DE102017206528A1 - Fahrzeugpositionierung für induktive Energieübertragung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Positionierung eines Fahrzeugs in einer Ladeposition zum induktiven Laden an einer fahrzeugexternen Primärladeeinheit, wobei das Fahrzeug eine fahrzeugintegrierte Sekundärladeeinheit und eine Anzeigevorrichtung umfasst und wobei das Fahrzeug und/oder die Primärladeeinheit ein Positionsbestimmungsmittel zur Bestimmung von deren Position relativ zueinander umfassen, mit den Schritten:a) Ermittlung der Position der Primärladeeinheit relativ zur Position der Sekundärladeeinheit durch die Positionsbestimmungsmittel,b) Anzeigen eines Zielbildes (10) auf der Anzeigevorrichtung,c) Einblenden eines Führungselements (12) in das Zielbild und Einblenden eines Positionselements (13) in das Zielbild, wobei die Lage des Führungselements und die Lage des Positionselements auf dem Zielbild die ermittelte Position der Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit anzeigen undd) Wiederholen der Schritte a) bis c), um in Abhängigkeit von einer Bewegung des Fahrzeugs eine Positionsänderung der Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit in dem Zielbild anzuzeigen, sowie Fahrzeug, dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung eines Fahrzeugs in einer Ladeposition zum induktiven Laden an einer fahrzeugexternen Primärladeeinheit, wobei das Fahrzeug eine fahrzeugintegrierte Sekundärladeeinheit und eine Anzeigevorrichtung umfasst und das Fahrzeug und/oder die Primärladeeinheit Positionsbestimmungsmittel zur Bestimmung von deren Position relativ zueinander umfassen, sowie ein Fahrzeug, das zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist.
  • Fahrzeuge, insbesondere Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, umfassen aufladbare Batterien zur Speicherung elektrischer Energie. Die aufladbare Batterie eines Fahrzeugs kann z.B. durch Anschluss an eine fahrzeugexterne Stromquelle (z.B. durch Anschluss an ein öffentliches Stromnetz) aufgeladen werden. Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden der Batterie des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über magnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit die elektrische Energie zu der Batterie übertragen wird. Diese Technik wird auch als wireless energy transfer oder wireless charging bezeichnet.
  • Hierzu umfasst das Fahrzeug eine Sekundärladeeinheit, die meist im Unterbodenbereich des Fahrzeugs integriert ist. Die Sekundärladeeinheit ist in der Regel über eine Impedanzanpassung und einen Gleichrichter mit der Batterie des Fahrzeugs verbunden. Die Sekundärladeeinheit kann über einer Primärladeeinheit positioniert werden, wobei die Primärladeeinheit z.B. auf dem Boden einer Garage angebracht ist. Die Primärladeeinheit ist üblicherweise mit einer Stromversorgung verbunden. Die Stromversorgung kann einen RadioFrequenz-Generator umfassen, der einen AC (Alternating Current) Strom in der Primärladeeinheit erzeugt, wodurch ein magnetisches Feld erzeugt wird. Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärladeeinheit und Sekundärladeeinheit über die Unterbodenfreiheit wird durch das magnetische Feld ein entsprechender Strom in der Sekundärspule der Sekundärladeeinheit induziert. Der induzierte Strom in der Sekundärladeeinheit wird durch den Gleichrichter gleichgerichtet und in einem elektrischen Energiespeicher (z.B. in der Batterie) gespeichert. So kann elektrische Energie kabellos von der Stromversorgung zum Energiespeicher des Fahrzeugs übertragen werden.
