EP4175849A1 - Method for interaction, more particularly energy exchange, between a first device and a second device, and first module and second module therefor - Google Patents

Method for interaction, more particularly energy exchange, between a first device and a second device, and first module and second module therefor

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EP4175849A1
EP4175849A1 EP21739530.0A EP21739530A EP4175849A1 EP 4175849 A1 EP4175849 A1 EP 4175849A1 EP 21739530 A EP21739530 A EP 21739530A EP 4175849 A1 EP4175849 A1 EP 4175849A1
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EP
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interaction
module
elements
positioning
determination
Prior art date
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Pending
Application number
EP21739530.0A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Christian FLECHL
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Volterio GmbH
Original Assignee
Volterio GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for interaction, in particular for exchanging energy, between a first device, such as a charging device, and a second device, such as an electric vehicle, the first device having a first module with a first interaction element and the second device having a second module with a having second interaction element, wherein after taking an interaction position of the devices for coarse positioning of the interaction elements, the interaction elements for a fine positioning of the interaction elements are moved relative to one another, in particular moved closer to one another, in order to interact with one another.
  • the invention also relates to a first module of a modular system for interaction, in particular for the exchange of electrical energy, between a first device, such as a charging device, with the first module, and a second device, such as an electric vehicle, with a second module, the first module a first interaction element and the second module has a second interaction element, wherein after taking an interaction position of the devices for coarse positioning of the interaction elements, the first interaction element for fine positioning of the interaction elements is movable relative to the second interaction element in order to interact with the second interaction element.
  • the invention also relates to a module system for interaction, in particular for the exchange of electrical energy, between a first device, such as a charging device, comprising a first module with a first interaction element, and a second device, such as an electric vehicle, comprising a second module with a second interaction element, wherein, after the devices have assumed an interaction position for coarse positioning of the interaction elements, the interaction elements for fine positioning of the interaction elements can be moved relative to one another in order to interact with one another.
  • a first device such as a charging device
  • a second device such as an electric vehicle
  • a customary energy exchange system comprises interaction elements in the form of a contacting plug arranged on the charging device and a contacting plug receptacle arranged on the electric vehicle, which are contacted in order to transmit electrical energy via them.
  • an energy exchange process or charging process is differently complex and can be differentiated from the charging station and / or or the electric vehicle can be monitored or controlled.
  • control and monitoring of the energy exchange process is limited to a measurement and control of the amount of energy or electrical power transmitted via the contacting plug and contacting plug receptacle in a contacted state.
  • a monitoring or control of an energy exchange process in relation to a positioning process or parking process of the vehicle at the energy exchange position or in relation to a subsequent bringing together of contacting plug and contacting plug receptacle for contacting the same is usually not given.
  • the object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the outset with which an interaction, in particular an energy exchange, can be carried out practically and with a high degree of reliability.
  • Another aim is to specify a first module of an energy exchange system of the type mentioned at the outset, with which an interaction, in particular an energy exchange, can be carried out practically and safely.
  • a further aim is to specify a modular system of the type mentioned at the beginning with which an energy exchange can be carried out practically and safely.
  • the object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset when at least one relative position between the interaction elements is determined with a positioning system to control the fine positioning.
  • the background of the invention is the idea, in the case of an interaction, in particular carrying out an energy exchange, between two devices, in particular between a charging device as the first device and an electric vehicle as the second device, which - in particular in view of often not very practical energy exchange systems or interaction elements with simultaneously high transferred amounts of energy and power - is usually associated with a not insignificant risk potential, including a process of approaching the modules or their interaction elements in order to then carry out an interaction with them or via them, such as energy transfer, monitoring or control accessible in a workable way.
  • a movement, especially an approach, of the interaction elements can be monitored and in particular precisely controlled.
  • potential misalignments or incorrect positioning of the interaction elements can be identified at an early stage and risks of incorrect interaction, such as incorrect connection, can be avoided, so that, in addition to high practicability, security can also be increased or a potential hazard can be reduced.
  • an automated or automatically carried out approach process or interaction process of the interaction elements can be optimized, in particular monitored, controlled and, in particular, integrated into a control infrastructure of one or both devices.
  • a plurality of relative positions are determined, in particular one after the other, in order to monitor or adapt the movement accordingly.
  • an energy exchange for example between a charging device and an electric vehicle, can be carried out completely automatically or at least with reduced user involvement by arranging one of the modules on the charging device and the other module on the electric vehicle.
  • a relative position of the interaction elements to one another can be recognized and an approach of the interaction elements can be controlled in a coordinated manner to a respective specific relative position of the interaction elements.
  • the interaction elements are then often designed as contacting elements which, for an interaction in the form of an energy transfer, are brought closer to one another or guided to one another and, in particular, are contacted with one another in order to transfer this energy.
  • the first interaction element can then be designed as a first contacting element and the second interaction element as a second contacting element.
  • the relative position can expediently be determined by triangulation, in particular if a relative position determination is carried out by at least one sensor at measurement positions that are defined relative to one another.
  • the measuring positions can be assumed by several sensors, in particular in parallel, and / or at least one, in particular individual, sensor which is moved into the different positions one after the other.
  • Relative position between two devices or the modules or the interaction elements denotes a position of a device or module or interaction element relative to or in relation to a position of the other device or module or interaction element.
  • Interaction position refers to a position of the devices or modules or interaction elements in which the devices or modules or interaction elements are arranged in such a way that the interaction elements can be moved relative to one another as intended, in particular can be guided to one another and can often also be contacted, i.e. in the Usually without changing the position of the devices or modules themselves, in order to carry out an interaction with the interaction elements, in particular to transmit energy or power via the interaction elements. This is often referred to as the loading position.
  • the interaction position is assumed as part of a rough positioning of the interaction elements or modules - for example, by an electric vehicle having the second module Charging device, having the first module approaching and assuming a parking position as interaction position - and in the interaction position within the scope of fine positioning a movement, in particular approach, of the interaction elements relative to one another in order to carry out an intended interaction with the interaction elements.
  • the interaction position can be, for example, a parking position of the electric vehicle in the vicinity, preferably above the charging device or the first module.
  • the intended interaction can be an energy transfer between the charging device and the electric vehicle.
  • the interaction can be an interaction between the interaction elements, in which the interaction elements come into contact or touch one another, in particular are pressed against one another, or a contactless interaction that can be carried out with the interaction elements spaced apart, such as information transmission.
  • the interaction can preferably be an, in particular electrical, energy exchange or charging process.
  • the interaction elements can then be designed to carry out a contactless, for example inductive or capacitive, and / or contacting energy exchange or contacting energy transfer, in which the interaction elements are contacted with one another.
  • the interaction elements for the interaction approach one another and, in particular, come into contact or are contacted with one another.
  • the interaction elements are designed as contacting elements, the contacting elements being guided and contacted to one another in the interaction position for fine positioning in order to transmit, in particular electrical, energy via the contacting elements.
  • the first device usually has a first module with a first interaction element and the second device has a second module with a second interaction element corresponding to the first interaction element in order to carry out an interaction by means of the interaction elements, for example for energy transfer via the interaction elements to bring them closer to one another and preferably to contact each other.
