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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen Kommunikation zwischen mindestens einer Infrastrukturkomponente und mindestens einem Verkehrsmittel, ein System zur drahtlosen Kommunikation sowie ein Betankungs- oder Ladesystem.
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Stand der Technik
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Bei modernen Betankungssysteme zum Betanken eines Fahrzeugs mit Kraftstoff, etwa einem auf Kohlenwasserstoff basierenden Kraftstoff oder Wasserstoff, oder Ladesystemen zum Aufladen mit elektrischer Energie, kann es sinnvoll sein, eine vorübergehende Datenverbindung zwischen dem Betankungs- oder Ladesystem und dem Fahrzeug herzustellen. Hierdurch könnten der Betankungs- bzw. Ladevorgang gesteuert und Identitäts- und/oder Zahlungsinformationen übertragen werden.
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Beim Aufbau einer Kommunikation zwischen einer Infrastrukturkomponente, z.B. einer Tanksäule, einer Ladesäule oder einem Tankroboter sowie einem Verkehrsmittel, etwa einem Fahrzeug, Flugzeug oder Schiff über eine Funkkommunikationsstrecke kann die Zuordnung zwischen der Infrastrukturkomponente und dem Verkehrsmittel über die Funkverbindung selbst nur dann eindeutig erfolgen, wenn es lediglich eine einzige Infrastrukturkomponente und ein einziges Verkehrsmittel innerhalb der Reichweite der Funkkommunikationsstrecke gibt. Bei Mehrdeutigkeiten, die auf mehrere Infrastrukturkomponenten und/oder mehrere Verkehrsmittel innerhalb der Funkreichweite zurückzuführen sind, muss auf einem anderem Weg eine Zuordnung der Kommunikationspartner erfolgen. Dies könnte beispielsweise manuell durch eine Bestätigung oder Auswahl der Kommunikationspartner durch den Nutzer des Verkehrsmittels oder eine andere anwesende Person erfolgen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wäre wünschenswert, eine bequemere Lösung für den Aufbau einer Kommunikation zwischen zwei Kommunikationspartnern in Form einer Infrastrukturkomponente und einem Verkehrsmittel bereitzustellen. Es ist folglich die Aufgabe der Erfindung, eine Kommunikationsverbindung mit einer automatischen Bestätigung von Kommunikationspartnern zu ermöglichen.
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Dies wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.
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Es wird ein Verfahren zur drahtlosen Kommunikation zwischen mindestens einer Infrastrukturkomponente und mindestens einem Verkehrsmittel vorgeschlagen, aufweisend die Schritte des Aufbauens einer Kommunikationsbereitschaft des mindestens einen Verkehrsmittels durch Anfrage an eine drahtlose Infrastruktur, die mit der mindestens einen Infrastrukturkomponente verbunden ist, des Erfassens eines Annäherungszeitpunkts des mindestens einen Verkehrsmittels an der mindestens einen Infrastrukturkomponente als erster Zeitpunkt durch das mindestens eine Verkehrsmittel und als zweiter Zeitpunkt durch die mindestens eine Infrastrukturkomponente, des Ermittelns einer Differenz zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt, und des Koppelns des mindestens einen Verkehrsmittels mit der mindestens einen Infrastrukturkomponente über die Infrastruktur, wenn die Differenz höchstens einer vorgegebenen Toleranz entspricht.
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Die Erfindung setzt voraus, dass es bei Nutzung der Infrastrukturkomponente durch das Verkehrsmittel zu einem physischen Kontakt oder zumindest zu einer eindeutig bestimmbaren Annäherung dieser beiden Kommunikationspartner kommt. Es ist vorgesehen, dass beide Kommunikationspartner jeweils über eine Zeitmesseinrichtung insbesondere in Form eines elektronischen Uhrenmoduls verfügen. Beide Kommunikationspartner können unter Einsatz ihrer eigenen Zeitmesseinrichtung den Annäherungszeitpunkt als Zeitpunkt bestimmen, an dem ein erster Kontakt bzw. eine eindeutige Annäherung unterhalb einer definierten Abstandsschwelle erfolgt.
