EP3390138A1 - Verfahren zur durchführung wenigstens eines energieversorgungsvorgangs zwischen einer energieversorgungseinheit und wenigstens einem mit energie zu versorgenden kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur durchführung wenigstens eines energieversorgungsvorgangs zwischen einer energieversorgungseinheit und wenigstens einem mit energie zu versorgenden kraftfahrzeug

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EP3390138A1
EP3390138A1 EP16815847.5A EP16815847A EP3390138A1 EP 3390138 A1 EP3390138 A1 EP 3390138A1 EP 16815847 A EP16815847 A EP 16815847A EP 3390138 A1 EP3390138 A1 EP 3390138A1
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EP
European Patent Office
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power supply
laser
light
robot
supply unit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16815847.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Schütz
Michael Grote
Jürgen STIEG
Lutz Junge
Sven Horstmann
Thorsten Bagdonat
Sebastian Grysczyk
Andreas Weiser
Norbert Settele
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
KUKA Deutschland GmbH
Original Assignee
Volkswagen AG
KUKA Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG, KUKA Deutschland GmbH filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP3390138A1 publication Critical patent/EP3390138A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30Constructional details of charging stations
    • B60L53/35Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles
    • B60L53/37Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles using optical position determination, e.g. using cameras
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
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    • B67DDISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
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    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12Electric charging stations

Definitions

  • the invention relates to a method for carrying out at least one
  • Energy supply operation between a power supply unit and at least one to be supplied with energy motor vehicle having the features of the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a motor vehicle and a power supply unit for carrying out the method.
  • Power supply unit discloses which can drive a variety of parking spaces of a parking space and provide parked electric vehicles with electric power.
  • the movable charging unit is equipped with an image capture device in the form of a camera, which serves to detect a position of a power supply interface (charging interface) of a motor vehicle to be charged.
  • an image capture device in the form of a camera, which serves to detect a position of a power supply interface (charging interface) of a motor vehicle to be charged.
  • Characteristics such as lamps, markers or reflectors to provide.
  • the loading unit can access by means of a robot arm on several charging cables, which are arranged at the head of the parking lot from the parking space.
  • the robot removes after charging a parking lot the charging cable by picking up an associated charging connector from a suspension and then plugged into the charging interface of the motor vehicle to be charged.
  • at least confirmation of the charging process by the vehicle driver is required. Therefore, a communication of the motor vehicle with the charging unit via a
  • a power supply unit which is equipped with a multi-jointed robot arm, which serves for positioning and connecting a charging plug to a charging socket of a motor vehicle to be charged.
  • the energy supply unit has a detector unit for determining the position of the charging socket from the motor vehicle.
  • the detector unit detects the position of the charging socket of the motor vehicle on the basis of optical or geometric features of the charging socket.
  • a communication device is arranged on the power supply unit, which is designed to receive information of the motor vehicle and a charge controller.
  • the charge controller is used to initiate a start or termination of a charge based on the state of charge from the motor vehicle.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • DE 10 2012 216 980 A1 describes a robot charging station for charging a battery of an electric vehicle.
  • the robot is movably attached to a standpipe, which is coupled to a base plate.
  • the robot includes a gripping member with an electrical connector, which serves for coupling with a vehicle-side charging socket.
  • a sensor is present in the base plate which uses optical, acoustic or RFID-based detection means.
  • the arm of the robot further includes a camera in the vicinity of the plug to detect the position of a vehicle-side charging box and thus to be able to move the gripping member of the robot exactly to the vehicle-side charging box. It is also proposed to use multiple cameras to provide a stereoscopic view of the motor vehicle and / or its charging socket.
  • Power supply interfaces of motor vehicles for example, fuel filler neck or charging sockets of electric or hybrid vehicles are generally made of a dark or even black plastic.
  • the invention is therefore prior to the cited prior art, the object of a method for performing an energy supply operation between a To provide power supply unit and a motor vehicle to be supplied with energy, in which the position determination of a vehicle-side power supply interface can be improved.
  • the invention is based on the object to provide a suitable motor vehicle and a suitable power supply unit for performing the method.
  • the invention is first of a method for carrying out a
  • a position of a vehicle-side power supply interface is determined and there is an automated coupling between the vehicle-side power supply interface and a
  • Coupling is accomplished by moving the power supply interface of the power supply unit through a robot to the vehicle-side power supply interface and coupled thereto.
  • the emitted light radiation of at least one laser located on the motor vehicle is detected by at least one light-detecting component arranged on the robot, thereby determining the position of the laser. From the position of the laser is on the position of the vehicle side
  • the robot can also deduce the position of the power supply interface. Because the power supply interface and the laser are in a defined and thus known relative position to each other.
  • 'energy' is not just electrical energy in the form of electricity, but also chemical energy in the form of electricity liquid or gaseous fuel (eg gasoline, diesel, gas, hydrogen).
  • power supply unit which may be formed, for example, in the form of a charging station for electric power, a fuel dispenser or the like.
  • a combination of such training is quite conceivable against the background of hybrid vehicles.
  • the robot can be structurally integrated into the energy supply unit as a structural unit, but it does not have to be.
  • the robot can also be controlled separately
  • robot in the sense of the invention means any device which is suitable for moving a power supply interface of the power supply unit and coupling it to a power supply interface of a motor vehicle.
  • a simple actuator can already be used as a robot , but also a complex industrial robot with multiple degrees of freedom are understood.
  • the laser emits light beams in such a way that a projection pattern having at least two intersecting lines is produced on a projection surface lying parallel to an areal extent of the laser. Between the intersecting lines is in full angle (ie viewed at an angle of 360 °) always an equal angular distance (angle) before.
  • the robot moves the light-detecting component in a plane on a predetermined path such that the light-detecting component passes through the light beams of the laser at several transit points of the web.
  • the time interval between the passes is measured.
  • the invention is based on the consideration that can be concluded on the basis of the time interval of the transits best on the intersection of the intersecting lines.
  • the crossing point represents the projection of the laser center on a plane that is defined by the predetermined path of the robot.
  • Orientation is understood to mean an areal extent of the laser perpendicular to its emitted light beams.
  • the areal extent of the laser and that of the energy supply interface are ideally located in the same plane, but run at least parallel to one another.
  • Projection pattern generated in which exactly two lines intersect at an angle of 90 degrees.
  • Such a projection pattern can be inexpensively realized with commercially available lasers.
  • the web is a circular path. This makes it possible to reduce the control and evaluation algorithm for evaluating the passage of the light.
  • a contribution to the quick and easy determination of the position of the vehicle-side power supply interface can be made if, in another development of the method, the robot moves the light-detecting component on the predetermined path only in such a plane which parallel to
  • Passage points equal or at least approximately the same.
  • the robot moves the light detecting component from a first spatial position on the predetermined path. Subsequently, the robot moves the light-detecting component from at least one further spatial position on the predetermined path.
  • the robot moves the light-detecting component from at least one further spatial position on the predetermined path.
  • Coordinate systems is the actual position of the arranged on the robot, light detecting component namely known at any time. Now, the intersection point of the routes of each two opposite transit points can be calculated. Accordingly, this process can be repeated for a different distance to the vehicle-side power supply interface and, analogously, a further crossing point can be formed. The directional vector pointing to the laser can in turn be formed from the crossing points.
  • the invention also relates to a motor vehicle for carrying out the method according to the invention.
  • This is characterized in that at least one laser is arranged in the vicinity of a power supply interface, the light of which can be emitted in the direction of a surface normal of the power supply interface.
  • the motor vehicle can be further developed in that at least two intersecting lines can be generated by the emitable light of the laser on a projection surface, wherein there is always an equal angular distance (angle) between the lines at full angle.
  • two lines intersect at an angular distance of 90 °. In this way, a good compromise between effort and accuracy can be achieved.
  • the invention also relates to a power supply unit for carrying out the method according to the invention.
  • This has at least one robot for moving at least one power supply interface of the power supply unit to a power supply interface of a motor vehicle.
  • the energy supply unit is characterized in that at least one light-detecting component is arranged on the robot and configured to emit light from a laser to detect a motor vehicle.
  • the robot is movable by a control unit on a predetermined path by the light of the laser.
