DE102022129002A1

DE102022129002A1 - Laden von elektrifizierten fahrzeuganhängern an ladestellplätzen für ein einzelnes fahrzeug

Info

Publication number: DE102022129002A1
Application number: DE102022129002.6A
Authority: DE
Inventors: Stuart C. Salter; Ryan O'Gorman; Lorne M. Forsythe; Darrel A. Recker; Peter Phung; John R. Van Wiemeersch
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-11-08
Filing date: 2022-11-02
Publication date: 2023-05-11
Also published as: CN116080450A; US20230145383A1

Abstract

Ein Fahrerassistenzsystem unterstützt einen Fahrer beim Laden einer oder mehrerer an dem Anhänger montierter Batterien in einem Anhänger, der durch einen elektrifizierten Personenkraftwagen gezogen wird. Viele bestehende Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge weisen Ladestellplätze mit einem Layout auf, das dazu konfiguriert ist, einzelne Fahrzeuge unterzubringen. Ladeeinrichtungen mit Durchfahr- oder verlängerten Ladestellplätzen, die in der Lage sind, größere Fahrzeuge unterzubringen, die einen elektrifizierten Anhänger ziehen, sind viel seltener. Wenn versucht wird, eine an einem Anhänger montierte Batterie auf einem Ladestellplatz zu laden, der für ein einzelnes Fahrzeug vorgesehen ist, kann es erforderlich sein, den Anhänger abzukuppeln (d. h. zu entkoppeln), während er sich auf dem Ladestellplatz befindet, sodass der Personenkraftwagen die Gassen einer Ladestation nicht blockiert. Sensoren in dem Fahrzeug führen eine Sensorabtastung eines ausgewählten Ladestellplatzes durch und nach dem Abkuppeln verwendet der Anhänger ein unabhängiges Fahrsystem, um sich unter Verwendung von Fahrbefehlen, die anhand der Sensorabtastung berechnet werden, auf dem ausgewählten Ladestellplatz zu parken.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Unterstützen eines Fahrers beim Laden einer oder mehrerer Batterieeinheiten eines elektrifizierten Personenkraftwagens, der einen Anhänger mit einer an dem Anhänger montierten Batterieeinheit zieht, und insbesondere Führen des Anhängers zu einem Parkstandort auf einem Ladestellplatz einer Ladeeinrichtung, die ein Entkoppeln des Anhängers von dem Fahrzeug zum Aufladen erfordert.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Das Niveau der Batteriekapazität, das elektrifizierten Fahrzeugen herkömmlicherweise zur Verfügung steht, hat zu Herausforderungen bei der Bereitstellung ausreichend langer Fahrstrecken (d. h. Fahrreichweite) geführt, bevor eine Aufladung nötig ist. Zusätzlich zum Bereitstellen einer angemessenen Fahrreichweite ist es wünschenswert, dass beim Aufladen eines Elektrofahrzeugs die Zeit, die zum Erreichen eines gewünschten Ladezustands erforderlich ist, kurz gehalten wird.
Verbesserungen bei elektrifizierten Fahrzeugen haben es ihnen ermöglicht, in vielen Arten von Fahrzeugnutzungsanwendungen eingesetzt zu werden, wie etwa beim Ziehen von Anhängern für eine erweiterte Frachtkapazität oder beim Camping. Derartige Anhänger können Zusatzbatterien beinhalten, um elektrische Leistung zur Verwendung durch elektrische Vorrichtungen in dem Anhänger und/oder als Zusatzleistung für das Zugfahrzeug zuzuführen. Zusätzlich können Anhänger auch mit dem einzigen Zweck eingesetzt werden, eine sekundäre Batterie bereitzustellen, um dem elektrifizierten Fahrzeug Leistung zuzuführen, was zu einer Erweiterung der Fahrreichweite führt, bevor eine Aufladung nötig ist.
Das Durchführen eines Aufladevorgangs während des Ziehens eines Anhängers mit einer sekundären Batterie, die ebenfalls aufgeladen wird, führt zu zusätzlichen Überlegungen, wie etwa 1) der Notwendigkeit eines Layouts an einer Ladestation, das die Länge einer Kombination aus Fahrzeug und Anhänger unterbringt, 2) der Notwendigkeit einer Platzierung von Ladegeräten, welche die Ladeanschlüsse des Fahrzeugs und des Anhängers erreichen können, 3) der Verfügbarkeit von Ladegeräten, die Laderaten abgeben können, welche die Anforderungen des Fahrers erfüllen, 4) des Prüfens der Verfügbarkeit einer Aufladezeit an einer Ladestation, die in der Lage ist, die Kombination aus Fahrzeug und Anhänger und die Ladeziele unterzubringen, und 5) des Navigierens des Fahrzeugs und des Anhängers zu einer entsprechenden Parklücke, sobald eine Ladestation ausgewählt wurde. Einige Fahrzeuge oder Anhänger können mehr als einen verwendbaren Ladeanschluss aufweisen oder können mehrere Lademodi aufweisen (z. B. Laderaten und/oder die Fähigkeit, einen Ladestrom zu einer anderen Batterieeinheit durchzuleiten, wie etwa von dem Fahrzeug zu der an dem Anhänger montierten Batterie). Aufgrund der großen Anzahl von interagierenden Optionen wird es für den Fahrer schwierig, eine optimale Aufladeaufgabe einfach und bequem auszuwählen und umzusetzen.
