DE102018205103B3

DE102018205103B3 - Verfahren zum Bestimmen von elektrischen Kenngrößen eines Energieübertragungssystems

Info

Publication number: DE102018205103B3
Application number: DE102018205103.8A
Authority: DE
Inventors: Friedbert Stuhlfelner
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: WO2019192924A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen von elektrischen Kenngrößen eines Energieübertragungssystems (10), das eine Primärspule (11) zum induktiven Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs und eine Mehrzahl an Hochfrequenz-Sensoren (12, ...,15) zur Lebendobjekterkennung in einem vorgegebenen Bereich (16) um das Energieübertragungssystem (10) umfasst. In dem Verfahren erfolgt das Erfassen einer Dopplerfrequenz durch zumindest einen aktiven Hochfrequenz-Sensor (12, ...,15) der Mehrzahl an Hochfrequenz-Sensoren (12, ...,15), während eine Hilfseinrichtung (20) zur Erzeugung einer sinusförmigen Bewegung mit einer vorbestimmten Kreisfrequenz und einer vorbestimmten Amplitude an einem vorbestimmten Ort innerhalb des vorgegebenen Bereichs (16) angeordnet ist. In einem weiteren Schritt erfolgen das Bewegen der Hilfseinrichtung (20) entlang einer imaginären Linie (12L, ...,15L), die die Hilfseinrichtung (20) und einen ausgewählten Hochfrequenz-Sensor (12, ...,15) des zumindest einen aktiven Hochfrequenz-Sensors (12, ...,15) miteinander verbindet, und das Erfassen der jeweiligen Positionen der Hilfseinrichtung (20) in einem x-y-Koordinatensystem, in dem das Energieübertragungssystem (10) angeordnet, wenn die erfasste Dopplerfrequenz als lokalen Extremwert ein Maximum oder ein Minimum aufweist. Schließlich erfolgt das Bestimmen einer Trägerfrequenz des aktiven Hochfrequenz-Sensors (12, ...,15) als eine elektrische Kenngröße aus dem Abstand zweier, benachbarter Positionen, an denen die erfasste Dopplerfrequenz als Extremwert jeweils ein Maximum oder ein Minimum aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von elektrischen Kenngrößen eines Energieübertragungssystems, das eine Primärspule zum induktiven Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs und eine Mehrzahl an Hochfrequenzsensoren zur Lebendobjekterkennung in einem vorgegebenen Bereich um das Energieübertragungssystem umfasst.
Beim induktiven Laden wird Energie mittels des Transformatorprinzips über Strecken von wenigen Zentimetern bis zu ca. 20 cm übertragen. Dabei kann zwischen einer äußeren Bodenspule (sog. Primärspule) und einer fahrzeugseitigen Unterbodenspule (sog. Sekundärspule) je nach Abstand, Aufbau und Leistung ein großes magnetisches Feld entstehen. Je schlechter die beiden Spulen aufeinander ausgerichtet sind, desto größer kann das magnetische Streufeld (EMV) werden, desto größer kann die magnetische Belastung für Menschen werden und/oder desto weniger Leistung kann in die Batterie des Fahrzeugs übertragen werden. Darüber hinaus wird der Wirkungsgrad des Übertragungssystems schlechter.
Das im Luftspalt bei der Energieübertragung entstehende elektromagnetische Wechselfeld weist aufgrund der hohen Übertragungsleistung mehrere mT auf, welches potentiell gesundheitsschädigend ist. Gemäß der Norm ICNIRP 1999, Tabelle 7 ist daher die Strahlung für einen Menschen beim induktiven Laden auf 6,25 mT begrenzt. Dies hat zur Folge, dass der Raum um bzw. unter dem Fahrzeug, in dem dieser Grenzwert überschritten wird, überwacht werden muss. Wird eine Grenzwertüberschreitung festgestellt, so hat eine Reduktion oder eine Abschaltung der Übertragungsleistung zu erfolgen.