  • Um eine ausreichende magnetische Kopplung zwischen Primärladeeinheit und Sekundärladeeinheit zu erreichen, sollte die Sekundärspule der Sekundärladeeinheit des Fahrzeugs mit einer gewissen Toleranz (typischerweise ±10cm) über der Primärladeeinheit positioniert werden. Die Position des Fahrzeugs innerhalb dieses Toleranzbereichs wird auch als Ladeposition bezeichnet. Die Ladeposition zu erreichen ist aufgrund des im Vergleich zu den Abmessungen eines Fahrzeugs verhältnismäßig engen Toleranzbereichs eine besondere Herausforderung für den Fahrzeuglenker bzw. des Fahrzeug bei automatisiert unterstütztem Positionieren in der Ladeposition.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Positionierung eines Fahrzeugs in einer Ladeposition zum induktiven Laden an einer fahrzeugexternen Primärladeeinheit, wobei das Fahrzeug eine fahrzeugintegrierte Sekundärladeeinheit und eine Anzeigevorrichtung umfasst und das Fahrzeug und die Primärladeeinheit Bestimmungsmittel für deren Position relativ zueinander umfassen, anzugeben, sowie ein Fahrzeug, das zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist, anzugeben. Ein zielgenaues Positionieren soll intuitiv und zügig für den Fahrzeuglenker realisierbar sein.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Der Erfindung liegen ein Verfahren und ein Fahrzeug zum Unterstützen eines Fahrers des Fahrzeugs bei der Positionierung der Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit in einem Nahbereich der Sekundärladeeinheit zur Primärladeeinheit zugrunde. Im Nahbereich ist die Sekundärladeeinheit in einer Größenordnung von wenigen Metern bis Zentimetern (höchstens etwa eine halbe Fahrzeuglänge) von der Primärladeeinheit entfernt. Bei größeren Entfernungen befindet sich das Fahrzeug in einem Fernbereich zur Primärladeeinheit. Im Nahbereich kann es sein, dass ohne Beschränkung der Allgemeinheit kein Blickwinkel aus der Fahrgastzelle auf die bodennahe Primärladeeinheit so möglich ist, dass die Primärladeeinheit noch vollständig sichtbar ist. Eine Unterstützung bei der Positionierung ist insbesondere also in dieser Phase besonders wichtig, da die Primärladeeinheit für den Fahrzeuglenker vom Unterboden des Fahrzeugs verdeckt ist.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die Schritte
    • - Ermittlung der Position der Primärladeeinheit relativ zur Position der Sekundärladeeinheit durch das Positionsbestimmungsmittel zur Bestimmung von deren Position relativ zueinander,
    • - Anzeigen eines Zielbildes auf der Anzeigevorrichtung,
    • - Einblenden eines Führungselements in das Zielbild und Einblenden eines Positionselements in das Zielbild, wobei die Lage des Führungselements und die Lage des Positionselements auf dem Zielbild die ermittelte Position der Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit anzeigen und
    • - Wiederholen dieser Schritte, um in Abhängigkeit von einer Bewegung des Fahrzeugs eine Positionsänderung der Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit in dem Zielbild anzuzeigen.
  • Bei dem Zielbild handelt es sich um eine optische Anzeige auf der Anzeigevorrichtung des Fahrzeugs. Nach dem Verfahren werden Elemente in das Zielbild eingeblendet, die dem Fahrer beim Führen des Fahrzeugs unterstützen, um die Ladeposition des Fahrzeugs relativ zur Primärladeeinheit zu erreichen. Der Anwendungsfall dieses Verfahrens ist auf den Nahbereich bezogen, d.h. bevorzugt auf den Fall bezogen, bei dem die Primärladeeinheit so nah am Fahrzeug befindlich oder gar zumindest teilweise unterhalb des Fahrzeugs befindlich ist, dass die Primärladeeinheit zumindest nicht vollständig im Blickfeld aus der Fahrgastzelle heraus befindlich ist.
  • Das Verfahren unterstützt den Fahrzeuglenker beim Bewegen des Fahrzeugs entlang einer ausschließlich vom Fahrer gewählten Trajektorie visuell, um die Ladeposition möglichst zielgenau zu erreichen. Das Fahrzeug selbst greift in die Trajektorienwahl des Fahrers weder bezüglich der Fahrzeuglängsachse (x-Achse im dem Fachmann bekannten Fahrzeugbezugssystem) noch bezüglich der Fahrzeugquerachse (y-Achse im dem Fachmann bekannten Fahrzeugbezugssystem) ein.
