DE102012219986A1

DE102012219986A1 - Positionsbestimmung eines Fahrzeugs relativ zu einer Zielposition

Info

Publication number: DE102012219986A1
Application number: DE102012219986.1A
Authority: DE
Inventors: Dragan Mikulec; Claus Seisenberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-06-12
Also published as: FR2997510A1

Abstract

Es soll eine einfache Lokalisierung eines Fahrzeugs in Bezug auf eine Zielposition und insbesondere eine Primärspule, mit der das Fahrzeug induktiv ladbar ist, ermöglicht werden. Hierzu wird ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (5) relativ zu der Zielposition vorgeschlagen. Hierbei werden ein Ultraschallsender (9) in einer vorgegebenen Lage zu der Zielposition und mehrere Ultraschallempfänger (11) an vorgegebenen Stellen in oder an dem Fahrzeug (5) bereitgestellt. Ein Ultraschallsignal (10) wird zu dem Fahrzeug (5) gesendet und dort durch die Ultraschallempfänger (11) empfangen. Aus den Laufzeiten des Ultraschallsignals (10) zwischen dem Senden und dem Empfangen des Ultraschallsignals (10) oder aus einer Differenz von zwei Eintreffzeitpunkten des Ultraschallsignals (10) an zweien der Ultraschallempfänger (11) wird die Position des Fahrzeugs (5) relativ zu der Zielposition bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs relativ zu einer Zielposition. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeugsystem mit einem elektrisch betriebenen Fahrzeug und gegebenenfalls einer Primärspule, die an der Zielposition angeordnet ist, zum induktiven Laden des Fahrzeugs.
Beim induktiven Laden der Hochspannungsbatterie(n) innerhalb von Hybrid-, Plug-in-Hybrid-, Brennstoffzellen- und Elektrofahrzeugen erfolgt die Energieübertragung kabellos zur Fahrzeugseite. 1 zeigt ein diesbezügliches Fahrzeugsystem. Eine so genannte „Bodenseitige Ladeelektronik“ 1, die die Primärenergie zur Verfügung stellt und den Ladevorgang steuert, ist elektrisch mit dem öffentlichen Stromnetz 2 verbunden. Eine Primärspule 3, die beispielsweise in den Boden einer Garage oder einer Ladestation integriert ist, ist an die bodenseitige Ladeelektronik 1 angeschlossen. Eine korrespondierende Sekundärspule 4 befindet sich an der Unterseite eines Fahrzeugs 5. Von der Primärspule 3 ist Energie induktiv auf die Sekundärspule 4 übertragbar. Die Sekundärspule 4 ist mit einer Hochspannungsbatterie 6 (HV-Batterie) des elektrisch betriebenen oder betreibbaren Fahrzeugs 5 verbunden. Ein Steuergerät 7 kommuniziert beispielsweise über WLAN mit der Bodenseitige Ladeelektronik 1 und beispielsweise über einen CAN-Bus 8 mit dem Steuergerät 7 und gegebenenfalls anderen Komponenten des Fahrzeugs 5.
Zum Zwecke der Energieübertragung mit hohem Wirkungsgrad ist die Sekundärspule 4 möglichst exakt über oder an der Primärspule 3 zu positionieren. Üblicherweise sitzt die Sekundärspule 4 unter dem Fahrzeugunterboden und ist für den Fahrer nicht sichtbar. Während des Annäherungsvorgangs des Fahrzeugs 5 an die Primärspule 3 benötigt der Fahrer daher eine Fahrerassistenzfunktion, die ihm akustische und/oder optische Anweisungen gibt, wie er das Fahrzeug mit seiner am Fahrzeugunterboden befestigten Sekundärspule 4 zu lenken hat, damit das Fahrzeug möglichst exakt über der Primärspule 3 positioniert wird. Die Grundlage für die Fahrerassistenzfunktion bildet die Positionsbestimmung.
