DE102012217258A1

DE102012217258A1 - Fahrzeugleitsystem mit schnittstelle

Info

Publication number: DE102012217258A1
Application number: DE102012217258A
Authority: DE
Inventors: Douglas Raymond Martin; William David Treharne; Kenneth James Miller
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: CN103029652A; DE102012217258B4; US8816637B2; CN103029652B; US20120091959A1

Abstract

Ein Fahrzeugleitsystem wird mit einem Controller versehen, der konfiguriert ist, um Eingangssignale zu empfangen, die eine augenblickliche Ladeanschlussposition bezüglich eines externen Ladepads und einen Ladestatus anzeigen. Der Controller ist weiter konfiguriert, um ein Fahrzeugstatussignal als Reaktion auf die Eingangssignale zu senden. Eine Schnittstelle steht mit dem Controller in Verbindung und ist konfiguriert, um einen Fahrzeugpositionsanzeiger und eine Ladestatusmitteilung als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal anzuzeigen.

Description

Eine oder mehrere Ausführungen beziehen sich auf ein Fahrzeugleitsystem mit einer Schnittstelle, die eine Fahrzeugpositionsinformation bezüglich einer externen Stromversorgung zur Vereinfachung des Ladens der Fahrzeugbatterie übermittelt.
Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) und Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) können mit einer externen Stromversorgung verbunden werden, um eine Fahrzeugbatterie aufzuladen. Solche Fahrzeuge enthalten typischerweise ein Ladekabel, das sich von einer externen Stromversorgung erstreckt und physikalisch mit einem Fahrzeug-Ladeanschluss verbunden ist, um das Laden der Fahrzeugbatterie zu erleichtern. Solche Ladekabel sind aber anfällig für Fehler des Bedieners. Wenn zum Beispiel der Benutzer das Ladekabel nicht korrekt verbindet, oder das Verbinden des Ladekabels ganz vergisst, wird die Batterie nicht geladen. Weiter kann der Benutzer das Ladekabel oder das Fahrzeug beschädigen, wenn er vergisst, das Ladekabel zu trennen, ehe er von der externen Stromversorgung wegfährt. Zusätzlich muss das Ladekabel an einem sicheren Ort gelagert werden, wenn es nicht in Gebrauch ist. Zum Beispiel kann das Ladekabel beschädigt werden, wenn der Benutzer das Ladekabel auf dem Boden lässt und es unbeabsichtigt überfährt.
Fahrzeuge enthalten eine Anzahl von Schnittstellen, wie Anzeigegeräte, Anzeiger und Anzeigeeinheiten, um dem Benutzer Informationen bezüglich des Fahrzeugs und seiner Umgebung zu übermitteln. Mit der Einführung neuer Technologien sind diese Benutzerschnittstellen anspruchsvoller geworden. Zum Beispiel enthalten manche Fahrzeuge externe Kameras und eine Schnittstelle zur Anzeige des von der Kamera aufgenommenen Bilds, während das Fahrzeug rückwärts fährt oder parallel einparkt. Auch umfassen viele Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs) Anzeigegeräte, die versuchen, den Fahrer mit Informationen über die verschiedenen hybriden Fahrzustände zu versorgen. Manche Anzeigegeräte zeigen dem Fahrer an, wenn das Fahrzeug nur vom Verbrennungsmotor, nur vom Elektromotor oder von einer Kombination der beiden angetrieben wird. In ähnlicher Weise kann eine Anzeigeeinheit anzeigen, wenn der Elektromotor als Generator arbeitet und eine Energiespeichervorrichtung wie eine Batterie wieder auflädt.
In einer Ausführungsform ist ein Fahrzeugleitsystem mit einem Controller versehen, der konfiguriert ist, um Eingangssignale zu empfangen, die eine augenblickliche Ladeanschlussposition bezüglich eines externen Ladepads anzeigen. Als Ladepad wird eine außerhalb des Fahrzeugs angeordnete Einrichtung zur Übertragung elektrischer Energie an das Fahrzeug bezeichnet. Das Ladepad dient bevorzugt dem induktiven Laden der Fahrzeugbatterie. Der Controller ist weiter konfiguriert, um ein Fahrzeugstatussignal als Reaktion auf die Eingangssignale zu senden. Eine Schnittstelle steht mit dem Controller in Verbindung und ist konfiguriert, um einen Fahrzeugpositionsanzeiger mit einem Zielelement, das eine Ziel-Ladeanschlussposition anzeigt, als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal anzuzeigen.
In einer anderen Ausführungsform ist ein Fahrzeugleitsystem mit einem Controller versehen, der konfiguriert ist, um Eingangssignale zu empfangen, die eine augenblickliche Fahrzeugposition bezüglich eines externen Ladepads und einen Ladestatus anzeigen. Der Controller ist weiter konfiguriert, um ein Fahrzeugstatussignal als Reaktion auf die Eingangssignale zu senden. Eine Schnittstelle steht mit dem Controller in Verbindung und ist konfiguriert, um einen Fahrzeugpositionsanzeiger und eine Ladestatusmitteilung als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal anzuzeigen.
In noch einer anderen Ausführungsform ist ein Fahrzeug mit einem Ladeanschluss und mit einem Controller versehen, der konfiguriert ist, um Eingangssignale zu empfangen, die eine augenblickliche Ladeanschlussposition bezüglich eines externen Ladepads und einen Ladestatus anzeigen. Der Controller ist weiter konfiguriert, um ein Fahrzeugstatussignal als Reaktion auf die Eingangssignale zu senden. Eine Schnittstelle steht mit dem Controller in Verbindung und ist konfiguriert, um einen Fahrzeugpositionsanzeiger und eine Ladestatusmitteilung als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal anzuzeigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugleitsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen und innerhalb eines teilweise zerlegten Bauwerks veranschaulicht, das eine externe Stromversorgung hat;
2 ist ein Schaltplan, der weiter das Fahrzeugleitsystem der 1 veranschaulicht und mit der externen Stromversorgung veranschaulicht ist;
3 ist eine perspektivische Frontansicht einer Benutzerschnittstelle des Fahrzeugleitsystems der 1;
4 ist ein weiterer Schaltplan des Fahrzeugleitsystems der 1, mit der externen Stromversorgung veranschaulicht;
5 ist eine Teilansicht des Fahrzeugleitsystems der 4, mit einem vergrößerten Sensorarray und einer Mittelachse veranschaulicht;
6 ist eine Teilansicht des Fahrzeugleitsystems der 4, um die Mittelachse gedreht veranschaulicht;
7 ist ein Diagramm, das weiter das Fahrzeugleitsystem der 6 veranschaulicht;
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugposition bezüglich einer externen Stromversorgung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht;
9 ist eine vergrößerte Ansicht der Benutzerschnittstelle der 3 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen und veranschaulicht eine nicht fluchtende Fahrzeugposition;
10 ist eine weitere vergrößerte Ansicht der Benutzerschnittstelle der 3, die eine fluchtende Fahrzeugposition veranschaulicht;
11 ist ein Schaltplan eines Fahrzeugleitsystems gemäß einer anderen Ausführungsform; und
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, um gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen einen Fahrzeugabstandsstatus und einen Ladestatus an einen Benutzer zu übermitteln.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie gefordert, werden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich aber, dass die offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele der Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; manche Einrichtungen können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Bauteile zu zeigen. Daher sind hier offenbarte, spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend, sondern nur als eine repräsentative Basis zu bewerten, um einem Fachmann die verschiedenen Nutzungen der vorliegenden Erfindung beizubringen.
Unter Bezug auf 1 ist ein Fahrzeugleitsystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht und allgemein mit dem Bezugszeichen 20 versehen. Das Leitsystem 20 ist in einem Fahrzeug 22 dargestellt. Das Leitsystem 20 enthält einen Leit-Controller 24 und eine Benutzerschnittstelle 26, die miteinander in Verbindung stehen. Der Controller 24 empfängt Eingangssignale und bestimmt eine augenblickliche Position des Fahrzeugs 22 bezüglich einer externen Stromversorgung 28 und einen Ladestatus. Der Controller 24 sendet diese Information an die Benutzerschnittstelle 26, die ihrerseits die Information an den Fahrer übermittelt. Der Fahrer nutzt diese Information als einen Richtwert, um das Fahrzeug 22 mit der externen Stromversorgung 28 fluchtend auszurichten.
