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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um ein Kraftfahrzeug in eine Ladeposition zu führen oder zu leiten. Die Ladeposition muss das Kraftfahrzeug an einer induktiven Ladestation einnehmen, um Energie aus der Ladestation zu empfangen. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug oder ein Hybridfahrzeug handeln. Zu der Erfindung gehört auch eine Steuervorrichtung, mittels welcher das Verfahren in einem Kraftfahrzeug durchgeführt werden kann. Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
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Um ein induktiv ladefähiges Kraftfahrzeug laden zu können, muss das Kraftfahrzeug einen entsprechenden Parkplatz aufsuchen, der eine solche Ladeoption bietet, beispielsweise in Form einer Sendespule im Boden. Da zwischen der Sendespule der Ladestation und der Empfangsspule des Kraftfahrzeugs ein Magnetfeld aufgespannt wird, das in Abhängigkeit von der zu übertragenden elektrischen Leistung sehr groß sein kann, ist es wichtig, einen Austritt des Feldes zwischen den Spulen zu vermeiden, da ansonsten eine Abstrahlung des magnetischen Feldes in die Umgebung erfolgt und hierdurch beispielsweise durch Induktionsströme Verlustleistung in andere elektrisch leitfähige Gegenstände induziert wird. Auch zwecks Aufrechterhaltung der Ladeleistungsfähigkeit und im Sinne eines guten Wirkungsgrades ist eine möglichst exakte Positionierung von Bedeutung.
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Um das unerwünschte Abstrahlen eines magnetischen Feldes zu minimieren, ist eine exakte Positionierung der Empfangsspule an der Sendespule notwendig. Je versetzter die beiden Spulen übereinander liegen, desto verlustreicher ist die Energieübertragung, d.h. der Kopplungsfaktor zwischen den beiden Spulen sinkt und damit auch der Wirkungsgrad. In gleichem Maße nehmen die unerwünschten Streufelder zu.
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Entsprechend ist ein genaues Positionierungssystem für das Kraftfahrzeug nötig. Eine optische Lokalisierung der Sendespule erweist sich insofern als unzuverlässig, als dass die Ladestation häufig im Freien bereitgestellt ist und somit die optische Erscheinung der Ladestation durch Umwelteinflüsse verändert werden kann, beispielsweise durch Schneefall oder Herbstlaub. Zudem kann die Bodenplatte mit der Sendespule dem Erscheinungsbild des Parkraums angepasst sein (gleiche Oberflächenbeschaffenheit) und somit von einem Kamerasystem nicht vom Untergrund unterschieden werden.
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Des Weiteren ist es technisch sehr aufwendig, ein Ortungssystem bereitzustellen, mittels welchem die Sendespule aus einer ausreichend großen Entfernung vom Kraftfahrzeug aus detektiert und dann auch noch nach Erreichen der Sendespule mit der nötigen Ortsauflösung oder Detektionsgenauigkeit angepeilt werden kann. Dies erfordert nämlich zum einen eine große Ortungsreichweite und zum anderen eine genaue oder große Ortsauflösung. Dies mit einer einzigen Ortungseinrichtung bereitzustellen, ist technisch sehr aufwändig. Des Weiteren funktionieren viele Ortungssysteme, wie beispielsweise das GPS (Global Positioning System), nicht in Parkhäusern und Garagen.
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Aus
DE 10 2015 216 899 A1 ist ein Verfahren zum Leiten eines Kraftfahrzeugs in eine Ladeposition an einer induktiven Ladestation bekannt, wobei eine Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs bei einer Annäherung an die Ladeposition eine relative Lage des Kraftfahrzeugs bezüglich der Ladeposition zumindest bis zu einem ersten Abstand zur Ladestation mittels einer ersten Ortungseinrichtung und ab einem zweiten Abstand zur Ladestation bis zur Ladeposition hin mittels einer zweiten Ortungseinrichtung ermittelt.
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Aus
DE 10 2014 213 195 A1 ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines induktiven Ladesystems für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine ortsfeste Primäreinheit einer Ladestation und eine dem Kraftfahrzeug zugeordnete Sekundäreinheit sowie Mittel zum Positionieren des Kraftfahrzeugs mit der Sekundäreinheit zu der Primäreinheit. Die Mittel weisen wenigstens einen Ultrabreitbandsensor auf.
