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Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Positionsbestimmung.
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Derzeit werden verschiedene Ansätze diskutiert, um elektrobetriebene Fahrzeuge „elektrisch“ zu betanken. So kann beispielsweise ein Gleichstromladen von hybriden Elektrobussen über einen Pantographen realisiert werden. Hierbei wird der Pantograph, also eine Art Stromabnehmer, von oben auf den Elektrobus abgesenkt. Der Pantograph hat beispielsweise 3 Kontaktpunkte für DC+, DC- und GND (DC: Gleichstrom, GND: Erde), die mit entsprechenden Kontakten auf dem Elektrobus verbunden werden müssen. Hierzu ist es notwendig, dass der Bus bei der Positionierung zum Laden an eine dafür vorgesehene Ladestation positionsgenau manövriert wird.
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Bisherige Lösungen bei Straßenbahnen oder bei Zügen funktionieren mit einfachen Stromabnehmern, die lediglich einen Kontakt zum Oberleitungsdraht erzeugen müssen, da diese Fahrzeuge über die Schiene selbst geerdet sind. Somit kann bei Straßenbahnen oder bei Zügen eine Kontaktierung der Oberleitung mit Stromabnehmern relativ ungenau erfolgen.
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Ferner ist bekannt zum Einparken von Fahrzeugen oder im Bereich von Robotik Hindernisse aufgrund von Reflexionen von ausgesandten Ultraschallwellen zu erkennen und einem Benutzer beziehungsweise einer Steuerelektronik entsprechend mitzuteilen.
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Somit besteht die Aufgabe der folgenden Erfindung darin, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben mit denen mit Hilfe von Ultraschall eine Positionierung einer Ladeeinheit eines Fahrzeugs gegenüber einer Ladevorrichtung einer Ladestation in einfacher Weise, mit einem großem Fangbereich und mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Ladeeinheit eines Fahrzeugs gegenüber einer Ladevorrichtung einer Ladestation, mit folgenden Schritten:
Zuordnen einer ersten Positionierungseinheit zu der Ladevorrichtung;
Zuordnen einer zweiten Positionierungseinheit zu der Ladeeinheit;
Zuordnen eines ersten Sensors zu einer der ersten oder zweiten Positionierungseinheiten;
Zuordnen von zumindest zwei zweiten Sensoren zu der ersten oder zweiten Positionierungseinheit, der noch kein erster Sensor zugeordnet ist;
Ermitteln eines ersten und eines zweiten Abstands zwischen dem ersten Sensor und einem der zumindest zwei zweiten Sensoren durch die folgenden zwei Schritte:
- a) Falls der erste Sensor von zumindest einem der zwei zweiten Sensoren einen Mindestabstand aufweist, durch
– Aussenden eines ersten Signals von einem der zumindest zwei zweiten Sensoren zu dem ersten Sensor,
– Aussenden eines zweiten Signals nach Empfang des ersten Signals von dem ersten Sensor zu einem der zumindest zwei zweiten Sensoren und
– Ermitteln eines ersten Abstands unter Berücksichtigung einer Signallaufzeit des ersten Signals, einer Signallaufzeit des zweiten Signals und einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von Signalen in Luft;
- b) Ansonsten durch
– Aussenden eines dritten Signals durch den ersten Sensor und Empfangen des dritten Signals durch zumindest zwei der zumindest zwei zweiten Sensoren,
– Ermitteln eines jeweiligen Laufzeitunterschieds zwischen dem jeweiligen Empfangen des dritten Signals durch jeweils zwei der zumindest zwei zweiten Sensoren,
– Ermitteln eines zweiten Abstands durch Bildung eines Schnittpunktes von einer ersten und einer zweiten Linie, wobei durch die jeweilige Linie mögliche Aufenthaltsorte des ersten Sensors gegenüber einem der zumindest zwei zweiten Sensoren angezeigt werden, wobei zumindest die erste Linie (AL1) aufgrund des Laufzeitunterschieds gebildet wird.
