DE102015004752A1

DE102015004752A1 - Empfangseinheit, Sendeeinheit und Positioniersystem zur Positionierung eines Elektrofahrzeugs, diesbezügliches Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102015004752A1
Application number: DE102015004752.3A
Authority: DE
Inventors: Dean Martinovic; Michael Grimm
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Empfangseinheit, eine Sendeeinheit (50) und ein Positioniersystem zur Positionierung eines Elektrofahrzeugs über einen für das Elektrofahrzeug vorgesehenen Ladeparkplatz. Dabei umfasst die Empfangseinheit: – zumindest ein Sensorcluster (7) mit zumindest drei magnetoresistiven Sensoren (9a, 9b, 9c), wobei jeder magnetoresistive Sensor ausgelegt ist, Messwerte des Magnetfeldes zu erfassen, – eine Auswerteeinrichtung, welche ausgelegt ist, für die von jedem magnetoresistiven Sensor (9a, 9b, 9c) erfassten Messwerte mit Hilfe eines für den jeweiligen magnetoresistiven Sensor (9a, 9b, 9c) ermittelbaren oder bekannten Korrekturfaktors korrigierte Messwerte zu berechnen und auf Basis der korrigierten Messwerte die Position der Positionierungsspule (3b) relativ zu dem zumindest einen Sensorcluster (7) zu bestimmen, wobei das zumindest eine Sensorcluster (7) zumindest ein Magnetfeldentzerrungselement (8) umfasst, an welchem einer oder mehrere der magnetoresistiven Sensoren (9a, 9b, 9c) montiert werden kann. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug mit der erfindungsgemäßen Empfangseinheit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Empfangseinheit, eine Sendeeinheit und ein Positioniersystem zur Positionierung eines Elektrofahrzeugs über einen für das Elektrofahrzeug vorgesehenen Ladeparkplatz. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug mit der erfindungsgemäßen Empfangseinheit.
Das Laden eines Elektrofahrzeugs bzw. eines Energiespeichers des Elektrofahrzeugs erfolgt zunehmend induktiv. Beim Induktivladen wird Energie gemäß dem Transformatorprinzip über zwei Luftspulen übertragen. Eine Ladespule bzw. Primärspule befindet sich im Boden eines Ladeparkplatzes und eine Ladeempfangsspule bzw. Sekundärspule befindet sich im Elektrofahrzeug. Um ein effizientes und sicheres Laden zu gewährleisten, müssen die Spulen so genau wie möglich übereinander platziert werden. Dies ist im Allgemeinen sehr schwierig für den Fahrer zu bewerkstelligen, da die Spulen relativ klein sind und keine Sichtverbindung vorhanden ist. In der Vergangenheit sind bereits verschiedene Systeme und Verfahren zur genaueren Positionierung des Elektrofahrzeugs bzw. der Sekundärspule des Elektrofahrzeugs über die Primärspule auf dem Markt erschienen oder als Prototypen aufgebaut worden. Hierbei wurden unterschiedliche Techniken angewendet, die entweder auf elektromagnetischen Wellen, auf optischen, auf akustischen oder auf magnetischen Feldern basieren. Es hat sich gezeigt, dass die bisher bekannten Techniken physikalische Nachteile bergen, unausgereift und teuer sind oder die Sicherheitsbestimmungen nicht einhalten.
Von den oben genannten Techniken hat die Magnetfeldtechnik den großen Vorteil, dass ein Magnetfeld keiner Dämpfung unterliegt und Materialien ungehindert durchdringt. Somit spielen Witterungs- und Sichtverhältnisse keine Rolle. Desweiteren unterliegt es nicht dem Effekt der Mehrwegausbreitung wie zum Beispiel im Fall der elektromagnetischen Wellen.
Das Prinzip der Lokalisierung mittels magnetischen Feldern ist bekannt. Bisherige Verfahren nutzen hierbei ein sinusförmiges Magnetfeld, welches von der Primärspule im Boden des Ladeparkplatzes als Positionierungssignal erzeugt wird, und bestimmen über die gemessene magnetische Kopplung die relative Position des Elektrofahrzeugs zur Primärspule. Eine Schwierigkeit bei diesem Verfahren ist, dass der Unterboden des Elektrofahrzeugs Wirbelströme erzeugt und dadurch die Messung des Magnetfeldes verfälscht.
Neuere Verfahren nutzen daher anstelle eines sinusförmigen Magnetfeldes ein alternierendes quasi-statisches rechteckförmiges Magnetfeld, bei dem nach einer kurzen Einschwingdauer der Pulse die Wirbelströme im Unterboden verschwinden. Die Wirbelströme, welche durch die Bewegung des Elektrofahrzeugs verursacht werden, können vernachlässigt werden, da die Positionierungsgeschwindigkeit sehr gering ist.
Ein Problem liegt jedoch nach wie vor darin, dass der Unterboden eines Elektrofahrzeugs, an dem die Sensoren zur Detektion des von der Primärspule ausgesandten Magnetfeldes angebracht werden, das Magnetfeld verzerrt, was zu erheblichen Messfehlern führt.
Um die gewünschte Genauigkeit bei der Positionierung des Elektrofahrzeugs zu gewährleisten, wurde daher in D. Martinovic et al.: „Electric Vehicle Positioning for Inductive Charging Purposes Using Magnetic Field Distortion Elimination in High-Permeability Environments", IEEE Transactions on Magnetics, Dresden, Germany, Mai 2014, vorgeschlagen, die gemessenen Magnetfeldwerte zu entzerren. Dabei wurde der Unterboden eines Elektrofahrzeugs als endlich ausgedehnter Quader mit hoher Permeabilität modelliert. Es wurde gezeigt, dass die senkrecht auf den Unterboden auftreffende Komponente, d. h. die vertikale Komponente B_z eines Magnetfeldes bzw. einer magnetischen Flussdichte am Ort des Unterbodens um einen konstanten Faktor C verstärkt wird, sofern der Unterboden ideale Eigenschaften, d. h. insbesondere eine hinreichend hohe Permeabilität, aufweist. Die am Unterboden des Elektrofahrzeugs gemessene verzerrte Flussdichte ergibt sich somit zu f(B_z) = CB_z (1).
Der Faktor C wird vom endlich ausgedehnten Quader bzw. vom Unterboden des Elektrofahrzeugs bestimmt und hängt von seinen Abmaßen und von seiner relativen Permeabilität μ_r ab. C kann Werte zwischen 1 und μ_r annehmen. Je größer der endlich ausgedehnte Quader bzw. der Fahrzeugunterboden ist, desto mehr nähert sich C an μ_r an.
Folglich lässt sich nach obigem Modell prinzipiell jedem Unterboden eines Elektrofahrzeugs ein eindeutiges und konstantes C zuordnen. Ist der Faktor C bekannt, so kann mit Hilfe von Gleichung (1) die originale Flussdichte B_z in Luft aus dem gemessenen verzerrten Flussdichtewert f(B_z) ermittelt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich jedoch gezeigt, dass das obige Modell in der Regel nicht auf einen realen Unterboden eines Elektrofahrzeugs anwendbar ist, da ein realer Unterboden nicht die Voraussetzung eines idealen ausgedehnten Quaders mit hinreichend hoher Permeabilität erfüllt. Messungen an realen Elektrofahrzeugen haben im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielmehr gezeigt, dass die Unterböden der Elektrofahrzeuge das obige Modell nicht erfüllen. Der Grund sind vor allem in den Unterböden der Elektrofahrzeuge enthaltene ferromagnetische Materialien mit veränderlicher niedriger Permeabilität, wodurch die Magnetisierung des Materials nicht mehr vernachlässigt werden kann. Somit besitzt der Faktor C eine Abhängigkeit zum äußeren angelegten Magnetfeld. Folglich verursachen unterschiedliche Primärspulen oder unterschiedliche Stärken eines Positionierungssignals ebenfalls ein unterschiedliches C. Dies ist unerwünscht, da in diesem Fall der Faktor C nicht mehr konstant und nur mit aufwendigen Messungen erfasst werden kann. Desweiteren gibt es am Unterboden eines Elektrofahrzeugs auch Materialien mit diamagnetischem Verhalten, auf dessen Oberfläche fast keine Flussdichte messbar ist. Derartige ferromagnetische oder diamagnetische Materialien sind somit für das Anbringen von magnetoresistiven Sensoren ungeeignet, da sie eine Messung des Magnetfeldes bzw. der Flussdichte verfälschen oder unmöglich machen.
Ein weiteres Problem bisheriger Positioniersysteme auf Magnetfeldbasis ist die Tatsache, dass ein Magnetfeld mit zunehmendem Abstand stark abklingt, so dass nur ein geringer Positionierungsbereich möglich ist. Um eine entsprechende Messgenauigkeit und Reichweite zu erzielen, muss das Magnetfeld so stark erhöht werden, dass zulässige Grenzwerte (z. B. ICNIRP 1998) überschritten werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Empfangs- und Sendeeinheit sowie ein diesbezügliches System zur genaueren und zuverlässigeren Positionierung eines Elektrofahrzeugs über eine im Boden eines Parkplatzes installierte Primärspule bereitzustellen. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein diesbezügliches Elektrofahrzeug anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird eine Richtung senkrecht zum Boden des Parkplatzes bzw. senkrecht zum Unterboden des Elektrofahrzeugs als z-Richtung bezeichnet. Der Boden des Parkplatzes bzw. der Unterboden des Elektrofahrzeugs spannt somit die x-y-Ebene auf. Dabei sind x, y und z die Koordinaten eines kartesischen Koordinatensystems.
Ein erster unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Empfangseinheit zur Detektion und Auswertung eines von einer Sendeeinheit erzeugten Magnetfeldes, um ein Elektrofahrzeug über eine im Boden eines Parkplatzes installierte Positionierungsspule einer Sendeeinheit zu positionieren. Die Empfangseinheit umfasst:

– zumindest ein Sensorcluster mit zumindest drei magnetoresistiven Sensoren, wobei jeder magnetoresistive Sensor ausgelegt ist, Messwerte des Magnetfeldes zu erfassen,
– eine Auswerteeinrichtung, welche ausgelegt ist, für die von jedem magnetoresistiven Sensor erfassten Messwerte mit Hilfe eines für den jeweiligen magnetoresistiven Sensor ermittelbaren oder bekannten oder vorgegebenen Korrekturfaktors korrigierte bzw. entzerrte Messwerte zu berechnen und auf Basis der korrigierten Messwerte die Position der Positionierungsspule relativ zu dem zumindest einen Sensorcluster zu bestimmen, wobei

Unter einem Sensorcluster wird im Sinne der vorliegenden Beschreibung allgemein eine Kombination mehrerer Sensoren verstanden. Die Sensoren sind dabei vorzugsweise derart angeordnet, dass auf Basis der von den Sensoren detektierten Messwerte mittels 2D oder 3D Trilateration die Position des Sensorclusters relativ zu einer Signalquelle, beispielsweise der im Boden des Parkplatzes installierten Primärspule oder einer zusätzlich im Boden des Parkplatzes installierten Positionierungsspule, berechnet werden kann.
Die magnetoresistiven Sensoren sind vorzugsweise ausgelegt, zumindest eine Komponente des von der Sendeeinheit erzeugten Magnetfeldes, insbesondere die vertikale Komponente bezogen auf die Ebene des Elektrofahrzeugunterbodens oder Sensorclusters oder bezogen auf die Parkplatzoberfläche, d. h. die z-Komponente B_z, zu messen. Dadurch kann die Berechnung der Position des Sensorclusters relativ zur Sendeeinheit mittels einer 2D-Trilateration anstatt einer 3D-Trilateration erfolgen und auf diese Weise beschleunigt werden. Dies ist möglich, da für die Positionierung des Elektrofahrzeugs lediglich die Position der Symmetrieachse der Sendeeinheit bzw. der Primärspule und nicht ihr Zentrum relevant ist. Es versteht sich, dass aber prinzipiell auch alle drei B-Feldkomponenten zur Positionsschätzung herangezogen werden können.