  • Da Primärladeeinheit zumindest teilweise in einem toten Winkel relativ zur Fahrgastzelle befindlich sein kann, weisen das Fahrzeug und/oder die Primärladeeinheit ein Bestimmungsmittel für deren Position relativ zueinander (Fahrzeug und Primärladeeinheit) auf. Dabei kann es sich um eine Funkverbindung handeln. Die Funkverbindung kann zwischen dem Fahrzeug, bevorzugt zwischen der fahrzeugintegrierten Sekundärladeeinheit und der Primärladeeinheit aufgebaut werden. Die Funkverbindung ist bevorzugt auch zur Datenübermittlung zwischen Primärladeeinheit und Fahrzeug eingerichtet. Alternativ können auch von dem Positionsbestimmungsmittel separate Kommunikationsmittel zur Datenübermittlung zwischen der Primärladeeinheit und dem Fahrzeug vorgesehen sein wie z.B. WLAN. Die Ermittlung der Position der Primärladeeinheit relativ zur Sekundärladeeinheit erfolgt über die Funkverbindung zwischen den beiden Ladeeinheiten ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf einer Frequenz von 125kHz. Das Fahrzeug ist der Sender und die Primärladeeinheit der Empfänger. Die spezifische Sendeeinrichtung kann in der Sekundärladeeinheit oder separat im Fahrzeug verbaut sein. Der Empfänger misst die Amplitude und die Frequenz des Funksignals und schickt die Daten über einen Kommunikationskanal oder über eine separate Kommunikationsverbindung (z.B. WLAN) wieder zurück an das Fahrzeug. Dort erfolgt die Berechnung der Positionsdaten mit einer Recheneinheit. Diese werden dann über CAN an die Anzeige übermittelt und dort dargestellt.
  • Die Positionsbestimmung des Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit kann durch alternative Positionsbestimmungsmittel erfolgen wie z.B. Infrarot- oder Ultraschallsender- und sensoren, die als Sender bzw. Empfänger in das Fahrzeug oder die Sekundärladeeinheit bzw. die Primärladeeinheit integriert sind (oder umgekehrt). Über die gesendete relativ zur empfangenen Signalintensität ist die genaue Position der Primärladeeinheit relativ zum x-y-Achsensystem des Fahrzeugs ermittelbar. Für die Berechnung der Position kann eine Auswertungseinheit eingesetzt werden, die in der Primärladeeinheit oder im Fahrzeug integriert sein kann. Auch eine Positionsermittlung durch ein hochauflösendes GPS ist möglich. Ausreichend ist es beispielsweise, wenn die Position der Primärladeeinheit bekannt ist und das Fahrzeug GPS-fähig ist.
  • Durch die wiederholte Positionsbestimmung der Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit und der Einblendung von Führungselement und Positionselement - bevorzugt in Echtzeit -, wird die aktuelle Lage der beiden Ladeeinheiten zueinander visualisiert. Dadurch unterstützt das Verfahren den Fahrzeuglenker dabei, die Ladeposition zu erreichen, indem das Führungselement und das Positionselement in der Anzeigevorrichtung „in Deckung“ gebracht werden. Nur dann ist - wie zum induktiven Laden gewünscht - die Ladeposition erreicht. Dies erfolgt durch die Bewegung des Fahrzeugs, die der Fahrzeuglenker selbst veranlasst, wobei er die Bewegung des Fahrzeugs in x-y-Richtung an der Lage von Führungselement und Positionselement in der Anzeigevorrichtung orientiert. Echtzeit bedeutet im Kontext dieses Dokuments, dass die fortwährende Aktualisierung mit einer Wiederholrate von weniger als 1000 ms erfolgt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Führungselement und das Positionselement eine gleiche geometrische Grundform aufweisen, wobei das Führungselement einen größeren Umfang aufweist wie das Positionselement.