  • the energy supply unit is designed such that time intervals of light pulses detected by the light-detecting component can be detected and the execution of a correction movement of the robot and a renewed movement of the robot on a predetermined path can be generated as a function of these time intervals. It is from the power supply unit due to the temporal
  • the robot can be moved on at least two spatial positions on a predetermined path by the light of the laser and the
  • Power supply unit is designed such that from the respective time intervals of the detected light pulses, a direction vector is derived, which points to the position of the laser.
  • the robot is movable on at least two spatial positions on a predetermined path by the light of the laser and the power supply unit is designed such that in each case a crossing point can be calculated, resulting from the intersection of distances measured transit points and from In turn, a directional vector pointing to the laser can be derived from the calculated crossing points.
  • the light-detecting component is expediently designed as a photodiode.
  • a photodiode is a proven and mature device, which can aid the reliability of the process.
  • 1 shows a power supply unit from above in a bird's eye view
  • 2 the individual representation of a vehicle-side power supply
  • Fig. 3 is a view of the power supply interface according to view III
  • Fig. 4 is an illustration of a laser through a projection surface
  • FIG. 5 shows a diagram to illustrate the generation of voltage signals as a function of the starting position of the robot reference point
  • Fig. 7 is an illustration of a slightly different embodiment of the method.
  • Fig. 8 is a flowchart to illustrate the changed procedure.
  • a power supply unit 1 can be seen. Specifically, that is
  • Power supply unit 1 designed as an electric vehicle accessible by a parking space for electrical charging of electric vehicles.
  • two parking markings 12 can be seen within which motor vehicles to be charged can be parked.
  • motor vehicles to be charged can be automatically parked within the parking space markings by means of an inductive guidance system LS and released for charging.
  • the power supply unit 1 has two identically constructed charging stations 10, between which a robot 1 1 for operating both charging stations 10 is arranged. A different number of charging stations, as well as a different number of robots is conceivable.
  • the robot 1 1 is designed as a multi-arm and Hergelenkiger industrial robot. It has a gripping device 109 with which it can grasp and move a power supply interface 100 of a charging station 10 in the form of a charging plug (see double arrows).
  • the robot 1 1 can pull out the charging plug 100 together with a charging cable 101 from the charging station 10 by means of the gripping device 109.
  • the charging cable 101 is held wound up in a storage space 102 of the charging station 10.
  • a motor vehicle (electric vehicle) K1 to be charged can be parked within the parking space marking 12 on the basis of the guidance system LS with a tolerance of approximately five centimeters.
  • the gripper device 109 of the robot 1 1 grips the charging plug 100, moves it to a vehicle-side power supply interface 2 of the motor vehicle K 1 to be charged in the form of a charging socket (see position 100 ') and couples it to it.
  • K2 is a second, also to be supplied by the power supply unit 1 motor vehicle quantified, which is constructed identical to K1.
  • the robot 1 1 In order for such a coupling to be possible without any problems, however, the robot 1 1 must first know the exact position of the charging socket 2.
  • the gripping device 109 is equipped with a light-detecting component 1 10 in the form of a photodiode.
  • the motor vehicle K1 has a laser 4 in the region of its charging socket 2.
  • the laser 4 is formed in the embodiment as a commercial cross-line laser.
  • a control unit 108 controlling the robot 1 1 controls the robot 1 1 in such a way that it is initially moved over the laser 4 with a specific tolerance.
  • K01 are a coordinate system of the power supply unit 1, with K02 on
  • Charging station 10 on the basis of known methods of coordinate transformation also on the relative position of such a point relative to each of the other coordinate systems shut down. If, for example, the position coordinates of a center point of the laser 4 are known, it is also possible to deduce an arbitrary reference point of the charging socket 2.
  • Socket 2 has electrical contacts 21 for an AC and electrical contacts 22 for a DC connection. With 20 a central reference point is quantified, which may be, for example, a ground contact of the charging socket 2.
  • the charging socket 2 has a
  • Cover 9 coverable.
  • the laser 4 is arranged in the nearer region of the actual charging socket 2.
  • the laser 4 has a center 40 and is capable of emitting light beams L in the form of intersecting beam lines L1 and L2.
  • the beam lines L1 and L2 intersect at an angle ⁇ of 90 degrees.
  • the laser 4 emits light beams L in the direction or parallel to a surface normal FN of the surface extension F (see also FIG. 3).
  • the laser 4 has an areal extent which lies with the areal extent F in a plane. At least they are
  • Beam lines L1, L2 are or not. It should be noted that the point of intersection K corresponds to the projected to a projection plane center 40 of the laser 4, wherein the projection plane is parallel to the surface extension F.
  • the reference point M for example, a point of the robot 1 1 located
  • Photodiode 1 10 be.
  • PF is an imaginary projection surface onto which the laser 4 projects its light beams L.
  • a projection pattern P is generated with two beam lines L1 and L2 crossing at an angle ⁇ of 90 degrees.
  • the circular path KR is parallel to the surface extension of the laser 4 and thus parallel to the surface extension F of the charging socket 2.
  • a voltage U which can be generated by the photodiode 110 is plotted over time t.
  • a voltage U is generated.
  • the voltage signals U (D1), U (D2), U (D3), U (D4) and U (D5) can be seen.
  • time intervals At1, At2, At3 and At4 are measured and evaluated by the evaluation and calculation unit 107 of the charging station 10.
  • the evaluation and arithmetic unit 107 of the charging station 10 assumes that the reference point M of the robot 1 1 perpendicular to exactly above the crossing point K of the beam lines L1, L2 and over the center 40 of Lasers 4 is located.
  • the instantaneous position data of the reference point M (if necessary transformed in the evaluation and calculation unit 107 to a suitable point of the gripping device 109 and / or to the reference point 20 of the charging socket 2) are then stored in a storage unit 106 of the charging station 10 (see FIG. saved. Subsequently, the robot takes 1 1 with its gripping device 109, the charging connector 100 and moves with its reference point M back to the stored position data. Based on the position data, the robot 1 1 then performs a movement in the direction of the charging socket 2, in order to bring about a coupling between the charging plug 100 and the charging socket 2.
  • the evaluation and computation unit 107 uses a suitable evaluation algorithm to calculate the coordinates for a correction movement KB (see FIG. 4) for the robot 11 and transmit them to the control unit 108.
  • the robot 1 1 After execution of the correction movement KB, the robot 1 1 again performs the circular path KR with the measurements and evaluations already described. This is repeated until the time intervals At1 -At4 are equal or at least approximately the same and it can be concluded that the reference point M is located at the crossing point K of the beam lines L1, L2 and thus above the center 40 of the laser 4.
  • step V1 first an automatic parking of the
  • the photodiode 110 is moved by the robot 11 in the circular path KR running parallel to the surface extension F.
  • the time intervals At1 -At4 of the generated voltage pulses are measured and evaluated.
  • a query A1 queries whether the time intervals At1 -At4 are the same or not. If not, the correction movement KB is generated in a method step V2 '. If the time intervals At1 -At4 are identical, the position data of the charging socket 2 are derived from the position data of the laser 4 in a method step V4.
  • the charging plug 100 is guided by the robot 1 1 to the charging socket 2 and coupled thereto (method step V 5).
  • FIG. 7 shows how it is possible to proceed if the orientation of the laser 4 or of the charging socket 2 is not known.
  • the laser beam 4 outgoing, perpendicular to each other standing beam lines L1 and L2 are shown in perspective in space.
  • the beam lines L1, L2 intersect at a crossing line KL.
  • the robot 1 1 initially positions its already mentioned reference point M in the vicinity of the laser 4. It then performs a first circular path KR1 around the reference point M and traverses the beam lines L1 and L2 at the transit points D1 to D5. This is in the manner already described on the location of a crossing point KP1 of
  • Passage points D1 'to D5' are formed.
  • the position of a crossing point KP2 of the beam lines L1, L2 in the plane of the circular path KR2 is closed in an analogous manner.
  • a directional vector RV passing through the crossing points KP1 and KP2 is calculated, which corresponds to the crossing line KL of the beam lines L1, L2 from the laser 4 and points to the center 40 of the laser 4.
