DE102018008241A1 - Method for automatically initiating a wired charging process by a robot arm and charging device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Initiieren eines Ladevorgangs eines Kraftfahrzeugs (1). Um eine komfortablere Ausgestaltung eines automatisierten konduktiven Ladevorgangs zu ermöglichen, sind folgende Schritte vorgesehen:- Bestimmen einer Relativposition eines Ladeelements (5) des Kraftfahrzeugs (1) relativ zu einer stationären Ladevorrichtung (2) durch einen Sensor (3) der Ladevorrichtung (2),- Übermitteln eines Steuersignals durch die Ladevorrichtung (2) an das Kraftfahrzeug (1) in Abhängigkeit von der Relativposition,- Positionieren des Kraftfahrzeugs (1) entsprechend dem Steuersignal durch eine Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs (1), und- Automatisiertes Herstellen einer drahtgebundenen Verbindung zwischen dem Ladeelement (5) und der Ladevorrichtung (2) zum Übertragen einer elektrischen Leistung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeuges (1) mittels eines Roboterarms (10) der Ladevorrichtung (2).The invention relates to a method for automatically initiating a charging process of a motor vehicle (1). In order to enable a more comfortable embodiment of an automated conductive charging process, the following steps are provided: determining a relative position of a charging element (5) of the motor vehicle (1) relative to a stationary charging device (2) by a sensor (3) of the charging device (2), - Transmitting a control signal by the charging device (2) to the motor vehicle (1) in dependence on the relative position, - Positioning of the motor vehicle (1) according to the control signal by a drive unit of the motor vehicle (1), and - Automated establishing a wired connection between the Charging element (5) and the charging device (2) for transmitting an electrical power for charging an electrical energy storage device of the motor vehicle (1) by means of a robot arm (10) of the charging device (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Initiieren eines Ladevorgangs eines Kraftfahrzeugs. Außerdem betrifft die Erfindung eine stationäre Ladevorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a method for automatically initiating a charging process of a motor vehicle. Moreover, the invention relates to a stationary charging device for charging an electrical energy storage device of a motor vehicle.

Ein Kraftfahrzeug mit elektrischem Antrieb, beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, weist üblicherweise einen elektrischen Energiespeicher zum Versorgen des elektrischen Antriebs mit elektrischer Energie auf. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich beispielsweise um einen Akkumulator beziehungsweise eine so genannte Hochvoltbatterie handeln. Insbesondere weist ein elektrischer Energiespeicher im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Spannung von mehr als 80 Volt, vorzugsweise mehr als 200 Volt, auf. Bei dem elektrischen Antrieb kann es sich um einen Elektromotor, beispielsweise eine Synchronmaschine, eine Asynchronmaschine oder einen Reluktanzmotor, handeln.A motor vehicle with an electric drive, for example an electric vehicle or a hybrid vehicle, usually has an electrical energy store for supplying the electric drive with electrical energy. The electrical energy store may be, for example, an accumulator or a so-called high-voltage battery. In particular, an electrical energy store in the sense of the present invention has a voltage of more than 80 volts, preferably more than 200 volts. The electric drive may be an electric motor, for example a synchronous machine, an asynchronous machine or a reluctance motor.

Üblicherweise muss ein solcher elektrischer Energiespeicher regelmäßig aufgeladen werden. Insbesondere, wenn der elektrische Energiespeicher nur eine geringe Reichweite für das Kraftfahrzeug bereitstellt, ist häufiges Laden des Energiespeichers, beispielsweise jeden Tag oder mehrmals täglich, nötig. Um dieses Aufladen des elektrischen Energiespeichers möglichst komfortabel zu gestalten, sind induktive Ladesysteme bekannt. Dennoch weist auch das konduktive Laden, also das drahtgebundene beziehungsweise kabelgebundene Laden, einige Vorteile auf. Beispielhafte Vorteile des drahtgebundenen Ladens sind: höherer Wirkungsgrad, einfachere technische Ausführung und höhere Ladegeschwindigkeit.Usually, such an electrical energy storage must be charged regularly. In particular, if the electrical energy storage only provides a short range for the motor vehicle, frequent charging of the energy storage, for example every day or several times a day, is necessary. To make this charging the electrical energy storage as comfortable as possible, inductive charging systems are known. Nevertheless, the conductive charging, ie the wired or wired charging, has some advantages. Exemplary benefits of wired charging are: higher efficiency, simpler engineering and higher charging speed.