Die Überwachung des elektromagnetischen Wechselfelds erfolgt zumindest unterhalb des Fahrzeugumrisses, d.h. des Perimeters, des zu ladenden Fahrzeugs. In einem die Primärspule aufweisenden Energieübertragungssystem werden zu diesem Zweck Sensoren, z. B. Doppler-Radarmodule, angebracht, mit deren Hilfe der Autounterbodenbereich und darüber hinaus überwacht wird. Das Energieübertragungssystem muss darüber hinaus gesetzgeberische Vorgaben in Bezug auf eine Trägerfrequenz und das benutzte Frequenzband der Sensoren einhalten. Ferner ist sicherzustellen, dass bei mehreren Sensoren Übersprech-Problematiken ausgeschlossen sind.
Da die Sensoren in einem stabilen Gehäuse des Energieübertragungssystems angeordnet sind, werden die von den Sensoren ausgesendeten und empfangenen Signale stark gedämpft und in der Trägerfrequenz verschoben. Ein Messaufbau, der dies berücksichtigt, ist jedoch sehr kostenintensiv. Darüber hinaus besteht das Problem, dass der Frequenzbereich, in dem die Sensoren betrieben werden, sehr eng ist. Es ist vorgesehen die Sensoren im ISM-Band bei 5,8 GHz ±75 MHz zu betreiben.
Ein weiteres Problem besteht bei der Beurteilung einer Signal-Akquisitionskette und einer Kalibrierung der Sensoren. Die Abtastung der Niederfrequenz-Signalakquisitionskette wird durch das von den Sensoren verwendete Doppler-Prinzip erschwert, das auf einer Bewegung beruht, um eine Dopplerfrequenz zu erzeugen. Für die Bestimmung der elektrischen Kenngrößen sind daher spezielle Radar-Doppler-Targets zur Erzeugung von Testsignalen erforderlich, welche teuer sind und in der Handhabung sehr aufwändig.
Die US 2015/0 219 752 A1 offenbart ein System vorgesehen, das eine Doppler-Radareinheit enthält, die eine erste elektromagnetische Welle mit einer ersten Frequenz sendet, die ein Testsystem in ein erstes elektrisches Signal mit der ersten Frequenz umwandelt. Das Testsystem erzeugt ein zweites elektrisches Signal mit einer zweiten Frequenz und mischt das erste und das zweite elektrische Signal, um ein drittes elektrisches Signal mit einer dritten Summen- oder Differenzfrequenz zu erzeugen. Die dritte Frequenz stellt eine Doppler-verschobene Frequenz dar, die durch Reflexion der ersten elektromagnetischen Welle durch ein Ziel in einem Abstand von der Doppler-Radareinheit verursacht wird. Das Testsystem wandelt das dritte elektrische Signal in eine zweite elektromagnetische Welle mit der dritten Frequenz um und überträgt die zweite elektromagnetische Welle zur Doppler-Radareinheit zurück, um eine Geschwindigkeit zu berechnen, die diejenige des Ziels als Funktion der ersten darstellt und dritte Frequenzen, aus denen die Doppler-Radareinheit berechnet / zertifiziert werden kann
Die DE 10 2017 204 671 A1 betrifft ein Verfahren zum Ansteuern zumindest einer Reflektoreinrichtung in einer Einsatzumgebung. Die zumindest eine Reflektoreinrichtung ist ausgebildet, um Ortungssignale von zumindest einem Objekt in der Einsatzumgebung als Reflexionssignale zu reflektieren. Das Verfahren weist zumindest einen Schritt des Versetzens der zumindest einen Reflektoreinrichtung in eine periodische Bewegung auf, um eine Doppler-Verschiebung der Reflexionssignale relativ zu den Ortungssignalen zu bewirken.
Es soll daher ein Verfahren zum Bestimmen von elektrischen Kenngrößen eines Energieübertragungssystems, das die Detektion lebender Objekte im Bereich des elektromagnetischen Wechselfelds des Energieübertragungssystems erlaubt, vorgeschlagen werden, wobei die Bestimmung der elektrischen Kenngrößen auf einfachere Weise erfolgen soll.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Es wird ein Verfahren zum Bestimmen von elektrischen Kenngrößen eines Energieübertragungssystems vorgeschlagen. Das Energieübertragungssystem umfasst eine Primärspule zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs und eine Mehrzahl an Hochfrequenz-Sensoren zur Lebendobjekterkennung in einem vorgegebenen Bereich um das Energieübertragungssystem. Der vorgegebene Bereich stellt einen durch die Umrisse eines Fahrzeugs abgegrenzten Bereich dar, wenn das Fahrzeug zum induktiven Laden seiner Batterie über dem Energieübertragungssystem angeordnet ist.