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Im Rahmen dieses Verfahrens wird bei einer Positionsermittlung zwischen einem Nahbereich bzw. Nahfeld und einem Fernbereich bzw. Fernfeld unterschieden. Der Fernbereich betrifft das Annähern des Fahrzeugs zur Ladestation, bei dem es um eine eher grobe Positionsbestimmung des Fahrzeugs zu der Ladestation geht. Hierbei wird ein absoluter Abstand durch absolute Laufzeitbestimmung errechnet. In dem Nahbereich zwischen Fahrzeug und Ladestation muss die Positionierung sehr exakt erfolgen, da nur bei exakter Positionierung der ersten und zweiten Ladeeinheit der Energiefluss optimal erfolgen kann, z.B. bei induktivem Laden. Daher wird im Nahbereich bzw. Nahbereich eine gegenüber dem Fernbereich komplexere Abstandsermittlung durchgeführt. Hierbei wird der Laufzeitunterschied bei Empfang eines dritten Signals durch zumindest zwei der zweiten Sensoren ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass Störungen in der Umgebung des ersten und der zweiten Sensoren sozusagen „herausgemittelt“ werden können, wie z.B. Laufzeitunterschiede durch Schnee oder bei hoher Luftfeuchte. Somit ist ein Vorteil der Erfindung in der Skalierbarkeit der Komplexität der Rechenschritte, je nach Anforderung der Positionierungsgenauigkeit. Zudem ermöglicht das zweistufige Verfahren, dass ein sich an die Ladesäule annäherndes Fahrzeug durch Aussenden des ersten Signals der Ladesäule ein Annähern mitteilen kann, so dass dann zeitlich nachfolgend von der absoluten auf die relative Messung umgestellt werden kann. Die Umstellung kann bspw. der Ladesäule bzw. dem ersten Sensor auf ein spezielles Signal signalisiert werden. Unter dem Begriff Fangbereich sind die Begriffe Nah- und Fernbereich zu verstehen. Der Mindestabstand z.B. 1m, definiert die Grenze zwischen dem Nahbereich und dem Fernbereich. Je nach konkreter Implementierung der Anwendung, z.B. falls das Fahrzeug ein PKW oder eine Straßenbahn ist, kann der Mindestabstand angepasst werden. Als Signale werden drahtlos übertragbare Signalwellen verstanden, die auch bei kurzen Abständen zwischen Fahrzeug und Ladestation genaue Messungen ermöglichen. Unter kurzen Abständen werden Distanzen von mehreren Metern bis wenigen Zentimetern verstanden.
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Vorteilhafterweise wird die zweite Linie durch einen Laufzeitunterschied von zwei der zumindest zwei zweiten Sensoren gebildet, wobei keiner oder nur einer der zweiten Sensoren bei der Generierung der ersten Linie eingesetzt wird. Hierdurch die Positionsbestimmung auch durchgeführt werden, falls keine Bezugspunkte zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Ladestation vorhanden sind, wie beispielsweise eine vorgegebene Fahrstrecke des Fahrzeugs.
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In einer alternativen Weiterbildung wird die zweite Linie auf Basis einer Fahrstrecke des Fahrzeugs ermittelt wird, wobei die zweite Linie parallel zur Fahrstrecke und durch den ersten Sensor verläuft. Hierdurch ist eine Vereinfachung der Ermittlung bei der Bestimmung der Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Ladestation im Nahbereich möglich.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden der erste Sensor der ersten Positionierungseinheit und die zumindest zwei zweiten Sensoren der zweiten Positionierungseinheit angeordnet. Hierdurch kann die Positionsbestimmung durch das Fahrzeug, welches die Anfahrt auf die Ladestation aktiv beeinflussen kann, durchgeführt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung werden das erste, zweite und/oder dritte Signal auf unterschiedlichen Frequenzen oder mit unterschiedlichen Signalmustern übertragen werden. Hierdurch kann die Bestimmung des Abstands exakter durchgeführt werden, da störende Einflussgrößen, wie Reflexionen oder Echos der Signale, erkannt und in der Ermittlung berücksichtigt werden können.
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In einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform der Erfindung wird für eine jeweilige Anordnung des ersten und/oder zumindest einer der zweiten Sensoren jeweils eine Blende zur Signalformung in einem jeweiligen ersten bzw. zweiten Öffnungswinkel für die Abstrahlung und den Empfang des jeweiligen Signals eingesetzt. Hierdurch können sowohl Signalstörungen weiter reduziert als auch Manipulationsversuche Dritter reduziert oder vermieden werden.
