, wenn die Abschätzung der Position in einem bestimmten vorgegebenen Bereich liegt - etwa in der Anwendung zur Schlüsselortung im Kraftfahrzeug hinter der
Heckklappe oder neben der Beifahrertür oder unter einem bestimmten Mindestabstand gegenüber einer Außenseite des Kraftfahrzeugs usf. Je nach Abschätzung der Position kann nur eine vergleichsweise ungenauere Positionsbestimmung angestrebt werden. Entsprechend ist es auch möglich, mehrere em Felder auszusenden und derart z.B. eine verbesserte
Genauigkeit der Positionsbestimmung zu erreichen. Es kann insbesondere auch möglich sein, dass die Abschätzung der Position bereits ein oder mehrere Ortsraumkoordinaten genau bestimmt; es kann dann möglich sein, ein einzelnes oder zwei em Felder so auszusenden, dass die restlichen Ortsraumkoordinaten bestimmt werden können.
Das Verfahren kann weiterhin das Ermitteln einer Feldstärke für das mindestens eine elektromagnetische Feld in der Position des Empfängers basierend auf dem gemessenen mindestens einen elektromagnetischen Feld umfassen, wobei das Bestimmen der Position des Empfängers das Bestimmen eines Abstandes des Empfängers zu einer Rotationsebene des elektromagnetischen Felds basierend auf der ermittelten Feldstärke umfasst.
Es kann basierend auf der Feldstärke, z.B. qualitativ oder quantitativ, bestimmt werden, ob sich der Empfänger oberhalb oder unterhalb der Rotationsebene befindet. Dazu kann insbesondere eine Spule als Sender vorgesehen sein, welche einen bestimmten Winkel mit der durch die übrigen Spulen aufgespannten Ebene einschließt. Ist nämlich der Empfänger gegenüber der Rotationsebene beabstandet, so können bei gleicher Position innerhalb der Rotationsebene (Abstand zum Sender, Winkel zum Sender) größere bzw. kleinere Entfernungen zur
Rotationsebene kleinere bzw. größere Feldstärken bewirken. Als Maß für die Feldstärke kann z.B. die Amplitude der Magnetfeldkomponente verwendet werden. Es kann alternativ oder zusätzlich auch erstrebenswert sein, basierend auf der Feldstärke einen Abstand des
Empfängers lediglich oberhalb der Rotationsebene zu bestimmen. Dies kann der Fall sein, wenn die Sender einen geringen Abstand gegenüber dem Boden aufweisen und der Empfänger daher notwendigerweise nach oben gegenüber der Rotationsebene beabstandet ist.
Das Verfahren kann weiterhin das Modulieren des mindestens einen elektromagnetischen Felds zum Übertragen von Information an den Empfänger umfassen, wobei die Information Elemente umfasst, die aus folgender Gruppe ausgewählt werden: eine Taktinformation einer Referenzphase, eine Identifizierungsinformation des mindestens einen Senders.
Hierbei kann es möglich sein, Modulationstechniken zu verwenden, welche aus folgender Gruppe ausgewählt sind: Frequenzmodulation (FM), Phasenmodulation (PM),„Frequency Shift Keying" (FSK),„Phase Shift Keying" (PSK), Pulsamplitudenmodulation (PAM), Pulse-Code- Modulation (PCM). Im Allgemeinen sind weitere Modulationstechniken, wie sie dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind, möglich.
Die Identifizierungsinformation kann z.B. eine Information über eine Position des jeweiligen Senders umfassen. Diese Positionsinformation kann z.B. angeben, wo in Bezug auf das Kraftfahrzeug sich der jeweilige Sender befindet, etwa„rechts vorne" oder„links" oder„hinten recht" usf. Es ist z.B. möglich diese Positionsinformation explizit zu übertragen oder aber als Code parametrisiert, der sich z.B. über eine z.B. im Empfänger hinterlegte Tabelle den
Positionen zuordnen lässt.
Im Allgemeinen ist es möglich, dass bei mehreren ausgesendeten elektromagnetischen Feldern die verschiedenen ausgesendeten elektromagnetischen Felder unterschiedliche
Modulationstechniken und/oder Modulationsfrequenzen aufweisen. Es ist auch möglich, dass die verschiedenen em Felder gleiche Modulationstechniken, aber unterschiedliche
Modulationsfrequenzen aufweisen. Es ist auch möglich, Modulationstechnik und
Modulationsfrequenz gleich für alle em Felder zu wählen. Die übertragene Information kann sich jeweils unterscheiden.
Es ist z.B. möglich, dass jedes rotierende em Feld durch eine Vielzahl, z.B. drei oder vier, em Felder, die von einzelnen Spulen unter einer vorgegebenen Phasenbeziehung ausgesendet werden, erzeugt wird. Diese das rotierende em Feld erzeugenden em Felder können wiederum unterschiedlich moduliert sein, z.B. um unterschiedliche Information zu übertragen.
Je nach Anwendungsfall des Verfahrens zum Bestimmen der Position des Empfängers kann eine bestimmte Modulationstechnik und/oder Modulationsfrequenz bevorzugt werden - zum Beispiel kann die Modulationstechnik bei einer Anwendung zum Bestimmen der Position eines Kraftfahrzeugsschlüssels unterschiedlich gewählt sein gegenüber einer Anwendung zur Ortung von Personen in einem Gebäuderaum.
Es kann insbesondere möglich sein, dass das Ermitteln der Differenzphase weiterhin auf der Taktinformation der Referenzphase basiert. Z.B. kann die Differenzphase gegenüber der Referenzphase ermittelt werden. Hierbei kann die Taktinformation je nach Ausführungsform unterschiedlichen Informationsgehalt aufweisen: In einer besonders einfachen Ausführungsform ist es möglich, dass die Taktinformation lediglich einen Nulldurchgang (bzw. ganzzahlige Vielfache von 360°) der Referenzphase indiziert. In verschiedenen anderen Ausführungsformen kann es jedoch möglich sein, dass die Referenzphase zeitaufgelöst über die Taktinformation übertragen wird. Derart kann es möglich sein, in einem Bruchteil einer Rotation des em Felds die aktuelle Phasenlage bzw. Referenzphase zu bestimmen. Es ist natürlich auch möglich, die Referenzphase in bestimmten Schritten, zum Beispiel in Intervallen von ττ/2 oder ττ/4 oder π/8 etc. zu übertragen.
Die Identifizierungsinformation kann z.B. bei Anwendungen verwendet werden, welche eine Authentifizierung des Empfängers umfassen. Z.B. kann bei der Positionsbestimmung eines Kraftfahrzeugschlüssels die Identifizierungsinformation des mindestens des Kraftfahrzeugs mit einer Identifizierungsinformation des Empfängers abgeglichen werden, um unautorisierten Zugang zu verhindern.
Es kann möglich sein, dass ein Zusammenhang zwischen der Frequenz des em Felds und der Abklingrate der Feldstärke besteht. Deshalb kann es möglich sein, je nach Frequenz des em Felds, unterschiedlich große Bereiche, in denen die Positionsbestimmung erfolgen kann, zu realisieren - solche Bereiche können über eine Feldstärke des em Felds bestimmt sein, die größer als ein Schwellenwert ist (sensitive Bereiche), sodass insbesondere ein Signal-zuRausch Verhältnis in der Messung des em Felds groß genug ist. In verschiedenen
Frequenzbereichen, etwa den obenstehend genannten Frequenzbereichen, kann eine höhere (niedrigere) Frequenz eine geringere (größere) Abklingrate der Feldstärke bewirken und daher einen größeren (kleineren) sensitiven Bereich ermöglichen. Nachfolgend wird erläutert, wie in verschiedenen Ausführungsformen das Verfahren zur Positionsbestimmung gemäß dem gegenwärtigen Aspekt diese Erkenntnis nutzbar machen kann.
Das Verfahren kann das Aussenden mindestens eines weiteren elektromagnetischen Feldes jeweils durch einen Sender umfassen, wobei das mindestens eine weitere elektromagnetische Feld eine Frequenz aufweisen kann, die größer als eine Frequenz des mindestens einen elektromagnetischen Felds ist. Das Verfahren kann weiterhin das Messen des mindestens einen weiteren elektromagnetischen Feldes durch den Empfänger und das Ermitteln einer Feldstärke für jedes des mindestens einen weiteren elektromagnetischen Feldes an der Position des Empfängers basierend auf dem gemessenen mindestens einem weiteren elektromagnetischen Feld und das Bestimmen einer Entfernung des Empfängers zu dem mindestens einem Sender basierend auf der mindestens einen ermittelten Feldstärke umfassen.
Als Maß für die Feldstärke kann wiederum die Amplitude, z.B. der magnetischen Komponente, verwendet werden. Z.B. kann es in einer besonders bevorzugten Ausführungsform möglich sein, dass die Frequenz des weiteren em Felds ungefähr 1 MHz beträgt und die Frequenz des em Felds 125 kHz beträgt. In einem solchen Fall kann die Abklingrate der Feldstärke des weiteren em Felds geringer sein als die Abklingrate des em Felds. Es kann in verschiedenen Ausführungsformen möglich sein, dass das weitere elektromagnetische Feld jeweils als Funktion der Zeit gegenüber dem jeweiligen Sender rotiert - mit anderen Worten kann es möglich sein, dass das weitere em Feld auch ein Rotationsfeld ist bzw. rotierendes em Feld ist.
Es ist aber nicht notwendig, dass das weitere em Feld ein Rotationsfeld ist. Zum Beispiel kann es in verschiedenen Ausführungsformen möglich sein, dass das weitere em Feld keine oder nur eine geringe zeitliche Abhängigkeit der Feldstärke vom Winkel gegenüber dem Sender aufweist bzw. die Winkelgeschwindigkeit 0 ist. In dem letztgenannten Fall kann es über das Ermitteln der Feldstärke möglich sein, die Entfernung, d.h. eine Komponente der Position im
dreidimensionalen Raum, zu bestimmen. Insbesondere kann dies mit besonderen einfachen technischen Mitteln und besonders schnell erfolgen, z.B. gegenüber Ausführungsformen, welche eine Differenzphase bestimmen.
Es kann zum Beispiel in verschiedenen Anwendungen möglich sein, eine Annäherung des Empfängers zu den Sendern über das Aussenden des mindestens einen weiteren
elektromagnetischen Felds zu bestimmen. Dies kann der Fall sein, da der sensitive Bereich für das mindestens eine weitere elektromagnetische Feld größer sein kann, als der sensitive Bereich für das mindestens eine elektromagnetische Feld. Insbesondere kann das Aussenden des mindestens einen weiteren elektromagnetischen Felds, welches kein Rotationsfeld ist, einen vergleichsweise geringen Energieverbrauch aufweisen.
