DE102013219727A1

DE102013219727A1 - Positioniersystem zur Positionierung eines Fahrzeuges zu einer induktiven Ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102013219727A1
Application number: DE201310219727
Authority: DE
Inventors: Rainer Junk; Dragan Mikulec
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-23

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.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung bzw. Positionierung eines Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, relativ zu einer Zielposition. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeugsystem bzw. ein Positioniersystem mit einem Fahrzeug und insbesondere einer Primärspule einer induktiven Ladeeinrichtung, die an der Zielposition angeordnet ist, zum induktiven Laden des Fahrzeugs. Dabei weist die induktive Ladeeinrichtung eine Primärseite und eine Sekundärseite auf. Die Primärseite weist eine Primärspule auf. Die Sekundärseite weist eine Sekundärspule auf.
Beim induktiven Laden insbesondere einer Hochspannungsbatterie innerhalb von Hybrid-, Plug-in-Hybrid-, Brennstoffzellen- und Elektrofahrzeugen erfolgt die Energieübertragung kabellos zur Fahrzeugseite. Hierfür ist auf einer Primärseite eine Primärspule und auf einer Sekundärseite eine Sekundärspule vorzusehen. Zum Zwecke der Energieübertragung mit hohem Wirkungsgrad ist die Sekundärspule möglichst exakt über oder an der Primärspule zu positionieren. Üblicherweise sitzt die Sekundärspule unter, am oder im Fahrzeugunterboden und ist für den Fahrer nicht sichtbar. Während des Annäherungsvorgangs des Fahrzeugs an die Primärspule benötigt der Fahrer daher eine Fahrerassistenzfunktion, die ihm akustische und/oder optische Anweisungen gibt, wie er das Fahrzeug mit seiner z.B. am Fahrzeugunterboden befestigten Sekundärspule zu lenken hat, damit das Fahrzeug möglichst exakt über der Primärspule positioniert wird. Die Grundlage für die Fahrerassistenzfunktion bildet die Positionsbestimmung.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt 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 insbesondere ein entsprechendes Fahrzeugsystem bzw. Positioniersystem mit einem elektrisch betreibbaren Fahrzeug und einer Primärspule bereitgestellt werden.
Eine Lösung der Aufgabe ergibt sich gemäß der Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 10. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 9 und 11 bis 15 zeigen weitere Ausgestaltungen.
Bei einem Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs relativ zu einer induktiven Ladeeinrichtung außerhalb des Fahrzeugs wird ein Ultraschallsender in einer vorgegebenen Lage zur induktiven Ladeeinrichtung als eine Zielposition bereitgestellt. Als Gegenpart werden mehrerer Ultraschallempfänger an vorgegebenen Stellen, insbesondere im Bereich einer Stoßstange, in oder an dem Fahrzeug bereitgestellt. Ein Ultraschallsignals wird zum Fahrzeug gesendet und von den Ultraschallempfängern empfangen. Aus den empfangenen Ultraschallsignalen wird eine Position des Fahrzeugs relativ zur Zielposition bestimmt. Die Zielposition ist beispielsweise eine Position der Sekundärspule über der Primärspule der Ladeeinrichtung (Ladeposition) oder ein Zwischenposition um nachfolgend die Ladeposition zu erreichen.