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In vorteilhafter Weise arbeiten der erste und zumindest zwei zweiten Sensoren mit Ultraschall- oder Radarwellen. Dies hat den Vorteil, dass bereits im Fahrzeug vorhandene Sensoren für die Durchführung der Positionierung eingesetzt werden können, wodurch sowohl eine Realisierung der Erfindung technisch und kostenmäßig erheblich vereinfacht und eine Akzeptanz bei der Markteinführung der Erfindung erheblich gesteigert werden kann.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position einer Ladeeinheit eines Fahrzeugs gegenüber einer Ladevorrichtung einer Ladestation, mit
einer ersten Positionierungseinheit der Ladevorrichtung,
einer zweiten Positionierungseinheit der Ladeeinheit,
einem ersten Sensor zugeordnet zu einer der ersten oder zweiten Positionierungseinheiten,
zumindest zwei zweiten Sensoren zugeordnet zu der ersten oder zweiten Positionierungseinheit, der noch kein erster Sensor zugeordnet ist und
einer Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines ersten und eines zweiten Abstands zwischen dem ersten Sensor und einem der zumindest zwei zweiten Sensoren bei dem,
- a) falls der erste Sensor von zumindest einem der zwei zweiten Sensoren einen Mindestabstand aufweist, durch
– Aussenden eines ersten Signals von einem der zumindest zwei zweiten Sensoren zu dem ersten Sensor,
– Aussenden eines zweiten Signals nach Empfang des ersten Signals von dem ersten Sensor zu einem der zumindest zwei zweiten Sensoren und
– Ermitteln eines ersten Abstands unter Berücksichtigung einer Signallaufzeit des ersten Signals, einer Signallaufzeit des zweiten Signals und einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von Signalen in Luft;
- b) Ansonsten durch
– Aussenden eines dritten Signals durch den ersten Sensor und Empfangen des dritten Signals durch zumindest zwei der zumindest zwei zweiten Sensoren,
– Ermitteln eines jeweiligen Laufzeitunterschieds zwischen dem jeweiligen Empfangen des dritten Signals durch jeweils zwei der zumindest zwei zweiten Sensoren,
– Ermitteln eines zweiten Abstands durch Bildung eines Schnittpunktes von einer ersten und einer zweiten Linie, wobei durch die jeweilige Linie mögliche Aufenthaltsorte des ersten Sensors gegenüber einem der zumindest zwei zweiten Sensoren angezeigt werden, wobei zumindest die erste Linie aufgrund des Laufzeitunterschieds gebildet wird.
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Die Vorrichtung zeigt dieselben Vorteile wie das korrespondierende Verfahren.
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In einer Weiterbildung weist die Vorrichtung eine weitere Einheit auf, die derart ausgestaltet ist, dass zumindest einer der Verfahrensschritte implementierbar und ausführbar ist. Die Vorrichtung zeigt dieselben Vorteile wie das korrespondierende Verfahren.
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Die Erfindung und ihre Variationen werden anhand von Figuren näher beschrieben. Im Einzelnen zeigen:
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1 Anfahrmanöver eines Fahrzeugs mit einer Ladeeinheit in Richtung einer Ladevorrichtung einer Ladestation;
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2 Ermittlung eines ersten Abstands in einem Fernbereich des Fahrzeugs zur Ladestation;
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3 Ermittlung einer Position zwischen der Ladeeinheit und der Ladevorrichtung im Nahfeld des Fahrzeugs zur Ladestation;
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4 ein Ablaufdiagramm, beschreibend die einzelnen Schritte des Verfahrens.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in der vorliegenden Anmeldung mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Erfindung und ihre Varianten wird anhand von Ultraschallsensoren für Sensoren und Ultraschallsignalen für Signale gezeigt.
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1 zeigt eine typische Anfahrtssituation eines Fahrzeugs F, zum Beispiel eines Busses, in Richtung RI einer Ladestation LS. Das Fahrzeug weist unter anderem eine Ladeeinheit LEF auf, beispielsweise in Form eines Stromabnehmers oder mehrerer Kontaktpunkte auf dem Dach des Busses. Zudem zeigt 1 auf dem Dach des Busses eine zweite Positionierungseinheit PE2 mit 3 Ultraschallsensoren US21, US22, US23. Bei der Zuordnung der zweiten Positionierungseinheit zu der Ladeeinheit ist eine örtliche Ausrichtung der Ladeeinheit zu der Anordnung der zweiten Positionierungseinheit beziehungsweise zur Anordnung der jeweiligen zweiten Sensoren bekannt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die drei zweiten Ultraschallsensoren in einer Reihe mit einem Abstand von 50 cm auf dem Dach des Busses angebracht. Die Ladeeinheit ist in 1 in einem Feld von 50 × 50 cm untergebracht, welches in einem Abstand von 30 cm parallel zur zweiten Positionierungseinheit PE2 angeordnet ist.