Eine öffentliche Infrastruktur, die das Laden von Batterien unterstützt, hat zugenommen, da eine zunehmende Anzahl von Elektrofahrzeugen sowohl für die gewerbliche als auch für die persönliche Verwendung in Betrieb genommen wurde. Die Grundfläche von Parklücken (d. h. Stellplätzen) und die neben ihnen angeordneten Ladegeräteausgänge sind größtenteils für einzelne Fahrzeuge von der Größe eines Personenkraftwagens konfiguriert, um mit der führenden Art von Elektrofahrzeugen auf der Straße zu funktionieren. Senkrechte oder abgewinkelte Parkstellplätze mit einer einzelnen Autolänge können einen Ladegeräteausgang aufweisen, der benachbart zu einem Ende des Stellplatzes gegenüber der Stellplatzeinfahrt platziert ist. Eine kleinere Anzahl von öffentlich verfügbaren Ladeeinrichtungen kann Durchfahrstellplätze beinhalten, die länger sind, um Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeuge unterzubringen, aber diese können für einen Fahrer eines elektrifizierten Fahrzeugs, das einen Anhänger zieht, weniger leicht zugänglich sein. Daher wäre es wünschenswert, Ladeeinrichtungen der Art, die nur für Personenkraftwagen eingerichtet ist, dazu zu verwenden, stattdessen einen elektrifizierten Anhänger und/oder mit einem elektrifizierten Personenkraftwagen zusammen aufzuladen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt der Erfindung umfasst ein elektrifiziertes Fahrzeug eine aufladbare bordeigene Batterieeinheit, die elektrische Leistung für einen Traktionsmotor speichert, der zum Bewegen des Fahrzeugs verwendet wird. Das Fahrzeug weist eine Anhängerschnittstelle auf, die dazu konfiguriert ist, mit einer Anhängersteuerung in einem Anhänger zu kommunizieren, der eine an dem Anhänger montierte aufladbare Batterieeinheit und ein Fahrsteuersystem zum unabhängigen Bewegen des Anhängers während des Parkens auf einem ausgewählten Ladestellplatz beinhaltet, um die an dem Anhänger montierte Batterie zu laden.
Das Fahrzeug weist mindestens einen Sensor auf, der dazu konfiguriert ist, den ausgewählten Ladestellplatz zu kennzeichnen, indem er eine Sensorabtastung in der Nähe des ausgewählten Ladestellplatzes durchführt. Das Fahrzeug weist eine Fahrzeugsteuerung auf, die dazu konfiguriert ist, eine Auswahl des ausgewählten Ladestellplatzes zu generieren und eine Karte des Ladestellplatzes als Reaktion auf die Sensorabtastung zu generieren. Die Fahrzeugsteuerung ist dazu konfiguriert, eine Fahrsequenz des Anhängers von einem vorbestimmten Standort, an dem der Anhänger von dem Fahrzeug abgekuppelt wird, zu einer Zielposition auf dem ausgewählten Ladestellplatz zu berechnen und die Fahrsequenz an die Anhängersteuerung zu übertragen.
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Laden einer an einem Anhänger montierten Batterieeinheit in einem Anhänger, der durch einen elektrifizierten Personenkraftwagen gezogen wird, bereitgestellt. Ein Ladestellplatz wird an einer Ladestation ausgewählt, wobei der ausgewählte Ladestellplatz eine Größe aufweist, die für ein einzelnes Fahrzeug konfiguriert ist, und einen entsprechenden Ladegeräteausgang aufweist, der in der Nähe des ausgewählten Ladestellplatzes angeordnet ist. Der Personenkraftwagen wird benachbart zu dem ausgewählten Ladestellplatz platziert, sodass sich mindestens ein Sensor des Personenkraftwagens in einer Position zum Fernerfassen des ausgewählten Ladestellplatzes befindet. Eine Sensorabtastung wird mit dem mindestens einen Sensor durchgeführt, während er sich in der Nähe des ausgewählten Ladestellplatzes befindet. Als Reaktion auf die Sensorabtastung wird eine Karte des Ladestellplatzes generiert. Eine Fahrsequenz des Anhängers von einem kartierten vorbestimmten Standort, an dem der Anhänger von dem Fahrzeug abgekuppelt wird, zu einer kartierten Zielposition innerhalb des ausgewählten Ladestellplatzes wird berechnet. Die Fahrsequenz wird von dem Personenkraftwagen über eine Anhängerschnittstelle an eine Anhängersteuerung in dem Anhänger übertragen. Ein Fahrsteuersystem in dem Anhänger wird angeschaltet, um den Anhänger unabhängig zu der kartierten Zielposition innerhalb des ausgewählten Ladestellplatzes zu bewegen, um die an dem Anhänger montierte Batterie zu laden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines elektrifizierten Fahrzeugs, das einen Anhänger mit einer an dem Anhänger montierten Batterieeinheit zieht.
