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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur eigenständigen Ausrichtung eines Fahrzeugs und einer stationären drahtlosen Ladevorrichtung, wobei das Verfahren mindestens die Schritte aufweist:
- a) Scannen der Fahrzeugumgebung nach einer stationären drahtlosen Ladevorrichtung und in dem Fall, dass eine drahtlose Vorrichtung erkannt wird;
- b) Bestimmen der Fahrzeugposition;
- c) Vergleich der aktuellen Fahrzeugposition und einem Katalog von Fahrzeugpositionen;
- d) basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs im Verfahrensschritt c):
- d1) in dem Fall, in dem die aktuelle Fahrzeugposition schon im Katalog der Fahrzeugpositionen enthalten ist, Auswahl einer trainierten Ausrichtungstrajektorie aus dem Katalog;
- d2) in dem Fall, in dem die aktuelle Fahrzeugposition nicht im Katalog der bekannten Fahrzeugpositionen enthalten ist, planen einer neuen Ausrichtungstrajektorie um das Fahrzeug und die erkannte stationäre Ladevorrichtung auszurichten;
- e) Verfolgen der Fahrzeugposition und eigenständiges Ausrichten des Fahrzeugs und der erkannten, stationären Ladevorrichtung basierend auf der Ausrichtungstrajektorie erhalten im Schritt d). Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein System, welches zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens ausgelegt ist, und ein Fahrzeug, welches ein solches System aufweist.
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Das autonome Fahren von Fahrzeugen ist ein komplexer Prozess, und sichere und effiziente Lösungen für einen Anwender können sich nicht nur auf die einmal implementierten Regeln für die Interaktion zwischen Fahrzeug und Umgebung fokussieren. Aufgrund der schnellen Entwicklung auf diesem technologischen Gebiet entstehen neue Aufgaben, entweder ausgelöst durch technische Änderungen oder Verbesserungen der Fahrzeuge oder durch Änderungen der Verkehrsbedingungen. Insbesondere in der letzteren Kategorie muss das Auftreten neuer Verkehrsteilnehmer, z.B. E-Scooter oder E-Bikes, berücksichtigt und einbezogen werden. Noch komplizierter wird die Notwendigkeit zur Anpassung der technischen Systeme in den Fällen, in denen beide Faktoren, das Fahrzeug und die Fahrzeugumgebung, verändert werden und die Änderungen zudem in Wechselbeziehung zueinanderstehen. Solche Situationen ergeben sich heute beispielsweise im Bereich der elektrisch betriebenen Fahrzeuge und der Notwendigkeit, das Fahrzeug komfortabel aufzuladen. Beide Punkte sind miteinander verbunden und das Fahrzeug und die Fahrzeugsysteme müssen an neue elektrische Ladelösungen angepasst werden und umgekehrt. Solche Verknüpfungen sind insbesondere für autonome Fahrzeugsysteme von Bedeutung, welche die Sicherheit und den Komfort bieten müssen, um die neue Aufgabe unter veränderten Randbedingungen zu bewältigen.
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Verschiedene Verfahren zur autonomen Fahrzeugpositionierung in Bezug auf die zugehörige elektronische Hardware sind in der Literatur zu finden.
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US 2019/0016331 A1 offenbart zum Beispiel ein Verfahren, welches Folgendes umfasst: Lokalisieren eines autonomen Fahrzeugs relativ zu einem ersten geographischen Ort, an dem das autonome Fahrzeug relativ zu einem ersten Wegabschnitt eines Fahrweges angeordnet ist; Erfassen von Daten, die Fahrzeugantriebsparameter repräsentieren, zu Zeiteinheiten, während dessen das autonome Fahrzeug den Fahrweg durchquert; Bestimmen, dass das autonome Fahrzeug an eine Parkzone angrenzt; Lokalisieren des autonomen Fahrzeugs relativ zu einem zweiten geographischen Ort, an dem das autonome Fahrzeug relativ zu einem zweiten Wegabschnitt des Fahrweges angeordnet ist; Speichern der Daten, die die Fahrzeugantriebs-Parameter repräsentieren; und Berechnen eines Rückwärtsfahrweges in einer umgekehrten Fahrtrichtung über den Fahrweg auf der Grundlage der Daten, die die Fahrzeugantriebs-Parameter repräsentieren.
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Eine weitere Lösung wird in der
US 2019/0016384 A1 vorschlagen. Das Dokument offenbart ein Verfahren, welches Folgendes umfasst: Berechnen von Fahrzeugantriebs-Parametern, die auf einen Fahrzeugsteuerung anzuwenden sind, um den fahrerlosen Transit eines autonomen Fahrzeugs zu erleichtern, das einen Fahrweg zu einer geographischen Zielposition aufweist; Zugreifen auf Kartendaten, um eine Grenze zu identifizieren, welche die geographische Zielposition und einen Teil des Fahrweges einschließt; Erkennen, dass sich das autonome Fahrzeug innerhalb eines Bereichs von Entfernungen relativ zu der Grenze befindet; Zugreifen auf ausführbare Befehle, um die Vektorisierung des autonomen Fahrzeugs gemäß eines Annäherungsmanövers zu erleichtern; und Anwenden einer Untermenge von Fahrzeugantriebs-Parametern, um das autonome Fahrzeug zu einem Endpunkt zu führen.
