DE102018105258A1

DE102018105258A1 - SYSTEM FOR INDUCTIVE CHARGING OF AN ENERGY STORAGE OF AN ELECTRIC VEHICLE

Info

Publication number: DE102018105258A1
Application number: DE102018105258.8A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dittrich
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2019-09-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum induktiven Aufladen eines Energiespeichers eines elektrischen Fahrzeugs mit einer Basiseinheit und einer Fahrzeugeinheit. Die Basiseinheit beinhaltet eine Primärspule zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes. Die Fahrzeugeinheit weist eine Sekundärspule zum Laden des Energiespeichers auf. Damit das Aufladen des Energiespeichers optimal erfolgt, müssen Basiseinheit und Fahrzeugeinheit eine vorgegebene relative Ausrichtung zueinander einnehmen.

The present invention relates to a system for inductively charging an energy storage device of an electric vehicle with a base unit and a vehicle unit. The base unit includes a primary coil for generating an alternating magnetic field. The vehicle unit has a secondary coil for charging the energy store. In order for the charging of the energy storage optimally, base unit and vehicle unit must assume a predetermined relative orientation to each other.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum induktiven Aufladen eines Energiespeichers eines elektrischen Fahrzeugs mit einer Basiseinheit und einer Fahrzeugeinheit. Die Basiseinheit beinhaltet eine Primärspule zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes. Die Fahrzeugeinheit weist eine Sekundärspule zum Laden des Energiespeichers auf. Damit das Aufladen des Energiespeichers optimal erfolgt, müssen Basiseinheit und Fahrzeugeinheit eine vorgegebene relative Ausrichtung zueinander einnehmen.The present invention relates to a system for inductively charging an energy storage device of an electric vehicle with a base unit and a vehicle unit. The base unit includes a primary coil for generating an alternating magnetic field. The vehicle unit has a secondary coil for charging the energy store. In order for the charging of the energy storage optimally, base unit and vehicle unit must assume a predetermined relative orientation to each other.

Elektrofahrzeuge werden heutzutage zumeist über Ladestationen oder Kabeltrommeln über ein anzuschließendes Stromkabel aufgeladen. Dies hat den Nachteil, dass der Benutzer hierbei aktiv eingreifen muss. Dies ist nicht nur mit einem Zeitaufwand verbunden, sondern wirkt für eine Vielzahl von Benutzern abschreckend, da durch die Verkabelung ein hoher Energietransfer erzeugt wird. Daher werden ebenfalls kabellose Systeme angeboten, welche den Energietransfer über Induktion und somit kabellos realisieren. Eine Basiseinheit, welche beispielsweise in oder auf einem Parkplatz angeordnet ist, weist eine Primärspule auf, welche ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. In einem Fahrzeug ist eine Sekundärspule eingebaut und mit einem Energiespeicher für den elektrischen Antrieb verbunden. Das magnetische Wechselfeld der Primärspule induziert einen elektrischen Strom in der Sekundärspule, welcher den Energiespeicher des Fahrzeugs lädt. Hierbei ist es wesentlich, dass die Primär- und Sekundärspule zueinander präzise ausgerichtet sind, damit ein guter Wirkungsgrad der Energieübertragung erreicht wird. Hierzu ist bekannt, dass Fahrzeug mittels Navigationseinrichtungen an die Position der Basiseinheit zu navigieren. Befindet sich die Basiseinheit in einem Außenbereich können hierzu bekannte satellitenbasierte Navigationssysteme (GNSS), wie GPS oder Galileo, verwendet werden. Diese satellitenbasierten Systeme funktionieren innerhalb von Gebäuden, wie Garagen oder Parkhäusern, jedoch nicht. Innerhalb von Gebäuden ist es daher bekannt, die Lokalisierung des Fahrzeugs mittels erzeugter Magnetfelder durchzuführen. Hierbei ist es jedoch nachteilig, dass diese Magnetfelder durch magnetisierbares Material, wie zum Beispiel Stahl des Gebäudes oder von Fahrzeugkomponenten, verfälscht werden. Ferner erzeugen eine Vielzahl von fahrzeuginternen Systemen ebenfalls ein Magnetfeld, welches sich mit den zur Lokalisierung erzeugten Magnetfelder überlagert. Eine genaue Positionierung und insbesondere eine genaue Orientierung des Fahrzeugs sind somit schwierig zu erreichen.Electric vehicles are nowadays usually charged via charging stations or cable drums via a power cable to be connected. This has the disadvantage that the user must actively intervene here. This is not only time-consuming, but also deters a multitude of users, since the wiring generates a high energy transfer. Therefore, wireless systems are also offered, which realize the energy transfer via induction and thus wireless. A base unit, which is arranged for example in or on a parking lot, has a primary coil, which generates an alternating magnetic field. In a vehicle, a secondary coil is installed and connected to an energy storage for the electric drive. The alternating magnetic field of the primary coil induces an electric current in the secondary coil, which charges the energy storage of the vehicle. Here it is essential that the primary and secondary coils are precisely aligned with each other, so that a good energy transfer efficiency is achieved. For this purpose, it is known that the vehicle to navigate by means of navigation devices to the position of the base unit. If the base unit is located in an outdoor area, known satellite-based navigation systems (GNSS), such as GPS or Galileo, can be used for this purpose. These satellite-based systems do not work within buildings, such as garages or parking garages. Within buildings, it is therefore known to perform the localization of the vehicle by means of generated magnetic fields. However, it is disadvantageous that these magnetic fields are distorted by magnetizable material, such as steel of the building or vehicle components. Furthermore, a plurality of in-vehicle systems also generate a magnetic field which overlies the magnetic fields generated for localization. A precise positioning and in particular a precise orientation of the vehicle are thus difficult to achieve.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lokalisierungssystem bereitzustellen, welche die Nachteile des Stands der Technik behebt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.It is therefore an object of the present invention to provide a localization system which overcomes the disadvantages of the prior art. The object is achieved by a system having the features of claim 1. It should be noted that the features listed individually in the claims can be combined with each other in any technologically meaningful manner and show further embodiments of the invention. The description, in particular in connection with the figures, additionally characterizes and specifies the invention.

Das System zum Aufladen eines Energiespeichers eines elektrischen Fahrzeugs weist eine Basiseinheit, eine Fahrzeugeinheit und eine Auswerteeinheit auf. Die Basiseinheit weist eine Primärspule zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes auf, welches in einer Sekundärspule der Fahrzeugeinheit einen elektrischen Strom induziert. Der erzeugte Strom lädt den Energiespeicher des Fahrzeugs auf. Ferner weist die Basiseinheit zwei Ultrabreitband Radiofrequenz Transceiver (im Folgenden kurz UWB-Transceiver auf, welche zueinander beanstandet, also in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet, sind und in einem Basiskoordinatensystem feste und bekannte Positionen einnehmen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Positionen um zweidimensionale Werte in einer Ebene. Beide UWB-Transceiver senden und empfangen Signale. Die Fahrzeugeinheit weist ebenfalls zwei zueinander beabstandete UWB-Transceiver auf, welche ihrerseits feste und bekannte Positionen, vorzugsweise ebenfalls zweidimensional, in einem Fahrzeugkoordinatensystem einnehmen. Aus Signalübertragungen zwischen den UWB-Transceivern der Basiseinheit und den UWB-Transceivern der Fahrzeugeinheit wird eine Position der Fahrzeugeinheit im Basiskoordinatensystem und/oder eine Position der Basiseinheit im Fahrzeugkoordinatensystem ermittelt. Ferner ist die Auswerteeinheit ausgebildet, einen ersten Winkel („phi“) zu ermitteln, welcher eine rotatorische Ausrichtung zwischen Fahrzeugeinheit und Basiseinheit beschreibt.The system for charging an energy store of an electric vehicle has a base unit, a vehicle unit and an evaluation unit. The base unit has a primary coil for generating an alternating magnetic field, which induces an electric current in a secondary coil of the vehicle unit. The generated electricity charges the energy storage of the vehicle. Furthermore, the base unit has two ultra-wideband radio-frequency transceivers (hereinafter UWB transceivers which are mutually objectionable, ie arranged at a predefined distance from each other and occupy fixed and known positions in a basic coordinate system.) The positions are preferably two-dimensional values The UWB transceivers also have two spaced-apart UWB transceivers, which in turn occupy fixed and known positions, preferably also two-dimensional, in a vehicle coordinate system From signal transmissions between the UWB transceivers of the base unit A position of the vehicle unit in the base coordinate system and / or a position of the base unit in the vehicle coordinate system are determined by the UWB transceivers of the vehicle unit which describes a rotational alignment between the vehicle unit and the base unit.

Die Berechnung der Position erfolgt vorteilhafterweise über die Bestimmung von Laufzeiten (engl. time-of-flight: TOF) der Signalübertragungen und anschließender Triangulation. Jedoch ist es auch möglich, die Position und rotatorischen Ausrichtung mittels Signalstärke beim Empfangen der Signalübertragungen zu bestimmen.The position is advantageously calculated via the determination of transit times (TOF) of the signal transmissions and subsequent triangulation. However, it is also possible to determine the position and rotational orientation by means of signal strength when receiving the signal transmissions.