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Aus der
US 2012/0262002 A1 ist zum Positionieren eines Kraftfahrzeugs bezüglich einer Bodenspule einer Ladestation eine Detektionseinrichtung bekannt, die auf einer magnetischen Einmessung der Bodenspule beruht. Die Reichweite dieser Ortungseinrichtung ist allerdings auf wenige Zentimeter begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum induktiven Aufladen eines Kraftfahrzeug an einer Ladestation dieses in eine dazu vorgesehene, vorbestimmte Ladeposition zu leiten oder führen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Leiten des Kraftfahrzeugs in die Ladeposition an der induktiven Ladestation bereit. Das Verfahren kann durch eine Steuervorrichtung durchgeführt werden, die im Kraftfahrzeug bereitgestellt werden kann.
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Bei Annäherung an die Ladestation wird eine relative Lage des Kraftfahrzeugs bezüglich der Ladestation mittels einer ersten Ortungseinrichtung ermittelt. Die erste Ortungseinrichtung wird dabei zumindest bis zu einem ersten Abstand zur Ladestation genutzt. Mit anderen Worten kann mittels der ersten Ortungseinrichtung das Kraftfahrzeug beispielsweise bis zum ersten Abstand, z.B. bis auf 1 m, an die Ladeposition herangeführt werden. Ab einem zweiten Abstand zur Ladestation wird schließlich bis zum Erreichen der Ladeposition die relative Lage mittels einer zweiten Ortungseinrichtung ermittelt. Die beiden Ortungseinrichtungen unterscheiden sich z.B. dadurch, dass die erste Ortungseinrichtung eine andere Ortungsreichweite und/oder eine andere Ortungsgenauigkeit und/oder ein anderes Messprinzip (andere Ortungstechnologie) als die zweite Ortungseinrichtung aufweist. Mit der ersten Ortungseinrichtung kann die relative Lage beispielsweise aus einer größeren Entfernung ermittelt und somit das Kraftfahrzeug zumindest bis zum ersten Abstand herangeführt oder geleitet werden. Ab dem zweiten Abstand wird dann die zweite Ortungseinrichtung bis zum Erreichen der Ladeposition genutzt. Ein weiterer Unterschied der beiden Ortungseinrichtungen kann auch darin bestehen, dass die erste Ortungseinrichtung eine geringere Ortsauflösung oder Distanzauflösung als die zweite Ortungseinrichtung aufweisen kann. Mit anderen Worten ist dann die Ortung mittels der ersten Ortungseinrichtung gröber oder ungenauer oder mit einer größeren Varianz behaftet als diejenige der zweiten Ortungseinrichtung.
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Zu beachten ist hierbei, dass der erste Abstand und der zweite Abstand gleich sein können oder unterschiedlich. Ist der erste Abstand kleiner als der zweite Abstand, so ergibt sich ein Überschneidungsbereich, in welchem sowohl die erste Ortungseinrichtung als auch die zweite Ortungseinrichtung genutzt werden können. Ist der erste Abstand dagegen größer als der zweite Abstand, so ergibt sich eine Detektionslücke innerhalb welcher das Kraftfahrzeug ohne die zweite Ortungseinrichtung geleitet werden muss. Der erste Abstand kann auch 0 betragen, d.h. die erste Ortungseinrichtung kann auch durchgehend oder dauerhaft genutzt werden.
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Um nun die beiden Ortungseinrichtungen miteinander verknüpfen zu können, wird zumindest in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand die relative Lage des Kraftfahrzeugs bezüglich der Ladeposition mittels einer Odometrieeinrichtung aus einer Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs geschätzt. Der Übergangsbereich kann also der besagte Überschneidungsbereich (erster Abstand kleiner als zweiter Abstand) oder die Ortungslücke (erster Abstand größer als zweiter Abstand) sein. Mittels der Odometrieeinrichtung lassen sich die beiden Ortungseinrichtung miteinander koordinieren, sodass eine durchgängige Führung oder ein durchgängiges Leiten des Kraftfahrzeugs möglich ist, wobei in einer Entfernung begonnen werden kann, die größer als der erste Abstand ist. Ein Leitsignal kann somit durchgängig bis hin zur Ladeposition bereitstellt werden. Die Odometrieeinrichtung kann also zeitgleich mit zumindest einer der beiden Ortungseinrichtungen betrieben und ihr Betrieb mit diesen gekoppelt werden, wie weiter unten noch beschrieben wird.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass unterschiedliche Ortungstechnologien in Form der ersten Ortungseinrichtung und der zweiten Ortungseinrichtung miteinander kombiniert werden können, um hierdurch das Kraftfahrzeug aus einer Reichweite größer als der erste Abstand bis hin in die Ladeposition zu leiten, ohne dass hierzu eine einzige, technisch aufwendige Ortungseinrichtung bereitgestellt werden muss.