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Nichtsdestotrotz besteht neben den bereits existierenden Ansätzen im Stand der Technik weiterhin die Notwendigkeit, verbesserte autonome Fahrmethoden und - systeme bereitzustellen, bei denen die Fahrzeuge in der Lage sind, schwierige Aufladesituationen ohne allzu große Benutzereingaben zu bewältigen.
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine sichere und bequeme Methode und ein System bereitzustellen, welche in der Lage sind, den Ausrichtungsprozess eines Fahrzeugs und einer Ladevorrichtung autonom zu bewältigen.
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Die oben erwähnte Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches die Merkmale gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 umfasst. Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein System gemäß der technischen Merkmale nach Anspruch 9 und ein Fahrzeug nach Anspruch 10, welches das erfindungsgemäße System aufweist, gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden auch durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche definiert, durch Merkmale, die in der Beschreibung und in den Abbildungen offenbart sind, wobei eine Merkmalsaggregation separierter Teile in den Anwendungsbereich der Erfindung fällt, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.
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Es liegt im Bereich der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur eigenständigen Ausrichtung eines Fahrzeugs und einer stationären drahtlosen Ladevorrichtung zu offenbaren, welches mindestens die Schritte aufweist:
- a) Scannen der Fahrzeugumgebung nach einer stationären drahtlosen Ladevorrichtung und in dem Fall, dass eine drahtlose Vorrichtung erkannt wird;
- b) Bestimmen der Fahrzeugposition;
- c) Vergleich der aktuellen Fahrzeugposition und einem Katalog von Fahrzeugpositionen;
- d) basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs im Verfahrensschritt c):
- d1) in dem Fall, in dem die aktuelle Fahrzeugposition schon im Katalog der Fahrzeugpositionen enthalten ist, Auswahl einer trainierten Ausrichtungstrajektorie aus dem Katalog;
- d2) in dem Fall, in dem die aktuelle Fahrzeugposition nicht im Katalog der bekannten Fahrzeugpositionen enthalten ist, planen einer neuen Ausrichtungstrajektorie um das Fahrzeug und die erkannte stationäre Ladevorrichtung auszurichten;
- e) Verfolgen der Fahrzeugposition und eigenständiges Ausrichten des Fahrzeugs und der erkannten, stationären Ladevorrichtung basierend auf der Ausrichtungstrajektorie erhalten im Schritt d).
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Es wurde festgestellt, dass das oben beschriebenes Verfahren in der Lage ist, einen schnellen, sicheren und zuverlässigen automatischen Abgleich zwischen einem Fahrzeug und einer Ladestation zu liefern, wobei insbesondere die Automatisierung die Situation für den Fahrer in komplizierten Fahrsituationen erleichtert und einen effizienten und schnellen Energietransfer gewährleistet, da das Fahrzeug und die Station optimal ausgerichtet sind. Dieser Gesamtvorteil wird dadurch erreicht, dass das Verfahren nicht nur auf einem einfachen Algorithmus zur Erkennung der genauen Position des drahtlosen Ladepads beruht, sondern die Erkennung auch mit einer Wegplanungsfunktion kombiniert ist. Darüber hinaus werden die Wege aufgezeichnet und können auf Anforderung des Fahrers jedes Mal wiederholt werden, wenn sich das Fahrzeug an der gleichen Startposition befindet. Eine mögliche Anwendung ist zum Beispiel, dass sich das Ladegerät in einer privaten Garage befindet und das System jedes Mal, wenn der Benutzer das Auto an der Einfahrt abstellt, die Fahrzeugsteuerung übernimmt und den korrekten Pfad ausführt, um das Auto mit dem drahtlosen Ladegerät auszurichten, basierend auf dem zuvor aufgezeichneten und gespeicherten Pfad. Diese Kombination verschiedener Funktionen ermöglicht ein schnelleres und sichereres Verfahren, da das System nicht jedes Mal eine Trajektorienplanung durchführen muss, sondern bereits gelernte und sichere Trajektorien auswählen kann. Dadurch können auch schwierig zu handhabende Fahrsituationen bewältigt werden und die Systemleistung wird kontinuierlich verbessert. Eine solche Methode ist bequemer und zuverlässiger als andere Ausrichtmethoden oder -systeme, die nur auf Anzeigegrafiken basieren, die eine Trajektorienüberlagerung enthalten. Darüber hinaus basieren die Verfahren nach dem Stand der Technik auf manuellen Lenkbetätigungen des Benutzers anstelle einer autonomen Navigation durch das Fahrzeug selbst. Insbesondere letzteres ermöglicht einen sichereren Prozess, da nutzerbasierte manuelle Fehler und Unsicherheiten ausgeschlossen sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur autonomen Ausrichtung eines Fahrzeugs und einer stationären drahtlosen Ladevorrichtung. Eine autonome Ausrichtung zwischen einem Fahrzeug