In diesem Kontext offenbart die DE 10 2015 225 988 A1 ein Verfahren zur Durchführung eines Energieversorgungsvorgangs zwischen einer Energieversorgungseinheit und wenigstens einem mit Energie zu versorgenden Kraftfahrzeug. Dabei wird eine Position einer fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle ermittelt und eine automatisierte Kopplung zwischen der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle und einer Energieversorgungs-Schnittstelle der Energieversorgungseinheit durchgeführt. Hierzu wird die Position der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle relativ zur Energieversorgungseinheit vor Durchführung des Energieversorgungsvorgangs durch das Kraftfahrzeug selbst ermittelt und vom Kraftfahrzeug an die Energieversorgungseinheit übermittelt.In this context, the DE 10 2015 225 988 A1 a method for performing a power supply operation between a power supply unit and at least one motor vehicle to be supplied with energy. In this case, a position of a vehicle-side power supply interface is determined and carried out an automated coupling between the vehicle-side power supply interface and a power supply interface of the power supply unit. For this purpose, the position of the vehicle-side power supply interface is determined relative to the power supply unit before performing the power supply operation by the motor vehicle itself and transmitted from the motor vehicle to the power supply unit.

Die DE 10 2017 121 854 A1 betrifft ein Positionierungsverfahren für eine Ladevorrichtung, bei welchem ein Positionieren eines Ladesteckers einer konduktiven Ladevorrichtung relativ zu einem Ladeport eines Fahrzeugs auf Grundlage einer drahtlosen Übertragung zwischen der konduktiven Ladevorrichtung und dem Fahrzeug vorgesehen ist. Beispielsweise erfolgt anhand der Signale dreier Sender des Kraftfahrzeugs ein Bestimmen der Position des Ladeports durch Triangulieren seitens des Ladesteckers.The DE 10 2017 121 854 A1 relates to a positioning method for a charging device in which a positioning of a charging plug of a conductive charging device relative to a charging port of a vehicle based on a wireless transmission between the conductive charging device and the vehicle is provided. For example, based on the signals of three transmitters of the motor vehicle, the position of the charging port is determined by triangulation by the charging plug.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine komfortablere Ausgestaltung eines automatisierten konduktiven Ladevorgangs zu ermöglichen.It is an object of the present invention to enable a more comfortable embodiment of an automated conductive charging process.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments with expedient developments are the subject of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Initiieren eines Ladevorgangs eines Kraftfahrzeugs mit den folgenden Schritten:

  • - Bestimmen einer Relativposition eines Ladeelements des Kraftfahrzeugs relativ zu einer stationären Ladevorrichtung durch einen Sensor der Ladevorrichtung,
  • - Übermitteln eines Steuersignals durch die Ladevorrichtung an das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der Relativposition,
  • - Positionieren des Kraftfahrzeugs entsprechend dem Steuersignal durch eine Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs, und
  • - Automatisiertes Herstellen einer drahtgebundenen (also einer konduktiven oder kabelgebundenen) Verbindung zwischen dem Ladeelement und der Ladevorrichtung zum Übertragen einer elektrischen Leistung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeuges mittels eines Roboterarms der Ladevorrichtung unter Nutzung einer für das Kraftfahrzeug spezifischen Karte eines das Ladeelement umgebenden Bereichs des Kraftfahrzeugs.
A first aspect of the invention relates to a method for automatically initiating a charging process of a motor vehicle with the following steps:
  • Determining a relative position of a charging element of the motor vehicle relative to a stationary charging device by a sensor of the charging device,
  • Transmitting a control signal by the charging device to the motor vehicle as a function of the relative position,
  • - Positioning the motor vehicle according to the control signal by a drive unit of the motor vehicle, and
  • Automated production of a wired (ie, a conductive or wired) connection between the charging element and the charging device for transmitting an electrical power for charging an electrical energy storage device of the motor vehicle by means of a robot arm of the charging device using a specific for the motor vehicle map of the charging element surrounding area of the motor vehicle.

In weiteren Ausführungsformen kann das automatisierte Herstellen der drahtgebundenen Verbindung durch beliebige andere Mittel als den Roboterarm erfolgen. Insbesondere sind die genannten Mittel Teil jeweils der Ladevorrichtung. Beispiele hierfür sind Klappmechanismen, Schiebemechanismen, Schienensysteme oder Magnetsysteme. Insbesondere ist durch den Roboterarm beziehungsweise die beliebigen anderen Mittel ein Ladestecker mit daran anschließendem Ladekabel zum Herstellen der drahtgebundenen Verbindung umfasst.In further embodiments, the automated establishment of the wired connection may be by any means other than the robotic arm. In particular, the said means are part of each of the loading device. Examples include folding mechanisms, sliding mechanisms, rail systems or magnet systems. In particular, by the robot arm or any other means comprises a charging plug with subsequent charging cable for making the wired connection.

