DE102014220228A1 - Method for positioning a vehicle over an inductive power transmission system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung eines Fahrzeugs mit Hilfe eines Leitsystems über einem System zur induktiven Energieübertragung, wobei das Leitsystem eine Quelle aufweist, die einen elektromagnetischen Strahl erzeugt, wobei das Fahrzeug über einen Umfeldsensor verfügt, wobei in einem ersten Verfahrensschritt der elektromagnetische Strahl adaptiv gelenkt und entlang einer geplanten Trajektorie geführt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt das Fahrzeug den elektromagnetischen Strahl kontinuierlich mit dem mindestens einen Umfeldsensor erkennt und in einem dritten Verfahrensschritt das Fahrzeug der geplanten Trajektorie folgt und die geplante Trajektorie abfährt.The invention relates to a method for positioning a vehicle by means of a control system over an inductive energy transmission system, wherein the control system comprises a source that generates an electromagnetic beam, wherein the vehicle has an environmental sensor, wherein in a first method step, the electromagnetic beam adaptive is guided and guided along a planned trajectory, in a second method step, the vehicle detects the electromagnetic beam continuously with the at least one environmental sensor and in a third process step the vehicle follows the planned trajectory and the planned trajectory departs.
Description
Stand der TechnikState of the art
Elektrofahrzeuge verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktions-Batterie, die die elektrische Energie für den Antrieb bereitstellt. Ist dieser elektrische Energiespeicher ganz oder teilweise entladen, so muss das Elektrofahrzeug eine Ladestation ansteuern, an der der Energiespeicher wieder aufgeladen werden kann. Bisher ist es hierzu üblich, dass an einer solchen Ladestation das Elektrofahrzeug mittels einer Kabelverbindung an die Ladestation angeschlossen wird (sog. "konduktives Laden"). Diese Verbindung muss von einem Benutzer üblicherweise manuell hergestellt werden. Dabei ist es auch erforderlich, dass Ladestation und Elektrofahrzeug ein zueinander korrespondierendes Verbindungssystem aufweisen.Electric vehicles usually have an electrical energy storage, such as a traction battery that provides the electrical energy for propulsion. If this electrical energy store is completely or partially discharged, then the electric vehicle has to control a charging station, at which the energy store can be recharged. So far, it is customary for this purpose that the electric vehicle is connected to the charging station by means of a cable connection at such a charging station (so-called "conductive charging"). This connection must usually be made manually by a user. It is also necessary that charging station and electric vehicle have a mutually corresponding connection system.
Es sind auch kabellose Ladesysteme für Elektrofahrzeuge bekannt. Anstatt des konduktiven Ladens stellt induktives Laden eine innovative Lösung zur Ladung von Elektrofahrzeugen dar. Bei diesem Ladeverfahren wird kein Eingreifen des Fahrzeugnutzers notwendig. Das System ist weitestgehend vor Witterungseinflüssen geschützt und ist im Gegensatz zum konduktiven Laden vor Vandalismus sicher. Typischerweise wird das Elektrofahrzeug zum Laden über einer Spule (Primärspule bzw. Sendespule) abgestellt. Diese Spule ist entweder im Straßenboden eingelassen oder als auf den Boden aufgelegte Ladeplatte ausgeformt. Weiterhin ist die Primärspule mittels einer geeigneten Elektronik mit dem Stromnetz verbunden und sendet im Betrieb ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld aus. Das magnetische Wechselfeld wird von einer Empfangsspule (Sekundärspule) aufgenommen. Diese Sekundärspule ist typischerweise fest im Unterboden des Fahrzeugs montiert und ist ihrerseits mittels geeigneter Elektronik mit der Fahrzeugbatterie verbunden. Das hochfrequente magnetische Wechselfeld der Primärspule durchdringt die Sekundärspule und induziert dort einen entsprechenden Strom mit dem die Fahrzeugbatterie geladen wird. Die Druckschrift
Häufig befinden sich die Empfangsspulen in Elektrofahrzeugen aus Gründen der verbesserten Unfallsicherheit sowie dem erhöhten Schutz gegen Witterungseinflüssen im Unterboden des Fahrzeugs. Beim kabellosen Laden einer Batterie des Elektrofahrzeuges befindet sich deshalb zwischen der im Boden einer Ladestation eingelassenen Sendespule der Ladestation und der Empfangsspule in dem Fahrzeug ein Luftspalt. Aufgrund der erforderlichen Bodenfreiheit von Kraftfahrzeugen beträgt dieser Luftspalt einige Zentimeter. Luftspalte in der Größe von 15–25 cm sind dabei sehr verbreitet, wenn nicht durch Maßnahmen wie Absenken der fahrzeugfesten Spule, des gesamten Fahrzeugs oder Anheben der ortsfesten Spule oder einer Kombination dieser Maßnahmen ein ideal kleiner Luftspalt erreicht wird. Aufgrund der starken magnetischen Felder ist es jedoch nicht erwünscht, dass sich während des Ladevorgangs Objekte, wie beispielsweise Verunreinigungen oder Tiere, in diesem Luftspalt aufhalten. Des Weiteren gibt es wichtige Anforderungen an die Positionierungsgenauigkeit der beiden Spulen. Da der Wirkungsgrad der Energieübertragung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule stark von der relativen Lage der (beweglichen) Empfangsspule im Fahrzeug bezüglich der (ortsfest angebrachten) Sendespule in einer Ladestation abhängt, muss eine möglichst gute bzw. hohe Kopplung zwischen den beiden Spulen erreicht werden. Diese gute Kopplung entspricht einer Minimierung des elektromagnetischen Streufeldes. Der entsprechende Wirkungsgrad hängt dabei vom