Die externe Stromversorgung 28 enthält eine Stromquelle 30 und ein Ladepad 32. Die externe Stromquelle 30 kann eine Vorrichtung zur Nutzbarmachung erneuerbarer Ressourcen, wie Sonnenlicht und Windkraft, enthalten. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Stromquelle 30 ein Solarpaneel, das Sonnenenergie (Sonnenlicht) in Gleichstromelektrizität (DC) umwandelt. Andere Ausführungsformen der Stromquelle 30 enthalten eine Windturbine (nicht gezeigt) zum Umwandeln von Windenergie in Elektrizität. Eine externe Batterie 31 ist zwischen der Stromquelle 30 und dem Ladepad 32 angeordnet, um die Gleichstromleistung zu speichern. In einer Ausführungsform ist die externe Batterie 31 eine recycelte Hochspannungsbatterie von einem HEV, PHEV oder BEV. Zusätzlich ist ein Inverter 33 zwischen der externen Batterie 31 und dem Ladepad 32 verbunden, um die Gleichstromleistung in Wechselstrom (AC) umzuwandeln. Alternativ kann die externe Stromversorgung 28 mit dem Energieversorgungsnetz (nicht gezeigt) verbunden sein, wo die Stromquelle 30 eine Wechselstromleistungsquelle oder eine Verbindung mit dem Netz (nicht gezeigt) darstellt.
Das Fahrzeug 22 ist für ein induktives Laden konfiguriert. Das Fahrzeug 22 enthält einen Ladeanschluss 34, der gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen an eine äußere Bodenfläche des Fahrzeugs montiert ist. Der Ladeanschluss 34 ist fluchtend mit dem Ladepad 32 ausgerichtet, um elektrische Energie zu empfangen. Das induktive Laden erfordert keinen physikalischen Kontakt zwischen dem Ladeanschluss 34 und dem Ladepad 32, was einige der Probleme begrenzt, die mit Ladekabeln und physischen Verbindungen verbunden sind. Der Ladeanschluss 34 und das Ladepad 32 müssen aber allgemein nahe beieinander angeordnet sein, um ein effizientes induktives Laden durchzuführen. Da der Ladeanschluss 34 vom Fahrersitz aus nicht sichtbar ist, ist es für den Fahrer schwierig, ohne eine Orientierungshilfe oder irgendein Feedback den Ladeanschluss 34 mit dem Ladepad 32 fluchtend anzuordnen.
Das Leitsystem 20 übermittelt eine Fahrzeugpositionsinformation an den Benutzer, damit der Benutzer den Ladeanschluss 34 mit dem Ladepad 32 fluchtend ausrichten kann. Mindestens eine Ausführungsform des Leitsystems 20 wird für ein Fahrzeug 22 in Betracht gezogen, das eine Parkhilfeeinrichtung hat, wobei andere Fahrzeugsysteme als Reaktion auf eine vom Leitsystem 20 gelieferte Fahrzeugpositionsinformation den Ladeanschluss 34 mit dem Ladepad 32 fluchtend ausrichten. Das Ladepad 32 kann in einer festgelegten Stellung befestigt sein. Alternativ kann das Pad 32 mit einem Stellantrieb 35 gekoppelt sein, um sich zum Ladeanschluss 34 zu bewegen.
2 ist ein Schaltplan, der das Fahrzeugleitsystem 20 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen weiter veranschaulicht. Die veranschaulichte Ausführungsform stellt das Fahrzeug 22 als ein Batterie-Elektrofahrzeug (BEV) dar, das ein ganz elektrisches Fahrzeug ist, welches von einem oder mehreren Elektromotoren 36 ohne Unterstützung durch einen Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Elektromotor 36 empfängt Strom und liefert eine mechanische Ausgangsdrehleistung. Der Elektromotor 36 ist mechanisch mit einem Getriebe 38 verbunden, um das Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl des Elektromotors 36 durch ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis einzustellen. Das Getriebe 38 ist über eine Abtriebswelle 42 mit einem Satz von Antriebsrädern 40 verbunden. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs 22 enthalten eine Vielzahl von Elektromotoren (nicht gezeigt), um das Fahrzeug 22 anzutreiben. Der Elektromotor 36 kann auch als Generator arbeiten, um mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln. Ein Hochspannungsbus 44 verbindet den Elektromotor 36 über einen Inverter 48 elektrisch mit einem Energiespeichersystem 46. Der Hochspannungsbus 44 ist in 2 als eine durchgezogene Linie veranschaulicht.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Energiespeichersystem 46 eine Hauptbatterie 50 und ein Batterieenergie-Steuermodul (BECM) 52. Die Hauptbatterie 50 ist eine Hochspannungsbatterie, die elektrische Leistung ausgeben kann, um den Elektromotor 36 zu betreiben. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Hauptbatterie 50 ein aus mehreren Batteriemodulen bestehender Batteriesatz sein. Jedes Batteriemodul kann eine Vielzahl von Batteriezellen enthalten. Die Batteriezellen können unter Verwendung vorhandener Luft des Fahrzeuginnenraums luftgekühlt sein. Die Batteriezellen können auch unter Verwendung eines Fluidkühlmittelsystems erwärmt oder gekühlt werden. Das BECM 52 wirkt als Controller für die Hauptbatterie 50. Das BECM 52 kann auch ein elektronisches Überwachungssystem enthalten, das die Temperatur und den Ladezustand jeder der Batteriezellen verwaltet. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs 22 ziehen verschiedene Arten von Energiespeichersystemen in Betracht, wie Kondensatoren und Brennstoffzellen (nicht gezeigt).
Der Elektromotor 36, das Getriebe 38 und der Inverter 48 können insgesamt als Triebstrang 54 bezeichnet werden. Gemäß einer Ausführungsform steuert ein Fahrzeug-Controller 56 die Bestandteile des Triebstrangs 54. Obwohl er als ein einziger Controller gezeigt ist, kann der Fahrzeug-Controller 56 viele Controller enthalten, die verwendet werden können, um viele Fahrzeugsysteme zu steuern. Zum Beispiel kann der Fahrzeug-Controller 56 ein Fahrzeugsystem-Controller/Antriebsstrang-Steuermodul (VSC/PCM) sein. In diesem Zusammenhang kann der PCM-Teil des VSC/PCM eine in das VSC/PCM eingebettete Software oder eine getrennte Hardware-Vorrichtung sein. Der Fahrzeug-Controller 56 und der Controller 24 enthalten allgemein eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speichern (z.B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um miteinander zu agieren, um eine Reihe von Vorgängen durchzuführen. Der Fahrzeug-Controller 56 steht mit anderen Controllern (z.B. BECM 52) über eine Hardline-Fahrzeugverbindung 58 in Verbindung, die ein gemeinsames Busprotokoll (z.B. CAN) verwendet.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen enthält der Triebstrang 54 ein Triebstrang-Steuermodul (TCM) 60, das konfiguriert ist, um spezifische Bestandteile innerhalb des Triebstrangs 54 zu koordinieren, wie den Elektromotor 36 und/oder den Inverter 48. Das TCM 60 kann mit dem Fahrzeug-Controller 56 über den CAN-Bus 58 in Verbindung stehen. Das TCM 60 kann einen Elektromotor-Controller enthalten, um unter anderen die Position, Drehzahl, Leistungsverbrauch und Temperatur des Elektromotors 36 zu überwachen. Unter Verwendung dieser Information und eines Gasbefehls durch den Fahrer können der Elektromotor-Controller und der Inverter 48 die Gleichstrom(DC)-Spannungsversorgung durch die Hauptbatterie 50 in Signale umwandeln, die verwendet werden können, um den Elektromotor 36 anzutreiben. Einige oder alle dieser verschiedenen Controller können ein Steuersystem bilden, das zu Referenzzwecken der Fahrzeug-Controller 56 sein kann. Obwohl im Kontext des Fahrzeugs 22, das ein BEV ist, veranschaulicht und beschrieben, versteht es sich, dass Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung bei anderen Fahrzeugtypen implementiert werden können, wie zum Beispiel denjenigen, die von einem Verbrennungsmotor alleine oder zusätzlich zu einer oder mehr elektrischen Maschinen angetrieben werden (z.B. HEVs, PHEVs, usw.).
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Fahrzeug 22 für eine automatische Antriebssteuerung konfiguriert. Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform das Fahrzeug 22 als ein BEV konfiguriert und enthält eine Parkhilfeeinrichtung, wobei das TCM 60 das Abtriebsdrehmoment des Elektromotors 36 als Reaktion auf die vom Leitsystem 20 gelieferte Fahrzeugpositionsinformation steuert, um das Fahrzeug 22 anzutreiben. In einer anderen Ausführungsform ist das Fahrzeug 22 als ein HEV oder PHEV konfiguriert und enthält eine Parkhilfeeinrichtung, wobei der Fahrzeug-Controller 56 den Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) steuert, um das Fahrzeug 22 als Reaktion auf die vom Leitsystem 20 gelieferte Fahrzeugpositionsinformation anzutreiben.