In der Karte kann die Position des Ladeelements bezogen auf eines oder mehrere charakteristische Merkmale an dem Kraftfahrzeug gespeichert sein. Das oder die charakteristische(n) Merkmal(e) kann/können beispielsweise durch Konturen des Kraftfahrzeugs, Türen, Blechteile, Spalte, Stoßkanten und/oder beliebige Bauteile an der Außenseite des Kraftfahrzeugs bereitgestellt sein. Die Karte kann in einer Speichereinheit der Ladevorrichtung gespeichert sein. In anderen Ausführungsformen kann auf die Nutzung der Karte verzichtet werden.In the map, the position of the loading element can be stored relative to one or more characteristic features on the motor vehicle. The characteristic feature (s) may, for example, be defined by contours of the Motor vehicle, doors, sheet metal parts, gaps, abutting edges and / or any components may be provided on the outside of the motor vehicle. The card may be stored in a storage unit of the loader. In other embodiments, the use of the card can be dispensed with.

Bei dem Ladeelement kann es sich um einen Ladeport beziehungsweise eine Ladebuchse oder Steckdose zum Laden des Kraftfahrzeugs handeln. Zum Herstellen der drahtgebundenen Verbindung kann ein Stecker, der insbesondere Teil des Roboterarms ist, in den Ladeport beziehungsweise die Steckdose eingesteckt werden.The charging element may be a charging port or a charging socket or socket for charging the motor vehicle. To produce the wired connection, a plug, which is in particular part of the robot arm, can be plugged into the charging port or the socket.

Zusätzlich kann der Sensor, insbesondere die Kamera, zur Detektion von Gegenständen zwischen dem Ladeelement und der Ladevorrichtung genutzt werden. In diesem Fall kann das Herstellen der drahtgebundenen Verbindung insbesondere an Fremdobjekte, die sich zwischen dem Ladeelement und der Ladevorrichtung befinden (im Weg sind) angepasst werden oder abgebrochen werden, wenn das Herstellen der drahtgebundenen Verbindung aufgrund des Fremdobjekts nicht möglich ist.In addition, the sensor, in particular the camera, can be used to detect objects between the charging element and the charging device. In this case, the establishment of the wired connection can be adapted or broken off in particular to foreign objects located between the charging element and the charging device (in the way), if the establishment of the wired connection due to the foreign object is not possible.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zum Bestimmen der Relativposition des Ladeelements ein an dem Kraftfahrzeug angeordnetes vorbestimmtes Muster erfasst wird. Anhand des Musters kann die Relativposition des Kraftfahrzeugs abgeleitet werden. Insbesondere wird die Relativposition anhand der Lage, Orientierung und/oder Pose des vorbestimmten Musters relativ zu dem Sensor der Ladevorrichtung abgeleitet. Das vorgebestimmte Muster kann das charakteristische Merkmal zumindest zum Teil ausbilden oder erweitern.According to a further development, it is provided that for determining the relative position of the loading element, a predetermined pattern arranged on the motor vehicle is detected. On the basis of the pattern, the relative position of the motor vehicle can be derived. In particular, the relative position is derived based on the position, orientation and / or pose of the predetermined pattern relative to the sensor of the charging device. The predetermined pattern may at least partially form or extend the characteristic feature.

Mittels des Steuersignals kann die Relativposition, eine Soll-Position für das Kraftfahrzeug und/oder ein Bewegungsvektor für das Kraftfahrzeug an dieses übermittelt werden. Mit anderen Worten wird eine Fahrt des Kraftfahrzeugs zum Positionieren des Kraftfahrzeugs durch das Steuersignal seitens der Antriebseinheit zumindest teilweise gesteuert. Basierend auf dem Steuersignal bewegt sich das Kraftfahrzeug insbesondere zumindest teilweise wie durch die Ladevorrichtung vorgegeben.By means of the control signal, the relative position, a desired position for the motor vehicle and / or a motion vector for the motor vehicle can be transmitted thereto. In other words, a drive of the motor vehicle for positioning the motor vehicle is at least partially controlled by the control signal from the drive unit. Based on the control signal, the motor vehicle moves in particular at least partially as predetermined by the charging device.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Sensor der Ladevorrichtung eine Kamera umfasst und die Relativposition anhand eines Kamerabilds der Kamera bestimmt wird. insbesondere kann die Kamera an dem Roboterarm der Ladevorrichtung angeordnet sein. Durch die Kamera kann zum Bestimmen der Relativposition das vorbestimmte Muster an dem Kraftfahrzeug erfasst werden.According to a further development, it is provided that the sensor of the charging device comprises a camera and the relative position is determined on the basis of a camera image of the camera. In particular, the camera can be arranged on the robot arm of the charging device. For determining the relative position, the predetermined pattern on the motor vehicle can be detected by the camera.