  • the respective interaction elements are usually connected to a base of the respective module. It is advantageous if, for the rough positioning of the interaction elements, the devices or modules are brought closer to one another in order to assume the interaction position, with at least one relative position between the devices or modules being determined with the positioning system to control the rough positioning of the interaction elements.
  • At least one relative position between the devices or modules is determined with the positioning system for one or during an approach of the modules or the first module relative to the second module for taking up the interaction position.
  • an approach of the devices or modules to one another can be monitored and, in particular, precisely controlled.
  • potential misalignments or incorrect positioning of the devices or modules can be identified at an early stage and, in particular, control of the devices can be adapted when the devices approach according to the determined at least one relative position, usually a plurality of determined relative positions.
  • the interaction position or an interaction position that is considered to be advantageous with little effort with regard to an interaction process can be precisely controlled and assumed.
  • the positioning system usually comprises at least one, in particular several, sensors or receivers and usually at least one, in particular several, transmitters as at least one measuring arrangement or as part of such, with a positioning signal being transmitted between the at least one transmitter and the at least one sensor is to determine a respective relative position in the context of fine positioning or coarse positioning.
  • a positioning signal is usually transmitted between the modules or interaction elements from the transmitter in a manner known in the art and detected by one or more sensors.
  • a detection of the positioning signal with the sensor can take place with regard to an arrival time or transit time and / or angle of incidence dependency of the positioning signal in order to determine a relative position between the sensor and the transmitter and in particular a relative position between the interaction elements therefrom or modules to be determined.
  • a transmitter can be designed or act as a sensor at the same time, the positioning signal usually being generated in a transmission mode and the positioning signal being detected in a sensor mode.
  • a determination of the relative position can be based on the fact that the positioning signal is transmitted from a transmitter to one device or module, reflected on the other device or module and the reflected positioning signal is detected by at least one of the sensors.
  • a transmitter is arranged on one device or module or interaction element and at least one sensor is arranged on the other device or module or interaction element in order to be able to to detect the positioning signal generated by the transmitter with the sensor.
  • the positioning signal can be a sound signal, in particular an ultrasonic signal, an electromagnetic signal, in particular a radio signal or a light signal.
  • transmitter-sensor-measuring arrangements based on transmitted radio waves or laser beams are known, which would also be suitable for a particular application. It has been found to be particularly practicable for a robust and practicable design with regard to a relevant application purpose if the transmitter-sensor system is based on ultrasonic waves.
  • the positioning system comprises one or more ultrasonic transmitters or one or more ultrasonic sensors in order to transmit an ultrasonic signal as a positioning signal between the modules or interaction elements and to detect this in order to determine their relative position.
  • a relative position between the transmitter and the sensor is determined, although based on the known dimensions of devices or modules or interaction elements connected to them, a relative position between the devices or modules or interaction elements is readily deduced can be.
  • the relative position can be determined based on a distance determination and / or direction determination, in particular the sensor can be designed accordingly.
  • a direction can be determined from which the positioning signal impinges on the receiver, possibly its antenna.
  • This can be implemented, for example, with several receivers or possibly several antennas, often antenna arrays, of a single receiver, with phase differences between the respective positioning signals detected by the receivers or antennas being evaluated.
  • the positioning system or the transmitter-sensor system is based on UWB radio signal transmission (ultra-broadband radio signal transmission). Accordingly, it is advantageous if the positioning system has one or more UWB determination elements, in particular UWB receivers and / or UWB transmitters, or if the transmitter of the positioning system is designed as a UWB transmitter and the sensor of the positioning system is designed as a UWB sensor. As a rule, a frequency range with a bandwidth of more than 500 MHz is used.
  • a UWB determination element in particular a UWB transmitter or UWB receiver
  • a UWB determination element in particular a UWB receiver or UWB transmitter.
  • a UWB radio signal can thus be transmitted as a positioning signal between the UWB determination element of the first module and the UWB determination element of the second module.
  • UWB receiver and UWB transmitter are usually constructed using the same UWB determination elements and differ only in their functional use as a transmitter or receiver or whether the UWB radio signal is received or transmitted with its respective antenna.
  • the UWB determination elements in particular UWB receivers or UWB transmitters, can be arranged on the modules or interaction elements corresponding to the ultrasound determination elements described here, in particular ultrasound transmitters or ultrasound receivers.
  • a relative position is usually determined based on a transit time measurement of a between UWB transmitter and UWB- Receiver transmitted UWB radio signal.
  • a UWB transmitter can be arranged on the first interaction element and a UWB receiver on the second interaction element, or vice versa.
  • a pronounced accuracy can be achieved if the UWB transmitter or UWB receiver is located within the respective interaction element, preferably in a cross section through the respective interaction element in a central area of the respective interaction element.
  • one of the interaction elements can have a magnetic sensor, in particular a Hall sensor, and the other interaction element can have a magnet, for example a permanent magnet or an electrical coil generating a magnetic field, the magnetic sensor being designed to have a presence, alignment and / or a distance to detect the magnet when the interaction elements are relatively approaching.
  • security can be increased when the interaction elements approach, in particular in a close range.
  • the measuring arrangement is formed with UWB determining elements.
  • the first interaction element can have the magnetic sensor and the second interaction element the magnet, or vice versa.
  • the accuracy usually relates to a deviation of a measured value from the true value of a variable to be measured.
  • a precision usually refers to a spread between measured values.
  • the Hall sensor is preferably designed as a 3-D Hall sensor, so that in particular a three-dimensional vector of a magnetic flux density can be measured.
  • several such magnetic sensors, in particular several Hall sensors, and / or magnets are provided. These can expediently be evaluated differentially to determine the relative position. In this way, the influence of magnetic interference fields can be minimized.
  • several Hall sensors can be arranged on the first or second interaction element, preferably integrated therein, and signals from the Hall sensors can be evaluated differentially to determine the relative position between the interaction elements.
  • one or more magnets can be arranged on the respective other interaction element.
  • the determination of the relative position by means of UWB radio signal transmission is implemented in combination with magnetic detection by means of magnetic sensors. This makes it possible to achieve a high level of accuracy, in particular if a 3-D Hall sensor is used as the magnetic sensor.
  • the UWB determination element in particular the UWB receiver or the UWB transmitter, usually has at least one antenna in order to transmit, in particular to receive or transmit, a UWB radio signal.
  • the antenna is oriented inclined to a horizontal or to the base of the respective module, the base preferably being oriented essentially horizontally. It is particularly favorable if an angle of inclination is between 20 ° and 40 °, in particular 25 ° and 35 °, preferably about 30 °. In particular, this can reduce runtime errors.
  • the antenna of the respective UWB determination element usually has a non-uniform antenna characteristic.
  • a more uniform antenna characteristic can be achieved, in particular in a relevant area, such as on the antenna of the UWB transmitter or UWB receiver.
  • a specified positioning of the respective UWB determination element relates to its antenna, via which the positioning signal is sent or received.
  • the antenna can be designed as a circuit board antenna or advantageously as a ceramic antenna. It is advantageous if the first and / or second module has at least one absorber element for absorbing electromagnetic radiation from the antenna of the transmitter or receiver. This has proven particularly useful for UWB determination elements.
  • the absorber element is usually designed to dampen a frequency range of the radio signal transmitted with the antenna, in particular UWB radio signal, at least partially, preferably essentially completely, by absorption. Undesired reflections of the positioning signal transmitted by the antenna can thereby be avoided.