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Die Erkennung des Annäherns kann durch viele unterschiedliche Prozesse erfolgen, welche weiter nachfolgend erläutert werden. Diese können das tatsächliche Auslösen eines elektrischen Signals durch Kontaktschalter oder - schleifen umfassen oder auf der Auswertung von Messdaten von, der Auswertung von Signaleigenschaften von Kommunikationseinrichtungen oder auf anderen Merkmalen basieren.
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Vor oder nach, bevorzugt jedoch nach beiderseits erfolgter Erfassung des Annäherungszeitpunkts sendet das Verkehrsmittel eine Anfrage, d.h. einen Kopplungswunsch, an die Infrastruktur aus. Die Infrastruktur kann etwa als ein drahtloses Netzwerk, eine Einrichtung zum Herstellen einer drahtlosen Punkt-zu-Punkt-Datenverbindung oder ähnliches ausgeführt sein. Es ist denkbar, dass direkt bei der Anfrage das Verkehrsmittel einen Zeitstempel mit dem erfassten ersten Zeitpunkt aussenden kann. Andererseits könnte auch die Infrastrukturkomponente den erfassten zweiten Zeitpunkt aussenden. Die jeweils andere Komponente erhält diese Anfrage und kann dadurch befähigt werden, den erfassten ersten Zeitpunkt mit dem erfassten zweiten Zeitpunkt zu vergleichen. Sind beide Zeitpunkte, d.h. der beiderseits erfasste Annäherungszeitpunkt, weitgehend identisch und weichen diese höchstens innerhalb der vorgegebenen Toleranz voneinander ab, wird davon ausgegangen, dass das betreffende Verkehrsmittel und die Infrastrukturkomponente tatsächlich als Kommunikationspartner vorgesehen sind. Die Kopplung wird dann erfindungsgemäß durchgeführt, sodass eine Datenverbindung zwischen dem Verkehrsmittel und der Infrastrukturkomponente hergestellt und zumindest für eine bestimmte Dauer aufrechterhalten wird. Dabei ist die Differenz zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt als absoluter Betrag zu sehen, der vorzeichenbereinigt ist.
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Im Anschluss an die Kopplung kann die vorgesehene Aktion durchgeführt werden. Diese kann insbesondere das Betanken oder Aufladen des Verkehrsmittels umfassen. Während der Kopplung können beide Kommunikationspartner kommunizieren, sodass etwa das Verkehrsmittel in der Lage ist, einen Füllstand, einen Ladezustand, eine Batterietemperatur oder andere Parameter an die Infrastrukturkomponente zu übermitteln und den Betankungs- oder Beladungsvorgang zu steuern. Weiterhin könnte das Verkehrsmittel auch Identifikationsdaten an die Infrastrukturkomponente übersenden, etwa um einen Zahlungsvorgang zu unterstützen.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn das erfindungsgemäße Verfahren das Senden des ersten Zeitpunkts an die Infrastruktur umfasst, wobei das Ermitteln der Differenz in einer mit der Infrastruktur gekoppelten Einrichtung erfolgt. Der erste Zeitpunkt kann in Form eines Zeitstempels mit der Kommunikationsanfrage gesandt werden. Die Infrastruktur könnte dazu bevorzugt standardmäßig mit einer Recheneinheit ausgestattet sein, die dazu befähigt ist, diesen Vorgang durchzuführen. Dabei ist denkbar, dass die mindestens eine Infrastrukturkomponente über eine Datenverbindung mit dem Internet oder einem anderen Netzwerk verfügt, sodass diese Funktion im Rahmen eines Updates oder Upgrades auch großflächig leicht verfügbar gemacht werden kann und die Infrastrukturkomponente hardwareseitig nicht modifiziert werden muss. Es ist zudem davon auszugehen, dass die gesamte Anzahl der Infrastrukturkomponenten, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sind, deutlich geringer ist, als die Anzahl der für das Verfahren geeigneten Verkehrsmittel. Es wäre demnach besonders sinnvoll, bevorzugt die Infrastrukturkomponenten mit diesem Merkmal auszustatten. Die Verkehrsmittel, die mit derartigen Infrastrukturkomponenten verbunden werden können, könnten weiterhin eine reguläre Initiierung einer Datenverbindung durchführen, wobei eine in der Nähe befindliche Infrastrukturkomponente schließlich eine solche Verbindung zulässt oder ablehnt.