Ein Vorteil der Verwendung der UWB-Technologie ist die Fähigkeit eines UWB-Funksystems die Laufzeit der Signalübertragung zwischen zwei UWB-Transceivern bei unterschiedlichen Signalfrequenzen zu bestimmen. Da ein Teil der Frequenzen Mauerwerk gut durchdringen, können die Laufzeiten genau bestimmt werden, ohne dass diese durch Signalreflexionen verursachten Mehrwegempfang verfälscht werden. Daher ist die Anwendung der UWB-Technologie insbesondere in Gebäuden, wie beispielsweise Garagen und Parkhäusern, vorteilhaft.An advantage of using the UWB technology is the ability of a UWB radio system to determine the duration of signal transmission between two UWB transceivers at different signal frequencies. Since some of the frequencies penetrate masonry well, the transit times can be accurately determined without these multipath receivers caused by signal reflections being corrupted. Therefore, the application of the UWB Technology especially in buildings, such as garages and car parks, advantageous.

Vorteilhafterweise wird ein zweiter Winkel („alpha“) ermittelt, wobei der erste Winkel („phi“) die rotatorische Ausrichtung der Fahrzeugeinheit zur Basiseinheit im Fahrzeugkoordinatensystem beschreibt und der zweite Winkel („alpha“) die rotatorische Ausrichtung der Basiseinheit zur Fahrzeugeinheit im Basiskoordinatensystem beschreibt. Hierdurch kann die rotatorische Ausrichtung von Basiseinheit und Fahrzeugeinheit verbessert werden.Advantageously, a second angle ("alpha") is determined, wherein the first angle ("phi") describes the rotational orientation of the vehicle unit to the base unit in the vehicle coordinate system and the second angle ("alpha") describes the rotational orientation of the base unit to the vehicle unit in the base coordinate system , This can improve the rotational orientation of the base unit and the vehicle unit.

Vorteilhafterweise weist die Basiseinheit mindestens einen dritten UWB-Transceiver auf, welcher ebenfalls mit den UWB-Transceivern der Fahrzeugeinheit kommuniziert. Durch diese redundante Signalübertragung kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung und der Ermittlung des ersten und gegebenenfalls zweiten Winkels erhöht werden. Vorteilhafterweise sind hierzu die UWB-Transceiver der Basiseinheit möglichst weit voneinander beabstandet, so dass sich möglichst unterschiedliche Laufzeiten zwischen den UWB-Transceivern ergeben, wodurch die Genauigkeit erhöht wird. Dies wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass die UWB-Transceiver der Basiseinheit und die Primärspule in einem Modul angeordnet sind und die UWB-Transceiver der Basiseinheit innerhalb dieses Moduls möglichst weit voneinander beanstandet angeordnet sind. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass die Montage und die Auswertung erleichtert ist, wenn sich die UWB-Transceiver der Basiseinheit auf einem virtuellen Kreis befinden und benachbarte UWB-Transceiver zueinander gleichmäßig beanstandet sind. Hierdurch werden die verwendeten Schätzalgorithmen unempfindlicher gegenüber Ungenauigkeiten der Messungen und Rauschen.Advantageously, the base unit has at least one third UWB transceiver, which also communicates with the UWB transceivers of the vehicle unit. Through this redundant signal transmission, the accuracy of the position determination and the determination of the first and optionally second angle can be increased. For this purpose, the UWB transceivers of the base unit are advantageously spaced as far as possible from each other, so that as long as possible different transit times between the UWB transceivers, whereby the accuracy is increased. This is advantageously achieved in that the UWB transceivers of the base unit and the primary coil are arranged in a module and the UWB transceivers of the base unit are arranged as far as possible from each other within this module. In particular, it has been shown that the assembly and evaluation is facilitated when the UWB transceivers of the base unit are located on a virtual circle and adjacent UWB transceivers are equally spaced apart. As a result, the estimation algorithms used become less sensitive to inaccuracies of the measurements and noise.

Vorteilhafterweise weist das System mindestens eine weitere Basiseinheit mit ebenfalls einer Primärspule und mindestens zwei UWB-Transceivern auf. Hierdurch wird erreicht, dass mehrere Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden können. Ferner können die UWB-Transceiver aller Basisstationen für die Ermittlung der Position und des ersten und zweiten Winkels des Fahrzeugs verwendet werden. Durch die höhere Anzahl von gemessenen Laufzeiten und insbesondere durch den höheren Abstand zwischen den UWB-Transceivern unterschiedlicher Basiseinheiten wird die Genauigkeit zusätzlich erhöht. Dies gilt insbesondere für die Berechnung der Position und des ersten und gegebenenfalls zweiten Winkels in Situationen, in denen das Fahrzeug weiter von den Basisstationen entfernt ist.Advantageously, the system has at least one further base unit with likewise a primary coil and at least two UWB transceivers. This ensures that several vehicles can be loaded at the same time. Furthermore, the UWB transceivers of all base stations can be used to determine the position and the first and second angles of the vehicle. Due to the higher number of measured transit times and in particular the higher distance between the UWB transceivers of different base units, the accuracy is additionally increased. This applies in particular to the calculation of the position and of the first and possibly second angle in situations in which the vehicle is farther away from the base stations.

Vorteilhafterweise werden die Laufzeiten mittels Zwei-Wege-Kommunikation (engl. Two-Way-Communication) zwischen den UWB-Transceivern der Basiseinheit und der Fahrzeugeinheit ermittelt. Hierdurch kann eine andernfalls notwendige und aufwendige Synchronisation der UWB-Transceiver vermieden werden.Advantageously, the transit times are determined by means of two-way communication between the UWB transceivers of the base unit and the vehicle unit. As a result, an otherwise necessary and expensive synchronization of the UWB transceiver can be avoided.

Vorteilhafterweise weist das System mindestens eine Wandbox mit mindestens einem weiteren UWB-Transceiver auf. Diese Wandbox kann beliebig positioniert werden. Ist die Position der Wandbox bekannt oder wurde die Position vom System ermittelt, kann der UWB-Transceiver der Wandbox zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs ebenfalls verwendet werden. Hierdurch wird die Genauigkeit der Schätzung, insbesondere für Situationen in denen das Fahrzeug noch mehr als 10m von der Basiseinheit entfernt ist, erhöht.Advantageously, the system has at least one wallbox with at least one further UWB transceiver. This wallbox can be positioned anywhere. If the position of the wall box is known or the position has been determined by the system, the UWB transceiver of the wall box can also be used to determine the position of the vehicle. This increases the accuracy of the estimation, in particular for situations in which the vehicle is still more than 10 m away from the base unit.

Vorteilhafterweise sind die UWB-Transceiver der mindestens einen Basiseinheit zueinander synchronisiert, noch bevorzugter sind die UWB-Transceiver der mindestens einen Basiseinheit und die der Wandbox zueinander synchronisiert. Advantageously, the UWB transceivers of the at least one base unit are synchronized with one another, more preferably the UWB transceivers of the at least one base unit and those of the wall box are synchronized with one another.

Dadurch wird die Schätzung der Laufzeiten verbessert und somit die Genauigkeit der Bestimmung der Position und der ersten und zweiten Winkel erhöht.This improves the estimation of the transit times and thus increases the accuracy of determining the position and the first and second angles.

Vorteilhafterweise weist das System ferner eine Ausgabeeinheit auf, welche die ermittelte Position und den ersten und gegebenenfalls zweiten Winkel an ein Fahrzeugsystem übermittelt. Hierdurch kann das Fahrzeug manuell, semiautonom oder autonom zu der Basiseinheit navigiert werden.Advantageously, the system further comprises an output unit which transmits the determined position and the first and optionally second angle to a vehicle system. As a result, the vehicle can be navigated manually, semi-autonomously or autonomously to the base unit.

Vorteilhafterweise ist die Ausgabeeinheit in die Fahrzeugeinheit integriert und weist eine CAN-Schnittstelle auf. Hierdurch wird erreicht, dass das System mit bestehenden Fahrzeugsystemen verwendbar ist und bereits produzierte Fahrzeuge leicht nachrüstbar sind.Advantageously, the output unit is integrated in the vehicle unit and has a CAN interface. This ensures that the system can be used with existing vehicle systems and already produced vehicles are easy to retrofit.

Vorteilhafterweise weist das System ein weiteres Lokalisierungssystem, wie beispielsweise ein GNSS-System, ein Inertialnavigationssystem (INS), ein Magnetic-Vectoring-System, ein Radar, ein Ultraschall und/oder ein kamerabasiertes System auf. Diese können ebenfalls Positionsschätzungen der Fahrzeugeinheit und des ersten und zweiten Winkels durchführen.Advantageously, the system comprises a further localization system, such as a GNSS system, an inertial navigation system (INS), a magnetic vectoring system, a radar, an ultrasound and / or a camera-based system. These may also perform position estimates of the vehicle unit and the first and second angles.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Position und der erste und gegebenenfalls zweite Winkel mittels Sensorfusion ermittelt werden, wodurch zusätzlich die Genauigkeit erhöht wird.It is particularly advantageous if the position and the first and optionally second angle are determined by means of sensor fusion, which additionally increases the accuracy.