2 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Layouts einer Ladestation mit Ladestellplätzen für ein einzelnes Fahrzeug.
3 ist eine Draufsicht auf ein Layout einer Ladestation, das Durchfahrspuren aufweist, um längere Fahrzeuge unterzubringen.
4 ist eine Draufsicht auf ein elektrifiziertes Fahrzeug, das einen Anhänger an einer Ladestation mit Ladestellplätzen für ein einzelnes Fahrzeug zieht, wobei das Fahrzeug und der Anhänger geladen werden, ohne den Anhänger zu entkoppeln.
5 ist ein schematisches Diagramm, das einen elektrifizierten Anhänger zeigt, der bordeigene Sensoren und ein unabhängiges Fahrsystem beinhaltet, das dazu in der Lage ist, den Anhänger über kurze Strecken in eine Parklücke hinein oder aus dieser heraus zu bewegen.
6 ist eine Draufsicht auf ein elektrifiziertes Fahrzeug, das eine Sensorabtastung durchführt, um einen Ladestellplatz zu kennzeichnen.
7, 8 und 9 sind Draufsichten, die eine Sequenz eines automatischen Parkens des Anhängers auf einen gescannten Ladestellplatz darstellen, wobei 7 eine Startposition eines abgekuppelten Anhängers und einen berechneten Weg für den Anhänger zeigt, 8 den Anhänger zeigt, der den Weg ausführt, und 9 das elektrifizierte Fahrzeug zeigt, das sich auf einen separaten Ladestellplatz bewegt, während der Anhänger auf dem ausgewählten Stellplatz geladen wird.
10 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Fahrzeug und einen Anhänger gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das ein bevorzugtes Verfahren gemäß der Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein elektrifiziertes Fahrzeug 10 (oft als Batterieelektrofahrzeug (battery-electric vehicle - BEV) bezeichnet), das als Elektro-Pickup-Truck konfiguriert ist. Das Fahrzeug 10 weist eine bordeigene aufladbare Batterieeinheit 11 auf, die elektrische Leistung für einen Traktionsmotor (nicht gezeigt) zum Antreiben des Fahrzeugs 10 speichert. Der Traktionsmotor kann eine elektrische Maschine umfassen, die mechanisch an ein Getriebe gekoppelt ist, das ein Differential beinhalten kann. Die elektrische Maschine kann zudem während einer Verlangsamung als Generator fungieren, um Energie zurückzugewinnen, die normalerweise in einem Reibungsbremssystem als Wärme verloren gehen würde.
Die Batterieeinheit 11 kann aus einer Multizellenbatterie bestehen, die eine Hochspannungsgleichstrom(direct current - DC)-Ausgabe bereitstellt. Ein Schützmodul kann die Batterieeinheit 11 auswählbar mit einem Hochspannungsbus (nicht gezeigt) verbinden. Ein Leistungselektronikmodul (nicht gezeigt) steuert den Betrieb der elektrischen Maschine und stellt die Fähigkeit der bidirektionalen Energieübertragung zwischen der Batterieeinheit 11 und der elektrischen Maschine bereit. Das Leistungselektronikmodul kann die DC-Spannung in einen Dreiphasen-AC-Strom zum Betreiben der elektrischen Maschine umwandeln. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul den Dreiphasen-AC-Strom von der elektrischen Maschine, die als Generator fungiert, in eine DC-Spannung zum Aufladen der Batterieeinheit 11 umwandeln.
Das Fahrzeug 10 ist dazu konfiguriert, die Batterieeinheit 11 aus externen Leistungsquellen unter Verwendung eines oder mehrerer Ladeanschlüsse 12 und 13 aufzuladen. Externe Leistungsquellen können elektrische Ausgänge an privaten oder öffentlichen Standorten beinhalten. Eine Stromversorgung für Elektrofahrzeuge (electric vehicle supply equipment - EVSE) zum Verbinden mit einem Ladeanschluss eines Fahrzeugs kann eine Ladegeräteeinheit an einer Ladestation (d. h. einem Standort, der Parkstellplätze oder -lücken aufweist, die jeweils mit einer oder mehreren Ladegeräteeinheiten bereitgestellt sind) beinhalten. Eine Ladestation, die eine Vielzahl von elektrifizierten Autos und Trucks bedient, kann mit einem elektrischen Leistungsverteilungsnetz oder Stromnetz verbunden sein, wie es von einem Elektrizitätsversorgungsunternehmen bereitgestellt wird, und kann durch elektronische Steuersysteme verwaltet werden, die es Benutzern ermöglichen, einen Zeitraum und einen Ladegeräteausgang für ihre Verwendung zu reservieren, wie in der Patentanmeldungsveröffentlichung US 2020/0148068A1 und in dem Patent US 11,001,161 beschrieben, die beide durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen sind. 2 zeigt eine Ladestation 20 mit Parklücken 21-23, die jeweils eine jeweilige Ladegeräteeinheit 24-26 aufweisen, welche zur Verwendung durch in den Lücken geparkte Elektrofahrzeuge angeordnet ist.