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Es ist sinnvoll, wenn bei dem Verfahren das Erfassen des Annäherungszeitpunkts durch mindestens einen der folgenden Schritte erfolgt:
- - Auslösen eines Kontaktschalters,
- - Auffahren auf eine Induktionsschleife,
- - Auswertung von Kamerabildern,
- - Messen von Signallaufzeiten und Bestimmen von Relativpositionen des mindestens einen Verkehrsmittels und der Infrastrukturkomponente,
- - Einstecken eines Tankschlauchs in einen Tankstutzen, Einstecken eines Ladekabels in eine Ladedose, oder
- - Betätigen eines Auslöseknopfs.
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Das Verkehrsmittel kann etwa durch die Annäherung an die Infrastrukturkomponente einen Kontaktschalter auslösen, durch den die betreffende Infrastrukturkomponente unmittelbar einen Annäherungszeitpunkt erfassen kann. Alternativ oder zusätzlich zu einem Kontaktschalter könnte auch die Induktionsschleife verwendet werden, die das Befahren mit einem größeren, metallischen Objekt erfassen kann. Durch das Wirkprinzip der Induktionsschleife könnte auch bei geeigneter Ausstattung des Verkehrsmittels dieses in der Lage sein, die Annäherung an die Induktionsschleife und damit an die mindestens eine Infrastrukturkomponente zu erfassen. Die Erfassung von Signallaufzeiten, beispielsweise bei der Aussendung eines Ping-Signals zwischen der Infrastrukturkomponente und dem Verkehrsmittel über die Infrastruktur im Rahmen einer Kopplungsanfrage erlaubt gleichzeitig die Bestimmung eines Abstandes und damit der Annäherung des Verkehrsmittels an die Infrastrukturkomponente. Weitere Ausführungen sind denkbar, die auch lediglich das Betätigen eines Betätigungsknopfs an dem Verkehrsmittel und/oder der Infrastrukturkomponente umfassen könnten.
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Das Verfahren kann weiterhin ferner den Schritt des Abgleichens von Uhrzeiten interner Uhren des Verkehrsmittels und der Infrastrukturkomponente umfassen. Das Abgleichen ist dahingehend zu verstehen, dass einer der Kommunikationspartner seine Uhrzeit an den jeweils anderen Kommunikationspartner sendet und dieser hieraus einen Uhrzeitenunterschied erfasst. Diese Uhrzeitendifferenz kann in der Ermittlung der Differenz zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt berücksichtigt werden, um ein präziseres Ergebnis zu erhalten. Falls gewünscht, könnte optional die Uhr des Verkehrsmittels auch an die in der Infrastrukturkomponente gemessene Uhrzeit angepasst werden. Die Infrastrukturkomponente könnte zur Gewährleistung einer präzisen Zeitmessung mit einem Zeitsignalgeber in Verbindung stehen, etwa einem Zeitsignalsender (DCF 77 o.ä.), oder einem Zeitserver im Internet (NTP). Weiterhin könnte auch vorgesehen sein, dass beide Kommunikationspartner regelmäßig eine Uhrzeitensynchronisierung mit einem Zeitgeber durchführen, sodass bereits bei Annäherung der beiden Kommunikationspartner mit einer weitgehenden Übereinstimmung zu rechnen ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das mindestens eine Verkehrsmittel mehrere Verkehrsmittel auf, wobei die mindestens eine Infrastrukturkomponente mehrere Infrastrukturkomponenten aufweist, und wobei die Kopplung ausschließlich zwischen jeweils einer Infrastrukturkomponente und einem Verkehrsmittel erfolgt. Damit kann eine ausschließliche Datenverbindung zwischen einem einzigen Verkehrsmittel und einer einzigen Infrastrukturkomponente erfolgen, um einen zwischen diesen beiden Kommunikationspartnern vorgesehenen Prozess steuern zu können. Sollten mehrere Verkehrsmittel vorhanden sein, die sich direkt in der Nähe einer Infrastrukturkomponente befinden, könnten mehrere Verbindungsversuche abgelehnt werden, nachdem eine Verbindung zwischen einem Verkehrsmittel und der Infrastrukturkomponente hergestellt wurde. Andere Verkehrsmittel können indes Verbindungen mit anderen Infrastrukturkomponenten vornehmen.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn eine Kopplung zwischen dem Verkehrsmittel und der Infrastrukturkomponente erfolgt, bei denen die Differenz zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt am kleinsten ist. Damit kann bei einer Vielzahl von Verkehrsmitteln und Infrastrukturkomponenten mit sehr hoher Sicherheit ermittelt werden, welches Verkehrsmittel sich an welche Infrastrukturkomponente angenähert hat, um zwischen diesen Kommunikationspartnern eine Kopplung durchzuführen.