Die magnetoresistiven Sensoren können zusammen mit einem oder mehreren Magnetfeldentzerrungselement(en) an den Unterboden des Elektrofahrzeugs angebracht bzw. montiert werden. Dabei sind die magnetoresistiven Sensoren im montierten Zustand vorzugsweise derart angeordnet, dass sich zwischen der Sendeeinheit bzw. der Positionierungsspule und den magnetoresistiven Sensoren keine magnetischen Teile des Elektrofahrzeugs, insbesondere Teile mit μ_r ≠ 1 und/oder metallische Teile des Elektrofahrzeugs, befinden. Magnetisch neutrale Teile, d. h. Teile mit μ_r = 1 wie z. B. Plastikabdeckungen oder Aluminium, dürfen sich jedoch zwischen der Sendeeinheit und den Sensoren befinden. Beispielsweise können die magnetoresistiven Sensoren zum Schutz mit einer Aluminium-Hülle verpackt sein.
Die Auswerteeinrichtung kann z. B. eine Steuereinheit oder einen Microcontroller umfassen. Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung ausgelegt, korrigierte bzw. entzerrte Messwerte B_z auf Basis der Gleichung (1), nämlich f(B_z) = CB_z zu berechnen, wobei f den gemessenen, verzerrten Messwert, C den Korrekturfaktor und B_z die originale bzw. unverzerrte vertikale Komponente des Magnetfelds bzw. der Flussdichte in Luft bezeichnet. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit ausgelegt, die Position der Sendeeinheit bzw. der Positionierungsspule relativ zu dem zumindest einen Sensorcluster auf Basis eines Vergleichs der korrigierten Messwerte mit theoretisch berechneten Referenzwerten zu bestimmen. Die theoretischen Referenzwerte können vorzugsweise anhand von bekannten Daten der Positionierungsspule mit Hilfe der Auswerteeinrichtung der Empfangseinheit berechnet werden. Die Daten der Positionierungsspule können z. B. manuell in die Auswerteeinrichtung eingegeben oder automatisch von der Positionierungsspule an die Auswerteeinrichtung übertragen werden. Dies kann z. B. einmalig zu Beginn des Positionierungsvorgangs erfolgen.
Erfindungsgemäß umfasst das zumindest eine Sensorcluster zumindest ein Magnetfeldentzerrungselement, an welchem einer oder mehrere der magnetoresistiven Sensoren montiert ist bzw. sind. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Magnetfeldentzerrungselements hat den technischen Effekt, dass für den magnetoresistiven Sensor, welcher zusammen mit einem Magnetfeldentzerrungselement am Unterboden des Elektrofahrzeugs montiert ist, weiterhin die Gleichung (1) anwendbar ist, wobei das Magnetfeldentzerrungselement zwischen dem Sensor und dem Fahrzeugunterboden angeordnet ist. Somit kann zumindest jeder magnetoresistive Sensor, der an einer Stelle des Elektrofahrzeugunterbodens angebracht werden soll, welche z. B. aufgrund von ferromagnetischen oder diamagnetischen Materialien die Messung verfälschen würde, auf ein Magnetfeldentzerrungselement montiert werden. Mit anderen Worten kann ein gewünschter Messpunkt am Unterboden des Elektrofahrzeugs, an dem ein magnetoresistiver Sensor angebracht werden soll, mit einem Magnetfeldentzerrungselement überdeckt oder überbrückt werden. Hierbei wird zuerst das Magnetfeldentzerrungselement auf den Unterboden des Elektrofahrzeugs montiert. In dessen Zentrum wird anschließend der magnetoresistive Sensor platziert. Somit ist die Gleichung (1) wieder gültig und es kann insbesondere ein im Wesentlichen konstanter Faktor C im Messpunkt erreicht werden. Mit Hilfe des Magnetfeldentzerrungselements wird somit mittels Gleichung (1) eine einfache Entzerrung des Magnetfels am gewünschten Messpunkt möglich.
Ein Magnetfeldentzerrungselement weist vorzugsweise eine hohe relative Permeabilität μ_r bzw. einen hohe Mindest- oder Anfangspermeabilität auf. Der Mindestwert für μ_r ist im Allgemeinen von den Abmaßen des Magnetfeldentzerrungselements abhängig. Vorzugsweise ist μ_r ≥ 100, noch bevorzugter ist μ_r ≥ 300 und am bevorzugtesten ist μ_r ≥ 500. Dies sorgt für eine gute Konvergenz des Korrekturfaktors C bzw. für einen stabilen Korrekturfaktor C. Ein μ_r > 500 ändert C nur noch in der dritten Nachkommastelle. Weiter vorzugsweise weist ein Magnetfeldentzerrungselement auch eine hohe Sättigungsmagnetisierung, beispielsweise von B_S > 350 mT, und/oder eine niedrige Remanenz auf.
Der Einfluss des Magnetfeldentzerrungselements kann mit dem Hopkinson-Modell erklärt werden: Die Überdeckung des Messpunkts kommt einer Parallelschaltung gleich, in der ein Teil des Unterbodens des Elektrofahrzeugs, welcher einen großen magnetischen Widerstand aufweist, mit einem Magnetfeldentzerrungselement, welches einen sehr kleinen magnetischen Widerstand aufweist, überbrückt wird. Der überwiegende magnetische Fluss fließt im magnetischen Kreis über den kleineren magnetischen Widerstand, d. h. über das Magnetfeldentzerrungselement. Ist der magnetische Widerstand des Magnetfeldentzerrungselements aufgrund einer hohen Permeabilität schon hinreichend klein, führt dessen weitere Verringerung, z. B. durch eine Magnetisierung des Magnetfeldentzerrungselements, zu keiner nennenswerten Flussänderung mehr. Daraus resultiert ein im Wesentlichen konstanter Korrekturfaktor C.
Die Ausdehnung oder die Abmessung eines Magnetfeldentzerrungselements entspricht vorzugsweise im Wesentlichen der Ausdehnung oder Abmessung der zu überbrückenden ungeeigneten, d. h. die Messung störenden bzw. verfälschenden, Materialien des Fahrzeugunterbodens. Dies gilt zumindest für die Ausdehnung oder Abmessung der zu überbrückenden Materialien in Längsrichtung, d. h. in Fahrtrichtung des Elektrofahrzeugs. Sind die ungeeigneten Materialien des Fahrzeugunterbodens in Querrichtung, d. h. senkrecht zur Fahrtrichtung, nicht vollständig überdeckt, so kann zwar auch in diesem Fall die Positionierungsgenauigkeit eingeschränkt sein. Diese Situation tritt aber nur auf, wenn der Fahrer das Fahrzeug neben die gesuchte Primärspule bzw. Positionierungsspule stellt und das Elektrofahrzeug sich somit in Fehlstellung befindet. Da der Fahrer in diesem Fall zurücksetzen muss, reicht nur eine grobe Genauigkeit aus. Somit spielt die Ausdehnung der an der Messstelle vorhandenen ungeeigneten Materialien in Querrichtung des Fahrzeugs eine geringere Rolle. Folglich kann es aus wirtschaftlichen Gründen vorteilhaft sein, das Magnetfeldentzerrungselement derart zu gestalten, dass es die ungeeigneten Materialien des Fahrzeugunterbodens in Querrichtung des Elektrofahrzeugs nicht vollständig überdeckt. Mit anderen Worten kann die Ausdehnung oder Abmessung des Magnetfeldentzerrungselements in Querrichtung auch geringer sein als die entsprechende Ausdehnung oder Abmessung der zu überdeckenden ungeeigneten Materialien. Auf diese Weise kann Material des Magnetfeldentzerrungselements eingespart werden.
Je kleiner die Ausdehnung der für die Messung ungeeigneten Stelle am Fahrzeugunterboden ist, umso geringer ist ihr Anteil am Weg bzw. Gesamtwiderstand des geschlossenen magnetischen Kreises und somit der Einfluss einer Magnetisierung. Beispielsweise bieten sich metallische Schienen in Querrichtung am Unterboden für die Montage der magnetoresistiven Sensoren an. An solchen Stellen können magnetoresistive Sensoren gegebenenfalls auch ohne Magnetfeldentzerrungselemente angebracht werden, ohne die Gültigkeit von Gleichung (1) zu beeinträchtigen. Somit kann der Fall auftreten, dass nur einige der magnetoresistiven Sensoren zusammen mit einem Magnetfeldentzerrungselement an den Fahrzeugunterboden angebracht werden müssen, während andere magnetoresistive Sensoren direkt, d. h. ohne Magnetfeldentzerrungselement, an geeigneten Stellen des Fahrzeugunterbodens montiert werden können. Im Falle von diamagetischen Materialien am Unterboden des Elektrofahrzeugs lässt sich der Einsatz von Magnetfeldentzerrungselementen aber nicht umgehen, um eine hohe Positioniergenauigkeit zu erreichen.
Mit der erfindungsgemäßen Empfangseinheit ist es vorteilhafterweise möglich, die magnetoresistiven Sensoren unabhängig vom Modell oder Typ des Elektrofahrzeugs und unabhängig von den Eigenschaften des Unterbodens des jeweiligen Elektrofahrzeugs an für die Messung optimalen Messpunkten am Unterboden des Elektrofahrzeugs anzubringen, ohne dass die Magnetfeldmessung der Sensoren stark verfälscht oder beeinträchtigt ist. Folglich kann eine höhere Genauigkeit beim Positionieren des Elektrofahrzeugs im Vergleich zu herkömmlichen Systemen erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit ist jeder magnetoresistive Sensor an einem zugehörigen Magnetfeldentzerrungselement montiert. Dies hat den Vorteil, dass für jeden magnetoresistiven Sensor der Korrekturfaktor C im Wesentlichen durch das zugehörige Magnetfeldentzerrungselement, d. h. unabhängig vom Elektrofahrzeug bzw. dessen Unterboden bestimmt ist. Der zusätliche Einfluss des Fahrzeugunterbodens auf den Korrekturfaktor C ist dann nur noch gering und kann in erster Näherung vernachlässigt werden. Wird der Einfluss des Fahrzeugunterbodens auf den Korrekturfaktor C beim Anbringen des Sensorclusters an den Fahrzeugunterboden vernachlässigt, so ist der Korrekturfaktor C bereits im Vorfeld, d. h. vor dem Anbringen der magnetoresistiven Sensoren bzw. des Sensorclusters am Elektrofahrzeug, für jeden magnetoresistiven Sensor bekannt oder kann im Vorfeld für jeden magnetoresistiven Sensor ermittelt werden. Sind genauere Werte für C gewünscht, so können die Korrekturfaktoren C für jeden magnetoresistiven Sensor zusätzlich oder alternativ nach Anbringen der magnetoresistiven Sensoren am Unterboden des Fahrzeugs ermittelt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit ist das zumindest eine Magnetfeldentzerrungselement teilweise oder vollständig aus Ferrit, insbesondere aus weichmagnetischem Ferrit, gebildet. Vorzugsweise ist das Magnetfeldentzerrungselement teilweise oder vollständig aus einer Mangan-Zink-Legierung gebildet. Ein solches Ferritplättchen weist vorteilhafterweise eine sehr hohe relative Permeabilität, die bei Raumtemperatur ca. 6000 beträgt, auf. Zudem hat ein Ferritplättchen auch eine sehr niedrige Remanenz, die bei Raumtemperatur ca. 100 mT beträgt. Dies sorgt für eine gute Konvergenz bzw. Stabilität des Korrekturfaktors C. Zudem ist auch die Sättigungsmagnetisierung sehr hoch, so dass Messungen auch bei hohen Flussdichtewerten, z. B. im Bereich von 100 μT oder höher möglich sind.