Kopplungsfaktor der Spulen untereinander bzw. von der Größe des erwähnten elektromagnetischen Streufeldes ab. Mit zunehmendem Versatz zwischen den Spulen steigen die Verluste und wird der Wirkungsgrad reduziert. Frequently, the receiving coils are in electric vehicles for reasons of improved crashworthiness and increased protection against the weather in the underbody of the vehicle. When wirelessly charging a battery of the electric vehicle is therefore located between the recessed in the bottom of a charging station transmitting coil of the charging station and the receiving coil in the vehicle, an air gap. Due to the required ground clearance of motor vehicles, this air gap is a few centimeters. Air gaps in the size of 15-25 cm are very common, unless an ideal small air gap is achieved by measures such as lowering the vehicle-fixed coil, the entire vehicle or lifting the stationary coil or a combination of these measures. Due to the strong magnetic fields, however, it is not desirable for objects such as contaminants or animals to be in the air gap during the charging process. Furthermore, there are important requirements for the positioning accuracy of the two coils. Since the efficiency of the energy transfer between the transmitting coil and the receiving coil depends strongly on the relative position of the (mobile) receiving coil in the vehicle with respect to the (stationarily mounted) transmitting coil in a charging station, the best possible or high coupling between the two coils must be achieved. This good coupling corresponds to a minimization of the electromagnetic stray field. The corresponding efficiency depends on the coupling factor of the coils with each other or on the size of the mentioned electromagnetic stray field. As the offset between the coils increases, the losses increase and the efficiency is reduced.
Die Druckschrift
Es besteht ein Bedarf nach präzisen und kostengünstigen Lösungen zur induktiven Energieübertragung, die die Positionierung der Sende- und Empfangsspule relativ zueinander verbessern können.There is a need for precise and inexpensive inductive power transfer solutions which can improve the positioning of the transmit and receive coils relative to each other.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionierung eines Fahrzeugs über einem Systems zur induktiven Energieübertragung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es u.a. robust und wartungsfrei ist. Weiterhin ist es unabhängig von Wetterlage und etwaiger Verschmutzung (z.B. der Fahrbahn) und kostengünstig realisierbar ist. The inventive method for positioning a vehicle over a system for Inductive energy transmission with the characterizing part of claim 1 has the advantage that it is, inter alia, robust and maintenance-free. Furthermore, it is independent of weather conditions and possible pollution (eg the road) and cost feasible.
Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass beim Verfahren zur Positionierung des Fahrzeugs mit einem Leitsystem über einem System zur induktiven Energieübertragung, wobei das eine Leitsystem eine Quelle aufweist, die einen elektromagnetischen Strahl erzeugt, wobei das eine Fahrzeug über einen Umfeldsensor verfügt, in einem ersten Verfahrensschritt (A) der elektromagnetische Strahl adaptiv gelenkt und entlang einer geplanten Trajektorie geführt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt (B) das mindestens eine Fahrzeug den mindestens einen elektromagnetischen Strahl (bzw. Leitstrahl) kontinuierlich mit dem mindestens einen Umfeldsensor erkennt und in einem dritten Verfahrensschritt (C) das mindestens eine Fahrzeug der geplanten Trajektorie folgt und die geplante Trajektorie abfährt. Das zu ladende Fahrzeug wird somit vorteilhaft über den elektromagnetischen Strahl an die korrekte Position geleitet, wodurch eine sehr geringe Positionierungstoleranz (< 10 cm) zwischen Primär- und Sekundärspule erreicht werden kann. Dazu kann das Leitsystem, welches die Quelle enthält, die den elektromagnetischen Strahl erzeugt, vorteilhaft an beliebigen erhöhten Positionen im Parkraum angebracht werden. Das Leitsystem lenkt den Strahl vorteilhaft adaptiv und kann somit Korrekturen der geplanten Trajektorie vornehmen. For this purpose, the invention provides that in the method for positioning the vehicle with a control system via an inductive energy transfer system, wherein the one guidance system has a source that generates an electromagnetic beam, wherein the vehicle has an environmental sensor, in a first method step ( A) the electromagnetic beam is directed adaptively and guided along a planned trajectory, in a second method step (B) the at least one vehicle continuously recognizes the at least one electromagnetic beam (or guide beam) with the at least one environmental sensor and in a third method step (C ) the at least one vehicle follows the planned trajectory and the planned trajectory departs. The vehicle to be charged is thus advantageously guided via the electromagnetic beam to the correct position, whereby a very low positioning tolerance (<10 cm) between the primary and secondary coil can be achieved. For this purpose, the control system, which contains the source that generates the electromagnetic beam, can be advantageously attached to any elevated positions in the parking space. The control system advantageously deflects the beam adaptively and can thus make corrections to the planned trajectory.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich. The measures mentioned in the dependent claims advantageous refinements of the method specified in the independent claim are possible.