Aus einem IndiOn-Abschlussbericht vom Verbundvorhaben „Kontaktloses Laden von batterieelektrischen Fahrzeugen“ im Rahmen des FuE-Programms „Förderung von Forschung und Entwicklung im Bereich der Elektromobilität“, München, Oktober 2011, ist ein entsprechendes Fahrzeugsystem beschrieben. Die dortige Positionsbestimmung des Fahrzeugs erfolgt mittels eines Funksenders durch feldstärkebasierte Lokalisierung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Position eines Fahrzeugs relativ zu einer Primärspule mit möglichst wenig Aufwand exakt festgestellt werden kann. Darüber hinaus soll ein entsprechendes Fahrzeugsystem mit einem elektrisch betriebenen Fahrzeug und einer Primärspule bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs relativ zu einer vorgegebenen Zielposition außerhalb des Fahrzeugs, durch

– Bereitstellen eines Ultraschallsenders in einer vorgegebenen Lage zur Zielposition,
– Bereitstellen mehrerer Ultraschallempfänger an vorgegebenen Stellen in oder an dem Fahrzeug (ggf. unterhalb des Fahrzeugs),
– Senden eines Ultraschallsignals zu dem Fahrzeug,
– Empfangen des Ultraschallsignals durch die Ultraschallempfänger und

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Fahrzeugsystem mit einem Fahrzeug und einer vorgegebenen Zielposition außerhalb des Fahrzeugs, sowie umfassend einen Ultraschallsender, der in einer vorgegebenen Lage zu der Zielposition angeordnet ist, zum Senden eines Ultraschallsignals zu dem Fahrzeug, mehrere Ultraschallempfänger, die an vorgegebenen Stellen in oder an dem Fahrzeug angeordnet sind, zum Empfangen des Ultraschallsignals, und eine Positionsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Position des Fahrzeugs relativ zu der Zielposition aus Laufzeiten des Ultraschallsignals zwischen dem Senden und dem Empfangen des Ultraschallsignals oder aus einer Differenz von zwei Eintreffzeitpunkten des Ultraschallsignals an zweien der Ultraschallempfänger.
In vorteilhafter Weise wird also von einem Ultraschallsender, der bezüglich der Zielposition fest positioniert ist, ein Ultraschallsignal zu dem Fahrzeug gesendet. Mehrere Ultraschallempfänger an dem Fahrzeug empfangen dieses Ultraschallsignal. Aus den Laufzeiten des Ultraschallsignals zu den einzelnen Ultraschallempfängern bestimmt das Fahrzeug seine eigene Position relativ zu der Zielposition. Dabei können als Ultraschallempfänger beispielsweise die Sensoren eines Parkassistenzsystems verwendet werden, die in modernen Fahrzeugen vielfach verbaut sind. Je mehr Positionssensoren in das Fahrzeug integriert sind, desto genauer lässt sich die Position des Fahrzeugs gegenüber der Zielposition bestimmen.
Die Position des Fahrzeugs kann beispielsweise eine Distanz zwischen dem Fahrzeug und der Zielposition umfassen. Diese Distanz lässt sich beispielsweise aus den Laufzeiten des Ultraschallsignals zu den einzelnen Empfängern abschätzen.
Die Position des Fahrzeugs relativ zu der Zielposition kann auch einen Winkel zwischen einer aktuellen Längsausrichtung des Fahrzeugs und einer Richtung von dem Fahrzeug zu der Zielposition umfassen. Eine derartige Winkelgröße lässt sich beispielsweise bei größerer Entfernung leicht aus der Zeitdifferenz im Eintreffen des Ultraschallsignals an zwei Empfängern bestimmen. Mit einer solchen Winkelinformation lässt sich das Fahrzeug leichter auf eine Zielposition, an der beispielsweise eine Primärspule zum Laden des Fahrzeugs angeordnet ist, lenken.
Wird am Fahrzeug der Eintreffzeitpunkt des Ultraschallsignals an drei oder mehr räumlich getrennten Empfängern bestimmt, kann durch Triangulation die Position des Senders und damit der Zielposition bzw. der Primärspule relativ zum Fahrzeug bestimmt bzw. geschätzt werden.
Vorzugsweise wird die Zielposition einem Fahrer und/oder Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs mitgeteilt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Zielposition beispielsweise dem Fahrer optisch bzw. graphisch dargestellt wird, sodass er das Fahrzeug entsprechend lenken kann. Gegebenenfalls kann die Zielposition auch einem Fahrerassistenzsystem entsprechend codiert übermittelt werden, sodass das Fahrzeug entweder vollkommen automatisch oder zumindest teilautomatisch zu der Zielposition bzw. Primärspule fährt.