Es ist z.B. möglich, dass das Bestimmen der Entfernung des Empfängers basierend auf der mindestens einen ermittelten Feldstärke zum Bestimmen der Position des Empfängers in einem Fernbereich zu dem mindestens einem Sender geschieht, und das Bestimmen der Position des Empfängers basierend auf der mindestens einen ermittelten Differenzphase zum Bestimmen der Position des Empfängers in einem Nahbereich zu dem mindestens einem Sender geschieht. Das Aussenden und das Messen des mindestens einen elektromagnetischen Feldes, sowie das Ermitteln der Differenzphase für jedes des mindestens einen
elektromagnetischen Feldes und das Bestimmen der Position des Empfängers basierend auf der mindestens einen ermittelten Differenzphase kann selektiv unter Berücksichtigung des Bestimmens der Entfernung des Empfängers mit dem mindestens einen weiteren em Feld geschehen.
Z.B. kann sich der Fernbereich zu größeren Abständen zu dem Sender erstrecken als der Nahbereich. Der Fernbereich kann den Nahbereich umgeben und an diesen angrenzen.
Zum Beispiel kann, wenn mittels der gemessenen Feldstärke des mindestens einen weiteren em Felds eine bestimmte Entfernung des Empfängers zu dem Sender festgestellt wurde, zum Beispiel kleiner als ein bestimmter Schwellenwert, selektiv das mindestens eine em Feld ausgesendet werden und entsprechend die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden (Messen, Bestimmen Differenzphase, Bestimmen Position).
Voranstehend wurde vornehmlich Bezug genommen auf Eigenschaften des rotierenden em Felds selbst. Nachfolgend werden Aspekte in Bezug auf den Sender erläutert. Das Aussenden des mindestens einen zeitabhängigen elektromagnetischen Felds kann jeweils das phasenversetztes Bestromen von mindestens drei in einer Rotationsebene des
elektromagnetischen Felds angeordneten Spulen des mindestens einen Senders umfassen, wobei das phasenversetzte Bestromen eine baulich vorgegebene Winkelanordnung der mindestens drei Spulen in der Rotationsebene berücksichtigt, sodass eine Rotationsfrequenz des elektromagnetischen Felds gleich einer Frequenz des elektromagnetischen Felds ist.
Z.B. kann es in verschiedenen Ausführungsformen möglich sein, dass drei (vier) Spulen unter Winkeln von 120° (90°) in einer Ebene, d.h. der Spulenebene bzw. Rotationsebene angeordnet sind. Es kann jedoch möglich sein, einzelne Spulen aus dieser Ebene zu verkippen, z.B. um einen Winkel von 20° oder 40°, vorzugsweise kleiner als 90°, sodass eine Komponente des em Felds der jeweiligen Spule innerhalb dieser Ebene verbleibt. Sind die Spulen nicht unter gleichen Winkeln zur Nachbarspule angeordnet, so kann eine zeitliche Anpassung der
Bestromung der Spulen eine solche von der obenstehend beschriebenen symmetrischen Anordnung abweichende Anordnung kompensieren - hierbei kann kompensieren bedeuten, dass das rotierende em Feld sich unabhängig von der geometrischen Anordnungen der Spulen mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit bewegt. Jede der Spulen kann ein em Feld erzeugen, welches daher individuell moduliert werden kann. Die Überlagerung der von den einzelnen Spulen erzeugten em Felder, kann das rotierende em Feld ergeben.
Es ist z.B. möglich, dass die Spulen derart bestromt werden, dass das rotierende em Feld so ausgesendet wird, dass es eine oder zwei oder mehr Rotationen durchführt, d.h. Phasen von 2 TT, 4 TT, etc. akkumuliert. Es ist auch möglich, dass die Spulen derart bestromt werden, dass das rotierende em Feld so ausgesendet wird, dass es nur einen Bruchteil einer ganzen Drehung durchführt, etwa 1/4 Drehung oder 1/2 Drehung, d.h. Phasen von ττ/2 oder π akkumuliert.
Es ist möglich, dass das Aussenden des mindestens einen zeitabhängigen
elektromagnetischen Feldes durch ein von einem Steuergerät gesendetes Triggersignal ausgelöst wird. Derart kann es möglich sein, dass z.B. die Phasen von mehreren
ausgesendeten zeitabhängigen em Feldern synchronisiert sind. Dies kann den Effekt einer besonders einfachen Bestimmung der Differenzphase haben. Z.B. kann das mindestens eine em Feld mit einem bestimmten zeitlichen Versatz gegenüber dem Triggersignal ausgesendet werden; es ist auch möglich, dass verschiedene em Felder unterschiedlichen zeitlichen Versatz gegenüber dem Triggersignal aufweisen. Das Triggersignal kann weiterhin Information über diesen zeitlichen Versatz übertragen. Es ist möglich, dass der Empfänger beweglich gegenüber dem mindestens einen Sender ist, und dass der mindestens eine Sender mit einem Steuergerät verbunden ist. Das Verfahren kann weiterhin das drahtlose Übertragen der ermittelten Differenzphase und/oder der bestimmten Position von dem beweglichen Empfänger an das Steuergerät. Es kann möglich sein, dass die Schritte Ermitteln einer Differenzphase und Bestimmen der Position in einer Rechnereinheit des Empfängers durchgeführt werden. Es wäre auch möglich, dass lediglich das Messen des em Felds in dem Empfänger durchgeführt wird und die genannten Schritte in einer Rechnereinheit durchgeführt werden, die auch ortsfest angeordnet ist und z.B. über ein Bussystem mit den Sendern bzw. dem Steuergerät verbunden ist. Es wäre auch möglich, dass lediglich das Bestimmen der Position basierend auf der Differenzphase (also z.B. die
Triangulation) in einer solchen ortsfesten Rechnereinheit durchgeführt werden. Ortsfest kann hierbei z.B. bedeuten: fest in einem Kraftfahrzeug angebracht.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Identifikationsgebers für eine Zugangskontrolle zu einem Kraftfahrzeug, welches gemäß dem Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Empfängers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung konfiguriert ist.
Zum Beispiel kann der Identifikationsgeber ein Schlüssel des Kraftfahrzeugs sein. Es ist insbesondere möglich, dass Identifizierungsinformation, welche zum Beispiel durch das Modulieren des elektromagnetischen Felds zu dem Identifikationsgeber übertragen wird, mit einer Identifizierungsinformation des Identifikationsgeber verglichen wird. Dies kann der Authentifizierung bzw. Zugangskontrolle dienen.
Für ein solches Verfahren zum Bestimmen der Position des Identifikationsgebers können Effekte erzielt werden, welche vergleichsweise mit den Effekten, welche für ein Verfahren zum Bestimmen der Position des Empfängers gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erzielt werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Ortungssystem für einen Empfänger, wobei das Ortungssystem mindestens einen Sender umfasst, der jeweils eingerichtet ist, um ein zeitabhängiges elektromagnetisches Feld auszusenden, wobei eine Amplitude des
elektromagnetischen Feldes als Funktion der Zeit gegenüber dem Sender rotiert. Das
Ortungssystem umfasst weiterhin den Empfänger, der eingerichtet ist, um das mindestens eine zeitabhängige elektromagnetische Felde zu messen. Das Ortungssystem umfasst weiterhin eine Rechnereinheit, die eingerichtet ist, um die folgenden Schritte durchzuführen: Ermitteln einer Differenzphase für jedes des mindestens einen elektromagnetischen Feldes an der Position des Empfängers basierend auf dem gemessenen mindestens einem zeitabhängigen elektromagnetischen Feld; und Bestimmen der Position des Empfängers basierend auf der mindestens einen ermittelten Differenzphase.
Zum Beispiel ist es möglich, dass die Rechnereinheit innerhalb des Empfängers angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass die Rechnereinheit außerhalb des Empfängers angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass Teile der Schritte der Rechnereinheit innerhalb des Empfängers durchgeführt werden, zum Beispiel das Ermitteln der Differenzphase, während andere Teile außerhalb des Empfängers durchgeführt werden, zum Beispiel das Bestimmen der Position des Empfängers. Es ist möglich, dass die Rechnereinheit bzw. Funktionen der Rechnereinheit als Hardware oder Software oder einer Kombination daraus implementiert sind und/oder auf unterschiedlichen Hardware-Einheiten ausgeführt werden.
Das Ortungssystem gemäß dem gegenwärtig diskutierten Aspekt kann weiterhin eingerichtet sein, um ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Empfängers gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Für ein solches Ortungssystem können Effekte erzielt werden, welche vergleichbar sind mit den Effekten, die für das Verfahren zum Bestimmen der Position des Empfängers gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung erzielt werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches ein
Ortungssystem für einen Empfänger umfasst, wobei das Ortungssystem mindestens einen Sender umfasst, der jeweils eingerichtet ist, um ein zeitabhängiges elektromagnetisches Feld auszusenden, wobei eine Amplitude des elektromagnetischen Feldes als Funktion der Zeit gegenüber dem Sender rotiert. Das Ortungssystem des Kraftfahrzeugs umfasst weiterhin den Empfänger, der eingerichtet ist, um das mindestens eine zeitabhängige elektromagnetische Feld zu messen. Das Ortungssystem des Kraftfahrzeugs umfasst weiterhin eine
Rechnereinheit, die eingerichtet ist, um die folgenden Schritte durchzuführen: Ermitteln einer Differenzphase für jedes des mindestens einen elektromagnetischen Feldes am Ort des Empfängers basierend auf dem gemessenen mindestens einem zeitabhängigen
elektromagnetischen Feld; und Bestimmen der Position des Empfängers basierend auf der mindestens einen ermittelten Differenzphase.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Spulenanordnung zum Erzeugen eines rotierenden elektromagnetischen Felds, wobei die Spulenanordnung mindestens drei Spulen umfasst, jeweils mit mindestens einer zugehörigen Spulenwicklung. Die Spulenanordnung umfasst weiterhin ein ferromagnetisches Spulenjoch, welches eine magnetische Kopplung der mindestens drei Spulen herstellt. Die mindestens eine Spulenwicklung kann selbst mehrere Windungen eines elektrisch leitfähigen Drahts oder einer Leiterbahnen umfassen. Die Spulen können eine oder mehrere Spulenwicklungen umfassen - in anderen Worten können bei mehreren Spulenwicklungen einer Spule diese getrennt elektrisch kontaktierbar bzw. abgreifbar sein.
Die magnetische Kopplung kann durch einen bestimmten magnetischen Fluss charakterisiert sein, der z.B. eine bestimmte Größe aufweist. Ein magnetischer Fluss kann z.B. durch die durchgängigen Verbindungen der Spulenjoche erzeugt werden. Insbesondere kann die
Spulenanordnung eingerichtet sein, dass der magnetische Fluss in einem Zentrum der
Spulenanordnung einen bestimmten Wert, z.B. ungefähr oder genau 0 annimmt. Z.B. kann das Spulenjoch durchgängig, also ohne oder nur mit wenigen und / oder mit sehr kleinen bzw. kurzen Unterbrechungen bzw. Luftspalten sein. Es kann aus einem ferromagnetischen Material hergestellt sein, etwa Eisen, Chrom, Nickel, Oxiden dieser Materialien wie Ferrit, Legierungen aus Eisen, Chrom, Nickel, usf.. Die magnetische Kopplung kann eine ferromagnetische Austauschwechselwirkung bezeichnen, die sich über den gesamten Bereich des Spulenjochs ausbildet.