Die EVSE und die Steuersysteme der Ladestation können die Energieübertragung zwischen einer Leistungsquelle und dem Fahrzeug 10 regulieren und verwalten. Bei den Ladeanschlüssen 12 und 13 kann es sich um eine beliebige Art von Anschluss handeln, die dazu konfiguriert ist, Leistung von der EVSE an das Fahrzeug 10 zu übertragen. In einigen Ausführungsformen können die Ladeanschlüsse 12 und 13 elektrisch an ein bordeigenes Leistungsumwandlungsmodul gekoppelt sein, das der Batterieeinheit 11 die korrekten Spannungs- und Stromniveaus bereitstellt. Ein EVSE-Steckverbinder kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 12 oder 13 zusammenpassen.
Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen. Die Verwendung der EVSE zum Laden von BEV-Batterien ist in der Patentanmeldungsveröffentlichung US 2020/0369168A1 beschrieben, die durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist das Fahrzeug 10 an einen Anhänger 14 gekuppelt, der eine jeweilige Batterieeinheit 15 beinhaltet. Die Verwendung des Anhängers 14 kann hauptsächlich dem Zweck dienen, zusätzliche Batteriekapazität für das Fahrzeug 10 zu tragen, wobei in diesem Fall eine Anhängerkupplung 16 sowohl mechanische als auch elektrische Verbindungen bereitstellen kann. Zusätzlich zu der zusätzlichen Batteriekapazität kann der Anhänger 14 zusätzlich einen Zusatzfrachtraum bereitstellen. Mit oder ohne Bereitstellen von Zusatzbatterieleistung für das Fahrzeug 10 könnte der Anhänger 14 als ein Wohnmobil oder eine andere Funktionseinheit konfiguriert sein, welche die Anhängerbatterie verwendet, um an dem Anhänger montierte Vorrichtungen (z. B. elektrische Geräte) mit Leistung zu versorgen. Zum Laden der an dem Anhänger montierten Batterieeinheit 15 werden Anhängerladeanschlüsse 17 und 18 an die Batterieeinheit 15 gekoppelt.
3 zeigt ein Durchfahrlayout einer Ladestation 27, die Ladeausgänge aufweist, welche angrenzend an eine Vielzahl von Durchfahrspuren aufgestellt sind, wie etwa ein Ladeausgang 28 für eine entsprechende Spur 29. Die Verfügbarkeit einer Durchfahrspur vereinfacht das Laden von an Anhängern montierten Batterieeinheiten, aber es kann schwierig sein, eine derartige Anordnung zu finden, wenn sie benötigt wird. Stattdessen muss ein Fahrer eines kombinierten Elektrofahrzeugs und Anhängers möglicherweise zum Aufladen an einer Ladestation mit dem üblicheren Layout, das Ladestellplätze für ein einzelnes Fahrzeug aufweist, anhalten. Damit der Anhänger während des Ladens an den Personenkraftwagen gekoppelt bleibt, werden jedoch möglicherweise mehrere Ladestellplätze und/oder Zugangsgassen zu den Stellplätzen blockiert. Selbst wenn eine derartige Verwendung einer Ladeeinrichtung erlaubt ist, kann die Verfügbarkeit zum Reservieren des Zugangs zu der erforderlichen Anzahl von benachbarten Stellplätzen viel begrenzter sein. Daher wäre das Abkoppeln eines Anhängers während des Ladens wünschenswert. Jedoch fühlen sich viele Fahrer mit den Manövern, die zum Zurücksetzen einen Anhängers auf einen Stellplatz erforderlich sind, nicht wohl. Einige Anhänger sind mit eigenständigen Antriebsmotoren verfügbar, die in der Lage sind, einen Anhänger zum Parken über eine kurze Strecke zu bewegen, und beinhalten manchmal auch Sensoren zum Detektieren und Vermeiden von Hindernissen während der Bewegung. Derartige Sensoren würden jedoch selten verwendet. Um übermäßige Kosten zu vermeiden, weisen Anhängersensoren tendenziell eine niedrige Auflösung auf. Daher war ein erhebliches Eingreifen des FahrersBenutzers erforderlich, und ein vollständig automatischer Betrieb war schwer zu erreichen.
5 stellt den Anhänger 14 detaillierter dar. Ein Anhängerkörper/-fahrgestell 30 stützt Räder 31 und 32, die durch Elektromotoren 33 bzw. 34 unter Verwendung von Leistung aus der Batterieeinheit 15 angetrieben werden können. Eine Anhängersteuerung 35 kommuniziert mit einer Steuerung in dem Zugfahrzeug über einen Kommunikationskanal 36 (drahtgebunden oder drahtlos), um Daten und Befehle zum Antreiben der Motoren 33 und 34 zu empfangen, um den Anhänger 14 entlang eines gewünschten Weges anzutreiben.