Vorzugsweise ist das Magnetfeldentzerrungselement quaderförmig und insbesondere als Platte oder Plättchen ausgebildet. Die Dimensionen des Magnetfeldentzerrungselements sind von dem abzudeckenden Bereich des Fahrzeugunterbodens abhängig. Vorzugsweise kann ein quaderförmiges Magnetfeldentzerrungselement eine Länge von 30 mm bis 200 mm, eine Breite von 30 mm bis 200 mm und eine Höhe von 1 mm bis 5 mm aufweisen. Beispielsweise hat das Magnetfeldentzerrungselement eine Länge von 150 mm, eine Breite von 100 mm und eine Höhe von 5 mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit sind die magnetoresistiven Sensoren des zumindest einen Sensorclusters im Dreieck angeordnet. Alternativ können die magnetoresistiven Sensoren des zumindest einen Sensorclusters entlang einer Linie, d. h. linear, angeordnet sein. Jeder magnetoresistive Sensor kann auf einem separaten Magnetfeldentzerrungselement montiert sein. Es ist aber auch möglich, dass ein oder mehrere magnetoresistive Sensoren eines Sensorclusters auf einem gemeinsamen Magnetfeldentzerrungselement montiert sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit ist die Empfangseinheit geeignet, die Position der Positionierungsspule relativ zu einer zweiten Spule, insbesondere der Sekundärspule des Elektrofahrzeugs, zu ermitteln, wobei das zumindest eine Sensorcluster in einem montierten Zustand derart in der Umgebung der zweiten Spule angeordnet ist, dass jeder magnetoresistive Sensor einen definierten Abstand bzw. eine definierte Position relativ zur Symmetrieachse der zweiten Spule aufweist. Die Auswerteeinrichtung ist ausgelegt, auf Basis der korrigierten Messwerte und der Positionen der magnetoresistiven Sensoren relativ zur Symmetrieachse der zweiten Spule die momentane Position der zweiten Spule relativ zur Sendeeinheit bzw. Positionierungsspule zu bestimmen. Die Positionen, insbesondere 2D-Positionen, der magnetoresistiven Sensoren können z. B. durch kartesische Koordinaten oder Polarkoordinaten bezogen auf ein Koordinatensystem des Elektrofahrzeugs angegeben sein.
Somit ist es möglich, das Elektrofahrzeug an die für den Ladevorgang korrekte Position des Parkplatzes zu bringen bzw. zu navigieren, d. h. die Sekundärspule des Elektrofahrzeugs direkt über die Positionierungsspule bzw. Primärspule des Parkplatzes zu positionieren.
Beispielsweise kann jeder Sensor ein f(B_z) messen, das von der Software korrigiert/entzerrt wird. Anschließend kann jedem korrigierten Messwert bzw. Sensor anhand des bekannten Verlaufs der Flussdichtefunktion B_z(d) ein Abstand zur Symmetrieachse der Positionierungsspule zugeordnet werden. Für die Positionsberechnung werden schließlich noch die Koordinaten der Sensoren bezogen auf das Koordinatensystem des Fahrzeugs, in dessen Ursprung sich idealerweise die Symmetrieachse der Empfangsspule bzw. Sekundärspule befindet und dessen x-Achse z. B. die Längsachse des Fahrzeugs darstellt und dessen y-Achse z. B. die Querachse des Fahrzeugs darstellt, benötigt. Das entspricht einer Trilateration, mit deren Lösung bzw. ihren Gleichungen sich dann die Koordinaten der Positionierungsspule bezogen auf das Koordinatensystem des Fahrzeugs ermitteln lassen.
Vorzugsweise umfasst die Empfangseinheit eine Anzeigeeinrichtung, insbesondere ein Display, welche/welches im Inneren des Elektrofahrzeugs angebracht werden kann und den Fahrer über die momentane Position der Sekundärspule des Elektrofahrzeugs relativ zur Positionierungsspule informiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit ist die Auswerteeinrichtung ausgelegt, den Korrekturfaktor mit Hilfe einer Kalibrationsmessung zu ermitteln. Dabei wird in einem ersten Schritt ein theoretischer Referenzwert B_z des Magnetfeldes an einem vorgegebenen Ort, z. B. direkt über der Positionierungsspule, berechnet. In einem zweiten Schritt wird das Magnetfeld mittels eines magnetoresistiven Sensors an dem vorgegebenen Ort gemessen, wodurch ein verzerrter Magnetfeldwert f(B_z) erhalten wird. Schließlich ergibt sich der Korrekturfaktor C aus dem Verhältnis des verzerrten Magnetfeldwertes und des Referenzwertes.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit ist der Korrekturfaktor konstant bzw. wird in erster Näherung als konstant angenommen. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass sich der Korrekturfaktor mit dem Abstand des jeweiligen magnetoresistiven Sensors zur Symmetrieachse der Positionierungsspule ändern kann. Der verwendete Korrekturfaktor kann somit alternativ auch eine vom Abstand des jeweiligen magnetoresistiven Sensors zur Symmetrieachse der Positionierungsspule abhängige Größe sein. Wird ein magnetoresistiver Sensor z. B. in Richtung der Positionierungsspule bewegt, so kann sich der Korrekturfaktor ändern. Ist eine hohe Positionierungsgenauigkeit gewünscht, so kann ein variabler Korrekturfaktor verwendet werden. Beispielsweise kann in einem Fernbereich des magnetoresistiven Sensors relativ zur Positionierungsspule ein erster Korrekturfaktor verwendet werden, während in einem Nahbereich des magnetoresistiven Sensors relativ zur Positionierungsspule ein zweiter Korrekturfaktor verwendet wird, wobei sich der zweite Korrekturfaktor vom ersten unterscheidet. Es versteht sich, dass in Abhängigkeit vom Abstand des magnetoresistiven Sensors relativ zur Positionierungsspule auch mehr als zwei Korrekturfaktoren verwendet werden können. Der verwendete Korrekturfaktor kann auch eine stetige Funktion des Abstands des magnetoresistiven Sensors relativ zur Positionierungsspule sein. Ist dagegen, zumindest in einem bestimmten Positionierbereich, eine geringere Positioniergenauigkeit ausreichend, so kann der Einfachheit halber die Änderung des Korrekturfaktors C, zumindest in diesem Positionierbereich, vernachlässigt werden und C als konstant angenommen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit umfasst die Auswerteeinrichtung zumindest einen FILO-Puffer (FILO = First In Last Out), in dem zumindest ein Teil der von den magnetoresistiven Sensoren erfassten Messwerte abgelegt bzw. gespeichert werden können. Insbesondere umfasst die Auswerteeinrichtung für jeden magnetoresistiven Sensor einen zugehörigen FILO-Puffer.
Mit Hilfe des FILO-Puffers ist es vorteilhafterweise möglich, die erfassten Messwerte besser auszuwerten und somit Messfehler zu vermeiden. Insbesondere ist es mit dem FILO-Puffer möglich, durch Anwendung von Algorithmen auf den FILO-Pufferinhalt unbrauchbare Messwerte auszusortieren bzw. auszufiltern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Empfangseinheit ist die Auswerteeinrichtung ausgelegt, anhand der im FILO-Puffer abgelegten Messwerte mittels Iteration Pulsflanken des von der Sendeeinheit erzeugten Magnetfeldes zu detektieren.
Durch die Detektion von Pulsflanken des von der Sendeeinheit bzw. der Positionierungsspule erzeugten Magnetfeldes ist es vorteilhafterweise möglich, nur Messwerte im eingeschwungenen Bereich des Magnetfeldes für die weitere Auswertung, insbesondere für das Berechnen der korrigierten Messwerte bzw. von differentiellen magnetischen Flussdichtewerten mit Hilfe von Gleichung (3) (siehe unten), zu verwenden. Auf diese Weise können unbrauchbare Messwerte aussortiert und Messfehler vermieden werden. Die Positionierungsgenauigkeit wird damit erhöht.
Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Sendeeinheit zum Bereitstellen eines Magnetfeldes, welches zur exakten Positionierung eines Elektrofahrzeugs dient, wobei die Sendeeinheit umfasst:

– eine Primärspule zum induktiven Übertragen von Energie auf eine Sekundärspule des Elektrofahrzeugs,
– eine Positionierungsspule zum Erzeugen eines Magnetfeldes mit einer zur Symmetrieachse der Positionierungsspule im Wesentlichen rotationssymmetrischen Flussdichteverteilung in Luft,

Die erfindungsgemäße Sendeeinheit kann mit einer am Elektrofahrzeug installierten Empfangseinheit, insbesondere mit der erfindungsgemäßen Empfangseinheit, zusammenwirken. Die Sendeeinheit kann im Boden eines Parkplatzes für das Elektrofahrzeug installiert werden.
Mit Hilfe der Primärspule der Sendeeinheit und der Sekundärspule des Elektrofahrzeugs kann ein Energiespeicher des Elektrofahrzeugs geladen werden.
Die Positionierungsspule ist neben der Primärspule eine zusätzliche oder separate Spule, welches ein Magnetfeld aussendet, das von dem Elektrofahrzeug bzw. einer Empfangseinheit des Elektrofahrzeugs detektiert wird, um die Sekundärspule des Elektrofahrzeugs über die Primärspule zu positionieren.
Das von der Positionierungsspule erzeugte Magnetfeld weist eine zur Symmetrieachse bzw. Längsachse der Positionierungsspule im Wesentlichen rotationssymmetrischen Flussdichteverteilung in Luft auf. Vorzugsweise ist das von der Positionierungsspule erzeugte Magnetfeld rechteckförmig. Mit einem rechteckförmigen Magnetfeld können Wirbelströme im Unterboden des Elektrofahrzeugs reduziert oder vermieden werden.
Die Symmetrieachsen bzw. Längsachsen von Primärspule und Positionierungsspule fallen zusammen, d. h. die Primärspule und die Positionierungsspule weisen die gleiche Symmetrieachse bzw. Längsachse auf. Somit kann mit Hilfe des von der Positionierungsspule ausgesandten Magnetfeldes, welches zur Symmetrieachse der Positionierungsspule im Wesentlichen rotationssymmetrisch und vorzugsweise streng monoton ist, mittels 2D- oder 3D-Trilateration die Position der Symmetrieachse der Positionierungsspule und damit auch der Primärspule relativ zum Elektrofahrzeug bzw. einer Empfangseinheit des Elektrofahrzeugs ermittelt werden. Insbesondere kann jedem durch die Empfangseinheit gemessenen Magnetfeldwert eindeutig ein Abstand der Empfangseinheit bzw. dessen magnetoresistiven Sensoren zur Symmetrieachse der Primär- bzw. Positionierungsspule zugeordnet werden.
Die Positionierungsspule ist unterhalb der Primärspule angeordnet. Mit anderen Worten ist die Positionierungsspule relativ zur Primärspule derart angeordnet, dass die Positionierungsspule im montierten oder installierten Zustand, d. h. wenn die Sendeeinheit im Boden eines Parkplatzes installiert ist, weiter von der Parkplatzoberfläche und damit auch von dem Elektrofahrzeug bzw. dessen Sekundärspule entfernt ist als die Primärspule. Vorzugsweise befindet sich die Positionierungsspule etwa 5 bis 50 cm, mehr bevorzugt etwa 10 bis 30 cm, und am bevorzugtesten etwa 15 bis 20 cm unterhalb der Primärspule, d. h. weiter von der Parkplatzoberfläche oder vom Elektrofahrzeug entfernt.
Dadurch dass die Positionierungsspule sich unterhalb der Primärspule befindet, wird das Magnetfeld direkt über dem Spulenzentrum, d. h. im Nahfeld, durch den vergrößerten Abstand relativ zur Parkplatzoberfläche stark reduziert, während das Fernfeld annähernd gleich bleibt. Somit bleibt das Signal-Rausch-Verhältnis im Fernfeld nahezu unverändert. In Spulennähe verschlechtert sich das Signal-Rausch-Verhältnis zwar, bleibt jedoch trotzdem hinreichend gut.