Bei diesem Verfahren können eine Vielzahl von Ultraschallempfänger an vorgegebenen Stellen in oder an dem Fahrzeug bzw. gegebenenfalls unterhalb des Fahrzeugs angebracht sein. Diese empfangen in einer Ausführungsform des Verfahrens an das Fahrzeug gesendete Ultraschallsignale. Eine Bestimmung einer Position des Fahrzeugs relativ zur Zielposition erfolgt dann insbesondere aus den 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 einer weiteren Ausgestaltung wird eine Parkhilfe (auch Einparkhilfe oder Parkassistenzsystems genannt) des Fahrzeugs, welche auf einem Ultraschallsystem basiert zur Positionierung genutzt. Somit kann eine derartige Einparkhilfe zur exakten Positionierung über einer Zielposition beitragen. Dabei unterstützt die Einparkhilfe insbesondere die Positionierung bezüglich einer Zielposition, welche sich vor dem Fahrzeug befindet. Damit kann beispielsweise auch eine Zwischenposition erreicht werden. Als Zielposition kann auch die Position der Primärspule des induktiven Ladesystems dienen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens weist der Primärteil der induktiven Ladeeinrichtung den Ultraschallsender auf. Damit lässt sich ein kompaktes leicht zu montierendes Ladesystem ausbilden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird mittels des einen Ultraschallsenders oder mittels einer Vielzahl von Ultraschallsendern im Bereich der Primärseite des induktiven Ladesystems ein Hindernis simuliert. Wird ein Hindernis simuliert, so bedarf es z.B. keiner oder nur weniger Modifikationen der Parkhilfe des Fahrzeuges. Die Parkhilfe kann dabei auch als Kollisionsüberwachungssystem verstanden werden. Das Kollisionsüberwachungssystem kann dabei in einem Nahbereich von z.B 0 cm bis 100 cm oder in einem Fernbereich von 5 Meter bis 50 Meter oder in einem Bereich dazwischen wirken.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens sendet der Ultraschallsender auf der Primärseite der induktiven Ladeeinrichtung ein ungerichtetes Signal aus. Mittels eines ungerichteten Signals läßt sich einfachst ein breiter Bereich erfassen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt beim Anfahren der Ladeposition und/oder der Zwischenposition (beides sind Zielpositionen) eine Aktivierung des Verfahrens und eine Aussendung von Ultraschallsignalen vom Fahrzeug aus, wobei daraufhin auch der Teil der induktiven Ladeeinrichtung außerhalb des Fahrzeugs, also z.B. die Primärseite ihrerseits Ultraschallsignale ans Fahrzeug aussendet. Durch diese an das Fahrzeug gesendeten Ultraschallsignale kann ein Hindernis für die Parkhilfe simuliert werden.
Einem Fahrer des Fahrzeuges wird in einer Ausführungsform die Distanz zur Zielposition, respektive bodenseitigen Primärspule, entweder rein akustisch oder optisch und akustisch angezeigt. In einer ersten Phase lässt sich das Fahrzeug mit integrierter fahrzeugseitiger Spule (Sekundärspule), welche beispielsweise am Unterboden des Fahrzeugs angebracht ist, mit alleiniger Unterstützung der Parkhilfe, jedoch noch nicht exakt über der bodenseitigen Spule (Primärspule), positionieren. Der Hintergrund hierfür ist, dass die Ultraschallsensoren, welche für die Parkhilfe zuständig sind, üblicherweise im Stoßfänger (Front- und/oder Heck) sitzen. Das Fahrzeug wird in dieser ersten Phase unmittelbar vor der Zielposition respektive vor der bodenseitigen Spule positioniert.
In einer Variation des Verfahrens wird mit einer möglichst genauen Distanz-Kenntnis darüber, wie weit die fahrzeugseitige Spule (Sekundärspule) in Längs- und Querrichtung vom Stoßfänger (Front- bzw. Heck) entfernt ist, in einer nachfolgenden zweiten oder weiteren Phase die Endposition für das induktive Laden durch das Auswerten von Radsensoren erreicht. Damit kann in einer Art gesteuerten Betrieb ein Anfahren der Primärspule zur Positionierung von Primärspule und Sekundärspule übereinander erfolgen. Die Endposition bei induktiven Laden ist erreicht, wenn die bodenseitige und fahrzeugseitige Spule in Überdeckung sind. Überdeckung meint dabei das Erreichen einer geeigneten Ladeposition, bei der die Primärseite und die Sekundärseite der induktiven Ladeeinrichtung übereinander positioniert sind. Die Radsensoren dienen beispielsweise auch einem ABS-System oder ESP-System.
Alternativ kann in einer weiteren Ausgestaltung in der zweiten oder weiteren Phase, anstatt einem gesteuerten Betrieb, auch eine Art geregelter Betrieb realisiert werden. Dafür sind z.B. an der Sekundärspule zusätzliche Ultraschallsensoren integriert, wobei die Ultraschallsensoren insbesondere auch als Ultraschallsender ausgestaltet sind, also Sender und Empfänger beinhalten. Diese Ultraschallsensoren wirken mit der Primärseite zusammen und ermöglichen die weitere exaktere Positionierung im Vergleich zur ersten Phase. Die zusätzlichen Ultraschallsensoren müssen sich nicht am Sekundärteil befinden, sie können sich auch am oder im oder unter dem Unterboden befinden. Sie sind gegen den Fahrbahnboden gerichtet um die unter dem Fahrzeug auf der Fahrbahn befindliche Primärseite sensorisch erkennen zu können.