Das Verfahren umfasst den Schritt des Erfassens einer Dopplerfrequenz durch zumindest einen aktiven Hochfrequenz-Sensor der Anzahl an Hochfrequenz-Sensoren, während eine Hilfseinrichtung zur Erzeugung einer sinusförmigen Bewegung mit einer vorbestimmten Kreisfrequenz und einer vorbestimmten Amplitude an einem vorbestimmten Ort innerhalb des vorgegebenen Bereichs angeordnet ist. Das Verfahren umfasst den weiteren Schritt des Bewegens der Hilfseinrichtung entlang einer imaginären Linie, die die Hilfseinrichtung und einen ausgewählten Hochfrequenzsensor des zumindest einen aktiven Hochfrequenz-Sensors miteinander verbindet, und des Erfassens der jeweiligen Positionen der Hilfseinrichtung in einem x-y-Koordinatensystem, in dem das Energieübertragungssystem angeordnet ist, wenn die erfasste Dopplerfrequenz als lokalen Extremwert ein Maximum oder ein Minimum aufweist. Schließlich umfasst das Verfahren das Bestimmen einer Trägerfrequenz der Dopplerfrequenz des aktiven Hochfrequenz-Sensors als eine elektrische Kenngröße aus dem Abstand zweier, benachbarter Positionen, an denen die erfasste Dopplerfrequenz als Extremwert jeweils ein Maximum oder Minimum aufweist.
Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, sowohl die Trägerfrequenz zu bestimmen als auch eine Information über die Signal-Akquisitionskette sowie eine Sensorkalibrierung zu erhalten. Das Verfahren kommt dabei dem Anwendungsfall des induktiven Ladens zur Lebendobjektüberwachung sehr nahe, so dass die damit bestimmten elektrischen Kenngrößen eine hohe Aussagekraft aufweisen. Das Verfahren kann kostensparend realisiert werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich, für mehrere Sensoren parallel Versuche durchzuführen, wodurch Zeit und Kosten eingespart werden können. Die in dem Energieübertragungssystem verbauten Sensoren können darüber hinaus bereits im endverbauten Zustand vermessen werden. Dadurch ist ein Abgleich und eine absolute Vermessung möglich, wobei technologiebedingte Fertigungsschwankungen ausgeglichen bzw. Trimmparameter generiert werden können.
Das Verfahren basiert auf der Verwendung einer Hilfseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine sinusförmige Bewegung mit variabler Kreisfrequenz und ausreichendem Membranhub zu erzeugen. Dadurch kann auf die Verwendung eines vergleichsweise teuren und umständlich zu handhabenden Radar-Doppler-Targets verzichtet werden. Der von der Hilfseinrichtung genutzte Effekt beruht darauf, dass anstatt eine radiale Geschwindigkeitskomponente eines Reflexionsobjekts zu detektieren, ein ortsfestes Objekt (die Hilfseinrichtung) zu nutzen, die den Sensoren das Vorhandensein einer Geschwindigkeit bei einer gegebenen Reflexionsoberfläche „vorspielt“. Dies ermöglicht die einfache Bestimmung der relevanten elektrischen Kenngrößen für unterschiedliche Anwendungsfälle.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird als Hilfseinrichtung eine metallisch beschichtete Membran, die durch einen Antrieb in Schwingung versetzbar ist, verwendet. Dabei kann die elektrische Kenngröße für unterschiedlich große Flächen der metallisch beschichteten Membran bestimmt werden. Durch die Größe der Fläche kann die Größe eines lebenden Objekts simuliert werden, wie z.B. einer Maus, einer Katze oder eines Kinds, das versucht, einen Ball unter dem Fahrzeug hervorzuholen.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Mehrzahl an Hochfrequenz-Sensoren zur Bestimmung der elektrischen Kenngröße im ISM-Band mit 5,8 GHz betrieben wird. Eine Trägerfrequenz in diesem Bereich ist robust gegenüber Umweltbedingungen, ermöglicht jedoch auch eine Auflösung von kleinen Objekten, die sich in dem vorgegebenen Bereich bewegen (können) . Darüber hinaus ist der Einsatz von Sensoren in diesem Frequenzband geeignet, unabhängig von den vorliegenden Umweltbedingungen, wie z.B. Eis, Schnee oder Wasserbelegung des Energieübertragungssystems, eine gute Lebendobjekterkennung zu gewährleisten.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn das beschriebene Verfahren aufeinanderfolgend für mehrere imaginäre Linien wiederholt wird. Hierdurch können neben der Trägerfrequenz auch weitere elektrische Kenngrößen, wie z.B. ein Frequenzgang, ermittelt werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die elektrische Kenngröße oder Kenngrößen iterativ für jeden Hochfrequenz-Sensor bestimmt werden, wobei für die Vornahme einer Messung immer nur ein Hochfrequenz-Sensor aktiv ist. Mit anderen Worten wird gemäß dieser Ausgestaltung bei einer Mehrzahl von Hochfrequenz-Sensoren in dem Energieübertragungssystem genau ein Hochfrequenz-Sensor bezüglich seiner elektrischen Kenngrößen untersucht. Um sämtliche Hochfrequenz-Sensoren des Energieübertragungssystems vermessen zu können, erfolgt das für den ersten Sensor gewählte Vorgehen iterativ und getrennt auch für die anderen Hochfrequenz-Sensoren.