Es ist möglich, dass die mindestens drei Spulen in einer Spulenebene angeordnet sind und dass benachbarte Spulen innerhalb der Spulenebene unter Winkeln von ungefähr 120° angeordnet sind. Z.B. können benachbarte Spulen unter Winkeln von 120° ± 10°, vorzugsweise ± 5°, besonders vorzugsweise ± 0,5° angeordnet sein. Es kann dann möglich sein, mit einer vergleichsweise einfachen Ansteuerung der Spulen (z.B. mit um 120° phasenversetzten Wechselspannungen) das rotierende elektromagnetische (em) Feld zu erzeugen. Im
Allgemeinen sind aber auch andere Winkel, die benachbarte Spulen innerhalb der Spulenebene miteinander einschließen, möglich. Wenn die Spulen innerhalb der Spulenebene angeordnet sind, kann dies bedeuten, dass die Spulen (bzw. deren Zentralachsen) keinen oder nur einen geringen Winkel, z.B. ± 10°, vorzugsweise ±5°, besonders vorzugsweise ±1 °, mit Vektoren einschließen, die die Spulenebene aufspannen.
Es kann möglich sein, bei unterschiedlichen Winkeln benachbarter Spulen innerhalb der Spulenebene eine Phasenverschiebung der Wechselspannungen zur Ansteuerung der verschiedenen Spulen entsprechend an die unterschiedlichen Winkel anzupassen, so dass ein rotierendes elektromagnetisches Feld erzeugt wird, welches eine konstante
Winkelgeschwindigkeit aufweist.
Es ist natürlich auch möglich, z.B. vier oder sechs oder mehr Spulen zu verwenden, welche in der Spulenebene unter vorgegebenen Winkeln zu benachbarten Spulen angeordnet sind. Rein illustrativ und nicht limitierend können vier (sechs) Spulen unter Winkeln von 90° (60°) angeordnet sein. Weitere entsprechende symmetrische Konfigurationen, bei welchen benachbarte Spulen immer gleiche Winkel zueinander aufweisen, sind möglich.
Obenstehend wurden Ausführungsformen beschrieben, bei denen alle Spulen innerhalb einer Spulenebene liegen. Eine solche Spulenebene kann eine Rotationsebene des rotierenden em Felds bestimmen. Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, in denen einzelne oder mehrere Spulen außerhalb der Spulenebene, die durch mindestens zwei Spulen definiert wird, liegen. In anderen Worten können einzelne oder mehrere Spulen gegenüber der Spulenebene verkippt sein. Auch in einem solchen Fall kann es möglich sein, dass die Spulenebene die Rotationsebene definiert.
Es ist möglich, dass das ferromagnetische Spulenjoch durchgängig innerhalb der mindestens drei Spulen angeordnet ist, und dass die Spulenanordnung weiterhin mindestens drei
Kondensatoren, welche jeweils in Reihe mit einer der mindestens drei Spulen geschaltet sind, und ein Gehäuse mit äußeren elektrischen Kontakten und mechanischen Haltern umfasst. In anderen Worten kann jede Spule in Reihe (Serienschaltung) mit einem Kondensator geschaltet sein. Die Werte der Induktivität der Spule und der Kapazität des Kondensators können dann in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise eine Frequenz des jeweils erzeugten em Felds bestimmen. Die Frequenz kann z.B. in einem Bereich von 100 kHz bis 10 MHz, vorzugsweise bis 1 MHz liegen, besonders vorteilhaft 125 kHz oder 1 MHz betragen.
Es ist möglich, dass pro Spule zwei oder mehr Spulenwicklungen jeweils mit einer Anzahl an Windungen vorhanden sind, die gemeinsam oder getrennt angesteuert werden können und dass die Spulenanordnung weiterhin mindestens drei weitere Kondensatoren, die jeweils parallel zu einer der zwei oder mehr Spulenwicklungen pro Spule geschaltet sind, umfasst. Derart kann es möglich sein, in einer Spule mehrere getrennt elektrisch kontaktierbare
Spulenwicklungen und daher unterschiedlichen Induktivitäten vorzuhalten. Es können daher mehrere Schwingkreise mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen zur Verfügung stehen. Die Spulenanordnung kann daher em Felder mit unterschiedlichen Frequenzen aussenden.
Darüber hinaus kann durch Parallelschalten der weiteren Kondensatoren jeweils mit einer Spulenwicklung ein Betrieb der Spulenanordnung mit einer vergleichsweisen, insbesondere zur Serienschaltung mit Kondensatoren, geringen Leistungsaufnahme erhalten werden. Dies kann insbesondere bei Anwendungen, bei denen nur ein begrenztes Energiereservoir zur Verfügung steht, Vorteile aufweisen.
Im Allgemeinen kann es möglich sein, dass die mindestens einen Spulenwicklungen der mindestens drei Spulen jeweils gleiche Geometrien und / oder Windungen aufweisen. In anderen Worten können die mindestens drei Spulen von gleicher Art und gleichem Typ sein. Es kann daher möglich sein, mittels einer besonders einfachen Bestromung das rotierendes em Feld zu erzeugen, welches vorteilhafterweise eine konstante Winkelgeschwindigkeit der Rotation aufweist.
Voranstehend wurde vornehmlich Bezug auf eine Spulenanordnung mit mindestens drei Spulen genommen. Es ist möglich, mehrere solche Spulenanordnungen kombiniert als Ortungssystem für einen Empfänger zu betreiben.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Ortungssystem zum Bestimmen einer Position eines Identifikationsgebers für ein Kraftfahrzeug, wobei das Ortungssystem mindestens zwei Spulenanordnung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst, wobei die mindestens zwei Spulenanordnung an unterschiedlichen Orten des Kraftfahrzeugs ortsfest montiert sind und eingerichtet sind, jeweils als Sender für ein rotierendes elektromagnetisches Feld betrieben zu werden. Das Ortungssystem umfasst weiterhin den Identifikationsgeber mit einer Empfangsspule, wobei der Identifikationsgeber eingerichtet ist, als Empfänger für die mindestens zwei rotierenden elektromagnetischen Felder betrieben zu werden.
Zum Beispiel kann das Ortungssystem eingerichtet sein, um die Position des
Identifikationsgebers in einem Außenraum, d.h. einer Umgebung bzw. Umfeld, des
Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann das Ortungssystem eingerichtet sein, um die Position in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs zu bestimmen.
Zum Beispiel kann also eine Frequenz der Empfangsspule abgestimmt sein auf die Frequenzen der mindestens zwei Spulenanordnungen. Es können vorzugsweise z.B. drei oder vier
Spulenanordnungen vorgesehen sein. Die Spulenanordnungen können gegeneinander beabstandet montiert sein. Zum Beispiel kann ein solches Ortungssystem zum Durchführen des Verfahrens zum Bestimmen der Position des Empfängers eingerichtet sein.
Durch die Verwendung von mindestens zwei Spulenanordnung bzw. mindestens zwei rotierenden elektromagnetischen Feldern kann eine besonders genaue Bestimmung der Position des Identifikationsgebers erfolgen. Zum Beispiel kann es möglich sein, über die Bestimmung einer Referenzphase gegenüber den mindestens zwei rotierenden
elektromagnetischen Feldern und einer Triangulierung basierend auf den bestimmten mindestens zwei Differenzphasen eine genaue Bestimmung der Position des
Identifikationsgebers innerhalb einer Rotationsebene der elektromagnetischen Felder zu erreichen. Das Ortungssystem kann weiterhin ein Steuergerät umfassen, welches eingerichtet ist, die mindestens zwei Spulenanordnungen zum Aussenden des jeweiligen rotierenden
elektromagnetischen Felds in einer vorgegebenen Abfolge anzusteuern.
Das Steuergerät kann z.B. eine zentrale Rechnereinheit des Kraftfahrzeugs sein. Z.B. kann das Steuergerät als Hardware oder Software oder eine Kombination darauf auf der zentralen Rechnereinheit des Kraftfahrzeugs implementiert sein.
Es ist möglich, dass das Steuergerät über ein Bussystem mit den mindestens zwei
Spulenanordnungen gekoppelt ist und dass jede der mindestens zwei Spulenanordnungen mit einer Versorgungsleitung gekoppelt ist und dass jede der mindestens zwei Spulenanordnungen eingerichtet ist, um ein Steuersignal des Steuergeräts über das Bussystem zu empfangen und in Abhängigkeit des Steuersignals das rotierende elektromagnetische Feld zu erzeugen, wobei die Energie zum Aussenden des rotierenden elektromagnetischen Felds über die
Versorgungsleitung erhalten wird.
Z.B. können die Spulenanordnungen eine Rechnereinheit als Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Steuergerät über das Bussystem umfassen. Die Rechnereinheit kann eingerichtet sein, das Steuersignal zu empfangen und zu verarbeiten.