und einer Ladestation wird durch Fahrvorgänge, z.B. Änderung des Lenkwinkels oder Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, erreicht, wobei die Fahrvorgänge nicht durch einen manuellen Eingriff des Fahrers oder Benutzers verursacht, sondern wobei die Fahrvorgänge durch ein Fahrzeugsystem durchgeführt werden. Der Abgleich erfolgt auch autonom in Fällen, in denen einige Operationen, z.B. der Methodenstart, auf einer manuellen Bedienung oder Eingabe durch den Benutzer beruhen. Der autonome Abgleich kann z.B. in Fällen durchgeführt werden, in denen sich der Fahrzeugnutzer oder Fahrer außerhalb des Fahrzeugs befindet. Die Ausrichtung beinhaltet, dass die Fahrzeugposition relativ zum Ladegerät verändert wird und üblicherweise eine definierte Endposition, z.B. eine feste Position zwischen dem Fahrzeug und dem Gerät, erreicht wird. Die feste Position kann die Koordinaten der Einrichtung und des Fahrzeugs sowie die Winkelausrichtung zwischen beiden umfassen. Fahrzeuge im Sinne der Erfindung können z.B. Elektroautos oder Busse sein. Es ist auch möglich, dass die Fahrzeuge Hybridfahrzeuge sind und zwei verschiedenen Motortypen aufweisen, z.B. einen Verbrennungs- und einen Elektromotor. Eine stationäre drahtlose Ladestation ist eine Ladestation, bei der die Position und relative Ausrichtung der Ladestation in Bezug auf die Umwelt festgelegt ist. Eine solche Ladestation kann zum Beispiel ein Ladekissen sein, das sich auf dem Boden einer Garage oder eines Parkplatzes befindet. Das Aufladen erfolgt in Fällen drahtlos, in denen zur Energieübertragung kein Kabel zwischen dem Ladegerät und dem Fahrzeug angebracht werden muss.
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Im Verfahrensschritt a) wird die Fahrzeugumgebung nach einer stationären drahtlosen Ladevorrichtung abgesucht. Der erste Verfahrensschritt beinhaltet die automatische Erkennung eines Ladegerätes in der Fahrzeugumgebung. Dies geschieht durch den Einsatz eines oder mehrerer Scanvorrichtungen, die in der Lage sind, das Ladegerät zu erkennen. Geeignete Scangeräte können entweder auf visuellen oder elektrischen Detektoren basieren. Visuelle Detektoren können z.B. Kameras, wie CCD-Kameras, oder Laserscanner, wie LIDAR, sein. Geeignete Mustererkennungsroutinen können implementiert werden und ermöglichen die Erkennung spezifischer optischer Merkmale der Ladevorrichtung. Es ist auch möglich, dass die Aufladevorrichtung durch elektrische Sensoren, wie magnetische oder elektrische Sensoren, geortet wird, welche in der Lage sind, die Vorrichtung elektromagnetisch zu verfolgen. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Ladevorrichtung WLAN, RFID oder andere Signalübertragungsvorrichtungen aufweist, welche einen Informationsaustausch zwischen dem Fahrzeug und der Ladevorrichtung ermöglichen.
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In dem Fall, in dem im Verfahrensschritt a) eine drahtlose Ladevorrichtung erkannt wird, fährt das Verfahren mit Verfahrensschritt b) fort und bestimmt die Fahrzeugposition. Die Bestimmung der Fahrzeugposition kann mit jedem dafür geeigneten Koordinatensystem durchgeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, das globale GPS-System zur Bestimmung der Fahrzeugposition zu verwenden. Alternativ ist es auch möglich, ein für diese Umgebung spezifisches Koordinatensystem zu verwenden, z.B. auf der Grundlage eines oder mehrerer spezifischer WLAN-Signale in dieser Umgebung oder sogar nur ein Koordinatensystem auf der Grundlage der Fahrzeugodometrie.
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Im Verfahrensschritt c) wird ein Vergleich der tatsächlichen Fahrzeugposition mit einem Katalog von Fahrzeugpositionen durchgeführt. Auf der Grundlage der ermittelten Position ist es möglich, einen Vergleich durchzuführen, unabhängig davon, ob das Verfahren bereits von der aktuellen Position aus durchgeführt wurde oder nicht. Zu diesem Zweck kann die Fahrzeugposition und das spezifische Koordinatensystem verwendet werden. Innerhalb der Unsicherheit der Koordinatenbestimmung und innerhalb eines vordefinierten Unsicherheitsintervalls können mehrere Fahrzeugpositionen zu einer eindeutigen Fahrzeugausgangsposition gruppiert werden. So ist es z.B. möglich, dass innerhalb eines bestimmten „Unsicherheits“-Bereichs von z.B. 5 m sämtliche ermittelten Fahrzeugpositionen als derselbe Startpunkt definiert werden, z.B. vor einer Garage in der Heimzone. Die Mess- und Definitionsunsicherheiten können eine Funktion des verwendeten Koordinatensystems sein und in die Vergleichsroutine implementiert werden. Der Katalog der verschiedenen Fahrzeugpositionen kann eine Datenbank sein, die verschiedene Mittelpunktskoordinaten (GPS-Koordinaten) und auch ein Unsicherheitsintervall in Meter enthalten kann. Sämtliche Fahrzeugpositionen innerhalb des Unsicherheitsintervalls vom Mittelpunkt aus, werden als zum selben Startpunkt gehörend identifiziert.