Außerdem gehört zur Erfindung eine Ladevorrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, mit

  • - einem Sensor ausgebildet zum Bestimmen einer Relativposition eines Ladeelements des Kraftfahrzeugs relativ zu der stationären Ladevorrichtung,
  • - einem Kommunikationsmodul ausgebildet zum Übermitteln eines Steuersignals von der Ladevorrichtung an das Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von der Relativposition, wobei durch das Steuersignal ein Positionieren des Kraftfahrzeugs entsprechend dem Steuersignal steuerbar ist, und
  • - einem Roboterarm ausgebildet zum automatisierten Herstellen einer drahtgebundenen Verbindung zwischen dem Ladeelement und der Ladevorrichtung unter Nutzung einer für das Kraftfahrzeug spezifischen Karte eines das Ladeelement umgebenden Bereichs des Kraftfahrzeugs zum Übertragen einer elektrischen Leistung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeuges.
In addition, the invention includes a charging device for charging an electrical energy storage device of a motor vehicle, with
  • a sensor configured to determine a relative position of a charging element of the motor vehicle relative to the stationary charging device,
  • - Formed a communication module for transmitting a control signal from the charging device to the motor vehicle in dependence on the relative position, wherein by the control signal positioning of the motor vehicle according to the control signal is controllable, and
  • - Formed a robot arm for automatically establishing a wired connection between the charging element and the charging device using a specific for the motor vehicle map of the charging element surrounding area of the motor vehicle for transmitting an electrical power for charging the electrical energy storage of the motor vehicle.

Zusätzlich kann die Ladevorrichtung eine Speichereinheit zum Abspeichern der für das Kraftfahrzeug spezifischen Karte aufweisen. Die Karte kann darin beispielsweise durch einen Nutzer und/oder werksseitig speicherbar sein.In addition, the charging device may have a memory unit for storing the card specific for the motor vehicle. The card can be stored therein, for example, by a user and / or at the factory.

Insbesondere ist die Ladevorrichtung dazu eingerichtet, ein im Rahmen dieser Anmeldung beschriebenes Verfahren zum automatisierten Initiieren eines Ladevorgangs eines Kraftfahrzeugs durchzuführen. Da sich das Verfahren und die Ladevorrichtung aufeinander beziehen, gelten Merkmale, die für das eine offenbart sind, als jeweils auch für das andere offenbart, auch wenn diese aus Gründen der Knappheit nicht erneut beschrieben sind.In particular, the charging device is set up to carry out a method described in the context of this application for the automated initiation of a charging process of a motor vehicle. Since the method and the loading device relate to each other, features disclosed for one are also disclosed as being the case for the other, even if they are not described again for reasons of brevity.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing (s). The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigen:

  • 1 ein Kraftfahrzeug sowie eine Ladevorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform in einer äußerst schematischen Darstellung;
  • 2 ein Kraftfahrzeug mit einer Ladevorrichtung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform in einer äußerst schematischen Darstellung;
  • 3 die zweite Ausführungsform in einer schematischen Seitenansicht; und
  • 4 das zweite Ausführungsbeispiel in einer schematischen Frontansicht.
Showing:
  • 1 a motor vehicle and a charging device according to a first exemplary embodiment in an extremely schematic representation;
  • 2 a motor vehicle with a charging device according to a second exemplary embodiment in an extremely schematic representation;
  • 3 the second embodiment in a schematic side view; and
  • 4 the second embodiment in a schematic front view.

1 zeigt das Kraftfahrzeug 1 mit einem Ladeelement 5. Das Ladeelement 5 kann als Steckdose beziehungsweise Ladeport ausgeführt sein oder eine solche Steckdose beziehungsweise einen solchen Ladeport aufweisen. Über das Ladeelement 5 ist das Kraftfahrzeug 1 zum konduktiven beziehungsweise drahtgebundenen Empfang elektrischer Energie zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet. Insbesondere ist das Ladeelement 5 zur Kopplung mit einem korrespondierenden Ladeelement 4, insbesondere einem Ladestecker, einer Ladevorrichtung 2 ausgebildet. Beispielsweise wird der Stecker des korrespondierenden Ladeelements 4 in die Steckdose beziehungsweise die Ladebuchse des Ladeelements 5 eingesteckt. Im gesteckten Zustand des korrespondierenden Ladeelements 5 kann die elektrische Leistung in das Kraftfahrzeug 1 geleitet werden. 1 shows the motor vehicle 1 with a charging element 5 , The charging element 5 can be designed as a socket or charging port or have such a socket or such a charging port. About the charging element 5 is the motor vehicle 1 for the conductive or wired reception of electrical energy for charging an electrical energy store of the motor vehicle 1 educated. In particular, the charging element 5 for coupling with a corresponding charging element 4 , in particular a charging plug, a charging device 2 educated. For example, the plug of the corresponding charging element 4 in the socket or the charging socket of the charging element 5 plugged in. In the inserted state of the corresponding charging element 5 can the electrical power in the motor vehicle 1 be directed.