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Die Erfindung umfasst auch optionale technische Merkmale, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Um eine Reichweite des Verfahrens größer als 3 m zu erhalten, ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Ortungseinrichtung die besagte relative Lage funkbasiert ermittelt. Dies ist unabhängig von Witterungseinflüssen, die z.B. ein optisches Erscheinungsbild der Ladestation verändern könnten, also beispielsweise unabhängig von Regen oder Schnee oder Laubfall.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform dieser funkbasierten Ortung sieht vor, dass die erste Ortungseinrichtung mittels zweier Sendeeinheiten jeweils ein Funksignal mit einer vorbestimmten Sendefeldstärke aussendet. Ein Abstand dieser beiden Sendeeinheiten zueinander ist bevorzugt größer als 50 cm, insbesondere größer als 1 m. Beispielsweise können die Sendeeinheiten an einer jeweiligen Ecke einer Fahrzeugfront, beispielsweise im Bereich eines jeweiligen Frontscheinwerfers, angeordnet sein. Jedes Funksignal wird jeweils von einer der Sendeeinheiten ausgesendet. Jedes Funksignal wird von einem Messempfänger der Ladestation empfangen, der eine vorbestimmte relative Lage zur Ladeposition aufweist. Der Messempfänger sendet die gemessenen Werte an die Steuervorrichtung aus. Die Steuervorrichtung empfängt aus dem Messempfänger den jeweiligen Wert der Empfangsfeldstärke der Funksignale. Da die Sendefeldstärke bekannt ist und durch den Messempfänger der Wert der Empfangsfeldstärke mitgeteilt wurde, kann durch die Steuervorrichtung ein Abstand des Messempfängers zur jeweiligen Sendeeinheiten anhand der Änderung der Feldstärke ermittelt werden. In Abhängigkeit von den empfangenen Werten kann somit insgesamt anhand einer Trilateration der Messempfänger geortet werden. Da die Relativlage des Messempfängers bezüglich der Ladeposition ebenfalls bekannt ist, kann hierdurch auch die besagte relative Lage des Kraftfahrzeugs bezüglich der Ladeposition ermittelt werden. Mittels einer solchen Ortung kann die Ladeposition mit einer Ortsauflösung oder Ortungsgenauigkeit geortet werden, die in einem Bereich von 1 cm bis 30 cm liegen kann - und das über ein Entfernung von mehr als 3 m, beispielsweise 5 m. Die besagte Ortungsgenauigkeit ist aber in der Regel nicht ausreichend oder nicht unter allen Umständen (z.B. zur Vermeidung externer Störungen) sicher genug, um eine Empfangsspule eines Kraftfahrzeugs mit einem ausreichend großen Kopplungsgrad oder Kopplungsfaktor an einer Sendespule der Ladestation anzuordnen.
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Die zweite Ortungseinrichtung nutzt deshalb bevorzugt eine Messung größerer Ortungsgenauigkeit. Diese Messung ermittelt genau diesen Kopplungsgrad oder Kopplungsfaktor der induktiven Kopplung, um diesen somit besonders genau einstellen zu können. Die zweite Ortungseinrichtung erzeugt somit ein Messsignal oder Kopplungssignal, das von dem Kopplungsfaktor zwischen der Empfangsspule des Kraftfahrzeugs und der Sendespule der Ladestation abhängig ist. Das Kopplungssignal kann beispielsweise ermittelt werden, indem ein Wechselstrom in einer der Spulen erzeugt und eine durch diesen erzeugte Induktionsspannung in der anderen Spule erfasst wird. Es kann hier eine Auswertung eines absoluten Werts der Induktionsspannung oder auch nur eine relative Änderung derselben ermittelt werden. Die Auswertung des absoluten Werts setzt eine bekannte Sendeleistung der Spule mit dem eingeprägten Wechselstrom voraus. Das Auswerten der relativen Änderung kann in einem iterativen Verfahren so lange durchgeführt werden, bis ein vorbestimmtes Optimierungskriterium erreicht ist. Insgesamt wird hierbei während der Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs anhand eines Gradienten des Kopplungssignals die relative Lage ermittelt. Der Gradient zeigt hierbei an, in welche Richtung das Kraftfahrzeug bewegt werden muss, um den Kopplungsfaktor zu vergrößern. Die zweite Ortungseinrichtung kann hierdurch eine Ortungsgenauigkeit in einem Bereich von 0,5 cm bis 5 cm aufweisen.