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Im Verfahrensschritt d) wird das Ergebnis des Vergleichs im Verfahrensschritt c) ausgewertet und als Funktion des Ergebnisses kann im Schritt d1) eine trainierte Ausrichtungstrajektorie aus dem Katalog ausgewählt werden. Diese Alternative wird für den Fall gewählt, dass die tatsächliche Fahrzeugposition bereits im Katalog der Fahrzeugpositionen enthalten ist und sich das Fahrzeug auf oder nahe der im Katalog definierten Fahrzeugposition befindet. In diesem Schritt ist es auch möglich, dass die Fahrzeugpositionen in absoluten Werten ohne Positionsunsicherheit definiert und dass die Unsicherheit und die zulässige Positionsdifferenz in diesen Vergleichsschritt einbezogen werden. Falls die Methode feststellt, dass diese Ladeeinrichtung bereits Teil einer Trajektorienplanung in dieser Routine war und dass eine sichere Trajektorie im System vorhanden ist, wird die sichere und trainierte Trajektorie gewählt.
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Alternativ kann die Planung einer neuen Ausrichtungstrajektorie durchgeführt werden, um das Fahrzeug und die erkannte stationäre drahtlose Ladevorrichtung auszurichten. Dies geschieht in Schritt d2), falls die tatsächliche Fahrzeugposition nicht im Katalog der bekannten Fahrzeugpositionen enthalten ist. Für den Fall, dass das aktuelle Fahrzeugsystem vorschlägt, dass diese Position eine „neue“ Position ist, z.B. ein Ladegerät in einer anderen Stadt, ist das System nicht in der Lage, eine bereits gespeicherte Trajektorie für die Annäherung an das Gerät von der aktuellen Fahrzeugposition aus im System zu finden.
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Im Verfahrensschritt e) wird die Fahrzeugposition verfolgt und eine autonome Ausrichtung des Fahrzeugs und der detektierten stationären drahtlosen Ladevorrichtung auf Basis der im Schritt d) erhaltenen Ausrichtungstrajektorie durchgeführt. Innerhalb dieses Schrittes wird das Fahrzeug automatisch entlang der gewählten oder berechneten Trajektorie bewegt und somit der Abstand zwischen Fahrzeug und Gerät verringert. Am Ende der Trajektorie befindet sich das Fahrzeug innerhalb einer festen Entfernung und Winkelausrichtung zur Ladevorrichtung. Die Überwachung der Fahrzeugposition umfasst die Überwachung der tatsächlichen Fahrzeugposition auf der Trajektorie. Letzteres kann durch Fahrzeugodometrie oder jede andere Methode erfolgen, welche geeignet ist, die Fahrzeugposition und -orientierung während eines autonomen Fahrvorgangs zu beurteilen. Es ist auch möglich, diese Funktion mit Hilfe von Sensoren zu erfüllen, die an einem oder mehreren Teilen der das Ladegerät umgebenden Infrastruktur angebracht sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann die Detektion der stationären drahtlosen Ladevorrichtung im Verfahrensschritt a) auf einem optischen Detektionssystem basieren. Die optische Detektion der Ladeeinrichtung hat sich als nützlich erwiesen, da die Mustererkennung und damit die Bestimmung der Ladeeinrichtung zuverlässig und schnell erfolgen kann. Dazu können eine oder mehrere Kameras am Fahrzeug, am Gerät, an der Infrastruktur oder eine Kombination verschiedener Kamerapositionen verwendet werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Detektion der stationären drahtlosen Ladevorrichtung mindestens die Erfassung der Koordinaten und des Winkels der drahtlosen Ladevorrichtung. Für einen effizienten drahtlosen Ladevorgang hat es sich als nützlich erwiesen, nicht nur die spezifischen Koordinaten von Fahrzeug und Gerät, sondern auch einen Winkel zwischen Fahrzeug und Gerät auszurichten. Die Koordinaten können z.B. die Koordinaten der Gerätemitte und die Mitte des Fahrzeugs sein. Für die Winkelausrichtung können z.B. die Mittelachsen des Fahrzeugs und eine Symmetrieachse der Ladevorrichtung gewählt werden. Somit kann die Winkelausrichtung zwischen der stationären und der Fahrzeugladeeinrichtung angepasst werden. Diese Anpassung zwischen den verschiedenen Ladeeinrichtungen kann die Effizienz der Energieübertragung erhöhen und damit den gesamten Ladevorgang beschleunigen.