Von Vorteil ist außerdem, wenn das Senden des Ultraschallsignals durch ein Triggersignal von dem Fahrzeug angestoßen wird. Ist die Zeitspanne zwischen Eintreffen des Triggersignals und Aussenden des Ultraschallsignals bekannt, so kann die Laufzeit des Ultraschallsignals zwischen Sender und Empfänger bestimmt werden. Aus der Laufzeit kann durch einfache Berechnung die Entfernung zwischen Sender und Empfänger ermittelt werden. Ist die Entfernung zwischen dem Sender und mehreren Empfängern bekannt, so kann durch Triangulation die Position des Senders bestimmt werden.
Das Triggersignal kann beispielsweise ein Trigger-Ultraschallsignal von dem Fahrzeug sein. In diesem Fall lässt sich beispielsweise einer der mehreren Ultraschallempfänger in Wirkungsumkehr als Ultraschallsender nutzen.
Alternativ kann das Triggersignal auch ein HF-Signal von dem Fahrzeug sein. Dies hat den Vorteil, dass das elektromagnetische HF-Signal praktisch verzögerungsfrei von dem Fahrzeug zum Ultraschallsender gelangen kann.
Insbesondere kann das HF-Signal ein frequenzmoduliertes Funksignal sein. Mit einem derartigen frequenzmodulierten Funksignal lässt sich der Eintreffzeitpunkt sehr exakt bestimmen.
Bei einer Ausführungsform ist das Ultraschallsignal ein pulsförmiges Signal. Aus den einzelnen Impulsen lässt sich die jeweilige Laufzeit verhältnismäßig exakt bestimmen.
Alternativ kann das Ultraschallsignal auch FMCW-modulierte Signal-Bursts aufweisen. Mit diesen modulierten Signal-Bursts lässt sich die Laufzeit äußerst exakt ermitteln.
Darüber hinaus kann für das Bestimmen der Position des Fahrzeugs mindestens eine weitere fahrzeuginterne Information genutzt werden. Hierdurch lässt sich in der Regel eine exaktere und vereinfachte Positionsbestimmung realisieren.
Insbesondere kann sich die mindestens eine weitere fahrzeuginterne Information auf einen Lenkwinkel, eine Fahrtrichtung oder auf Radimpulse des Fahrzeugs beziehen. So ist die Fahrtrichtung bzw. Längsrichtung des Fahrzeugs als Ausgangspunkt für das Fahren zu einer Zielposition oder auf eine Primärspule von Bedeutung. Der Lenkwinkel deutet hingegen an, wie sich die Fahrtrichtung bei der Weiterfahrt verändern wird. Die Radimpulse, beispielsweise von einem ABS-System, geben Aufschluss über die tatsächliche Vorwärtsbewegung.
Ferner kann automatisch eine Ladefreigabe erfolgt, wenn sich die Primärspule und die Sekundärspule des Fahrzeugs in einer vorgegebenen Weise gegenüberstehen. Speziell kann für die Ladefreigabe die Überdeckung der Primärspule mit der Sekundärspule betrachtet senkrecht zur Fahrebenen überprüft werden.
Bei dem Fahrzeugsystem können mindestens zwei der Ultraschallempfänger an der Frontseite oder Heckseite des Fahrzeugs angeordnet sein. Diese sind oftmals ohnehin für ein Parkassistenzsystem vorhanden.