  • the absorber element can practically be designed as a film.
  • the absorber element can expediently be arranged on a side of the antenna facing away from a transmission path of the positioning signal. Transmission path here usually denotes a route, usually the shortest, along which the positioning signal is transmitted between the transmitter and the receiver.
  • the absorber element can be arranged, for example, on a side of the respective antenna on the respective module that faces an underside or the base of the respective module. Several such absorber elements can advantageously be present on the first and / or second module.
  • the UWB determination element can be a UWB transmitter or UWB receiver. It is useful if the antennas have an average distance from one another of 5 cm to 30 cm, in particular 10 cm to 20 cm.
  • the UWB determination element can expediently have a switching unit, also referred to as a switch, in order to activate one or more of the antennas, in particular selectively controllable, for transmission, in particular reception or transmission, of the positioning signal.
  • the UWB determination element usually has a control module for controlling the switchover unit or the antennas or the transmission of the positioning signal.
  • one or more of the antennas for receiving or transmitting the positioning signal can be selectively operated with a single control module.
  • the antennas can be operated, in particular controlled, alternately in order to receive or transmit a positioning signal in each case.
  • the UWB determination element with a base unit, having the control module and a first antenna for receiving or transmitting the Positioning signal is formed.
  • the UWB determination element has an aforementioned switching unit in order to connect further second antennas to the base unit, in particular the control module, in a controllable manner. This means that a modular structure can be implemented.
  • the antennas are usually connected to the switchover unit and / or the control module in such a way that they can be transmitted.
  • the base unit is arranged on a rigid printed circuit board, further antennas, in particular the aforementioned second antennas, being connected to the base unit in a signal-transferable manner via flexible printed circuit boards.
  • the flexible printed circuit board can be formed with a film on which electrical line structures are applied, in particular printed.
  • the antennas can be formed in that an antenna structure is applied, in particular printed, to a circuit board, in particular a flexible circuit board.
  • the flexible printed circuit board or antenna can be implemented, for example, with Flexiprint, also called FPC (flexible printed circuit). It is practical if the antennas, for example star-shaped or cross-shaped, are arranged along a circumference around the control module. The respective antenna can be aligned inclined, as stated above.
  • the positioning signal for determining the relative position is detected with a plurality of, preferably at least three, antennas spaced apart from one another. If there are more than three antennas, for example four antennas, the system is overdetermined, so that the accuracy of the relative position determination can be optimized.
  • This can expediently be implemented, for example, by a UWB determination element, such as a UWB receiver, with several spaced apart antennas or several UWB determination elements, such as several UWB receivers, each with at least one antenna, the at least one antenna of the different UWB Determination elements are spaced from each other.
  • positioning signals transmitted one after the other are transmitted on different, preferably spaced apart, frequency bands. Will be expedient alternating between different frequency bands. This applies in particular to positioning signals transmitted in direct succession.
  • positioning signals per second in particular more than 50 positioning signals per second, preferably more than 100 positioning signals per second, are transmitted and evaluated to determine the relative position. This is especially true when the positioning signals are UWB radio signals.
  • an ambient temperature is determined with at least one temperature sensor in order to take the ambient temperature into account when determining the relative position.
  • the transit time of the positioning signal can be evaluated taking into account the ambient temperature.
  • At least one of the modules, in particular one of the interaction elements, for example the first module, in particular the first interaction element, can practically have such a temperature sensor.
  • At least one of the two or both interaction elements are movably connected to the base relative to a base of the respective module in order to move the interaction elements for fine positioning for an interaction, in particular contacting, relative to one another, usually to guide them to one another or to approach each other.
  • the first module and / or second module has a movement device which connects the first and / or second interaction element to a base of the respective module, in particular controllably, movably relative to the base.
  • the second module is arranged on a mobile device, such as an electric vehicle, or is designed as part of this, and the first module on a stationary or stationary device , is arranged or formed as part of this.
  • the movement device can be designed, for example, as a, in particular controllable, movable arm or lifting device.
  • a high level of practicability and security can be achieved if the interaction elements for rough positioning can be or are positioned vertically one above the other in the interaction position and for fine positioning, in particular with the preferably vertically movable movement device, are guided to one another.
  • a module is preferably arranged on an upper side and a module on a lower side of the respective device, with the devices for fine positioning for approaching, in particular contacting, the interaction elements being or being able to be arranged vertically one above the other.
  • the interaction elements being or being able to be arranged vertically one above the other.
  • the movement device is designed to move the respective, in particular first, interaction element along different, in particular orthogonally oriented axes relative to the base of the respective module. It has proven useful if the respective, in particular first, interaction element with the movement device in a direction orthogonal, in particular vertical, and / or in a direction lateral or parallel, in particular horizontal, to a base plane of the module or the base of the module, in particular vertically and / or horizontally, is movable relative to the base.
  • the movement device is designed with the respective interaction element along one axis or along several, in particular two, preferably three, axes oriented orthogonally to one another relative to the base of the respective module.
  • the movement device is designed to move the respective interaction element only along one axis, in particular vertically, relative to the base of the respective module or the other interaction element approximate.
  • Such positioning with sufficient accuracy when taking the interaction position is generally enabled if one of the devices, usually the second device, is a self-driving or autonomous vehicle.
  • one of the devices in particular the second device, is a self-driving or autonomous vehicle and the movement device is designed, in the interaction position the respective interaction element, usually the first interaction element, only along one direction, preferably only vertically, to move relative to the respective base, usually to approach the other interaction element.
  • the other device in particular the first device, is a charging device.
  • one of the devices is designed as a self-driving vehicle and the other device as a charging device, the devices for taking up the interaction position or for coarse positioning being positioned vertically one above the other, after which the first in the interaction position or for fine positioning Interaction element with the movement device, in particular only, is moved vertically relative to the base of the first module in order to bring the interaction elements closer to one another and usually to contact one another, for example to transmit electrical energy via the interaction elements between the devices.
  • the first interaction element is moved with the movement device with a defined movement path in the interaction position or for fine positioning, with a distance between the interaction elements being determined with the positioning system before and after moving the first interaction element Distances and the movement path a relative position between the interaction elements is determined.
  • the relative position between the interaction elements is thus practicable, in particular based on distance determinations with the positioning system, can be determined or optimized.
  • this makes it possible to carry out a relative position determination with a single sensor in a practical manner, in that the distance between the interaction elements is determined with the sensor before and after the interaction elements are moved relative to one another with the movement device according to the movement path.
  • the sensor on the first interaction element and one or more transmitters on the second interaction element, or reversed be arranged.
  • a respective position of the first interaction element before or after moving the first interaction element with the movement device or the travel path for determining the relative position can be stored in a memory. It is preferred if a direction between the interaction elements with the sensor is also determined.
  • Kalman filtering is a mathematical method for the iterative estimation of parameters on the basis of measured quantities subject to uncertainty. This method has proven to be particularly efficient in determining the relative position, in particular with UWB determining elements, in order to increase accuracy. It is favorable if a large number of measurement data determined with at least one sensor, in particular in different relative positions between the interaction elements, are used as input data for the Kalman filtering. Further input data for the Kalman filtering can be movement data, such as acceleration and / or speed, of the interaction element, which are measured, for example, with a movement sensor.