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In einem weiteren Aspekt des Verfahrens im Schritt b) kann eine Benutzereingabe angefordert werden, ob die folgenden Methodenschritte für die aktuelle Position ausgeführt oder die Methode abgebrochen werden soll. Für eine große Anzahl von Anwendungsfällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass vor dem Start des gesamten automatischen Verfahrens eine Bestätigung des Benutzers angefordert wird. Dieser Teilschritt kann manuell ausgeführt werden, z.B. die Bestätigung des folgenden Vorgangs per Knopfdruck, oder alternativ per Sprachbefehl. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Bestätigungsprozess mit weiteren Bedingungen des Fahrzeugs verknüpft ist. Beispielsweise kann die Anfrage mit dem Ladezustand der Fahrzeugbatterie verknüpft werden. Falls die Batterie fast voll ist, kann die Anfrage die Anzeige eines kleinen Knopfes auf einem Fahrzeugbildschirm für nur ein paar Sekunden sein. Dieser Aufbau spart Zeit und erhöht die Gesamtleistung des Verfahrens.
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Innerhalb einer weiteren bevorzugten Charakteristik des Verfahrens in Schritt d2) kann der Benutzer aufgefordert werden, die Fahrzeugposition in Fällen zu ändern, in denen keine sichere Ausrichtungstrajektorie geplant werden kann. In bestimmten Fällen kann es unmöglich sein, eine vernünftige und sichere Trajektorie in der aktuellen Fahrsituation zu planen, weil die Umgebung der Ladevorrichtung keinen Weg ohne die Möglichkeit der Beeinflussung der Umgebung der Vorrichtung zulässt. Diese Beurteilung kann zum Beispiel auf den in Schritt b) erhaltenen Daten basieren, wobei die Umgebung des Ladegeräts beurteilt wird. Basierend auf den Daten der Geräteumgebung könnte es möglich sein, eine gespeicherte Trajektorie zu finden, und wenn eine solche Trajektorie gefunden werden kann, kann der Benutzer durch die Methode zum Startpunkt der gespeicherten Trajektorie geführt werden. Falls in keinem Fall eine Trajektorie geplant werden kann, ist es auch möglich, den Benutzer zu informieren, die gesamte Methode abzubrechen. Dieser Teilschritt kann den Zeitbedarf für die Bearbeitung reduzieren und gewährleistet eine einfache und schnelle Abarbeitung der richtigen Trajektorie.
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In einem weiter bevorzugten Aspekt des Verfahrens kann die Fahrzeugposition im Schritt b) und/oder die im Verfahrensschritt d2) berechnete neue Trajektorie im Katalog der Fahrzeugpositionen gespeichert werden. Um eine eindeutige Kennung für die Identifizierung der Ladevorrichtung zu erzeugen, die in Zukunft zur Erkennung derselben Ladevorrichtung verwendet werden kann, hat es sich als hilfreich erwiesen, entweder die Fahrzeugposition zu Beginn des Manövers oder die gesamte Trajektorie, unter anderem einschließlich der Startposition, zu speichern. Natürlich ist der Informationsgehalt der Gesamttrajektorie höher und umfasst auch die erlernte Trajektorie, die mindestens einmal sicher benutzt wurde. Daher werden neben der Identifizierung des Gerätes auch erlernte und sichere Alternativen bereitgestellt, welche die Gesamtverarbeitungsgeschwindigkeit erhöhen können. Darüber hinaus ist es möglich, mehr als eine Trajektorie zu speichern und im Laufe der Zeit eine Bibliothek mit verschiedenen, nutzbaren Trajektorien zu erstellen. Dies kann nützlich sein, um Alternativen in Fällen zu wählen, in denen eine bereits erlernte Trajektorie blockiert ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens im Schritt e) kann zusätzlich die Fahrzeugumgebung überprüft werden und die Überprüfung kann auf mindestens einem am Fahrzeug montierten Kamera- oder Laserscansystem oder auf der Infrastruktur des stationären drahtlosen Ladegerätes basieren. Um die Fahrzeugumgebung in der autonomen Manövriersituation zu überwachen, hat es sich als nützlich erwiesen, eine optische Kamera oder laserbasierte Systeme zu verwenden. In der Fahrsituation mit kurzer Reichweite ist die Kamera-Überwachung beispielsweise schnell und ausreichend, um plötzlich auftauchende Hindernisse wie Fußgänger, die die erlernte Flugbahn kreuzen, zu erkennen. In diesen Fällen ist es möglich, dass die Überprüfung auch eine autonome Fahrzeugreaktion, wie das Beschleunigen oder Anhalten des Fahrzeugs, umfasst. Wird das Manöver von innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs durchgeführt, kann ein Smartphone oder Tablet verwendet werden. Der Benutzer hat eine vollständige Sichtbarkeit des Manövers dank verschiedener Anzeigeansichten und Überlagerungen, die von der Kamera oder dem Surround-Sicht-Kamerasystem bereitgestellt werden, z.B. in Fällen, in denen 4 Kameras zur Verfügung stehen. Die Anzeige kann so konfiguriert werden, dass z.B. eine Vorderansicht, eine Rückansicht, eine 360°-Ansicht, eine Schüsselansicht, eine transparente Fahrzeugansicht ausgegeben werden, indem die aktuellen und früheren Bilder verwendet werden, die von der Front- oder Rückfahrkamera aufgenommen und auf ein Bild der Draufsicht projiziert werden. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Benutzer, das Manöver mit Hilfe der Anzeige und der visuellen Überlagerungen, die ihn zum Ziel führen, selbst durchzuführen, falls die Quer- und Längssteuerung des Fahrzeugs nicht aktiviert werden kann. In solchen Fällen kann das System dem Benutzer zusätzlich den erforderlichen Lenkradwinkel und die verbleibende Fahrstrecke zur Verfügung stellen. Dies kann dazu beitragen, die Sicherheit des autonomen Fahrzeugbetriebs zu erhöhen.