Statisches Rauschen der UWB-Transceiver und Sensoren, welches auf die Bestimmung der Position und des ersten und ggf. zweiten Winkels übertragen werden, kann durch ein kinematisches Modell des Fahrzeugs kombiniert mit einem statistischen Filter minimiert werden.Static noise of the UWB transceivers and sensors, which are transmitted to the determination of the position and the first and possibly second angle, can be determined by a kinematic model of the vehicle combined with a statistical filter can be minimized.

Erfindungsgemäß wird das Problem durch ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Dieses weist die folgenden Schritte auf:

• Übertragen von Signalen zwischen mindestens zwei UWB-Transceiver einer Basiseinheit und mindestens zwei UWB-Transceivern einer Fahrzeugeinheit;
• Bestimmen der Laufzeiten der übertragenen Signale;
• Ermitteln einer Position der Fahrzeugeinheit im Basiskoordinatensystem und/oder eine Position der Basiseinheit im Fahrzeugkoordinatensystem mittels der Laufzeiten;
• Ermitteln einer rotatorischen Ausrichtung zwischen Fahrzeugeinheit und Basiseinheit mittels der Laufzeiten;
• Bestimmen einer Route zwischen Fahrzeugeinheit und Basiseinheit mittels der ermittelten Position und der ermittelten rotatorischen Ausrichtung;
• Navigieren der Fahrzeugeinheit entlang der Route zur Basiseinheit;
• Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes durch eine Primärspule der Basiseinheit, welches magnetische Wechselfeld einen Stromfluss in einer Sekundärspule der Fahrzeugeinheit induziert;
• Laden des Energiespeichers mittels des induzierten Stromflusses.

According to the invention, the problem is solved by a method according to claim 15. This includes the following steps:

Transmitting signals between at least two UWB transceivers of a base unit and at least two UWB transceivers of a vehicle unit;
Determining the transit times of the transmitted signals;
Determining a position of the vehicle unit in the base coordinate system and / or a position of the base unit in the vehicle coordinate system by means of the transit times;
Determining a rotational alignment between the vehicle unit and the base unit by means of the transit times;
Determining a route between the vehicle unit and the base unit by means of the determined position and the determined rotational orientation;
• Navigate the vehicle unit along the route to the base unit;
Generating an alternating magnetic field by a primary coil of the base unit, which alternating magnetic field induces a current flow in a secondary coil of the vehicle unit;
• Charging the energy storage using the induced current flow.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Abbildung eines erfindungsgemäßen Systems zum induktiven Aufladen eines Energiespeichers;
2 eine schematische Darstellung der Positionsbestimmung im zweidimensionalen Raum;
3 eine schematische Darstellung einer Parksituation zum induktiven Aufladen der Energiespeicher mehrerer Fahrzeuge.

The invention will be explained in more detail with reference to the figures. Show it

1 a schematic illustration of a system according to the invention for inductive charging of an energy storage device;
2 a schematic representation of the position determination in two-dimensional space;
3 a schematic representation of a parking situation for inductive charging of energy storage of multiple vehicles.

1 zeigt eine schematische Abbildung eines erfindungsgemäßen Systems zum induktiven Aufladen eines Energiespeichers eines elektrischen Fahrzeugs. Das System besteht aus einer Basiseinheit 10 mit einer Primärspule 11 und einer Mehrzahl von UWB-Transceivern 12, 13, 14. Im Ausführungsbeispiel sind hier drei UWB-Transceiver 12, 13, 14 vorgesehen, welche in einem zweidimensionalen Basiskoordinatensystem 15 fest positioniert sind. Die UWB-Transceiver könnten auch separat von der Basiseinheit 10 installiert sein, jedoch weist die integrierte Implementierung den Vorteil auf, dass die UWB-Transceiver 12, 13, 14 dann eine feste Position im Verhältnis zu der Primärspule einnehmen. Ein Vermessen vor Inbetriebnahme des Systems bezüglich der Positionen der UWB-Transceiver 12, 13, 14 ist somit nicht notwendig. Ferner können Primärspule 11 und UWB-Transceiver 12, 13, 14 bei der integrierten Implementierung auf ein gemeinsames Versorgungssystem zugreifen und in einem gemeinsamen Modul integriert und synchronisiert sein. Beispielsweise erfolgt die Synchronisierung über eine elektrische Kabel- oder Leiterverbindung zu einem gemeinsamen Taktgeber. 1 shows a schematic illustration of a system according to the invention for inductive charging of an energy storage of an electric vehicle. The system consists of a base unit 10 with a primary coil 11 and a plurality of UWB transceivers 12 . 13 . 14 , In the embodiment here are three UWB transceivers 12 . 13 . 14 provided, which in a two-dimensional basic coordinate system 15 are firmly positioned. The UWB transceivers could also be separate from the base unit 10 However, the integrated implementation has the advantage that the UWB transceivers 12 . 13 . 14 then assume a fixed position in relation to the primary coil. A pre-commissioning of the system with respect to the positions of the UWB transceivers 12 . 13 . 14 is not necessary. Furthermore, primary coil 11 and UWB transceivers 12 . 13 . 14 in the integrated implementation, access a common supply system and be integrated and synchronized in a common module. For example, the synchronization takes place via an electrical cable or conductor connection to a common clock.

Die UWB-Transceiver 12, 13, 14 führen Signalübertragungen über eine Zwei-Wege-Kommunikation mit einem ersten UWB-Transceiver 22 und einem zweiten UWB-Transceiver 23 aus, welche in einer Fahrzeugeinheit 21 integriert sind. Mittels der Zwei-Wege-Kommunikation können die Laufzeiten der Signalübertragungen bestimmt werden und über bekannte Triangulationsverfahren die Position der Fahrzeugeinheit 21 im Basiskoordinatensystem 15 und/oder die Position der Basiseinheit 10 im Fahrzeugkoordinatensystem 28 ermittelt werden.The UWB transceivers 12 . 13 . 14 carry signal transmissions over a two-way communication with a first UWB transceiver 22 and a second UWB transceiver 23 out, which in a vehicle unit 21 are integrated. By means of the two-way communication, the transit times of the signal transmissions can be determined and, via known triangulation methods, the position of the vehicle unit 21 in the base coordinate system 15 and / or the position of the base unit 10 in the vehicle coordinate system 28 be determined.

Die Fahrzeugeinheit 21 wird vorzugsweise fest in einem Fahrzeug 20 installiert und weist ein zweidimensionales Fahrzeugkoordinatensystem 28 auf. Die Position der Fahrzeugeinheit 21 kann somit als ermittelte Position des Fahrzeugs 20 verwendet werden. Hierbei wird die Position des Fahrzeugs 20 ebenfalls über das Fahrzeugkoordinatensystem 28 beschrieben.The vehicle unit 21 preferably becomes solid in a vehicle 20 installed and has a two-dimensional vehicle coordinate system 28 on. The position of the vehicle unit 21 can thus as the determined position of the vehicle 20 be used. This will be the position of the vehicle 20 also via the vehicle coordinate system 28 described.

Ferner ist in der Fahrzeugeinheit 21 eine Sekundärspule 24 integriert, welche über ein von der Primärspule 11 generiertes Wechselmagnetfeld einen Stromfluss erzeugt. Ein Energiespeicher 26 des Fahrzeugs 20, welcher über eine elektrische Verbindung mit der Sekundärspule 24 verbunden ist, wird durch diesen induzierten Strom aufgeladen.Further, in the vehicle unit 21 a secondary coil 24 integrated, which via one of the primary coil 11 generated alternating magnetic field generates a current flow. An energy storage 26 of the vehicle 20 , which has an electrical connection to the secondary coil 24 is charged by this induced current.