Außerdem können mindestens zwei der Ultraschallempfänger am Fahrzeugboden an einer vorgegebenen Stelle relativ zu der Sekundärspule des Fahrzeugs insbesondere unmittelbar an oder auf der Sekundärspule angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass mit den so angeordneten Ultraschallempfängern die Position des Fahrzeugs bzw. der Sekundärspule auch im Nahbereich exakt bestimmt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 ein Fahrzeugsystem einschließlich elektrisch betriebenem Fahrzeug und Primärspule gemäß dem Stand der Technik;
2 ein erfindungsgemäßes Fahrzeugsystem mit Ultraschalllokalisierung in der Draufsicht;
3 das Fahrzeugsystem von 2 in der Seitenansicht;
4 eine Skizze zur Ermittlung einer Zielortskurve;
5 ein Zeitdiagramm bei Ultraschall-getriggertem Lokalisierungssystem;
6 ein HF-Signal-getriggertes Fahrzeugsystem;
7 ein Zeitdiagramm des HF-Signal-getriggerten Fahrzeugsystems;
8 ein Fahrzeugsystem mit Ultraschallempfängern am Fahrzeugboden;
9 Hyperbelschnittverfahren zum Ermitteln einer Zielposition und
10 eine Draufsicht zur allgemeinen Ermittlung einer Zielposition ausgehend von einer aktuellen Position.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
In dem Beispiel von 2 ist an der bodenseitigen Primärspule 3 , die hier an einer Zielposition angeordnet ist bzw. diese verkörpert, ein Ultraschallsender 9 angebracht, der ein Ultraschallsignal 10 aussendet. Die korrespondierenden Schallwellen werden von Ultraschallempfängern bzw. Ultraschallsensoren 11 am Fahrzeug 5 empfangen. Derartige Ultraschallsensoren 11 sind üblicherweise bereits in Fahrzeugen mit Parkassistenzsystemen verbaut. Die genaue Position dieser Ultraschallempfänger 11 am bzw. im Fahrzeug 5 ist bekannt und registriert. Sie kann für die Positionsbestimmung des Fahrzeugs 5 verwendet werden. Ebenso ist die genaue Position des Ultraschallsenders 9 gegenüber der Primärspule 3 vorab festgelegt. Mit diesen Daten lässt sich dann die exakte Position des Fahrzeugs 5 gegenüber der Primärspule 3 bestimmen.
3 zeigt das System von 2 in der Seitenansicht. Das Fahrzeugsystem gemäß den 2 und 3 ist so konzipiert, dass das Fahrzeug 5 zum induktiven Laden gemäß 1 über die Primärspule 3 fahren kann. Die Primärspule 3 kann aber auch im Boden versenkt sein, und die Sekundärspule des Fahrzeugs 5 senkt sich dann zum Laden auf die Primär- bzw. Primärspule 3. Alternativ kann die Sekundärspule des Fahrzeugs auch an der Frontseite des Fahrzeugs 5 und die Primärspule beispielsweise an einer Wand oder Säule angeordnet sein. In diesem Fall lässt sich das Ultraschallsystem 9, 10, 11 dazu nutzen, eine möglichst exakte Annäherung der Fahrzeugfront an die aufgehängte Primärspule 3 zu erreichen. Auch anders angeordnete Fahrzeugsysteme lassen sich erfindungsgemäß mit dem Ultraschallsystem nutzen.
Sind also an dem Fahrzeug 5 mehrere (mindestens zwei) Sensoren 11 angebracht, so wird in einer vereinfachten Version aus dem Eintreffzeitpunkt des Ultraschallsignals 10 die Ortskurve 15 (vgl. 4) bestimmt, auf der das Ziel (Fahrzeugendposition) liegt. Durch die geometrische Anordnung ergeben sich unterschiedliche Distanzen zwischen dem Ultraschallsender 9 und den am Fahrzeug versetzt angeordneten Ultraschallempfängern 11. Ist der Sendezeitpunkt des Ultraschallsignals 10 für das Fahrzeug 5 nicht bekannt und werden zwei Sensoren 11 am Fahrzeug 5 verwendet, so lässt sich mit ihnen dennoch eine Laufzeitdifferenz bestimmen. Aus der Laufzeitdifferenz ergibt sich aufgrund der Schallgeschwindigkeit eine entsprechende Entfernungsdifferenz. Da nun die absolute Differenz in diesem Fall nicht zur Verfügung steht, stellt die Ortskurve des Ziels gemäß 4 eine Hyperbel 15 dar (gleiche Entfernungsdifferenz zu zwei bekannten Punkten). Für große Entfernungen kann mit der Laufzeitdifferenz näherungsweise der Einfallswinkel geschätzt werden.