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Besonders bevorzugt erfolgt zunächst eine erste Kopplung zwischen einer der Infrastrukturkomponenten und einem der Verkehrsmittel, wobei eine weitere Kopplung mit einem anderen Verkehrsmittel und einer anderen Infrastrukturkomponente erst nach Ablauf einer Zeitschwelle abgelaufen ist, die zumindest der Toleranz entspricht. Die Zeitschwelle kann die obere Schranke eines maximalen Fehlers bei einer Uhrensynchronisierung sein, d.h. ein maximaler Uhr-Offset zwischen zwei Uhren. Dieser ist abhängig von dem genutzten Verfahren zur Uhrensynchronisierung. Eine erfolgreiche Kopplung kann unter allen potentiellen Kommunikationspartnern nur dann stattfinden, wenn eine Zuordnung zwischen je zwei Kommunikationspartnern existiert, sodass der zeitliche Abstand zwischen je zwei Kopplungsprozessen mehr als die Wartezeit beträgt. Um eine solche Situation zu detektieren, könnten alle Kommunikationspartner die ersten und zweiten Zeitpunkte mit jeweils allen anderen Kommunikationspartnern teilen. Anschließend kann jeder Kommunikationspartner ermitteln, ob eine entsprechende Zuordnung möglich ist. Ist eine solche Zuordnung nicht möglich, wird das Verfahren abgebrochen oder gegebenenfalls zeitversetzt neu gestartet.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform weist das Verfahren ferner das Übertragen eines Startsignals zwischen dem mindestens einen Verkehrsmittel und der mindestens einen Infrastrukturkomponente zum Beginn einer vorgesehenen Aktion auf. Bevorzugt ist die Infrastrukturkomponente eine Tank- oder Ladesäule und die vorgesehene Aktion das Betanken oder Laden des Verkehrsmittels.