  • a plausibility of a measurement signal can expediently be checked in this way. For example, amplitudes of the measurement signals or detected positioning signals can be compared with one another. In this way, incorrect positioning signals, such as reflection signals, for example positioning signals reflected from an environment, can be determined and preferably not taken into account for the determination of the relative position.
  • This can expediently take place while the interaction elements are approaching, with preferably an approaching movement, in particular an approaching speed, of the interaction elements to one another for the comparison or the plausibility check is taken into account.
  • measurement signals that occur with implausibly large amplitudes compared to previous measurement signals, in particular taking into account the approaching movement of the interaction elements, can be found and not used to determine the relative position.
  • Channel impulse response tracking also called CIR tracking, can advantageously be used for this purpose.
  • a first measuring arrangement is formed with at least one first determination element connected in a fixed position or rigidly to the first interaction element and at least one second determination element connected in a fixed position or rigidly to the second interaction element, with one of the determination elements is designed as a transmitter, preferably as an ultrasound transmitter, and the other determination element as a sensor, preferably as an ultrasound sensor, a positioning signal being transmitted between these in order to determine a relative position between the interaction elements for their approach.
  • the determination elements of the first measuring arrangement it is possible for the determination elements of the first measuring arrangement to move with the interaction elements in the interaction position when they approach. As a result, the relative position between the interaction elements can be precisely determined.
  • the accuracy or precision of a transmitter-receiver measuring arrangement usually increases as the distance between transmitter and receiver decreases.
  • the first measuring arrangement is formed with a plurality of first determination elements and / or a plurality of second determination elements.
  • it can be advantageous for this purpose if several first measuring arrangements are provided.
  • a second measuring arrangement is formed with at least one third determination element connected in a fixed position or rigidly to the base of the first module and at least one fourth determination element of the second module, one of the Determination elements as a transmitter, preferably as a Ultrasonic transmitter, and the other determination element is designed as a sensor, preferably as an ultrasonic sensor, a positioning signal being transmitted between them in order to determine a relative position between the devices or modules for their approach.
  • the fourth determination element is preferably connected to the base of the second module, in particular in a fixed or rigid manner. In particular, the fourth determination element can be formed with the second determination element.
  • the relative position between the modules can be determined with a high degree of accuracy when the modules are relatively approaching to take up the interaction position.
  • a fine positioning or determination of the relative position between the interaction elements in the interaction position is decoupled to a large extent from a coarse positioning or determination of the relative position between the modules when the modules approach to assume the interaction position, so that the first and second measuring arrangements are based on their can be optimized for the specific application.
  • a high degree of practical application can be achieved if the second measuring arrangement is formed with a plurality of third determination elements and / or a plurality of fourth determination elements. In particular, it can be advantageous for this purpose if several second measuring arrangements are provided.
  • one of the modules preferably the second module
  • a relative alignment between the modules or their devices can be determined in a simple manner.
  • the module, in particular the second module only has a single transmitter.
  • this is arranged in the area of a center, in particular a geometric centroid, of the interaction element of the module.
  • a precise transit time measurement of the positioning signal can be achieved if a common time reference point is established for the transit time measurement for the at least one transmitter and the at least one sensor at which the positioning signal is sent by the transmitter.
  • This can be implemented practically if the positioning signal emitted by the respective transmitter is emitted by the transmitter as a function of a point in time of a trigger signal transmitted between the modules. Then, based on the transit times of the determined with the sensors Positioning signal a respective relative position can be calculated.
  • the trigger signal is a radio signal.
  • the modules can each have a communication device or be connected to such a device in order to transmit the trigger signal between them.
  • the at least one sensor in particular all sensors, is formed with a plurality of sensor elements spaced apart from one another in a defined manner, in particular ultrasonic sensor elements, in order to detect the positioning signal with each of the sensor elements.
  • the sensor elements can be several UWB receivers or several antennas, often an antenna array, of a single UWB receiver.
  • the relative position can be determined with high spatial resolution through detection with sensor elements spaced apart in a defined manner. It is favorable if the at least one sensor is formed with at least three, preferably at least four, sensor elements.
  • the sensor elements are preferably arranged in one plane.
  • a practicable evaluation and implementation can be achieved if the sensor elements are L-shaped or arranged along a right angle, with one sensor element being arranged at the apex and two other sensor elements spaced apart therefrom on the legs of the L-shaped arrangement or the angle .
  • the sensor elements are L-shaped or arranged along a right angle, with one sensor element being arranged at the apex and two other sensor elements spaced apart therefrom on the legs of the L-shaped arrangement or the angle .
  • three sensor elements are present.
  • a fourth sensor element By additionally providing further sensor elements, in particular a fourth sensor element, a measurement uncertainty as well as an error tolerance and thus in particular the precision can be further improved by redundant measurement. If at least one fourth sensor element is present, it is advantageously possible to calculate a respective relative position several times, in particular four times, in accordance with the different selection options of sensor element combinations, and to use the calculated relative positions for error correction or for detecting an incorrect measurement.
  • a practicable and time-efficient implementation can be achieved if the respective relative position is determined with a transit time of the positioning signal determined with one of the sensor elements of the sensor and the transit time differences therefrom determined with the other sensor elements of the sensor. This allows with little The respective relative position can be determined with a computationally intensive effort.
  • the transit time differences can be practically determined, for example in the case of an ultrasonic signal transmission, by evaluating phase shifts between the positioning signals detected with the sensor elements.
  • the absolute transit time of the detected positioning signal is preferably determined with the sensor element arranged at the apex and a transit time difference of the respective detected positioning signal is determined with the further sensor elements in order to calculate the relative position.
  • x, y and z denote the relative position, to the absolute transit time determined with the sensor element arranged at the vertex, to x and to y the transit time differences of the two further sensor elements at transit time to, and d x and d y the defined distances between the two further sensor elements to the sensor element at the vertex.
  • the positioning system in particular the first measuring arrangement and / or second measuring arrangement, is designed with at least one ultrasonic sensor and at least one ultrasonic transmitter.
  • at least one sensor or at least one transmitter is designed as an ultrasonic transmitter or ultrasonic sensors, between which an ultrasonic signal is transmitted as a positioning signal in order to determine a respective relative position.
  • the Ultrasonic sensor a UWB receiver and instead of the ultrasonic transmitter a UWB transmitter is used.
  • the at least one ultrasonic sensor is formed with at least three, preferably at least four, in particular designed as microphones, ultrasonic sensor elements.
  • a functionality check is carried out in that, in the interaction position, when the first interaction element with the movement device approaches the second interaction element, a distance between the interaction elements is changed in a defined manner by moving the first interaction element with the movement device and by comparison with is compared to a distance determined by determining relative positions.
  • the consistency and plausibility of the relative position determination can be checked and, if necessary, adjusted and / or in particular indicate a maintenance requirement.
  • the respective relative position is usually calculated using a microprocessor or a computer device which is designed to calculate the respective relative position on the basis of the positioning signal detected by the at least one sensor.
  • a customary evaluation routine for determining the respective relative position from detected positioning signals generally comprises one or more, in particular all, evaluation steps specified below, not mandatory, but preferably in the specified order:
  • Detected Positioning signal denotes the respective measurement signal that represents the positioning signal and is measured by the sensor or sensor element.
  • the transit time behavior of the detected positioning signal can be characterized on the basis of determined zero crossings.