  • Es können beispielsweise beide Elemente eine ringförmige, kreisförmige, mehreckige oder ellipsenförmige zweidimensionale Ausgestaltung aufweisen. Das Positionselement ist kleiner als das Führungselement ausgeführt, so dass das Positionselement vollständig von dem Führungselement aufgenommen werden kann. Dem Fahrzeuglenker wird dadurch der Eindruck einer Zielvorrichtung vermittelt, wobei das Positionselement in das Führungselement - gleichsam in das „Ziel“ - zu bringen ist. Dadurch ist die „Positionierungsaufgabe“ besonders intuitiv.
  • Nach einer Variante des Verfahrens ist das Verhältnis des Umfangs des Führungselements zu dem Umfang des Positionselements so gewählt ist, dass, wenn das Positionselement von dem Führungselement im Zielbild vollständig umfasst ist, das Fahrzeug in der Ladeposition befindlich ist, wobei in der Ladeposition die Position der Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit einen Versatz der Sekundärladeeinheit zur Primärladeeinheit in x-Richtung und y-Richtung des Fahrzeugs aufweist, welcher nicht größer als ein vorgebbarer oder vorgegebener Maximalversatz ist.
  • Die Ladeposition ist dadurch festgelegt, dass der Versatz von Sekundärladeeinheit und Primärladeeinheit im x-y-Achsensystem des Fahrzeugs einen maximalen Wert, den Maximalversatz, nicht überschreitet. Der Maximalversatz ist durch die elektromagnetische Auslegung des Systems aus Sekundärladeeinheit und Primärladeeinheit bzw. der jeweiligen elektromagnetischen Spulen bedingt. Beim Maximalversatz ist eine Mindestübertragungseffizienz zwischen Primärladeeinheit und Sekundärladeeinheit gewährleistet. Durch den Maximalversatz wird ein Toleranzbereich festgelegt, innerhalb dessen sich die Sekundärladeeinheit relativ zu Primärladeeinheit befindet, um die Ladeposition einzunehmen. Wenn das Positionselement in dem Führungselement befindlich ist, befindet sich die Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit jedenfalls im Toleranzbereich, d.h. die Ladeposition ist erreicht. Bei dieser ist eine effiziente induktive Energieübertragung jedenfalls gewährleistet. Falls das Positionselement und das Führungselement so im Zielbild eingeblendet sind, dass das Positionselement gerade nicht über den vom Führungselement abgedeckte oder umgebene Fläche herausragt, bedeutet dies, dass die Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit zwar am Rand des Toleranzbereichs des Versatzes in x-y-Richtung, jedoch in der Ladeposition, liegt. Dieser Zusammenhang ist das „Eichmaß“ für Lage und eingenommene bzw. umrandete Fläche von Positionselement und Führungselement bei der Einblendung in das Echtzeitbild.
  • Bevorzugt sind das Führungselement und das Positionselement ring- oder kreisförmig ausgeführt, wobei die Differenz des Durchmessers des Führungselements und des Durchmessers des Positionselements ein Toleranzmaß RTol darstellt, und das Toleranzmaß RTol mit dem Maximalversatz korreliert.
  • Gemäß dieser Ausführungsform des Verfahrens sind das Führungselement und das Positionselement ring-oder kreisförmig ausgeführt, d.h. zum Erreichen der Ladeposition ist der Ring des Positionselements in den Ring des Führungselements zu bringen. Die Differenz des Durchmessers der beiden Ringe ist maßstäblich für den maximal zulässigen Versatz von Sekundärladeeinheit und Primärladeeinheit in der Ladeposition, d.h. für den Maximalversatz. Das eingeblendete Positionselement und das eingeblendete Führungselement dienen dem Fahrzeuglenker als „Zielsystem“. Der Mittelpunkt der Ringe visualisiert den elektromagnetischen Mittelpunkt der Spulen von Primärladeeinheit und Sekundärladeeinheit, d.h. etwa bei zirkular ausgeführten Spulen die zentrale Spulenachse.