Das Fahrzeug 22 enthält ein Klimatisierungssystem 62 zum Heizen und Kühlen verschiedener Fahrzeugbestandteile. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Klimatisierungssystem 62 ein elektrisches Heizgerät 64 mit positivem Hochspannungs-Temperaturkoeffizient (PTC) und einen elektrischen Hochspannungs-HVAC-Kompressor 66. Das PTC 64 kann verwendet werden, um ein Kühlmittel zu erwärmen, das zu einem Personenwagen-Heizgerät und zur Hauptbatterie 50 fließt. Sowohl das PTC 64 als auch der HVAC-Kompressor 66 können elektrische Energie direkt von der Hauptbatterie 50 abziehen. Das Klimatisierungssystem 62 kann einen Controller (nicht gezeigt) zur Kommunikation mit dem Fahrzeug-Controller 56 über den CAN-Bus 58 enthalten. Der Ein/Aus-Zustand des Klimatisierungssystems 62 wird dem Fahrzeug-Controller 56 mitgeteilt und kann zum Beispiel auf dem Status eines bedienerbetätigten Schalters oder der automatischen Steuerung des Klimatisierungssystems 62 basieren, die auf verwandten Funktionen wie der Fensterenteisung basiert.
Gemäß einer Ausführungsform enthält das Fahrzeug 22 eine Sekundärbatterie 68, wie eine typische 12-Volt Batterie. Die Sekundärbatterie 68 kann verwendet werden, um die verschiedenen anderen Zubehörteile des Fahrzeugs zu versorgen, wie Scheinwerfer und dergleichen (hier gemeinsam als Zubehörteile 70 bezeichnet). Ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 72 kann elektrisch zwischen die Hauptbatterie 50 und die Sekundärbatterie 68 eingefügt sein. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 72 regelt oder “transformiert” den Spannungspegel “herunter”, um es der Hauptbatterie 50 zu ermöglichen, die Sekundärbatterie 68 zu laden. Ein Niederspannungsbus 74 verbindet den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 72 elektrisch mit der Sekundärbatterie 68 und den Zubehörteilen 70. Der Niederspannungsbus 74 ist in 2 als eine durchgehende Linie veranschaulicht.
Das Fahrzeug 22 enthält ein Wechselstrom-Ladegerät 76 zum Laden der Hauptbatterie 50. Das Wechselstrom-Ladegerät 76 ist mit dem Ladeanschluss 34 verbunden, um Wechselstromleistung von der externen Stromversorgung 28 zu erhalten. Das AC-Ladegerät 76 enthält eine Leistungselektronik, die verwendet wird, um die von der externen Stromversorgung 28 empfangene Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umzuwandeln oder “gleichzurichten”, um die Hauptbatterie 50 zu laden. Das Wechselstrom-Ladegerät 76 ist konfiguriert, um eine oder mehrere übliche Spannungsquellen von der externen Stromversorgung 28 (z.B. 110 Volt, 220 Volt, usw.) aufzunehmen.
Der Ladeanschluss 34 ist fluchtend mit dem Ladepad 32 ausgerichtet, um elektrische Leistung zu empfangen. Die externe Stromversorgung 28 enthält eine Primärwicklung 78, die im Ladepad 32 angeordnet und mit der Stromquelle 30 verbunden ist. Der Ladeanschluss 34 enthält eine Sekundärwicklung 80, die mit dem Wechselstrom-Ladegerät 76 verbunden ist. Die Stromquelle 30 versorgt die Primärwicklung 78 mit einem Strom, der ein Magnetfeld (nicht gezeigt) um die Primärwicklung 78 aufbaut. Die Sekundärwicklung 80 kann durch fluchtende Anordnung des Ladeanschlusses 34 mit dem Ladepad 32 und Anordnung der Sekundärwicklung 80 innerhalb des Magnetfelds elektromagnetisch mit der Primärwicklung 78 gekoppelt werden. Dieses Magnetfeld induziert einen Strom in die Sekundärwicklung 80 zum Laden der Hauptbatterie 50, was als induktives Laden bezeichnet wird.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen enthält die externe Stromversorgung 28 einen externen Controller 82 für die Kommunikation mit einem oder mehreren Controllern des Fahrzeugs 22. Der externe Controller 82 kann drahtlos, zum Beispiel unter Verwendung einer Radiofrequenz (RF), Infrarot (IF) oder einer Sonarkommunikation kommunizieren. Zum Beispiel in einer Ausführungsform steht der externe Controller 82 mit dem Controller 24 des Leitsystems 20 unter Verwendung einer RF-Kommunikation in Verbindung; und der Controller 24 steht mit dem Fahrzeug-Controller 56 über eine elektrische Hardline-Verbindung in Verbindung. In einer anderen Ausführungsform enthält der Ladeanschluss 34 einen Mikrocontroller 102 (in 5 gezeigt) zur Kommunikation mit sowohl dem externen Controller 82 als auch dem Controller 24. Eine drahtlose Kommunikation ist durch gestrichelte Signallinien in 2 dargestellt.
Der externe Controller 82 steht mit dem Ladepad 32 zum Steuern der an das Fahrzeug 22 gelieferten elektrischen Leistung in Verbindung. In einer Ausführungsform steht der externe Controller 82 mit Schaltern (nicht gezeigt, z.B. IGBTs) zwischen der Quelle 30 und der Primärwicklung 78 in Verbindung, um einen Stromfluss nur zu erlauben, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Zum Beispiel kann der externe Controller 82 das Laden verhindern, es sei denn, der Fahrzeug-Controller 56 hat das Laden angefordert, oder es sei denn, der Ladeanschluss 34 befindet sich innerhalb eines vorbestimmten Abstands vom Ladepad 32.
Auch in 2 gezeigt sind vereinfachte schematische Darstellungen eines Fahrer-Bedienungselementesystems 84, eines Servolenkungssystems 86 und eines Navigationssystems 88. Das Fahrer-Bedienungselementesystem 84 enthält Brems-, Beschleunigungs- und Gangauswahl-(Schalt)systeme (alle nicht gezeigt). Das Bremssystem kann ein Bremspedal, Positionssensoren, Drucksensoren oder irgendeine Kombination davon, sowie eine mechanische Verbindung mit den Fahrzeugrädern enthalten, wie die Primärantriebsräder 40, um eine Reibungsbremsung durchzuführen. Das Bremssystem kann auch für ein regeneratives Bremsen konfiguriert sein, wobei Bremsenergie aufgefangen und in der Hauptbatterie 50 als elektrische Energie gespeichert werden kann. Das Beschleunigungssystem kann ein Gaspedal mit einem oder mehreren Sensoren enthalten, die, wie die Sensoren im Bremssystem, eine Information wie eine Gaspedaleingabe an den Fahrzeug-Controller 56 liefern können. Das Gangauswahlsystem kann einen Schalthebel zur manuellen Auswahl einer Gangeinstellung des Getriebes 38 enthalten. Das Gangauswahlsystem kann einen Schaltpositionssensor enthalten, um eine Schalthebelauswahlinformation (z.B. PRNDL) an den Fahrzeug-Controller 56 zu liefern.
In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Servolenkungssystem 86 einen Lenkstellantrieb (nicht gezeigt) für die automatische Lenksteuerung. Der Lenkstellantrieb ist mit den Antriebsrädern 40 gekoppelt, um einen Lenkwinkel (nicht gezeigt) jedes Rads 40 als Reaktion auf ein Eingangssignal einzustellen. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 22 eine Parkhilfeeinrichtung enthalten, durch die der Fahrzeug-Controller 56, oder ein anderer Controller, den Lenkstellantrieb steuert, um das Fahrzeug 22 als Reaktion auf die vom Leitsystem 20 gelieferte Fahrzeugpositionsinformation zu lenken.
Das Navigationssystem 88 kann eine Navigationsanzeige, eine Global-Positioning-System-Einheit (GPS), eine Navigationssteuerung und Eingänge (alle nicht gezeigt) zum Empfang von Zielinformationen oder anderen Daten von einem Fahrer enthalten. Diese Bauteile können nur zum Navigationssystem 88 gehören oder mit anderen Systemen gemeinsam genutzt werden. Zum Beispiel verwenden in einer oder mehreren Ausführungsformen das Navigationssystem 88 und das Leitsystem 20 beide eine gemeinsame Benutzerschnittstelle 26. Das Navigationssystem 88 kann auch den Abstand und/oder mit dem Fahrzeug 22 verbundene Ortungsinformationen, seine Zieladressen oder andere relevante GPS-Wegpunkte mitteilen.