Der erste und zweite UWB-Transceiver 22, 23 der Fahrzeugeinheit 21 weisen zueinander einen Abstand d auf, mittels welchem eine Orientierung „phi“ der Fahrzeugeinheit 21 ermittelt werden kann. Kommuniziert beispielsweise ein UWB-Transceiver 12 der Basiseinheit mit dem ersten UWB-Transceiver 22 der Fahrzeugeinheit 21 kann mittels Zwei-Wege-Kommunikation eine erste Laufzeit T1 ermittelt werden, welche die Dauer beschreibt, die ein UWB-Signal zwischen dem UWB-Transceiver 12 der Basiseinheit und dem ersten UWB-Transceiver 22 der Fahrzeugeinheit 21 benötigt. Gleichermaßen kann zwischen UWB-Transceiver 12 der Basiseinheit 10 und dem zweiten UWB-Transceiver 23 der Fahrzeugeinheit 21 eine Laufzeit T2 ermittelt werden. Dann kann unter der Annahme, dass sich die Fahrzeugeinheit 21 in einen gewissen Abstand zur Basiseinheit 10 befindet, der erste Winkel „phi“ mit der Gleichung $" phi " = arccos ((T1 - T2) c/d)$

näherungsweise berechnet werden. Hierbei beschreibt die Konstante c die Lichtgeschwindigkeit.The first and second UWB transceivers 22 . 23 the vehicle unit 21 have a distance d to each other, by means of which an orientation "phi" of the vehicle unit 21 can be determined. For example, it communicates with a UWB transceiver 12 the base unit with the first UWB transceiver 22 the vehicle unit 21 can by means of two-way communication a first term T1 which describes the duration of a UWB signal between the UWB transceiver 12 the base unit and the first UWB transceiver 22 the vehicle unit 21 needed. Similarly, between UWB transceivers 12 the base unit 10 and the second UWB transceiver 23 the vehicle unit 21 a term T2 be determined. Then, assuming that the vehicle unit 21 at a certain distance from the base unit 10 is the first angle "phi" with the equation

" phi " = arccos ((T1 - T2) CD)

be calculated approximately. Here, the constant c describes the speed of light.

Da die Fahrzeugeinheit 21 fest in dem Fahrzeug 20 integriert ist, und diese ein gemeinsames Fahrzeugkoordinatensystem 25 aufweisen, beschreibt der erste Winkel „phi“ auch die rotatorische Ausrichtung des Fahrzeugs 20. Natürlich wäre es auch denkbar, dass Fahrzeug 20 und Fahrzeugeinheit 21 unterschiedliche Koordinatensysteme aufweisen. Dann könnten Position und rotatorische Ausrichtung des Fahrzeugs mittels Koordinatentransformation bestimmt werden.As the vehicle unit 21 firmly in the vehicle 20 is integrated, and this a common vehicle coordinate system 25 , the first angle "phi" also describes the rotational orientation of the vehicle 20 , Of course it would also be possible for that vehicle 20 and vehicle unit 21 have different coordinate systems. Then the position and rotational orientation of the vehicle could be determined by means of coordinate transformation.

Da schon geringe Ungenauigkeiten in der Messung der Laufzeiten T1 und T2 durch die Multiplikation mit der Lichtgeschwindigkeit c großen Einfluss auf die Berechnung der rotatorischen Ausrichtung haben, ist es oftmals vorteilhaft, nicht nur die Laufzeiten zwischen einem UWB-Transceiver der Basiseinheit 10 und dem ersten und zweiten UWB-Transceiver der Fahrzeugeinheit 21 zu ermitteln, sondern die Laufzeiten einer Mehrzahl von, bzw. aller UWB-Transceivern 12, 13, 14 der Basiseinheit zu den UWB-Transceivern der Fahrzeugeinheit 21 zu berechnen. Diese Laufzeiten können dann mittels bekannter Schätzalgorithmen, wie dem Maximum-Likelihood-Algorithmus oder dem Kleinsten-Fehler-Quadrate-Algorithmus, zu einer genaueren Schätzung der rotatorischen Ausrichtung herangezogen werden. Auch kann es Vorteilhaft sein, die Anzahl der UWB-Transceiver der Fahrzeugeinheit 21 zu erhöhen und somit zusätzliche Laufzeiten ermitteln zu können, welche ebenfalls für eine genauere Schätzung verwendet werden.Since even small inaccuracies in the measurement of maturities T1 and T2 by multiplying by the speed of light c, they have a great influence on the calculation of the rotational orientation, it is often advantageous not only the transit times between a UWB transceiver of the base unit 10 and the first and second UWB transceivers of the vehicle unit 21 but to determine the durations of a plurality of, or all UWB transceivers 12 . 13 . 14 the base unit to the UWB transceivers of the vehicle unit 21 to calculate. These runtimes can then be used for a more accurate estimation of the rotational alignment by means of known estimation algorithms, such as the maximum likelihood algorithm or the least error squares algorithm. Also, it may be advantageous to the number of UWB transceivers of the vehicle unit 21 to increase and thus determine additional maturities, which are also used for a more accurate estimate.

Entsprechend kann die rotatorische Ausrichtung der Basiseinheit 10 zur Fahrzeugeinheit 21 im Basiskoordinatensystem ermittelt werden, wenn die Laufzeiten zwischen mindestens zwei UWB-Transceiver 22, 23 der Fahrzeugeinheit 21 und mindestens eines UWB-Transceivers 12, 13, 14 der Basiseinheit 10 gemessen werden.Accordingly, the rotational orientation of the base unit 10 to the vehicle unit 21 be determined in the base coordinate system, if the transit times between at least two UWB transceivers 22 . 23 the vehicle unit 21 and at least one UWB transceiver 12 . 13 . 14 the base unit 10 be measured.

Die Installation mindestens zweier UWB-Transceiver 22, 23 in der Fahrzeugeinheit 21 weist den weiteren Vorteil auf, dass die Basiseinheit 10 für die Berechnung der Position der Fahrzeugeinheit 21 lediglich zwei UWB-Transceiver benötigt. 2 zeigt eine beispielhafte Ausführung, in welcher die Basiseinheit 10 lediglich zwei UWB-Transceiver 12, 13 aufweist. Wird die Laufzeit T11 zwischen einem ersten UWB-Transceiver 12 der Basiseinheit 10 und einem ersten UWB-Transceiver 22 der Fahrzeugeinheit 21 berechnet und ist die Position des ersten UWB-Transceivers 12 der Basiseinheit 10 bekannt, werden die möglichen Positionen des ersten UWB-Transceivers 22 der Fahrzeugeinheit 21 durch eine Kreis 411 beschrieben, welcher einen Mittelpunkt auf der Position des ersten UWB-Transceivers 12 der Basiseinheit 10 hat und einen Radius aufweist, welcher dem Produkt aus Lichtgeschwindigkeit c und Laufzeit T11 zwischen erstem UWB-Transceiver der Basiseinheit 10 und erstem UWB-Transceiver 22 der Fahrzeugeinheit 21 entspricht. Durch Berechnung der Laufzeit T21 zwischen zweitem UWB-Transceiver 13 der Basiseinheit 10 und erstem UWB-Transceiver 22 der Fahrzeugeinheit 21 wird ein zweiter Kreis 421 von möglichen Positionen des ersten UWB-Transceivers 22 der Fahrzeugeinheit 21 beschrieben. Als mögliche Positionen des ersten UWB-Transceivers 22 der Fahrzeugeinheit 21 ergeben sich somit die zwei Schnittpunkte 43, 44 des ersten und zweiten Kreises 411, 421. Verfährt man analog mit dem zweiten UWB-Transceiver 23 der Fahrzeugeinheit 21 ergeben sich ein dritter Kreis 431 und ein vierter Kreis 441, welche ebenfalls zwei Schnittpunkte 45, 46 bilden, welche die möglichen Positionen des zweiten UWB-Transceivers 23 der Fahrzeugeinheit 21 beschreiben. Die richtigen Positionen des ersten und zweiten UWB-Transceivers 22, 23 können nun ermittelt werden indem man die Distanzen d1, d2 zwischen allen Schnittpunkten 43, 44, 45, 46 ermittelt und die beiden Schnittpunkte als Positionen des ersten und zweiten UWB-Transceivers der Fahrzeugeinheit wählt, welche die Distanz d untereinander aufweisen. Im vorliegenden Beispiel gehen wird davon ausgegangen, dass d1 = d ist. Somit beschreiben die Schnittpunkte 44, 46 die Positionen der UWB-Transceiver 22, 23 der Fahrzeugeinheit 21. Unter realen Bedingungen, werden die Messungen Fehler aufweisen. Dann wird in der Regel keine der ermittelten Distanzen genau gleich zu dem Abstand d sein. In diesem Fall wird das Schnittpunktpaar gewählt, welches einen Abstand aufweist, der der Distanz d zwischen erstem und zweitem UWB-Transceiver 22, 23 der Fahrzeugeinheit 21 am nächsten ist.The installation of at least two UWB transceivers 22 . 23 in the vehicle unit 21 has the further advantage that the base unit 10 for the calculation of the position of the vehicle unit 21 only two UWB transceivers needed. 2 shows an exemplary embodiment in which the base unit 10 only two UWB transceivers 12 . 13 having. Will the term T11 between a first UWB transceiver 12 the base unit 10 and a first UWB transceiver 22 the vehicle unit 21 calculated and is the position of the first UWB transceiver 12 the base unit 10 known, are the possible positions of the first UWB transceiver 22 the vehicle unit 21 through a circle 411 describing a mid-point on the position of the first UWB transceiver 12 the base unit 10 has and has a radius which is the product of the speed of light c and transit time T11 between the first UWB transceiver of the base unit 10 and first UWB transceiver 22 the vehicle unit 21 equivalent. By calculating the duration T21 between second UWB transceiver 13 the base unit 10 and first UWB transceiver 22 the vehicle unit 21 becomes a second circle 421 possible positions of the first UWB transceiver 22 the vehicle unit 21 described. As possible positions of the first UWB transceiver 22 the vehicle unit 21 thus arise the two intersections 43 . 44 of the first and second circle 411 . 421 , The procedure is analogous to the second UWB transceiver 23 the vehicle unit 21 result in a third circle 431 and a fourth circle 441 , which also have two intersections 45 . 46 form the possible positions of the second UWB transceiver 23 the vehicle unit 21 describe. The correct positions of the first and second UWB transceivers 22 . 23 can now be determined by taking the distances d1, d2 between all intersections 43 . 44 . 45 . 46 determined and selects the two intersections as positions of the first and second UWB transceiver of the vehicle unit, which have the distance d from each other. In the present example, it is assumed that d1 = d. Thus, the intersections describe 44 . 46 the positions of the UWB transceivers 22 . 23 the vehicle unit 21 , Under real conditions, the measurements will have errors. Then, as a rule, none of the determined distances will be exactly equal to the distance d. In this case, the intersection pair is chosen, which has a distance that is the distance d between the first and second UWB transceivers 22 . 23 the vehicle unit 21 is closest.