  • step V1 first an automatic parking of the
  • Circular path KR1 moves.
  • a method step V4 the photodiode 110 is moved by the robot 11 to a second position and, starting therefrom, moved in the second circular path KR2. Again, the time intervals At1 -At4 of the generated voltage pulses are measured and evaluated. This closes the crossing point KP2.
  • KR KR
  • KR1 circular paths

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung wenigstens eines Energieversorgungsvorgangs zwischen einer Energieversorgungseinheit (1) und wenigstens einem mit Energie zu versorgenden Kraftfahrzeug (K1, K2). Dabei wird eine Position einer fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle (2) ermittelt und es erfolgt eine automatisierte Kopplung zwischen der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle (2) und einer Energieversorgungs-Schnittstelle (100) der Energieversorgungseinheit (1) dadurch, dass die Energieversorgungs-Schnittstelle (100) der Energieversorgungseinheit (1) durch einen Roboter (11) zur fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle (2) bewegt und mit dieser gekoppelt wird Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass von wenigstens einem am Roboter (11) angeordneten, Licht detektierenden Bauteil (110) die emittierte Lichtstrahlung wenigstens eines am Kraftfahrzeug (K1, K2) befindlichen Lasers (4) detektiert und dadurch die Position des Lasers (4) ermittelt wird und von der Position des Lasers (4) auf die Position der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle (2) geschlossen wird. Auf diese Weise kann ein Energieversorgungsvorgang zuverlässiger gestaltet werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Durchführung wenigstens eines Energieversorgungsvorgangs zwischen einer Energieversorgungseinheit und wenigstens einem mit Energie zu versorgenden
Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung wenigstens eines
Energieversorgungsvorgangs zwischen einer Energieversorgungseinheit und wenigstens einem mit Energie zu versorgenden Kraftfahrzeug mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug und eine Energieversorgungseinheit zur Durchführung des Verfahrens.
Aus den Dokumenten WO 2013/041 133 A1 sowie DE 10 2009 006 982 A1 sind ein
Verfahren sowie eine Energieversorgungseinheit gemäß den Merkmalen vom Oberbegriff der Ansprüche 1 und 10 bekannt.
Konkret wird bei der WO 2013/041 133 A1 eine auf einer Schiene verfahrbare
Energieversorgungseinheit (Ladeeinheit) offenbart, welche eine Vielzahl von Parkplätzen eines Abstellplatzes anfahren und geparkte Elektrofahrzeuge mit elektrischem Strom versorgen kann.
Die verfahrbare Ladeeinheit ist mit einer Bilderfassungseinrichtung in Form einer Kamera ausgerüstet, welche zur Erkennung einer Position einer Energieversorgungs-Schnittstelle (Ladeschnittstelle) eines aufzuladenden Kraftfahrzeugs dient. Zur Vereinfachung der Bilderkennung wird vorgeschlagen, die Ladeschnittstelle mit geeigneten visuellen
Merkmalen, beispielsweise Lampen, Markierungen oder Reflektoren zu versehen.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Ladeeinheit mittels eines Roboterarms auf mehrere Ladekabel zugreifen kann, welche am Kopfende der Parkplätze vom Abstellplatz angeordnet sind. Der Roboter entnimmt jeweils nach dem Anfahren eines Parkplatzes das Ladekabel, indem er einen zugehörigen Ladestecker von einer Aufhängung abgreift und anschließend in die Ladeschnittstelle des aufzuladenden Kraftfahrzeugs steckt. Um den Ladevorgang zwischen einem aufzuladenden Elektrofahrzeug und der Ladeeinheit zu synchronisieren ist zumindest eine Bestätigung des Ladevorgangs durch den Fahrzeugführer erforderlich. Daher wird eine Kommunikation des Kraftfahrzeugs mit der Ladeeinheit über eine
Kommunikationseinrichtung, beispielsweise über einen WLAN-Port ermöglicht. In der DE 10 2009 006 982 A1 ist eine Energieversorgungseinheit bekannt, welche mit einem mehrgelenkigen Roboterarm ausgestattet ist, der zum Positionieren und Anschließen eines Ladesteckers an eine Ladebuchse eines aufzuladenden Kraftfahrzeugs dient.
Zusätzlich weist die Energieversorgungseinheit eine Detektoreinheit zur Positionsermittlung der Ladebuchse vom Kraftfahrzeug auf. Die Detektoreinheit erkennt die Position der Ladebuchse des Kraftfahrzeugs auf Basis von optischen oder geometrischen Merkmalen der Ladebuchse.
Ferner ist an der Energieversorgungseinheit eine Kommunikationseinrichtung angeordnet, welche zum Empfangen von Informationen des Kraftfahrzeugs und eines Ladereglers ausgebildet ist. Der Laderegler dient zum Initiieren eines Beginns oder eines Abbruchs eines Ladevorgangs auf Basis des Ladezustands vom Kraftfahrzeug.
Es wird auch vorgeschlagen, die Detektoreinheit zur Ermittlung der Position der Ladebuchse auf Basis eines RFID-Chips auszubilden (RFID = Radio Frequency Identification).
Schließlich wird in der DE 10 2012 216 980 A1 eine Roboterladestation zum Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs beschrieben. Dabei ist der Roboter an einem Standrohr beweglich befestigt, welches mit einer Basisplatte gekoppelt ist.
Der Roboter enthält ein Greiforgan mit einem elektrischen Stecker, welcher zur Kopplung mit einer fahrzeugseitigen Ladedose dient.
Zur Anwesenheitserfassung eines aufzuladenden Kraftfahrzeugs ist in der Basisplatte ein Sensor vorhanden, welcher optische, akustische oder auch RFID-basierte Erfassungsmittel verwendet.
Der Arm des Roboters enthält in der Nähe des Steckers ferner eine Kamera um die Position einer fahrzeugseitigen Ladedose zu erfassen und das Greiforgan des Roboters somit genau zur fahrzeugseitigen Ladedose bewegen zu können. Es wird auch vorgeschlagen, mehrere Kameras zu verwenden, um eine stereoskopische Ansicht des Kraftfahrzeugs und/oder dessen Ladedose bereitstellen zu können.
Energieversorgungs-Schnittstellen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise Tankstutzen oder auch Ladedosen von Elektro- oder Hybridfahrzeugen sind im Allgemeinen aus einem dunklen oder gar schwarzen Kunststoff gefertigt. Das Erkennen einer solchen
fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle mit Bilderfassungsgeräten zum Zwecke deren Positionsermittlung hat sich in der Vergangenheit als schwierig und somit als große Herausforderung erwiesen.
Der Erfindung liegt vor dem genannten Stand der Technik daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Durchführung eines Energieversorgungsvorgangs zwischen einer Energieversorgungseinheit und einem mit Energie zu versorgenden Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem die Positionsermittlung einer fahrzeugseitigen Energieversorgungs- Schnittstelle verbessert werden kann.
Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein geeignetes Kraftfahrzeug und eine geeignete Energieversorgungseinheit zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Vorliegende Aufgaben werden durch die Merkmale von Patentanspruch 1 , 7 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung geht zunächst von einem Verfahren zur Durchführung eines
Energieversorgungsvorgangs zwischen einer Energieversorgungseinheit und einem mit Energie zu versorgenden Kraftfahrzeug aus. Dabei wird eine Position einer fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle ermittelt und es erfolgt eine automatisierte Kopplung zwischen der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle und einer
Energieversorgungs-Schnittstelle der Energieversorgungseinheit. Die automatisierte
Kopplung wird dadurch bewerkstelligt, dass die Energieversorgungs-Schnittstelle der Energieversorgungseinheit durch einen Roboter zur fahrzeugseitigen Energieversorgungs- Schnittstelle bewegt und mit dieser gekoppelt wird.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass von wenigstens einem am Roboter angeordneten, Licht detektierenden Bauteil die emittierte Lichtstrahlung wenigstens eines am Kraftfahrzeug befindlichen Lasers detektiert und dadurch die Position des Lasers ermittelt wird. Von der Position des Lasers wird auf die Position der fahrzeugseitigen
Energieversorgungs-Schnittstelle geschlossen.