Wird dem Fahrer die entsprechende Winkelinformation mitgeteilt, kann er durch geeignete Lenkbewegungen des Fahrzeugs zielgerichtet auf die bodenseitige Primärspule zusteuern. Gegebenenfalls wird diese Winkelinformation auch dem Steuergerät 7 des Fahrzeugs 5 zur Verfügung gestellt, um ein geeignetes Fahrerassistenzsystem zu steuern, mit dem es möglich ist, automatisch oder teilautomatisch auf die Primärspule 3 zuzusteuern.
Wird das Aussenden des Ultraschallsignals 10 der Primärspule 3 vom Fahrzeug 5 getriggert, sodass dem Fahrzeug 5 der Sendezeitpunkt bekannt ist, so kann auch die Laufzeit des Ultraschallsignals 10 absolut bestimmt werden. Somit kann die Distanz zwischen dem Ultraschallsender 9 und den verschiedenen Ultraschallsensoren 11 ermittelt werden. Damit ist es möglich, die Position der Sendespule relativ zum Fahrzeug 5 in Winkel und Entfernung (bzw. x- und y-Koordinate; eventuell auch z-Koordinate) zu bestimmen. Hierdurch wird eine exakte Fahrerunterstützung und damit eine Fahrerassistenzfunktion für den Anfahrvorgang ermöglicht.
Zum Triggern des Sendesignals (hier auch als Ultraschallsignal bezeichnet) kann ein Trigger-Ultraschallsignal dienen, das z.B. von einem der Ultraschallwandler 11 am Fahrzeug 5 ausgesendet wird. Durch eine Empfängerschaltung in der Primärspule 3 kann dieses Trigger-Ultraschallsignal detektiert werden und mittels einer geeigneten Signalverarbeitung der Eintreffzeitpunkt bestimmt werden. Ist der Eintreffzeitpunkt bekannt, so kann der Ultraschallsender 9 in/an der Primärspule 3 nach einer bekannten (festgelegten) Zeitperiode ein eigenes Ultraschallsignal aussenden.
5 verdeutlicht den Zeitablauf des Sendens und des Empfangens der verschiedenen Signale. Zum Zeitpunkt t1 sendet das Fahrzeug 5 ein Trigger-Ultraschallsignal ab. Dieses wird nach einer Laufzeit t_us_1 des Ultraschalls vom Fahrzeug zur Primärspule zu einem Zeitpunkt t2 am Fahrzeug detektiert. Der Ultraschallsender 9 an der Primärspule 3 sendet nach einer bekannten Verzögerungszeit t_del das eigentliche Ultraschallsignal zum Fahrzeug hin ab. Nach einer Laufzeit t_us_2 von der Primärspule 3 zum Fahrzeug 5 erreicht das Ultraschallsignal zum Zeitpunkt t4 das Fahrzeug 5. Es ergibt sich somit eine Gesamtlaufzeit t_ges zwischen t1 und t4.
Ist dem Fahrzeug 5 die Verzögerungszeit t_del des Senders 9 bekannt, so kann aus dem Sendezeitpunkt t3 und dem ermittelten Eintreffzeitpunkt t4 des Signals am Fahrzeug 5 die Laufzeit des Ultraschallsignals und damit die Distanz gemäß nachfolgenden Formeln berechnet werden: t_ges = t_us_1 + t_del + t_us_2 t_us_1 + t_us_2 = t_ges – t_del
Empfängt der ursprüngliche Sender 11 am Fahrzeug 5 wieder das Ultraschallsignal 10, so ist t_us_1 = t_us_2 und damit t_us = (t_ges – t_del)/2
Aus der Laufzeit des Ultraschallsignals kann nach folgender Formel die Distanz d berechnet werden: d = v_us·t_us, wobei v_us die Schallgeschwindigkeit bezeichnet.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die in 6 symbolisiert ist, kann das Sendesignal auch durch ein HF-Signal 12 vom Fahrzeug 5 getriggert bzw. angestoßen werden. Dazu ist ein zusätzlicher HF-Sender 13 (Hochfrequenzsender) am Fahrzeug 5 sowie ein HF-Empfänger 14 in/an der Primärspule 3 notwendig. Anstelle des HF-Signals 12 könnte auch jedes andere elektromagnetische Signal (z.B. ein Infrarotsignal) verwendet werden.