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Mittels der zwischengeschalteten Odometrieeinrichtung kann eine relative Lageänderung des Kraftfahrzeugs erkannt werden, die sich durch die Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs ergibt. Die Odometrieeinrichtung kann hierbei Drehlagesensoren von Rädern des Kraftfahrzeugs und/oder einen Lenkradwinkel des Kraftfahrzeugs und/oder einen Drehlagegeber einer elektrischen Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug angetrieben wird, und/oder zumindest einen weiteren Fahrzeugsensor (z.B. Gierratensensor) auslesen. Damit die Odometrieeinrichtung die ermittelte Eigenbewegung überhaupt dafür nutzen kann, das Kraftfahrzeug näher an die Ladeposition heranzuführen, muss die Odometrieeinrichtung noch in Bezug auf eine Ausgangsposition oder Anfangsposition konfiguriert oder initialisiert werden. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass vor Erreichen des ersten Abstands, während also noch die erste Ortungseinrichtung genutzt wird, eine von der ersten Ortungseinrichtung ermittelte relative Lage der Ladeposition als initiale Schätzung von der Odometrie- einrichtung übernommen wird. Die Odometrieeinrichtung führt also das Ermitteln der relativen Lage oder das Aktualisieren der relativen Lage dort weiter, wo die erste Detektionseinrichtung aufhört.
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Bis zum Erreichen oder zumindest vor Erreichen des ersten Abstands kann auch ein Zusammenspiel oder ein Zusammenwirken der ersten Ortungseinrichtung mit der Odometrieeinrichtung dazu genutzt werden, Störungen bei der Ortung zu kompensieren. So kann vorgesehen sein, eine von der ersten Ortungseinrichtung ermittelte Änderung der relativen Lage mittels der Odometrieeinrichtung anhand der ermittelten Eigenbewegung auf ein vorbestimmtes Plausibilitätskriteriums zu überprüfen. Kommt es beispielsweise zu einer sprunghaften oder stufenförmigen Änderung der geschätzten relativen Lage in der ersten Ortungseinrichtung, während durch die Odometrieeinrichtung keine korrespondierende Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs erkannt wurde, so ist davon auszugehen, dass die ersten Ortungseinrichtung beispielsweise beim Funkempfang gestört wurde. Dann kann diese gestörte Schätzung oder Ortung der relativen Lage in der ersten Ortungseinrichtung verworfen oder gelöscht werden. Genauso kann andersherum beispielsweise bei einem Durchrutschen eines Rades die Odometrieeinrichtung eine vermeintliche Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs detektieren, die nicht stattgefunden hat. Dies kann anhand der ersten Ortungseinrichtung verifiziert oder erkannt werden. Das Plausibilitätskriterium kann beispielsweise besagen, dass beide Einrichtungen (Ortung und Odometrie) jeweils eine Änderung der relativen Lage ermitteln müssen, die sich höchstens um einen vorbestimmten Abstandswert, beispielsweise in einem Bereich von 1 cm bis 30 cm, verändern darf. Ansonsten kann z.B. die Schätzung mit der kleineren Wertänderung und/oder der geringsten Richtungsänderung verwendet werden.
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Wie bereits ausgeführt, kann die zweite Ortungseinrichtung eine Ortungsgenauigkeit in einem Bereich von 0,5 cm bis 5 cm aufweisen. Verlässt man sich hierbei beispielsweise auf eine Detektion des Spulenfeldes der Sendespule, so kann sich hierbei der Nachteil ergeben, dass zwar ein Abstand von der Ladeposition bekannt ist, aber die Richtung, in der sie sich befindet. Als eine „relative Lage“ können also zum einen eine Kombination aus einer Abstandsangabe und einer Richtungsangabe oder es kann auch beispielsweise nur eine Abstandsangabe oder nur eine Richtungsangabe ermittelt werden.