Dadurch dass nicht die Primärspule, sondern eine zusätzliche Positionierungsspule zum Erzeugen bzw. Aussenden des für die Positionierung des Elektrofahrzeugs erforderlichen Magnetfelds verwendet wird, welche unterhalb der Primärspule, d. h. weiter von der Parkplatzoberfläche bzw. dem Elektrofahrzeug entfernt angeordnet ist, kann erreicht werden, dass direkt oberhalb bzw. in der unmittelbaren Umgebung oder im Nahfeldbereich der Sendeeinheit, die Stärke des Magnetfeldes zum Positionieren des Elektrofahrzeugs deutlich reduziert ist. Dies trägt erheblich zur Sicherheit bei bzw. macht es möglich, dass vorgeschriebene Sicherheitsbestimmungen, z. B. der „International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection” (ICNIRP), eingehalten werden können.
Die erfindungsgemäße Sendeeinheit kann nicht nur zur exakten Positionierung eines Elektrofahrzeugs dienen, sondern auch für andere magnetfeldbasierte Verfahren, z. B. Verfahren bei der die Messung der magnetischen Kopplung im Vordergrund steht, verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Sendeeinheit ist zwischen der Primärspule und der Positionierungsspule ein Ferritelement, insbesondere eine Ferritplatte oder Ferritscheibe, angeordnet.
Das Ferritelement hat zwei Funktionen. Zum einen kann das Magnetfeld der Primärspule durch das unterhalb der Primärspule angeordnete Ferritelement verstärkt werden, was sich für die Kopplung von Primärspule und Sekundärspule und damit für das Laden des Elektrofahrzeugs positiv auswirkt. Zum anderen kann das oberhalb der Positionierungsspule angeordnete Ferritelement zu einer Dämpfung des von der Positionierungsspule erzeugten Magnetfeldes im Nahfeldbereich, d. h. direkt über der Sendeeinheit, führen. Das Fernfeld bleibt jedoch annähernd unberührt. Dieser Effekt kann wie folgt erklärt werden: Im Nahfeld der Positionierungsspule ist das Ferritelement und im Fernfeld der Positionierungsspule ist Luft. Luft kann ebenfalls als endlich ausgedehnter Quader betrachtet werden mit einer relativen Permeabilität von μ_r = 1. Somit wird das Fernfeld um den Faktor 1 verstärkt und bleibt somit unverändert. Es kommt lediglich zu einer geringen Streuung an den Enden des Ferritelements.
Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Positioniersystem zur Positionierung eines Elektrofahrzeugs, wobei das Positioniersystem eine erfindungsgemäße Empfangseinheit und eine erfindungsgemäße Sendeeinheit umfasst.
Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Elektrofahrzeug umfassend:

– eine Sekundärspule zum induktiven Laden eines Energiespeichers des Elektrofahrzeugs mittels einer im Boden eines Parkplatzes installierten Primärspule;
– eine erfindungsgemäße Empfangseinheit, wobei das zumindest eine Sensorcluster derart in der Umgebung der Sekundärspule angeordnet bzw. montiert ist, dass jeder magnetoresistive Sensor einen definierten Abstand bzw. eine definierte Position relativ zur Symmetrieachse der Sekundärspule aufweist, und wobei die Auswerteeinrichtung ausgelegt ist, auf Basis der korrigierten Messwerte und der Positionen der magnetoresistiven Sensoren relativ zur Symmetrieachse der Sekundärspule die momentane Position der Sekundärspule relativ zur Positionierungsspule zu bestimmen.

Die Positionen, insbesondere 2D-Positionen, der magnetoresistiven Sensoren können z. B. durch kartesische Koordinaten oder Polarkoordinaten bezogen auf ein Koordinatensystem des Elektrofahrzeugs angegeben sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs sind die magnetoresistiven Sensoren zusammen mit dem zumindest einen Magnetfeldentzerrungselement am Unterboden des Elektrofahrzeugs derart montiert, dass sich das zumindest eine Magnetfeldentzerrungselement zwischen dem Elektrofahrzeug bzw. dem Unterboden des Elektrofahrzeugs und den magnetoresistiven Sensoren befindet. Mit anderen Worten sind die magnetoresistiven Sensoren am Elektrofahrzeug derart angebracht, dass sich zwischen den magnetoresistiven Sensoren und der Primärspule bzw. Positionierungsspule keine magnetischen Teile des Elektrofahrzeugs und keine magnetischen Teile der Empfangseinheit befinden. Somit wird die Messung der magnetoresistiven Sensoren nicht durch etwaige magnetischen Teile des Elektrofahrzeugs bzw. der Empfangseinheit beeinträchtigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs ist das zumindest eine Sensorcluster von der Sekundärspule beabstandet angeordnet. Mit anderen Worten ist das zumindest eine Sensorcluster in Längs- und Querrichtung des Elektrofahrzeugs, d. h. in x- und y-Richtung, von der Sekundärspule beabstandet. Insbesondere ist das zumindest eine Sensorcluster ausserhalb des Spulenradius der Sekundärspule angeordnet. Vorzugsweise ist das zumindest eine Sensorcluster in Längs- und Querrichtung des Elektrofahrzeugs um mindestens 0,4 cm, mehr bevorzugt um mindestens 0,8 cm, am bevorzugtesten um mindestens 1,2 cm, vom Rand der Sekundärspule beabstandet. Auf diese Weise wird in erster Linie das Fernfeld des von der Positionierungsspule erzeugten Magnetfeldes gemessen, wenn das Elektrofahrzeug schon fast vollständig positioniert ist, d. h. wenn die Sekundärspule des Elektrofahrzeugs schon teilweise oder vollständig mit der Positionierungsspule überlappt bzw. über dieser platziert ist. Dies hat den Vorteil einer höheren Positioniergenauigkeit am Ende des Positionierungsvorgangs, da der Korrekturfaktor im Fernfeld des Magnetfelds, z. B. in einem Abstand von etwa 1 m oder größer relativ zum Zentrum der Positionierungsspule, stabiler ist als im Nahfeld. Mit anderen Worten ist der Verlauf von C im Fernfeld des Magnetfeldes annähernd konstant und somit messtechnisch sehr einfach erfassbar. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Fernfeld nur sehr schwach von der Bodenhöhe abhängt aufgrund der großen Radien der Magnetfeldlinien. Dadurch ist kein Sensor zur Höhenmessung erforderlich und das Verfahren funktioniert auch für verschiedene Beladungszustände des Fahrzeugs. Weiter werden die Sensoren in der oben beschriebene Anordnung während des Ladevorgangs nicht durch das starke Magnetfeld beschädigt oder magnetisiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs umfasst die Empfangseinheit zwei Sensorcluster, welche derart angeordnet sind, dass sich die Sekundärspule des Elektrofahrzeugs zwischen den beiden Sensorclustern befindet. Auf diese Weise kann sicher gestellt werden, dass sich stets eines der Sensorclustern im Fernfeld des Magnetfeldes befindet. Mit zwei Sensorclustern lässt sich außerdem der Positionierungsbereich vergrößern. Auch werden die Sensoren der beiden Sensorcluster in dieser Anordnung während des Ladevorgangs nicht durch das starke Magnetfeld beschädigt oder magnetisiert.
Vorzugsweise sind die beiden Sensorcluster derart angeordnet, dass sich die beiden Sensorcluster nie gleichzeitig über der Primärspule bzw. der Positionierungsspule befinden können. Vorzugsweise ist ein erstes Sensorcluster am Fahrzeugunterboden im Bereich eines ersten bzw. vorderen Fahrzeugabschnitts und ein zweites Sensorcluster am Fahrzeugunterboden im Bereich eines zweiten bzw. hinteren Fahrzeugabschnitts angeordnet. Dadurch ist vorteilhafterweise auch beim Überfahren der Primärspule bzw. Positionierungsspule immer ein verwertbares Signal vorhanden.
Für die oben genannten weiteren unabhängigen Aspekte und insbesondere für diesbezügliche bevorzugte Ausführungsformen gelten auch die vor- oder nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen des ersten Aspekts. Insbesondere gelten für einen unabhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung und für diesbezügliche bevorzugte Ausführungsformen auch die vor- und nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen der jeweils anderen Aspekte.
Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei weisen die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um den beanspruchten Gegenstand auszuführen, die aber in bestimmten Anwendungsfällen gewünschte Eigenschaften bereit stellen. So sollen auch Ausführungsformen als unter die beschriebene technische Lehre fallend offenbart angesehen werden, die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einzelne der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Es wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Ausführungsformen daher nicht nur für sich genommen sondern auch in einer Zusammenschau betrachtet werden sollen. Anhand dieser Zusammenschau wird der Fachmann erkennen, dass einzelne Ausführungsformen auch durch Einbeziehung von einzelnen oder mehreren Merkmalen anderer Ausführungsformen modifiziert werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass eine systematische Kombination der einzelnen Ausführungsformen mit einzelnen oder mehreren Merkmalen, die in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben werden, wünschenswert und sinnvoll sein kann, und daher in Erwägung gezogen und auch als von der Beschreibung umfasst angesehen werden soll.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a zeigt eine schematische Skizze eines endlich ausgedehnten Quaders, der über eine Spule bewegt wird;
1b zeigt die zu 1a berechnete magnetische Flussdichte B_z in Abhängigkeit vom Abstand d eines Messpunktes S₁ zur Symmetrieachse der Spule für verschiedene relative Permeabilitäten des endlich ausgedehnten Quaders;
2 zeigt eine schematische Abbildung einer Querschiene eines Fahrzeugunterbodens, an der ein Magnetfeldentzerrungselement montiert ist;
3 zeigt einen simulierten Verlauf der magnetischen Flussdichte B_z in Abhängigkeit des Abstands d zwischen einem magnetoresistiven Sensor und der Symmetrieachse einer Positionierungsspule für den Fall, dass der Sensor direkt an der Querschiene der 2 montiert ist und für den Fall, dass der Sensor unter Verwendung eines Magnetfeldentzerrungselements an der Querschiene der 5 montiert ist;
4a zeigt eine schematische Skizze einer Anordnung von magnetoresistiven Sensoren am Unterboden eines Elektrofahrzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
4b zeigt eine schematische Skizze einer Anordnung von magnetoresistiven Sensoren am Unterboden eines Elektrofahrzeugs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
4c zeigt eine schematische Skizze einer Anordnung von magnetoresistiven Sensoren am Unterboden eines Elektrofahrzeugs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
5 zeigt einen typischen Verlauf des Korrekturfaktors C in Abhängigkeit des Abstands d₁ zwischen einem magnetoresistiven Sensor und einer Positionierungsspule;
6 zeigt eine beispielhafte Annäherung des Verlaufs des Korrekturfaktors C von 5 mittels Geraden;
7 zeigt eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Sendeeinheit mit einer Primärspule und einer darunter angeordneten Positionierungsspule;
8 zeigt den Einfluss der Position einer im Boden installierten Positionierungsspule sowie den Einfluss eines Ferritelements auf den Verlauf der magnetischen Flussdichteverteilung B_z der Positionierungsspule in Abhängigkeit des Abstands r von der Bodenoberfläche über der Positionierungsspule;
9a zeigt den Verlauf der Wirbelstromdichte J, die durch die Magnetfeldänderung einer Positionierungsspule in einem Körper eines Lebewesens, welches sich an der Parkplatzoberfläche befindet, induziert wird, in Abhängigkeit vom Radius R_K der Körperfläche, wobei die Positionierungsspule an der Parkplatzoberfläche angeordnet ist;
9b zeigt den Einfluss der Position einer im Boden installierten Positionierungsspule auf den Verlauf der Wirbelstromdichte, die durch die Magnetfeldänderung der Positionierungsspule in einem Körper eines sich an der Bodenoberfläche befindenden Lebewesens induziert wird;
10 zeigt den Einfluss der Position einer im Boden installierten Positionierungsspule auf den Verlauf der von der Positionierungsspule erzeugten magnetischen Flussdichte B_z in Abhängigkeit des Abstands eines mangetoresistiven Sensors von der Bodenoberfläche;
11 zeigt den Einfluss eines Ferritelements auf den Verlauf der magnetischen Flussdichte B_z einer Positionierungsspule in Abhängigkeit des Abstands r von der Bodenoberfläche über der Positionierungsspule;
12 zeigt ein beispielhaftes magnetisches Rechtecksignal, welches in 1 m Entfernung zum Zentrum einer Positionierungsspule gemessen wurde;
13a zeigt das Prinzip eines Auswertealgorithmus der gemessenen magnetischen Flussdichteverteilung von 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
13b zeigt das weitere Prinzip eines Auswertealgorithmus der gemessenen magnetischen Flussdichteverteilung von 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
14 zeigt das Prinzip eines Auswertealgorithmus der gemessenen magnetischen Flussdichteverteilung in 3 m Entfernung zum Zentrum einer Positionierungsspule gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
15a zeigt das Prinzip eines Auswertealgorithmus der gemessenen magnetischen Flussdichteverteilung für einen bewegten Sensor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
15b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Messdiagramms von 15a;
16a zeigt das weitere Prinzip eines Auswertealgorithmus der gemessenen magnetischen Flussdichteverteilung von 15a gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
16b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Messdiagramms von 16a;
16c zeigt einen weiteren vergrößerten Ausschnitt des Messdiagramms von 16a bzw. 16b.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die in der vorliegenden Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. sind jeweils auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Unter der x-Richtung wird grundsätzlich die Längsrichtung oder Fahrtrichtung eines Elektrofahrzeugs verstanden. Die y-Richtung ist senkrecht zur x-Richtung und liegt, genauso wie die x-Richtung in der Fahrzeugebene, Bodenebene und/oder Parkplatzebene. Mit anderen Worten ist die x-y-Ebene die Fahrzeugebene, Bodenebene und/oder Parkplatzebene. Die z-Richtung ist senkrecht zur x-y-Ebene.