Auf diese Weise wird die Grundlage für eine deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeit einer Positionserkennung der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle gelegt.
Ist die Position des Lasers bekannt, so kann der Roboter daraus auch auf die Position der Energieversorgungs-Schnittstelle schließen. Denn die Energieversorgungs-Schnittstelle und der Laser befinden sich in einer definierten und somit bekannten relativen Lage zueinander.
Es ist ausdrücklich darauf hinzuweisen, dass es sich bei dem Begriff "Energie" nicht nur um elektrische Energie in Form von Strom, sondern auch um chemische Energie in Form von flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff (z. B. Benzin, Diesel, Gas, Wasserstoff) handeln kann.
Dementsprechend weit ist auch der Begriff "Energieversorgungseinheit" zu verstehen, welche beispielsweise in der Art einer Ladestation für elektrischen Strom, einer Zapfsäule für Kraftstoff oder dergleichen ausgebildet sein kann. Eine Kombination solcher Ausbildungen ist vor dem Hintergrund hybrider Fahrzeuge durchaus denkbar.
Des Weiteren kann der Roboter als Baueinheit in die Energieversorgungseinheit baulich integriert sein, muss es aber nicht. Der Roboter kann auch als separat ansteuerbare
Bewegungseinrichtung für die Energieversorgungs-Schnittstelle der
Energieversorgungseinheit ausgebildet sein. Im Übrigen ist unter„Roboter" im Sinne der Erfindung jede Einrichtung zu verstehen, die geeignet ist, eine Energieversorgungs- Schnittstelle der Energieversorgungseinheit zu bewegen und mit einer Energieversorgungs- Schnittstelle eines Kraftfahrzeugs zu koppeln. In konkreter Ausprägung kann als Roboter daher bereits ein einfacher Aktuator, aber auch ein komplexer Industrieroboter mit mehreren Freiheitsgraden verstanden werden.
Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung sendet der Laser derart Lichtstrahlen aus, dass auf einer parallel zu einer Flächenerstreckung des Lasers liegenden Projektionsfläche ein Projektionsmuster mit wenigstens zwei sich kreuzenden Linien erzeugt wird. Zwischen den sich kreuzenden Linien liegt im Vollwinkel (also in einem Winkel von 360° betrachtet) immer ein gleicher Winkelabstand (Winkel) vor. Dabei bewegt der Roboter das Licht detektierende Bauteil in einer Ebene auf einer vorgegebenen Bahn derart, dass das Licht detektierende Bauteil die Lichtstrahlen des Lasers an mehreren Durchfahrtpunkten der Bahn durchfährt. Zusätzlich wird der zeitliche Abstand der Durchfahrten gemessen.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass anhand des zeitlichen Abstands der Durchfahrten am besten auf den Kreuzungspunkt der sich kreuzenden Linien geschlossen werden kann. Der Kreuzungspunkt stellt die Projektion des Lasermittelpunktes auf eine Ebene dar, die durch die vorgegebene Bahn des Roboters aufgespannt wird.
Dies reicht für eine ordnungsgemäße Kopplung der Energieversorgungs-Schnittstellen allerdings nur aus, wenn der Energieversorgungseinheit auch die Ausrichtung (Orientierung) des Lasers bekannt ist. Unter„Ausrichtung" wird eine Flächenerstreckung des Lasers senkrecht zu seinen ausgesendeten Lichtstrahlen verstanden. Die Flächenerstreckung des Lasers und diejenige der Energieversorgungs-Schnittstelle befinden sich dabei idealerweise in derselben Ebene, verlaufen zumindest jedoch parallel zueinander. Sobald der Kreuzungspunkt der sich kreuzenden Linien ermittelt wurde, kann mit bekannten Verfahren der Koordinaten-Transformation auch auf die Position eines Bezugspunktes der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle geschlossen werden. Denn die relative Lage der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle relativ zum Laser ist bekannt.
Es hat sich hierbei als sehr zweckmäßig erwiesen, wenn der Laser ein solches
Projektionsmuster erzeugt, bei dem sich genau zwei Linien in einem Winkel von 90 Grad kreuzen. Ein solches Projektionsmuster ist mit handelsüblichen Lasern kostengünstig realisierbar.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Bahn eine Kreisbahn. Hierdurch lässt sich der Steuer- und Auswertealgorithmus für das Auswerten der Durchfahrten des Lichts reduzieren.
Ein Beitrag zur schnellen und einfachen Ermittlung der Position der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle kann dadurch geleistet werden, wenn in einer anderen Weiterbildung des Verfahrens der Roboter das Licht detektierende Bauteil auf der vorgegebenen Bahn nur in einer solchen Ebene bewegt, welche parallel zur
Flächenerstreckung des Lasers liegt und eine Korrekturbewegung ausführt, wenn der zeitliche Abstand der gemessenen Durchfahrtpunkte ungleich ist. Zudem wird in diesem Fall das Licht detektierende Bauteil erneut auf der Bahn in der besagten Ebene bewegt. Eine Korrekturbewegung und eine erneute Bewegung des Licht detektierenden Bauteils auf der Bahn werden so oft durchgeführt, bis der zeitliche Abstand der gemessenen
Durchfahrtpunkte gleich oder zumindest in etwa gleich ist.
Falls der Energieversorgungseinheit die Ausrichtung des Lasers nicht bekannt sein sollte, so hat sich folgende Verfahrensweise als zuverlässig und zweckmäßig erwiesen:
Der Roboter bewegt das Licht detektierende Bauteil von einer ersten Raumposition aus auf der vorgegebenen Bahn. Anschließend bewegt der Roboter das Licht detektierende Bauteil aus wenigstens einer weiteren Raumposition auf der vorgegebenen Bahn. Dabei wird aus den jeweils ermittelten zeitlichen Abständen der gemessenen Durchfahrtpunkte jeweils auf einen in der Ebene der vorgegebenen Bahn liegenden Kreuzungspunkt der sich kreuzenden Linien des Lasers geschlossen. Aus den berechneten Kreuzungspunkten der sich kreuzenden Linien wird ein zum Laser weisender Richtungsvektor gebildet bzw. errechnet. Wiederum kann dann mit bekannten Verfahren der Koordinaten-Transformation auch auf die Position eines Bezugspunktes der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle geschlossen werden.
Um ohne die geschilderte Zeitbetrachtung zu einem Richtungsvektor zu gelangen, ist es alternativ jedoch auch möglich, wenn beim Durchfahren der Kreisbahnen jeweils die
Positionen der Durchfahrtpunkte gespeichert werden. In den genannten
Koordinatensystemen ist die Ist-Position des am Roboter angeordneten, Licht detektierenden Bauteils nämlich zu jeder Zeit bekannt. Nun kann der Kreuzungspunkt der Strecken jeweils zweier gegenüberliegender Durchfahrtpunkte berechnet werden. Entsprechend kann für einen anderen Abstand zur fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle dieser Vorgang wiederholt und analog ein weiterer Kreuzungspunkt gebildet werden. Aus den Kreuzungspunkten kann wiederum der auf den Laser weisende Richtungsvektor gebildet werden.
Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass an diesem wenigstens ein Laser in der Nähe einer Energieversorgungs-Schnittstelle angeordnet ist, dessen Licht in Richtung einer Flächennormalen der Energieversorgungs-Schnittstelle emittierbar ist. Hierdurch wird die Grundvoraussetzung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen.
Das Kraftfahrzeug kann dadurch weitergebildet sein, dass durch das emittierbare Licht des Lasers auf einer Projektionsfläche wenigstens zwei sich kreuzende Linien erzeugbar sind, wobei zwischen den Linien im Vollwinkel immer ein gleicher Winkelabstand (Winkel) vorliegt.
Gemäß einer anderen Ausbildung des Erfindungsgedankens kreuzen sich zwei Linien in einem Winkelabstand von 90°. Auf diese Weise kann ein guter Kompromiss zwischen Aufwand und Messgenauigkeit erzielt werden. Der Einsatz eines handelsüblichen
Kreuzlinien-Lasers ist somit möglich.
Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Energieversorgungseinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese weist wenigstens einen Roboter zum Bewegen wenigstens einer Energieversorgungs-Schnittstelle der Energieversorgungseinheit zu einer Energieversorgungs-Schnittstelle eines Kraftfahrzeugs auf.
Die Energieversorgungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass am Roboter wenigstens ein Licht detektierendes Bauteil angeordnet und dazu ausgebildet ist, Licht von einem Laser eines Kraftfahrzeugs zu detektieren. Dabei ist der Roboter durch eine Steuereinheit auf einer vorgegebenen Bahn durch das Licht des Lasers bewegbar.
Die Energieversorgungseinheit ist derart ausgebildet, dass zeitliche Abstände von durch das Licht detektierende Bauteil erfassten Lichtimpulsen erfassbar und in Abhängigkeit dieser zeitlichen Abstände von der Steuereinheit die Ausführung einer Korrekturbewegung des Roboters und eine erneute Bewegung des Roboters auf einer vorgegebenen Bahn generierbar ist. Dabei ist von der Energieversorgungseinheit aufgrund der zeitlichen
Abstände die Position des Lasers ableitbar.
Zusätzlich oder alternativ ist denkbar, dass der Roboter an wenigstens zwei Raumpositionen auf einer vorgegebenen Bahn durch das Licht des Lasers bewegbar und die
Energieversorgungseinheit derart ausgebildet ist, dass aus den jeweiligen Zeitabständen der erfassten Lichtimpulse ein Richtungsvektor ableitbar ist, der auf die Position des Lasers zeigt.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Energieversorgungseinheit ist der Roboter an wenigstens zwei Raumpositionen auf einer vorgegebenen Bahn durch das Licht des Lasers bewegbar und die Energieversorgungseinheit ist derart ausgebildet, dass jeweils ein Kreuzungspunkt berechenbar ist, der sich aus der Kreuzung von Strecken gemessener Durchfahrtpunkte ergibt und aus den berechneten Kreuzungspunkten ist wiederum ein zum Laser weisender Richtungsvektor ableitbar.
Das Licht detektierende Bauteil ist zweckmäßigerweise als Fotodiode ausgebildet. Eine Fotodiode ist ein bewährtes und ausgereiftes Bauteil, wodurch die Zuverlässigkeit des Verfahrens unterstützt werden kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der Figuren in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, vergleichbare oder funktional gleiche Bauteile, wobei entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.
Es zeigen, jeweils schematisch
Fig. 1 eine Energieversorgungseinheit von oben in der Vogelperspektive, Fig. 2 die Einzeldarstellung einer fahrzeugseitigen Energieversorgungs-
Schnittstelle gemäß Ansicht II aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Ansicht auf die Energieversorgungs-Schnittstelle gemäß Ansicht III aus
Fig. 2,
Fig. 4 eine Darstellung eines durch den Laser auf eine Projektionsfläche
projizierbares Projektionsmuster, wobei beispielhaft zwei denkbare
Ausgangspositionen eines Roboter-Bezugspunktes für die Durchführung einer Kreisbahn dargestellt sind,
Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Generierung von Spannungssignalen in Abhängigkeit der Ausgangsposition des Roboter-Bezugspunktes,
Fig. 6 ein Ablaufplan zur Verdeutlichung des Verfahrensablaufs,
Fig. 7 eine Darstellung einer etwas anderen Ausbildung des Verfahrens und
Fig. 8 ein Ablaufplan zur Verdeutlichung des veränderten Verfahrensablaufs.
In der Fig. 1 ist eine Energieversorgungseinheit 1 ersichtlich. Konkret ist die
Energieversorgungseinheit 1 als von Elektrofahrzeugen anfahrbarer Abstellplatz zur elektrischen Aufladung der Elektrofahrzeuge ausgebildet.
Vor der Energieversorgungseinheit 1 sind zwei Parkplatz-Markierungen 12 ersichtlich, innerhalb derer aufzuladende Kraftfahrzeuge geparkt werden können.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können aufzuladende Kraftfahrzeuge mittels eines induktiven Leitsystems LS automatisch innerhalb der Parkplatz-Markierungen geparkt und zur Aufladung freigegeben werden.
Die Energieversorgungseinheit 1 weist zwei identisch aufgebaute Ladestationen 10 auf, zwischen denen ein Roboter 1 1 zur Bedienung beider Ladestationen 10 angeordnet ist. Eine davon abweichende Anzahl von Ladestationen, ebenso eine davon abweichende Anzahl von Robotern ist denkbar. Der Roboter 1 1 ist als mehrarmiger und mehrgelenkiger Industrieroboter ausgebildet. Er weist eine Greifeinrichtung 109 auf, mit der er eine Energieversorgungs-Schnittstelle 100 einer Ladestation 10 in Form eines Ladesteckers ergreifen und bewegen kann (vergleiche Doppelpfeile).
Konkret kann der Roboter 1 1 mittels der Greifeinrichtung 109 den Ladestecker 100 mitsamt einem Ladekabel 101 aus der Ladestation 10 herausziehen. Das Ladekabel 101 ist aufwickelbar in einem Aufbewahrungsraum 102 der Ladestation 10 gehalten. Ein aufzuladendes Kraftfahrzeug (Elektrofahrzeug) K1 kann auf Grund des Leitsystems LS mit einer Toleranz von etwa fünf Zentimetern innerhalb der Parkplatz-Markierung 12 geparkt werden.
Zur Durchführung eines Aufladevorgangs wird von der Greifeinrichtung 109 des Roboters 1 1 der Ladestecker 100 ergriffen, zu einer fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle 2 des aufzuladenden Kraftfahrzeugs K1 in Form einer Ladedose bewegt (vgl. Position 100') und mit dieser gekoppelt. Mit K2 ist ein zweites, durch die Energieversorgungseinheit 1 ebenfalls zu versorgendes Kraftfahrzeug beziffert, welches baugleich mit K1 ausgebildet ist.
Damit eine solche Kopplung reibungslos möglich ist, muss jedoch zuvor der Roboter 1 1 die genaue Position der Ladedose 2 kennen.
Dazu ist die Greifeinrichtung 109 mit einem Licht detektierenden Bauteil 1 10 in Form einer Fotodiode ausgestattet. Das Kraftfahrzeug K1 weist demgegenüber im Bereich seiner Ladedose 2 einen Laser 4 auf. Der Laser 4 ist im Ausführungsbeispiel als handelsüblicher Kreuzlinien-Laser ausgebildet.
Eine den Roboter 1 1 steuernde Steuereinheit 108 steuert den Roboter 1 1 derart an, dass er zunächst mit einer bestimmten Toleranz über den Laser 4 gefahren wird.
Mit K01 sind ein Koordinatensystem der Energieversorgungseinheit 1 , mit K02 ein
Koordinatensystem des Roboters 1 1 und mit K03 ein solches des Kraftfahrzeugs K1 beziffert.
Sind Lagekoordinaten eines interessierenden Punktes innerhalb eines dieser
Koordinatensysteme bekannt, so kann eine Auswerte- und Recheneinheit 107 der
Ladestation 10 auf Grund bekannter Verfahren der Koordinatentransformation auch auf die relative Lage eines solchen Punktes relativ zu jedem der anderen Koordinatensysteme schließen. Sind also beispielsweise die Lagekoordinaten eines Mittelpunktes des Lasers 4 bekannt, kann auch auf einen beliebigen Bezugspunkt der Ladedose 2 geschlossen werden.
Anhand von Fig. 2 soll nun der Bereich der Ladedose 2 näher erläutert werden. Die
Ladedose 2 weist elektrische Kontakte 21 für einen Wechselstrom- und elektrische Kontakte 22 für einen Gleichstromanschluss auf. Mit 20 ist ein mittiger Bezugspunkt beziffert, der bspw. ein Erdungskontakt der Ladedose 2 sein kann. Die Ladedose 2 weist eine
Flächenerstreckung F auf und ist mitsamt dem Laser 4 mittels einer schwenkbaren
Abdeckung 9 abdeckbar.