Da in realen Situationen die Laufzeiten durch Ungenauigkeiten bei der Berechnung und äußeren Störeinflüssen durch Rauschen oftmals beeinträchtigt sind, ist es sinnvoll, mindestens drei UWB-Transceiver 12, 13, 14 in der Basiseinheit 10 zu integrieren. Durch die Messungenauigkeiten werden sich die Mehrzahl der erzeugten Kreise dann in der Regel nicht in zwei Schnittpunkten (für ersten und zweiten UWB-Transceiver der Fahrzeugeinheit 21) schneiden, sondern eine Punktwolke von Schnittpunkten bilden. Daher werden bekannte Schätzmethoden, wie dem Maximum-Likelihood-Algorithmus oder dem Kleinsten-Fehler-Quadrate-Algorithmus, zur optimalen Schätzung der Positionen verwendetSince in real situations the running times are often affected by inaccuracies in the calculation and external disturbances caused by noise, it makes sense to have at least three UWB transceivers 12 . 13 . 14 in the base unit 10 to integrate. As a result of the measurement inaccuracies, the majority of the circles generated will generally not be in two points of intersection (for the first and second UWB transceivers of the vehicle unit 21 ), but form a point cloud of intersections. Therefore, known estimation methods such as the maximum likelihood algorithm or the least squares algorithm are used for optimal estimation of the positions

Der dritte UWB-Transceiver 14 der Basiseinheit 10 kann zusätzlich verwendet werden, eine Position der Fahrzeugeinheit 21 und somit des Fahrzeugs 20 im dreidimensionalen Raum zu ermittelt. Dann weist die ermittelte Position zusätzlich zu einer longitunalen und lateralen Position auch eine Höheninformation auf. Dies kann vorteilhaft sein, wenn sich das Fahrzeug beispielsweise in einem Parkhaus mit mehreren Geschossen befindet. Somit kann dann über die Signalübertragungen auch das Stockwerk ermittelt werden, in welchem sich das Fahrzeug 20 gegenwärtig befindet.The third UWB transceiver 14 the base unit 10 can be used in addition to one Position of the vehicle unit 21 and thus the vehicle 20 determined in three-dimensional space. Then, the determined position also has a height information in addition to a longitunalen and lateral position. This can be advantageous if the vehicle is located, for example, in a multi-storey car park. Thus, the floor can then be determined via the signal transmissions, in which the vehicle 20 currently located.

Zur Berechnung der Laufzeiten, der Position und rotatorischen Ausrichtung der Fahrzeugeinheit 21, weist das System eine Auswerteeinheit 25 auf. In dem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 25 ebenfalls im Fahrzeug 20 angeordnet und vorzugsweise in der Fahrzeugeinheit 21 integriert. Mittels einer CAN-Schnittstelle 29 ist die Auswerteeinheit 25 mit einem Fahrzeugsystem 27 verbunden. Die ermittelte Position und rotatorischen Ausrichtung kann über die CAN-Schnittstelle 29 an das Fahrzeugsystem 27 übertragen werden. Das Fahrzeugsystem 27 verwendet diese Daten zum autonomen Steuern des Fahrzeugs 20. Ausgehend von der aktuellen Position der Fahrzeugeinheit 21 und ihrer rotatorischen Ausrichtung („phi“), ermittelt das Fahrzeugsystem 27 eine Route 100, welche das Fahrzeug 20 von der aktuellen Position zu der Basiseinheit 10 führt. Das Fahrzeugsystem 27 steuert dann das Fahrzeug 20 autonom entlang dieser Route 100 zu der Basiseinheit 10. Alternativ können über eine Ausgabeeinheit auch Fahranweisungen an den Fahrer des Fahrzeugs 20 ausgegeben werden, welche das Fahrzeug 20 ebenfalls zur Basiseinheit 10 führen. For calculating the running times, the position and the rotational orientation of the vehicle unit 21 , the system has an evaluation unit 25 on. In the embodiment, the evaluation unit 25 also in the vehicle 20 arranged and preferably in the vehicle unit 21 integrated. By means of a CAN interface 29 is the evaluation unit 25 with a vehicle system 27 connected. The determined position and rotational alignment can be via the CAN interface 29 to the vehicle system 27 be transmitted. The vehicle system 27 uses this data to autonomously control the vehicle 20 , Based on the current position of the vehicle unit 21 and their rotational orientation ("phi"), determined by the vehicle system 27 a route 100 which the vehicle 20 from the current position to the base unit 10 leads. The vehicle system 27 then controls the vehicle 20 autonomous along this route 100 to the base unit 10 , Alternatively, driving instructions can also be sent to the driver of the vehicle via an output unit 20 are issued, which the vehicle 20 also to the base unit 10 to lead.