Vorteilhaft liegt der mindestens eine elektromagnetische Strahl im sichtbaren oder im infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Im sichtbaren Spektralbereich ist der Strahl für den Menschen sichtbar, so dass dieser den von dem Strahl auf die Straße projizierten Lichtfleck (Spot bzw. Laserspot, etc.) sehen und verfolgen kann. Ist dies nicht erwünscht, wird vorteilhaft ein Spektralbereich gewählt, der für den Menschen nicht sichtbar ist, wie z.B. der infrarote Spektralbereich. Advantageously, the at least one electromagnetic beam is in the visible or in the infrared region of the electromagnetic spectrum. In the visible spectral range, the beam is visible to humans, so that it can see and track the light spot projected onto the road by the beam (spot or laser spot, etc.). If this is not desired, it is advantageous to choose a spectral range which is not visible to humans, e.g. the infrared spectral range.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der elektromagnetische Strahl auf einen Fahrweg vor dem Fahrzeug projiziert. Aus dieser Projektion des Strahls resultiert ein Lichtfleck bzw. Leuchtfleck auf der Fahrbahn bzw. dem Fahrweg, der mit einem im Fahrzeug eingebauten Umfeldsensor erfasst werden kann. Wird der Strahl räumlich abgelenkt, bewegt sich gleichermaßen der projizierte Lichtfleck auf der Straße bzw. dem Fahrweg. Der Lichtfleck wird vorteilhaft entlang einer geplanten Trajektorie geführt, der das Fahrzeug anschließend folgt. In a further advantageous embodiment of the method, the electromagnetic beam is projected onto a travel path in front of the vehicle. From this projection of the beam results in a light spot or light spot on the road or the track, which can be detected with a built-in vehicle environment sensor. If the beam is deflected spatially, the projected light spot moves equally on the road or the track. The light spot is advantageously guided along a planned trajectory, which then follows the vehicle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der elektromagnetische Strahl fokussiert. Je fokussierter der Strahl, desto kleiner ist der auf dem Fahrweg projizierte Lichtfleck bzw. Leuchtfleck und desto präziser kann die Positionierung des Fahrzeugs vorgenommen werden. According to a further embodiment of the method, the electromagnetic beam is focused. The more focused the beam, the smaller the light spot projected on the driveway, and the more precisely the positioning of the vehicle can be made.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass der Umfeldsensor eine Kamera ist. Mit der Kamera, die wahlweise im sichtbaren bzw. infraroten Spektralbereich oder in beiden Spektralbereichen arbeitet, kann der auf den Fahrweg projizierte Strahl registriert werden. Wird der von der Quelle erzeugte Strahl adaptiv abgelenkt und entlang einer geplanten Trajektorie vorteilhaft geführt, fährt das Fahrzeug durch kontinuierliches Erkennen mittels der Kamera und anschließendes Folgen des Strahls dessen Trajektorie nach. Furthermore, it is advantageous that the environmental sensor is a camera. With the camera operating either in the visible or infrared spectral range or in both spectral ranges, the beam projected onto the travel path can be registered. If the beam generated by the source is adaptively deflected and advantageously guided along a planned trajectory, the vehicle follows its trajectory by continuous detection by means of the camera and subsequent tracking of the beam.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Quelle ein Laser. Laser unterscheiden sich von alternativen Lichtquellen vorteilhaft durch die sonst unerreichte Kombination von hoher Intensität, sehr engem Frequenzbereich (monochromatisches Licht), scharfer Bündelung des Strahls und großer Kohärenzlänge. Auch sind, bei sehr weitem Frequenzbereich, extrem kurze und intensive Strahlpulse mit exakter Wiederholfrequenz möglich.In a further advantageous embodiment, the source is a laser. Lasers differ from alternative light sources advantageously by the otherwise unattainable combination of high intensity, very narrow frequency range (monochromatic light), sharp bundling of the beam and long coherence length. Also, with very wide frequency range, extremely short and intense beam pulses with exact repetition frequency are possible.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Lenkung des mindestens einen elektromagnetischen Strahls gesteuert sein, in der Annahme, dass das Fahrzeug dem Laserspot auf dem Fahrweg ohne Störungen folgt. Alternativ kann er auch auf das mindestens eine Fahrzeug geregelt ausgeführt sein, um ein Nichtfolgen des Fahrzeugs auszuschließen. In a further advantageous embodiment, the steering of the at least one electromagnetic beam will be controlled on the assumption that the vehicle follows the laser spot on the track without interference. Alternatively, it may also be designed to be regulated on the at least one vehicle in order to preclude non-following the vehicle.