  • a first oscillation period of the detected positioning signal is determined.
  • a further evaluation step provides that zero crossings and / or amplitudes of the first signal section of the detected positioning signal are determined and extrapolated to the arrival time, in particular to determine the transit time of the positioning signal, in order to determine an arrival time of the respective detected positioning signal.
  • Zero crossings of the detected positioning signal can be calculated much more precisely than a sampling period by interpolating sample values, which results in a massively reduced uncertainty.
  • times of the zero crossings of the detected positioning signal are described by means of a regression analysis in order to assign oscillation periods of the detected positioning signal to their associated detection times, in order to determine a detection time of the first oscillation period of the detected positioning signal or the Calculate arrival time.
  • the time of arrival of the positioning signal at a respective sensor or sensor element are calculated, especially since the arrival time of the detected positioning signal is often not directly recognizable with sufficient accuracy.
  • the regression analysis can in particular be a linear regression, preferably a linear single regression or a regression line.
  • a plausibility check is carried out in a further evaluation step by comparing arrival time differences between the detected positioning signals with one or more, in particular due to the defined positioning of the sensor elements to one another, constructively maximum possible arrival time differences in order to detect incorrect detected positioning signals or measurement signals, in particular incorrect shifts in order to recognize a period duration and preferably to compensate for it.
  • Application efficiency can be increased if an evaluation of detected positioning signals, which were reflected on a respective module or device, is carried out as a function of a geometry of the first and / or second module or first and / or second device, by a relative position of not to determine devices or modules in direct line of sight.
  • a geometry of the modules and / or devices can be stored in a memory. In this way, it is possible to determine the relative position of a transmitter which is not in the direct line of sight of the sensor and whose positioning signal reaches the sensor via reflection. This is particularly true in the case of ultrasonic transmitters or ultrasonic sensors.
  • one of the devices is installed in a stationary manner and the other device is designed to be mobile.
  • one of the devices is designed as a stationary charging station and the other device as a vehicle, in particular an electric vehicle and / or a self-driving or autonomous vehicle.
  • the respective module of the mobile device is arranged in the area of a sub-floor or an underside of the mobile device.
  • the mobile device is then preferably in the interaction position or, for this, is above the module of the stationary device positioned in the exchange position so that an energy exchange can take place from the bottom side. This means that the modules can be protected from the effects of the weather during an energy exchange.
  • the stationary device has the first module and the mobile device has the second module or are designed as parts of these. It is possible for the first module to be mounted below a floor and for means to be provided to lift the first module out of this position or to lower it into it.
  • the charging device having the first module and the electric vehicle having the second module, or possibly vice versa, by determining relative positions between the modules for rough positioning or when the modules are approaching Assumption of the interaction position or charging position, in particular with the second measuring arrangement, a route guidance or control of the electric vehicle to the interaction position take place and then after assuming the interaction position with determination of relative positions between the interaction elements for fine positioning, in particular with the first measuring arrangement, an approach and in particular Contacting the interaction elements can be carried out in a controlled manner.
  • an energy exchange process or charging process of the electric car can be carried out in an automated manner in this way.
  • Reaching the interaction position can expediently be determined when a predefined distance between the modules or the interaction elements is not reached. This can be carried out precisely because the accuracy of the respective relative position determination as a rule increases as the respective transmitters and sensors approach, in particular in the case of an ultrasonic signal as the positioning signal.
  • the devices or Modules for taking an interaction position are brought closer to one another in order to carry out an interaction in the interaction position with the interaction elements, with at least one relative position between the devices or modules to control an approach of the devices or modules Devices or modules is determined with a positioning system.
  • a positioning process or parking of an electric vehicle at a charging device can be precisely controlled according to the determined relative position, usually a plurality of determined relative positions, in order, for example, to carry out energy transfer or charging with or via the interaction elements.
  • the positioning system can advantageously be designed in accordance with the features, advantages and effects which are described for a positioning system in this document, in particular in the context of the above method for interaction.
  • a second measuring arrangement in particular the aforementioned second measuring arrangement described in this document, can advantageously be present in order to control the approach of the devices or modules to one another. It has proven itself when several second measuring arrangements are formed when the devices or modules approach. As a rule, the determination elements of the second measuring arrangement are rigidly connected to the base of the respective module.
  • the interaction is a contactless, in particular inductive, energy transfer.
  • electrical energy or electrical power can be transmitted particularly easily and practically between the modules or devices via the interaction elements.
  • the interaction elements have electrical coils in order to inductively transmit electrical energy between the coils in the interaction position.
  • the coil of one of the interaction elements is operated as a primary coil and the coil of the other interaction element is operated as a secondary coil.
  • the determination elements of the second measuring arrangement are each arranged on the interaction element or the respective coil of the module.
  • the first interaction element or second interaction element is connected to the base of the respective module in a fixed position or rigidly or movably.
  • first and second interaction elements are fixedly or rigidly connected to the base of the respective module, especially as a fine positioning or approach of the interaction elements relative to each other after taking the interaction position is often not necessary.
  • a positioning system which is designed to control the fine positioning, in particular an approach of the first interaction element to the second interaction element, to determine a relative position between the interaction elements.
  • the first module is designed or implemented in accordance with or analogously to the features, advantages and effects, which are described in particular in the context of a method for interaction, preferably for energy exchange, in particular above, and of a second module, in particular below can be.
  • the same also applies to the method for interaction, preferably for energy exchange, as well as the second module with regard to a first module described in particular below.
  • the positioning system is designed to determine a relative position between the modules for the rough positioning of the interaction elements or during an approach of the two modules in order to assume the interaction position. As a result, an approach of the devices or modules to one another can be monitored and, in particular, precisely controlled.
  • the first module and / or the second module usually each have an interaction element connected to a base of the respective module.
  • the first interaction element is movably connected to the base of the first module relative to the base in order to move the first interaction element relative to the second interaction element or to approach it, in particular to guide it, in the interaction position.
  • a movement device is expediently usually provided which connects the first interaction element to the base of the first module so as to be movable relative to the base, preferably in a controllable manner.
  • the movement device can be designed, for example, with a movable arm and / or a lifting device.
  • the first interaction element is then usually arranged on this.
  • a first drive is expediently provided with which a movement of the movement device can be controlled.
  • the first interaction element is mounted, preferably resiliently, on an, in particular flexible, carrier of the movement device, so that there is limited mobility of the first interaction element relative to the movement device.
  • This additional limited mobility of the first interaction element enables a higher tolerance when it is placed against the second interaction element and, moreover, distance fluctuations between the modules can be compensated for in a contacting state of the interaction elements.
  • the movement device has a movable arm, the arm being connected to the base so as to be movable about and / or along a plurality of axes in order to guide the first interaction element to the second interaction element.
  • the arm is mounted on the base such that it can pivot horizontally about a first axis of rotation, in particular with a range of rotation from -90 ° to + 90 °, preferably from -60 ° to + 60 °.
  • the arm is arranged entirely or at least partially longitudinally displaceable relative to the base on the base.
  • the arm is mounted on the base so that it can rotate vertically about a second axis of rotation.
  • first interaction element with the movement device can be moved in a first direction of movement, preferably essentially vertically, relative to the base and the movement device on the base can be moved in a second direction of movement, which is angled, in particular orthogonal, to the first direction of movement, relative to the Base is slidably arranged.