Alternativ kann oder können die elektrische Kenngröße oder Kenngrößen gleichzeitig für mehrere aktive Hochfrequenz-Sensoren bestimmt werden. In diesem Fall erfolgt die Bewegung der Hilfseinrichtung lediglich für einen der aktiven Hochfrequenz-Sensoren auf der imaginären Linie, während die Bewegung bezüglich der anderen aktiven Sensoren etwas von der ihnen zugeordneten imaginären Linie abweicht. Die dabei entstehende Ungenauigkeit kann dennoch zu akzeptablen Messergebnissen führen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Hilfseinrichtung entlang der imaginären Linie verschoben wird, bis eine Amplitude eines ausgewählten Hochfrequenz-Sensors des zumindest einen aktiven Hochfrequenz-Sensors ein Maximum aufweist. Hiermit kann die Trägerfrequenz bestimmt werden
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die vorbestimmte Kreisfrequenz der Hilfseinrichtung konstant gehalten wird. Alternativ kann die vorbestimmte Kreisfrequenz der Hilfseinrichtung verändert werden. Durch dieses sog. Sweepen der Frequenz der Hilfseinrichtung kann der Frequenzgang im kompletten Akquisitionsbereich vermessen werden, ebenso wie weitere elektrische Kenngrößen, wie Gain, Eckfrequenzen und dergleichen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass als weitere elektrische Kenngröße des aktiven Hochfrequenz-Sensors eine Dämpfung und/oder der Frequenzgang des aktiven Hochfrequenz-Sensors ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann aus der oder den elektrischen Kenngrößen aktiver Hochfrequenz-Sensoren ein Abgleich der Hochfrequenz-Sensoren und/oder deren Signalverarbeitungskette (Signal-Akquisitionskette) durchgeführt werden zur Kompensation von Fertigungsschwankungen der Signal-Akquisitionskette.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die Ermittlung der elektrischen Kenngrößen, wenn die Mehrzahl an Hochfrequenz-Sensoren zur Lebendobjekterkennung zusammen mit der Primärspule in dem Energieübertragungssystem in Einbausituation vereint ist.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Energieübertragungssystems zusammen mit einer Hilfseinrichtung zum Bestimmen von elektrischen Kenngrößen des Energieübertragungssystems;
2 eine schematische Darstellung der Erfassung von lokalen Maxima eines Signals zur Bestimmung einer Trägerfrequenz;
3 eine schematische Darstellung der Erfassung weiterer elektrischer Kenngrößen, insbesondere von Komponenten einer Signalverarbeitungskette; und
4 einen schematischen Ablaufplan zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Zur Lebendobjektdetektion eines Energieübertragungssystems, das zum induktiven Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs dient, wird eine Anzahl an Hochfrequenz-Sensoren (nachfolgend: HF-Sensoren) verwendet. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Energieübertragungssystem 10 beispielhaft vier HF-Sensoren 12, ..., 15 umfasst, die an den Ecken einer Bodenplatte des Energieübertragungssystems angeordnet sind. Die HF-Sensoren umgeben eine Primärspule 11, die in der Bodenplatte zentrisch angeordnet ist und den größten Teil der Fläche der Bodenplatte einnimmt.