Um ein möglichst komfortables Laden des Kraftfahrzeugs 1 zu ermöglichen, weist die Ladevorrichtung 2 eine Robotereinheit 10 auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1 kann die Robotereinheit 10 als Roboterarm ausgeführt sein. Durch den Roboterarm ist ein automatisiertes Herstellen einer drahtgebundenen Verbindung zwischen dem Ladeelement 5 des Kraftfahrzeugs 1 und der Ladevorrichtung 2 ermöglicht. Diese drahtgebundene beziehungsweise konduktive Verbindung wird insbesondere durch automatisiertes Einstecken des Steckers des korrespondierenden Ladeelements 4 ermöglicht.To a comfortable loading of the motor vehicle 1 to allow, points the loader 2 a robot unit 10 on. According to the embodiment of 1 can the robot unit 10 be designed as a robot arm. By the robot arm is an automated production of a wired connection between the charging element 5 of the motor vehicle 1 and the charger 2 allows. This wired or conductive connection is in particular by automated insertion of the plug of the corresponding charging element 4 allows.

Um das korrespondierende Ladeelement 4 beziehungsweise den entsprechenden Stecker einstecken zu können, weist die Ladevorrichtung 2 einen Sensor 3 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Sensor 3 als Kamera ausgeführt. Der Sensor 3 ermittelt eine Relativposition des Ladeelements 5 des Kraftfahrzeugs 1 relativ zu der stationären Ladevorrichtung 2. Befindet sich das Ladeelement 5 innerhalb eines Bewegungsradius der Robotereinheit 10, so kann die drahtgebundene beziehungsweise konduktive Verbindung z wischen dem Ladeelement 5 und der Ladevorrichtung 2 durch entsprechendes Bewegen der Robotereinheit 10 hergestellt werden. Ist dies nicht der Fall, so wird mittels einer Sendeeinheit 11 der Ladevorrichtung 2 ein Steuersignal an das Kraftfahrzeug 1 übermittelt. Insbesondere wird das Steuersignal an eine Empfangseinrichtung 12 des Kraftfahrzeugs 1 übermittelt. Das Steuersignal ist abhängig von der zuvor festgestellten Relativposition des Ladeelements 5 des Kraftfahrzeugs 1 relativ zu der stationären Ladevorrichtung 2. Durch das Steuersignal kann ein Positionieren des Kraftfahrzeugs 1 durch eine Antriebseinheit, insbesondere den elektrischen Antrieb, des Kraftfahrzeugs 1 gesteuert werden. Insbesondere wird das Kraftfahrzeug 1 entsprechend dem Steuersignal relativ zu der Ladevorrichtung 2 positioniert. Hierzu kann mittels des Steuersignals die Relativposition, eine Sollposition für das Kraftfahrzeug 1 oder ein Bewegungsvektor für das Kraftfahrzeug 1 übermittelt werden. Im Allgemeinen bewegt sich das Kraftfahrzeug 1 bei dem Positionieren derart, dass das Ladeelement 5 des Kraftfahrzeugs 1 sich am Ende des Positionierungsvorgangs innerhalb des Bewegungsradius der Robotereinheit 10 befindet. Anschließend kann die drahtgebundene beziehungsweise konduktive Verbindung hergestellt werden.To the corresponding charging element 4 or to be able to insert the corresponding plug, has the charging device 2 a sensor 3 on. In the present embodiment, the sensor 3 as a camera. The sensor 3 determines a relative position of the loading element 5 of the motor vehicle 1 relative to the stationary loader 2 , Is the charging element located 5 within a range of movement of the robot unit 10 , so the wired or conductive connection z wischen the charging element 5 and the charger 2 by moving the robot unit accordingly 10 getting produced. If this is not the case, then by means of a transmitting unit 11 the loader 2 a control signal to the motor vehicle 1 transmitted. In particular, the control signal is sent to a receiving device 12 of the motor vehicle 1 transmitted. The control signal is dependent on the previously determined relative position of the charging element 5 of the motor vehicle 1 relative to the stationary loader 2 , By the control signal, a positioning of the motor vehicle 1 by a drive unit, in particular the electric drive, of the motor vehicle 1 being controlled. In particular, the motor vehicle 1 according to the control signal relative to the charging device 2 positioned. For this purpose, by means of the control signal, the relative position, a desired position for the motor vehicle 1 or a motion vector for the motor vehicle 1 be transmitted. In general, the motor vehicle is moving 1 in positioning such that the loading element 5 of the motor vehicle 1 at the end of the positioning process within the range of motion of the robot unit 10 located. Subsequently, the wired or conductive connection can be established.