Der Anhänger 14 weist ein Kupplungs-/Hebersystem 16 zum An- und Abkuppeln des Anhängers 14 an das/von dem Zugfahrzeug auf. Das System 16 kann vollständig manuell sein oder kann einen Roboterarm 37, der durch einen Aktor 38 gesteuert wird, um eine Kugelkupplung automatisch in oder außer Eingriff zu bringen, und eine motorisierte Hebereinheit 40 zum automatischen Ausfahren oder Einfahren eines Heberrads beinhalten. Die Steuerung 40 ist mit dem Aktor 38 und der Einheit 40 verbunden, um das Ankuppeln oder Abkuppeln in Zusammenwirkung mit Fahrerbefehlen zu koordinieren, die von einer Fahrzeugsteuerung über den Kommunikationskanal 36 empfangen werden.
Der Anhänger 14 kann ferner eine Vielzahl von Sensoren zum Überwachen der Umgebung und von Hindernissen beinhalten. Zum Beispiel können Sensoren 41, 42 und 43, die an die Anhängersteuerung 35 gekoppelt sind, aus Radarsendeempfängereinheiten, Kameras, Lidarsensoren, Akustik-/Mikrofonsensoren und/oder Ultraschalleinheiten bestehen. Daten, die durch die Sensoren 41-43 bereitgestellt werden, können an die Fahrzeugsteuerung übertragen werden, um ein Kartieren eines Ladestellplatzes zu unterstützen, und/oder können durch die Anhängersteuerung 35 verwendet werden, um eine Kollision mit sich in der Nähe befindlichen (z. B. sich bewegenden) Objekten zu verhindern, wenn sich der Anhänger 14 autonom bewegt, und/oder um den automatischen Betrieb des Kupplungs-/Hebersystems 16 zu überwachen.
Eine Prozedur zum Verwenden einer Ladestation oder einer anderen Einrichtung zum Laden einer an dem Anhänger montierten Batterieeinheit kann mit Identifizieren oder Auswählen eines Ladestellplatzes, der durch den Anhänger verwendet werden soll, beginnen. Ein Ladestellplatz kann aus der Ferne unter Verwendung eines Reservierungsschemas ausgewählt werden, wie es zum Beispiel in der Patentanmeldungsveröffentlichung US 2020/0148068A1 und in dem Patent US 11,001,161 beschrieben ist. Alternativ kann ein Ladestellplatz ohne Reservierung ausgewählt werden, indem die Auswahl unter Verwendung einer Benutzerschnittstelle in dem Fahrzeug manuell eingegeben wird. Zum Beispiel kann der Fahrer das Fahrzeug navigieren, um sich einem gewünschten Ladestellplatz zu nähern, sodass der Ladestellplatz innerhalb einer Kameraansicht von einer an dem Fahrzeug montierten Kamera sichtbar wird. Durch Anzeigen der Kameraansicht auf einer Touchscreen-Anzeige kann der Fahrer an einer Stelle auf die Anzeige tippen, die dem gewünschten Ladestellplatz entspricht.
Sobald eine Auswahl für einen bestimmten Ladestellplatz verfügbar ist, wird die Fernerfassung verwendet, um einen absoluten oder relativen Standort des ausgewählten Ladestandortes kartieren. Wie in 6 gezeigt, ist eine Reihe von Ladestellplätzen 45 mit entsprechenden Ladegeräteausgängen (z. B. den Ladegeräteausgängen 46-48) als Stellplatz für ein einzelnes Fahrzeug ausgelegt. Ein ausgewählter oder Zielstellplatz 50 wurde zur Verwendung zum Laden des Anhängers 14 ausgewählt. Unter Verwendung einer oder mehrerer Fernerfassungseinheiten führt das Fahrzeug 10 eine Sensorabtastung 51 eines Bereiches um den ausgewählten Stellplatz 50 herum und einschließlich desselben durch, wobei das Fahrzeug 10 in der Nähe des Stellplatzes 50 positioniert ist. Abhängig von den Fähigkeiten der an dem Fahrzeug montierten Sensoren (und möglicherweise den Fähigkeiten von beliebigen an dem Anhänger montierten Sensoren, die verwendet werden) kann die Sensorabtastung 51 von einer festen Position oder während der Bewegung durchgeführt werden. Merkmale, die durch die Sensorabtastung 51 detektiert werden, beinhalten Stellplatzgrenzen (z. B. gemalte Linien auf dem Boden, die optisch unter Verwendung einer Kamera detektiert werden, oder ein Bordstein, der durch Reflexion eines Radar- oder Ultraschallimpulses detektiert wird), die Platzierung und Konfiguration einer Ladegeräteeinheit (z. B. optisch detektiert), Fahrzeuge, die auf benachbarten Stellplätzen geparkt sind, und dergleichen. Daten von der Sensorabtastung 51 können als eine Karte zusammengestellt werden, welche die Merkmale des Stellplatzes an einer Position des Fahrzeugs und/oder des Anhängers festlegt. Basierend auf Grundlage der Karte untersucht eine Fahrzeugsteuerung die Stellplatzgrenzen und den Standort der Ladegeräteeinheit, um eine Zielposition zum Parken des zu ladenden Anhängers zu identifizieren.