  • first direction of movement preferably essentially vertically
  • second direction of movement which is angled, in particular orthogonal, to the first direction of movement, relative to the Base is slidably arranged.
  • the base of the first module is rotatably mounted about a pivot axis.
  • the interaction elements can be arranged vertically one above the other in the interaction position.
  • the first interaction element can be positioned in the interaction position in a first step in a plane below the second interaction element of the second module, which is arranged, for example, as part of an electric vehicle or on such, by pivoting the base and then with the movement device to the second Interaction element are performed, in particular to contact this.
  • Simple movability is achieved if the movement device is arranged on the base so as to be displaceable essentially parallel to a base surface of the base. It is advantageous if the first direction of movement is oriented essentially orthogonally to the base area.
  • a second drive can be provided for rotating the base about the pivot axis in order to electronically control the rotation.
  • at least one three-point support of the base is provided, for example with a drive wheel and support wheels arranged opposite it.
  • the movement device is at least partially, preferably completely, connected to the base so that it can be sunk into the base. It is useful for this purpose if the movement device is in a, in particular closable, recess of the Base is arranged, wherein the movement device is designed to be lowered into the recess. This enables a space-saving training and protection against soiling.
  • a cover that can be opened, in particular in a controllable manner, can expediently be provided in order to close the recess at least partially, preferably completely, or to open it for an approach process or for contacting the interaction elements.
  • the movement device can for example be designed with a vertically extendable and retractable telescopic rod or a telescopic arm.
  • the movement device is preferably designed with a scissor lift table, in particular a controllably movable scissor lift table. This enables a directional and robust movement of the first interaction element in the first direction of movement. In particular, a usually problematic tilting of the first interaction element when approaching the second interaction element can thereby be avoided.
  • a lifting mechanism for example a further scissor lift table, is provided between the movement device and the first interaction element, with which the first interaction element can be moved, in particular controllably, in the direction of the first direction of movement in order to interact or contact the first interaction element to lead in the direction of the second interaction element.
  • This is particularly practical for interacting or contacting with a very low underbody height of an electric vehicle. It has proven useful if the lifting mechanism is designed to be sprung in order to compensate for fluctuations in distance between the modules in the interaction state.
  • the second module can also have such a movement device in order to move the second interaction element relative to the base of the second module.
  • the interaction elements are designed as contacting elements, it is advantageous if the approach or fine positioning of the first interaction element or first contacting element with the movement device takes place in two steps.
  • a first step a first approach by means of the movement device and in a second step, a second approach of the first interaction element executed, wherein for the second approach, the first interaction element is preferably designed as a self-centering, in particular position-tolerant, plug-in element. It is useful if the plug-in element is shaped independently of rotation in relation to an interaction direction or approach direction, for example as a 360 ° plug-in element.
  • the positioning system comprises one or more sensors and / or one or more transmitters in order to transmit a positioning signal between at least one transmitter and at least one or more sensors. It is advantageous if at least one first determination element is fixedly or rigidly connected to the first interaction element in order to provide a first measurement arrangement with at least one second, fixedly or rigidly connected to the first or second interaction element, corresponding to the first determination element, for fine positioning or in the interaction position To enable determination element, wherein one of the determination elements is designed as a transmitter and the other determination element as a sensor in order to determine a relative position between the first interaction element and the second interaction element for their approach in the interaction position.
  • a relative position between the interaction elements can be precisely determined and an increasing accuracy can be achieved as the interaction elements progressively approach.
  • a high degree of practical application can be achieved if the first measuring arrangement is formed with a plurality of first determination elements and / or a plurality of second determination elements. It has proven useful if the first measuring arrangement is formed with a plurality of sensors. In particular, it can be advantageous for this purpose if several first measuring arrangements are provided. For a high accuracy of the relative position determination, it is expedient if the first and / or second determination element is each arranged as close as possible to the respective interaction element, preferably directly to the interaction element or directly next to it.
  • first and / or second determination elements in particular several sensors
  • the respective determination elements in particular sensors, on mostly different sides of the respective interaction element, preferably opposite one another, on the interaction element, in particular around a center of this, are arranged.
  • the determination elements or sensors are designed as ultrasonic transmitters or ultrasonic sensors.
  • At least one determination element or transmitter or sensor is positioned in the area of a center, in particular in a cross section in the area of a center, of the respective interaction element. This is particularly true if only a single determination element or transmitter or sensor is arranged on the respective interaction element. This applies in an analogous manner to a transmitter or sensor on a coupling plug or coupling receptacle with which the respective interaction element can be formed. This expediently applies, for example, to the UWB determination element, in particular its antenna.
  • At least one third determination element is fixedly or rigidly connected to the base of the first module in order to provide a second measuring arrangement with at least one corresponding to the third determination element for coarse positioning or when the first module approaches relative to the second module to assume the interaction position to enable fourth determination element of the second module, wherein one of the determination elements is designed as a transmitter and the other determination element as a sensor in order to determine a relative position between the modules for their approach to assume the interaction position.
  • the fourth determination element is preferably connected in a fixed position or rigidly to the base of the second module.
  • the fourth determination element can be formed with the second determination element.
  • the second measuring arrangement is used a plurality of third determination elements and / or a plurality of fourth determination elements is formed.
  • it can be advantageous for this purpose if several second measuring arrangements are provided. It has proven useful if the second measuring arrangement is formed with a plurality of sensors, which are preferably arranged on the first module.
  • the third determination element or one of the third determination elements is arranged on the base of the first module in such a way that it is arranged on a side of the module facing a second module approaching the first module when in use .
  • the third and / or fourth determination element is each arranged as close as possible to the respective interaction element. If several third and / or fourth determination elements, in particular several sensors, are provided, it is advantageous for a precise approximation of the interaction elements or modules or devices if the respective determination elements, in particular sensors, on different sides of the respective interaction element or module, in particular are arranged symmetrically, preferably opposite one another, around the respective interaction element on the respective module. For a high level of reliability and robustness, especially in a dirty environment, it has proven useful if at least two sensors and / or two transmitters are arranged in this way on the respective interaction element or module. This is particularly true when the determination elements or sensors are designed as ultrasonic transmitters or ultrasonic sensors.
  • both the first determination element arranged on the first module and the third determination element arranged on the first module are designed as sensors, in particular ultrasonic sensors or UWB receivers.
  • a simple and practical structure can be implemented in terms of evaluability and maintainability.
  • the sensor connected in a fixed position to the first interaction element or its detection direction is oriented at an angle to the sensor connected in a fixed position to the base or its detection direction, in order to efficiently detect the respective positioning signals. This is especially true if the sensors are designed as ultrasonic sensors or UWB receivers.
  • the first measuring arrangement can be based on a different physical measuring concept than the second measuring arrangement.
  • the first measuring arrangement can be designed to transmit an ultrasonic signal as a positioning signal and the second measuring arrangement can be designed to transmit an electromagnetic positioning signal, for example a radio signal, in particular a UWB radio signal, or vice versa.
  • a radio signal for example a radio signal, in particular a UWB radio signal, or vice versa.
  • the positioning system can advantageously, in particular as set out above, be designed as an ultrasonic positioning system or UWB positioning system or one or both of the aforementioned measuring arrangements can be formed with ultrasonic transmitters and ultrasonic sensors or UWB transmitters and UWB receivers.