Zum induktiven Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs wird Energie mittels resonanter Kopplung über einen Luftspalt von bis zu ca. 20 cm von der Primärspule zu einer fahrzeugseitigen Unterbodenspule (Sekundärspule) übertragen. Dazu muss das Fahrzeug über dem Energieversorgungssystem 10 derart angeordnet sein, dass die Primärspule 11 und die Sekundärspule des Fahrzeugs möglichst gut aufeinander ausgerichtet sind. Steht das Fahrzeug in der beschriebenen Weise über dem Energieübertragungssystem 10, so überdeckt dieses einen als vorgegebenen Bereich bezeichneten Bereich 16, dessen Umfang oder Perimeter mit dem Bezugszeichen 16P gekennzeichnet ist. In diesem vorgegebenen Bereich 16 muss bei der Übertragung von Energie das resultierende elektromagnetische Wechselfeld kleiner oder gleich 6,25 µT sein. Die Überwachung des vorgegebenen Bereichs unter dem Fahrzeug, in dem dieser Grenzwert nicht überschritten werden darf, erfolgt mit Hilfe der HF-Sensoren 12, ..., 15.
Die HF-Sensoren 12, ..., 15 sind beispielsweise Doppler-Radarsensoren, die, wie beschrieben, in der Bodenplatte des Energieübertragungssystems verbaut und gegenüber Umwelteinflüssen wie Schnee, Eis, Regen und Abdeckungen jeglicher Art (wie z.B. nassem Laub) ausreichend robust sind. Als HF-Sensoren kommen insbesondere 5,8 GHz-Mikrowellensensoren im ISM-Band zum Einsatz, welche nach dem Prinzip eines CW-Radars arbeiten.
Nach der Montage der sog. Radome, die die HF-Sensoren 12, ..., 15 enthalten und Einfluss auf deren Frequenz haben, müssen die Trägerfrequenzen der vier HF-Sensoren vermessen werden. Die HF-Sensoren müssen jeweils das vom Gesetzgeber regulierte ISM-Band, vorzugsweise 5,8 GHz, mit entsprechendem Vorhalt einhalten.
Typischerweise erfassen die das Dopplerprinzip nutzenden HF-Sensoren bewegliche Objekte ab einer bestimmten Mindestgröße und einer Mindestgeschwindigkeit.
Zur Frequenzmessung wird eine Hilfseinrichtung 20 verwendet. Die Hilfseinrichtung 20 ist dazu ausgebildet, mit Hilfe eines Signalgenerators 21 eine sinusförmige Bewegung mit variabler Kreisfrequenz und variablem Membranhub bereitzustellen. Hierzu können Aktoren verwendet werden, die definierte, sinusförmige Bewegungen im Bereich zwischen 10 Hz und 100 Hz, bei einem Hub von einigen Millimetern, bereitstellen. Dies können beispielsweise Tauchspulenaktoren, Piezospulenaktoren, Schubkurbelgetriebe oder Linearmotoren sein. Beispielsweise kann die Membran eines Tauchspulenaktors metallisch beschichtet sein, wobei die Fläche der metallischen Beschichtung gemäß dem zu betrachteten Objekt gewählt wird.
Die Hilfseinrichtung 20 erzeugt eine Dopplerfrequenz am Mischerausgang der HF-Sensoren, die der Kreisfrequenz der Hilfseinrichtung 20 entspricht. Diese Dopplerfrequenz kann von einem Signal-Akquisitionssystem, das einem jeweiligen HF-Sensor zugeordnet ist und eine Signalverarbeitungskette darstellt, gemessen und ausgewertet werden. Im Gegensatz zu realen Lebendobjekt-Bewegungen, oder anderen Signal-Simulatoren, wie Rotatoren, ist die Frequenz der Hilfseinrichtung 20 genau definiert. Die variable Kreisfrequenz der Hilfseinrichtung 20 ist derart gewählt, dass diese dem typischen Geschwindigkeitsspektrum des Lebendobjekts entspricht. Im Umfangsbereich 16P eines Autounterbodens (d.h. innerhalb des Bereichs 16) sind das im Wesentlichen kleine Geschwindigkeiten.