Es ist erkennbar, dass im näheren Bereich der eigentlichen Ladedose 2 der bereits erwähnte Laser 4 angeordnet ist. Der Laser 4 weist einen Mittelpunkt 40 auf und ist in der Lage, Lichtstrahlen L in Form von sich kreuzenden Strahlenlinien L1 und L2 auszusenden. Die Strahlenlinien L1 und L2 kreuzen sich in einem Winkel α von 90 Grad. Insbesondere sendet der Laser 4 Lichtstrahlen L in Richtung bzw. parallel zu einer Flächennormalen FN der Flächenerstreckung F aus (vgl. auch Fig. 3). Der Laser 4 weist eine Flächenerstreckung auf, die mit der Flächenerstreckung F in einer Ebene liegt. Zumindest sind die
Flächenerstreckungen vom Laser 4 und der Ladedose 2 parallel zueinander ausgerichtet.
Anhand der Fig. 4 wird nun erläutert, wie der Roboter 1 1 nach dem Heranfahren an den Laser 4 ermitteln kann, ob er sich mit einem definierten Bezugspunkt M -senkrecht zur Flächenerstreckung F betrachtet- auf einem Kreuzungspunkt K der sich kreuzenden
Strahlenlinien L1 , L2 befindet oder nicht. Dabei ist zu bedenken, dass der Kreuzungspunkt K dem auf eine Projektionsebene projizierten Mittelpunkt 40 des Lasers 4 entspricht, wobei die Projektionsebene parallel zur Flächenerstreckung F verläuft.
Der Bezugspunkt M kann beispielsweise ein Punkt der am Roboter 1 1 befindlichen
Fotodiode 1 10 sein.
In der Figur ist mit PF eine (gedachte) Projektionsfläche beziffert, auf die der Laser 4 seine Lichtstrahlen L projiziert. Wie bereits erwähnt, wird ein Projektionsmuster P erzeugt, mit zwei sich in einem Winkel α von 90 Grad kreuzenden Strahlenlinien L1 und L2.
Nach dem Anfahren des Roboters 1 1 an den Laser 4 vollführt der Roboter 1 1 um eine Position seines Bezugspunkt M eine fest vorgegebene Kreisbahn KR. Die Kreisbahn KR liegt parallel zur Flächenerstreckung des Lasers 4 und damit parallel zur Flächenerstreckung F der Ladedose 2. Bei Vollführung der Kreisbahn KR durchfährt die Fotodiode 1 10 die
Lichtstrahlen L bzw. die durch diese gebildeten Strahlenlinien L1 , L2 an fünf Durchfahrtpunkten D1 bis D5. Anstelle der Kreisbahn KR ist auch eine andere, vorgegebene Bahn denkbar, beispielsweise eine elliptische oder auch eine quadratische Bahn.
So startet der Roboter 1 1 beispielsweise bei einem Startpunkt S. Von dort sich in
Pfeilrichtung der Kreisbahn KR weiter bewegend, gelangt er zunächst zum Durchfahrtpunkt D1 und dann nacheinander zu den Durchfahrtpunkten D2 bis D4. Schließlich gelangt er zum Durchfahrtpunkt D5, welcher wieder dem Durchfahrtpunkt D1 entspricht.
In der Fig. 5 ist eine von der Fotodiode 1 10 erzeugbare Spannung U über der Zeit t aufgetragen. Wie aus dieser Figur (oben) deutlich wird, trifft bei jedem Durchfahrtpunkt D1 bis D5 Licht des Lasers 4 auf die Fotodiode 1 10, wobei jeweils eine Spannung U erzeugt wird. Es sind konkret die Spannungssignale U(D1 ), U(D2), U(D3), U(D4) und U(D5) ersichtlich. Zwischen den Durchfahrtpunkten D1 bis D5 liegen jeweils zeitliche Abstände At1 , At2, At3 und At4. Diese zeitlichen Abstände werden über die Auswerte- und Recheneinheit 107 der Ladestation 10 gemessen und ausgewertet.
Sind die zeitlichen Abstände At1 bis At4 gleich, so geht die Auswerte- und Recheneinheit 107 der Ladestation 10 davon aus, dass sich der Bezugspunkt M des Roboters 1 1 lotrecht genau über dem Kreuzungspunkt K der Strahlenlinien L1 , L2 bzw. über dem Mittelpunkt 40 des Lasers 4 befindet.
Die augenblicklichen Positionsdaten des Bezugspunktes M (nötigenfalls in der Auswerte- und Recheneinheit 107 auf einen geeigneten Punkt der Greifeinrichtung 109 und/oder auf den Bezugspunkt 20 der Ladedose 2 transformiert) werden dann in einer Speichereinheit 106 der Ladestation 10 (vgl. Fig. 1 ) gespeichert. Anschließend ergreift der Roboter 1 1 mit seiner Greifeinrichtung 109 den Ladestecker 100 und fährt mit seinem Bezugspunkt M zurück zu den gespeicherten Positionsdaten. Ausgehend von den Positionsdaten vollführt der Roboter 1 1 dann eine Bewegung in Richtung der Ladedose 2, um eine Kopplung zwischen dem Ladestecker 100 und der Ladedose 2 herbeizuführen.
Befindet sich der Roboter 1 1 nach dem Anfahren an den Laser 4 mit seinem Bezugspunkt M nicht genau im Kreuzungspunkt K der Strahlenlinien L1 , L2 des Lasers 4 (vergleiche M' in Fig. 4), sondern in einem Abstand a dazu, so wird analog zum vorher Beschriebenen gleichermaßen die Kreisbahn KR durchfahren. Hierbei werden die Strahlenlinien L1 , L2 an den Durchfahrtpunkten D1 ' bis D5' durchfahren. Bedingt durch die Lageabweichung (Abstand a) werden nunmehr Spannungssignale U(D1 ') bis U(D5') erzeugt und gemessen. Deren zeitliche Abstände At1 -At4 sind unterschiedlich, zumindest jedoch nicht alle gleich (vgl. Fig. 5 unten).
Aufgrund der Unterschiede der zeitlichen Abstände At1 -At4 werden durch die Auswerte- und Recheneinheit 107 mittels eines geeigneten Auswertealgorithmus die Koordinaten für eine Korrekturbewegung KB (vgl. Fig. 4) für den Roboter 1 1 berechnet und an die Steuereinheit 108 übermittelt.
Nach Ausführung der Korrekturbewegung KB vollführt der Roboter 1 1 erneut die Kreisbahn KR mit den bereits beschriebenen Messungen und Auswertungen. Dies wird so oft wiederholt, bis die zeitlichen Abstände At1 -At4 gleich oder zumindest annähernd gleich sind und darauf geschlossen werden kann, dass sich der Bezugspunkt M im Kreuzungspunkt K der Strahlenlinien L1 , L2 und damit über dem Mittelpunkt 40 des Lasers 4 befindet.
Erst dann wird der bereits geschilderte Kopplungsvorgang zwischen dem Ladestecker 100 und der Ladedose 2 durchgeführt.
Anhand der Figur 6 soll die erläuterte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals kurz zusammengefasst werden:
Es wird hierbei also davon ausgegangen, dass der Energieversorgungseinheit 1 die
Ausrichtung des Lasers 4 bzw. der Ladedose 2 und damit deren Flächenerstreckung F bekannt ist.
So wird in einem Verfahrensschritt V1 zunächst ein automatisches Einparken des
Kraftfahrzeugs K1 innerhalb der Parkplatz-Markierung 12 mit einer Zentimeter-Toleranz von bevorzugt 5 cm durchgeführt. Anschließend wird der Roboter 1 1 an die Ladedose 2 herangefahren und zum Laser 2 vorpositioniert (Verfahrensschritt V2).
In einem Verfahrensschritt V3 wird die Fotodiode 1 10 vom Roboter 1 1 in der parallel zur Flächenerstreckung F verlaufenden Kreisbahn KR bewegt. Dabei werden die Zeitabstände At1 -At4 der erzeugten Spannungsimpulse gemessen und ausgewertet.
Eine Abfrage A1 fragt ab, ob die Zeitabstände At1 -At4 gleich sind oder nicht. Falls nicht, wird in einem Verfahrensschritt V2' die Korrekturbewegung KB erzeugt. Bei Identität der Zeitabstände At1 -At4 werden in einem Verfahrensschritt V4 aus den Positionsdaten des Lasers 4 die Positionsdaten der Ladedose 2 abgeleitet.