Wie in 7 gezeigt, zieht das Fahrzeug 10 den Anhänger 14 zu einem vorbestimmten Standort 55, der als Einfahrt auf den ausgewählten Ladestellplatz 50 verwendet werden soll. An dem vorbestimmten Standort 55 wird der Anhänger 14 von dem Fahrzeug 10 (entweder manuell oder automatisch) entkoppelt. Die durch eine Fahrzeugsteuerung zusammengestellte Karte beinhaltet eine Darstellung von Stellplatzseitenlinien 52 und 53 und einer vorderen Grenze (z. B. einem Bordstein) 54. Die Karte definiert auch den Standort 55 und einen Fahrweg 56, der durch den Anhänger 14 zurückzulegen ist, um diesen von dem Standort 55 zu der Zielposition zu bewegen, wenn er mit einer Ladegeräteeinheit 47 verbunden werden kann.
Eine Sequenz von Fahrbefehlen, die durch eine Fahrzeugsteuerung berechnet werden, wird an eine Anhängersteuerung übertragen. 8 zeigt, dass der Anhänger 14 unter Verwendung einer Differentialraddrehung selbstangetrieben wird, um eine Kurve 57 entlang des Fahrweges 56 zu einer Zielposition 58 auf dem ausgewählten Stellplatz 50 auszuführen. 9 zeigt den Anhänger 14, der auf den ausgewählten Ladestellplatz 50 zurückgesetzt wurde und mit der Ladegeräteeinheit 47 verbunden ist, während sich das entkoppelte Fahrzeug 10 separat entlang eines Weges 60 auf einen anderen Ladestellplatz bewegt. Alternativ könnte das Fahrzeug 10 vorübergehend wegfahren, um andere Besorgungen durchzuführen, während der Anhänger 14 geladen wird.
10 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform eines Fahrzeugs, eines Anhängers und eines Fernreservierungssystems zeigt. Das Fahrzeug 10 weist eine Steuerung 70 (z. B. ein elektronisches Modul) mit einem programmierbaren Mikroprozessor und einem Programmspeicher zum Speichern von Softwareprogrammen zum Durchführen der in dieser Schrift beschriebenen Prozeduren auf. Die Steuerung 70 kann unter Verwendung eines drahtlosen Sendeempfängers 71 mit bordexternen Ressourcen kommunizieren. Mobilfunkdatenkommunikationen oder andere drahtlose Datenprotokolle können durch den Sendeempfänger 71 verwendet werden, um mit einem Cloud-Netzwerk 72, das einen Server oder andere Komponenten zum Erzeugen eines Reservierungsdienstes enthält, zu kommunizieren. Das Fahrzeug 10 weist eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (human machine interface - HMI) 73 zum Interagieren mit einem Fahrer während verschiedener Schritte in einem Prozess des Auswählens eines Ladestellplatzes und des Parkens eines Anhängers auf dem ausgewählten Stellplatz auf. Die HMI 73 kann eine Touchscreen-Anzeige beinhalten. Die HMI kann zusätzlich oder alternativ einen Touchscreen oder andere Steuerelemente beinhalten, die an dem Anhänger 14 und/oder einem Smartphone oder einer anderen mobilen Rechenvorrichtung montiert sind. Zusätzlich zum Zugreifen auf den Reservierungsdienst 72 und/oder zum manuellen Identifizieren eines Ladestellplatzes kann die Touchscreen-Anzeige verwendet werden, um einem Fahrer Nachrichten betreffs manueller Schritte bereitzustellen, die während des An- oder Abkuppelns des Anhängers 14 benötigt werden. Die Sensoren 74 in dem Fahrzeug 10 können Radarsendeempfänger, optische oder Infrarotkameras, Lidar-, Akustik-/Mikrofonsensoren und/oder Ultraschallsensoren beinhalten.
Das Fahrzeug 10 weist eine Schnittstelle 75 auf, die mit der Fahrzeugsteuerung 70 verbunden ist und einen Kommunikationskanal 82 zu einer Schnittstelle 81 in dem Anhänger 14 bereitstellt, welche mit einer Anhängersteuerung 80 verbunden ist. Der Kanal 82 kann eine drahtlose Verbindung gemäß einem bekannten Standard sein, wie etwa Bluetooth^®, WiFi oder Ultrabreitband (ultra-wideband - UWB). Zusätzlich zu dem Kommunikationskanal 82 sind das Fahrzeug 10 und der Anhänger 14 mechanisch und/oder elektrisch durch eine Hardware-Verbindung 83 verbunden.
Der Anhänger 14 beinhaltet Motoren 84 und 85, die an Räder auf gegenüberliegenden Seiten des Anhängers 14 gekoppelt sind. Die Motoren 84 und 85 werden unabhängig voneinander unter Verwendung von Befehlen in einer Fahrsequenz gesteuert, die durch die Steuerung 80 von dem Fahrzeug 10 über den Kanal 82 empfangen wird, um den Anhänger 14 entlang eines gewünschten Weges zu lenken. Aktoren 86 (z. B. ein Roboterarm zum Betätigen des Kupplungsmechanismus und ein Servomechanismus zum Absenken/Anheben eines Heberrads) können in Verbindung mit einem Anhängerkupplungsmechanismus und einer Heberradeinheit für Ausführungsformen mit automatischem Ankuppeln/Abkuppeln des Anhängers 14 bereitgestellt sein.