Ein Erreichen der Endposition beim induktiven Laden wird beispielsweise rein akustische signalisiert. Dies kann durch schneller werdende Warntöne erfolgen, welche bis zu einem Dauerton verlängert werden können. Der Dauerton zeigt an, dass die boden- und fahrzeugseitige Spule (diese entspricht der Primärseite und der Sekundärseite) in Überdeckung sind.
Ein Erreichen der Endposition beim induktiven Laden kann auch durch ein optisch-akustisches-System angezeigt werden, wobei zunächst über LED-Anzeigen oder eine Grafik in einem Bildschirm optisch die Annäherung an die Zielposition und akustisch mit schnellen Warntönen bis zum Dauerwarnton, das Erreichen der Zielposition (Position zum induktiven Laden) angezeigt wird.
Mittels der verschiedenen Ausführungsformen kann eine einfache und fahrzeugseitig bauraumneutrale und kostengünstige Möglichkeit geschaffen werden das Fahrzeug exakt vor einer Zielposition zu positionieren. Für den Fall des Induktiven Ladens, lassen sich mit wenigen zusätzlichen Maßnahmen die bodenseitige (Primärspule) und fahrzeugseitige Spule (Sekundärspule) in Überdeckung bringen um den besten Wirkungsgrad zu erzielen. Die in Fahrzeugen verbaute Einparkhilfe mittels Ultraschallsensoren hat sich bewährt und kann in gewohnter Weise weiterverwendet werden. Für den Fahrer bedeutet dies eine sehr kurze Einlernphase und ein Plus an Komfort.
Ein Positioniersystem zur Positionierung eines Fahrzeuges zu einer induktiven Ladeeinrichtung ist derart ausbildbar, dass es folgendes aufweist:

– einen Ultraschallsender, der in einer vorgegebenen Lage zu der Zielposition angeordnet ist, zum Senden eines Ultraschallsignals zu dem Fahrzeug,
– eine Vielzahl von Ultraschallempfängern, 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.

Dabei ist in dem Positioniersystem die Position einer Sekundärseite einer induktiven Ladeeinrichtung am Fahrzeug gespeichert. Die Position betrifft beispielsweise die Position im Verhältnis zu einem oder mehreren Ultraschallempfängern.
In einer Ausgestaltung des Positioniersystems weist dieses mindestens zwei Ultraschallempfänger an der Frontseite und/oder Heckseite des Fahrzeugs auf. Diese Ultraschallempfänger werden vorteilhaft auch für ein System zur Einparkhilfe verwendet. Damit können Kosten, aber auch Platz eingespart werden.
In einer Ausgestaltung des Positioniersystems weist dieses an der Zielposition als ein Teil der induktiven Ladeeinrichtung eine Primärspule auf. Gerade beim induktiven Laden kann durch eine gute Positionierung von Primärseite zur Sekundärseite eine hohe Effizienzsteigerung erreicht werden. Dabei ist die Primärseite fix und die Sekundärseite befindet sich mit ihrer Sekundärspule am mobilen Fahrzeug.
In einer Ausgestaltung des Positioniersystems weist die induktive Ladeeinrichtung eine Primärseite und eine Sekundärseite auf, wobei die Primärseite einen Ultraschallsender und/oder einen Ultraschallempfänger aufweist. Durch die Integration von Ultraschallsender und/oder Ultraschallempfänger in die Primärseite kann primärseitig ein kompaktes leicht zu installierendes Systems bereitgestellt werden.
In einer Ausgestaltung des Positioniersystems weist die Sekundärseite einen Ultraschallsender und/oder einen Ultraschallempfänger auf. Auch durch die Integration von Ultraschallsender und/oder Ultraschallempfänger in die Sekundärseite kann sekundärseitig ein kompaktes leicht zu installierendes Systems bereitgestellt werden.
In vorteilhafter Weise wird 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.
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 beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein Fahrzeugsystem einschließlich elektrisch betriebenem Fahrzeug und Primärspule;
2 ein erfindungsgemäßes Fahrzeugsystem mit Ultraschalllokalisierung in einer Draufsicht; und
3 das Fahrzeugsystem von 2 in der Seitenansicht.
Die Darstellung gemäß 1 zeigt ein Fahrzeugsystem mit einem elektrisch betreibbaren Fahrzeug 5, welches eine Batterie 6, ein Steuersystem 7 und einen CAN-Bus 8 aufweist. Zum induktiven Laden ist eine Primärseite 3 und eine am Fahrzeug 5 angebrachte Sekundärseite 4 vorgesehen. Die Primärseite 3 wird über eine an ein Netz 2 angeschlossene Wallbox 1 mit elektrischem Strom versorgt. Die Wallbox 1 kommuniziert drahtlos mit dem Steuersystem (Steuergerät) 7. Beim Induktiven Laden der Hochspannungsbatterie(n) 6 innerhalb von Hybrid-I Plug-In Hybrid-I Brennstoffzellen- und Elektrofahrzeugen erfolgt also die Energieübertragung kabellos zur Fahrzeugseite.