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Beim Ermitteln des Kopplungsfaktors wird z.B. lediglich der relative Abstand ermittelt, ohne dass bekannt ist, in welche Richtung das Kraftfahrzeug bewegt werden muss, damit dieser Abstand verringert werden kann. Es kann anhand des Gradienten nur entlang der bisher gefahrenen Fahrlinie entschieden werden, ob vorwärts oder rückwärts gefahren werden muss. Deshalb ist bevorzugt vorgesehen, dass nach Unterschreiten des zweiten Abstands die zweite Ortungseinrichtung zwar eine Entfernung zur Ladeposition ermittelt oder den besagten Kopplungsfaktor und dann aber für eine räumliche Orientierung die Richtung zur Ladeposition mittels der Odometrieeinrichtung ermittelt wird. Beispielsweise kann mittels der Odometrieeinrichtung das Kraftfahrzeug in unterschiedliche, insbesondere entgegengesetzte und/oder senkrechte Richtungen geführt oder geleitet werden und dann jeweils mittels der zweiten Ortungseinrichtung überprüft werden, wie sich der Kopplungsfaktor verändert und hierdurch somit der Gradient nicht nur entlang der Fahrlinie, sondern in einer horizontalen X-Y-Ebene ermittelt werden. Genauso kann auch die Entfernung zur Ladeposition nicht nur entlang der Fahrlinie, sondern durch Verändern der Position des Kraftfahrzeugs in X-Richtung und Y-Richtung ermittelt und hierdurch die Entfernung zur Ladeposition minimiert werden.
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Ein funkbasiertes Verfahren zur Ortung, wie es im Zusammenhang mit der ersten Ortungseinrichtung beschrieben wurde, kann dennoch eine Reichweite in einem Bereich von weniger als 10 m aufweisen. Um die Reichweite noch weiter zu vergrößern, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass durch die Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs die Präsenz oder das Vorhandensein der Ladestation anhand eines Funksignals eines fahrzeugexternen Senders ermittelt wird. Beispielsweise kann in der Nähe der Ladestation ein WiFi-Sender (WiFi - Wireless Fidelity) oder WLAN-Sender (WLAN-Wireless Local Area Network) das Funksignal aussenden. Das Kraftfahrzeug kann dann eine WLAN-Funkeinheit (Sende/Empfangseinheit) oder ein entsprechendes WLAN-Funkmodul zum Empfangen des Funksignals aufweisen. Mittels des Funksignals kann die Präsenz oder das Vorhandensein einer Ladestation durch den Sender signalisiert werden.
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Somit steht in dem Kraftfahrzeug die Information bereit, dass die Ladestation in der Nähe vorhanden ist. Über das Funksignal kann dann auch beispielsweise eine absolute Geoposition der Ladestation mitgeteilt werden. Eine solche Geoposition kann beispielsweise durch Geokoordinaten beschrieben sein. Mittels eines Empfängers eines Positionssignals eines GNSS (Global Navigation Satellite System), beispielsweise des GPS (Global Positioning System) kann dann diese Geoposition mit einer Genauigkeit in einem Bereich von weniger als 12 m durch das Kraftfahrzeug angefahren werden. Ist die Entfernung zur Ladeposition dann derart gering, dass die erste Ortungseinrichtung genutzt werden kann, so kann dann in der beschriebenen Weise das Kraftfahrzeug bis in die Ladeposition geleitet werden.
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Anstelle der Geoposition oder zusätzlich kann in dem Kraftfahrzeug anhand des Funksignals auch der Sender selbst geortet oder angepeilt werden, also der WiFi-Sender oder WLAN-Sender. Ortungsverfahren hierzu sind aus dem Stand der Technik bekannt. Das Kraftfahrzeug kann dann zunächst in die Richtung zu dem Sender geleitet werden, bis die erste Ortungseinrichtung erstmals die relative Lage der Ladestation ermittelt. Dann kann in Richtung der Ladeposition fortgesetzt werden.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren in einem Kraftfahrzeug durchzuführen, ist durch die Erfindung eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die mit der ersten Ortungseinrichtung und der zweiten Ortungseinrichtung und der Odometrieeinrichtung gekoppelt werden kann. Die Steuervorrichtung weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu beispielsweise einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor aufweisen und entsprechenden Programmcode ausführen.
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Erfindungsgemäß ist auch ein Kraftfahrzeug mit der ersten Ortungseinrichtung der zweiten Ortungseinrichtung sowie der Odometrieeinrichtung und einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung bereitgestellt. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Kraftwagen oder ein Flurförderzeug sein.