Das Fahrzeugleitsystem 20 liefert Informationen an den Fahrer betreffend die Position des Fahrzeugs 22 bezüglich der externen Stromversorgung 28 und den Ladestatus. Der Fahrzeug-Controller 56 empfängt Eingangssignale, die laufende Betriebsbedingungen des Fahrzeugs 22 anzeigen. Zum Beispiel kann der Fahrzeug-Controller 56 Eingangssignale vom BECM 52, vom Triebstrang 54 (z.B. Elektromotor 36 und/oder Inverter 48), vom Klimatisierungssystem 62, vom Fahrer-Bedienungselementesystem 84, vom Servolenkungssystem 86, oder dergleichen empfangen. Der Fahrzeug-Controller 56 liefert eine Ausgangsleistung an den Controller 24, so dass die Benutzerschnittstelle 26 eine Fahrzeugpositionsinformation, einen Ladestatus oder andere Informationen bezüglich des Betriebs des Fahrzeugs 22 an einen Fahrer übermittelt.
Unter Bezug auf 3 übermittelt die Benutzerschnittstelle 26 Informationen wie eine Fahrzeugposition und einen Ladestatus an den Fahrer. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen befindet sich die Benutzerschnittstelle 26 in einem zentralen Teil eines Armaturenbretts 90 (“Mittelkonsole”). Darüber hinaus kann die Benutzerschnittstelle 26 Teil eines anderen Anzeigesystems sein, wie des Navigationssystems 88, oder kann Teil eines dedizierten Leitsystems 20 sein. Die Benutzerschnittstelle 26 kann eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine Plasmaanzeige, eine organische Leuchtanzeige (OLED), oder jede andere geeignete Anzeige sein. Die Benutzerschnittstelle 26 kann einen Berührungsbildschirm oder einen oder mehrere Knöpfe (nicht gezeigt) enthalten, die harte oder weiche Tasten enthalten, die der Benutzerschnittstelle 26 benachbart angeordnet sind, um eine Fahrereingabe durchzuführen. Andere dem Durchschnittsfachmann bekannte Bedienereingaben können auch verwendet werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Anmeldung zu verlassen. Gemäß einer anderen Ausführungsform befindet sich die Benutzerschnittstelle 26 innerhalb einer Instrumententafel 92. Die Benutzerschnittstelle 26 kann eine digitale Anzeige oder ein Zeichen 94 sein, das von einer darunterliegenden Lichtquelle als Reaktion auf Signale von dem Controller 24 beleuchtet wird. Alternativ kann die Benutzerschnittstelle 26 ein Bild sein, das vor den Fahrer projiziert wird (nicht gezeigt).
4 veranschaulicht eine schematische Draufsicht des Fahrzeugleitsystems 20 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Das Leitsystem 20 bestimmt die Position des Ladeanschlusses 34 bezüglich des Ladepads 32 und übermittelt eine visuelle Darstellung dieser Position an den Fahrer über die Benutzerschnittstelle 26 (in 3 gezeigt).
Die externe Stromversorgung 28 enthält einen Sender, wie eine Bake 96, die mit dem Ladepad 32 gekoppelt ist, um mit dem Leitsystem 20 zu kommunizieren. Die Bake 96 ist zum Senden eines Funksignals auf einer vorbestimmten Frequenz (z.B. zwischen 3 kHz und 300 GHz) als Reaktion auf vom externen Controller 82 (in 2) empfangene Anweisungen konfiguriert. Das Funksignal ist durch beabstandete Linien dargestellt, die sich von der Bake 96 in 5 erstrecken. Der Controller 24 kann eine Kommunikation mit dem externen Controller 82 starten, um die Bake 96 zu aktivieren. Der Controller 24 kann einen Sender (nicht gezeigt) enthalten, der ein Aktivierungssignal an einen Empfänger (nicht gezeigt) des externen Controllers 82 sendet. Nach Empfang des Aktivierungssignals "wacht" der externe Controller 82, wenn der externe Controller 82 gerade in einem "Schlaf"-Modus ist, durch Erregen einer geeigneten Schaltungsanordnung auf. Der externe Controller 82 aktiviert die Bake 96, damit sie zu senden beginnt. In einer Ausführungsform aktiviert der externe Controller 82 die Bake 96 als Reaktion darauf, dass ein Garagentor (nicht dargestellt) geöffnet wird. In einer solchen Ausführungsform kann ein Türsensor (nicht gezeigt) ein Eingangssignal an den externen Controller 82 liefern, das eine Garagentorposition anzeigt. Alternative Ausführungsformen des Leitsystems ziehen in Betracht, dass der externe Controller 82 als Reaktion auf den Empfang von Eingangssignalen von einer anderen externen Vorrichtung (wie einem Garagentoröffner) aktiviert wird oder "aufwacht"; oder dass die Bake 96 durchgehend sendet und daher nicht “aufwachen” muss.
Unter Bezug auf die 4 und 5 enthält das Fahrzeug 22 eine Vielzahl von Sensorarrays 98 zum Empfang des Funksignals von der Bake 96. Die Sensorarrays 98 sind je nahe dem Ladeanschluss 34 befestigt. Die Sensorarrays 98 sind an verschiedenen Stellen befestigt, abhängig von der Art der empfangenen Funksignale. Zum Beispiel sind in einer Ausführungsform die Sensorarrays 98 konfiguriert, um ein RF-Signal zu empfangen, und können daher innen oder innerhalb eines Schutzgehäuses (nicht gezeigt) befestigt sein. In anderen Ausführungsformen sind die Sensorarrays 98 für eine IR-Kommunikation konfiguriert und sind daher extern montiert, um ein IR-Signal entlang einer Sichtlinie zu empfangen.
In der veranschaulichten Ausführungsform enthält das Fahrzeug 22 drei Sensorarrays 98, die allgemein mit: A1, A2 und A3 bezeichnet sind. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen enthält jedes Sensorarray 98 drei Sensoren 100. Zum Beispiel enthält das Sensorarray A1 Sensoren: S1, S2 und S3 (nicht gezeigt); das Sensorarray A2 enthält Sensoren: S4, S5 und S6 (nicht gezeigt); und das Sensorarray A3 enthält Sensoren S7, S8 und S9 (in 5 gezeigt). Jedes Sensorarray 98 enthält einen Mikrocontroller 102 zur Kommunikation mit den Sensoren des entsprechenden Arrays 98. Jeder Sensor 100 sendet ein Zeitmesssignal (TIME_N_MSMT) an den entsprechenden Mikrocontroller 102, das den Zeitpunkt anzeigt, an dem der einzelne Sensor 100 das Funksignal von der Bake 96 empfangen hat. Das TIME_N_MSMT-Signal ist gemäß einer Ausführungsform ein analoges Signal. Andere Ausführungsformen ziehen einen einzigen Mikrocontroller 102 in Betracht, um mit allen Sensorarrays 98 zu kommunizieren.
5 stellt eine vergrößerte Ansicht des Sensorarrays A3 dar, das bezüglich des Ladepads 32 ausgerichtet ist. Jeder Sensor 100 eines Arrays 98 hat den gleichen Abstand zu den anderen Sensoren 100 innerhalb des Arrays 98. Zum Beispiel stellt 5 das Sensorarray A3 als drei Sensoren (S7, S8 und S9) aufweisend dar, die alle den gleichen Abstand von einhundertzwanzig Grad um eine Mittelachse 104 zueinander haben. Ein Koordinatensystem mit vier Neunzig-Grad-Quadranten (I, II, III und IV) ist um die Mittelachse 104 veranschaulicht. Jeder Mikrocontroller 102 bestimmt die Winkelrichtung (θ) der Bake 96 bezüglich des entsprechenden Sensorarrays 98. Erst wandelt der Mikrocontroller die analogen TIME_N_MSMT-Signale in digitale Daten (Tn) um. Der Mikrocontroller 102 enthält eine Signalaufbereitungsausrüstung (nicht gezeigt) zum Ändern aller solcher empfangenen Signale zur Analyse. In einer Ausführungsform weist der Mikrocontroller 102 dem ersten empfangenen Zeitsignal einen Wert Null zu und startet einen Zeitgeber. Dann weist der Mikrocontroller 102 für jedes nachfolgend empfangene Zeitsignal basierend auf der Zeitverzögerung zwischen den Signalen einen Datenwert zu. Die Datenwerte (Tn) entsprechen dem Abstand zwischen jedem Sensor 100 und der Bake 96. Wie in 5 veranschaulicht, entspricht der Datenwert T7 dem Abstand zwischen dem Sensor S7 und der Bake 96; der Datenwert T8 entspricht dem Abstand zwischen dem Sensor S8 und der Bake 96; und der Datenwert T9 entspricht dem Abstand zwischen dem Sensor S9 und der Bake 96. Dann vergleicht der Mikrocontroller 102 den Datenwert der Zeitsignale (Tn) miteinander, um zu bestimmen, in welchem Quadrant der Ladepad 32 sich bezüglich des Ladeanschlusses 34 befindet, und um eine trigonometrische Gleichung aus vorbestimmten Daten auszuwählen, um die Winkelrichtung (θ) zu berechnen.