1 und 2 unterscheiden sich dahingehend, dass die Ladeelement 5 des Kraftfahrzeugs 1 im Ausführungsbeispiel gemäß 1 an einer Seite des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist und in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist. Dementsprechend ist die Ladevorrichtung 2 dazu ausgebildet, die drahtgebundene Verbindung zwischen dem seitlich am Kraftfahrzeug angeordneten Ladeelement 5 herzustellen. Dementsprechend ist die Ausführungsform der Ladevorrichtung 2 gemäß 2 dazu ausgebildet, die drahtgebundene Verbindung mit dem am Boden beziehungsweise der Unterseite des Kraftfahrzeugs 1 angeordneten Ladeelement 5 herzustellen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die Robotereinheit 10 beziehungsweise der Roboterarm nicht sichtbar, da dieser zur Gewährleistung einer niedrigen Bauhöhe im Boden versenkt sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Robotereinheit 10 beziehungsweise der Roboterarm innerhalb eines Korpus beziehungsweise Gehäuses der Ladevorrichtung 2 angeordnet sein. In beiden Ausführungsbeispielen unterscheidet sich demnach eine Bewegung 6 der Robotereinheit 10 beziehungsweise der Ladevorrichtung 2 zum Herstellen der Verbindung. 1 and 2 differ in that the charging element 5 of the motor vehicle 1 in the embodiment according to 1 on one side of the motor vehicle 1 is arranged and in the embodiment according to 2 on an underside of the motor vehicle 1 is arranged. Accordingly, the charging device 2 adapted to the wired connection between the laterally arranged on the motor vehicle charging element 5 manufacture. Accordingly, the embodiment of the loading device 2 according to 2 adapted to the wired connection with the at the bottom or the bottom of the motor vehicle 1 arranged charging element 5 manufacture. In the embodiment according to 2 is the robot unit 10 or the robot arm is not visible because it can be sunk to ensure a low height in the ground. Alternatively or additionally, the robot unit 10 or the robot arm within a body or housing of the charging device 2 be arranged. In both embodiments, therefore, a movement differs 6 the robot unit 10 or the charging device 2 for establishing the connection.

Die 3 und 4 zeigen das Ausführungsbeispiel gemäß 2 aus einer schematischen Seitenansicht des Kraftfahrzeugs 1 beziehungsweise aus einer schematischen Frontansicht des Kraftfahrzeugs 1. In 3 zusätzlich dargestellt ist ein Erfassungsbereich 7 des Sensors 3, insbesondere der Kamera. Dieser kann derart ausgerichtet sein, das am Unterboden des Kraftfahrzeugs 1 angeordnete Ladeelement 5 des Kraftfahrzeugs 1 zu erfassen. Insbesondere weist das Ladeelement 5 ein vorbestimmtes Muster auf, welches sich zumindest bereichsweise über den Unterboden des Kraftfahrzeugs 1 erstreckt. Anhand dieses Musters kann durch den Sensor 3, insbesondere die Kamera, die Relativposition des Ladeelements 5 besonders gut bestimmt werden.The 3 and 4 show the embodiment according to 2 from a schematic side view of the motor vehicle 1 or from a schematic front view of the motor vehicle 1 , In 3 additionally shown is a detection area 7 of the sensor 3 , especially the camera. This can be aligned in such a way that on the underbody of the motor vehicle 1 arranged charging element 5 of the motor vehicle 1 capture. In particular, the loading element 5 a predetermined pattern, which at least partially over the underbody of the motor vehicle 1 extends. Based on this pattern can be through the sensor 3 . in particular the camera, the relative position of the charging element 5 be determined very well.

Gemäß 4 kann die Ladevorrichtung 2 optional mehr als einen Sensor aufweisen. Konkret weist die Ladevorrichtung 2 gemäß der in 4 dargestellten Weiterbildung neben dem Sensor 3 weitere Sensoren 8 auf. Die weiteren Sensoren 8 können als Kamera ausgeführt sein. Im Allgemeinen können weitere Sensoren 8 der Ladevorrichtung 2 ein von dem Sensor 3 abweichendes Erfassungsprinzip oder gleichartiges Erfassungsprinzip aufweisen. Durch die weiteren Erfassungsbereiche 9 der weiteren Sensoren 8 kann die Relativposition des Ladeelements 5 des Kraftfahrzeugs 1 besonders vorteilhaft bestimmt werden. Insbesondere kann das an dem Kraftfahrzeug 1 angeordnete vorbestimmte Muster zusätzlich durch die weiteren Sensoren 8 erfasst werden.According to 4 can the charger 2 optionally have more than one sensor. Specifically, the loader points 2 according to the in 4 illustrated training in addition to the sensor 3 additional sensors 8th on. The other sensors 8th can be run as a camera. In general, more sensors can 8th the loader 2 one from the sensor 3 have different detection principle or similar detection principle. Through the other detection areas 9 the other sensors 8th can the relative position of the loading element 5 of the motor vehicle 1 be determined particularly advantageous. In particular, this can be done on the motor vehicle 1 arranged predetermined patterns in addition by the other sensors 8th be recorded.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Kopplungsbereich durch einen Bewegungsraum der Robotereinheit 10 eingeschränkt ist. Deshalb muss das Kraftfahrzeug 1 innerhalb des Bewegungsraums der Robotereinheit 10 positioniert werden. Um den Bewegungsweg für das Kraftfahrzeug in Richtung Kopplungsbereich bestimmen zu können, muss zuerst die Position des Ladeelements 5, insbesondere der Steckdose, am Kraftfahrzeug 1 relativ zu der Ladevorrichtung 2 beziehungsweise der Robotereinheit 10 ermittelte werden.The invention is based on the recognition that a coupling region is defined by a movement space of the robot unit 10 is restricted. Therefore, the motor vehicle must 1 within the range of motion of the robot unit 10 be positioned. In order to be able to determine the movement path for the motor vehicle in the direction of the coupling region, the position of the loading element must first be determined 5 , in particular the socket, on the motor vehicle 1 relative to the loader 2 or the robot unit 10 be determined.