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Die ermittelte relative Lage der Ladeposition kann in dem Kraftfahrzeug beispielsweise einem Fahrer signalisiert werden, also beispielsweise optisch auf einer Anzeigeeinrichtung und/oder haptisch beispielsweise an einem Lenkrad. Es können auch akustische Hinweise an den Fahrer ausgegeben werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die relative Lage der Ladeposition auch beispielsweise ein näher Fahrerassistenzeinrichtung bereitgestellt werden, die das Kraftfahrzeug autonom, d.h. ohne ein Zutun eines Fahrers, in die Ladeposition manövriert.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ladestation, an welcher das Kraftfahrzeug von 1 in eine Ladeposition geleitet wird; und
- 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens, welches das Kraftfahrzeug von 1 in der in 2 dargestellt Situation durchführen kann.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich insbesondere um einen Kraftwagen, beispielsweise einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. Das Fahrzeug 10 kann ein Elektrofahrzeug sein, also als Fahrantrieb einen Elektromotor oder allgemein eine elektrische Maschine 11 aufweisen, die mit elektrischer Energie aus einer Batterie 12 betrieben werden kann. Optional kann ein Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) für einen Hybridantrieb vorgesehen sein.
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Zum Aufladen der Batterie 12 mit der elektrischen Energie kann ein induktives Ladesystem 13 mit einer Empfangsspule 14 und einem Ladegerät 15 in an sich bekannter Weise bereitgestellt sein. Die Empfangsspule 14 kann beispielsweise in einen Fahrzeugboden des Kraftfahrzeugs 10 integriert sein. Zum Aufladen der Batterie 12 an einer Ladestation 16 kann das Kraftfahrzeug 10 mit seiner Empfangsspule 14 über eine Primärspule oder Sendespule 17 der Ladestation 16 geparkt werden. In diesem Fall ist die Sendespule 17 dann in einen Boden 18 integriert. Die Sendespule 17 kann durch eine Leistungselektronik 19 mit einem elektrischen Wechselstrom 20 aus einer öffentlichen elektrischen Versorgungsnetzwerk 21 betrieben oder versorgt werden, um ein magnetisches Wechselfeld 22 für das induktive Aufladen in an sich bekannter Weise zu erzeugen.
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Um Streuverluste beim Übertragen des Wechselfeldes 22 zu vermeiden, ist eine relative Lage der Empfangsspule 14 bezüglich der Sendespule 17 dahingehend wichtig, dass sich das Kraftfahrzeug 10 mit seiner Empfangsspule 14 in einer vorbestimmten Ladeposition 23 in Bezug auf die Sendespule 14 befindet.
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Um dies sicherzustellen, kann das Kraftfahrzeug 10 durch eine Steuervorrichtung 24 des Kraftfahrzeugs 10 zu der Ladestation 16 hin und dort in die Ladeposition 23 geführt werden.
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2 veranschaulicht eine beispielhafte Situation, in welcher die Steuervorrichtung 24 ein Verfahren zum Leiten des Kraftfahrzeugs 10 in die Ladeposition 23 ausführen kann. Dargestellt ist eine Straße 25, auf welcher das Kraftfahrzeug 10 fahren kann.
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Die Ladestation 16 kann sich in einem Parkbereich 26 befinden. Zu der Ladestation 16 im Parkbereich 26 kann ein Sender 27 gehören, welcher ein Funksignal 28 erzeugen kann, welches signalisieren kann, dass sich in dem Parkbereich 26 eine Ladestation 16 befindet.
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Das Funksignal 28 kann beispielsweise durch ein WLAN-Funkmodul 29 des Senders 27 erzeugt werden. Das Kraftfahrzeug 10 kann eine WLAN-Sende/Empfangseinheit 30 aufweisen, mittels welcher das Funksignal 28 und insbesondere eine Einfallsrichtung oder kurze Richtung 31, aus welcher das Funksignal 28 auf die Sende/Empfangseinheit 30 eintrifft, ermittelt werden kann.
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Des Weiteren kann eine Odometrieeinrichtung 32 des Kraftfahrzeugs 10 beispielsweise auf der Grundlage von Signalen von Drehlagesensoren 33 und/oder eines Lenkradwinkels eines Lenkrads 34 eine Eigenbewegung 35 des Kraftfahrzeugs 10 erfassen. Es können z.B. Drehlagesensoren 33 eines ABS (Antiblockiersystem) oder der elektrischen Maschine 11 genutzt werden.