Die Versorgungsleitung kann z.B. ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs sein. Die
Versorgungsleitung kann z.B. andere Strom-Spannungs- Verhältnisse aufweisen, als zur Ansteuerung der Spulen der Spulenanordnungen zum Erzeugen des rotierenden em Feldes nötig ist. Z.B. kann die Versorgungsleitung eine 12 V Gleichspannung zur Verfügung stellen. Daher können die Spulenanordnungen einen Schaltkreis zur Strom-Spannungs-Wandlung aufweisen, also eine Wechselspannungsquelle. Derart kann es z.B. möglich sein, die
Spulenanordnungen dezentral mit Energie zur Erzeugung des rotierenden em Felds zu versorgen. Als Effekt kann eine vereinfachte Systemarchitektur erzielt werden - insbesondere kann es entbehrlich sein, dedizierte Versorgungsleitungen von dem Steuergerät zu den einzelnen Spulenanordnungen vorzuhalten. Die Spulenanordnungen können als Reaktion auf eine Anweisung des Steuergeräts über das Bussystem selektiv Energie aus dem Bordnetz entnehmen um das rotierende em Feld zu erzeugen. Typischerweise sind
Versorgungsleitungen des Bordnetzes ohnehin in verschiedenen Bereichen des Kraftfahrzeugs vorhanden, sodass keine größeren baulichen Veränderungen notwendig sein können.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Ortungssystem zum Bestimmen einer Position eines Identifikationsgebers für ein Kraftfahrzeug, wobei das Ortungssystem des Kraftfahrzeugs mindestens zwei Spulenanordnung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst, wobei die mindestens zwei Spulenanordnung an unterschiedlichen Orten des Kraftfahrzeugs ortsfest montiert sind und eingerichtet sind, jeweils als Sender für ein rotierendes elektromagnetisches Feld betrieben zu werden. Das
Ortungssystem des Kraftfahrzeugs umfasst weiterhin den Identifikationsgeber mit einer Empfangsspule, wobei der Identifikationsgeber eingerichtet ist, als Empfänger für die mindestens zwei rotierenden elektromagnetischen Felder betrieben zu werden.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombination verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombination oder isoliert ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Z.B. können z.B. Merkmale und Eigenschaften, die in Bezug auf das em Feld beschrieben wurden, auf das weitere em Feld mit der weiteren Frequenz übertragen werden. Aspekte der verschiedenen Ortungssysteme können auch auf den Aspekt des Kraftfahrzeugs übertragen werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im
Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
FIG. 1 eine Aufsicht auf eine Spulenanordnung für ein Ortungssystem ist, wobei die
Spulenanordnung drei Spulen mit jeweils zwei Spulenwicklungen aufweist;
FIG. 2A eine Aufsicht auf eine Spulenanordnungen wie in FIG. 1 ist, bei der eine Spule gegenüber einer Spulenebene verkippt ist;
FIG. 2B eine Seitenansicht der Spulenanordnung aus FIG. 2A ist;
FIG. 3 den Strom durch die Spulen der Spulenanordnung der FIG. 1 als Funktion der Zeit darstellt, wobei der Strom durch eine Wechselspannung erzeugt wird;
FIG. 4 ein Isokonturplot der Amplitude der magnetischen Feldkomponente des von der Spulenanordnung der FIG. 1 erzeugten elektromagnetischen Felds zu einem bestimmten Zeitpunkt ist;
FIG. 5 die Rotation des elektromagnetischen Felds der Spulenanordnung der FIG. 1 mittels der zeitlichen Evolution von Isokonturplots der Amplitude der magnetischen Feldkomponente illustriert; FIG. 6 eine gemessene Amplitude der magnetischen Komponente des rotierenden elektromagnetischen Felds der FIG. 5 an einem zum Sender beabstandeten Punkt innerhalb der Rotationsebene als Funktion der Zeit darstellt;
FIG. 7A eine Phasenbeziehung für eine bestimmte Position des Empfängers gegenüber von durch zwei Spulenanordnungen erzeugten rotierenden elektromagnetischen Felds illustriert, wobei FIG. 7A eine Aufsicht auf eine Rotationsebene ist, in der das elektromagnetische Feld rotiert;
FIG. 7B eine Seitenansicht der FIG. 7A ist und einen Abstand des Empfängers zu der
Rotationsebene des rotierenden elektromagnetischen Felds illustriert;
FIG. 8A eine elektrische Schaltung einer zwei Spulenwicklungen und zwei Kondensatoren umfassenden Spule illustriert;
FIG. 8B eine Abklingrate der Feldstärke des elektromagnetischen Felds für unterschiedliche Betriebsarten der elektrischen Schaltung der FIG. 8A bzw. für unterschiedliche Frequenzen illustriert;
FIG. 8C eine Wechselspannungs-Quelle schematisch illustriert, die mit einem Bordnetz und den Spulen der Spulenanordnung verbunden ist;
FIG. 9A eine perspektivische Ansicht der Spulenanordnung der FIG. 1 in einem Gehäuse ist;
FIG. 9B eine Aufsicht von oben auf die Spulenanordnung mit Gehäuse der FIG. 9A ist;
FIG. 9C eine Aufsicht von unten auf die Spulenanordnung mit Gehäuse der FIG. 9A ist;
FIG. 9D eine perspektivische Ansicht der Spulenanordnung der FIG. 9A ist, wobei die
Spulenanordnung auf einer Leitplatte befestigt ist;
FIG. 9E eine weitere perspektivische Ansicht der Spulenanordnung der FIG. 9A ist, wobei die Spulenanordnung auf einer Leitplatte befestigt ist;
FIG. 9F eine Seitenansicht der Spulenanordnung der FIG. 9D und 9E ist; FIG. 10A eine perspektivische Ansicht der Spulenanordnung der FIG. 1 in einer alternativen Ausführungsform des Gehäuses ist;
FIG. 10B eine Aufsicht von oben auf die Spulenanordnung mit der alternativen
Ausführungsform des Gehäuse der FIG. 10A ist;
FIG. 10C eine Aufsicht von unten auf die Spulenanordnung mit der alternativen
Ausführungsform des Gehäuse der FIG. 10A ist;
FIG. 10D eine perspektivische Ansicht der Spulenanordnung der FIG. 1 mit der alternativen Ausführungsform des Gehäuses ist, wobei die Spulenanordnung auf einer Leitplatte befestigt ist;
FIG. 10E eine Seitenansicht der Spulenanordnung der FIG. 1 mit der alternativen
Ausführungsform des Gehäuses ist, wobei die Spulenanordnung auf einer Leitplatte befestigt ist;
FIG. 1 1 eine Aufsicht auf eine auf einer Leiterplatte integrierten Ausführungsform der
Spulenanordnung ist, in der die Spulen durch Leiterbahnen ausgebildet sind;
FIG. 12 eine schematische Skizze eines vorbekannten Ortungssystems für einen
Identifikationsgeber eines Kraftfahrzeugs ist;
FIG. 13 eine schematische Skizze eines erfindungsgemäßen Ortungssystems für einen
Identifikationsgeber eines Kraftfahrzeugs ist;
FIG. 14 eine bauliche Anordnung des Ortungssystem der FIG. 13 in dem Kraftfahrzeug darstellt; und
FIG. 15 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Position eines Empfängers ist.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Anhand der Figuren werden Techniken zur Ortung bzw. Positionsbestimmung erläutert: hierbei betreffen verschiedene Aspekte Spulen und Spulenanordnungen, die das Aussenden eines elektromagnetischen rotierenden Felds ermöglichen, sowie Ortungssysteme, welche mehrere solcher Spulenanordnungen umfassen und eine bestimmte Systemarchitektur aufweisen, als auch die grundlegenden Techniken, welche die Positionsbestimmung anhand der rotierenden Magnetfelder ermöglichen.
In FIG. 1 ist eine Aufsicht auf eine Spulenanordnung, die drei Spulen 210a, 210b, 210c umfasst, dargestellt. Die Spule 210a weist zwei Spulenwicklungen 212a, 212b auf. Die Spule 210b weist zwei Spulenwicklungen 212c, 212d auf. Die Spule 210c weist zwei Spulenwicklungen 212e, 212f auf. Die Spulenwicklungen 212a-212f sind jeweils um einen von drei Armen 21 1 a, 21 1 b, 21 1 c eines ferromagnetischen Spulenjochs 21 1 gewickelt und können elektrisch separat ankontaktiert werden. Das Spulenjoch kann z.B. aus Eisen, Nickel, Chrom, Oxiden oder Legierungen aus diesen Materialien bestehen. Die Arme 21 1 a, 21 1 b, 21 1 c weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf und sind daher zylinderförmig. Sie können einen Durchmesser von 3 mm-30 mm, vorzugsweise von 6 mm aufweisen. Die Form der Arme ist variabel. Sie erstrecken sich radial von einem Zentrum der Spulenanordnung 200. Das Spulenjoch ist durchgängig und weist deshalb insbesondere keine großen Lücken oder Spalte auf - daher kann sich eine magnetische Kopplung (in Form einer ferromagnetische
Austauschwechselwirkung, die einen großen magnetischen Fluss bewirkt) zwischen den drei Spulen 210a, 210b, 210c aufbauen. Je nach gewünschter Induktivität (und damit Frequenz des elektromagnetischen Felds) kann eine unterschiedliche Windungsanzahl gewählt werden.
Der magnetische Fluss kann an verschiedenen Punkten der Spulenanordnung 200
unterschiedliche Werte annehmen. Durch die Bauform der Spulenanordnung 200 lassen sich diese Werte vorgeben. Z.B. kann in dem Zentrum der Spulenanordnung 200 der magnetische Fluss einen Wert Null oder nahe Null annehmen, d.h. einen sehr geringen Wert.
Wie aus FIG. 1 ersichtlich, liegen die Spulen 210a, 210b, 210c alle in einer Ebene. In den FIGs. 2A und 2B ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, in der die Spule 210c gegenüber dieser Ebene (Spulenebene) um einen Winkel ß verkippt ist. Dadurch kann eine geringe Abmessung der Spulenanordnung 200 in der Spulenebene erreicht werden. Der Winkel ß kann z.B. in einem Bereich von 20°-30° liegen.
Wieder Bezug nehmend auf FIG. 1 schließt die Spule 210a mit der Spule 210b einen Winkel 213a ein. Die Spule 210b schließt mit der Spule 210c einen Winkel 213b ein. Die Spule 210c schließt mit der Spule 210a einen Winkel 213c ein. Diese Winkel 213a, 213b, 213c erstrecken sich jeweils innerhalb der Spuleebene. In der Ausführungsform der FIG. 1 nehmen diese Winkel 213a, 213b, 213c gleiche Werte ein, nämlich 120°. Mit anderen Worten hat die
Spulenanordnung 200 der FIG. 1 eine sternförmige Konfiguration. Während in der FIG. 1 eine hochsymmetrische Ausführungsform gezeigt ist, ist es im Allgemeinen jedoch möglich, dass die verschiedenen Winkel 213a, 213b, 213c unterschiedliche Werte annehmen - dies kann insbesondere dann erstrebenswert sein, wenn eine Bauform der Spulenanordnung 200 aufgrund von baulichen Beschränkungen bestimmten Limitationen unterliegt. Die Winkel 213a, 213b, 213c sind nicht besonders limitiert und können verschiedenste Werte annehmen. Z.B. könnten die Winkel 213a - 213b - 213c jeweils folgende Werte annehmen: 180° - 90° - 90°; 200° - 80° - 80°, 160° - 100° - 100°.
Wie in FIGs. 2A und 2B gezeigt, können einzelne Spulen 210c aus der Spulenebene verkippt werden. Dadurch können die lateralen Abmessungen der Spulenanordnung 200, d.h. die Dimensionen innerhalb der von den Spulen 210a, 210b aufgespannten Spulenebene, reduziert werden. Da jedoch eine Komponente des von der Spule 210c erzeugten zeitabhängigen elektromagnetischen Felds noch innerhalb der Spulenebene liegt, kann mit der
Spulenanordnung 200 der FIGs. 2A und 2B ein elektromagnetisches Feld erzeugt werden, welches mit dem elektromagnetischen Feld der Spulenanordnung 200 der FIG. 1 vergleichbar ist.