11 stellt ein Ablaufdiagramm für eine Ausführungsform eines Verfahrens der Erfindung bereit. In Schritt 90 wird ein Ladestellplatz zur Verwendung beim Laden des Anhängers ausgewählt. Die Auswahl kann Vornehmen einer Reservierung des ausgewählten Stellplatzes beinhalten oder kann eine manuelle Auswahl eines Ladestellplatzes durch den Fahrer des Fahrzeugs beinhalten. In Schritt 91 wird das Fahrzeug an dem ausgewählten Ladestellplatz platziert (d. h., es kommt dort an), während es den Anhänger zieht. Die Kombination aus Fahrzeug und Anhänger kann in der Nähe des ausgewählten Ladestellplatzes anhalten oder kann an dem ausgewählten Stellplatz vorbeifahren (d. h., diesen passieren), wenn sie in Schritt 92 eine Sensorabtastung durchführt, um eine Karte zu erzeugen, die den ausgewählten Stellplatz definiert. Basierend auf der zusammengestellten Karte begibt sich das Fahrzeug dann zu einer vorbestimmten (kartierten) Position und hält an dieser an, an welcher der Anhänger an der Einfahrt des ausgewählten Ladestellplatzes registriert wird (d. h. derart ausgerichtet ist, dass das eigenständige Fahrsystem an dem Anhänger leicht zu dem Zielstandort navigieren kann).
In Schritt 93 berechnet eine Steuerung in dem Fahrzeug eine Fahrsequenz, die durch den Anhänger zum Parken an dem Zielstandort zu verwenden ist. Die Antriebssequenz kann 1) Befehle für einen Roboterarm und/oder einen Heberad-Servomechanismus, um sich automatisch von dem Fahrzeug zu entkoppeln, und 2) Parkbefehle beinhalten, die Drehungen der Anhängerräder spezifizieren, welche den Anhänger in die Zielposition bewegen. In Schritt 94 wird die Fahrsequenz an die Anhängersteuerung übertragen. Der Anhänger wird in Schritt 95 von dem Fahrzeug gelöst. Alternativ könnte der Anhänger vor dem Übertragen der Fahrsequenz in Schritt 94 entkoppelt werden, vorausgesetzt, der Kommunikationskanal ist drahtlos.
In Schritt 96 fährt der Anhänger selbst auf den ausgewählten Stellplatz und hält an, wenn die Zielposition erlangt wurde. Der Anhänger kann dann an die entsprechende Ladegeräteeinheit angeschlossen werden und das Laden wird begonnen.
Nach dem Laden wird der Anhänger von der Ladegeräteeinheit gelöst. Zum erneuten Koppeln an das Fahrzeug kann die Fahrsequenz, die ursprünglich zum Parken des Anhängers an der Zielposition verwendet wurde, rückwärts ausgeführt werden, um den Anhänger zurück in die gleiche Position zu bewegen, in der er von dem Fahrzeug abgekuppelt wurde. Dann kann das Fahrzeug an den Anhänger zurückgesetzt werden und die beiden können (entweder manuell oder automatisch unter Verwendung geeigneter Befehle an den Roboterarm und/oder den Heberrad-Servomechanismus) wieder angekuppelt werden.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet der Anhänger einen Roboterarm, der einer Kupplung zum Koppeln des Anhängers an den Personenkraftwagen zugeordnet ist, und wobei die Fahrsequenz Befehle an den Roboterarm zum Abkuppeln des Anhängers von dem Fahrzeug umfasst.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet die Fahrsequenz Parkbefehle, die Drehungen von Rädern des Anhängers spezifizieren, welche den Anhänger in die Zielposition bewegen.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst die Fahrsequenz ferner Umkehrbefehle, die den Anhänger zurück zu dem vorbestimmten Standort bewegen.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst der mindestens eine Sensor mindestens eines von einer Radareinheit, einer Kamera, einem Lidarsensor, einem Akustiksensor und einem Ultraschallabstandssensor.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst die Anhängerschnittstelle einen drahtlosen Kommunikationskanal.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2020/0148068 A1 [0011, 0019]
US 11001161 [0011, 0019]
US 2020/0369168 A1 [0013]

Claims

Elektrifiziertes Fahrzeug, umfassend: eine aufladbare bordeigene Batterieeinheit, die elektrische Leistung für einen Traktionsmotor speichert, der zum Bewegen des Fahrzeugs verwendet wird; eine Anhängerschnittstelle, die dazu konfiguriert ist, mit einer Anhängersteuerung in einem Anhänger zu kommunizieren, der eine an dem Anhänger montierte aufladbare Batterieeinheit und ein Fahrsteuersystem zum unabhängigen Bewegen des Anhängers während des Parkens auf einem ausgewählten Ladestellplatz beinhaltet, um die an dem Anhänger montierte Batterie zu laden; mindestens einen Sensor, der dazu konfiguriert ist, den ausgewählten Ladestellplatz zu kennzeichnen, indem er eine Sensorabtastung in der Nähe des ausgewählten Ladestellplatzes durchführt; und eine Fahrzeugsteuerung, die zu Folgendem konfiguriert ist: Generieren einer Auswahl des ausgewählten Ladestellplatzes; Generieren einer Karte des Ladestellplatzes als Reaktion auf die Sensorabtastung; Berechnen einer Fahrsequenz des Anhängers von einem vorbestimmten Standort, an dem der Anhänger von dem Fahrzeug abgekuppelt wird, zu einer Zielposition auf dem ausgewählten Ladestellplatz; und Übertragen der Fahrsequenz an die Anhängersteuerung.