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Die Ladestation LS verfügt über eine erste Positionierungseinheit PE1 mit einem ersten Ultraschallsensor US1. Zudem weist die Ladestation die Ladevorrichtung LVS auf, welche beispielsweise aus gespannten Oberleitungen ausgeführt ist, die nach Kontaktierung des Stromabnehmers durch das Fahrzeug elektrische Energie über die Ladevorrichtung der Ladestation und über die Ladeeinheit des Fahrzeugs in die Batterie des Fahrzeugs übertragen können. In einer alternativen Ausführungsform ist die Ladevorrichtung mit mehreren per Pantograph ausfahrbaren Kontaktpunkten versehen, welche nach Erreichen einer Position des Fahrzeugs unter der Ladestation ausgefahren und mit den Ladepunkten der Ladeeinheit kontaktiert und nach Erstellung der Kontaktierung zum Übertragen von elektrischer Energie ausgestaltet sind.
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Um ein korrektes Laden der Batterie des Fahrzeugs durch die Ladestation gewährleisten zu können, sind die Ladeeinheit und die Ladevorrichtung exakt zueinander zu positionieren. Hierzu ist es notwendig, während des Anfahrtsvorgangs des Fahrzeugs zur Ladestation die Position zueinander wiederholend zu bestimmen, um die korrekte Positionierung erreichen zu können.
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Hierzu werden in Abhängigkeit vom Abstand des Fahrzeugs zur Ladestation zwei verschiedene Verfahren eingesetzt. Befindet sich das Fahrzeug im Fernfeld der Ladestation, beispielsweise größer 1 m, wird zunächst eine absolute Messung des Abstands zwischen dem ersten Ultraschallsensor US1 und zumindest einem der zweiten zwei Ultraschallsensoren US22 durchgeführt. Wie in 2 zu entnehmen ist, sendet hierzu der zweite Ultraschallsensor US22 ein erstes Ultraschallsignal SIG1 aus, welches nachfolgend von dem ersten Ultraschallsensor US1 empfangen wird. Hieraufhin antwortet der erste Ultraschallsensor US1 mit einem zweiten Ultraschallsignal SIG2, welches zeitlich nachfolgend von dem zweiten Ultraschallsensor US22 empfangen wird. Dem zweiten Ultraschallsensor US22 ist bekannt, zu welchem Zeitpunkt das erste Ultraschallsignal abgesandt und das zweite Ultraschallsignal empfangen wurde, also die Laufzeit DT des ersten und zweiten Ultraschallsignals. Beispielsweise beträgt diese Laufzeit 100 ms. Hieraus kann durch nachfolgende Formel ein erster Abstand ABS1 zwischen dem zweiten Ultraschallsensor US22 und dem ersten Ultraschallsensor US1 wie folgt berechnet werden: ABS1 = DT/2·Va, wobei Va die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallsignalen in Luft beschreibt, Va = 343 m/s.
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In diesem Beispiel beträgt der erste Abstand ABS1 = 0,1s/2·343 m/s = 17,15 m.
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Die absolute Messung des ersten Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Ultraschallsensor wird in vereinfachter Form durchgeführt, da es um eine erste grobe Bestimmung des Abstands zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation geht. Die Bestimmung des ersten Abstands kann dadurch verbessert werden, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs während der Durchführung der Messung, sowie auch eine Beschleunigung oder Abbremsung des Fahrzeugs während der Messung berücksichtigt werden kann.
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In einer weiteren Ausprägung verzögert der erste Ultraschallsensor US1 die Aussendung des zweiten Ultraschallsignals SIG2 um VT. Hierdurch kann zwischen dem zweiten Ultraschallsignal SIG2 und einem Echo des ersten Ultraschallsignals SIG1 von umgebenden Gegenständen unterschieden werden. Wird beispielsweise VT = 500ms gewählt sind Echos des ersten Ultraschallsignals aufgrund der Dämpfung des ersten Ultraschallsignals nicht mehr zu erwarten. In dieser Ausführung kann der erste Abstand ABS1 wie folgt berechnet werden: ABS1 = (DT – VT)/2·Va.