Vorteilhaft an elektromagnetischen Signalen ist, dass sie sich mit Lichtgeschwindigkeit (300000 km/s) ausbreiten und damit die Laufzeit des Signals vom Fahrzeug 5 zur Primärspule 3 im Vergleich zur Laufzeit des Ultraschallsignals (ungefähr 300 m/s) vernachlässigbar ist. Die Gesamtlaufzeit setzt sich damit überwiegend aus der bekannten Verzögerungszeit der Primärspule sowie der Laufzeit des Ultraschallsignals zusammen, was dem Zeitdiagramm von 7 zu entnehmen ist.
Entsprechend dem Zeitdiagramm von 7 wird zum Zeitpunkt t1 das HF-Signal vom Fahrzeug abgesandt. Nachdem die Laufzeit t_us_1 des HF-Signals von dem Fahrzeug 5 zur Primärspule 3 vernachlässigbar kurz ist, entspricht der Empfangszeitpunkt t2 des HF-Signals an der Primärspule 3 praktisch dem Sendezeitpunkt t1. Nach der bekannten Verzögerungszeit t_del sendet der Ultraschallsender 9 das Ultraschallsignal 10 zum Zeitpunkt t3 von der Primärspule 3 zum Fahrzeug 5 ab. Nach der Laufzeit t_us_2 empfängt das Fahrzeug 5 zum Zeitpunkt t4 das Ultraschallsignal 10. Die Gesamtlaufzeit t_ges setzt sich also im Wesentlichen nur aus den beiden Zeitdauern t_del und t_us_2 zusammen.
Daneben besteht gemäß der Ausführungsform von 8 die Möglichkeit, durch die Anbringung von Ultraschallempfängern 16 (alternative oder zusätzliche zu Front- oder Hecksensoren 11) an der fahrzeugseitigen Spuleneinheit 17 (Sekundärspule) bzw. in deren Nähe, auch im Nahbereich exakt die Position des Fahrzeugs 5 bzw. der Sekundärspule 17 zu bestimmen. Diese Empfänger 16 (vorzugsweise mindestens zwei) empfangen ebenfalls das Ultraschallsignal 10 der bodenseitigen Spuleneinheit 3 (Primärspule). Aus dem Eintreffzeitpunkt kann auch hier die Relativposition zwischen den beiden Spuleneinheiten 3 und 17 berechnet werden.
Durch die (zusätzlichen) Ultraschallempfänger 16 ist es möglich, nahtlos vom Fernbereich bis zur endgültigen Ladeposition eine Positionsinformation zu liefern. Diese Information kann damit nicht nur als Lenkinformation für den Fahrer genutzt werden, sondern auch für die Ladefreigabe. Nach dem Anhalten des Fahrzeugs über der Primärspule ist es notwendig, sicherzustellen, dass das Fahrzeug ausreichend genau positioniert ist, um einen hohen Wirkungsgrad der Leistungsübertragung zu gewährleisten. Aus Sicherheitsgründen ist diese Ladefreigabe notwendig, um Leistung nur auszusenden, wenn auch die entsprechende Sekundärspule richtig positioniert ist.
Als Ultraschallsignal zur Laufzeitmessung können entweder pulsförmige Signale verwendet werden oder FMCW-modulierte Signal-Bursts. Beide Signalformen sind gut zur Laufzeitmessung geeignet. Die Abkürzung FMCW steht für die englische Bezeichnung „frequency modulated continuous wave“.
Vorzugsweise wird das Ultraschallsignal gerichtet in die erwartete Anfahrrichtung des Fahrzeugs, also auf die Fahrzeugfront, abgestrahlt. Prinzipiell könnte der Ultraschallsender beispielsweise in einer Garage auch hinter dem Fahrzeug (also nicht auf der Primärspule) angeordnet sein, sodass das Ultraschallsignal auf das Heck des Fahrzeugs 5 abgestrahlt wird. Dies hätte den Vorteil, dass das Ultraschallsignal vom Fahrzeug auch dann noch empfangen wird, wenn es sich bereits über der Primärspule befindet.