Anschließend wird der Ladestecker 100 vom Roboter 1 1 zur Ladedose 2 geführt und mit dieser gekoppelt (Verfahrensschritt V 5).
Nach erfolgter Aufladung wird schließlich in einem Verfahrensschritt V6 der Ladestecker 100 durch den Roboter 1 1 von der Ladedose 2 wieder entkoppelt und zur Ladestation 10 zurückbewegt.
In der Figur 7 ist dargestellt, wie verfahren werden kann, wenn die Ausrichtung des Lasers 4 bzw. die der Ladedose 2 nicht bekannt sind.
So sind die vom Laser 4 ausgehenden, senkrecht aufeinander stehenden Strahlenlinien L1 und L2 perspektivisch im Raum dargestellt. Die Strahlenlinien L1 , L2 kreuzen sich in einer Kreuzungslinie KL.
Der Roboter 1 1 positioniert zunächst seinen bereits erwähnten Bezugspunkt M in der Nähe des Lasers 4. Anschließend vollführt er eine erste Kreisbahn KR1 um den Bezugspunkt M und durchfährt die Strahlenlinien L1 und L2 an den Durchfahrtpunkten D1 bis D5. Hieraus wird in bereits beschriebener Weise auf die Lage eines Kreuzungspunktes KP1 der
Strahlenlinien L1 , L2 in der Ebene der Kreisbahn KR1 geschlossen.
Anschließend wird der Roboter 1 1 an einer weiteren Position (vgl. M') positioniert und der beschriebene Vorgang mit einer zweiten Kreisbahn KR2 wiederholt, wodurch
Durchfahrtpunkte D1 ' bis D5' gebildet werden. Auch hier wird in analoger Weise auf die Lage eines Kreuzungspunktes KP2 der Strahlenlinien L1 , L2 in der Ebene der Kreisbahn KR2 geschlossen.
Danach wird ein durch die Kreuzungspunkte KP1 und KP2 verlaufender Richtungsvektor RV berechnet, welcher der Kreuzungslinie KL der Strahlenlinien L1 , L2 vom Laser 4 entspricht und auf den Mittelpunkt 40 des Lasers 4 weist.
In einer alternativen Verfahrensweise ist es aber auch sehr zweckmäßig, wenn beim
Durchfahren der Kreisbahnen KR1 und KR2 jeweils die Positionen der Durchfahrtpunkte (D1 -D4 bzw. D1 ' bis D4') gespeichert werden. In den genannten Koordinatensystemen ist nämlich die Ist-Position der Greifeinrichtung 109 bzw. der Fotodiode 1 10 vom Roboter 1 1 zu jeder Zeit bekannt. Nun kann der Kreuzungspunkt der Strecken jeweils zweier gegenüberliegender Durchfahrtpunkte (also D1 und D3 sowie D2 und D4) berechnet werden. Dieser entspricht dem Kreuzungspunkt KP1 . Entsprechend kann für einen anderen Abstand zur Ladedose 2 dieser Vorgang wiederholt und der Kreuzungspunkt KP2 durch Berechnung des Kreuzungspunktes der Strecken D1 ' und D3' sowie D2' und D4' gebildet werden. Wie zuvor beschrieben, wird aus den Kreuzungspunkten KP1 und KP2 wiederum der auf den Laser 4 weisende Richtungsvektor RV gebildet.
Somit kann bereits aufgrund der Bewegung des Roboters 1 1 auf zwei Kreisbahnen KR1 und KR2 auf die Position und Ausrichtung des Lasers 4 und damit der Ladedose 2 geschlossen werden. Abweichend vom Ausführungsbeispiel können auch noch weitere Positionen angefahren und um diese jeweils eine Kreisbahn ausgeführt werden, um noch mehr Daten zur Berechnung des besagten Richtungsvektors zu erhalten.
Abschließend wird die zuletzt geschilderte Ausführungsform des Verfahrens anhand von Fig. 8 kurz zusammengefasst:
So wird in einem Verfahrensschritt V1 zunächst ein automatisches Einparken des
Kraftfahrzeugs K1 innerhalb der Parkplatz-Markierung 12 mit einer Zentimeter-Toleranz von bevorzugt 5 cm durchgeführt. Anschließend wird der Roboter 1 1 an die Ladedose 2 herangefahren und zum Laser 2 in einer ersten Position vorpositioniert (Verfahrensschritt V2).
In einem Verfahrensschritt V3 wird die Fotodiode 1 10 vom Roboter 1 1 in der ersten
Kreisbahn KR1 bewegt. Dabei werden die Zeitabstände At1 -At4 der erzeugten
Spannungsimpulse gemessen und ausgewertet. Dadurch wird auf den Kreuzungspunkt KP1 geschlossen.
In einem Verfahrensschritt V4 wird die Fotodiode 1 10 vom Roboter 1 1 zu einer zweiten Position gefahren und ausgehend davon in der zweiten Kreisbahn KR2 bewegt. Dabei werden wiederum die Zeitabstände At1 -At4 der erzeugten Spannungsimpulse gemessen und ausgewertet. Dadurch wird auf den Kreuzungspunkt KP2 geschlossen.
Anschließend wird der durch die Kreuzungspunkte KP1 und KP2 verlaufende
Richtungsvektor RV berechnet und somit auf die Position des Lasers 4 und damit auch der Ladedose 2 geschlossen (Verfahrensschritt V5). Daraufhin wird der Ladestecker 100 vom Roboter 1 1 zur Ladedose 2 geführt und mit dieser gekoppelt (Verfahrensschritt V 6).
Nach erfolgter Aufladung wird schließlich in einem Verfahrensschritt V7 durch den Roboter 1 1 der Ladestecker 100 von der Ladedose 2 wieder entkoppelt und zur Ladestation 10 zurückbewegt.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Energieversorgungseinheit
2 fahrzeugseitige Energieversorgungs-Schnittstelle; Ladedose
4 Laser
9 Abdeckung
10 Ladestation
1 1 Roboter
12 Parkplatz-Markierungen
20 Bezugspunkt der Ladedose
21 ,22 elektrische Kontakte
40 Mittelpunkt des Lasers
100 Energieversorgungs-Schnittstelle einer Ladestation; Ladestecker
101 Ladekabel
102 Aufbewahrungsraum
106 Speichereinheit
107 Auswerte- und Recheneinheit
108 Steuereinheit
109 Greifeinrichtung
1 10 Licht detektierendes Bauteil, Fotodiode a Abstand des Roboter-Bezugspunktes vom Kreuzungspunkt der Strahlenlinien
des Lasers
A1 Abfrage
D1 -D5, D1 '-D5' Durchfahrtpunkte des Licht detektierenden Bauteils durch Lichtstrahlen des Lasers
F Flächenerstreckung der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle bzw. des Lasers
FN Flächennormale zur Flächenerstreckung
K Kreuzungspunkt der Strahlenlinien vom Laser
K1 Kraftfahrzeug
K2 Kraftfahrzeug
KB Korrekturbewegung
KL Kreuzungslinie der Strahlenlinien vom Laser K01 Koordinatensystem der Energieversorgungseinheit
K02 Koordinatensystem des Roboters
K03 Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs
KP1 , KP2 Kreuzungspunkte der Strahlenlinien vom Laser
KR, KR1 . KR2 Kreisbahnen
L Lichtstrahlen
L1 Strahlenlinie
L2 Strahlenlinie
LS induktives Leitsystem
M, M' Bezugspunkt des Roboters
P Projektionsmuster der Lichtstrahlen
PF Projektionsfläche
RV Richtungsvektor
S, S' Startpunkt für die Kreisbahn
t Zeit
U Spannung
U(D1 )-U(D5) bzw. U(D1 ')-U(D5') Spannungssignale V1 -V7 Verfahrensschritte α Winkel
At1 -At4 zeitliche Abstände

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Durchführung wenigstens eines Energieversorgungsvorgangs
zwischen einer Energieversorgungseinheit (1 ) und wenigstens einem mit Energie zu versorgenden Kraftfahrzeug (K1 , K2), wobei eine Position einer fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle (2) ermittelt und eine automatisierte Kopplung zwischen der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle (2) und einer Energieversorgungs-Schnittstelle (100) der Energieversorgungseinheit (1 ) dadurch erfolgt, dass die Energieversorgungs-Schnittstelle (100) der