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Fahrzeugsteuerung die Auswahl durch Vornehmen einer Reservierung für den ausgewählten Ladestellplatz unter Verwendung eines Fernreservierungsdienstes generiert.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), die dazu konfiguriert ist, eine Eingabe von einem Insassen des Fahrzeugs zu empfangen, welche die Auswahl identifiziert.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Karte relativ zu einem Referenzstandort generiert wird, der einer geografischen Position des Fahrzeugs während der Sensorabtastung entspricht, und wobei die Karte den vorbestimmten Standort an einer Einfahrt zu dem ausgewählten Ladestellplatz definiert.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Karte Stellplatzgrenzen für den ausgewählten Ladestellplatz und einen Standort einer jeweiligen Ladegeräteeinheit definiert und wobei die Fahrzeugsteuerung ferner dazu konfiguriert ist, die Zielposition als Reaktion auf den Standort der jeweiligen Ladegeräteeinheit und die Stellplatzgrenzen zu identifizieren.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Anhänger einen Roboterarm beinhaltet, der einer Kupplung zum Koppeln des Anhängers an das Fahrzeug zugeordnet ist, und wobei die Fahrsequenz Befehle an den Roboterarm zum Abkuppeln des Anhängers von dem Fahrzeug beinhaltet.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Fahrsequenz Parkbefehle beinhaltet, die Drehungen von Rädern des Anhängers spezifizieren, welche den Anhänger in die Zielposition bewegen.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Fahrsequenz ferner Umkehrbefehle umfasst, die den Anhänger zurück zu dem vorbestimmten Standort bewegen.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Sensor mindestens eines von einer Radareinheit, einer Kamera, einem Lidarsensor, einem Akustiksensor und einem Ultraschallabstandssensor umfasst.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Anhängerschnittstelle einen drahtlosen Kommunikationskanal umfasst.
Verfahren zum Laden einer an einem Anhänger montierten Batterieeinheit in einem Anhänger, der durch einen elektrifizierten Personenkraftwagen gezogen wird, die folgenden Schritte umfassend: Auswählen eines Ladestellplatzes an einer Ladestation, wobei der ausgewählte Ladestellplatz eine Größe aufweist, die für ein einzelnes Fahrzeug konfiguriert ist, und einen entsprechenden Ladegeräteausgang aufweist, der in der Nähe des ausgewählten Ladestellplatzes angeordnet ist; Platzieren des Personenkraftwagens benachbart zu dem ausgewählten Ladestellplatz, sodass sich mindestens ein Sensor des Personenkraftwagens in einer Position zum Fern erfassen des ausgewählten Ladestellplatzes befindet; Durchführen einer Sensorabtastung mit dem mindestens einen Sensor, während er sich in der Nähe des ausgewählten Ladestellplatzes befindet; Generieren einer Karte des Ladestellplatzes als Reaktion auf die Sensorabtastung; Berechnen einer Fahrsequenz des Anhängers von einem kartierten vorbestimmten Standort, an dem der Anhänger von dem Fahrzeug abgekuppelt wird, zu einer kartierten Zielposition innerhalb des ausgewählten Ladestellplatzes; Übertragen der Fahrsequenz von dem Personenkraftwagen über eine Anhängerschnittstelle an eine Anhängersteuerung in dem Anhänger; und Anschalten eines Fahrsteuersystems in dem Anhänger, um den Anhänger unabhängig zu der kartierten Zielposition innerhalb des ausgewählten Ladestellplatzes zu bewegen, um die an dem Anhänger montierte Batterie zu laden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Auswählens eines Ladestellplatzes aus Vornehmen einer Reservierung für den ausgewählten Ladestellplatz unter Verwendung eines Fernreservierungsdienstes besteht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Auswählens eines Ladestellplatzes aus Empfangen einer Eingabe von einem Insassen des Fahrzeugs zum Identifizieren der Auswahl unter Verwendung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (human machine interface - HMI) besteht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Karte relativ zu einem Referenzstandort generiert wird, der einer geografischen Position des Fahrzeugs während der Sensorabtastung entspricht, und wobei die Karte den vorbestimmten Standort an einer Einfahrt zu dem ausgewählten Ladestellplatz definiert.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Karte Stellplatzgrenzen für den ausgewählten Ladestellplatz und einen Standort einer jeweiligen Ladegeräteeinheit definiert und wobei der Schritt des Berechnens der Fahrsequenz Identifizieren der Zielposition als Reaktion auf den Standort der jeweiligen Ladegeräteeinheit und die Stellplatzgrenzen beinhaltet.