Während in den FIG. 1 , 2A, 2B jeweils Fälle gezeigt sind, in denen die Spulenanordnungen 200 drei Spulen 210a, 210b, 210c umfassen, so ist es im Allgemeinen möglich, mehr Spulen zu verwenden. Zum Beispiel ist eine Ausführungsform denkbar, bei der die Spulenanordnung 200 vier (sechs) Spulen umfasst, welche jeweils innerhalb der Spulenebene einen Winkel von 90° (60°) zueinander einschließen.
Voranstehend wurde vornehmlich auf bauliche Merkmale der Spulenanordnung 200 Bezug genommen. Nachfolgend wird erläutert, wie es möglich ist, mittels solcher Spulenanordnungen 200 ein rotierendes elektromagnetisches (em) Feld zu erzeugen. Das rotierende em Feld wird durch eine Überlagerung der von den einzelnen Spulen 210a, 210b, 210c ausgesendeten em Feldern erzeugt. Das rotierende em Feld kann hierbei ein solches Feld bezeichnen, bei dem Punkte gleicher Phase des em Felds als Funktion der Zeit um die Spulenanordnung 200 (etwa deren Mittelpunkt 201 , siehe FIG. 1 ) rotieren.
Zur Erzeugung eines em Felds werden die Spulen 210a-210c zusammen mit einem
Kondensator (in FIGs. 1 - 3 nicht gezeigt) als Schwingkreis angesteuert. In Bezug auf die FIG. 3 wird zunächst eine Ausführungsform diskutiert, bei dem die gesamten Spulen 210a, 210b, 210c der Spulenanordnung 200 der FIG. 1 , d.h. jeweils die Windungen 212a, 212b und 212c, 212d und 212e, 212f kombiniert, bestromt werden. In FIG. 3 ist der Stromfluss 85 durch die Spulen 210a, 210b, 210c als Funktion der Zeit aufgetragen. Ein solcher Stromfluss kann durch eine entsprechende Wechselspannung erreicht werden. Wie aus FIG. 3 ersichtlich, weisen die Wechselspannungen / der Stromfluss 85 eine Phasendifferenz von 120° auf - also
entsprechend der Winkel 213a, 213b, 213c. Die Wechselspannung 85 kann z.B. durch einen Strom-Spannungs-Wandler, der die Spulenanordnung 200 mit einem 12 V
Gleichspannungsnetz eines Kraftfahrzeugs verbindet, erzeugt werden. Die Wechselspannung 85 kann dann an die innersten und äußersten Kontakte eines mit der jeweiligen Spule 210a- 210c assoziierten Arms angelegt werden.
Eine solche Bestromung der Spulen 210a, 210b, 210c bewirkt ein elektromagnetisches Feld 80, wie es durch die in FIG. 4 aufgetragene Amplitude 81 der magnetischen Feldkomponente charakterisiert ist. FIG. 4 zeigt das em Feld 80 zum Zeitpunkt t-i.Das elektromagnetische Feld weist eine Symmetrie auf, die derjenigen der Spulenanordnung entspricht. Der Plot der FIG. 4 stellt das em Feld 80 insbesondere innerhalb der Spulenebene dar.
Es sollte verstanden werden, dass es möglich ist, ein elektromagnetisches Feld 80 gleich dem in FIG. 4 aufgetragenen auch mit anderen Konfigurationen der Spulenanordnung 200 zu erzeugen, die anders sind, als die in FIG. 1 dargestellte. Sind zum Beispiel die Winkel 213a- 213c benachbarter Spulen 210a, 210b, 210c anders als die 120 der FIG. 1 , so kann die
Wechselspannung 85, insbesondere eine Phasenverschiebung, entsprechend angepasst werden (siehe FIG. 3). Dadurch kann die Änderung der benachbarten Winkel 213a, 213b, 213c kompensiert werden und eine Situation wie in FIG. 4 gezeigt aufrechterhalten werden.
Entsprechendes gilt wenn, wie in FIG. 2 dargestellt, einzelne Spulen 210c aus der Spulenebene herausgekippt sind. Hierbei kann es möglich sein, die Projektion der entsprechenden Spule 210c in die Spulenebene zu berücksichtigen.
In Bezug auf die FIG. 5 wird nachfolgend die Rotation des em Felds 80 als Funktion der Zeit diskutiert, d.h. das rotierende em Feld 80 erläutert. Dargestellt ist das em Feld 80 zu vier verschiedenen Zeitpunkten t1 , t2, t3, t4 (siehe auch FIG. 3). Untenstehend in FIG. 5 ist darüber hinaus die Phase 82 des rotierenden em Felds 80 aufgetragen. Eine Zunahme der Phase 82 für zunehmende Zeiten ist sichtbar (Phasenakkumulation). Wie aus FIG. 5 ersichtlich, rotiert das em Feld 80 innerhalb der Spulenebene um die Spulenanordnung 200. Die Spulenebene ist daher koinzident mit der Rotationsebene. Während in FIG. 5 eine Situation gezeigt ist, in der das em Feld 80 eine konstante Amplitude als Funktion des Winkels/der Phase aufweist, kann - z.B. in Abhängigkeit der Bauform der Spulenanordnung 200 - die Amplitude 81 des em Feldes 80 auch eine Abhängigkeit von der Phase aufweisen. Als bildliche Analogie zu der
Betriebsweise der Spulenanordnung 200 zum Erzeugen des rotierenden em Felds 80 kann der Drehstrommotor gesehen werden.
In FIG. 6 ist eine Messung der Amplitude 81 der magnetischen Feldkomponente des em Felds 80 an einem Punkt P (siehe auch FIG. 5) im Außenraum der Spulenanordnung 200 und innerhalb der Rotationsebene beispielhaft aufgetragen. In FIG. 6 ist weiterhin die Amplitude 81 für einen Punkt P' dargestellt (gestrichelte Linie) der gegenüber der Rotationsebene beabstandet ist und dessen Projektion in die Rotationsebene koinzident mit dem Punkt P ist. Die Differenz der Amplitude 81 zwischen den Punkten P und P' ist ein Maß für den Abstand des Punkts P' zur Rotationsebene. Die Amplitude 81 ist proportional zu einer Feldstärke des em Felds 80. Wie ersichtlich ist, variiert die Amplitude sinus-förmig (durchgezogene Linie). Es ist möglich, eine Differenzphase 92 gegenüber einer Referenzphase 90 zu bestimmen. Z.B. kann die Referenzphase 90 mit einer Taktinformation 95 durch Modulation des em Felds 80 übertragen werden.
Zur Modulation des em Felds 80 können Modulationstechniken zu verwenden, welche aus folgender Gruppe ausgewählt sind: Frequenzmodulation (FM), Phasenmodulation (PM), „Frequency Shift Keying" (FSK),„Phase Shift Keying" (PSK), Pulsamplitudenmodulation (PAM), Pulse-Code-Modulation (PCM). Im Allgemeinen sind weitere Modulationstechniken, wie sie dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind, möglich. Es ist grundsätzlich auch möglich, die unterschiedlichen Komponenten des em Felds 80, die von den verschiedenen Spulen 201 a, 210b, 210c erzeugt werden, mit einer unterschiedlichen Modulationstechnik und insbesondere Modulationsfrequenz zu modulieren.
Insbesondere kann auch die Taktinformation 95 durch separate Modulation der von den verschiedenen Spulen 201 a, 210b, 210c ausgesendeten em Felder 80 übertragen werden. Dies kann in anderen Worten bedeuten, dass die Phase des em Felds 80 zeitaufgelöst übertragen werden kann. Dann kann es möglich sein, die Differenzphase 92 bereits aus dem Bruchteil einer ganzen Rotation des em Felds 80 zu bestimmen, etwa aus 1/3 oder 2/3 Rotation (im Fall von 3 Spulen mit Winkeln 213a, 213b, 213c von 120°).
Es ist möglich, eine Position eines Empfängers durch den Betrieb der einzelnen
Spulenanordnung 200 zu bestimmen. Position kann hierbei unterschiedliche Informationstiefen bezeichnen: insbesondere ist es z.B. möglich, die Position in Bezug auf einen Azimutwinkel in der Rotationsebene gegenüber der Spulenanordnung 200 aus der Differenzphase 92 zu bestimmen. Gemäß verschiedener Aspekte ist es aber auch möglich, die Position genauer zu bestimmen, indem zwei oder mehr Spulenanordnungen verwendet werden, siehe FIG. 7A. Genauer kann hierbei bedeuten, dass neben dem Azimutwinkel zusätzlich oder alternativ ein Abstand und / oder ein Polarwinkel bestimmt wird. In unterschiedliche Koordinatensysteme können die unterschiedlichen Koordinaten verschieden repräsentiert werden.
Es ist auch möglich, die Position nicht in einem Kugelkoordinatensystem (Abstand,
Azimutwinkel, Polarwinkel) zu bestimmen, sondern in jedem beliebigen anderen
Koordinatensystem. Die Position kann insbesondere in einem Referenzkoordinatensystem bestimmt werden. Das Referenzkoordinatensystem kann zweckmäßigerweise in Bezug auf die Positionen der Spulenanordnung(en) 200 bestimmt sein oder aber z.B. in Bezug auf ein Kraftfahrzeug, indem die Spulenanordnung(en) 200 verbaut sind.
In FIG. 7A werden zwei Spulenanordnungen 200a, 200b zur Bestimmung der Position P eines Empfänger 30, z.B. eines Identifikationsgebers wie einem Schlüssel eines Kraftfahrzeugs, verwendet z.B. im Rahmen eines entsprechenden Ortungssystems. Der Empfänger 30 ist eingerichtet, um das rotierende em Feld 80 der beiden Spulenanordnungen 200a, 200b zu messen. Dazu kann der Empfänger z.B. eine oder mehrere Empfängerspulen (in FIG. 7A nicht gezeigt) aufweisen. Der Empfänger ist weiterhin eingerichtet, um daraus die Differenzphase 92 zu ermitteln. Wie aus FIG. 7A ersichtlich, weist der Empfänger 30 unterschiedliche
Differenzphasen 91 gegenüber den em Feldern 80 der beiden Spulenanordnungen 200a, 200b auf. Sind beide Differenzphasen 92 bestimmt und ist der Abstand zwischen den
Spulenanordnungen 200a, 200b bekannt, kann z.B. mittels Triangulierung die genaue Position des Empfängers 30 innerhalb der Rotationsebene der em Felder 80 bestimmt werden. Die Position kann durch die Richtung A und die Entfernung a z.B. gegenüber der Spulenanordnung 200a charakterisiert sein.