Zum Beispiel ist der Sensor S7 dem Ladepad 32 in 5 am nächsten ausgerichtet, und daher empfängt S7 das Funksignal von der Bake 96 vor den Sensoren S8 und S9. Der Mikrocontroller 102 empfängt TIME_7_MSMT zuerst; weist einen Datenwert Null für T7 zu; und startet einen Zeitgeber. Der Sensor S8 befindet sich näher am Ladepad 32 als der Sensor S9. Daher würde der Mikrocontroller 102 TIME_8_MSMT vor TIME_9_MSMT empfangen und einen Datenwert für T8 zuweisen, der geringer ist als der Datenwert T9. Der Mikrocontroller 102 vergleicht die Datenwerte T7, T8 und T9 mit vorbestimmten Daten. Da T7 gleich Null und T8 geringer als T9 ist, bestimmt der Mikrocontroller 102, dass das Ladepad 32 sich bezüglich des Ladeanschlusses 34 im Quadrant I befindet.
Der Mikrocontroller 102 bestimmt eine Winkelrichtung (θ3) zwischen dem Sensorarray A3 und dem Ladepad 32 durch Vergleich des Datenwerts für das zweite (T8) und dritte (T9) empfangene Zeitsignal. Wie in 6 veranschaulicht, wird die Winkelrichtung (θ) von einer Querachse 105 gemessen, die sich durch die Mitten der Sensorarrays A2 und A3 erstreckt. Die Winkelrichtung (θ) zwischen dem Sensorarray A1 und dem Ladepad 32 wird bezüglich einer Achse (nicht gezeigt) gemessen, die parallel zur Querachse 105 ist. Die unten gezeigte Gleichung 1 liefert eine Gleichung zur Berechnung der Winkelrichtung (θ3), wenn das Ladepad 32 sich im Quadrant I befindet: θ₃ = sin^–1[k·(T8 + T9)] Gleich. 1
Die unten gezeigte Gleichung 2 stellt einen konstanten Wert (K) dar, der von der Anordnung der Sensoren 100 um einen Kreis mit einem Radius (R) und von der Lichtgeschwindigkeit (c) abhängt: k = 0,5· c / R Gleich. 2
Zum Beispiel in einer Ausführungsform berechnet der Mikrocontroller 102 θ3 unter Verwendung der Gleichungen 1 und 2. Erst bestimmt der Mikrocontroller 102, dass K gleich 14,989·10^9 ist, unter Verwendung der Gleichung 2 und durch Ersetzen eines Werts von 0,01 Meter für (R) und 299.792.458 Meter/Sekunde für (c). Dann bestimmt der Mikrocontroller 102, dass (θ3) gleich 60,0 Grad ist unter Verwendung der Gleichung 1 und durch Ersetzen eines Werts von 14,989·10^9 für (K), 122 Nanosekunden für T8, und 456 Nanosekunden für T9.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist der Mikrocontroller 102 mit vorbestimmten Daten oder einer “Nachschlag”-Tabelle für die Winkelrichtungswerte (θn) konfiguriert. Die vorbestimmten Daten enthalten vorab berechnete Werte für die Winkelrichtung entsprechend verschiedenen Zeitdatenwerten (Tn) für jeden der vier Quadranten (I, II, III und IV). Nachdem das Leitsystem 20 bestimmt hat, in welchem Quadrant sich das Ladepad 32 befindet, vergleicht so der Mikrocontroller 102 die Zeitwerte mit vorbestimmten Daten (Nachschlagtabellen), um die Winkelrichtung zu bestimmen.
Die 6 und 7 stellen schematische Ansichten der Sensorarrays des Fahrzeugleitsystems 20 dar, die im Vergleich mit 5 um etwa neunzig Grad im Uhrzeigersinn um die Mittelachse 104 gedreht sind. Eines der Sensorarrays (A3) kann in der Mitte des Ladeanschlusses 34 angeordnet sein. Die Bake 96 ist in der Mitte des Ladepads 32 angeordnet und allgemein mit einem Stern bezeichnet. Durch fluchtende Anordnung der Mitten des Ladeanschlusses 34 und des Ladepads 32 zueinander gibt es eine größere zulässige Toleranz zwischen den zwei Systemen. Jedes Sensorarray: A1, A2 und A3 enthält einen Mikrocontroller (in 5 gezeigt), der ein entsprechendes Winkelrichtungssignal DIR_θ1, DIR_θ2 und DIR_θ3 an den Controller 24 sendet. Zusätzlich hat jedes Sensorarray 98 den gleichen Abstand zu jedem der anderen Sensorarrays 98, durch einen festgelegten Abstand oder “Basislinie”, der in 7 allgemein durch den Buchstaben “b” bezeichnet ist.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet das Leitsystem 20 die Prinzipien der Triangulation, um die augenblickliche Position des Ladeanschlusses 34 bezüglich des Ladepads 32 zu bestimmen. Die Triangulation ist der Prozess der Bestimmung der Stelle eines Punkts durch Messen von Winkeln zu ihm von bekannten Punkten an beiden Enden einer festgelegten Basislinie, anstelle des direkten Messens von Abständen zum Punkt (Trilateration). Der Punkt kann dann als der dritte Punkt eines Dreiecks mit einer bekannten Seite und zwei bekannten Winkeln festgelegt werden.
Der Controller 24 bestimmt den Abstand (e) zwischen der Mitte des Ladepads 32 (Bake 96) und der Mittelachse 104 des Ladeanschlusses 34, unter Verwendung der Winkelrichtungswerte (θ2 und θ3) von den bekannten Punkten (A2 und A3) an beiden Enden einer festgelegten Basislinie (b). Da (θ2), (θ3) und der Abstand (b) bekannte Werte sind, berechnet der Controller 24 den Abstand (e) unter Verwendung trigonometrischer Gleichungen.
Die unten gezeigten Gleichungen 3 und 4 liefern Gleichungen zur Berechnung des Abstands (a) in 7 bezüglich des Dreiecks (f, a, b) unter Verwendung eines bekannten Werts für den Abstand (b) und einer Winkelrichtung (θ2), die durch die Gleichung 1 berechnet wurde: tanθ₂ = a / b Gleich. 3 a = b·tanθ₂ Gleich. 4
Die unten gezeigte Gleichung 5 liefert eine Gleichung zur Berechnung von tan (θ2) in 7 bezüglich des Dreiecks (f + g, d, b + c): tanθ₂ = d / b + c Gleich. 5
Die unten gezeigten Gleichungen 6 und 7 liefern Gleichungen zum Berechnen des Abstands (d) in 7 durch Kombination der Gleichungen 3 und 5: a / b = d / b + c Gleich. 6 d = a(b + c) / b Gleich. 7
Die unten gezeigten Gleichungen 8 und 9 liefern eine Gleichung zur Berechnung des Abstands (c) in 7 bezüglich des Dreiecks (e, d, c): tanθ₃ = d / c Gleich. 8
Die unten gezeigten Gleichungen 10 und 11 liefern eine Gleichung zur Berechnung des Abstands (e) in 7 bezüglich des Dreiecks (e, d, c): cosθ₃ = c / e Gleich. 10
Die unten gezeigten Gleichungen 12–15 veranschaulichen die Schritte, die (d) aus der Gleichung 7 in die Gleichung 9 einbringen, um eine Gleichung zur Berechnung des Abstands (c) hinsichtlich der Abstände (a) und (b) und der Winkelrichtung (θ3) zu formen:
Die unten gezeigte Gleichung 16 veranschaulicht den Schritt, der (a) aus der Gleichung 4 in die Gleichung 15 einbringt, um eine Gleichung zur Berechnung des Abstands (c) hinsichtlich des Abstands (b) und der Winkelrichtungen (θ2) und (θ3) zu formen:
Die unten gezeigte Gleichung 17 liefert eine Gleichung zur Berechung des Abstands (e) hinsichtlich des Abstands (b) und der Winkelrichtungswerte (θ2) und (θ3) durch Einbringen von (c) aus der Gleichung 16 in die Gleichung 11:
Der Abstandsvektor (V3) enthält den Abstandswert (e) und die Winkelrichtung (θ3) zwischen dem Ladeanschluss 34 und dem Ladepad 32. Das Leitsystem 20 berechnet die Winkelrichtung (θ3) unter Verwendung der Gleichung 1 und den Abstand (e) unter Verwendung der Gleichung 17. Die Gleichungen 1–17 sind anwendbar, wenn der Abstandsvektor sich im Quadrant I befindet (wenn die Bake 96 näher zu A1 als zu A2 oder A3 und (θ2) geringer als (θ3) ist). Ein ähnlicher Lösungsansatz unter Verwendung von trigonometrischen Gleichungen kann aber angewendet werden, wenn der Abstandsvektor sich in einem anderen Quadrant befindet.