Zur Bestimmung der Trägerfrequenz wird die Hilfseinrichtung 20 zunächst an einem beliebigen Punkt innerhalb des vorgegebenen Bereichs 16 angeordnet. Die Anordnung erfolgt beispielsweise an einem solchen Punkt, der hinsichtlich der elektromagnetischen Strahlung für Lebendobjekte als kritisch erachtet wird, wie z. B. der Bereich der Türen an der Seite des Kraftfahrzeugs (siehe 1). Grundsätzlich kann der Startpunkt beliebig gewählt werden. Während die Hilfseinrichtung eine sinusförmige Bewegung mit einer vorgegebenen Kreisfrequenz (in einem Bereich zwischen 10 und 100 Hz) und einer vorbestimmten Amplitude (Membranhub) erzeugt, wird durch einen oder mehrere der HF-Sensoren 12, ..., 15 eine jeweilige Dopplerfrequenz gemessen und durch die Signal - Akquisitionskette 18 (siehe 3) erfasst. Durch die sinusförmige Bewegung der Hilfseinrichtung ergibt sich aufgrund der ortsfesten Anordnung der Hilfseinrichtung 20 ein variabler Abstand zu dem oder den HF-Sensoren 12, ..., 15 gemäß $R (t) = R_{0} - x_{0} \cdot sin (ω_{A} \cdot t) .$
Hierbei stellt R(t) den zeitabhängigen Abstand zwischen der Membran der Hilfseinrichtung 20 und dem gerade betrachteten HF-Sensor 12, ..., 15, R0 den Abstand zwischen der Hilfseinrichtung 20 und dem gerade betrachtetem HF-Sensor 12, ..., 15 ohne Anregung, x0 den maximalen Membranhub und ωA die Anregungsfrequenz der Hilfseinrichtung 20 dar. Verschiebt man nun, wie dies in 2 dargestellt ist, die Hilfseinrichtung 20 entlang einer vorgegebenen Hilfslinie 12L oder 13L oder 14L oder 15L, abhängig davon, welcher der aktiven Hochfrequenz-Sensoren 12, ..., 15 als ausgewählter Hochfrequenz-Sensor erachtet wird, so ergibt sich aus der Physik, dass das akquirierte Dopplersignal Sig am Ausgang der Signal-Akquisitionskette 18, des ausgewählten Hochfrequenz-Sensors Minima und Maxima durchläuft. In den 2 und 3 ist der HF-Sensor 12 der ausgewählte Sensor, wobei die Achse zwischen dem ausgewählten HF-Sensor 12 und der Hilfseinrichtung 20 die imaginäre Hilfslinie 12L darstellt, die diese auf kürzestem Weg miteinander verbindet. Entlang dieser imaginären Linie 12L erfolgt die Verschiebung in x-Richtung (Bezugszeichen 22), wobei die Bezugszeichen 23 auf dieser imaginären Linie Orte lokaler Maxima (oder Minima) darstellen. Der Abstand zweier Maxima (oder Minima) stellt jeweils einen definierten Bruchteil der Wellenlänge der Trägerfrequenz des Dopplersignals dar. Dieser Abstand entspricht exakt einer Verkürzung des Laufwegs der Welle von λ/2, wobei λ die Wellenlänge ist. Ein entsprechendes Vorgehen ergibt sich aus dem Abstand zweier Minima, wobei der Abstand zweier Minima exakt einer Verlängerung des Laufweges der Welle von λ/2 entspricht. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der Abstand zweier Minima λ/4 ist, wodurch der Laufweg um λ/2 verlängert wird.
Aus der Physik ist ableitbar, dass sich bei ausreichender Amplitude der Hilfseinrichtung 20 bei Annäherung an ein Dopplersignal-Minimum eine Dopplersignal-Frequenzverdoppelung aufbaut, während sich die einfache Hilfseinrichtung-Dopplerfrequenz abbaut. An der Minimum-Position hat man exakt die Frequenzverdoppelung und keine einfache Hilfseinrichtung-Dopplerfrequenz mehr. Dadurch lässt sich auf einfache Weise exakt die Lage des Maximums (oder Minimums) bestimmen. Mit anderen Worten kann die Trägerfrequenz aus dem Abstand zweier Positionen, an denen die Dopplerfrequenz als Extremwert jeweils ein Maximum (oder ein Minimum) aufweist, bestimmt werden.