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In einer weiteren Ausprägung kann die Messung beschleunigt werden und trotzdem zwischen dem Echo des ersten Ultraschallsignals und dem zweiten Ultraschallsignal unterschieden werden, indem der erste Ultraschallsensor für das zweite Ultraschallsignal eine Frequenz nutzt, die sich von einer Frequenz des ersten Ultraschallsignals unterscheidet und ausreichend weit von der Frequenz des ersten Ultraschallsignals entfernt ist, so dass dieses auch nicht durch die Dopplerverschiebung bei einer Bewegung des Fahrzeugs aus dem ersten Ultraschallsignal erzeugt werden kann. Alternativ können das erste und das zweite Ultraschallsignal die gleichen Frequenzen nutzen, jedoch mit unterschiedlichen Amplituden und/oder Signalformen. So ist ein Rechtecksignal auf das erste Ultraschallsignal aufmoduliert während das zweite Ultraschallsignal ein Dreiecksignal aufweist.
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In einer weiterführenden Ausprägung werden für das erste und das zweite Ultraschallsignal verschiedene, möglichst orthogonale, Matching Filter Paare für die Modulation und Detektion des ersten und zweiten Ultraschallsignals verwendet. Einem Fachmann ist die Verwendung von Matching Filter Paaren aus der Literatur bekannt.
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Verlässt das Fahrzeug den Fernbereich und ist in einem Nahbereich zur Ladestation, z.B. zwischen 0 m und 1 m, so wird ein zweiter Abstand ermittelt. Mit Hilfe von 3 wird im Folgenden eine Ermittlung eines zweiten Abstands zwischen dem ersten Ultraschallsensoren und zumindest einem der zweiten Ultraschallsensoren näher erläutert. Hierzu sendet der erste Ultraschallsensor ein drittes Ultraschallsignal SIG3 aus, welches von zwei der zweiten Ultraschallsensoren US21, US22 empfangen wird. Zeigt sich, dass die Signallaufzeiten zum Empfangen des dritten Ultraschallsignals SIG3 durch die beiden zweiten Ultraschallsensoren identisch sind, das heißt ein erster Laufzeitunterschied LZU1 beträgt 0, so ist der erste Ultraschallsensor US1 von den beiden zweiten Ultraschallsensoren gleichweit entfernt. In diesem Fall ist der Ort des ersten Ultraschallsensors auf einer ersten Linie AL1 zu finden, die bei einem Signallaufzeitunterschied von 0 einer Geraden entspricht. In diesem Fall verläuft die erste Linie durch den ersten Ultraschallsensor und Mittig zwischen den zwei zweiten Ultraschallsensoren.
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Jedoch ist aufgrund dieser relativen Messung nicht der explizite Ort sondern nur die erste Linie bekannt, auf der an irgendeiner Stelle der erste Ultraschallsensor liegt. Zur genauen Bestimmung der Lage des ersten Ultraschallsensors von den zweiten Ultraschallsensoren wird eine zweite Linie AL2 benötigt, wobei in einem Schnittpunkt der ersten und zweiten Linie der erste Ultraschallsensor im Bezug auf die zweiten Ultraschallsensoren liegt. Zur Bildung der zweiten Linie gibt es zwei Varianten:
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Bei einer ersten Variante bewegt sich das Fahrzeug auf einer vorgegebenen Strecke in Richtung der Ladestation. Die zweite Linie AL2 kann dadurch gebildet werden, dass diese parallel zur Strecke des Fahrzeugs und durch den ersten Ultraschallsensor verläuft, also parallel zur Strecke. Beispielsweise findet sich auf der Straße zur Ladestation eine vorgegebene Linie der das Fahrzeug zur Ladestation folgt. Somit ist bei Anfahren des Fahrzeugs zur Ladestation bereits die zweite Linie AL2 definiert. Dies ist in 3 mit einer Linie AL2‘‘ markiert, die parallel zur Strecke AL2‘ des Fahrzeugs verläuft, angegeben. Im Schnittpunkt der ersten und zweiten Linie findet sich der Ort, an dem der erste Ultraschallsensor US1 positioniert ist. Hieraus lässt sich die Position des ersten Ultraschallsensors in Bezug auf die zweiten Ultraschallsensoren berechnen. So wird beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem xy aufgespannt, bei dem der zweite Abstand mittels x und y-Komponenten ermittelt werden kann.