Zum Beispiel empfängt in einer Ausführungsform der Controller 24 die Eingangssignale: DIR_θ1, das anzeigt, dass die Winkelrichtung (θ1) gleich 49,8 Grad ist, DIR_θ2, das anzeigt, dass die Winkelrichtung (θ2) gleich 55,55 Grad ist; und DIR_θ3, das anzeigt, dass die Winkelrichtung (θ3) gleich 60 Grad ist. Der Controller 24 berechnet den Abstand (e) als 5,35 m, unter Verwendung der Gleichung 17 und Einbringen eines Werts für (b) von 1,0 m, eines Werts für (θ2) von 55,55 Grad, und eines Werts für (θ3) von 60 Grad.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist der Controller 24 mit vorbestimmten Daten oder einer “Nachschlag”-Tabelle für den Abstandsvektor konfiguriert. Die vorbestimmten Daten enthalten vorab berechnete Werte für den Abstandswert entsprechend verschiedenen Winkelrichtungswerten und den Abstand (b) für jeden der vier Quadranten (I, II, III, and IV). So vergleicht der Controller 24, nachdem das Leitsystem 20 bestimmt hat, in welchem Quadrant das Ladepad 32 sich befindet, und die Winkelrichtungen (θ1, θ2, and θ3) bestimmt hat; die Winkelrichtungswerte und den Abstand (b) mit vorbestimmten Daten (Nachschlagtabellen), um den Abstandswert zu bestimmen.
Unter Bezug auf die 4–8 wird ein Verfahren zur Bestimmung der augenblicklichen Position eines Ladeanschlusses 34 bezüglich des Ladepads 32 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen veranschaulicht und ist allgemein mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet. Im Vorgang 112 sendet der Controller 24 das Aktivierungssignal (WAKE_UP) an den externen Controller 82. Bei Empfang des WAKE_UP-Signals befiehlt der externe Controller 82 der Bake 96, mit dem Senden des Funksignals (PULSE) zu beginnen.
In den Vorgängen 114, 116 und 118 empfängt jeder Sensor 100 eines Sensorarrays 98 das PULSE-Signal und sendet ein entsprechendes TIME_N_MSMT-Signal an den Mikrocontroller 102, das den Zeitpunkt anzeigt, an dem der Sensor 100 das PULSE-Signal empfangen hat.
Zum Beispiel empfängt im Vorgang 114 jeder Sensor (S1, S2 und S3) des Arrays A1 das PULSE-Signal und sendet ein TIME_N_MSMT-Signal (TIME_1_MSMT, TIME_2_MSMT, und TIME_3_MSMT) an den Mikrocontroller 102 von A1, das den Zeitpunkt anzeigt, an dem der Sensor 100 das PULSE-Signal empfangen hat. Im Vorgang 116 empfängt jeder Sensor (S4, S5 und S6) des Arrays A2 das PULSE-Signal und sendet ein TIME_N_MSMT-Signal (TIME_4_MSMT, TIME_5_MSMT und TIME_6_MSMT) an den Mikrocontroller 102 von A2, das den Zeitpunkt anzeigt, an dem der Sensor 100 das PULSE-Signal empfangen hat. Im Vorgang 118 empfängt jeder Sensor (S7, S8 und S9) des Arrays A3 das PULSE-Signal und sendet ein TIME_N_MSMT-Signal (TIME_7_MSMT, TIME_8_MSMT und TIME_9_MSMT) an den Mikrocontroller 102 von A3, das den Zeitpunkt anzeigt, an dem der Sensor 100 das PULSE-Signal empfangen hat.
In den Vorgängen 120, 122 und 124 digitalisiert jeder Mikrocontroller 102 die TIME_N_MSMT-Signale und überträgt ein Winkelrichtungssignal (DIR_θn). Der Mikrocontroller 102 weist dem ersten empfangenen Zeitsignal einen Null-Wert zu und startet einen Zeitgeber. Der Mikrocontroller 102 weist dann für jedes nachfolgend empfangene Zeitsignal basierend auf der Zeitverzögerung zwischen den Signalen einen Datenwert zu. Der Mikrocontroller 102 vergleicht dann den Datenwert der Zeitsignale miteinander, um zu bestimmen, in welchem Quadrant das Ladepad 32 sich befindet, und um eine trigonometrische Gleichung zur Berechnung der Winkelrichtung (θn) aus vorbestimmten Daten auszuwählen. Dann berechnet der Mikrocontroller 102 den Winkelrichtungswert (θn) und sendet ein entsprechendes Winkelrichtungssignal (DIR_θn) an den Controller 24. Zum Beispiel im Vorgang 120 empfängt und digitalisiert der Mikrocontroller 102 von A1 die Eingangssignale TIME_1_MSMT, TIME_2_MSMT und TIME_3_MSMT, um Datenwerte T1, T2 und T3 zu formen. Dann vergleicht der Mikrocontroller 102 T1, T2 und T3 miteinander, um eine Gleichung zur Berechnung von θ1 aus vorbestimmten Daten auszuwählen. Dann berechnet der Mikrocontroller 102 θ1 und sendet das entsprechende Signal DIR_θ1 an den Controller 24. Im Vorgang 122 empfängt und digitalisiert der Mikrocontroller 102 von A2 die Eingangssignale TIME_4_MSMT, TIME_5_MSMT und TIME_6_MSMT, um Datenwerte T4, T5 und T6 zu formen. Dann vergleicht der Mikrocontroller 102 T4, T5 und T6 miteinander, um eine Gleichung zur Berechnung von θ2 aus vorbestimmten Daten auszuwählen. Dann berechnet der Mikrocontroller 102 θ2 und sendet das entsprechende Signal DIR_θ2 an den Controller 24. Im Vorgang 124 empfängt und digitalisiert der Mikrocontroller 102 von A3 die Eingangssignale TIME_7_MSMT, TIME_8_MSMT und TIME_9_MSMT, um Datenwerte T7, T8 und T9 zu formen. Dann vergleicht der Mikrocontroller 102 T7, T8 und T9 miteinander, um eine Gleichung zur Berechnung von θ3 aus vorbestimmten Daten auszuwählen. Dann berechnet der Mikrocontroller 102 θ3 und sendet das entsprechende Signal DIR_θ3 an den Controller 24.
Im Vorgang 126 empfängt der Controller 24 die Eingangssignale DIR_1, DIR_2 und DIR_3, die den Winkeln θ1, θ2 bzw. θ3 entsprechen. Dann berechnet der Controller 24 den Abstand (e) zwischen dem Ladepad 32 und dem Ladeanschluss 34 unter Verwendung der Winkelrichtungswerte (θn) von bekannten Punkten an jedem Ende einer festgelegten Basislinie (b). Dann bestimmt der Controller 24 den Abstandsvektor (V3) durch Kombination des Abstands (e) und der Winkelrichtung (θ3).
In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält das Fahrzeugleitsystem 20 zusätzliche Vorgänge zur Analyse des Ladestatus des Fahrzeugs 22. Im Vorgang 128 empfängt der Controller 24 ein Eingangssignal CHG von einem anderen Fahrzeug-Controller, das den laufenden Ladestatus des Fahrzeugs 22 anzeigt (z.B., ob das Fahrzeug 22 gerade lädt oder nicht). Dann sendet der Controller 24 ein Fahrzeugstatussignal (VEH_STATUS) an die Benutzerschnittstelle 26, das sowohl den Abstandsvektor (V3) als auch den laufenden Ladestatus (CHG) anzeigt. Im Vorgang 132 empfängt die Benutzerschnittstelle 26 den VEH_STATUS und übermittelt die Information an den Fahrer.