Bei der Ermittlung der Position und rotatorischen Ausrichtung der Fahrzeugeinheit 21 wird zwischen einem Nahbereich und einem Fernfeld unterschieden. Die Fahrzeugeinheit 21 befindet sich im Nahbereich, wenn ihr Abstand zur Basiseinheit 10 kleiner als ca. 10m ist. Andernfalls befindet sich die Fahrzeugeinheit im Fernfeld der Basiseinheit. In Fällen in denen sich die Fahrzeugeinheit 21 im Fernfeld befindet, sinkt insbesondere die Genauigkeit der Ermittlung der Position der Fahrzeugeinheit 21. Im Fernfeld sind die Verbindungslinien zwischen den UWB-Transceivern 12, 13, 14 der Basiseinheit 10 und der Fahrzeugeinheit 21 dicht beieinander. Dies macht das System anfällig für Störeinflüsse, da die verwendeten Algorithmen auf Triangulation beruhen. Daher wird in einem Ausführungsbeispiel zusätzlich eine Wandbox 30 mit mindestens einem zusätzlichen UWB-Transceiver 31 integriert. Die Signalübertragungen zwischen des zusätzlichen UWB-Transceivers 31 der Wandbox 30 und der UWB-Transceiver 22, 23 der Fahrzeugeinheit 21 werden zur Ermittlung der Position der Fahrzeugeinheit 21 ebenfalls verwendet. Durch geschickte Positionierung der Wandbox 30 kann die Genauigkeit erheblich erhöht werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Winkel der Verbindungslinie zwischen Fahrzeugeinheit 21 und Basiseinheit 10 und der Verbindungslinie zwischen Fahrzeugeinheit 21 und Wandbox 30 in einem Bereich von 45° - 135°, vorzugsweise zwischen 75° und 105°, liegt. Optimal ist ein Winkel von 90°. Dieser kann jedoch nur für eine Fahrzeugposition erreicht werden. Somit kann es vorteilhaft sein, einen Bereich zu bestimmen, in welchem die Ermittlung der Position der Fahrzeugeinheit besonders genau erfolgen muss. Die Basiseinheit 10 und die Wandbox 30 werden dann so positioniert, dass die Winkel der Verbindungslinien in diesem Bereich näherungsweise 90° betragen. Beispielsweise wird der Bereich durch eine Mehrzahl von Messpunkten beschrieben und die Wandbox 30 und die Basiseinheit 10 so angeordnet, dass der Mittelwert der Verbindungslinien aller Messpunkte näherungsweise 90° beträgt.In determining the position and rotational orientation of the vehicle unit 21 a distinction is made between a near range and a far field. The vehicle unit 21 is in close range when its distance from the base unit 10 less than 10m. Otherwise, the vehicle unit is in the far field of the base unit. In cases where the vehicle unit 21 In the far field, in particular, the accuracy of determining the position of the vehicle unit decreases 21 , In the far field are the connecting lines between the UWB transceivers 12 . 13 . 14 the base unit 10 and the vehicle unit 21 close together. This makes the system susceptible to interference because the algorithms used are based on triangulation. Therefore, in one embodiment, in addition, a wall box 30 with at least one additional UWB transceiver 31 integrated. The signal transmissions between the additional UWB transceiver 31 the wall box 30 and the UWB transceiver 22 . 23 the vehicle unit 21 are used to determine the position of the vehicle unit 21 also used. By clever positioning of the wall box 30 the accuracy can be increased considerably. This is especially the case when the angle of the connecting line between the vehicle unit 21 and base unit 10 and the connecting line between the vehicle unit 21 and wall box 30 in a range of 45 ° - 135 °, preferably between 75 ° and 105 °. Optimal is an angle of 90 °. However, this can only be achieved for one vehicle position. Thus, it may be advantageous to determine an area in which the determination of the position of the vehicle unit must be particularly accurate. The base unit 10 and the wallbox 30 are then positioned so that the angles of the connecting lines in this area are approximately 90 °. For example, the area is described by a plurality of measuring points and the wall box 30 and the base unit 10 arranged so that the average value of the connecting lines of all measuring points is approximately 90 °.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Mehrzahl von Basiseinheiten 10, 50, 60, 70, 80, 90 in einem Parkbereich installiert sind. Beispielsweise kann es sich hierbei um ein öffentliches Parkhaus mit mehreren Stellplätzen 101, 51, 61, 71, 81, 91 handeln. Ein zentrales System kann elektrischen Fahrzeugen Stellplätze 101, 51, 61, 71, 81, 91 zuweisen und diese an die Fahrzeuge 21 übermitteln. Die Lokalisierung der Fahrzeuge erfolgt dann über.ein erfindungsgemäßes System. Hierbei wird Position und rotatorische Ausrichtung des Fahrzeugs 20 nicht nur mittels der UWB-Transceiver 12, 13, 14 der Basiseinheit 10 ermittelt, welche dem Fahrzeug 20 zugewiesen wurde. Auch UWB-Transceiver der anderen Basiseinheiten 50, 60, 70, 80, 90 beteiligen sich an der Lokalisierung der Fahrzeugeinheit. Durch die erhöhte Anzahl von Signalübertragungen wird Redundanz erreicht, welche die Genauigkeit des Systems erhöht. Ferner sind die UWB-Transceiver der unterschiedlichen Basiseinheiten im Raum weiter voneinander beabstandet, wodurch die Triangulation für das Fernfeld verbessert wird. 3 shows an embodiment in which a plurality of base units 10 . 50 . 60 . 70 . 80 . 90 are installed in a parking area. For example, this may be a public car park with several parking spaces 101 . 51 . 61 . 71 . 81 . 91 act. A central system can accommodate electric vehicles 101 . 51 . 61 . 71 . 81 . 91 assign and send these to the vehicles 21 to transfer. The localization of the vehicles is then über.ein inventive system. This position and rotational orientation of the vehicle 20 not just by means of the UWB transceiver 12 . 13 . 14 the base unit 10 determines which the vehicle 20 was assigned. Also UWB transceiver of the other base units 50 . 60 . 70 . 80 . 90 participate in the localization of the vehicle unit. The increased number of signal transmissions achieves redundancy which increases the accuracy of the system. Furthermore, the UWB transceivers of the different base units are spaced further apart in space, thereby improving the triangulation for the far field.

In einem Ausführungsbeispiel wird das System durch weitere Lokalisierungssysteme ergänzt. Beispielsweise kann im Außenbereich ein satellitenbasiertes Lokalisierungssystem eine weitere Schätzung der aktuellen Position der Fahrzeugeinheit 21, bzw. des Fahrzeugs 20 liefern, wenn dieses einen entsprechenden Empfänger zur satellitenbasierten Lokalisierung aufweist. Hierbei sind insbesondere die bekannten Systeme GPS und Galileo zu nennen. Im Innenbereich kann ein Magnetic-Vecotring-System vorgesehen sein, welches insbesondere bei einer geringen Entfernung von Fahrzeugeinheit 21 zur Basiseinheit 10 die Position genau berechnen kann. So kann in einem Ausführungsbeispiel beispielsweise im Außenbereich die Position bis zu einem Parkhaus mittels satellitenbasierter Navigation bestimmt werden. Sobald sich das Fahrzeug im Inneren befindet, übernimmt das System der UWB-Transceiver die Positionsbestimmung und rotatorische Ausrichtung der Fahrzeugeinheit. Ab einer Entfernung von beispielsweise Im zwischen Fahrzeugeinheit und Basiseinheit werden Position und rotatorischen Ausrichtungen der Fahrzeugeinheit 21 dann über das Magnetic-Vectoring System bestimmt.In one embodiment, the system is supplemented by further localization systems. For example, in the outdoor area, a satellite-based location system can provide a further estimate of the current position of the vehicle unit 21 , or of the vehicle 20 provide, if this has a corresponding receiver for satellite-based localization. In particular, the known systems GPS and Galileo are mentioned here. In the interior, a magnetic Vecotring system may be provided, which in particular at a small distance from the vehicle unit 21 to the base unit 10 can calculate the position accurately. Thus, in one exemplary embodiment, the position up to a parking garage can be determined by means of satellite-based navigation, for example outdoors. As soon as the vehicle is inside, the UWB transceiver system takes over the position determination and rotary Alignment of the vehicle unit. From a distance of, for example, between the vehicle unit and the base unit, the position and rotational orientations of the vehicle unit become 21 then determined via the Magnetic Vectoring System.

Alternativ können auch alle Systeme gleichzeitig Position und rotatorische Ausrichtungen ermitteln und die gemessenen Werte dann mittels Sensorfusion zu einer präzisen Schätzung der Position und rotatorischen Ausrichtung fusioniert werden. Hierbei eignet es sich, ein kinematisches Modell des Fahrzeugs 20 zu erstellen und mittels eines kaimanbasierten Filteralgorithmus die Position und die rotatorischen Ausrichtungen zu bestimmen. Kaimanbasierte Filteralgorithmen sind statistische Filter, welche einen Zustandsvektor eines Zustandsmodells basierend auf einem Beobachtungsvektor schätzen. Der Zustandsvektor des Filters beinhaltet im vorliegendem Ausführungsbeispiel die Position der Fahrzeugeinheit 21 und die rotatorischen Ausrichtungen („phi“, „alpha“). Der Beobachtungsvektor ergibt sich aus den Messungen der einzelnen Lokalisierungssysteme. Da es sich bei kinematischen Modellen von Fahrzeugen um nichtlineare Modelle handelt, sind insbesondere der Extended Kalman Filteralgorithmus oder der Sigma-Kalman Filteralgorithmus geeignet eine präzise Schätzung des Zustandsvektors zu berechnen. In Fällen, in denen die Lokalisierungssysteme starken äußeren Einflüssen ausgesetzt sind und ihre Messfehler somit nur schlecht durch weißes Gaußsches Rauschen beschrieben werden, wird ein Partikelfilter, auch bekannt als Sequentieller Monte-Carlo Filter, eingesetzt.Alternatively, all systems can simultaneously determine position and rotational orientations, and then fuse the measured values to a precise estimate of position and rotational alignment by sensor fusion. Here it is suitable, a kinematic model of the vehicle 20 to create and determine the position and the rotational orientations by means of a kaimanbasierten filter algorithm. Kalman-based filter algorithms are statistical filters that estimate a state vector of a state model based on an observation vector. The state vector of the filter in the present embodiment includes the position of the vehicle unit 21 and the rotational orientations ("phi", "alpha"). The observation vector results from the measurements of the individual localization systems. Since kinematic models of vehicles are non-linear models, in particular the Extended Kalman filter algorithm or the Sigma-Kalman filter algorithm are suitable for calculating a precise estimation of the state vector. In cases in which the localization systems are exposed to strong external influences and their measurement errors are thus poorly described by white Gaussian noise, a particle filter, also known as Sequential Monte-Carlo filter, is used.