  • Die Toleranz kann auch derart variabel eingestellt werden, dass sie in Richtung eines Versatzes, der kleiner als der Maximalversatz ist, verringert werden kann. Es ist dann eine noch exaktere Ladeposition der Sekundärladeeinheit zur Primärladeeinheit anfahrbar. Dies stellt sicher, dass das Mindestmaß an Übertragungseffizienz in diesem Fall erhöht ist. Es kann etwa der Fahrzeuglenker den Toleranzbereich selbst wählen. Bei geringerem Toleranzmaß RTol ändert sich das Verhältnis des Umfangs und damit der Fläche des Führungselements zu dem Umfang bzw. der Fläche des Positionselements dem Wert 1. Beim Wert 1 sind die Positionselement und Führungselement im Zielbild exakt in Deckung zu bringen, um die Ladeposition zu erreichen. Dann ist induktives Laden ohne Versatz und bei maximaler elektromagnetischer Effizienz möglich. Die Positionierungsaufgabe ist hierfür am anspruchsvollsten, was auch der Anzeige im Zielbild entspricht, da das Positionselement vollständig vom Führungselement umfasst sein muss. Da beide den gleichen Umfang aufweisen, ist dies gleichbedeutend damit, dass beide deckungsgleich im Zielbild liegen müssen. Bei einem Wert kleiner 1 ist hingegen die kleinere Fläche des Positionselements innerhalb einer größeren Fläche zu platzieren, gleichbedeutend mit einer Ladeposition im x-y-Koordinatensystem mit Versatz. Die Funktion der Flächenverhältnisse ist besonders intuitiv mit Ringen bzw. Kreisen umsetzbar. Jedoch auch andere geometrische Formen sind geeignet.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das Positionselement von dem Führungselement im Zielbild vollständig umfasst ist, die Erscheinungsform des Zielbildes und/oder die Erscheinungsform des Führungselements und/oder die Erscheinungsform des Positionselements andersartig ist, als wenn das Positionselement von dem Führungselement im Zielbild nur teilweise oder nicht umfasst ist, um anzuzeigen, ob das Fahrzeug in der Ladeposition befindlich ist oder nicht.
  • Auf diese Weise wird es dem Fahrzeuglenker durch eine visuelle Änderung in der Anzeigevorrichtung angezeigt, sobald das Fahrzeug die Ladeposition erreicht hat. Er wird dabei unterstützt, zu erkennen, dass das Positionselement von dem Führungselement vollständig umgeben ist. So kann der Fahrzeuglenker das Fahrzeug zielgenau zum induktiven Laden positionieren und erkennt durch die Einblendung der Position von Sekundärladeeinheit zu Primärladeeinheit in Echtzeit auf einen Blick, ob die Ladeposition erreicht ist oder nicht. Beispielsweise beim Rangieren ist dies sehr nützlich, da die Anzeigevorrichtung nur wenig Aufmerksamkeit vom Fahrer erfordert, um das Erreichen der Ladeposition zu erkennen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann, wenn das Positionselement von dem Führungselement im Zielbild vollständig umfasst ist, ein akustisches Signal wiedergegeben werden, um anzuzeigen, dass das Fahrzeug in der Ladeposition befindlich ist.
  • Somit wird dem Fahrzeuglenker akustisch bestätigt, dass die Ladeposition erreicht ist.
  • Weiterhin kann das Verfahren so variiert werden, dass das Zielbild als Top-View-Bild ausgestaltet ist und in das Zielbild ein Fahrzeugelement eingeblendet wird, wobei die Lage des Fahrzeugelements in dem Zielbild die Position der Sekundärladeeinheit relativ zum Fahrzeug anzeigt.
  • Das Fahrzeugelement kann dabei als Silhouette des Fahrzeugs in Draufsicht (Top-View im üblichen Fahrzeugkoordinatensystem) dargestellt sein. Auf diese Weise wird kann die Position von Sekundärladeeinheit zur Primärladeeinheit in Abhängigkeit von der Fahrzeugbewegung, die der Fahrzeuglenker veranlasst, noch intuitiver veranschaulicht werden. Für den Fahrzeuglenker ist die Orientierung erleichtert, da die zu wählenden Trajektorie relativ zum Fahrzeug und nicht nur relativ zur Sekundärladeeinheit abgeschätzt werden kann. Es ist das Zielbild mit eingeblendetem Fahrzeugelement bevorzugt in der Perspektive des Fahrzeuglenkers ausgerichtet.
  • Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer fahrzeugintegrierte Sekundärladeeinheit zum induktiven Laden an einer fahrzeugexternen Primärladeeinheit und mit einer Anzeigevorrichtung, wobei das Fahrzeug und die Primärladeeinheit Positionsbestimmungsmittel relativ zueinander umfassen, ist dazu eingerichtet, das Verfahren zum Positionieren in der Ladeposition auszuführen.
  • Falls das Fahrzeug ein Kamerasystem und eine Recheneinheit umfasst, kann das Top-View-Bild ein Bild des Umfelds des Fahrzeugs sein, das in Echtzeit mit dem Kamerasystem aufnehmbar und von der Recheneinheit in das Top-View-Bild umrechenbar ist.
  • Auf diese Weise kann der Fahrzeuglenker in dem Zielbild das von ihm selbst wahrgenommene Umfeld des Fahrzeugs wiedererkennen und die Orientierung ist für den Fahrzeuglenker zusätzlich erleichtert. Bei einem solchen Fahrzeug können auch das Kamerasystem und die Recheneinheit zur Positionsbestimmung eingesetzt werden, wenn die Primärladeeinheit von der Kamera erfasst wird, solange das Fahrzeug noch nicht im Nahbereich zur Primärladeeinheit befindlich ist. Falls mit dem Kamerasystem und der Recheneinheit ein Bilderkennungsverfahren durchführbar ist, kann die Position der Primärladeeinheit aufgrund der Lage im erfassten Bild relativ zum Fahrzeug ermittelt werden und bei Erfassung der Fahrzeugbewegung in Form von Richtung und Geschwindigkeit eindeutig die Position von Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit in Echtzeit ermittelt und in Form des Führungselements und des Positionselements im Zielbild angezeigt werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug bietet den Vorteil, dass es einfach und vom Fahrzeuglenker selbst ausführbar in der Ladeposition positionierbar ist.
  • Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
  • Beim induktiven Übertragen von Energie müssen die fahrzeugseitige Sekundärladeeinheit und die fahrzeugexterne Primärladeeinheit in einem Toleranzbereich zueinander positioniert werden. Deshalb muss der Fahrer bei der manuellen Positionierung des Fahrzeugs relativ zur Primärladeeinheit unterstützt werden, um eine bestmögliche Positionierung der beiden Ladeeinheiten zueinander zu gewährleisten. Dies gilt insbesondere für den Nahbereich zur Primärladeeinheit, da diese für den Fahrzeuglenker dann nicht zu sehen ist. Erreicht wird dies durch die Einblendung von Objektdarstellungen der Primärladeeinheit und der Sekundärladeeinheit in einem Nahbereich des Fahrzeugs auf einem Display des Fahrzeugs, das die Lage der beiden Ladeeinheiten zueinander in Echtzeit wiedergibt. Damit ist eine möglichst einfache und intuitive, aber auch ausreichend genaue Positionierbarkeit des Fahrzeugs für einen Fahrzeuglenker gegeben.
  • Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Gleiche Bezugszeichen stehen für gleiche technische Gegenstände. Im Einzelnen zeigen schematisch
    • 1 Schematisches Zielbild mit Positionselement und Führungselement außerhalb einer Ladeposition
    • 2 Schematisches Zielbild mit Positionselement und Führungselement in einer Ladeposition
    • 3 Darstellung der Größenverhältnisse von ringförmigem Positionselement und ringförmigem Führungselement zur Visualisierung des Toleranzmaßes RTol
  • Es zeigen 1 und 2 einen Ausschnitt einer Anzeigevorrichtung, die eine Echtzeitdarstellung (10) wiedergibt und in die eine Fahrzeugsilhouette (11) in Draufsicht (Top-View), ein Positionsring (12) und ein Führungsring (13) eingeblendet sind. Das Fahrzeug umfasst eine Sekundärladeeinheit, mit der induktiv Energie von der Primärladeeinheit zur Sekundärladeeinheit übertragen werden kann, um einen Energiespeicher des Fahrzeugs zu laden. Das Fahrzeug befindet sich in einem Nahbereich zu der Primärladeeinheit, d.h. die Primärladeeinheit befindet sich in einem toten Blickwinkel aus der Fahrgastzelle heraus betrachtet. Zwischen der Sekundärladeeinheit und der Primärladeeinheit ist eine Datenverbindung zur Übermittlung von Daten sowie eine Funkverbindung zur Positionsbestimmung eingerichtet. Die Funkverbindung zur Positionsbestimmung der Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit erfolgt auf einer Frequenz von 125kHz. Das Fahrzeug ist der Sender und die Primärladeeinheit der Empfänger. Die spezifische Sendeeinrichtung kann in der Sekundärladeeinheit oder separat im Fahrzeug verbaut sein. Der Empfänger misst die Amplitude und die Frequenz des Funksignals und schickt die Daten über einen Kommunikationskanal oder über eine separate Kommunikationsverbindung (z.B. WLAN) wieder zurück an das Fahrzeug. Dort erfolgt die Berechnung der Positionsdaten mit einer Recheneinheit. Diese werden dann über CAN an die Anzeige übermittelt und dort dargestellt.
  • Der Führungsring zeigt die räumliche Position der Sekundärladeeinheit relativ zur Fahrzeugsilhouette an. Der Positionsring (13, 14) zeigt die räumliche Position der Primärladeeinheit relativ zum Fahrzeug und zur Sekundärladeeinheit an. Es kann der Fahrzeuglenker in dem Nahbereich, ohne dass der Fahrzeuglenker selbst die Primärladeeinheit optisch erkennen kann, das Fahrzeug zielgenau über die bodenmontierte Primärladeeinheit lenken, indem er das Fahrzeug so bewegt, dass der Positionsring vollständig in den Führungsring in der Top-View-Echtzeitdarstellung hineinbewegt wird. Dazu werden laufend die Positionen der Ladeeinheiten über die Funkverbindung ermittelt und das Top-View-Bild sowie die Einblendungen in der Anzeigevorrichtung aktualisiert. Nach den 1 und 2 wechselt die Füllung des Positionsringes die Farbe, um dem Fahrzeuglenker anzuzeigen, dass die Ladeposition erreicht ist. Sofern der Positionsring vollständig von dem Führungsring umschlossen ist, erscheint er dunkel ausgefüllt, ansonsten hell ausgefüllt.
  • 3 zeigt Radius, Durchmesser, Umfang und die von den Ringen umschlossenen Kreisfläche in Relation zueinander. RFüh steht für den Durchmesser des Führungsringes, RPos für den Durchmesser des Positionsringes. Die Differenz zwischen beiden Durchmessern zeigt das Toleranzmaß RTol an. Die Durchmesser der Ringe sind so gewählt, dass wenn der Positionsring vollständig innerhalb des Führungsrings befindlich ist, die Lage der Primärladeeinheit relativ zur Sekundärladeeinheit in einem vorgegebenen Toleranzbereich liegt, der eine ausreichende Übertragungseffizienz bei der induktiven Energieübertragung gewährleistet. Der Toleranzbereich korreliert mit dem Toleranzmaß RTol, wobei RTol den maximal zulässigen räumlichen Versatz von Sekundärladeeinheit und Primärladeeinheit in der x-y-Ebene des Fahrzeugs für das induktive Laden visualisiert. Je größer der maximal zulässige Versatz des Systems aus Primärladeeinheit und Sekundärladeeinheit ist, umso kleiner kann in 3 RPos zugunsten von RTol gewählt werden. Damit wird die Fläche, die vom Positionsring abgedeckt wird, im Vergleich zur Fläche, die vom Führungsring abgedeckt wird, kleiner, wodurch der Positionsring „leichter“ im Führungsring platziert werden kann. Entsprechend ist der Toleranzbereich des Versatzes von Primärladeeinheit und Sekundärladeeinheit in der x-y-Ebene des Fahrzeugs größer, so dass das Fahrzeug „leichter“ in die Ladeposition bewegt werden kann. Umgekehrt verhält es sich bei einem kleineren Toleranzbereich.