Das gezeigte Fahrzeugsystem hat eine so genannte „Bodenseitige Ladeelektronik“ 1, die die Primärenergie zur Verfügung stellt und den Ladevorgang steuert. Die elektrische Energie für die Primärspule kommt beispielsweise vom öffentlichen Stromnetz 2. Die Primärspule 3, die beispielsweise in den Boden einer Garage oder einer Ladestation integriert ist, ist folglich an die bodenseitige Ladeelektronik 1 angeschlossen. Die korrespondierende Sekundärspule 4 befindet sich an der Unterseite des 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. Die In-Box 1 (da ein einer Wand anbringbar auch Wallbox genannt) ist elektrisch mit dem öffentlichen Stromnetz 2 verbunden. Die Primärspule der Primärseite 3 des induktiven Ladesystems ist an die In-Box 1 angeschlossen. Die Sekundärspule der Sekundärseite 4 ist mit der Hochspannungsbatterie (HV-Batterie) 6 verbunden. Das Steuergerät 7 kommuniziert mit der In-Box 1, dem Fahrzeug 5 und ggf. mit der Sekundärspule. Zum Zwecke der Energieübertragung mit hohem Wirkungsgrad ist die Sekundärspule möglichst exakt über der Primärspule zu positionieren. Üblicherweise sitzt die Sekundärspule unter dem Fahrzeugunterboden und ist für den Fahrer nicht sichtbar. Während dem Annäherungsvorgang des Fahrzeugs an die Primärspule benötigt der Fahrer eine Fahrerassistenzfunktion, die ihm akustische und/oder optische Anweisungen gibt, wie er das Fahrzeug mit seiner am Fahrzeugunterboden befestigten Sekundärspule zu lenken hat, damit das Fahrzeug möglichst exakt über der Primärspule positioniert wird. Die Grundlage für die Fahrerassistenzfunktion bildet die Positionsbestimmung.
Vorteilhaft werden zur Positionierung des Fahrzeuges für das induktive Laden die im Stoßfänger (Front- und/oder Heck) eines Fahrzeugs integrierten Ultraschalsensoren verwendet. Es können Zwei-, Vier- und Sechs-Kanal-Systeme im Fahrzeug zum Einsatz kommen, d.h. je Stoßfänger sind zwei, vier oder sechs Sensoren eingebaut. Je höher die Anzahl der Sensoren, desto genauer bzw. sicherer ist das Messergebnis. Die Ultraschallsensoren am Fahrzeug senden und empfangen Ultraschallsignale und übermitteln die gewonnenen Daten an das Steuergerät 7 im Fahrzeug, welches nun aus der Ultraschallsignallaufzeit die Distanz vom Sensor zum Hindernis errechnet. Im Gegensatz zur klassischen Einparkhilfe wird in einer Ausgestaltung das Hindernis durch eine Zielvorrichtung, welche sich vor dem Fahrzeug befindet, nachgebildet. Dabei gilt es statt dem Hindernis, die Zielvorrichtung und damit die Zielposition anzufahren. Die Zielvorrichtung übernimmt die Aufgabe, die an einem Hindernis reflektierten Ultraschallsignale, nachzubilden. Dabei kommen in der Zielvorrichtung ein oder mehrere Ultraschallsender zum Einsatz, welche die Aufgabe übernehmen, ungerichtete oder auf das Fahrzeug gerichtete Ultraschallsignale auszusenden.
Die Zielvorrichtung stellt in den Beispielen nach 1 bis 3 die bodenseitige Spule (Primärspule) 3 dar. In der bodenseitigen Spule 3 sind ein oder mehrere Ultraschallsender 9 integriert, welche die Aufgabe des Reflektierens der Ultraschallsignale an einem Hindernis übernehmen. Dadurch verhält sich die bodenseitige Spule für die Fahrzeugsteuerung, welche die Einparkhilfe steuert, wie ein Hindernis.
Die Darstellung nach 2 zeigt dabei eine Ansicht von Oben und die Darstellung nach 3 eine Seitenansicht.