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In einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens kann nach dem Passieren von ≥ 50% und ≤ 100% der Länge der Trajektorie im Schritt e) zusätzlich die Intensität der elektromagnetischen Signale durch ein elektromagnetisches Detektionsgerät aufgezeichnet und die verbleibende Trajektorie auf der Basis der elektromagnetischen Signalintensität bestätigt oder verändert werden. Für eine perfekte Ausrichtung des Fahrzeugs und der Ladevorrichtung, z.B. einer Ladestation, hat es sich als nützlich erwiesen, auch ein weiteres Detektionsgerät zu integrieren, das sehr empfindlich auf die endgültige Ausrichtung zwischen Ladegerät und Fahrzeug reagiert. Aufgrund der Tatsache, dass dieses Gerät nur in der Nähe des Ladegerätes eingesetzt wird, kann Energie gespart werden, da das Gerät nur dann eingesetzt wird, wenn es benötigt wird. Daher wird zu Beginn des Ausrichtvorgangs die Trajektorie nur von einem anderen Detektor, z.B. einer Kamera, verfolgt und erst später die elektromagnetische Detektionseinrichtung verwendet, da im Nahbereich in der Nähe der Vorrichtung der elektromagnetische Detektor eine höhere Empfindlichkeit aufweist. Zusätzlich kann das Ladekissen eine Signalübertragungseinrichtung enthalten, und das Fahrzeug/der Benutzer kann informiert werden, falls sich ein Ladekissen in der Nähe des Fahrzeugs befindet. So kann das System mit der Suche nach diesem beginnen und anschließend einen Weg dorthin suchen oder, falls bereits ein Weg aufgezeichnet wurde, einen nutzbaren Weg zum Ziel aufzeigen. Dies verbessert die Reaktionszeit des Systems und ist für den Benutzer komfortabler. Folglich kann eine höhere Ausrichtungsgenauigkeit bei hoher Geschwindigkeit erreicht werden und der notwendige Gesamtenergieverbrauch für die Detektoren wird reduziert.
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Darüber hinaus gehört auch ein System zur autonomen Ausrichtung eines Fahrzeugs zu einer stationären drahtlosen Ladevorrichtung zum Gegenstand der Erfindung, wobei das System zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens geeignet ist. Das System kann Sensoren zur Verfolgung des Fahrzeugs und der Ladevorrichtung, Sensoren zur Fahrzeugodometrie, Kommunikationsmittel zur Kommunikation mit Sensoren in der Umgebung und/oder der Ladevorrichtung, wobei die Kommunikationsmittel z.B. drahtgebunden oder drahtlos mit einer mobilen Vorrichtung, wie einem Mobiltelefon oder einer Computervorrichtung, verbunden sein können, eine Computereinheit mit einem Prozessor, der auf die Ausführung der Befehle reagiert, einen Speicher für den Katalog und einen Speicher mit ausführbaren Befehlen umfassen, wobei die ausführbaren Befehle mindestens die, durch das erfinderische Verfahren wie oben beschrieben, definierten Befehle sind. Das System ist zumindest in der Lage, die folgenden Funktionen auszuführen.
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Ein Computer Visualisierungs Algorithmus: Dieser Algorithmus ist dafür zuständig, die exakte Position (x,y,z und Winkel) der Ladeflächen an einem bestimmten Ort (Garage, öffentlicher Parkplatz...) zu ermitteln.
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Planung der Bahn: Diese Funktion ist für die Berechnung des Weges eines Fahrzeuges in Richtung der Ladestation auf der Grundlage der Koordinaten, die der Algorithmus für eine korrekte Ausrichtung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug liefert verantwortlich.
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Training und Wiedergabe der Bahnplanung: Nachdem das System mit der berechneten Bahn trainiert wurde, soll es diese speichern, um sie später wieder abzuspielen. Darüber hinaus muss das System in der Lage sein, das Fahrzeug in der Umgebung zu lokalisieren, seine Trajektorie an die gespeicherte anzupassen und in der Lage sein, die gleiche Bahn wieder abzuspielen und das Manöver in der gleichen Zielposition (der Position des Ladepolsters) zu beenden.
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Kollisionsvermeidung: Das System umfasst Detektionssensoren, die verhindern, dass das Fahrzeug auf irgendein Objekt trifft. Um diese Funktion zu erfüllen, können die erforderlichen Sensoren entweder am Fahrzeug oder an einem Teil der Infrastruktur angebracht werden.