Die 1a zeigt eine schematische Skizze eines endlich ausgedehnten Quaders 1, der über eine Spule 3, welche ein Positionierungssignal in Form eines Magnetfelds erzeugt, bewegt wird. Der endlich ausgedehnte Quader 1, welcher eine möglichst hohe Permeabilität aufweist, soll den Unterboden eines Elektrofahrzeugs modellieren. S₁ bezeichnet einen Messpunkt in dem endlich ausgedehnten Quader 1, welcher sich an der Symmetrieachse 2 des Quaders 1 befindet.
Wie in der 1b anhand von berechneten magnetischen Flussdichteverläufen der vertikalen Komponente B_z in Abhängigkeit vom Abstand d eines Messpunktes S₁ zur Symmetrieachse der Spule 3 gezeigt, kann die Flussdichteverteilung des von der Spule 3 ausgesandten Magnetfeldes am Messpunkt S₁ des endlich ausgedehnten Quaders 1 als lineare Abbildung bzw. als Ursprungsgerade modelliert werden. Abhängig von der relativen Permeabilität μ_r des endlich ausgedehnten Quaders 1 wird das Magnetfeld im Messpunkt S₁ lediglich verstärkt, der prinzipielle Verlauf der Flussdichte bleibt jedoch erhalten. Für die in der 1b berechneten Kurven ist die Spule 3 bei z = 0 und der endlich ausgedehnte Quader 1 bei z₀ = 0,125 m angeordnet, da 0,125 m ein typischer Wert für den Abstand eines Fahrzeugunterbodens zur Bodenoberfläche, auf der das Fahrzeug steht bzw. fährt, ist.
Befindet sich ein magnetoresistiver Sensor (in der 1a nicht gezeigt) im Punkt S₁ auf der Unterseite des endlich ausgedehnten Quaders 1, d. h. auf derjenigen Seite, die zur Magnetfeldquelle zeigt, wird die auf die Unterseite senkrecht auftreffende magnetische Flussdichtekomponente gemäß Gleichung (1) um einen Faktor C verstärkt. Ist die Gleichung (1) gültig und der Faktor C bekannt oder ermittelbar, so kann das durch Sensoren am Unterboden des Elektrofahrzeugs gemessene verzerrte Magnetfeld in einfacher Weise entzerrt werden, indem der gemessene verzerrte Wert durch den Faktor C geteilt wird. C wird daher in der vorliegenden Beschreibung auch als Korrekturfaktor bezeichnet.
Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt, hat sich jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass das oben erwähnte Modell für einen realen Fahrzeugunterboden nicht ohne weiteres anwendbar ist, da der reale Fahrzeugunterboden eine Reihe von Materialien, insbesondere ferromagnetischer oder diamagnetischer Natur, aufweist, welche das Modell eines idealen endlich ausgedehnten Quaders und somit auch die Gleichung (1) ungültig werden lassen.
Eine Entzerrung des gemessenen Magnetfeldes kann somit herkömmlicherweise für ein reales Elektrofahrzeug nicht über Gleichung (1) durchgeführt werden, Um dieses Problem zu lösen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die magnetoresistiven Sensoren nicht direkt am Unterboden eines Elektrofahrzeugs montiert werden, sondern dass, zumindest an messtechnisch problematischen Stellen, die gewünschten Messpunkte jeweils mit einem Magnetfeldentzerrungselement überdeckt werden, an dessen Symmetrieachse bzw. Schwerpunktachse der entsprechende magnetoresistive Sensor platziert wird. Dadurch kann ein im Wesentlichen konstanter Korrekturfaktor C im gewünschten oder vorgegebenen Messpunkt erreicht werden. Da ein Magnetfeldentzerrungselement, insbesondere ein Ferritplättchen, den Eigenschaften eines endlich ausgedehnten Quaders sehr nahe kommt und das Magnetfeldentzerrungselement gemäß des Hopkinson-Modells wie eine magnetische Parallelschaltung wirkt, bekommt die Gleichung (1) wieder ihre Gültigkeit und eine einfache Entzerrung des gemessenen Magnetfeldes wird möglich.
In vielen Fällen bieten sich metallische Teile der Chassis oder der Fahrzeugaufhängung zur Montage der magnetoresistiven Sensoren an. Dabei ist es oft schwierig, die für den Messpunkt sehr wichtige magnetische Symmetrieachse zu finden, da die Bauteile am Unterboden oft sehr komplexe Strukturen aufweisen. Dadurch können sie das magnetische Feld asymmetrisch verzerren und Gleichung (1) ist nicht mehr gültig. Für die Anwendung von Gleichung (1) muss gelten: R_m(–d) = R_m(d) (2), wobei R_m der magnetische Gesamtwiderstand ist und sich die magnetische Symmetrieachse bei d = 0 befindet.
Um das Problem des Auffindens der magnetischen Symmetrieachse zu umgehen und/oder um Positionierungsungenauigkeiten aufgrund von bezüglich der Symmetrie falsch angebrachten Sensoren zu vermeiden, kann der gewünschte Montageort für den magnetoresistiven Sensor erfindungsgemäß mit einem Magnetfeldentzerrungselement überdeckt werden. Anschließend kann die bekannte Symmetrieachse bzw. Schwerpunktachse des Magnetfeldentzerrungselement als magnetische Symmetrieachse verwendet werden.
In der 2 ist beispielsweise eine metallische Querschiene 5 skizziert, welche an dem Unterboden eines Elektrofahrzeugs (in der 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) angeordnet ist. Zudem ist eine Spule 3, welche eine Primärspule 3a zum Laden des Elektrofahrzeugs und/oder eine separate Positionierungsspule 3b sein kann, angedeutet. Die Spule 3 ist im Boden eines Parkplatzes installiert. Das Elektrofahrzeug bzw. eine Sekundärspule des Elektrofahrzeugs muss für den Ladevorgang möglichst genau über die Spule 3 platziert werden. Um die Positioniergenauigkeit zu erhöhen, ist an der Querschiene 5 ein Magnetfeldentzerrungselement 8 montiert. An dem Magnetfeldentzerrungselement 8 ist ein magnetoresistiver Sensor (in 2 nicht zu sehen) angebracht, welcher ausgelegt ist, das von der Spule 3 erzeugte Magnetfeld B zu messen. Vermessen wird dabei die vertikale Komponente von B bezogen auf die Ebene der Sekundärspule bzw. die Ebene des Fahrzeugunterbodens, d. h. B_z. Dadurch wird die Berechnung der Position von einer 3D auf eine 2D Trilateration beschleunigt, da für die Positionierung des Fahrzeugs lediglich die Position der Symmetrieachse der Spule 3 und nicht ihr Zentrum als Punkt relevant ist. Prinzipiell können jedoch alle drei B-Feldkomponenten zur Positionsschätzung herangezogen werden. Die Spule 3 ist dabei so gewickelt, dass die resultierende magnetische Flussdichteverteilung B_z rotationssymmetrisch und abschnittsweise streng monoton ist. Auf diese Weise kann jedem gemessenem Wert eindeutig ein Abstand d zugeordnet werden.
Wie in der 2 ersichtlich, erstreckt sich das Magnetfeldentzerrungselement 8 vollständig über die Querschiene 5 in Längsrichtung des Elektrofahrzeugs, d. h. in x-Richtung. Mit anderen Worten überdeckt das Magnetfeldentzerrungselement 8 die Querschiene 5 vollständig in x-Richtung. Dagegen erstreckt sich das Magnetfeldentzerrungselement 8 nur teilweise über die Querschiene 5 in Querrichtung des Elektrofahrzeugs, d. h. in y-Richtung. Mit anderen Worten überdeckt das Magnetfeldentzerrungselement 8 die Querschiene 5 nur teilweise in y-Richtung. Dies liegt daran, dass die Positionierungsgenauigkeit in Querrichtung eine geringere Rolle spielt. Somit kann in Querrichtung im Hinblick auf das Magnetfeldentzerrungselement 8 Material eingespart werden. Desweiteren gilt, je kleiner die Ausdehnung der ungünstigen Messstelle und damit die des Magnetfeldentzerrungselements 8, umso geringer ist ihr/sein Anteil am Weg bzw. Gesamtwiderstand des geschlossenen magnetischen Kreises und somit der Einfluss der Magnetisierung.
In der 3 ist die zur 2 gehörige verzerrte Flussdichteverteilung B_z in Abhängigkeit des Abstands d₁ zwischen dem magnetoresistiven Sensor und der Symmetrieachse der Spule 3 gezeigt. Dabei ist der Kurvenverlauf einmal ohne Magnetfeldentzerrungselement 8 (Kurve 11) und einmal mit Magnetfeldentzerrungselement 8 (Kurve 12) dargestellt. Für die in der 3 gezeigten simulierten Kurven wurde angenommen, dass der gewählte Messpunkt um 15 mm von der magnetischen Symmetrieachse der Querschiene 5 in x-Richtung abweicht. Die dadurch entstandene Asymmetrie ohne Magnetfeldentzerrungselement 8 ist deutlich in der Kurve 11 erkennbar. Unter Beibehaltung des Messpunkts und durch Überdeckung der Schiene 5 mit einem Magnetfeldentzerrungselement 8 stellt sich, wie anhand von Kurve 12 ersichtlich, wieder die gewünschte Symmetrie ein. Durch die Verwendung eines oder mehrerer Magnetfeldentzerrungselemente 8 kann somit in einfacher Weise die für die Gültigkeit von Gleichung (1) notwendige Symmetrie hergestellt werden.
Die 4a bis 4c zeigen jeweils eine schematische Skizze einer möglichen Anordnung von magnetoresistiven Sensoren 9 eines oder mehrerer Sensorcluster 7 am Unterboden eines Elektrofahrzeugs. Ein Sensorcluster 7 umfasst jeweils drei magnetoresistive Sensoren 9a, 9b und 9c mit einem Magnetfeldentzerrungselement 8 oder mehreren Magnetfeldentzerrungselementen 8a, 8b und 8c. Zur Orientierung sind in den 4a bis 4c zusätzlich die Sekundärspule 6 des Elektrofahrzeugs und die Reifen 15 des Elektrofahrzeugs dargestellt. Auch die Spule 3, d. h. die Primärspule 3a und/oder die Positionierungsspule 3b, über die die Sekundärspule 6 des Elektrofahrzeugs positioniert werden soll, ist dargestellt. Jeder magnetoresistive Sensor 9a, 9b und 9c ist entweder auf einem zugehörigen Magnetfeldentzerrungselement 8a, 8b und 8c montiert (siehe die 4a und 4b) oder mehrere magnetoresistive Sensoren 9, insbesondere die magnetoresistiven Sensoren 9a, 9b und 9c eines Sensorclusters 7, sind auf einem gemeinsamen Magnetfeldentzerrungselement 8 montiert (siehe die 4c).