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In einer zweiten Variante werden der erste Laufzeitunterschied LZU1 für den Empfang des dritten Ultraschallsignals an den zweiten Ultraschallsensoren US21, US22 und ein zweiter Laufzeitunterschied LZU2 für die zweiten Ultraschallsensoren US22, US23 ermittelt. Der erste und der zweite Laufzeitunterschied ergeben, wie im vorherigen Beispiel erläutert, die erste und die zweite Linie AL1, AL2, die bei im Falle von Laufzeitunterschieden ungleich 0 jeweils eine elliptische Form aufweisen. In deren Schnittpunkt liegt der Ort des ersten Sensors US1.
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Wie 3 verdeutlicht, kann es beispielsweise in der zweite Variante, zwei Schnittpunkte geben. Durch Ausrichtung der zweiten Ultraschallsensoren in Richtung des ersten Ultraschallsensors, ergibt sich, dass der erste Ultraschallsensor nur in dem Ortsbereich liegen kann, aus dem das dritte Ultraschallsignal SIG3 empfangen wird. Somit ist die eindeutige Bestimmung des Schnittpunktes möglich.
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Um die Messgenauigkeit zu erhöhen können das erste, zweite und/oder dritte Ultraschallsignal auf unterschiedlichen Frequenzen oder mit unterschiedlichen Signalmustern übertragen werden. Zudem können auch Ultraschallsignale, die zeitlich versetzt übertragen werden, zum Beispiel bei Übermittlung des dritten Ultraschallsignals in zeitlichen Abständen von beispielsweise 20 s, mit unterschiedlichen Frequenzen und/oder unterschiedlichen Signalmustern generiert werden, um fehlerhafte Messungen zu vermeiden, beziehungsweise zu reduzieren.
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Die vorgetragenen Beispiele beziehen sich auf eine Konfiguration, bei der der ersten Positionierungseinheit der erste Ultraschallsensor und der zweiten Positionierungseinheit mehrere zweite Ultraschallsensoren zugeordnet worden sind. Die Erfindung kann ebenso realisiert werden, falls die zweiten Ultraschallsensoren der ersten Positionierungseinheit und der erste Ultraschallsensor der zweiten Positionierungseinheit zugeordnet wird. Überdies kann die Positionierungsbestimmung im Fernbereich durch Superposition von zwei oder mehreren Messungen verbessert werden. Ferner können auch mehr als drei zweite Ultraschallsensoren eingesetzt werden, wodurch eine Messgenauigkeit erhöht werden kann.
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In einer weiteren Ausprägung wird für eine jeweilige Anordnung des ersten und der zweiten Ultraschallsensoren ein jeweiliger erster bzw. zweiter Öffnungswinkel OW1, OW2 für die Abstrahlung und den Empfang des Ultraschallsignals eingeführt. Hierzu werden, wie in 5 dargestellt, die jeweiligen Öffnungswinkel des ersten Ultraschallsensoren und zumindest einer der zweiten Ultraschallsensoren für die Messung im Fernfeld in Richtung der Positionseinheit PE2 des Anfahrenden Fahrzeugs F auf die Positionseinheit PE1 der anzufahrenden Ladestation LS ausgerichtet. Die jeweiligen Öffnungswinkel können mit einer jeweiligen Blende vor dem jeweiligen Ultraschallsensor eingestellt werden.
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In einer weiteren Ausprägung werden die Öffnungswinkel des ersten Ultraschallsensors und zumindest eines der zweiten Ultraschallsensoren für die Messung im Fernfeld so ausgerichtet, dass diese Ultraschallsensoren, wie in 5 dargestellt, sowohl im Fernfeld wie auch im Nahfeld sich gegenseitig Ultraschallsignale zusenden können.
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In einer weiteren Ausprägung werden jeweils mindestens drei Ultraschallsensoren sowohl in der Positionierungseinheit PE1 wie auch PE2 verwendet. In dieser Ausprägung wird die Positionsberechnung in beiden Positionierungseinheiten durchgeführt und per Kommunikation ausgetauscht und gegenseitig überprüft.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses startet im Zustand STA.
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Nachfolgend wird im ersten Schritt ST1 die Zuordnung der ersten Positionierungseinheit zu der Ladevorrichtung und die Zuordnung der zweiten Positionierungseinheit zu der Ladeeinheit vorgenommen.