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Für die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems wird ausdrücklich auf die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile verwiesen.
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Darüber hinaus fällt auch ein Elektrofahrzeug, das das erfinderische System umfasst, in den Anwendungsbereich der Erfindung. Das Elektrofahrzeug ist zumindest teilweise zum autonomen Fahren geeignet und umfasst mindestens einen Elektromotor, der das Fahrzeug bewegen kann. Daher kann das Elektrofahrzeug ein Elektroauto oder ein Hybridauto sein, das sowohl einen Verbrennungs- als auch einen Elektromotor umfasst. Für die Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrzeugs wird ausdrücklich auf die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems und die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den folgenden Abbildungen dargestellt und erörtert. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Abbildungen lediglich Beispiele zeigen, und es ist nicht beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch diese Abbildungen in irgendeiner Weise eingeschränkt wird.
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Die Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Prozesses;
- 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Prozesses.
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zeigt einen Entscheidungsbaum des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens. Im einfachsten Fall sucht das System, z.B. visuell durch ein Kamerasystem, nach einer stationären Ladevorrichtung und fährt fort, falls ein Ladekissen erkannt wird. Basierend auf der aktuellen Fahrzeugposition wird entschieden, ob eine bereits gelernte Trajektorie für die vorliegende Situation im System vorhanden ist oder nicht. Falls dieselbe Position bereits vorher erlernt wurde, stellt das System eine gelernte Trajektorie zur Verfügung, und das Fahrzeug kann auf der vorgeschlagenen Trajektorie weiterfahren. Das autonome Fahren auf der Trajektorie wird durch verschiedene Sensoren gesteuert, wobei die Sensoren zur Bestimmung der Fahrzeugposition und zur Überwachung der Peripherie verwendet werden. Basierend auf letzteren kann eine Notbremsung eingeleitet werden, beispielsweise falls plötzlich ein Objekt auf der Trajektorie auftaucht. Zur späteren Verwendung können die gesamte Peripherie und die Trajektoriendaten im System gespeichert werden. Das Fahrzeug und die Ladevorrichtung werden ausgerichtet, wobei nicht nur die relative Position von Fahrzeug und Kissenmittelpunkt, sondern auch die Winkelausrichtung zwischen Kissen- und Fahrzeugachse gesteuert wird. Ein ähnlicher autonomer Schritt kann für eine unbekannte Startposition verwendet werden, wobei die Trajektorienplanung basierend auf der Fahrzeugposition und den Umgebungsdaten vom System durchgeführt wird. Auch in diesem Fall wird eine autonome Ausrichtung durchgeführt und der Gesamtprozess aus Sicherheitsgründen und den im System gespeicherten Daten verfolgt. Darüber hinaus wird der Katalog bzw. die Datenbank aktualisiert und im System integriert, dass es sich bei dieser Position um eine bekannte Position handelt und eine gelernte Trajektorie für eine zukünftige Verwendung zur Verfügung steht.
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Die 2 zeigt eine detailliertere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Gesamtverfahren kann entweder durch den Fahrer des Elektroautos eingeleitet werden, z.B. durch Drücken eines Knopfes oder durch die Eingabe eines Sprachbefehls. Es ist zum Beispiel möglich, dass die Methode gestartet wird, falls sich das Fahrzeug vor der heimischen Garage des Benutzers befindet. Die Methode kann ferner eine Beurteilung beinhalten, ob an dieser Stelle ein Spielraum zum Manövrieren des Fahrzeugs vorhanden ist oder nicht, wobei dann ein Start des Verfahrens verlangt wird. Eine solche Beurteilung kann zum Beispiel auf der Grundlage der bei der Suche nach dem Ladegerät generierten Daten erfolgen. Für den Fall, dass die Ladevorrichtung, zum Beispiel ein Ladekissen, welches sich auf dem Boden der Garage befindet, erkannt wird, vergleicht das Verfahren die aktuelle Fahrzeugposition mit einem Katalog verschiedener Fahrzeugpositionen. Basierend auf der aktuellen Situation erkennt das System die Position „Heimgarage“ und liefert die Trajektorie, um das Auto in der richtigen Ausrichtung über das Ladegerät zu bewegen. Es ist auch möglich, dass das Verfahren dazu auffordert, dass Fahrzeug in eine andere, aber definierte Startposition zu bewegen, z.B. in Fällen, in denen das System erkennt, dass vom ersten Startpunkt aus keine sichere Trajektorie verfügbar ist oder in dem Fall, dass eine andere Trajektorie von einem anderen Startpunkt aus sicherer ist. Während der Benutzer zur Startposition fährt, setzt der Erkennungsalgorithmus die Erkennung/Verfolgung der Bahn zum Pad fort, bis die Startposition erreicht ist. Falls die Pad-Erkennung aufgrund eines unbekannten Hindernisses nicht mehr möglich ist, kann der Algorithmus das Pad auf der Grundlage der Fahrzeug- oder Sichtweiten-Odometrie verfolgen. Sobald die Startposition erreicht ist, kann das gesamte Manöver autonom oder nach Bestätigung durch den Benutzer gestartet werden. Das Manöver kann z.B. durch ein Signal eines Touchscreens, einer Taste oder eines Handgerätes, z.B. eines Smartphones, gestartet werden, und der Fahrzeugnutzer kann sich bei der Benutzung des Handgerätes außerhalb des Fahrzeuges befinden. Es ist auch möglich, dass der Benutzer oder Fahrer während des autonomen Einparkvorgangs im Fahrzeug bleibt. Wie oben erläutert, wird das Ladegerät vorzugsweise durch einen kamerabasierten Algorithmus oder visuell erkannt. Die Erkennung kann durch eine spezifische Form oder ein Bildmuster auf der Oberseite oder den Seiten der Ladestation weiter optimiert werden. Letzteres kann durch den Computer-Vision-Algorithmus erkannt werden. Es hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, den Gesamtprozess mit nur einer Kameraeinheit durchzuführen, aber es können mehr verwendet werden, um die Anwendungsfälle des Systems zu erweitern.