Es hat sich herausgestellt, dass der Korrekturfaktor C von Gleichung (1) annähernd konstant ist, wenn der Abstand d₁ eines magnetoresistiven Sensors 9 zur Spule 3 größer als der Spulenradius R ist. Um vor allem zum Ende des Positionierungsvorgangs eine hohe Genauigkeit zu erzielen, ist es somit vorteilhaft, die magnetoresistiven Sensoren 9 derart anzuordnen, dass sie am Ende des Positionierungsvorgangs, d. h. wenn das Elektrofahrzeug schon fast in der richtigen Position ist, zu der Spule 3 einen größeren Abstand haben als R. Mit den Anordnungen der 4a bis 4c ist diese Erkenntnis berücksichtigt, d. h. es wird stets die Flussdichteverteilung in der Ferne genutzt. Weiter werden auf diese Weise die Sensoren 9 während des Ladevorgangs nicht durch das starke Magnetfeld der Primärspule beschädigt oder magnetisiert.
In dem Ausführungsbeispiel der 4a ist nur ein Sensorcluster 7, welches die Magnetfeldentzerrungselemente 8a, 8b und 8c, sowie die magnetoresistiven Sensoren 9a, 9b und 9c umfasst, an dem Fahrzeugunterboden angebracht. Die magnetoresistiven Sensoren 9a, 9b und 9c und die jeweils zugehörigen Magnetfeldentzerrungselemente 8a, 8b und 8c sind dabei im Dreieck um die Sekundärspule 6 des Elektrofahrzeugs angeordnet.
In den Ausführungsbeispielen der 4b und 4c sind jeweils zwei Sensorcluster 7 an dem Fahrzeugunterboden angebracht. Mit zwei Sensorclustern lässt sich der Positionierungsbereich vergrößern. Die Sensorcluster 7 werden jeweils in einer Fahrzeughälfte (in Längsrichtung gesehen) im gewünschten Abstand zur Sekundärspule 6 so montiert, dass sich die beiden Sensorcluster 7 nie gleichzeitig über der Spule 3 befinden können. Dadurch ist auch beim Überfahren der Spule 3 immer ein verwertbares Signal vorhanden. Die beiden Abstände der Sensorcluster 7 zur Sekundärspule 6 können unterschiedlich sein. Zu beachten ist jedoch, dass der Abstand nicht zu groß gewählt werden sollte, da ab einem bestimmten Abstand das Signal-Rausch-Verhältnis abnimmt und somit eine zentimetergenaue Feinpositionierung nicht mehr möglich ist.
Während in dem Ausführungsbeispiel der 4b die einzelnen Sensoren 9a, 9b, 9c der Sensorcluster 7 sind auf jeweils zugehörige Magnetfeldentzerrungselemente 8a, 8b, 8c montiert sind und jeweils im Dreieck angeordnet sind, sind in dem Ausführungsbeispiel der 4c die einzelnen Sensoren 9a, 9b, 9c der Sensorcluster 7 jeweils auf einem gemeinsamen Magnetfeldentzerrungselement 8 montiert und jeweils entlang einer Linie angeordnet. Es versteht sich, dass auch in dem Ausführungsbeispiel der 4c die einzelnen Sensoren 9a, 9b, 9c der Sensorcluster 7 auf jeweils zugehörigen Magnetfeldentzerrungselementen 8a, 8b, 8c montiert sein können.
Die Magnetfeldentzerrungselemente 8 und Sensoren 9 müssen nicht in einer Ebene liegen. Sie müssen jedoch parallel zur Ebene der Spule 3 platziert werden, so dass die Sensoren 9 die vertikale Flussdichtekomponente B_z korrekt erfassen können. Bei Beachtung der genannten Montagebedingungen haben Nick- und Wankwinkel des Elektrofahrzeugs einen geringen Einfluss auf die Positionierungsgenauigkeit, da das vertikale Magnetfeld dem Sog der Magnetfeldentzerrungselemente folgt. Auch der Beladungszustand und damit die veränderte Bodenhöhe des Elektrofahrzeugs haben einen schwindend geringen Einfluss auf die Positionierungsgenauigkeit. Der Grund ist, dass sich das Fernfeld auch bei großen Schwankungen der Bodenhöhe kaum ändert. Ein weiterer Vorteil bei der Nutzung des Fernfelds ist, dass es mit einfachen Dipolgleichungen analytisch beschrieben und somit schnell auf einem Steuergerät berechnet werden kann. Der Abstand der Sensoren 9a, 9b, 9c innerhalb eines Sensorclusters 7 kann nach Belieben variiert werden, so dass die Montageorte flexibel gewählt werden können.
Wie bereits angemerkt, stellt die Gleichung (1) ein einfaches Modell dar. Je näher man der Spulenwicklung der Spule 3 kommt, umso gekrümmter ist der Verlauf von B_z entlang der Unterseite eines Magnetfeldentzerrungselements, d. h. der Verlauf stellt keine Ebene mehr dar, und der Korrekturfaktor C nimmt zu. C ist daher in Wirklichkeit eine Funktion vom Abstand eines magnetoresistiven Sensors 9 zur Spule 3.
Der typische Verlauf des Korrekturfaktors C in Abhängigkeit des Abstands d₁ zwischen einem magnetoresistiven Sensor und einer Positionierungsspule ist in der 5 dargestellt. Im Rahmen der Fahrzeugpositionierung genügt es aber, ein konstantes C für alle d₁ so zu wählen, dass die Positionierungsfehler mit zunehmender Annäherung der Spulen vernachlässigbar klein werden. Dazu muss bekannt sein, bei welchem Abstand d₂ zwischen einem Sensor 9 und der Sekundärspule 6 sich das Magnetfeldentzerrungselement 8 am Ende des Positionierungsvorgangs, d. h. bei perfekter Spulenüberlappung, befindet. Die Flussdichteverteilung im Bereich um d₂ herum kann dann mit einem konstanten C rekonstruiert werden. Für größere Spulenabstände sind die Fehler dann etwas höher, aber immer noch akzeptabel, da der Fahrer nur grob in Richtung der Spule 3 finden muss. Je näher er kommt, umso genauer wird die Position. Der Faktor C lässt sich auf diese Weise für jedes d₂ individuell einstellen. Soll jedoch über den gesamten Bereich hohe Genauigkeiten erzielt werden, kann d₂ größer gewählt werden als in den 4a bis 4c dargestellt, da C dort sehr flach ist und somit der gesamte Bereich mit einem einzigen Faktor C rekonstruierbar ist. Diese Variante stellt zugleich die einfachste dar und ist für die Fahrzeugpositionierung daher bevorzugt. Sie ermöglicht eine einfache messtechnische Erfassung der einzelnen Magnetfeldentzerrungselemente 8 bzw. magnetoresistiven Sensoren 9.
Alternativ lässt sich der Verlauf von C(d1) sehr einfach, d. h. mit nur wenigen Messungen, mit Hilfe von kubischen Splines interpolieren. Desweiteren weist B_z in Spulennähe extrem hohe Steigungen auf. Daher können alternativ Geraden statt kubischen Splines zur Approximation von C(d1) verwendet werden wie es in der 6 dargestellt ist. Geraden haben ebenfalls den Vorteil, dass nur wenige Messungen zur Erfassung notwendig sind. Welche Methode verwendet wird, hängt allein von der Anwendung bzw. von der geforderten Positionierungsgenauigkeit ab. Prinzipiell kann je nach Anwendung auch die Flussdichteverteilung B_z für d₁ < R, d. h. der Bereich direkt über der Spule bzw. der Innenbereich, der durch die äußerste Wicklung der Spule begrenzt wird, genutzt werden. In diesem Bereich ist die Rekonstruktion mit sehr hoher Genauigkeit möglich mit einem einzigen konstanten C.
In induktiven Ladesystemen werden in der Regel Flachspulen als Primärspulen, wie in der 1a dargestellt, verwendet. Über dem Spulenzentrum entsteht dabei ein sehr starkes Magnetfeld, wie in der 1b im Bereich von d = 0 ersichtlich. Je schneller sich das Magnetfeld aufbaut bzw. je kürzer die Pulsanstiegszeit ist, desto mehr Strom wird im menschlichen Körper induziert. Im Allgemeinen können die Grenzwerte im ungünstigsten Fall gemäß dem ICNIRP 1998 Standard nicht eingehalten werden, wenn ein großer Positionierungsbereich erzielt werden soll. Verschlechtert wird der Umstand durch Ferritplatten, die zur Feldkonzentration bzw. zur Erhöhung der magnetischen Kopplung unter die Spulen platziert werden. Hierdurch wird das ohnehin starke Magnetfeld über der Spule zusätzlich verstärkt, was sich nachteilig auf Mensch und Tier auswirkt.
Somit wird erfindungsgemäß, wie in der 7 schematisch gezeigt, neben der Primärspule 3a noch eine separate Positionierungsspule 3b zur Erzeugung des magnetischen Positionierungssignals in den Parkplatz einige Zentimeter unter dem Ferrit 13 eingebaut. Auf diese Weise wird das magnetische Feld über dem Spulenzentrum durch den vergrößerten Abstand relativ zur Parkplatzoberfläche stark reduziert, während das Fernfeld annähernd gleich bleibt. Somit bleibt das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) unverändert für weite Distanzen. In Spulennähe verschlechtert sich das SNR dadurch, bleibt jedoch trotzdem hinreichend gut. Weiter kann die Flussführung des Ferrits 13 ausgenutzt werden, was zu einer weiteren Dämpfung des Feldes über dem Spulenzentrum führt. Auch in diesem Fall bleibt das Fernfeld annähernd unberührt. Eine erfindungsgemäße Sendeeinheit 50 umfasst somit in der bevorzugten Ausführungsform der 7 eine Primärspule 3a, eine separate, unterhalb der Primärspule 3a angeordnete Positionierungsspule 3b und ein zwischen der Primärspule 3a und der Positionierungsspule 3b angeordnetes Ferritelement 13.
Zu beachten ist bei der Anwendung in Parkhäusern, dass unter dem Parkplatz nicht geschirmt wird. Der Abstand zu einem Menschen unter dem Parkplatz ein Stockwerk tiefer ist relativ hoch, so dass eine solche Schirmung nicht notwendig ist. Sollten die Decken aber zu niedrig sein, ist ein zweiter Ferrit (in der 7 nicht gezeigt) unter der Positionierungsspule 3b vorzusehen. Das Prinzip bleibt ansonsten gleich.
Ein weiterer wichtiger Sicherheitsaspekt ist die Erhöhung der Anstiegszeiten der Pulse des zur Positionierung des Elektrofahrzeugs erzeugten Magnetfeldes, wodurch entsprechend des Induktionsgesetzes weniger Strom im menschlichen Körper induziert wird. Im Allgemeinen erhöht sich dadurch auch der Abstand der Abtastzeitpunkte. Je nach Positionierungsgeschwindigkeit des Elektrofahrzeugs kann dadurch die Positionierungsgenauigkeit verringert werden. Für größere Entfernungen stellt dies eine optimale Lösung dar, da in diesen Bereichen eine geringere Genauigkeit benötigt wird. Hier geht es eher darum, den Fahrer in die richtige Richtung zu leiten. Bei Annäherung an das Spulenzentrum kann die Leistungselektronik die Anstiegszeiten wieder verringern, wodurch eine höhere Abtastrate und somit eine höhere Positionierungsgenauigkeit ermöglicht wird. Die Anstiegszeiten können mit einer entsprechenden Leistungselektronik während des Positionierens variiert werden. Möglich ist ferner die Verwendung einer konstanten, hohen Pulsanstiegszeit für den gesamten Positionierungsbereich, was zugleich die einfachste Variante darstellt.