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Die Erfindung betrifft ferner ein System zur drahtlosen Kommunikation zwischen mindestens einer Infrastrukturkomponente und mindestens einem Verkehrsmittel, aufweisend jeweils eine Verbindungseinheit zum Verbinden mit einer drahtlosen Infrastruktur, sowie mindestens eine Steuereinheit, wobei die Verbindungseinheit des mindestens einen Verkehrsmittels dazu ausgebildet ist, eine Kommunikationsbereitschaft des mindestens einen Verkehrsmittels durch Anfrage an der drahtlosen Infrastruktur, die mit der mindestens einen Infrastrukturkomponente verbunden ist, aufzubauen, wobei das mindestens eine Verkehrsmittel dazu ausgebildet ist, einen Annäherungszeitpunkt des mindestens einen Verkehrsmittels an der mindestens einen Infrastrukturkomponente als ersten Zeitpunkt zu erfassen, wobei die Infrastrukturkomponente dazu ausgebildet ist, den Annäherungszeitpunkt als zweiten Zeitpunkt zu erfassen, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, eine Differenz zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt zu bestimmen und eine Kopplung des mindestens einen Verkehrsmittels mit der mindestens einen Infrastrukturkomponente durchzuführen, wenn die Differenz höchstens einer vorgegebenen Toleranz entspricht. Die Steuereinheit kann in der Infrastrukturkomponente angeordnet oder ein Teil hiervon sein. Es ist auch denkbar, dass sie ein integraler Teil der Infrastruktur bildet und beispielsweise in einem Steuergerät eines drahtlosen Netzwerks angeordnet ist. Es wäre zudem denkbar, dass die Steuereinheit in jedem der Verkehrsmittel und/oder der Infrastrukturkomponenten angeordnet sein kann.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Betankungs- oder Ladesystem mit mindestens einer Infrastrukturkomponente und einem vorangehend dargestellten System zur drahtlosen Kommunikation, wobei die Infrastrukturkomponente eine Betankungs- oder Ladeeinrichtung ist, die dazu ausgebildet ist, mindestens ein Verkehrsmittel zu betanken oder zu laden. Die Infrastruktur könnte ein drahtloses Netzwerk sein, das in der Umgebung der Infrastruktur aufgebaut werden kann.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
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Figurenliste
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht zweier Verkehrsmittel und zweier Infrastrukturkomponenten.
- 2 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt zwei Verkehrsmittel 2 und 4 in Form von PKW, die jeweils an einer Infrastrukturkomponente 6 und 8 in Form von Tanksäulen stehen. Eine Infrastruktur 10 in Form eines drahtlosen Netzwerks ist dabei vorgesehen, um eine Datenverbindung zwischen den Verkehrsmitteln 2 und 4 sowie den Infrastrukturkomponenten 6 und 8 durchzuführen. Die Verkehrsmittel 2, 4 und die Infrastrukturkomponenten 6, 8 sind dazu ausgebildet, ein Verfahren zur drahtlosen Kommunikation auszuführen.
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Die Verkehrsmittel 2, 4 sind dazu mit jeweils einer Verbindungseinheit 12 ausgestattet, die dazu ausgebildet ist, eine Verbindung mit der Infrastruktur 10 herzustellen. Bei der Annäherung der Verkehrsmittel 2, 4 an die Infrastrukturkomponenten 6, 8 wird jeweils ein Annäherungszeitpunkt der Verkehrsmittel 2, 4 an der betreffenden Infrastrukturkomponente 6, 8 als erster Zeitpunkt t4 (für das Verkehrsmittel 2) bzw. t3 (für das Verkehrsmittel 4) durch das betreffende Verkehrsmittel 2 bzw. 4 selbst erfasst. Dies kann das Erfassen einer Uhrzeit sein, an der sich das Verkehrsmittel 2 bzw. 4 an der Infrastrukturkomponente 6, 8 angenähert hat. Die Infrastrukturkomponenten 6, 8 erfassen ebenso den jeweiligen Annäherungszeitpunkt als zweiten Zeitpunkt t1 (für die Infrastrukturkomponente 6) bzw. t2 (für die Infrastrukturkomponente 8). Idealerweise sollten der erste Zeitpunkt t3, t4 und der zweite Zeitpunkt t1, t2 zweier vorgesehener Kommunikationspartner weitgehend identisch sein. Folglich erfolgt eine Kopplung des betreffenden Verkehrsmittels 2, 4 mit der betreffenden Infrastrukturkomponente 6, 8 genau dann, wenn die Differenz des ersten Zeitpunkts t3, t4 und des zweiten Zeitpunkts t1, t2 höchstens einer vorgegebenen Toleranz entspricht.