Es ist möglich, eine noch größere Genauigkeit in der Bestimmung der Position P des
Empfängers 30 zu erreichen: Dies kann dadurch geschehen, dass zusätzlich zu den
Differenzphasen 92 auch eine Feldstärke des elektromagnetischen Felds 80 oder eine dazu proportionale Größe durch den Empfänger gemessen wird. Durch zusätzliche Messung der Feldstärke, d.h. zum Beispiel der Amplitude der magnetischen Komponente des
elektromagnetischen Felds, kann es nämlich möglich sein, einen vertikalen Abstand a' des Empfängers 30 gegenüber der Rotationsebene zu bestimmen. Dies ist in FIG. 7B
(Seitenansicht der FIG. 7A) durch den vertikalen Pfeil illustriert. Befindet sich der Empfänger 30 nämlich an einer Position P' oberhalb oder unterhalb der Rotationsebene 300 der rotierende elektromagnetischen Felder 80, so kann durch die obenstehend beschriebene Triangulierung basierend auf den Differenzphasen 92 eine Projektion der Position des Empfängers 30 in die Rotationsebene 300 eindeutig bestimmt werden. Abhängig von der vertikalen Beabstandung des Empfängers 30 gegenüber der Rotationsebene 300, kann dann die Feldstärke des em Felds 80 größer oder kleiner sein (siehe gestrichelte Linie in FIG. 6).
Werden neben den beiden Spulenanordnungen 200a, 200b noch weitere Spulenanordnungen verwendet, so kann eine Unsicherheit in der Positionsbestimmung reduziert werden z.B. kann ein Fehler der Triangulation bestimmt werden. Während voranstehend in Bezug auf die FIG. 7A und 7B Techniken zur Bestimmung der Position des Empfängers 30 in Bezug auf zwei Spulenanordnungen 200a, 200b diskutiert wurden, so sollte verstanden werden, dass es im Allgemeinen möglich ist, mehr als zwei Spulenanordnungen 200a, 200b zu verwenden. Werden zum Beispiel drei, vier oder fünf Spulenanordnung verwendet, so kann es möglich sein, einen Fehler in der Bestimmung der Position des Empfängers 30 zu reduzieren. Die mehreren em Felder 80 können sequentiell bzw. nacheinander zu verschiedenen Zeitpunkten ausgesendet werden (Zeit-Multiplexen) oder zumindest teilweise zeitgleich mit unterschiedlichen Frequenzen (Frequenz-Multiplexen). Dadurch kann der Empfänger 30 das jeweils gemessene em Feld 80 einer der Spulenanordnungen 200a, 200b zuordnen.
In FIG. 8A ist eine elektrische Verschaltung der Spule 210a dargestellt. Sichtbar sind insbesondere die zwei Spulenwicklungen 212a, 212b. Die beiden Spulenwicklungen 212a, 212b können gekoppelt durch Kontaktieren an den Kontakten x1 und x4 betrieben werden (siehe auch FIG. 1 ). Ein Kondensator 226 ist mit den zwei Spulenwicklungen 212a, 212b in Reihe geschaltet. Es ist jedoch auch möglich, die Spulenwicklungen 212a alleine zu betreiben. Dazu ist ein weiterer Kondensator 225 in Parallelschaltung mit der Spulenwicklung 212a vorgesehen.
Eine Induktivität der Spule 210a ist in dem Fall, dass die Spulenwicklungen 212a, 212b gekoppelt betrieben werden, größer als in dem Fall, dass lediglich die Spulenwicklung 212a betrieben wird. Daher kann insbesondere eine Resonanzfrequenz für den erstgenannten Fall geringer sein als eine Resonanzfrequenz für den letztgenannten Fall. Zum Beispiel kann die Resonanzfrequenz bei einem Betrieb der Spule 210a mit den beiden Spulenwicklungen 212a, 212b durch geeignete Dimensionierung der Induktivitäten sowie der Kapazität des
Kondensators 226 derart gewählt werden, dass sie 125 kHz beträgt. Entsprechend kann eine Resonanzfrequenz für einen Betrieb der Spule 210a, der lediglich die Spulenwicklung 212a und den weiteren Kondensator 225 umfasst, gleich 1 MHz gewählt werden. Es ist natürlich möglich, andere Frequenzen durch geeignete Dimensionierung der Kapazitäten und Induktivitäten zu erzeugen. Dem Fachmann sind hierzu vielfache Techniken bekannt.
Im Allgemeinen kann eine Leistungsaufnahme bei Aussenden des em Felds für die
Reihenschaltung mit Kondensator 226 größer sein, als für die Parallelschaltung mit dem weiteren Kondensator 225. Bei bestimmten Anwendungen, etwa zur Umfeldsuche eines Empfängers im Fernbereich. Die Ansteuerung der Parallelschaltung mit dem weiteren
Kondensator 224 bei vorzugsweise 1 MHz kann z.B. ein nicht rotierendes em Feld beinhalten. Ein solches Szenario ist durch die geringe elektrische Leistungsaufnahme gekennzeichnet, was z.B. für eine Annäherungserkennung im weiten Umfeld, d.h. für große Reichweiten bis zu 10 m vom Kraftfahrzeug 1 , zu bevorzugen sein kann. Wenn der Identifikationsgeber 30 in diesem fernen Umfeld erkannt wird, dann kann die Reihenschaltung mit dem Kondensator 226 aktiviert werden. In diesem Betriebsmodus kann die Position und der Positionsverlauf des
Identifikationsgebers 30 im Nahbereich, z.B. bis zu 3 m vom Kraftfahrzeug 1 , bestimmt werden. Ein derartiges hierarchisches Betreiben kann einen geringeren Energieverbrauch bewirken, was insbesondere bei Elektrofahrzeugen erstrebenswert sein kann.
In einem Frequenzbereich, welcher die oben genannten Frequenzen beinhaltet, kann eine Abklingrate des elektromagnetischen Felds 80 abhängig von der Frequenz sein. So können höhere Frequenzen eine geringere Abklingrate des elektromagnetischen Felds 80 bewirken. Dies ist in der FIG. 8B dargestellt. In der FIG. 8B ist die Amplitude 81 etwa der magnetischen Komponente des elektromagnetischen Felds 80, über dem Ort als Abstand gegenüber der aussendenden Spulenanordnung 200 aufgetragen. Die durchgezogene (gestrichelte) Linie illustriert den Fall einer vergleichsweise niedrigen (großen) Resonanzfrequenz des
entsprechenden Schwingkreises, wie obenstehend in Bezug auf FIG. 8A diskutiert. Wie aus FIG. 8B ersichtlich, ist eine Abklingrate des elektromagnetischen Felds 80 für höhere
Resonanzfrequenzen geringer. Deshalb kann es möglich sein, durch Bestromen nur einer (beider) Spulenwicklung 212a (212a, 212b) eine Bestimmung der Position des Empfängers 30 in einem Fernbereich 31 1 (Nahbereich 310) der Spulenanordnung 200 durchzuführen.
In FIG. 8C ist eine mit einer Versorgungsleitung 241 verbundene Wechselspannungs-Quelle 242 schematisch dargestellt. Die Versorgungsleitung 241 kann z.B. ein 12 V
Gleichspannungsnetz eines Kraftfahrzeugs sein. Die Wechselspannungs-Quelle 241 ist eingerichtet, um eine Wechselspannung wie in FIG. 3 gezeigt, zu erzeugen. In FIG. 8C ist weiterhin eine Rechnereinheit 243 dargestellt, die eingerichtet ist, Steuersignale über ein Bussystem 240 zu empfangen und basierend darauf das Aussenden des em Feldes 80 zu steuern.
In den FIGs. 9A-9F, sowie 10A-10D sind verschiedene Ansichten der Spulenanordnung 200 aus FIG. 1 in einem Gehäuse 220 dargestellt. Die Kondensatoren 225, 226 und weitere Leistungselektronik können auch innerhalb des Gehäuse angeordnet werden. Es sind elektrische Kontakte 222 dargestellt, welche die Spulenanordnung mit Leiterbahnen auf einer Leiterplatte 230 verbinden können. Z.B. können die Kontakte mit der Wechselspannungs-Quelle 242 über Leiterbahnen auf der Leiterplatte verbunden sein. Darüber hinaus sind Halter 221 vorgesehen, welche die Spulenanordnung 200 ortsfest innerhalb des Gehäuses 220 fixieren. Das Gehäuse kann Schutz gegen Erschütterungen, Ablagerungen, Feuchtigkeit usf. darstellen und kann vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt sein. Eine Oberseite des Gehäuses 220 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, kann aber vorgesehen sein. Wie aus den FIGs. 9A-9F, sowie 10A-10D ersichtlich, kann eine Ober- und Unterseite des Gehäuses, sowie die Leiterplatte 230 parallel zu der Rotationsebene 300 bzw. der Spulenebene sein. Die spezielle Gehäuseform ist nicht limitierend und kann verschieden gewählt werden. Es sollte verstanden werden, dass je nach Bauraum der zur Verfügung steht, unterschiedliche Gehäuse 220 bevorzugt werden können. Das Gehäuse kann parallel zum Boden ausgerichtet angebracht sein.
In der FIG. 1 1 ist eine alternative Ausführungsform der Spulenanordnung 200 dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht einer integrierten Bauform, bei der Leiterbahnen 231 die
Spulenwicklungen 212a, 212c, 212e planar auf einer Leiterplatte 230 (gestrichelt) ausbilden. Die Leiterbahnen können z.B. durch Ätz- oder Masken- oder Lithographie-Techniken hergestellt werden.
Es sind Aussparungen 232 der Leiterplatte 230 vorgesehen, in die das Spulenjoch 21 1 (in FIG. 1 1 nicht gezeigt) eingeführt und fixiert werden kann. Diese Ausführungsform kann den Effekt eines besonders geringen Platzbedarfs aufweisen.
Nachfolgend wird anhand der FIGs. 12 - 14 eine Systemarchitektur eines Ortungssystems 100 erläutert, welches mindestens zwei Spulenanordnungen 200, 200a, 200b umfasst. Durch Techniken, wie sie in Bezug auf die FIGs. 7A und 7B voranstehend beschrieben wurden, kann das Ortungssystem 100 eine Position des Empfängers 30, etwa eines Schlüssels zu einem Kraftfahrzeug genau bestimmen. Die Ortsbestimmung kann sowohl im Außenraum als auch im Innenraum des Kraftfahrzeugs vergleichsweise genau, z.B. bis auf wenige Zentimeter genau, erfolgen. Z.B. kann die bestimmte Position des Schlüssels dem Benutzer graphisch dargestellt werden, etwa auf einem Bildschirm eines Bordcomputers des Kraftfahrzeugs 1 . Dazu können rotierende em Felder erzeugt werden.