Diese Systeme werden allesamt mit einem initialen, geschätzten Zustandsvektor initialisiert. In einem Ausführungsbeispiel wird die Qualität des satellitenbasierten Lokalisierungssystems mittels des Gütewerts Dilution-of-Precision (DOP) ermittelt. Solange dieser Gütewert niedrig, die Schätzung also präzise ist, wird die Position der Fahrzeugeinheit ausschließlich über das satellitenbasierte Lokalisierungssystem bestimmt. Die Ausrichtung der Fahrzeugeinheit kann beispielsweise aus aufeinanderfolgenden Positionsmessungen bestimmt werden. Übersteigt die Dilution-of-Precision einen Schwellwert, wird zusätzlich die Position und die Ausrichtungen über die UWB-Transceiver der Basiseinheit 10, der Fahrzeugeinheit 21 und der Wandbox 30 ermittelt. Als Initialisierung des Zustandsvektors kann dann die letzte satellitenbasierte Schätzung verwendet werden. Alternativ kann das System auch über bekannte Positionen und Ausrichtungen initialisiert werden. Fährt das Fahrzeug beispielsweise in ein Parkhaus, muss es in der Regel durch eine Schranke fahren und vor dieser bis zum Öffnen der Schranke verweilen. Zu diesem Zeitpunkt sind Position und Ausrichtung der Fahrzeugeinheit durch die Schranke vorgegeben. Wenn das Fahrzeug vor der Schranke hält, kann beispielsweise ein zentrales Leitsystem die Position und rotatorische Ausrichtung an die Auswerteeinheit 25 übermitteln. Ferner kann von diesem zentralen Leitsystem zusätzlich ein Stellplatz 101, 51, 61, 71, 81, 91 zum induktiven Aufladen an die Auswerteeinheit 25 übermittelt werden. Hierbei wird die Position und die benötigte rotatorische Ausrichtung („phi“) der Fahrzeugeinheit 21, bzw. des Fahrzeugs 20 an die Auswerteeinheit 25 und ggf. die zu fahrende Route übersendet. Diese wird dann entweder mittels Anweisungen über eine Ausgabeeinheit an den Fahrer weitergegeben oder ein Fahrerassistenzsystem steuert das Fahrzeug 20 autonom zu dem ausgewiesenen Stellplatz 101, 51, 61, 71, 81, 91.These systems are all initialized with an initial, estimated state vector. In one embodiment, the quality of the satellite-based localization system is determined by means of the Dilution-of-Precision (DOP) quality factor. As long as this quality value is low, ie the estimation is precise, the position of the vehicle unit is determined exclusively via the satellite-based localization system. The orientation of the vehicle unit can be determined, for example, from successive position measurements. In addition, if the dilution-of-precision exceeds a threshold, the position and orientations will be adjusted via the UWB transceivers of the base unit 10 , the vehicle unit 21 and the wallbox 30 determined. The last satellite-based estimate can then be used as the initialization of the state vector. Alternatively, the system may also be initialized via known locations and orientations. For example, if the vehicle is driving into a parking garage, it usually has to drive through a barrier and stay in front of it until the barrier is opened. At this time, position and orientation of the vehicle unit are given by the barrier. If the vehicle stops in front of the barrier, for example, a central control system, the position and rotational alignment with the evaluation unit 25 to transfer. Furthermore, from this central control system additionally a parking space 101 . 51 . 61 . 71 . 81 . 91 for inductive charging to the evaluation unit 25 be transmitted. Here, the position and the required rotational orientation ("phi") of the vehicle unit 21 , or of the vehicle 20 to the evaluation unit 25 and possibly the route to be traveled. This is then either passed on to the driver by means of instructions via an output unit, or a driver assistance system controls the vehicle 20 autonomous to the designated parking space 101 . 51 . 61 . 71 . 81 . 91 ,

Wie oben beschrieben, kann das System zusätzlich auf weitere Lokalisierungssysteme zurückgreifen. Beispielsweise könnten Daten von einem im Fahrzeug installierten Trägheitsnavigationssystem (engl. Inertial Navigation System, INS) an die Auswerteeinheit übergeben werden. Das INS weist mehrere Beschleunigungs- und/oder Drehratensensoren auf, welche durch doppelte Integration die Position und/oder Orientierung berechnen. Im zweidimensionalen Fall ist es vorteilhaft mindestens zwei Beschleunigungssensoren und zwei Drehratensensoren zu implementieren.As described above, the system can additionally resort to further localization systems. For example, data could be transferred from an in-vehicle inertial navigation system (INS) to the evaluation unit. The INS has several acceleration and / or rotation rate sensors, which calculate the position and / or orientation by double integration. In the two-dimensional case, it is advantageous to implement at least two acceleration sensors and two yaw rate sensors.

Zusätzlich kann das Fahrzeug mit Umgebungssensoren wie Ultraschall und Radar ausgestattet sein, welche die Fahrzeugumgebung räumlich abtasten und insbesondere Hindernisse ermitteln. Diese Lage der Hindernisse wird bei der fortlaufenden Berechnung der Route berücksichtigt. Die Verwendung von Umgebungssensoren ist insbesondere für autonome Fahrsituationen vorteilhaft.In addition, the vehicle may be equipped with environmental sensors such as ultrasound and radar, which spatially scan the vehicle surroundings and in particular detect obstacles. This position of the obstacles is taken into account in the continuous calculation of the route. The use of environmental sensors is particularly advantageous for autonomous driving situations.

Ein kamerabasiertes System detektiert Landmarken in aufgenommenen Bildsequenzen und vergleicht diese mit einer gespeicherten Karte. Mittels dieses Vergleichs können Position und rotatorische Ausrichtung des Fahrzeugs ermittelt werden.A camera-based system detects landmarks in captured image sequences and compares them to a stored map. By means of this comparison, the position and rotational orientation of the vehicle can be determined.

Die oben genannten Lokalisierungssysteme können unabhängig voneinander die Position und rotatorische Ausrichtung des Fahrzeugs 20 ermitteln oder über Sensorfusion und kaimanbasiertem Filter eine Position und rotatorische Ausrichtung der Fahrzeugeinheit 21, bzw. des Fahrzeugs 20 berechnen.The above localization systems can independently of each other the position and rotational orientation of the vehicle 20 or via Sensor Fusion and Cayman-based Filter to determine a position and rotational orientation of the vehicle unit 21 , or of the vehicle 20 to calculate.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestimmung der Position und Ausrichtung der Fahrzeugeinheit lediglich über die UWB-Transceiver der Basiseinheit 10, der Fahrzeugeinheit 21 und der Wandbox 30. Hierbei wird ebenfalls ein kaimanbasierter Filteralgorithmus verwendet. Der Zustandsvektor beinhaltet die Position und rotatorische Ausrichtung der Fahrzeugeinheit 21. Der Beobachtungsvektor besteht dann lediglich aus der ermittelten Position und der rotatorischen Ausrichtungen mittels der Signalübertragungen der UWB-Transceiver. Eine Initialisierung kann auch hier über eine bekannte Position, wie beispielsweise ein Garagentor, eine Schranke oder eine Lichtschranke und zentralem Leitsystem erfolgen.In a further embodiment, the determination of the position and orientation of the vehicle unit takes place only via the UWB transceivers of the base unit 10 , the vehicle unit 21 and the wallbox 30 , In this case a kaimanbasierter filter algorithm is also used. The state vector includes the position and rotational orientation of the vehicle unit 21 , The observation vector then only consists of the determined position and the rotational orientations by means of the signal transmissions of the UWB transceivers. An initialization can also take place here via a known position, such as a garage door, a barrier or a light barrier and a central control system.

Die Übermittelung einer bekannten Position mittels des zentralen Leitsystems weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass hierdurch die UWB-Transceiver 12, 13, 14, 22, 23, 31 der Basiseinheit 10, der Wandbox 30 und der Fahrzeugeinheit 21 synchronisiert werden können. Befindet sich das Fahrzeug 10 beispielsweise vor einer Schranke, sind die Positionen der UWB-Transceiver 22, 23 der Fahrzeugeinheit 21 näherungsweise bekannt. Da auch die Positionen der UWB-Transceiver 12, 13, 14 der Basiseinheit 10 und des UWB-Transceivers 31 der Wandbox 30 bekannt sind, können die Laufzeiten mathematisch über die Abstände der UWB-Transceiver und der konstanten Lichtgeschwindigkeit c berechnet werden. Erfolgt nun eine Signalübertragung beispielsweise eines UWB-Transceivers 12, 13, 14 der Basiseinheit 10 an die UWB-Transceiver 22, 23 der Fahrzeugeinheit 21 und den UWB-Transceiver 31 der Wandbox 30, können in der Auswerteeinheit 25 und der Wandbox installierte Uhren über die mathematisch berechneten Laufzeiten auf eine in der Basiseinheit 10 installierte Uhr kalibriert werden.The transmission of a known position by means of the central control system has the additional advantage that thereby the UWB transceiver 12 . 13 . 14 . 22 . 23 . 31 the base unit 10 , the wall box 30 and the vehicle unit 21 can be synchronized. Is the vehicle located 10 For example, in front of a barrier, the positions of the UWB transceivers 22 . 23 the vehicle unit 21 approximately known. As well as the positions of UWB transceivers 12 . 13 . 14 the base unit 10 and the UWB transceiver 31 the wall box 30 are known, the transit times can be mathematically calculated by the distances of the UWB transceiver and the constant speed of light c. Now occurs a signal transmission, for example, a UWB transceiver 12 . 13 . 14 the base unit 10 to the UWB transceivers 22 . 23 the vehicle unit 21 and the UWB transceiver 31 the wall box 30 , can in the evaluation unit 25 and the wall box installed clocks over the mathematically calculated transit times to one in the base unit 10 calibrated clock can be calibrated.