Die 8 zeigt den Einfluss der Position einer im Boden installierten Positionierungsspule sowie den Einfluss eines Ferritelements auf den Verlauf der magnetischen Flussdichteverteilung B_z der Positionierungsspule in Abhängigkeit des Abstands r über der Bodenoberfläche. Die Kurve 17 stellt die vertikale magnetische Flussdichteverteilung B_z unmittelbar über einer Spule dar, die eben mit der Parkplatzoberfläche ist (z_coil = 0 m). Liegt nun ein Lebewesen auf der Spule, induzieren die magnetischen Pulse während des Positionierungsvorgangs eine Wirbelstromdichte J in dessen Körper. Je größer die Körperfläche, umso höher J und umso höher die Verletzungsgefahr.
Gemäß 9a wird bei der vorliegenden Konfiguration eine Stromdichte von ca. J = 6 mA/m² induziert, wenn eine runde Körperfläche mit einem Radius von R_K = 0,2 m angenommen wird und der Pulswechsel von –8 A nach +8 A in 10 ms vollzogen ist. Der Verlauf von J in Abhängigkeit vom Körperradius kann anhand des einfachen Körpermodells numerisch mit dem Ohmschen und dem Faradayschen Gesetz hergeleitet werden. Je schneller der Pulswechsel ist, umso größer fällt J aus. Somit sind hohe Anstiegszeiten der Pulse, z. B. 10 ms für einen Anstieg von –8 A bis +8 A, für große Distanzen des Elektrofahrzeugs relativ zur Positionierungsspule bzw. Primärspule bevorzugt. Dabei wird unter einer großen Distanz verstanden, dass das Fahrzeug so weit von der Positionierungsspule bzw. Primärspule entfernt ist, dass sich ein Mensch oder Tier über der Positionierungsspule bzw. Primärspule befinden kann. Wenn das Elektrofahrzeug über der Spule steht, können die Pulsanstiegszeiten wieder verkürzt werden, da dann mit großer Sicherheit kein Lebewesen mehr auf der Spule liegen kann.
Beispielsweise kann die Pulsanstiegszeit immer fest auf 10 ms geregelt werden. Das ist technisch der einfachste Fall. Hierbei wird jedoch der Basisgrenzwert für die induzierte Stromdichte gemäß dem ICNIRP 1998 Standard um das dreifache überschritten, welcher nur 2 mA/m² für die vorliegende Konfiguration beträgt. Je tiefer die Positionierungsspule 3b aber in den Boden versenkt wird, umso stärker sinkt B_z entlang der Parkplatzoberfläche und damit J. Dies ist anhand der Kurven 18 und 19 der 8 ersichtlich, wobei die Positionierungsspule 3b bei der Kurve 18 um 0,1 m und bei der Kurve 19 um 0,2 m tiefer in den Boden versenkt wurde.
Wird nun die Positionierungsspule unter den Ferrit 13 platziert, der zur Ladespule 3a gehört, kann zusätzlich dessen Schirmwirkung ausgenutzt werden. So entsteht die Kurve 20 und es wird deutlich, dass mit dieser Methode B_z entlang der Parkplatzoberfläche um über 80% reduziert werden kann.
Die 9b zeigt die zufriedenstellende Stromdichte J in Abhängigkeit vom Radius R_K der Körperfläche. Die Stromdichte unterschreitet den Basisgrenzwert um ca. 67%. Sogar bei einem Körperradius von 0,26 m bleibt der Basisgrenzwert um ca. 30% unterschritten.
Es stellt sich jedoch die Frage, wie sich die tieferliegende Spule 3b auf das Signal-Rausch-Verhältnis auswirkt, da die Positionierungsspule 3b jetzt viel weiter von den am Unterboden des Fahrzeugs befestigten Sensoren entfernt ist. Es wird im Folgenden von einer typischen Bodenhöhe von z_sensor = 0,125 m ausgegangen.
Die 10 vergleicht das Signal, das die Sensoren „sehen”, wenn die Positionierungsspule 3b eben mit der Parkplatzoberfläche ist (Kurve 22), mit dem Signal, das entsteht, wenn die Positionierungsspule 20 cm unter der Parkplatzoberfläche ist (Kurve 24). Es ist erkenntlich, dass sich das SNR für große Distanzen kaum ändert. Beispielsweise ist bei 3 m Entfernung das Signal gerade mal um 10 nT schwächer geworden. In Spulennähe ist es hingegen sichtbar schwächer geworden. Das Signal entspricht trotzdem mit mehreren μT einem enormen SNR für die magnetoresistiven Sensoren und ist daher mehr als ausreichend.
Das Versenken der Positionierungsspule 3b in den Boden schwächt also das Feld über der Positionierungsspule 3b extrem stark ab, während das Fernfeld annähernd gleich bleibt.
Die 11 zeigt den Einfluss des Ferritelements 13 auf den Verlauf der magnetischen Flussdichte B_z der Positionierungsspule 3b in Abhängigkeit des Abstands eines mangetoresistiven Sensors von der Symmetrieachse der Positionierungsspule 3b. Die Kurve 26 repräsentiert den Verlauf von B_z ohne Ferritelement 13 und die Kurve 28 repräsentiert den Verlauf von B_z mit Ferritelement 13. Aus dem Diagramm wird deutlich, dass es bei der vorliegenden Konfiguration, bis auf eine kleine Streuung, keine nennenswerten Verzerrungen gibt. Die Verzerrung kann umso besser minimiert werden, je weiter die Positionierungsspule 3b über die Ferritenden hinausragt. Alternativ oder zusätzlich kann der verzerrte Bereich umgangen werden, wenn die Sensorcluster 7 entlang der Fahrzeuglängsachse etwas weiter voneinander entfernt werden.
Sofern nicht anders angegeben, wurden für die simulierten Kurven der 8 bis 11 folgende Parameter verwendet: Anzahl n der Windungen der Positionierungsspule: n = 48; Radius R der Positionierungsspule: R = 0,3 m; Radius R_Fe des Ferritelements: R_Fe = 0,25 m; Strom I durch die Positionierungsspule: I = 8 A; Abstand z_sensor des Sensors zum Boden: z_sensor = 0,125 m; Pulsanstiegszeit T: T = 10 ms.
Um bei der Auswertung der Messsignale des von der Positionierungsspule erzeugten Puls- bzw. Rechtecksignals die Abtastzeitpunkte nicht in der Pulsanstiegsphase, sondern in den eingeschwungenen Bereich zu platzieren ist seine Detektion notwendig. Diese bildet einen wichtigen Bestandteil des Sicherheitskonzepts und wird im Folgenden beschrieben.
Werden die Abtastzeitpunkte der Sensoren in den eingeschwungen Bereich des Signals platziert, wird die Messgenauigkeit erhöht. Der Synchronisation liegt folgendes Messprinzip zugrunde: Es sei τ_p die Pulsdauer und τ_a die Pulsanstiegszeit. Ein Messwert B_Mess berechnet sich aus zwei zeitlich aufeinander folgenden Abtastungen, die jeweils in den beiden unterschiedlichen Pulshalbwellen liegen. Im Idealfall wird also zwei Mal betragsmäßig der gleiche Wert gemessen, er unterscheidet sich jedoch im Vorzeichen. Die Messwerte werden über folgende Gleichung verknüpft: B_Mess = 1/2·(B_z,n – B_z,n+1), n = 0, 1, 2,... (3).
B_Mess wird als differentieller Messwert bezeichnet. Dadurch lassen sich statische und niederfrequente Störgrößen eliminieren. Eine weitere Eigenschaft ist, dass auf diese Weise in jedem Zyklus ein Vorzeichenwechsel stattfindet.
Im folgenden wird eine erste mögliche Variante eines Auswertealgorithmus für das von einem magnetoresistiven Sensor gemessene Signal beschrieben:
Das alternierende Vorzeichen im Messwert ermöglicht die Synchronisation zwischen den Abtastzeitpunkten der Sensoren am Elektrofahrzeug und den eingeschwungenen Pulsen des magnetischen Positionierungssignals: Die Software auf der Auswerteeinrichtung bzw. dem Steuergerät kann so implementiert werden, dass der Abstand der Abtastzeitpunkte zwischen zwei definierten Werten wechselt. Einmal ist der Abstand τ_p und dann τ_p – τ_a und dann wieder t_p, und so weiter. Dies bedeutet in Form von Gleichungen: t_2n = τ_p, n = 0, 1, 2, ... (4) t_2n+1 = τ_p – τ_a, n = 0, 1, 2, ... (5)
Auf diese Weise landen nach kurzer Zeit zwei benachbarte Abtastzeitpunkte in einer Pulshalbwelle, wodurch ein fehlender Vorzeichenwechsel sicher erkannt wird. Bei dieser Synchronisationsart ist keine Kommunikation zwischen dem Elektrofahrzeug und dem signalgebenden System, d. h. der Sendeeinheit im Parkplatz notwendig.
Im Folgenden wird anhand der 12 bis 16c eine zweite Variante eines Auswertealgorithmus für das von einem magnetoresistiven Sensor gemessene Signal gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben:
Pulssignale eignen sich sehr gut zum Filtern von statischen und niederfrequenten Störgrößen. Hierbei werden die Messwerte zweier benachbarter Pulshalbwellen über die Gleichung (3) miteinander in Beziehung gesetzt. Grundsätzlich gilt, dass je höher die Abtastfrequenz ist, umso besser ist auch das Messergebnis. Somit ist es sinnvoll, ein Pulssignal zu erzeugen, dessen Frequenz der Abtastrate der Sensoren entspricht. Das Problem hierbei ist jedoch, dass die Positionierungsspulen eine gewisse Einschwingdauer haben und der Abtastzeitpunkt ein oder mehrerer Sensoren genau in diesem transienten Zeitinterfall liegt, was zu Messfehlern führt. Daher ist es bei einem solchen Vorgehen notwendig, dass der Abtastzeitpunkt der Sensoren mit dem stationären Zeitintervall des Signals synchronisiert wird. Dies zieht einen erheblichen Kommunikationsaufwand nach sich. So wird z. B. für die Fahrzeugpositionierung eine drahtlose Verbindung mit hinreichender Bandbreite benötigt. Zudem kann der Positionierungsbereich eingeschränkt sein, wenn das Drahtlossignal schwach ist.
In der vorliegenden Erfindung wird ein anderer Ansatz verfolgt. Es wird ein Pulssignal mit einer niedrigen Frequenz erzeugt, das von den Sensoren überabgetastet wird. Ein Algorithmus kann nun zyklisch die Abtastwerte des stationären Zeitintervalls finden.
Um das gemessene Signal auszuwerten, werden zuerst die Pulsflanken detektiert. Kennt man Puls- und Abtastfrequenz, weiß man wie viele Abtastungen m in einer Pulsperiode auftreten. Zur Analyse des Signals genügt es, die letzten m Abtastwerte in einem FILO-Puffer (FILO = First In – Last Out) zu speichern. Bei dem FILO-Prinzip wird der erste bzw. neue Wert des nächsten Abtastzyklus im FILO-Puffer abgelegt und der letzte bzw. älteste Wert wird aus dem FILO-Puffer entfernt.
Da das Signal eine periodische Funktion f mit Periodendauer T ist, gilt für ein rauschfreies Signal: f(m) = –f(m + p / 2) (6).
Hierbei bezeichnet p die Puffergröße, d. h. die Anzahl der ablegbaren Werte im FILO-Puffer. Beispielsweise kann p = 16 sein. Es ist aber auch möglich, dass p eine beliebige andere konstante Zahl darstellt. Der Index bzw. die Variable m kann ganzzahlige Werte von 1 bis p annehmen.
Mit Gleichung (6) lässt sich nun zuverlässig der Mittelwert des Pulssignals berechnen: f = f(m) + f(m + p/2) / 2 (7)
Dieser ist von Null verschieden, da dem Signal im Allgemeinen Messrauschen überlagert ist. Als nächstes können die Pulsflanken gefunden werden, indem über den FILO iteriert und alle benachbarten Messwerte miteinander verglichen werden. Eine Flanke ist gefunden, wenn folgende Bedingung gilt: f(m) < f < f(m + 1) v f(m + 1) < f < f(m) (8).