Da mit einem derartigen System die Position des Fahrzeugs bereits in einer großen Entfernung genau bestimmt werden kann, ist es möglich, durch Auswertung von Lenkwinkel, Fahrtrichtung und Radimpulsen (z.B. von ABS-Sensoren) sowie eventuell auch von Beschleunigungssensoren die Bewegung des Fahrzeugs zu verfolgen und damit auch im Nahbereich, wenn eventuell kein Ultraschallsignal mehr empfangen wird (Primärspule befindet sich bereits unter dem Fahrzeug), die Position nachzuführen. Somit ist bis zum Erreichen der Endposition eine Fahrerunterstützung möglich.
Wie oben dargestellt wurde, kann durch Verwendung eines aktiven Ultraschallsenders das Zielobjekt eindeutig von Umgebungsobjekten unterschieden werden. Wird der Sendezeitpunkt vom Fahrzeug getriggert, so ist eine absolute Distanzmessung und damit eine Positionsbestimmung in x- und y-Richtung möglich. Durch den aktiven Ultraschallsender sind zudem große Reichweiten (mehrere Meter bis mehrere 10m) möglich.
Typischerweise sind für die Einparkhilfe in den Stoßfängern an der Front und am Heck jeweils vier bis fünf Ultraschallwandler verbaut, die für dieses System verwendet werden können. Damit ist sowohl beim Vorwärts- als auch beim Rückwärtsauffahren auf die Primärspule eine Lokalisierung möglich.
Der Ultraschallsender wird günstigerweise mittig zur Sendespule positioniert. Bei bekanntem Versatz ist auch eine andere örtliche Anbringung möglich, z.B. Seitenflächen der Primärspule. Gemäß einer Ausführungsform von 9 werden drei Empfänger (Sensoren) 18, 19 und 20 am Fahrzeug verwendet, um die Position des Senders 21 bzw. die damit verknüpfte Zielposition zu ermitteln. Analog zu dem System von 4 wird hier mit den Empfängern 18 und 19 eine hyperbelförmige Ortskurve 22 ermittelt. Mit den Empfängern 19 und 20 wird eine weitere hyperbelförmige Ortskurve 23 ermittelt. Die Position des Senders 21 ergibt sich dann eindeutig am Schnittpunkt der beiden Ortskurven. Diese Ausführungsform mit den drei Empfängern lässt sich mit sämtlichen anderen hier aufgeführten Ausführungsformen kombinieren.
Bei obigen Beispielen ist an der Zielposition eine Primärspule zum Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs angeordnet. Alternativ kann gemäß 10 ausgehend von einer aktuellen Position 24 die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder System angestrebte Zielposition 25 auch eine beliebige andere Halteposition des Fahrzeugs 5 sein. Beispielsweise könnte nicht nur eine optimale Ladeposition für induktives Laden, sondern auch für konduktives Laden mit selbsttätiger Kontaktierung gefunden werden. Außerdem könnte auch eine optimale Position zum Tanken von flüssigen oder gasförmigen Treibstoffen (insbesondere Wasserstoff) erfindungsgemäß ermittelt werden. Zudem kann auch das Ankuppeln eines Anhängers mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erleichtert werden, wobei z.B. der Sender an der Anhängerkupplung des Anhängers befestigt ist. Ebenso lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße Fahrzeugsystem auch beispielsweise im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems (Einparkhilfe, etc.), einer Fernsteuerung des Fahrzeugs oder einer sonstigen Positionierhilfe nutzen. So kann ein Fahrzeug in einer vorgegebenen Parklücke besser positioniert werden, indem automatisiert eine mittige oder parallele Ausrichtung zu Parkbuchtmarkierungen angestrebt werden, um eine optimale Ausnutzung einer Parkfläche zu erreichen. Ferner können auch mehrere Sender eingesetzt werden, um einen vorgegebenen Fahrweg für das Fahrzeug zu markieren, wobei sich dann mehrere Zielpositionen entlang dieses Fahrweges aneinander reihen.