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Im Fall, dass das Ladepad erkannt und die Startposition erreicht ist und die Methode gestartet wird, wird die tatsächliche Startposition mit einem Katalog bekannter und gelernter Startpositionen oder Trajektorien verglichen. Falls die aktuelle Position bereits gelernt und im System gespeichert ist, wird die Trajektorie vom System bereitgestellt und das autonome Fahren beginnt. Gleichzeitig wird das Fahren auf der Trajektorie und die Umgebung durch weitere Sensoren (Ultraschall, Kamera, Radar, Laser) überwacht und im Falle eines Zwischenfalls, z.B. eines Fußgängers, kann die autonome Ausrichtung aufgrund des Überwachungsergebnisses angehalten oder gestoppt werden. Kann die erlernte Trajektorie ungehindert durchfahren werden, ist die Endposition erreicht und das Fahrzeug und die Ladestation sind ausgerichtet und bereit für den Ladungstransfer. Die endgültige Ausrichtung wird nicht nur durch die Positionierung der Mitte der Ladestation und z.B. der Mitte der Fahrzeugachse (hinten oder vorne) erreicht, sondern es wird auch die Ausrichtung des Fahrzeugs und der Ladestation berücksichtigt. Das gesamte Manöver kann weiterhin vom System aufgezeichnet und gespeichert werden, so dass es später jedes Mal reproduziert werden kann, falls sich das Fahrzeug an der gleichen oder einer ähnlichen Startposition befindet (einschließlich einiger x,y- und Rotationstoleranzen).
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Ist die Ausgangsposition dem System unbekannt, d.h. nicht im Katalog oder in der Datenbank gespeichert, wird die Trajektorienplanung vom System durchgeführt. Ein Pfad wird berechnet oder geplant und falls eine sichere Trajektorie gefunden werden kann, kann der Start des Manövers durch eine Bestätigung des Benutzers eingeleitet werden. Auch hier ist es möglich, dass der Benutzer eine andere Startposition vorschlägt und das Gesamtverfahren nach Erreichen der vorgeschlagenen Startposition startet. Zum Beispiel kann sich das Ladegerät für das System „unbekannt“ in einer Garage befinden und der Benutzer möchte eine Trajektorie für dieses neue Szenario speichern. Der Benutzer fährt auf die Ladestation zu, um diese zu erkennen. In dem Moment, in dem das System das Ladegerät erkennt, kann es sein, dass die aktuelle Position nicht den Anforderungen des Benutzers für die zukünftige Nutzung entspricht (z.B. die Hälfte des Autos befindet sich bereits in der Garage). In diesem Fall bietet das System dem Benutzer die Möglichkeit, die Trajektorie von einer früheren Position aus zu starten, z.B. von der Vorderseite der Garage aus oder von der Straße/Einfahrt des Gebäudes, von wo aus die Ladestation zu weit entfernt ist, um erkannt zu werden. Während der Aktualisierung der Startposition wird die Ladefläche kontinuierlich verfolgt, sowohl visuell als auch, wo dies nicht möglich ist, auf der Grundlage der Odometrie des Fahrzeugs. Selbstverständlich wird auch das Manöver auf dem unbekannten Weg durch verschiedene Sensoren überwacht und der Gesamtprozess im Falle eines Zwischenfalls angehalten. Darüber hinaus können die Daten der Umgebungsabtastung im System gespeichert und Änderungen im Laufe der Zeit überwacht werden. Während des autonomen Fahrens wird die laterale und die longitudinale Fahrzeugposition durch das Fahrzeug verändert, ohne dass der Benutzer oder Fahrer eingreifen muss. Wenn die endgültige Ausrichtung erreicht ist, kann die gesamte Trajektorie, Position und Umgebung in der Datenbank gespeichert werden. Die Trajektorie für eine unbekannte Ladestation ist jetzt gelernt und im System gespeichert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2019/0016331 A1 [0004]
- US 2019/0016384 A1 [0005]