In FIG. 12 ist zunächst ein vorbekanntes Ortungssystem 100 dargestellt. Ein Steuergerät 25 ist mit einem weiteren Steuergerät 25a verbunden. Zum Beispiel kann das Steuergerät 25 Teile einer zentralen Rechnereinheit des Kraftfahrzeugs sein. Darüber hinaus ist das Steuergerät 25 mit einer Funkschnittstelle 31 verbunden, welche Datenübertragung mit dem
Identifikationsgeber 30 herstellen kann. Das weitere Steuergerät 25A ist über Datenleitungen mit Türgriffsensoren 22 des Kraftfahrzeugs verbunden. Diese Türgriffsensoren 22 können eine Betätigung oder Zugangswunsch der Schließklappen des Kraftfahrzeugs, wie etwa Türen und Heckklappen, detektieren. Darüber hinaus ist das weitere Steuergerät 25a über
Versorgungsleitungen 241 mit einzelnen Spulen 210 zur Erzeugung von elektromagnetischen Feldern, die von dem Identifikationsgeber 30 gemessen werden können, verbunden. Wie aus FIG. 12 ersichtlich, ist die Systemarchitektur des vorbekannten Ortungssystems
vergleichsweise aufwändig gestaltet. Insbesondere müssen die zum Beispiel zweiadrigen Versorgungsleitungen 241 in einer großen Zahl vorgehalten werden, was eine komplizierte Verkabelung des Kraftfahrzeugs notwendig macht: das Steuergerät 25a umfasst eine
Wechselspannungs-Quelle, die die Spulen 210 über die Leitung 241 a mit Spannung versorgt. In FIG. 13 ist das erfindungsgemäße Ortungssystem 100 schematisch dargestellt.
Vier Spulenanordnungen 200a-200d, sowie kapazitive Sensoren 20 und optische Sensoren 21 sind vorgesehen. Die Spulenanordnungen 200a-200d können über eine Rechnereinheit (in FIG. 13 nicht gezeigt) mit einem Bussystem 240 verbunden sein, das Datenkommunikation mit dem Steuergerät 25 ermöglicht. Das Bussystem kann z.B. ein„Controller Area Network" (CAN) Bussystem,„Local Interconnect Network" (LIN), oder„FlexRay" oder ein anderes Bussystem sein. Das Steuergerät 25 kann Befehle über das Bussystem 240 senden, welche von der Rechnereinheit der jeweiligen Spulenanordnung 200a-200d empfangen und interpretiert werden. Dann sind die Spulenanordnungen 200a-200d eingerichtet, um als Reaktion auf die Steuersignale, jeweils ein rotierendes em Feld 80 zu erzeugen. Die dazu erforderliche Energie kann aus der Versorgungsleitung 241 erhalten werden. Z.B. kann die Versorgungsleitung Gleichspannung (etwa 12 V) zur Verfügung stellen, so dass ein entsprechender elektrischer Schaltkreis, also eine Wechselspannungs-Quelle, in den Spulenanordnungen 200a-200d eingerichtet ist, um die zur Erzeugung des em Feldes 80 erforderlichen Wechselspannungen mit vorgegebener Phasenbeziehung daraus zu erzeugen. Z.B. kann die Steuereinheit 25 die Spulenanordnungen 200a-200d so ansteuern, dass die jeweiligen em Felder 80 zu
verschiedenen Zeiten (Zeit-Multiplexen) und / oder mit verschiedenen Frequenzen (Frequenz- Multiplexen) ausgesendet werden. Mit den Techniken, wie sie in Bezug auf die FIGs. 7A und 7B beschrieben wurden, kann dann eine Position des Empfängers 30 bestimmt werden. Das Ortungssystem 100 der FIG. 13 kann im Vergleich zu dem System der FIG. 12 eine schnellere Reaktionszeit aufweisen, da das zwischengeschaltete Steuergerät 25a entfällt.
FIG. 14 zeigt das Ortungssystem 100 mit einer Anordnung in dem Kraftfahrzeug 1. Aus FIG. 14 ist wiederum ersichtlich, dass eine Steuerung und eine Energieversorgung über die getrennten Leitungen 240, 241 erfolgt. In der FIG. 14 sind die Spulenanordnungen 200a, 200b in den rechten und linken Vordertüren verbaut. Es wäre auch möglich, die Spulenanordnungen 200a, 200b in den links- und rechtsseitigen B-Säulen und/oder C-Säulen zu verbauen. Es könnten modular weitere Spulenanordnungen vorgesehen werden, etwa im Bereich des Kraftfahrzeug- Hecks.
In FIG. 15 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Position eines Empfängers dargestellt. Das Verfahren beginnt mit Schritt S1. Z.B. kann der Beginn des Verfahrens durch ein externes Triggersignal ausgelöst werden - ein solches Triggersignal kann z.B. die Betätigung eines Türgriffs sein oder eine Annäherungserkennung. Zunächst erfolgt in Schritt S2 das Empfangen einer Abschätzung der Position des Empfängers 30. Zum Beispiel kann eine Abschätzung der Position des Empfängers 30 über die optischen und/oder kapazitiven Sensoren 20, 21 , welche in den Türgriffen des Kraftfahrzeugs 1 vorgehalten werden (siehe auch FIG. 13) erfolgen. Die Abschätzung der Position des Empfängers 30 kann daher zum Beispiel eine Informationstiefe enthalten, wie:„Empfänger 30 befindet sich vorne links gegenüber dem Kraftfahrzeug 1 " oder„Empfänger 30 befindet sich hinter dem Kraftfahrzeug 1 ".
Anschließend erfolgt in Schritt S3 die Auswahl der Spulenanordnung oder der
Spulenanordnungen, die nachfolgend das rotierende em Feld 80 aussenden sollen, in
Abhängigkeit der abgeschätzten Position in Schritt S2. Ist zum Beispiel aus Schritt S2 bekannt, dass sich der Empfänger 30, wie in FIG. 14 dargestellt, links vorne neben dem Kraftfahrzeug 1 befindet, so können zum Beispiel die Spulenanordnungen 200b und 200c ausgewählt werden - dies ist der Fall, da zu einer Triangulierung basierend auf Differenzphasen (wie voranstehend in Bezug auf die FIG. 7A und 7B beschrieben) der Informationsgewinn durch die Bestimmung der Differenzphase mittels der Spulenanordnung 200a aufgrund des geringen Winkelunterschieds zum Empfänger 30 gegenüber der Spulenanordnung 200b gering ist. Es wäre alternativ zum Beispiel auch möglich, alle drei Spulenanordnungen 200a-200c oder lediglich die
Spulenanordnung 200b etc. zu betreiben. In Schritt S4 wird ein Triggersignal über das
Bussystem zu einer der in Schritt S3 ausgewählten Spulenanordnungen 200a-200c gesendet. Diese aktuelle Spulenanordnung sendet dann das rotierende elektromagische Feld 80. Das rotierende elektromagnetische Feld 80 wird durch die entsprechende Spulenanordnung 200a- 200c derart erzeugt, dass es durch Modulation sowohl Informationen zur Identifikation des Kraftfahrzeugs 1 als auch Taktinformation 95 beinhaltet. Z.B. kann die Taktinformation eine Referenzphase beinhalten, gegenüber der die Differenzphasen bestimmt werden. Es wäre auch möglich, die Differenzphasen gegenüber dem externen Triggersignal aus Schritt S1 zu bestimmen. Das Aussenden des rotierenden elektromagnetischen Felds 80 kann mittels Anlegen mehrerer phasenverschobener Wechselspannungen 85 an die verschiedenen Spulen 210a-210c der jeweiligen Spulenanordnung 200a-200c und Überlagerung der entsprechenden em Felder geschehen.
In Schritt S6 erfolgt das Messen des elektromagnetischen Felds 80. Daher können die Schritte S5 und S6 zum Beispiel zeitgleich durchgeführt werden. Das Messen in Schritt S6 kann z.B. das zei frequenzaufgelöste induktive Messen der Amplitude 81 der magnetischen
Feldkomponente umfassen. In Schritt S7 erfolgt das Bestimmen der Differenzphase 92 des gemessenen elektromagnetischen Felds 80. Zum Beispiel kann Schritt S7 auf einer
Rechnereinheit innerhalb des Empfängers 30 durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, die Informationen des gemessenen rotierenden elektromagnetischen Felds 80 aus Schritt S6 über die Funkschnittstelle 31 an die Steuereinheit 25 zu übertragen, so dass diese Schritt S7 durchführen kann. In Schritt S8 wird überprüft, ob das Aussenden und Messen eines weiteren elektromagnetischen Felds 80 durch eine weitere Spulenanordnung 200a-200c benötigt wird. Ist dies der Fall, werden die Schritte S4-S7 erneut durchgeführt. Andernfalls erfolgt in Schritt S9 das Bestimmen der Position des Empfängers basierend auf den bestimmten Differenzphasen 92. Schritt S9 kann zum Beispiel eine Triangulierung beinhalten. Schritt S9 kann zum Beispiel auf einer Rechnereinheit innerhalb des Steuergeräts 25 oder in dem Empfänger 30
durchgeführt werden. Das Verfahren endet in Schritt S10.
Während voranstehend ein Technik erläutert wurde, in der separate Triggersignale in Schritt S4 zur Ansteuerung der verschiedenen Spulenanordnungen 200a-200c verwendet werden, wäre es auch möglich, den Schritt S4 lediglich einmal durchzuführen und bereits in dem einmal ausgesendeten Triggersignal alle Informationen darüber zu beinhalten, welche
Spulenanordnung 200a-200c das elektromagnetische Feld 80 erzeugen soll. In einem solchen Fall könnte das Triggersignal Zeitgeber in den jeweiligen Spulenanordnungen 200a-200c initiieren; die Zeitgeber wären so konfiguriert, dass die verschiedenen Spulenanordnungen 200a-200c zu unterschiedlichen Zeitpunkten das elektromagnetische Feld 80 aussenden.
Darüber hinaus wäre es möglich, neben dem oben stehend beschriebenen Zeit-Multiplexen auch Techniken des Frequenz-Multiplexens durchzuführen und die verschiedenen em Felder 80 zumindest teilweise zeitgleich auszusenden.