Für den Fall, dass das Anfahren der Zielposition resp. Anfahren der bodenseitigen Spule 3 aktiv geschaltet wird, sendet das Fahrzeug mittels der am Fahrzeug angebrachten Ultraschallsensoren 11, Ultraschallsignale aus. Die bodenseitige Spule 3 sendet Ihrerseits mittels der an der bodenseitigen Spule angebrachten Ultraschallsensoren bzw. -aktoren 9, ungerichtete Ultraschallsignale ans Fahrzeug. Aus der Laufzeitmessung der vom Fahrzeug ausgesendeten Ultraschallsignale und der von der bodenseitigen Spule ausgesendeten Ultraschallsignale, wird die Distanz zur Zielposition resp. bodenseitigen Spule 3 ermittelt. Die Darstellung nach 2 verdeutlicht diese Zusammenhänge.
Ein Steuergerät 7 kommuniziert beispielsweise über WLAN mit der bodenseitigen Ladeelektronik 1 und beispielsweise über einen CAN-Bus 8 mit dem Steuergerät 7 und gegebenenfalls anderen Komponenten des Fahrzeugs 5.
Gemäß 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. Die Speicherung erfolgt beispielsweise im Steuergerät 7. Die Position 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 die exakte Position des Fahrzeugs 5 gegenüber der Primärspule 3 bestimmen.
Die Darstellung nach 3 zeigt das System von 2 in einer 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 zum Laden oder für andere Zwecke lassen sich nach den beschriebenen Variationen 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 eines Ultraschallsignals 10 eine Ortskurve 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 eine Hyperbel dar (gleiche Entfernungsdifferenz zu zwei bekannten Punkten). Für große Entfernungen kann mit der Laufzeitdifferenz näherungsweise der Einfallswinkel geschätzt werden.
Typischerweise sind für die Einparkhilfe in den Stoßfängern an der Front und am Heck des Fahrzeugs jeweils zwei, vier oder sechs Ultraschallwandler verbaut, die für dieses System verwendet werden können. Damit ist sowohl beim Vorwärts- als auch bei Rückwärtseinparken eine exakte Positionierung möglich.
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, so dass 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 werden eine exakte Fahrerunterstützung und damit eine Fahrerassistenzfunktion für den Anfahrvorgang ermöglicht.

Claims

Verfahren zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs (5) relativ zu einer induktiven Ladeeinrichtung (3) außerhalb des Fahrzeugs (5), gekennzeichnet durch Bereitstellen eines Ultraschallsenders (9) in einer vorgegebenen Lage zur induktiven Ladeeinrichtung (3) als eine 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.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die induktive Ladeeinrichtung (3) den Ultraschallsender (9) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mittels des Ultraschallsenders (9) ein Hindernis simuliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei an der Zielposition eine Vielzahl von Ultraschallsendern (9) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ultraschallsender (9) ungerichtete Signale aussendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als Ultraschallempfänger (11) in einer Einparkhilfe verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Anfahren der Zielposition aktiv geschaltet wird, wobei das Fahrzeug Ultraschallsignale aussendet und wobei die induktive Ladeeinrichtung (3) außerhalb des Fahrzeugs (5) ihrerseits Ultraschallsignale ans Fahrzeug (5) aussendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zur Positionierung Daten von Radsensoren verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zur Positionierung Daten eines am Unterboden des Fahrzeuges vorhandenen Ultraschallsensors verwendet werden.
Positioniersystem zur Positionierung eines Fahrzeuges (5) zu einer induktiven Ladeeinrichtung (3), gekennzeichnet durch einen Ultraschallsender (9), der in einer vorgegebenen Lage zu der Zielposition angeordnet ist, zum Senden eines Ultraschallsignals (10) zu dem Fahrzeug (5), eine Vielzahl von Ultraschallempfängern (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.
Positioniersystem nach Anspruch 10, wobei mindestens zwei der Ultraschallempfänger (11) an der Frontseite und/oder Heckseite des Fahrzeugs (5) angeordnet sind.
Positioniersystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei an der Zielposition als ein Teil der induktiven Ladeeinrichtung eine Primärspule (3) angeordnet ist.
Positioniersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei in oder an dem Fahrzeug (5) eine Sekundärspule (4) angeordnet ist.
Positioniersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die induktive Ladeeinrichtung eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist, wobei die Primärseite (3) einen Ultraschallsender (9) und/oder einen Ultraschallempfänger (9) aufweist.
Positioniersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Sekundärseite (4) einen Ultraschallsender (9) und/oder einen Ultraschallempfänger (9) aufweist.