Wie zuvor beschrieben, dient das erfindungsgemäße System dazu, das Parken des Fahrzeugs, möglichst „in einem Zug“, zu unterstützen oder zu bewirken. Dabei dient das System der genauen Berechnung einer Einparktrajektorie. Ob letztlich die rotatorische Ausrichtung in der Endstellung des Fahrzeugs erreicht ist, ist vergleichsweise vernachlässigbar. Hier hat sich eine betragsmäßige Abweichung von 15 Grad als immer noch ausreichend erwiesen. Dennoch könnte in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine motorisch bewirkte Drehverstellung der Primärspule 11 in der Basiseinheit 10 vorgesehen sein, um eine rotatorische Nachführung der Primärspule 11 zu erreichen. Beispielsweise ist diese in einer Ausführungsform auf einer drehbar gelagerten Rotationsplatte angeordnet, die mittels eines elektrischen Motors bewegbar ist. Dies ist vorteilhaft, wenn Basiseinheit 10 und Fahrzeugeinheit 21 translatorisch präzise zueinander platziert sind, jedoch die rotatorische Ausrichtung ungenau ist. Über die drehbare Rotationsplatte wird die Primärspule 11 in eine optimale rotatorische Ausrichtung gedreht. Hierfür wird die Rotationsplatte beispielsweise über das zentrale Leitsystem gesteuert. Dieses kommuniziert mit der Auswerteeinheit 25 des Fahrzeugs 20 und hat somit Zugriff auf den aktuell gemessenen induzierten Stromfluss in der Sekundärspule 24. Diesen gemessenen Stromfluss verwendet das zentrale Leitsystem für eine Feedbackregelung der Rotationsplatte. Natürlich können Basiseinheit 10 und Auswerteeinheit 25 auch so konzipiert sein, dass sie direkt miteinander kommunizieren. In diesem Fall regelt die Basiseinheit die Rotationsplatte. Die Kommunikation kann beispielsweise über die UWB-Transceiver der Basiseinheit 10, der UWB-Transceiver der Fahrzeugeinheit 21 und/oder der Wandbox 30 erfolgen.As described above, the system according to the invention serves to assist or effect the parking of the vehicle, if possible "in one go". The system serves the exact calculation of a parking trajectory. Whether ultimately the rotational alignment is achieved in the end position of the vehicle is comparatively negligible. Here, a magnitude deviation of 15 degrees has proved to be still sufficient. Nevertheless, in a further embodiment, a motor-driven rotational adjustment of the primary coil 11 in the base unit 10 be provided to a rotational tracking of the primary coil 11 to reach. For example, this is arranged in one embodiment on a rotatably mounted rotary plate which is movable by means of an electric motor. This is beneficial if base unit 10 and vehicle unit 21 are placed translationally precise to each other, but the rotational orientation is inaccurate. About the rotatable rotation plate is the primary coil 11 rotated in an optimal rotational orientation. For this purpose, the rotary plate is controlled for example via the central control system. This communicates with the evaluation unit 25 of the vehicle 20 and thus has access to the currently measured induced current flow in the secondary coil 24 , This measured current flow is used by the central control system for feedback control of the rotary plate. Of course, base unit 10 and evaluation unit 25 also be designed so that they communicate directly with each other. In this case, the base unit controls the rotation plate. The communication may be via the UWB transceivers of the base unit, for example 10 , the UWB transceiver of the vehicle unit 21 and / or the wall box 30 respectively.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass Basiseinheit 10, Wandbox 30 und Fahrzeugeinheit 21 UWB-Transceiver ausweisen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass eine Zwei-Wege-Kommunikation möglich ist, welche die Bestimmung der Laufzeiten optimiert. Jedoch wäre es auch möglich, die Basiseinheit 10 und die Wandbox 30 mit UWB-Sendern auszustatten und in der Fahrzeugeinheit 21 zwei UWB-Empfänger zu integrieren. Dann müssten die Sender und Empfänger jedoch zeitlich synchronisiert werden. Alternativ könnte auch die Fahrzeugeinheit 21 mindestens zwei UWB-Sender und die Basiseinheit 10 und die Wandbox 30 eine Mehrzahl von UWB-Empfängern aufweisen.According to the invention, it is provided that the base unit 10 , Wall box 30 and vehicle unit 21 Identify UWB transceivers. This has the particular advantage that a two-way communication is possible, which optimizes the determination of the transit times. However, it would also be possible to use the base unit 10 and the wallbox 30 equipped with UWB transmitters and in the vehicle unit 21 to integrate two UWB receivers. Then, however, the transmitters and receivers would have to be synchronized in time. Alternatively, the vehicle unit could also 21 at least two UWB stations and the base unit 10 and the wallbox 30 have a plurality of UWB receivers.

Claims

System for inductively charging an energy store (26) of an electric vehicle (20) comprising a base unit (10), a vehicle unit (21) and an evaluation unit (25), wherein the base unit (10) comprises a primary coil (11) for generating an alternating magnetic field and at least two UWB transceivers (12, 13) with in a base coordinate system (15) known positions and the vehicle unit has a secondary coil (24) for charging the energy store (26) and at least two other UWB transceivers (22, 23) with in A vehicle coordinate system (28) has known positions and the evaluation unit (25) is formed from signal transmissions (41) between the UWB transceivers (12, 13) of the base unit (20) and the UWB transceivers (22, 23) of the vehicle unit ( 21) to determine a position of the vehicle unit (21) in the base coordinate system (15) and / or a position of the base unit (10) in the vehicle coordinate system (28) and the evaluation unit (25) fe is trained to determine a first angle ("phi"), which describes a rotational alignment between the vehicle unit (21) and base unit (10).

System after Claim 1 , characterized in that the evaluation unit (25) is further adapted to determine a second angle ("alpha"), wherein the first angle ("phi") the rotational orientation of the vehicle unit (21) to the base unit (10) in the vehicle coordinate system (28 ) and the second angle ("alpha") describes the rotational orientation of the base unit (10) to the vehicle unit (21) in the base coordinate system (15).

System according to one of the preceding claims, characterized in that the base unit (10) has at least one third UWB transceiver (14), the UWB transceivers (12, 13, 14) of the base unit (10) and the primary coil (11) in a module are arranged and the UWB transceiver (12, 13, 14) of the base unit (11) within this module as far as possible from each other, evenly distributed on a virtual circle (16) are evenly placed.

System according to one of the preceding claims, characterized by at least one further base unit (50, 60, 70, 80, 90), which also has a primary coil and at least two UWB transceivers.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (25) consists of a two-way communication between the UWB transceivers (12, 13, 14) of the at least one base unit (10) and the UWB transceivers (22, 23) of the vehicle unit (21) determines the transit times of the signal transmissions (41).

System according to one of the preceding claims, characterized by at least one wall box (30) with at least one further UWB transceiver (31).

System according to one of the preceding claims, characterized in that the UWB transceivers (12, 13, 14, 22, 23, 31) of the at least one base unit (10, 50, 60, 70, 80, 90) with each other and optionally further with the wall box (30) are synchronized.

System according to one of the preceding claims, characterized by an output unit, which is designed to transmit the determined position and the first ("phi") and possibly second angle ("alpha) to a vehicle system (27).

System after Claim 8 , characterized in that the output unit (25) is integrated in the vehicle unit (21) and has a CAN interface (29) for connection to the vehicle system (27).

System according to one of the preceding claims, characterized by at least one further localization system, in particular a GNSS system, an inertial navigation system, a magnetic vectoring system, a radar, an ultrasound and / or a camera-based system.

System after Claim 10 , characterized in that the position and the first angle ("phi") and optionally second angle ("alpha") are determined by means of sensor fusion.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (25) uses a kinematic model of the vehicle (20) and a statistical filter for determining the position and the first angle ("phi") and second angle ("alpha") , in particular an Extended Kalman filter, a Sigma-Kalmen filter or a particle filter.

Vehicle unit (21) for a system according to one of the preceding claims, comprising a secondary coil (24) for charging the energy store (26) and at least two UWB transceivers (22, 23) spaced apart from one another at a known distance d from each other.

Base unit (10) for a system according to one of Claims 1 - 13 comprising a primary coil (11) for generating an alternating magnetic field and at least two mutually spaced UWB transceivers (12, 13, 14) with in a base coordinate system (15) known positions.

Method for inductively charging an energy store (26) of an electric vehicle (20), comprising the following steps: Transmitting signals between at least two UWB transceivers (12, 13, 14) of a base unit (10) and at least two UWB transceivers (22, 23) of a vehicle unit (21); Determining the transit times of the transmitted signals; , Determining a position of the vehicle unit (21) in the base coordinate system (15) and / or a position of the base unit (10) in the vehicle coordinate system (28) by means of the transit times; Determining a first angle ("phi"), which describes a rotational alignment between vehicle unit (21) and base unit (10), by means of the transit times; Determining a route between the vehicle unit (21) and the base unit (10) by means of the determined position and the determined rotational orientation; • navigating the vehicle unit (21) along the route to the base unit (10); Generating an alternating magnetic field by a primary coil (11) of the base unit (10), which alternating magnetic field induces a current flow in a secondary coil of the vehicle unit; • Loading the energy store (26) by means of the induced current flow.