Aus diesem Grund wird eine Kamera an der Ladevorrichtung 2 angebracht, mittels welcher die Relativposition des Ladeelements 5, insbesondere der Steckdose, am Kraftfahrzeug relativ zu der Ladevorrichtung 2 ermittelt werden kann. Die Kamera erfasst abhängig vom Einbauort des Ladeelements 5, insbesondere der Steckdose, den Fahrzeugunterboden (Ausführungsbeispiel gemäß 2) oder die Fahrzeugseite (Ausführungsbeispiel gemäß 1) und ermittelt anhand einer gespeicherten virtuellen Karte die Position des Ladeelements 5, insbesondere der Steckdose. Im Allgemeinen kann eine solche virtuelle Karte in der Ladevorrichtung 2 gespeichert sein. Beispielsweise enthält die virtuelle Karte Informationen über das vorbestimmte Muster an dem Kraftfahrzeug 1. Beispielsweise ist die virtuelle Karte in einem Speicher eines Kamerasystems gespeichert, wobei das Kamerasystem zusätzlich die Kamera umfasst. Die Relativposition oder aus der Relativposition abgeleitete Positionsdaten werden in der Ladevorrichtung 2 ermittelt. Anschließend werden diese als Teils des Steuersignals an das Kraftfahrzeug 1 übertragen beziehungsweise übermittelt. Basierend auf den Steuerdaten beziehungsweise den Positionsdaten oder der Relativposition erfolgt anschließend das Positionieren des Kraftfahrzeugs. Dabei wird das Kraftfahrzeug 1 derart positioniert, dass sich das Ladeelement 5, insbesondere die Steckdose nach dem Positionieren innerhalb des Kopplungsbereichs der Ladevorrichtung 2 befindet. Anschließend kann die drahtgebundene beziehungsweise konduktive Verbindung durch die Ladevorrichtung 2 hergestellt werden. Insbesondere wird mittels der Robotereinheit 10 ein Ladekabel eingesteckt.For this reason, a camera is connected to the charging device 2 attached, by means of which the relative position of the charging element 5 , in particular the socket, on the motor vehicle relative to the charging device 2 can be determined. The camera detects depending on the installation location of the charging element 5 , in particular the socket, the vehicle underbody (embodiment according to 2 ) or the vehicle side (embodiment according to 1 ) and uses a stored virtual map to determine the position of the loading element 5 , especially the socket. In general, such a virtual card in the charger 2 be saved. For example, the virtual map contains information about the predetermined pattern on the motor vehicle 1 , For example, the virtual map is stored in a memory of a camera system, wherein the camera system additionally comprises the camera. The relative position or position data derived from the relative position are stored in the loading device 2 determined. These are then used as part of the control signal to the motor vehicle 1 transmitted or transmitted. Subsequently, the positioning of the motor vehicle takes place based on the control data or the position data or the relative position. In this case, the motor vehicle 1 positioned so that the loading element 5 , in particular the socket after positioning within the coupling region of the charging device 2 located. Subsequently, the wired or conductive connection by the charging device 2 getting produced. In particular, by means of the robot unit 10 a charging cable inserted.

Kameras sind kostengünstig und stellen keine hohen Package-Anforderungen dar. Bildverarbeitungsalgorithmen erlauben ein hohes Maß an Messgenauigkeit und sind für geringe Entfernungen sehr gut geeignete im Vergleich zu anderen messtechnischen Ansätzen löst dieser Ansatz das gesamte Positionierungsproblem angefangen von der Fahrzeugpositionierung bis zum Steckvorgang. Zusätzlich kann die Kamera zur Detektion von Gegenständen im Weg zwischen Ladeelement 5, insbesondere Steckdose und korrespondierendem Ladeelement 4, insbesondere Stecker, genutzt werden. In diesem Fall kann der Steckvorgang insbesondere an derartige im Weg befindliche Gegenstände angepasst werden oder abgebrochen werden.Cameras are cost-effective and do not impose high package requirements. Image processing algorithms provide a high degree of measurement accuracy and are very well suited for short distances compared to other metrological approaches, this approach solves the entire positioning problem from vehicle positioning to mating. Additionally, the camera can detect objects in the path between charging element 5 , in particular socket and corresponding charging element 4 , in particular plugs, are used. In this case, the insertion process can be adapted in particular to such objects in the way or be canceled.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kraftfahrzeugmotor vehicle
22
Ladevorrichtungloader
33
Sensorsensor
44
Ladeelementloading element
55
Ladeelementloading element
66
BewegungMove
77
Erfassungsbereichdetection range
88th
Sensorsensor
99
Erfassungsbereichdetection range
1010
Robotereinheitrobot unit
1111
Sendeeinheittransmission unit
1212
Empfangseinrichtungreceiver