Vorteilhaft wird der elektromagnetische Strahl von der mindestens einen Quelle kodiert abgestrahlt. Durch die Kodierung ist es vorteilhaft möglich, die Leitung mehrere Fahrzeuge durchzuführen. Dazu wird der Strahl in Form, Frequenz und/oder Modulation (z.B. Blinkfrequenz) variiert. Advantageously, the electromagnetic beam is emitted coded by the at least one source. By coding, it is advantageously possible to perform the line multiple vehicles. To do this, the beam is varied in shape, frequency and / or modulation (e.g., flashing frequency).
Des Weiteren betrifft die Kodierung des elektromagnetischen Strahls in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die Form der Projektion, die Frequenz oder die Modulation. Je nach vorliegender Umweltbedingung bzw. nach Anforderung der Steuerung eines oder mehrere Fahrzeuge kann vorteilhaft die passende Kodierungsart gewählt werden. Furthermore, the coding of the electromagnetic beam in a further advantageous embodiment relates to the form of the projection, the frequency or the modulation. Depending on the existing environmental condition or on request of the control of one or more vehicles advantageously the appropriate coding can be selected.
Vorteilhaft ist das Leitsystem auf einer den gesamten Parkraum des Fahrzeugs überschauenden Position angebracht. Dabei wird das Leitsystem beispielsweise auf einem hohen Mast über einem freien Parkplatz montiert. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Fahrzeug über die gesamte Strecke gelenkt werden kann und kein Hindernis oder eine nicht einsehbare Strecke den Leitstrahl unterbricht und somit eine Lenkung des Fahrzeugs nicht mehr möglich ist. Ein oder mehrere Leitsysteme werden also so angebracht bzw. montiert, dass möglichst wenige Leitstrahlen einen möglichst großen Anteil eines Parkraumes durchgängig abdecken. The control system is advantageously mounted on a position overlooking the entire parking space of the vehicle. The control system is mounted on a high mast above a free parking space, for example. This way will Ensures that the vehicle can be steered over the entire route and no obstacle or a non-visible route interrupts the guide beam and thus a steering of the vehicle is no longer possible. One or more control systems are thus mounted or mounted so that as few guide beams cover as large a share of a parking space consistently.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden mehrere Leitsysteme von einem übergeordneten Leitsystem koordiniert und mindestens ein Fahrzeug wird abschnittsweise gelenkt. Bei der Fahrzeugleitung kann dann insbesondere eine abschnittsweise Führung vorgenommen werden, bei der die Übergänge der Abschnitte, die jeweils von einem Leitstrahl abgedeckt werden. Es ist somit möglich, das Fahrzeug – anstatt es lediglich geradlinig zu lenken – auch um Ecken zu lenken. Mehrere Leitsysteme sind vorteilhaft einsetzbar, wenn der Parkraum nicht mit einem einzigen System überblickt bzw. abgedeckt werden kann (z.B. innerhalb eines Parkhauses) oder wenn mehrere Fahrzeuge separat in die jeweiligen Parkräume geführt werden müssen und dies von einem übergeordneten Leitsystem zu koordinieren ist. In a further advantageous embodiment, a plurality of guidance systems are coordinated by a superordinate guidance system and at least one vehicle is routed in sections. In the vehicle line can then be made in particular a section-wise guidance, in which the transitions of the sections, which are each covered by a guide beam. It is thus possible to steer the vehicle - even instead of steering it only in a straight line - around corners. Several guidance systems can be advantageously used if the parking space can not be covered or covered by a single system (for example within a parking garage) or if several vehicles have to be separately guided into the respective parking spaces and this has to be coordinated by a superordinate control system.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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