Durch Abstandsmessung zweier Maxima (Minima) lässt sich somit sehr exakt die Wellenlänge der Trägerfrequenz und durch Umrechnung die Trägerfrequenz im Frequenzbereich der HF-Sensoren ermitteln. Die Messgenauigkeit lässt sich erhöhen, indem ein Vielfaches der Einfach-Frequenz/Frequenzverdoppelungs-Zyklen durchfahren wird.
Die beschriebene Ermittlung der Trägerfrequenz kann einzeln für jeden der HF-Sensoren 12, ..., 15 erfolgen, indem die Hilfseinrichtung 20 nacheinander entlang einer jeweils zugeordneten imaginären Linie 12L, ..., 15L verschoben und die Bestimmung der Trägerfrequenz, wie beschrieben, vorgenommen wird.
Alternativ kann die Bestimmung auch gleichzeitig für mehrere der HF-Sensoren 12, ..., 15 vorgenommen werden, wobei dann die Verschiebung lediglich in Bezug auf einen der HF-Sensoren auf seiner imaginären Linie erfolgt. Die damit verbundene Ungenauigkeit beeinträchtigt das Messergebnis nur minimal.
In der gleichen Weise lässt sich nun, wie in 3 dargestellt, der Frequenzgang bzw. die vollständige Signal-Akquisitionskette 18 vom Ausgang des Sensors (hier: 12) über Verstärker 18A, Filter 18F und AD-Wandler 18W vermessen. Dazu wird der Hilfseinrichtung 20 in Bezug auf den betrachteten HF-Sensor 12 entlang seiner imaginären Linie 12L radial verschoben, bis die Amplitude des Dopplersignals Sig ein Maximum in der Grundfrequenz zeigt. Die AD-Wandlung kann direkt in einer Verarbeitungseinheit, z.B. der Recheneinheit 17 des Energieübertragungssystems 10, erfolgen. Die dadurch bestimmte digitalisierte Kurve kann dann im späteren Betrieb durch die Recheneinheit 17 verarbeitet werden.
Durch die Berücksichtigung mehrerer Frequenzen der Hilfseinrichtung 20, z.B. 10 Hz, 20 Hz, 30 Hz, ..., 100 Hz, kann der Frequenzgang im kompletten Akquisitionsbereich vermessen werden. Dadurch können sämtliche Parameter, wie z.B. Gain, Eckfrequenzen und dergleichen, bestimmt werden.
Darüber hinaus kann das Verfahren zur Kalibration der HF-Sensoren 12, ..., 15 verwendet werden. Dabei ist ein Abgleich der HF-Sensoren 12, ..., 15 zueinander und absolut zur Kompensation technologiebedingter Fertigungsschwankungen der HF-Sensoren 12, ..., 15 selbst sowie der Komponenten der Signal-Akquisitionskette 8 möglich.
4 zeigt einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen von elektrischen Kenngrößen eines Energieübertragungssystems 10, das, wie in 1 beschrieben, ausgebildet ist.
In einem Schritt S1 erfolgt ein Erfassen einer Dopplerfrequenz durch zumindest einen aktiven Hochfrequenz-Sensor der Mehrzahl an Hochfrequenz-Sensoren, während eine Hilfseinrichtung zur Erzeugung einer sinusförmigen Bewegung mit einer vorbestimmten Kreisfrequenz und einer vorbestimmten Amplitude an einem vorbestimmten Ort innerhalb eines vorgegebenen Bereichs angeordnet ist. In einem Schritt S2 erfolgen eine Bewegung der Hilfseinrichtung entlang einer imaginären Linie, die die Hilfseinrichtung und einen ausgewählten Hochfrequenz-Sensor des zumindest einen aktiven Hochfrequenz-Sensors miteinander verbindet, und das Erfassen der jeweiligen Positionen der Hilfseinrichtung in einem x-y-Koordinatensystem, in dem das Energieübertragungssystem angeordnet ist, wenn die erfasste Dopplerfrequenz als lokalen Extremwert ein Maximum oder ein Minimum aufweist. Gemäß Schritt S3 erfolgt ein Bestimmen einer Trägerfrequenz des aktiven Hochfrequenzsensors als eine elektrische Kenngröße aus dem Abstand zweier, benachbarter Positionen, an denen die erfasste Dopplerfrequenz als Extremwert jeweils ein Maximum oder ein Minimum aufweist.