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102015225988 A1 [0004]DE 102015225988 A1 [0004]
  • DE 102017121854 A1 [0005]DE 102017121854 A1 [0005]

Claims (5)

Verfahren zum automatisierten Initiieren eines Ladevorgangs eines Kraftfahrzeugs (1) mit den Schritten: - Bestimmen einer Relativposition eines Ladeelements (5) des Kraftfahrzeugs (1) relativ zu einer stationären Ladevorrichtung (2) durch einen Sensor (3) der Ladevorrichtung (2), - Übermitteln eines Steuersignals durch die Ladevorrichtung (2) an das Kraftfahrzeug (1) in Abhängigkeit von der Relativposition, - Positionieren des Kraftfahrzeugs (1) entsprechend dem Steuersignal durch eine Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs (1), und - Automatisiertes Herstellen einer drahtgebundenen Verbindung zwischen dem Ladeelement (5) und der Ladevorrichtung (2) zum Übertragen einer elektrischen Leistung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeuges (1) mittels eines Roboterarms (10) der Ladevorrichtung (2) unter Nutzung einer für das Kraftfahrzeug spezifischen Karte eines das Ladeelement (5) umgebenden Bereichs des Kraftfahrzeugs (1).Method for automatically initiating a charging process of a motor vehicle (1) with the steps: Determining a relative position of a loading element (5) of the motor vehicle (1) relative to a stationary loading device (2) by a sensor (3) of the loading device (2), Transmitting a control signal by the charging device (2) to the motor vehicle (1) as a function of the relative position, - Positioning of the motor vehicle (1) according to the control signal by a drive unit of the motor vehicle (1), and - Automated establishing a wired connection between the charging element (5) and the charging device (2) for transmitting an electrical power for charging an electrical energy storage of the motor vehicle (1) by means of a robot arm (10) of the charging device (2) using one for the motor vehicle specific map of a loading element (5) surrounding area of the motor vehicle (1). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Relativposition des Ladeelements (5) ein an dem Kraftfahrzeug (1) angeordnetes vorbestimmtes Muster erfasst wird.Method according to Claim 1 , characterized in that for determining the relative position of the loading element (5) on the motor vehicle (1) arranged predetermined pattern is detected. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels des Steuersignals die Relativposition, eine Soll-Position für das Kraftfahrzeug (1) oder ein Bewegungsvektor für das Kraftfahrzeug (1) übermittelt wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that by means of the control signal, the relative position, a target position for the motor vehicle (1) or a motion vector for the motor vehicle (1) is transmitted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) der Ladevorrichtung (2) eine Kamera umfasst und die Relativposition anhand eines Kamerabilds der Kamera bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (3) of the charging device (2) comprises a camera and the relative position is determined based on a camera image of the camera. Ladevorrichtung (2) zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs (1), mit - einem Sensor (3) ausgebildet zum Bestimmen einer Relativposition eines Ladeelements (5) des Kraftfahrzeugs (1) relativ zu der stationären Ladevorrichtung (2), - einem Kommunikationsmodul (11) ausgebildet zum Übermitteln eines Steuersignals von der Ladevorrichtung (2) an das Kraftfahrzeug (1) in Abhängigkeit von der Relativposition, wobei durch das Steuersignal ein Positionieren des Kraftfahrzeugs (1) entsprechend dem Steuersignal steuerbar ist, und - einem Roboterarm (10) ausgebildet zum automatisierten Herstellen einer drahtgebundenen Verbindung zwischen dem Ladeelement (5) und der Ladevorrichtung (2) unter Nutzung einer für das Kraftfahrzeug spezifischen Karte eines das Ladeelement (5) umgebenden Bereichs des Kraftfahrzeugs (1) zum Übertragen einer elektrischen Leistung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeuges (1).Charging device (2) for charging an electrical energy store of a motor vehicle (1), with a sensor (3) designed to determine a relative position of a loading element (5) of the motor vehicle (1) relative to the stationary loading device (2), - A communication module (11) adapted to transmit a control signal from the charging device (2) to the motor vehicle (1) in dependence on the relative position, wherein by the control signal positioning of the motor vehicle (1) is controllable according to the control signal, and - A robot arm (10) adapted for automatically establishing a wired connection between the charging element (5) and the charging device (2) using a specific for the motor vehicle map of the charging element (5) surrounding area of the motor vehicle (1) for transmitting an electrical Power for charging the electrical energy storage of the motor vehicle (1).
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