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In einem zweiten Schritt ST2 wird dann eine Zuordnung des ersten Ultraschallsensors zu einer der ersten oder zweiten Positionierungseinheiten und die Zuordnung von zumindest zwei zweiten Ultraschallsensoren zu der ersten oder zweiten Positionierungseinheit, der noch kein erster Ultraschallsensor zugeordnet ist, vorgenommen.
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Im dritten Schritt ST3 wird geprüft, ob sich das Fahrzeug im Nah- oder Fernfeld zu der Ladestation befindet.
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Befindet sich das Fahrzeug im Fernfeld, so wird im nachfolgenden vierten Schritt ST4 der erste Abstand derart ermittelt, dass zunächst das erste Ultraschallsignal von einem der zumindest zwei zweiten Ultraschallsensoren zu dem ersten Ultraschallsensor ausgesendet, des Weiteren das zweite Ultraschallsignal nach Empfang des ersten Ultraschallsignals durch den ersten Ultraschallsensor zu einem der zumindest zwei zweiten Ultraschallsensoren zurückgesndet und der erste Abstand unter Berücksichtigung einer Signallaufzeit des ersten und des zweiten Ultraschallsignals sowie einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallsignalen in Luft ermittelt wird.
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Nachfolgend wird in einem sechsten Schritt ST6 geprüft, ob der erste Abstand anzeigt, dass die Ladeeinheit des Fahrzeugs gegenüber der Ladevorrichtung der Ladestation bereits für einen Ladevorgang ausreichend genau positioniert ist. Ist dies der Fall wird das Zustandsdiagramm im Schritt END beendet.
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Ansonsten setzt das Zustandsdiagramm mit dem dritten Schritt ST3 fort. Falls sich das Fahrzeug im Nahfeld der Ladestation befindet wird anstelle des vierten Schritts ST4 ein fünfter Schritt ST5 durchlaufen. Im fünften Schritt wird zunächst ein drittes Ultraschallsignal durch den ersten Ultraschallsensor ausgesendet und durch mindestens zwei der zumindest zwei zweiten Ultraschallsensoren empfangen, ein jeweiliger Laufzeitunterschied zwischen dem jeweiligen Empfangen des dritten Ultraschallsignals durch jeweils zwei der zumindest zwei zweiten Ultraschallsensoren ermittelt und der zweite Abstand ABS2 durch Bildung eines Schnittpunkts von einer ersten und einer zweiten Linie ermittelt, wobei durch die jeweilige Linie mögliche Aufenthaltsorte des ersten Ultraschallsensors gegenüber einem der zumindest zwei zweiten Ultraschallsensoren angezeigt wird, wobei zumindest die erste Linie aufgrund des Laufzeitunterschieds gebildet wird.
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Ergibt sich aus dem fünften Schritt, dass der zweite Abstand, also ein Abstand zwischen der Ladestation und der Ladeeinheit ausreichend exakt zum Durchführen eines Ladevorgangs positioniert ist, so wird das Zustandsdiagramm im Zustand END beendet. Ansonsten wird das Zustandsdiagramm im Schritt ST3 fortgesetzt.
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In einer weiteren Variante werden den jeweiligen Ultraschallsignalen Informationen zur Autorisierung aufgeprägt, zum Beispiel durch Amplituden-, Phasen- und/oder Frequenzmodulation. Hierdurch können Manipulationsversuche oder Störungen unerwünschter Dritter vermieden werden.
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Die Erfindung wurde anhand von Ultraschallwellen und sensoren näher erläutert, ist jedoch auf diese Art der drahtlosen Wellen nicht beschränkt. Vielmehr können jegliche Art von Wellen eingesetzt werden, die eine Kommunikation von wenigen Zentimetern bis einige Meter ermöglichen, wie beispielsweise Radarwellen. Diese werden mit Hilfe von Radarsensoren ausgesendet und empfangen.
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Zudem kann das Verfahren neben dem Laden mit Pantograph auch für induktives Laden von Fahrzeugen angewendet werden kann, wobei für die Positionierung des Fahrzeugs mit einer Empfangsspule über einer Spule der Ladestation eingesetzt wird.
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In einer weiteren Ausprägung können im Nahfeld die absolute Laufzeitmessung und die Messung des Laufzeitunterschieds kombiniert werden, so dass auch Fehler aufgrund von Signallaufzeitverzögerungen festgestellt werden können, z.B. aufgrund von Schnee.