Claims

Verfahren zum Bestimmen von elektrischen Kenngrößen eines Energieübertragungssystems (10), das eine Primärspule (11) zum induktiven Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs und eine Mehrzahl an Hochfrequenz-Sensoren (12, ...,15) zur Lebendobjekterkennung in einem vorgegebenen Bereich (16) um das Energieübertragungssystem (10) umfasst, mit den Schritten: a) Erfassen einer Dopplerfrequenz durch zumindest einen aktiven Hochfrequenz-Sensor (12, ...,15) der Mehrzahl an Hochfrequenz-Sensoren (12, ...,15), während eine Hilfseinrichtung (20) zur Erzeugung einer sinusförmigen Bewegung mit einer vorbestimmten Kreisfrequenz und einer vorbestimmten Amplitude an einem vorbestimmten Ort innerhalb des vorgegebenen Bereichs (16) angeordnet ist; b) Bewegung der Hilfseinrichtung (20) entlang einer imaginären Linie (12L, ..., 15L), die die Hilfseinrichtung (20) und einen ausgewählten Hochfrequenz-Sensor (12, ...,15) des zumindest einen aktiven Hochfrequenz-Sensors (12, ...,15) miteinander verbindet, und Erfassen der jeweiligen Positionen der Hilfseinrichtung (20) in einem x-y-Koordinatensystem, in dem das Energieübertragungssystem (10) angeordnet ist, wenn die erfasste Dopplerfrequenz als lokalen Extremwert ein Maximum oder ein Minimum, aufweist; c) Bestimmen einer Trägerfrequenz der Dopplerfrequenz des aktiven Hochfrequenz-Sensors (12, ...,15) als eine elektrische Kenngröße aus dem Abstand zweier, benachbarter Positionen, an denen die erfasste Dopplerfrequenz als Extremwert jeweils ein Maximum oder ein Minimum aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfseinrichtung (20) eine metallisch beschichtete Membran, die durch einen Antrieb in Schwingung versetzbar ist, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kenngröße für unterschiedlich große Flächen der metallisch beschichteten Membran bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Hochfrequenz-Sensoren (12, ..., 15) zur Bestimmung der elektrischen Kenngröße im ISM-Band mit 5,8 GHz betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aufeinanderfolgend für mehrere imaginäre Linien (12L, ...,15L) wiederholt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kenngröße oder Kenngrößen iterativ für jeden Hochfrequenz-Sensor (12, ...,15) bestimmt werden, wobei für die Vornahme einer Messung immer nur ein Hochfrequenz-Sensor (12, ...,15) aktiv ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kenngröße oder Kenngrößen gleichzeitig für mehrere aktive Hochfrequenz-Sensoren (12, ...,15) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfseinrichtung (20) entlang der imaginären Linie (12L, ..., 15L) verschoben wird bis eine Amplitude eines ausgewählten Hochfrequenz-Sensors (12, ...,15) des zumindest einen aktiven Hochfrequenz-Sensors (12, ...,15) ein Maximum aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Kreisfrequenz der Hilfseinrichtung (20) konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Kreisfrequenz der Hilfseinrichtung (20) verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eine weitere elektrische Kenngröße des aktiven Hochfrequenz-Sensors (12, ...,15) eine Dämpfung und/oder der Frequenzgang des aktiven Hochfrequenz-Sensors (12, ...,15) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der oder den elektrischen Kenngrößen aktiver Hochfrequenz-Sensoren (12, ...,15) ein Abgleich der Hochfrequenz-Sensoren (12, ...,15) und/oder deren Signalverarbeitungskette durchgeführt wird zur Kompensation von Fertigungsschwankungen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der elektrischen Kenngrößen erfolgt, wenn die Mehrzahl an Hochfrequenz-Sensoren (12, ...,15) zur Lebendobjekterkennung zusammen mit der Primärspule (11) in dem Energieübertragungssystem (10) in Einbausituation vereint sind.