Claims

Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs (5) relativ zu einer vorgegebenen Zielposition außerhalb des Fahrzeugs (5), gekennzeichnet durch – Bereitstellen eines Ultraschallsenders (9) in einer vorgegebenen Lage zur Zielposition, – Bereitstellen mehrerer Ultraschallempfänger (11) an vorgegebenen Stellen in oder an dem Fahrzeug (5), – Senden eines Ultraschallsignals (10) zu dem Fahrzeug (5), – Empfangen des Ultraschallsignals (10) durch die Ultraschallempfänger (11) und – Bestimmen einer Position des Fahrzeugs (5) relativ zur Zielposition aus Laufzeiten des Ultraschallsignals (10) zwischen dem Senden und dem Empfangen des Ultraschallsignals (10) oder aus einer Differenz von zwei Eintreffzeitpunkten des Ultraschallsignals (10) an zweien der Ultraschallempfänger (11).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Position eine Distanz zwischen Fahrzeug (5) und Zielposition umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Position einen Winkel zwischen einer aktuellen Längsausrichtung des Fahrzeugs (5) und einer Richtung von dem Fahrzeug (5) zur Zielposition umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Winkel aus den Eintreffzeitpunkten des Ultraschallsignals (10) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch Triangulation aus den Eintreffzeitpunkten des Ultraschallsignals (10) an mindestens dreien der Ultraschallempfänger (11) die Position des Ultraschallsenders und/oder des Fahrzeugs (5) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Position relativ zur Zielposition einem Fahrer und/oder Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs (5) mitgeteilt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ultraschallsignal (10) ein pulsförmiges Signal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Ultraschallsignal (10) FMCW-modulierte Signal-Bursts aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Senden des Ultraschallsignals (10) durch ein Triggersignal von dem Fahrzeug (5) angestoßen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Triggersignal ein Trigger-Ultraschallsignal von dem Fahrzeug (5) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Triggersignal ein HF-Signal von dem Fahrzeug (5) ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das HF-Signal ein frequenzmoduliertes Funksignal ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Bestimmen der Position des Fahrzeugs (5) relativ zur Zielposition mindestens eine weitere fahrzeuginterne Information genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine weitere fahrzeuginterne Information sich auf einen Lenkwinkel, eine Fahrtrichtung oder auf Radimpulse des Fahrzeugs (5) bezieht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Zielposition eine Primärspule (3) angeordnet ist, mit der das Fahrzeug geladen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei automatisch eine Ladefreigabe erfolgt, wenn die Primärspule (3) und eine Sekundärspule (4) des Fahrzeugs (5) in einer vorgegebenen Weise zueinander positioniert sind.
Fahrzeugsystem mit – einem Fahrzeug (5) und – einer vorgegebenen Zielposition außerhalb des Fahrzeugs (5), gekennzeichnet durch – einen Ultraschallsender (9), der in einer vorgegebenen Lage zu der Zielposition angeordnet ist, zum Senden eines Ultraschallsignals (10) zu dem Fahrzeug, – mehrere Ultraschallempfänger (11), die an vorgegebenen Stellen in oder an dem Fahrzeug (5) angeordnet sind, zum Empfangen des Ultraschallsignals (10) und – eine Positionsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Position des Fahrzeugs (5) relativ zu der Zielposition aus Laufzeiten des Ultraschallsignals (10) zwischen dem Senden und dem Empfangen des Ultraschallsignals (10) oder aus einer Differenz von zwei Eintreffzeitpunkten des Ultraschallsignals (10) an zweien der Ultraschallempfänger (11).
Fahrzeugsystem nach Anspruch 17, wobei mindestens zwei der Ultraschallempfänger (11) an der Frontseite oder Heckseite des Fahrzeugs angeordnet sind.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 17 oder 18, wobei mindestens zwei der Ultraschallempfänger (11) an einer vorgegebenen Stelle an der Fahrzeugunterseite angeordnet sind.
Fahrzeugsystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei an der Zielposition eine Primärspule (3) angeordnet ist.
Fahrzeugsystem nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei in oder an dem Fahrzeug eine Sekundärspule (4) angeordnet ist.
Fahrzeugsystem nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung einen Lenkwinkelsensor, oder einen Radsensor aufweist.