Unter Bezug auf die 1, 9 und 10 müssen der Ladeanschluss 34 und das Ladepad 32 für ein effizientes induktives Laden allgemein nahe beieinander angeordnet sein. Da der Ladeanschluss 34 vom Fahrersitz aus nicht sichtbar ist, ist es für den Fahrer schwierig, den Ladeanschluss 34 mit dem Ladepad 32 ohne eine Orientierungshilfe oder irgendeine Art von Feedback fluchtend auszurichten. Daher übermittelt die Benutzerschnittstelle 26 die Fahrzeugpositionsinformation an den Benutzer, so dass der Benutzer den Ladeanschluss 34 mit dem Ladepad 32 fluchtend ausrichten kann, ohne eines der Bauteile sehen zu müssen.
9 stellt das Fahrzeug 22 in einer nicht fluchtend ausgerichteten Position dar, wenn das Fahrzeug 22 sich dem Ladepad 32 nähert. 10 stellt das Fahrzeug 22 als mit dem Ladepad 32 fluchtend ausgerichtet und elektrische Leistung von der externen Stromversorgung 28 empfangend (ladend) dar.
Die Benutzerschnittstelle 26 empfängt das Fahrzeugstatussignal von dem Controller 24 und zeigt einen Fahrzeugpositionsanzeiger 138 und eine Ladestatusmitteilung 140 an. Der Fahrer nutzt diese Information als eine Orientierungshilfe, um das Fahrzeug 22 bezüglich der externen Stromversorgung 28 fluchtend auszurichten. Die Benutzerschnittstelle 26 ist konfiguriert, um aktive Bilder anzuzeigen, die sich in Echtzeit als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal anpassen.
Der Fahrzeugpositionsanzeiger 138 enthält Elemente, die augenblickliche Positionen darstellen, welche in durchgezogenen Linien in den 9 und 10 veranschaulicht sind. Der Begriff “augenblicklich”, wie er in der Offenbarung verwendet wird, ist ein relativer Begriff, da es klar ist, dass es aufgrund der Signalverarbeitung und des Sendens eine gewisse Verzögerung gibt. Der Fahrzeugpositionsanzeiger 138 enthält eine schematische Darstellung des Fahrzeugs 142 mit einem Ladeanschlusselement 144. Die schematische Darstellung des Fahrzeugs 142 gibt einen Außenumriss des Fahrzeugs 22 wieder und stellt eine augenblickliche Fahrzeugposition dar. Das Ladeanschlusselement 144 stellt eine augenblickliche Ladeanschlussposition dar. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen enthält der Fahrzeugpositionsanzeiger 138 auch vier Radelemente 146. Jedes Radelement 146 stellt eine augenblickliche Radposition dar.
Der Fahrzeugpositionsanzeiger 138 enthält auch Elemente, die Zielpositionen darstellen, welche in den 9 und 10 gestrichelt veranschaulicht sind. Der Fahrzeugpositionsanzeiger 138 enthält ein Zielelement 148, das eine Ziel-Ladeanschlussposition darstellt. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zeigt das Zielelement 148 eine Ladepadposition an. Ein induktives Laden der Fahrzeugbatterie steht zur Verfügung, wenn das Ladeanschlusselement 148 mit dem Zielelement 148 oder dem Ladepad 32 fluchtend ausgerichtet ist. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugpositionsanzeigers 138 enthalten Ziel-Radelemente und schematische Zieldarstellungen des Fahrzeugs (nicht gezeigt), die entsprechende Zielpositionen darstellen.
Die Benutzerschnittstelle 26 ist konfiguriert, um die Ladestatusmitteilung 140 als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal anzuzeigen. Die Ladestatusmitteilung 140 zeigt an, ob das Fahrzeug gerade lädt oder nicht. Die Ladestatusmitteilung 140 wird in der veranschaulichten Ausführungsform als Text innerhalb einer Textbox übermittelt. Andere Ausführungsformen der Benutzerschnittstelle 26 ziehen eine bildhafte oder hörbare Ladestatusmitteilung in Betracht.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ist die Benutzerschnittstelle 26 weiter konfiguriert, um eine Lenkanweisung als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal anzuzeigen. Die Lenkanweisung informiert den Fahrer, wohin er das Lenkrad (in 3) drehen soll, um den Ladeanschluss 34 mit dem Ladepad 32 fluchtend auszurichten.
In einer oder mehreren Ausführungsformen wird die Lenkanweisung als ein bildhaftes Element in dem Fahrzeugpositionsanzeiger 138 visuell übermittelt. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält die Lenkanweisung einen Pfeil 152, der sich von einem oder mehreren der Elemente zu einem entsprechenden Zielelement erstreckt. Zum Beispiel erstreckt sich ein Pfeil 152 vom Ladeanschlusselement 144 zum Zielelement 148. Der Pfeil (die Pfeile) 152 kann (können) sich auch von einem Element, wie den vorderen Radelementen 146, in der allgemeinen Richtung erstrecken, in der das Element sich bewegen muss, um den Ladeanschluss 34 mit dem Ladepad 32 fluchtend auszurichten, wie in 9 veranschaulicht. Andere Ausführungsformen der Lenkanweisung ziehen in Betracht, dass Ziel-Radelemente 154 (in 9 gezeigt) über einem entsprechenden Radelement 146 angeordnet sind und zu einer Ziel-Radposition gedreht werden.
In einer oder mehreren Ausführungsformen wird die Lenkanweisung visuell als Text übermittelt. In der veranschaulichten Ausführungsform wird eine Lenkanweisungsmitteilung 156 innerhalb einer Textbox und der Ladestatusmitteilung 140 auf der Benutzerschnittstelle 26 benachbart angezeigt. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ist die Benutzerschnittstelle 26 weiter konfiguriert, um eine Antriebsanweisung 158 anzuzeigen, die an einen Fahrer als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal übermittelt wird. Die Antriebsanweisung 158 informiert den Fahrer, in welche Richtung er fahren soll (z.B. “vorwärts fahren”, wie in 9 gezeigt), und wann er anhalten soll (z.B. “nicht mehr bewegen” wie in 10 gezeigt). Andere Ausführungsformen des Leitsystems 20 enthalten Lautsprecher (nicht gezeigt) zur hörbaren Übermittlung der Lenkanweisung und/oder der Antriebsanweisung an den Fahrer.
Unter Bezug auf die 2, 9 und 10 sind eine oder mehrere Ausführungsformen des Leitsystems 20 für Fahrzeuge 22 mit einer Parkhilfeeinrichtung konfiguriert. Für solche Fahrzeuge steuert der Fahrer den Antrieb des Fahrzeugs 22 über die Fahrer-Bedienungselementesysteme 84, und Fahrzeug-Controller steuern das Lenken des Fahrzeugs 22 unter Verwendung des Servolenkungssystems 86 zur fluchtenden Anordnung des Ladeanschlusses 34 mit dem Ladepad 32. Das Servolenkungssystem 86 empfängt das VEH_STATUS-Signal, oder ein anderes Signal, das den Abstandsvektor zwischen dem Ladeanschluss 34 und dem Ladepad 32 anzeigt, und steuert dementsprechend die Lenkung des Fahrzeugs 22.
Unter Bezug auf die 3 und 11 ist ein vereinfachtes Fahrzeugleitsystem gemäß einer anderen Ausführungsform veranschaulicht und allgemein mit dem Bezugszeichen 220 bezeichnet. Das Leitsystem 220 ist innerhalb eines Fahrzeugs 222 bildlich dargestellt. Das Leitsystem 220 enthält einen Controller 224 und eine Benutzerschnittstelle, wie das Zeichen 94 (in 3 gezeigt). Das Fahrzeug 222 ist für induktives Laden und Empfangen von elektrischer Leistung von einem Ladepad 232 konfiguriert, das mit einer externen Stromversorgung (nicht gezeigt) verbunden ist.