Es genügt hierbei von m bis m + p/2 bzw. nur über die aktuelle Pulshalbwelle zu iterieren. Die zweite Pulsflanke kann anschließend auf eine Stelle genau rechnerisch ermittelt werden. Die Genauigkeit ist ausreichend, da sich der Algorithmus so oder so die besten Werte heraussucht. Insbesondere wenn sich der Sensor bewegt, ist das der bessere Ansatz, da sich der Mittelwert für die zweite Pulshalbwelle ändert und somit die Detektion der zweiten Pulsflanke fehlerhaft wäre.
Nun weiß man, dass mit fortlaufender Zeit (größer werdende m) die stationären Messwerte zeitlich gesehen direkt vor den Pulsflanken liegen müssen. Diese können nun zur Berechnung des differentiellen Messwerts gemäß Gleichung (3) herangezogen werden.
In der 12 ist ein beispielhaftes magnetisches Pulssignal bzw. Rechtecksignal, welches in 1 m Entfernung zum Zentrum einer Positionierungsspule mittels eines magnetoresistiven Sensors gemessen wurde, in einem Diagramm dargestellt. Das Diagramm zeigt die z-Komponente der magnetischen Flussdichte B_z in Abhängigkeit der Messzeit t, wobei die einzelnen Messpunkte jeweils mit einem Kreis gekennzeichnet sind.
Die 13a und 13b demonstrieren, wie der Algorithmus arbeitet. Der FILO-Puffer ist jeweils durch zwei senkrechte Linien in den Diagrammen dargestellt. Die Werte zwischen den senkrechten Linien stellen den aktuellen Inhalt des Puffers dar. Der erste Wert links von der rechten senkrechten Linie ist der neueste bzw. aktuellste Messwert und sei eben in den FILO-Puffer aufgenommen worden. Der Wert links von der linken senkrechten Linie ist der älteste Messwert und sei eben aus dem FILO-Puffer entfernt worden.
Die 13a zeigt die stationären Messwerte, die der Algorithmus für die positive Pulshalbwelle (entsprechende Messwerte sind durch Quadrate dargestellt) und negative Pulshalbwelle (entsprechende Messwerte sind durch fett gedruckte Kreise dargestellt) gefunden hat. Im nächsten Schritt werden die beiden unähnlichsten Messwerte (entsprechende Messwerte sind durch Kreise mit Sternen dargestellt) entfernt.
Die beschriebene Auswertung der Messwerte funktioniert auch für ein schwaches Signal sehr gut, was anhand von 14 demonstriert ist. Die 14 zeigt das magnetische Pulssignal in 3 m Entfernung vom Zentrum der Positionierungsspule.
Die 15a und 15b zeigen dass der Algorithmus auch mit einem bewegten Sensor sehr gut funktioniert, wobei in dem gezeigten Beispiel die Geschwindigkeit des Sensors ca. 1 m/s beträgt.
Bei der Bewegung bleiben jedoch aufgrund der niedrigen Pulsfrequenz die Punkte zwischen den Pulshalbwellen ungenutzt. Der Algorithmus detektiert in diesem Fall aber automatisch die Bewegung des Sensors anhand des Gradienten der gefundenen Messwerte. Hierbei berechnet er dann aus den gefundenen Messwerten eine Regressionsgerade, wie es in den 16a bis 16b dargestellt ist. Mit dieser Regressionsgerade prognostiziert der Algorithmus zyklisch für die aktuell reinkommende Pulshalbwelle die Messwerte, die eine entgegengesetzte Pulshalbwelle zu diesem Zeitpunkt hätte. Die prognostizierten Messwerte sind in den 16a bis 16c jeweils durch Pfeile markiert. Mit anderen Worten wird für die aktuelle, in den FILO-Puffer hereinkommende Pulshalbwelle eine virtuelle, entgegengesetzte Pulshalbwelle berechnet.
Auf diese Weise lassen sich trotz niedriger Pulsfrequenz in jedem Abtastzyklus sinnvolle Messwerte berechnen, wodurch die Positionsbestimmung während der Bewegung genauer und flüssiger, z. B. dargestellt auf einem Display, wird.
Bezugszeichenliste

1: Endlich ausgedehnter Quader
2: Symmetrieachse
3: Spule
3a: Primärspule
3b: Positionierungsspule
5: Querschiene
6: Sekundärspule
7: Sensorcluster
8: Magnetfeldentzerrungselement
8a: Magnetfeldentzerrungselement
8b: Magnetfeldentzerrungselement
8c: Magnetfeldentzerrungselement
9: magnetoresistiver Sensor
9a: magnetoresistiver Sensor
9b: magnetoresistiver Sensor
9c: magnetoresistiver Sensor
11: Kurve ohne Magnetfeldentzerrungselement
12: Kurve mit Magnetfeldentzerrungselement
13: Ferrit/Ferritelement
15: Reifen
17: Messkurve
18: Messkurve
19: Messkurve
20: Messkurve
22: Messkurve
24: Messkurve
26: Messkurve
28: Messkurve
50: Sendeeinheit
100: Elektrofahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

D. Martinovic et al.: „Electric Vehicle Positioning for Inductive Charging Purposes Using Magnetic Field Distortion Elimination in High-Permeability Environments”, IEEE Transactions on Magnetics, Dresden, Germany, Mai 2014 [0007]
ICNIRP 1998 [0011]
ICNIRP 1998 Standard [0105]
ICNIRP 1998 Standard [0111]

Claims

Empfangseinheit zur Detektion und Auswertung eines von einer Sendeeinheit (50) erzeugten Magnetfeldes, um ein Elektrofahrzeug (100) über eine im Boden eines Parkplatzes installierte Positionierungsspule (3b) einer Sendeeinheit (50) zu positionieren, wobei die Empfangseinheit umfasst: – zumindest ein Sensorcluster (7) mit zumindest drei magnetoresistiven Sensoren (9a, 9b, 9c), wobei jeder magnetoresistive Sensor ausgelegt ist, Messwerte des Magnetfeldes zu erfassen, – eine Auswerteeinrichtung, welche ausgelegt ist, für die von jedem magnetoresistiven Sensor (9a, 9b, 9c) erfassten Messwerte mit Hilfe eines für den jeweiligen magnetoresistiven Sensor (9a, 9b, 9c) ermittelbaren oder bekannten Korrekturfaktors korrigierte Messwerte zu berechnen und auf Basis der korrigierten Messwerte die Position der Positionierungsspule (3b) relativ zu dem zumindest einen Sensorcluster (7) zu bestimmen, wobei das zumindest eine Sensorcluster (7) zumindest ein Magnetfeldentzerrungselement (8) umfasst, an welchem einer oder mehrere der magnetoresistiven Sensoren (9a, 9b, 9c) montiert werden kann.
Empfangseinheit nach Anspruch 1, wobei jeder magnetoresistive Sensor (9a, 9b, 9c) an einem zugehörigen Magnetfeldentzerrungselement (8a, 8b, 8c) montiert ist.
Empfangseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zumindest eine Magnetfeldentzerrungselement (8) teilweise oder vollständig aus Ferrit gebildet ist.
Empfangseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die magnetoresistiven Sensoren (9a, 9b, 9c) des zumindest einen Sensorclusters (7) im Dreieck angeordnet sind, oder wobei die magnetoresistiven Sensoren (9a, 9b, 9c) des zumindest einen Sensorclusters (7) entlang einer Linie angeordnet sind.
Empfangseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Empfangseinheit geeignet ist, die Position der Positionierungsspule (3b) relativ zu einer zweiten Spule (6) zu ermitteln, wobei das zumindest eine Sensorcluster (7) in einem montierten Zustand derart in der Umgebung der zweiten Spule (6) angeordnet ist, dass jeder magnetoresistive Sensor (9a, 9b, 9c) eine definierte Position relativ zur Symmetrieachse der zweiten Spule (6) aufweist, und wobei die Auswerteeinrichtung ausgelegt ist, auf Basis der korrigierten Messwerte und der Positionen der magnetoresistiven Sensoren (9a, 9b, 9c) relativ zur Symmetrieachse der zweiten Spule (6) die momentane Position der zweiten Spule (6) relativ zur Positionierungsspule (3b) zu bestimmen.
Empfangseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung ausgelegt ist, den Korrekturfaktor mit Hilfe einer Kalibrationsmessung zu ermitteln.
Empfangseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Korrekturfaktor konstant ist, oder wobei der Korrekturfaktor eine vom Abstand des jeweiligen magnetoresistiven Sensors (9a, 9b, 9c) zur Symmetrieachse der Positionierungsspule (3b) abhängige Größe ist.
Empfangseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung zumindest einen FILO-Puffer umfasst, in dem zumindest ein Teil der von den magnetoresistiven Sensoren (9a, 9b, 9c) erfassten Messwerte abgelegt werden können.
Empfangseinheit nach Anspruch 8, wobei die Auswerteeinrichtung ausgelegt ist, anhand der im FILO-Puffer abgelegten Messwerte mittels Iteration Pulsflanken des von der Sendeeinheit (50) erzeugten Magnetfeldes zu detektieren.
Sendeeinheit (50) zum Bereitstellen eines Magnetfeldes, welches zur exakten Positionierung eines Elektrofahrzeugs (100) dient, wobei die Sendeeinheit (50) umfasst: – eine Primärspule (3a) zum induktiven Übertragen von Energie auf eine Sekundärspule (6) des Elektrofahrzeugs (100), – eine Positionierungsspule (3b) zum Erzeugen eines Magnetfeldes mit einer zur Symmetrieachse der Positionierungsspule (3b) im Wesentlichen rotationssymmetrischen Flussdichteverteilung in Luft, wobei die Positionierungsspule (3b) unterhalb der Primärspule (3a) derart angeordnet ist, dass die Symmetrieachse der Primärspule (3a) mit der Symmetrieachse der Positionierungsspule (3b) zusammenfällt.
Sendeeinheit (50) nach Anspruch 10, wobei zwischen der Primärspule (3a) und der Positionierungsspule (3b) ein Ferritelement (13) angeordnet ist.
Positioniersystem zur Positionierung eines Elektrofahrzeugs (100), umfassend: – eine Empfangseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, und – eine Sendeeinheit (50) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9.
Elektrofahrzeug (100) umfassend: – eine Sekundärspule (6) zum induktiven Laden eines Energiespeichers des Elektrofahrzeugs (100) mittels einer im Boden eines Parkplatzes installierten Primärspule (3a); – eine Empfangseinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das zumindest eine Sensorcluster (7) derart in der Umgebung der Sekundärspule (6) angeordnet ist, dass jeder magnetoresistive Sensor (9a, 9b, 9c) eine definierte Position relativ zur Symmetrieachse der Sekundärspule (6) aufweist, und wobei die Auswerteeinrichtung ausgelegt ist, auf Basis der korrigierten Messwerte und der Positionen der magnetoresistiven Sensoren (9a, 9b, 9c) relativ zur Symmetrieachse der Sekundärspule (6) die momentane Position der Sekundärspule (6) relativ zur Positionierungsspule (3b) zu bestimmen.
Elektrofahrzeug (100) nach Anspruch 13, wobei die magnetoresistiven Sensoren (9a, 9b, 9c) zusammen mit dem zumindest einen Magnetfeldentzerrungselement (8) am Unterboden des Elektrofahrzeugs (100) derart montiert sind, dass sich das zumindest eine Magnetfeldentzerrungselement (8) zwischen dem Elektrofahrzeug (100) und den magnetoresistiven Sensoren (9a, 9b, 9c) befindet.
Elektrofahrzeug (100) nach Anspruch 13 oder 14, wobei das zumindest eine Sensorcluster (7) in Längs- und Querrichtung des Elektrofahrzeugs von der Sekundärspule (6) beabstandet ist.
Elektrofahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Empfangseinheit zwei Sensorcluster (7) umfasst, welche derart angeordnet sind, dass sich die Sekundärspule (6) des Elektrofahrzeugs zwischen den beiden Sensorclustern (7) befindet.