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Positionierung eines Fahrzeugs in einer Ladeposition zum induktiven Laden an einer fahrzeugexternen Primärladeeinheit, wobei das Fahrzeug eine fahrzeugintegrierte Sekundärladeeinheit und eine Anzeigevorrichtung umfasst und wobei das Fahrzeug und/oder die Primärladeeinheit ein Positionsbestimmungsmittel zur Bestimmung von deren Position relativ zueinander umfassen, mit den Schritten: a) Ermittlung der Position der Primärladeeinheit relativ zur Position der Sekundärladeeinheit durch die Positionsbestimmungsmittel, b) Anzeigen eines Zielbildes (10) auf der Anzeigevorrichtung, c) Einblenden eines Führungselements (12) in das Zielbild und Einblenden eines Positionselements (13) in das Zielbild, wobei die Lage des Führungselements und die Lage des Positionselements auf dem Zielbild die ermittelte Position der Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit anzeigen und d) Wiederholen der Schritte a) bis c), um in Abhängigkeit von einer Bewegung des Fahrzeugs eine Positionsänderung der Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit in dem Zielbild anzuzeigen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem - das Führungselement und das Positionselement eine gleiche geometrische Grundform aufweisen, wobei - das Führungselement einen größeren Umfang aufweist wie das Positionselement.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem - das Verhältnis des Umfangs des Führungselements zu dem Umfang des Positionselements so gewählt ist, dass - wenn das Positionselement von dem Führungselement im Zielbild vollständig umfasst ist, - das Fahrzeug in der Ladeposition befindlich ist, wobei in der Ladeposition die Position der Sekundärladeeinheit relativ zur Primärladeeinheit einen Versatz der Sekundärladeeinheit zur Primärladeeinheit in x-Richtung und y-Richtung des Fahrzeugs aufweist, welcher nicht größer als ein vorgebbarer oder vorgegebener Maximalversatz ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem - das Führungselement und das Positionselement ring- oder kreisförmig ausgeführt sind, wobei die Differenz des Durchmessers des Führungselements RFüh und des Durchmessers des Positionselements RPos ein Toleranzmaß RTol darstellt, und - das Toleranzmaß RTol mit dem Maximalversatz korreliert.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - wenn das Positionselement von dem Führungselement im Zielbild vollständig umfasst ist, - die Erscheinungsform des Zielbildes und/oder die Erscheinungsform des Führungselements und/oder die Erscheinungsform des Positionselements (14) andersartig ist, als wenn das Positionselement von dem Führungselement im Zielbild nur teilweise oder nicht umfasst ist, - um anzuzeigen, ob das Fahrzeug in der Ladeposition befindlich ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - wenn das Positionselement von dem Führungselement im Zielbild vollständig umfasst ist, - ein akustisches Signal wiedergegeben wird, um anzuzeigen, dass das Fahrzeug in der Ladeposition befindlich ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - das Zielbild als Top-View-Bild ausgestaltet ist und - in das Zielbild ein Fahrzeugelement (11) eingeblendet wird, wobei - die Lage des Fahrzeugelements in dem Zielbild die Position der Sekundärladeeinheit relativ zum Fahrzeug anzeigt.
  8. Fahrzeug mit einer fahrzeugintegrierten Sekundärladeeinheit zum induktiven Laden an einer fahrzeugexternen Primärladeeinheit und mit einer Anzeigevorrichtung, wobei das Fahrzeug und die Primärladeeinheit Positionsbestimmungsmittel zur Bestimmung von deren Position relativ zueinander umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
  9. Fahrzeug nach Anspruch 8, umfassend ein Kamerasystem und eine Recheneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach Anspruch 7 auszuführen, wobei - das Top-View-Bild ein Bild des Umfelds des Fahrzeugs ist, das in Echtzeit mit dem Kamerasystem aufnehmbar und von der Recheneinheit in das Top-View-Bild umrechenbar ist.
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