  • at least one transmitter or one sensor is designed as an ultrasonic transmitter or ultrasonic sensor or preferably as a UWB transmitter or UWB receiver.
  • the senor is designed or carried out for an angle-of-arrival method or a determination of a direction from which the positioning signal impinges on the sensor.
  • the UWB receiver can expediently have several antennas, for example a double antenna. If one of the modules has several UWB receivers or a UWB receiver with several antennas, it is advantageous if the antennas are arranged far apart from one another on the respective module, for example opposite one another in relation to a center of the module. This can expediently be implemented for sensors formed with UWB receivers, the first and / or second measuring arrangement.
  • the first module or second module has an interaction element cover that can be opened, in particular in a controllable manner, and that covers the respective interaction element.
  • the respective interaction element can be protected from soiling.
  • at least one of the respective determination elements or the transmitter or the sensor is arranged on the respective interaction element cover, in particular rigidly connected to it, so that the respective determination element or the transmitter or sensor is located essentially above the respective interaction element, preferably its center, when the interaction element cover is closed. This has proven particularly useful when only a single transmitter or sensor is used to determine the relative position.
  • the interaction element cover can be part of the base of the respective module.
  • the interaction element cover can expediently be opened in a controllable manner in order to carry out the fine positioning.
  • one or both of the determination elements of the second measuring arrangement often the sensor, can be arranged in this way on the respective interaction cover. This can be implemented for the first module and / or second module, in particular for each transmitter and / or sensor.
  • the determination elements or transmitters or sensors are arranged on the movement device, for example, if appropriate, on the arm of the movement device. As a result, when the interaction elements approach, usually in the interaction position or for fine positioning, further measurement positions can easily be implemented.
  • the first module has a communication device which is designed to transmit a trigger signal between the communication device of the first module and a corresponding communication device of the second module in order to use the trigger signal to provide a time reference point for sending the respective positioning signal with at least one define the sender.
  • the trigger signal can be, for example, an electromagnetic signal, in particular a radio signal, light signal, laser signal or ultrasonic signal.
  • the trigger signal is an electromagnetic signal, in particular a radio signal, and accordingly the communication device is preferably designed to transmit such a signal.
  • the positioning signal is preferably transmitted essentially immediately after or at the same time as the trigger signal.
  • a time interval between the time of the trigger signal and the time of transmission of the positioning signal is less than 10 ps, in particular less than 5 ps, preferably less than 3 ps, in particular less than 2 ps.
  • a time interval of 3 ps usually corresponds to a measurement uncertainty of the relative position determination of approx. 1 mm.
  • a predetermined waiting time can also be established, after which the positioning signal is transmitted from the point in time when a trigger signal has occurred.
  • the trigger signal contains an identifier to identify the trigger signal for devices or modules or
  • the at least one sensor or the sensor elements are usually designed as surface-mounted device components (SMD components) and are usually arranged on a circuit board.
  • SMD components surface-mounted device components
  • ultrasonic sensors or ultrasonic sensor elements are implemented as ultrasonic sensors or ultrasonic sensor elements, these are preferably designed as MEMS components (Micro-Electro-Mechanical-Systems-Components). Ultrasonic sensors or ultrasonic sensor elements are preferably implemented as microphones, in particular MEMS microphones.
  • the sensor elements are designed as ultrasonic sensor elements. It is advantageous if sensors or sensor elements designed as ultrasonic sensors or ultrasonic sensor elements are arranged on a board in the first module in such a way that they are arranged on a side of the board facing away from an incoming ultrasonic signal or positioning signal in the operational state.
  • the board usually has at least one passed through the board Channel to guide an ultrasonic signal to be detected through the channel to the ultrasonic sensor or one or more ultrasonic sensor elements. In this way, both a high level of protection for the sensors and a high level of detection sensitivity can be implemented.
  • each ultrasonic sensor or ultrasonic sensor element is assigned at least one channel of its own.
  • a channel cross-section of the channel or the channel is covered or closed by an ultrasound-permeable membrane, which is preferably made hydrophobic, in order to protect the channel from contamination.
  • the membrane can be designed as a textile membrane, for example. It is useful if the membrane is waterproof. Efficient sound conduction can be achieved if the channel opens into a cavity at a channel opening facing away from the sensor element, which cavity has a larger cross section, in particular orthogonal to the longitudinal direction of the channel, than a cross section of the channel. In this way, a sound conduction with a low characteristic acoustic impedance can be achieved.
  • the cavity or cavity cross section is then preferably covered by the membrane.
  • each channel opens into such a cavity, which is preferably covered with an aforementioned membrane.
  • the membrane can be formed with or from an elastic material, for example rubber, in particular silicone rubber, or polyethylene, in particular polyethylene with a density between 0.915 g / cm 3 and 0.935 g / cm 3 , also referred to as PE-LLD or LDPE being.
  • the membrane preferably has a Shore hardness of A35.
  • the membrane usually has a thickness between 0.01 mm and 0.1 mm, preferably between 0.02 and 0.05 mm. It is practical if several, preferably all, of the channels are covered with a cover layer, the cavities being formed as incisions in the cover layer. It is then expedient if the membrane is formed with or by a part of the cover layer that delimits the cavities. This enables a robust structure with optimized sound conduction to be achieved.
  • the circuit board is usually arranged in a circuit board housing, the circuit board or the sensors for acoustic decoupling usually being arranged on or in an acoustic decoupling material, which is often made of deformable, in particular elastic, material, within the circuit board housing.
  • the acoustic Decoupling material can be formed, for example, with modeling clay, preferably industrial modeling clay. It is favorable if the acoustic decoupling material is formed with a metal-plastic composite material, in particular with metal powder embedded in plastic. For example, metal powder can be mixed with synthetic resin, usually epoxy resin. It is useful if a metal or metal powder of high density, such as tungsten, is used for this purpose.
  • the circuit board or the sensors can expediently be embedded or cast in the acoustic decoupling material.
  • the sensor or the sensor elements can be arranged on or within a module housing or a module housing wall of a respective module.
  • the sensor or the sensor elements are at least partially, in particular completely, arranged within a module housing of a respective module or are integrated into the module housing or the module housing wall. It is practical if the circuit board is arranged within a module housing of the respective module, the channels or membranes usually connecting to at least one feed-through opening of the module housing in order to conduct ultrasonic signals through the feed-through opening into the channels. Alternatively, it can be provided that the ultrasonic sensor or the ultrasonic sensor elements are arranged integrated into the module housing in such a way that the membrane forms part of an outer surface of the module or module housing.
  • each channel is preferably assigned its own lead-through opening. It has proven useful if a feed-through opening has a cross-sectional diameter of 1 mm to 5 mm, preferably 1.5 mm to 3 mm, in particular approximately 2 mm.
  • the lead-through opening has a length of 1 mm to 5 mm, in particular 2 mm to 4 mm, preferably about 3 mm. With such dimensions, a very efficient sound conduction can be implemented with a robust design at the same time.
  • the feed-through opening can expediently be closed with a metal grille, in particular a fine-meshed metal grille, in order to repel dirt.
  • the metal grille is preferably designed or has lattice parameters or lattice constants such that acoustic reflection is avoided.