Das Fahrzeug 222 enthält einen Ladeanschluss 234, der mit dem Ladepad 232 fluchtend ausgerichtet ist, um elektrische Leistung zu empfangen. Der Ladeanschluss 234 befindet sich in einem definierten seitlichen Abstand (“X”) und Längsabstand (“Y”) weg von einem Bezugsrad 240 des Fahrzeugs 222. Das Ladepad 232 befindet sich in einem definierten seitlichen Abstand und Längsabstand weg von einer Radhalterung 242, der gleich dem seitlichen Abstand (X) und dem Längsabstand (Y) zwischen dem Ladeanschluss 234 und dem Rad 240 ist. So richtet die fluchtende Ausrichtung des Rads 240 mit der Radhalterung 242 auch den Ladeanschluss 234 mit dem Ladepad 232 fluchtend aus. In einer Ausführungsform enthält die Radhalterung 242 einen Bremsklotz zum Eingriff in gegenüberliegende Seiten des Rads 240.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Radsensor 244 nahe der Radhalterung 242 angeordnet und liefert ein Radpositionssignal 246, das die Anwesenheit des Bezugsrads 240 anzeigt. Der Radsensor 244 kann ein Lastsensor oder ein Näherungsschalter oder ein anderer geeigneter Sensor sein. Ein externer Controller 248 steht mit dem Ladepad 232 und dem Radsensor 244 in Verbindung. Der externe Controller 248 befiehlt dem Ladepad 232 als Reaktion auf das Radsignal 246, elektrische Leistung an den Ladeanschluss 234 zu liefern. Das Ladepad 232 kann mit einem Stellantrieb (nicht gezeigt) gekoppelt sein, um sich bezüglich des Ladeanschlusses 34 zu bewegen. Der externe Controller 248 kann auch den Stellantrieb als Reaktion auf das Radsignal 246 steuern. Der Controller 224 kann mit dem externen Controller 248 in Verbindung stehen, um Eingangssignale zu empfangen, die die Fahrzeugposition und den Ladestatus anzeigen.
Die Benutzerschnittstelle, oder Zeichen 94 (in 3 gezeigt), steht mit dem Controller 224 in Verbindung und ist konfiguriert, um einen Fahrzeugpositionsanzeiger und eine Ladestatusmitteilung als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal anzuzeigen. In einer Ausführungsform wird das Zeichen 94 beleuchtet, wenn sowohl das Rad 240 in der Radhalterung 242 befestigt ist als auch das Fahrzeug lädt.
Unter Bezug auf 12 ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ein Verfahren zur Übermittlung einer Fahrzeugstatusinformation an einen Fahrer zur fluchtenden Ausrichtung eines Fahrzeugs mit einer externen Stromversorgung veranschaulicht und allgemein mit dem Bezugszeichen 250 bezeichnet. Unter Bezug auf die 1, 11 und 12 bestimmt der Controller 24, 224 im Vorgang 252, ob der Ladeanschluss 34 mit dem Ladepad 32 fluchtend ausgerichtet ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen analysiert der Controller 24 den Abstandsvektor (V3), um diese fluchtende Ausrichtung zu bestimmen. Wenn der Abstandsvektor (V3) gleich null ist, bestimmt der Controller, dass JA der Ladeanschluss 34 mit dem Ladepad 32 fluchtend ausgerichtet ist. In einer anderen Ausführungsform empfängt der Controller 224 ein Radpositionssignal 246 vom externen Controller 248, das anzeigt, dass das Bezugsrad 240 mit der Radhalterung 242 fluchtend ausgerichtet ist. Wenn das Bezugsrad 240 mit der Radhalterung 242 fluchtend ausgerichtet ist, bestimmt der Controller 224, dass JA der Ladeanschluss 234 mit dem Ladepad 232 fluchtend ausgerichtet ist.
Im Vorgang 254, nachdem der Controller 24 bestimmt hat, dass NEIN der Ladeanschluss 34 nicht mit dem Ladepad 32 fluchtend ausgerichtet ist, bestimmt der Controller den Abstandsvektor (V3). In einer oder mehreren Ausführungsformen bestimmt der Controller 24 den Abstandvektor (V3) unter Verwendung der Vorgänge 114–126 des Verfahrens 110. In einem vereinfachten Fahrzeugleitsystem 220 wartet der Controller 224 auf ein aktualisiertes Radpositionssignal 246.
Im Vorgang 256, nachdem der Controller 24, 224 bestimmt hat, dass NEIN der Ladeanschluss 34 nicht mit dem Ladepad 32 fluchtend ausgerichtet ist, sendet der Controller 24, 224 ein aktualisiertes Fahrzeugstatussignal (VEH_STATUS) an die Benutzerschnittstelle 26 oder das Zeichen 94. Die Benutzerschnittstelle 26 passt die an den Benutzer übermittelte Information (z.B. Fahrzeugpositionsanzeiger, Lenk- oder Antriebsanweisungen und Beleuchtung) als Reaktion auf das VEH_STATUS-Signal an. Nach dem Vorgang 256 kehrt der Controller 24, 224 zum Vorgang 252 zurück.
Im Vorgang 258, nachdem der Controller 24, 224 bestimmt hat, dass JA der Ladeanschluss 34 mit dem Ladepad 32 fluchtend ausgerichtet ist; sendet der Controller 24, 224 ein aktualisiertes Fahrzeugstatussignal (VEH_STATUS) an die Benutzerschnittstelle 26 oder das Zeichen 94. Gemäß einer Ausführungsform beleuchtet im Vorgang 260 der Controller 224 das Zeichen 94, nachdem er bestimmt hat, dass die fluchtende Ausrichtung stattgefunden hat (siehe 3). Im Vorgang 262, gemäß einer anderen Ausführungsform, veranschaulicht der Controller 24 ein Ladeanschlusselement 144, das ein Zielelement 148 überlagert, nachdem bestimmt wurde, dass die fluchtende Ausrichtung stattgefunden hat (siehe 10). Gemäß noch einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugleitsystems 20, das mit einer Parkhilfeeinrichtung des Fahrzeugs koordiniert ist, sendet der Controller 24 im Vorgang 264 das VEH_STATUS-Signal an das Servolenkungssystem 86, das keine Lenkanpassungen mehr durchführt, wenn die fluchtende Ausrichtung stattgefunden hat.
Während oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Im Gegenteil, die in der Beschreibung verwendeten Worte sind eher beschreibende als einschränkende Worte, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können die Einrichtungen verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu formen.

Claims

Fahrzeugleitsystem, das aufweist: einen Controller, der konfiguriert ist, um Eingangssignale zu empfangen, die eine augenblickliche Fahrzeugposition bezüglich eines externen Ladepads und einen Ladestatus anzeigen, und um ein Fahrzeugstatussignal als Reaktion auf die Eingangssignale zu senden; und eine Schnittstelle, die mit dem Controller in Verbindung steht und konfiguriert ist, um einen Fahrzeugpositionsanzeiger und eine Ladestatusmitteilung als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal anzuzeigen.
Fahrzeugleitsystem nach Anspruch 1, wobei der Fahrzeugpositionsanzeiger aufweist: eine schematische Darstellung des Fahrzeugs mit einem Ladeanschlusselement, das die augenblickliche Ladeanschlussposition anzeigt; und ein Zielelement, das eine Ziel-Ladeanschlussposition anzeigt, wobei das Fahrzeug geladen werden kann, wenn das Ladeanschlusselement mit dem Zielelement fluchtend ausgerichtet ist.
Fahrzeugleitsystem nach Anspruch 2, wobei das Zielelement eine Ladepadposition anzeigt.
Fahrzeugleitsystem nach Anspruch 2, wobei der Fahrzeugpositionsanzeiger weiter mindestens ein Radelement aufweist, das eine augenblickliche Radposition anzeigt.
Fahrzeugleitsystem nach Anspruch 4, wobei die Schnittstelle weiter konfiguriert ist, um eine Lenkanweisung anzuzeigen, die an einen Benutzer als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal übermittelt wird.
Fahrzeugleitsystem nach Anspruch 5, wobei die Lenkanweisung einen Pfeil aufweist, der sich von dem Radelement zu einer Ziel-Radposition erstreckt.
Fahrzeugleitsystem nach Anspruch 5, wobei die Lenkanweisung ein Ziel-Radelement aufweist, das über dem Radelement angeordnet ist und zu einer Ziel-Radposition gedreht wird.
Fahrzeugleitsystem nach Anspruch 1, wobei die Schnittstelle weiter konfiguriert ist, um mindestens eine Lenkanweisung oder eine Antriebsanweisung anzuzeigen, die an einen Benutzer als Reaktion auf das Fahrzeugstatussignal übermittelt wird.
Fahrzeugleitsystem nach Anspruch 8, wobei die Lenkanweisung und die Antriebsanweisung beide durch Beleuchten einer Textbox innerhalb der Schnittstelle visuell an den Benutzer übermittelt werden.
Fahrzeugleitsystem nach Anspruch 8, wobei die Lenkanweisung und die Antriebsanweisung je über einen Lautsprecher hörbar an den Benutzer übermittelt werden.