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Die Ermittlung dieser Differenz kann in der Infrastruktur 10 oder den Infrastrukturkomponenten 6, 8 durchgeführt werden. Dazu können die Verkehrsmittel 2, 4 jeweils den ersten Zeitpunkt t3, t4 an die Infrastruktur 10 senden, etwa als Verbindungsanfrage mit einem darin enthaltenen Zeitstempel. Die Erfassung der Annäherung kann dabei durch unterschiedliche Prozesse erkannt werden, wie etwa das Auslösen eines Kontaktschalters, das Auffahren auf eine Induktionsschleife, das Auswerten von Kamerabildern in dem Verkehrsmittel 2, 4 und/oder der Infrastrukturkomponente 6, 8, das Messen von Signallaufzeiten und Bestimmen von Relativpositionen der Verkehrsmittel 2, 4 und der Infrastrukturkomponenten 6, 8 oder alternativ auch das Einstecken eines Tankschlauchs in einen Tankstutzen (nicht gezeigt) bzw. eines Ladesteckers in eine Ladebuchse, was beiderseits eindeutig erkennbar ist. Nach der Kopplung kann das Übertragen eines Startsignals zwischen dem Verkehrsmittel 2, 4 und der mindestens einen Infrastrukturkomponente 6, 8, zum Aufnehmen eines Betankungsvorgangs oder Beladungsvorgangs erfolgen.
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Die Anordnung der 1 ist als ein System 16 zur drahtlosen Kommunikation zu bezeichnen, das in einem Betankungs- oder Ladesystem 18 angeordnet ist.
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2 zeigt ein Verfahren zur drahtlosen Kommunikation zwischen mindestens einer Infrastrukturkomponente 6, 8 und mindestens einem Verkehrsmittel 2, 4, aufweisend die Schritte des Aufbauens 20 einer Kommunikationsbereitschaft des mindestens einen Verkehrsmittels 2, 4 durch Anfrage an die drahtlosen Infrastruktur 10, die mit der mindestens einen Infrastrukturkomponente 6, 8 verbunden ist. Anschließend erfolgt das Erfassen 22 eines Annäherungszeitpunkts des mindestens einen Verkehrsmittels 2, 4 an der mindestens einen Infrastrukturkomponente 6, 8 als erster Zeitpunkt t3, t4 durch das mindestens eine Verkehrsmittel 2, 4 und als zweiter Zeitpunkt t1, t2 durch die mindestens eine Infrastrukturkomponente 6, 8, das Ermitteln 24 einer Differenz zwischen dem ersten Zeitpunkt t3, t4 und dem zweiten Zeitpunkt t1, t2, und das Koppeln 26 des mindestens einen Verkehrsmittels 2, 4 mit der mindestens einen Infrastrukturkomponente 6, 8, wenn die Differenz höchstens einer vorgegebenen Toleranz entspricht. Das Verfahren kann das Senden 28 des ersten Zeitpunkts t3, t4 an die Infrastruktur 10 umfassen, wobei das Ermitteln 24 der Differenz in einer mit der Infrastruktur 10 gekoppelten Einrichtung 14 erfolgt.
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Das Verfahren kann ferner den Schritt des Abgleichens 30 von Uhrzeiten interner Uhren des Verkehrsmittels 2, 4 und der Infrastrukturkomponente 6, 8 umfassen. In der 2 ist ein entsprechender Block dem Erfassen des Annäherungszeitpunkts vorgelagert. Dies kann jedoch auch an anderer Stelle erfolgen. Das Koppeln 26 könnte, wenn mehrere Verkehrsmittel 2, 4 vorhanden sind, mit der Infrastrukturkomponente 6, 8 erfolgen, bei der die Differenz zwischen dem ersten Zeitpunkt t3, t4 und dem zweiten Zeitpunkt t1, t2 am kleinsten ist. Nach dem Ablaufen 32 einer gewissen Zeitschwelle kann eine weitere Kopplung durch erneutes Durchlaufen des Verfahrens durchgeführt werden. Es ist weiterhin sinnvoll, wenn das Verfahren das Übertragen 34 eines Startsignals zwischen dem mindestens einen Verkehrsmittel 2, 4 und der mindestens einen Infrastrukturkomponente 6, 8 zum Aufnehmen eines Betankungsvorgangs oder Ladevorgangs durchführt.