Darüber hinaus sollte verstanden werden, dass Schritt S9 eine unterschiedliche Genauigkeit des Bestimmens der Position P, P' des Empfängers 30 bezeichnen kann: Zum Beispiel kann es möglich sein, wenn lediglich ein rotierendes elektromagnetisches Feld 80 ausgesendet und gemessen wird (Schritte S5 und S6), dass lediglich die Position P, P' des Empfängers als ein Winkel bzw. Richtung A gegenüber der entsprechenden Spulenanordnung 200a-200c bestimmt wird. Werden jedoch zwei oder mehr rotierende elektromagnetische Felder 80 verwendet, so kann die Position P, P' des Empfängers genau innerhalb der Rotationsebene 300 der elektromagnetischen Felder 80 bestimmt werden: Dies kann insbesondere den Abstand a zu einer Spulenanordnung 200a-200c beinhalten. Optional wäre es in Schritt S6 möglich, die Feldstärke des rotierenden elektromagnetischen Felds 80, d.h. zum Beispiel die Amplitude 81 der magnetischen Komponente des elektromagnetischen Felds 80, zu messen und daraus auf einen Abstand a' der Position P' des Empfängers 30 zu der Rotationsebene in Schritt S9 zu schließen (siehe gestrichelte Linie in FIG. 6). Insbesondere kann hierzu z.B. eine
Ausführungsform der Spulenanordnung 200 verwendet werden, bei der einzelne oder mehrere Spulen 210a, 210b, 210c gegenüber der Spulenebene verkippt sind; ein solcher Fall ist z.B. in der FIG. 2 illustriert. Eine solche Konfiguration kann den Vorteil aufweisen, dass für Positionen welche gleiche Abstände gegenüber der Rotationsebene aufweisen, jedoch oberhalb bzw. unterhalb angeordnet sind (d.h. spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Rotationsebene), unterschiedliche Feldstärkewerte gemessen werden. Derart kann bestimmt werden, ob sich der Empfänger 30 ober- oder unterhalb der Rotationsebene befindet. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Z.B. ist es möglich, obenstehend beschriebene Techniken, welche Anwendung in der Positionsbestimmung für einen Schlüssel eines Kraftfahrzeugs dienen, für Personenortungssysteme anzuwenden. Typische Anwendungsfälle wären z.B. das Orten von Personen und Gegenständen, welche einen Empfänger zur Auswertung der Phaseninformationen mit sich tragen. Für den Sender sind alle Funktechniken, z.B. Bluetooth ©, Wireless-LAN (WLAN), Radio Frequency
Identification (RFID) und weitere möglich.
Zum Beispiel wäre es darüber hinaus möglich, das Ortungssystem 100 für verschiedene Anwendungsfälle einzusetzen, welche auf der besonders genauen Positionsbestimmung beruhen. So wäre es z.B. möglich, durch das genaue Bestimmen der Position des Schlüssels 30 eine Steuerung des Kraftfahrzeugs 1 durch Bewegungserkennung des Schlüssels 30 zu ermöglichen. Eine links-rechts-Bewegung des Schlüssels 30 könnte so z.B. eine links-rechts- Drehung des Kraftfahrzeugs 1 bewirken. Der Benutzer könnte sich außerhalb des
Kraftfahrzeugs 1 befinden und dieses fernsteuern.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Bestimmen einer Position (P, P') eines Identifikationsgebers für eine Zugangskontrolle zu einem Kraftfahrzeug (1 ), das Verfahren umfassend:
- Aussenden mindestens eines elektromagnetischen Felds (80) jeweils durch einen Sender (200, 200a-200d), wobei eine Amplitude (81 ) des mindestens einen
elektromagnetischen Felds (80) jeweils als Funktion der Zeit gegenüber dem jeweiligen Sender (200, 200a-200d) rotiert,
- Messen des mindestens einen elektromagnetischen Felds (80) durch den Empfänger (30),
- Ermitteln einer Differenzphase (92) für jedes des mindestens einen
elektromagnetischen Felds (80) an der Position (P, P') des Empfängers (30) basierend auf dem gemessenen mindestens einen elektromagnetischen Feld (80),
- Bestimmen der Position (P, P') des Empfängers (30) basierend auf der mindestens einen ermittelten Differenzphase (92).
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Aussenden für zwei oder mehr elektromagnetische Felder (80) sequentiell geschieht,
dass das Messen für die zwei oder mehr elektromagnetischen Felder (80) sequentiell geschieht,
dass das Bestimmen der Position (P, P') des Empfängers (30) basierend auf einer Triangulation für die mindestens zwei Differenzphasen (92) geschieht, und
dass das Bestimmen der Position (P, P') des Empfängers (30) das Bestimmen einer Richtung (A) und Entfernung (a), unter der der Empfänger (30) in einer Rotationsebene (300) des elektromagnetischen Felds (80) gegenüber mindestens einem der Sender (200, 200a-200d) angeordnet ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Aussenden und das Messen für ein einzelnes elektromagnetisches Feld (80) geschieht und
dass das Bestimmen der Position (P, P') des Empfängers (30) das Bestimmen einer Richtung (A), unter der der Empfänger (30) in einer Rotationsebene (300) des elektromagnetischen Felds (80) gegenüber mindestens einem der Sender (200, 200a- 200d) angeordnet ist, umfasst.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin umfasst:
- Empfangen einer Abschätzung der Position (P, P') des Empfängers (30), wobei das Aussenden des mindestens einen elektromagnetischen Felds (80) die Abschätzung der Position (P, P') berücksichtigt.
5. Verfahren nach Anspruch 2 und 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Abhängigkeit der Abschätzung der Position (P, P') des Empfängers (30) das Aussenden entweder für die zwei oder mehr elektromagnetische Felder (80) sequentiell oder für das einzelne elektromagnetisches Feld (80) geschieht.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin umfasst:
- Ermitteln einer Feldstärke (81 ) für das mindestens eine elektromagnetische Feld (80) an der Position (P, P') des Empfängers (30) basierend auf dem gemessenen mindestens einen elektromagnetischen Feld (80), wobei das Bestimmen der Position (P, P') des Empfängers (30) das Bestimmen eines Abstandes (a') des Empfängers (30) zu einer Rotationsebene (300) des
elektromagnetischen Felds (80) basierend auf der ermittelten Feldstärke (81 ) umfasst.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin umfasst:
- Modulieren des mindestens einen elektromagnetischen Felds (80) zum Übertragen von Information an den Empfänger (30), wobei die Information Elemente umfasst, die aus folgender Gruppe ausgewählt werden: eine Taktinformation (95) einer Referenzphase (90), eine Identifizierungsinformation des mindestens einen Senders (200, 200a-200d).
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin umfasst:
- Aussenden mindestens eines weiteren elektromagnetischen Felds (80) jeweils durch einen Sender (200, 200a-200d), wobei das mindestens eine weitere elektromagnetische Feld (80) eine Frequenz aufweist, die größer ist als eine Frequenz des mindestens einen elektromagnetischen Felds (80),
- Messen des mindestens einen weiteren elektromagnetischen Felds (80) durch den Empfänger (30),
- Ermitteln einer Feldstärke (81 ) für jedes des mindestens einen weiteren
elektromagnetischen Felds (80) an der Position (P, P') des Empfängers (30) basierend auf dem gemessenen mindestens einem weiteren elektromagnetischen Feld (80),
- Bestimmen einer Entfernung des Empfängers (30) zu dem mindestens einem Sender (200, 200a-200d) basierend auf der mindestens einen ermittelten Feldstärke (81 ).
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bestimmen der Entfernung des Empfängers (30) basierend auf der mindestens einen ermittelten Feldstärke (81 ) zum Bestimmen der Position (P, P') des Empfängers (30) in einem Fernbereich (31 1 ) zu dem mindestens einem Sender (200, 200a-200d) geschieht,
dass das Bestimmen der Position (P, P') des Empfängers (30) basierend auf der mindestens einen ermittelten Differenzphase (92) zum Bestimmen der Position (P, P') des Empfängers (30) in einem Nahbereich (310) zu dem mindestens einem Sender (200, 200a-200d) geschieht, und
dass das Aussenden und das Messen des mindestens einen elektromagnetischen Felds (80), sowie das Ermitteln der Differenzphase (92) für jedes des mindestens einen elektromagnetischen Felds (80) und das Bestimmen der Position (P, P') des Empfängers (30) basierend auf der mindestens einen ermittelten Differenzphase (92) selektiv unter Berücksichtigung des Bestimmens der Entfernung (a) des Empfängers (30) geschieht.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Aussenden des mindestens einen elektromagnetischen Felds (80) jeweils umfasst:
- phasenversetztes Bestromen von mindestens drei in einer Rotationsebene (300) des elektromagnetischen Felds (80) angeordneten Spulen (210a, 210b, 210c) des mindestens einen Senders (200, 200a-200d), wobei das phasenversetzte Bestromen eine baulich vorgegebene Winkelanordnung der mindestens drei Spulen (210a, 210b, 210c) in der Rotationsebene (300) berücksichtigt, sodass eine Rotationsfrequenz des elektromagnetischen Felds (80) gleich einer Frequenz des elektromagnetischen Felds (80) ist.
1 1. Verfahren einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Aussenden des mindestens einen elektromagnetischen Felds (80) durch ein von einem Steuergerät (25) gesendetes Triggersignal ausgelöst wird.
12. Verfahren einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Empfänger (30) beweglich gegenüber dem mindestens einen Sender (200, 200a-200d) ist,
dass der mindestens eine Sender (200, 200a-200d) mit einem Steuergerät (25) verbunden ist, und
dass das Verfahren weiterhin umfasst:
- drahtloses Übertragen der ermittelten Differenzphase (92) und / oder der bestimmten Position (P, P') von dem beweglichen Empfänger (30) an das Steuergerät (25).
13. Ortungssystem (100) für einen Empfänger (30), das Ortungssystem (100) umfassend:
- mindestens einen Sender (200, 200a-200d), der jeweils eingerichtet ist, um ein elektromagnetisches Feld (80) auszusenden, wobei eine Amplitude (81 ) des
elektromagnetischen Felds (80) als Funktion der Zeit gegenüber dem Sender (200, 200a-200d) rotiert,
- den Empfänger (30), der eingerichtet ist, um das mindestens eine elektromagnetische Feld (80) zu messen, und
- eine Rechnereinheit, die eingerichtet ist, um die folgenden Schritte durchzuführen: - Ermitteln einer Differenzphase (92) für jedes des mindestens einen
elektromagnetischen Felds (80) an der Position (P, P') des Empfängers (30) basierend auf dem gemessenen mindestens einem elektromagnetischen Feld (80),
- Bestimmen der Position (P, P') des Empfängers (30) basierend auf der mindestens einen ermittelten Differenzphase (92).
14. Ortungssystem (100) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass es eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 12 durchzuführen.
15. Kraftfahrzeug (1 ), welches ein Ortungssystem (100) für einen Empfänger(30) umfasst, wobei das Ortungssystem (100) mindestens einen Sender (200, 200a-200d) umfasst, der jeweils eingerichtet ist, um ein zeitabhängiges elektromagnetisches Feld (80) auszusenden, wobei eine Amplitude (81 ) des elektromagnetischen Feldes (80) als Funktion der Zeit gegenüber dem Sender (200, 200a-200d) rotiert, und
wobei das Ortungssystem (100) den Empfänger (30) umfasst, der eingerichtet ist, um das mindestens eine zeitabhängige elektromagnetische Feld (80) zu messen, und wobei das Ortungssystem (100) eine Rechnereinheit umfasst, die eingerichtet ist, um die folgenden Schritte durchzuführen:
- Ermitteln einer Differenzphase (92) für jedes des mindestens einen
elektromagnetischen Feldes (80) am Position (P, P') des Empfängers (30) basierend auf dem gemessenen mindestens einem zeitabhängigen elektromagnetischen Feld (80),
- Bestimmen der Position (P, P') des Empfängers (30) basierend auf der mindestens einen ermittelten Differenzphase (92).
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