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Des Weiteren kann z.B. durch das Ladegerät 15 eine Übertragungsgüte oder einen Kopplungsfaktor Q für die Übertragung des Wechselfeldes 22 von der Sendespule 17 zur Empfangsspule 14 ermittelt werden. In dem Ladegerät 15 kann hierzu eine Ortungseinrichtung 15' bereitgestellt sein, die beispielsweise auf der Grundlage eines Programmmoduls für eine Prozessoreinrichtung des Ladegeräts 15 realisiert sein kann.
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Des Weiteren kann eine Ortungseinrichtung 36 bereitgestellt sein, die einen Messempfänger 36' der Ladestation 16 orten kann. Dies kann beispielsweise nach dem Prinzip des Funkschlüssels durchgeführt werden, wobei die Ortungseinrichtung 36 zwei Sendeeinheiten 36" aufweisen kann, mit denen jeweils ein Ortungssignal als Funksignal O ausgesendet werden kann, das von dem Messempfänger 36' empfangen werden kann. Indem der Messempfänger 36` die empfangene Feldstärke der Funksignals O an die Steuervorrichtung 24 signalisiert, kann durch diese mittels Trilateration die relative Lage des Kraftfahrzeugs 10 zum Messempfänger 36' ermittelt werden.
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Um nun ausgehend von der in 2 dargestellten Position des Kraftfahrzeugs 10 auf der Straße 25 in die Ladeposition 23 zu gelangen, kann zunächst mittels des WLAN-Funksignals 28 mit einer Reichweite von mehr als 10 m, insbesondere mehr als 20 m, das Kraftfahrzeug die Annäherung an die Ladestation 16 erkennen und über die Sende/Empfangseinheit 30 mittels WiFi-Kommunikation Kontakt zum Sender 27 aufnehmen. Somit ist von der Straße 25 aus für das Kraftfahrzeug 10 durch die Steuervorrichtung 24 das Anfahren oder Nähern an die Ladestation 16 möglich. Hierdurch verringert sich also ein Abstand D des Kraftfahrzeugs 10 zur Ladeposition 23. Der relative Abstand D stellt einen Aspekt der relativen Lage dar.
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Es muss nicht notwendigerweise an jeder einzelnen Ladestation 16 eine solche WiFi-Kommunikationseinrichtung vorgesehen sein. Bei dieser Entfernung ist auch die Ausrüstung des Parkbereichs 26 mit mehreren Ladestationen 16 und dennoch mit nur einem Sender 27 in der Nähe der Ladestationen 16 ausreichend. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung auf der Grundlage eines Funksignals 28 kann in einem Bereich bis zu 1 m liegen.
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3 veranschaulicht, wie davon ausgehend durch die Steuervorrichtung 24 das Kraftfahrzeug 10 weiter in Richtung zur Ladeposition 23 geleitet werden kann. In der dargestellten Diagramm sind über dem Abstand D Aktivitätsphasen 37 der Ortungseinrichtung 36, der Odometrieeinrichtung 32 und der Ortungseinrichtung 15' dargestellt.
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Eine zunächst durch die Ortungseinrichtung 36 ermittelte Schätzung 38 der relativen Lage des Kraftfahrzeugs 10 bezüglich der Ladeposition 23 kann an die Odometrieeinrichtung 32 übertragen werden. Zwischen der Ortungseinrichtung 36 und der Odometrieeinrichtung 32 kann dann in einer Vollauf-Phase ein Abgleich 39 der jeweils ermittelten relativen Lage zur Ladeposition 23 erfolgen.
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Bei Unterschreiten einer ersten Entfernung oder eines ersten Abstands D1 kann es zu Problemen bei der Genauigkeit der Ortung mittels der Ortungseinrichtung 36 kommen. Hier ist dann weiterhin die Odometrieeinrichtung 32 für das weitere Leiten des Kraftfahrzeugs 10 verwendbar. Bei einer Entfernung oder einem Abstand D2 kann dann mittels der Ortungseinrichtung 15' auf Grundlage der Auswertung des Kopplungsfaktors Q die abschließende Positionierung in die Ladeposition 23 erfolgen. Auch hier ist ein Abgleich 39' zwischen der Odometrieeinrichtung 32 und der Ortungseinrichtung 15` möglich.