Energieversorgungseinheit (1 ) durch einen Roboter (1 1 ) zur fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle (2) bewegt und mit dieser gekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass von wenigstens einem am Roboter (1 1 ) angeordneten, Licht detektierenden Bauteil (1 10) die emittierte Lichtstrahlung (L) wenigstens eines am Kraftfahrzeug (K1 , K2) befindlichen Lasers (4) detektiert und dadurch die Position des Lasers (4) ermittelt wird und von der Position des Lasers (4) auf die Position der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle (100) geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (4) derart Lichtstrahlen (L) aussendet, dass auf einer parallel zu einer Flächenerstreckung (F) des Lasers (4) liegenden Projektionsfläche (PF) ein Projektionsmuster (P) mit wenigstens zwei sich kreuzenden Linien (L1 , L2) erzeugt wird, wobei zwischen den Linien (L1 , L2) im Vollwinkel immer ein gleicher Winkelabstand (a) vorliegt und wobei der Roboter (1 1 ) das Licht detektierende Bauteil (1 10) auf einer vorgegebenen Bahn (KR, KR1 , KR2) derart bewegt, dass das Licht detektierende Bauteil (1 10) die Lichtstrahlen (L) des Lasers (4) an mehreren Durchfahrtpunkten (D1 -D5; D1 '-D5') der Bahn (KR, KR1 , KR2) durchfährt und wobei ein zeitlicher Abstand (At1 -At4) der Durchfahrtpunkte (D1 -D5; D1 '-D5') gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (4) ein
solches Projektionsmuster (P) erzeugt, bei dem sich zwei Linien (L1 , L2) in einem Winkel (a) von 90 Grad kreuzen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Bahn (KR, KR1 , KR2) eine Kreisbahn ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der Roboter (1 1 ) das Licht detektierende Bauteil (1 10) auf der vorgegebenen Bahn (KR) nur in einer solchen Ebene bewegt, welche parallel zur Flächenerstreckung (F) des Lasers (4) liegt und eine Korrekturbewegung (KB) ausführt, wenn der zeitliche Abstand (At1 -At4) der gemessenen Durchfahrtpunkte (D1 -D5; D1 '-D5') ungleich ist und in diesem Fall das Licht detektierende Bauteil (1 10) erneut auf der Bahn (KR) in der besagten Ebene bewegt, wobei eine
Korrekturbewegung und eine erneute Bewegung des Licht detektierenden Bauteils (1 10) auf der Bahn (KR) so oft durchgeführt werden, bis der zeitliche Abstand (At1 - At4) der gemessenen Durchfahrtpunkte (D1 -D5; D1 '-D5') gleich ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der Roboter (1 1 ) das Licht detektierende Bauteil (1 10) von einer ersten Position aus auf der vorgegebenen Bahn (KR1 ) bewegt und das Licht detektierende Bauteil (1 10) anschließend aus wenigstens einer weiteren Position auf der vorgegebenen Bahn (KR2) bewegt, wobei aus den jeweils ermittelten zeitlichen Abständen (At1 -At4) der gemessenen Durchfahrtpunkte (D1 -D5; D1 '-D5') jeweils auf einen in der Ebene der vorgegebenen Bahn (KR1 , KR2) liegenden Kreuzungspunkt (KP1 , KP2) der sich kreuzenden Linien (L, L1 , L2) von den Lichtstrahlen (L) des Lasers (4) geschlossen und aus den berechneten Kreuzungspunkten (KP1 , KP2) ein zum Laser (4) weisender Richtungsvektor (RV) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der Roboter (1 1 ) das Licht detektierende Bauteil (1 10) von einer ersten Position aus auf der vorgegebenen Bahn (KR1 ) bewegt und das Licht detektierende Bauteil (1 10) anschließend aus wenigstens einer weiteren Position auf der vorgegebenen Bahn (KR2) bewegt, wobei jeweils ein Kreuzungspunkt (KP1 , KP2) berechnet wird, der sich aus der Kreuzung von Strecken gemessener
Durchfahrtpunkte (D1 ,D3 und D2,D4 sowie D1 ',D3' und D2',D4') ergibt und aus den berechneten Kreuzungspunkten (KP1 , KP2) ein zum Laser (4) weisender
Richtungsvektor (RV) gebildet wird.
Kraftfahrzeug (K1 , K2) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem wenigstens ein Laser (4) in der Nähe einer Energieversorgungs-Schnittstelle (2) angeordnet ist, dessen Licht (L) in Richtung einer Flächennormalen (FN) der Energieversorgungs- Schnittstelle (2) emittierbar ist.
9. Kraftfahrzeug (K1 , K2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das emittierbare Licht (L, L1 , L2) auf einer Projektionsfläche (PF) wenigstens zwei sich kreuzende Linien (L1 , L2) erzeugbar sind, wobei zwischen den Linien (L1 , L2) im Vollwinkel immer ein gleicher Winkelabstand (a) vorliegt.
10. Kraftfahrzeug (K1 , K2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei Linien (L1 , L2) in einem Winkelabstand (a) von 90 Grad kreuzen.
1 1 . Energieversorgungseinheit (1 ) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, mit wenigstens einem Roboter (1 1 ) zum
Bewegen wenigstens einer Energieversorgungs-Schnittstelle (100) der
Energieversorgungseinheit (1 ) zu einer Energieversorgungs-Schnittstelle (2) eines Kraftfahrzeugs (K1 , K2), dadurch gekennzeichnet, dass am Roboter (1 1 ) wenigstens ein Licht detektierendes Bauteil (1 10) angeordnet und dazu ausgebildet ist, Licht (L, L1 , L2) von einem Laser (4) eines Kraftfahrzeugs (K1 , K2) zu detektieren, wobei der Roboter (1 1 ) durch eine Steuereinheit (108) auf einer vorgegebenen Bahn (KR, KR1 , KR2) durch das Licht (L, L1 , L2) des Lasers (4) bewegbar ist und die Energieversorgungseinheit (1 ) derart ausgebildet ist, dass zeitliche Abstände (At1 - At4) von durch das Licht detektierende Bauteil (1 10) erfassten Lichtimpulsen erfassbar und in Abhängigkeit dieser zeitlichen Abstände (At1 -At4) von der
Steuereinheit (108) die Ausführung einer Korrekturbewegung (KB) des Roboters (1 1 ) und eine erneute Bewegung des Roboters (1 1 ) auf einer vorgegebenen Bahn (KR) generierbar ist, wobei von der Energieversorgungseinheit (1 ) aufgrund der zeitlichen Abstände (At1 -At4) die Position des Lasers (4) ableitbar ist oder dass der Roboter
(1 1 ) an wenigstens zwei Raumpositionen auf einer vorgegebenen Bahn (KR1 , KR2) durch das Licht (L, L1 , L2) des Lasers (4) bewegbar und die
Energieversorgungseinheit (1 ) derart ausgebildet ist, dass aus den jeweiligen
Zeitabständen (At1 -At4) der erfassten Lichtimpulse ein Richtungsvektor (RV) ableitbar ist, der auf die Position des Lasers (4) zeigt oder dass der Roboter (1 1 ) an wenigstens zwei Raumpositionen auf einer vorgegebenen Bahn (KR1 , KR2) durch das Licht (L, L1 , L2) des Lasers (4) bewegbar und die Energieversorgungseinheit (1 ) derart ausgebildet ist, dass jeweils ein Kreuzungspunkt (KP1 , KP2) berechenbar ist, der sich aus der Kreuzung von Strecken gemessener Durchfahrtpunkte (D1 ,D3 und D2,D4 sowie D1 ',D3' und D2',D4') ergibt und aus den berechneten
Kreuzungspunkten (KP1 , KP2) ein zum Laser (4) weisender Richtungsvektor (RV) ableitbar ist.
12. Energieversorgungseinheit (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht detektierende Bauteil (1 10) eine Fotodiode ist.
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