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Mittels der Odometrieeinrichtung 32 kann somit das Kraftfahrzeug 10 in einem Übergangsbereich 40 zwischen D1 und D2 geleitet werden.
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Durch den jeweiligen Abgleich 39, 39' kann eine Feldverzerrung beispielsweise aufgrund eines hohen Anteils an elektromagnetischem Material in der Umgebung oder im Kraftfahrzeug 10 kompensiert werden. Dementsprechend kann in diesem Bereich die Gewichtung der Ergebnisse aus den Drehlagesensoren 33 und einem Lenkwinkelsensor des Lenkrads 34 vergrößert werden.
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Die Messungen der vier beschriebenen Systeme (Sende/Empfangseinheit 30, Ortungseinrichtungen 36 und 15` sowie Odometrieeinrichtung 32) erfolgen im zeitlichen Abstand von Millisekunden. Dadurch ist auch eine Plausibilisierung der ermittelten Schätzungen der relative Lage über das Abgleichen 39, 39` der zurückliegenden Ortungsdaten der Schätzungen der relativen Position möglich. Dafür können alle Ortungsdaten in einem Zeitstempel versehen sein. Dies dient nicht nur der Erstellung einer Historie, sondern wird vor allem für die Synchronisation der verschiedenen Systeme untereinander in vorteilhafter Weise genutzt.
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Somit können in den Bereichen, in denen sich die Reichweiten der einzelnen Systeme überschneiden, Plausibilitätstests durchgeführt werden. Beispielsweise liefert das WiFi-System des Senders 27 mit der größten Reichweite noch Ortungsdaten, wenn das Fahrzeug bereits den Wirkungsbereich der Ortungseinrichtung 36 nutzt. Somit können die mit beiden Systemen ermittelten Schätzungen der relativen Lage untereinander und mit den Ergebnissen beispielsweise der Drehlagesensoren und des Lenkwinkelsensors verglichen werden.
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Spätestens in Reichweite der Ortungseinrichtung 36 kann ermittelt werden, auf welchen der möglichen leeren Ladeplätze des Parkbereichs 16 das Kraftfahrzeug 10 zusteuern soll. Da das Kraftfahrzeug 10 mittels der Sende/Empfangseinheit auch ein Signal mit einer Identifikationsnummer des Kraftfahrzeugs 10 aussenden kann, kann bei Eintreffen mehrerer Kraftfahrzeuge an einem Parkbereich 26 mit mehreren Ladestationen 16 ermittelt werden, auf welche Ladestation 16 welches Kraftfahrzeug 10 zusteuert oder dort positioniert ist.
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Das beschriebene Verfahren lässt sich mit Sensorik durchführen, die auch für andere Funktionalitäten des Kraftfahrzeugs 10, beispielsweise für eine Fahrerassistenz während einer Fahrt auf der Straße 25, genutzt werden kann. Somit wird dieser Sensorik eine Doppelfunktion zugewiesen, was eine besonders effiziente Nutzung der Sensorik darstellt.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Positionierung beim Induktivladen über eine große Reichweite hinweg ermöglicht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Elektrische Maschine
- 12
- Batterie
- 13
- Ladesystem
- 14
- Empfangsspule
- 15
- Ladegerät
- 15'
- Zweite Ortungseinrichtung
- 16
- Ladestation
- 17
- Sendespule
- 18
- Boden
- 19
- Leistungselektronik
- 20
- Wechselstrom
- 21
- Öffentliches Versorgungsnetz
- 22
- Magnetisches Wechselfeld
- 23
- Ladeposition
- 24
- Steuervorrichtung
- 25
- Straße
- 26
- Parkbereich
- 27
- Sender
- 28
- Funksignal
- 29
- WLAN-Funkmodul
- 30
- Sende/Empfangseinheit
- 31
- Richtung
- 32
- Odometrieeinrichtung
- 23
- Drehlagesensor
- 34
- Lenkrad
- 35
- Bewegung
- 36
- Erste Ortungseinrichtung
- 36'
- Empfänger
- 36"
- Sendeeinheit
- 37
- Aktivitätsphase
- 38
- Relative Position
- 39
- Abgleich
- 39`
- Abgleich
- 40
- Übergangsbereich
- D
- Abstand
- D1
- Erster Abstand
- D2
- Zweiter Abstand
- O
- Ortungssignal
- Q
- Kopplungsfaktor