  • sealing elements between the module housing and the circuit board, which surround openings in the feed-through openings and / or openings in the channels in order to ensure that the module housing is tight, in particular soundproof, against the circuit board.
  • the sealing elements are preferably designed in such a way that the circuit board is flat on the module housing. It is favorable for good sound conduction if channels and passage openings have a circular cross section or are cylindrical.
  • the circuit board it is expedient for the circuit board to be fastened between the module housing in such a way that the mounting gap or assembly cavity formed as a result of the fastening is formed between the circuit board and the module housing.
  • a surface of the circuit board preferably rests against a surface of the housing without any gaps.
  • the membrane is designed to be watertight, if one or more drainage channels are present between the module housing wall and the membrane in order to divert water that has penetrated via the drainage channels, in particular to divert it away from the membrane. In this way, the ability to use it in poor weather conditions, in particular rain, can be increased.
  • cover elements are present with which one or more of the transmitters or sensors or their measurement openings can be covered.
  • Cover elements can for example be designed as flaps or sliding elements. It has proven useful if one or more of the transmitters or sensors are arranged on an extension element that can be extended from an extension base, so that the transmitters or sensors can be operated when the extension element is extended and the transmitters or sensors can be operated when the extension element is retracted. Sensors or their measuring openings are covered by the extendable base. In this way, transmitters or sensors can be extended as required and are protected from contamination when they are retracted.
  • extension base can be formed by a section of a module housing of the first or second module or in one such be integrated. It is practical if the extension element can be extended vertically from the extension base, preferably the module housing or module housing section.
  • the at least one ultrasonic transmitter is formed with a piezo element, which is usually arranged in a metal housing.
  • the ultrasonic transmitter is usually an encapsulated metal cylinder. It is practical if the ultrasonic transmitter has a diameter of 5 mm to 20 mm, in particular 8 mm to 15 mm, typically about 14 mm or about 10 mm.
  • the ultrasonic transmitter is preferably connected to the communication device of the respective module, so that an ultrasonic signal can be emitted with the ultrasonic transmitter as a function of a trigger signal transmitted between the communication devices of the modules. In order to achieve the same oscillation of the possibly several ultrasonic transmitters, it is advantageous if several, preferably all, ultrasonic transmitters are electrically connected in the same way.
  • the ultrasonic transmitter is arranged integrated into the module housing of the respective module, the ultrasonic transmitter preferably being acoustically decoupled. This can be implemented by connecting the ultrasonic transmitter to the module housing via a deformable, in particular elastic, decoupling material.
  • the decoupling material can be formed, for example, with silicone or rubber, and in particular enclose the ultrasonic transmitter along a circumference of the ultrasonic transmitter.
  • ultrasonic transmitters are provided on the first module and / or the second module, it is practical if they are spaced apart from one another by 2 cm to 20 cm, preferably 5 cm to 10 cm, mostly about 7 cm. It is favorable if the ultrasonic sensor elements of the at least one ultrasonic sensor are each at a distance of 3 mm to 20 mm, in particular 4 mm to 10 mm, preferably about 6 mm, from the closest ultrasonic sensor element of the ultrasonic sensor.
  • the choice of the distance is based on the fact that an increase in the distance is associated with a reduction in spatial measurement uncertainties when determining a relative position, but at the same time with an increase in temporal measurement uncertainties when detecting and evaluating Arrival times of the positioning signal is connected, in particular since signal shapes detected with the ultrasonic sensor elements have a high degree of similarity at small distances.
  • the wavelength of the ultrasonic signal is usually 8 mm, so that a phase shift of the with the Ultrasonic sensor elements detected ultrasonic signal is only a fraction of a period, whereby a low-error and easy to implement evaluation can be implemented.
  • the at least one sensor or the sensor elements are circuit-technically coupled to an analog-digital converter, an adjustable amplifier circuit preferably being arranged between the sensor and the analog-digital converter in order to generate large signal amplitudes.
  • the first and / or second module has an evaluation unit or is connected to one in the operational state in order to use it to calculate a respective relative position based on the detected positioning signal or its arrival time, in particular taking into account the time defined with the trigger signal , in particular in accordance with an evaluation method already presented above in the method section.
  • the evaluation unit usually has a computer device or a microcontroller which is designed to carry out the corresponding evaluation method or the corresponding evaluation steps and, in particular, to calculate the relative position.
  • a simple evaluation can be achieved if the calculation or determination of the respective relative position is based on a transit time determination of the positioning signal detected with the respective sensor or sensor element.
  • the transit time of the positioning signal can be calculated with the arrival time of the positioning signal at the sensor or sensor element and the sending time of the positioning signal at the corresponding transmitter, the sending time being given on the basis of the time defined with the trigger signal.
  • the evaluation unit is usually formed with a microprocessor.
  • the first module has a communication unit in order to transmit data, in particular ascertained data relating to the detected positioning signal and / or the ascertained relative position, with the communication unit to an external evaluation unit and / or control unit, for example an evaluation unit and / or control unit of the first device, second device, in particular an electric vehicle, and / or second module.
  • the communication unit is preferably designed to carry out wireless communication, for example on the basis of Bluetooth and / or WLAN and / or UWB. If UWB determining elements are used to determine the relative position, it is practical if the communication unit is designed to communicate via a UWB determining element or by UWB radio transmission.
  • the communication unit can in particular be designed to communicate with an electric vehicle or its communication system. In particular, information relating to a current operating state of the first module or a device, such as a charging device to which the first module is connected, and / or the energy exchange process can be transmitted to the electric vehicle.
  • the respective determined relative position can advantageously be transmitted with the communication unit to a control unit of the first and / or second device, in particular an electric vehicle with a second module, so that the device or electric vehicle can control and adjust its movement and / or functionality accordingly. It is favorable if an antenna configuration, in particular the number of antennas and / or antenna position, for example of the respective module or the UWB determining elements, is transmitted with the communication unit, for example to the respective other module or device.
  • the communication unit and the communication device can be implemented with the same component.
  • a vehicle or electric vehicle as the first or second device.
  • the interaction elements are designed as contacting elements, it is advantageous if the first interaction element is contacted with the second interaction element using a coupling device which is designed to connect the two interaction elements positively and / or non-positively, in particular releasably.
  • the coupling device can expediently be formed in that one of the interaction elements has a coupling plug and the other interaction element has at least one coupling receptacle corresponding in shape to the coupling plug in order to connect or non-positively interconnect the interaction elements with at least partial, preferably complete, insertion of the coupling plug into the coupling receptacle . to contact. It is preferred if a non-positively releasable connection is established with form-fitting contact.
  • a latching mechanism is provided so that the coupling plug releasably latches into the coupling receptacle when it is inserted into the coupling receptacle, preferably depending on the relative application of force between them. It is useful if a spring element is provided for the non-positive or locking connection in order to establish the non-positive or locking connection in a simple manner and to release it again.
  • a pressure means can be present to control the frictional or locking connection produced by the spring, wherein the pressure means is preferably controlled or activated and in particular deactivated depending on a contact force or force load between the coupling plug and coupling receptacles in order to to establish or loosen the connection that can be brought about with the spring.
  • the spring or the pressure medium can be arranged on the coupling plug or the coupling receptacle. For a practicable connection, it is advantageous if the coupling device is designed to be self-centering.
  • At least one outer surface of the coupling plug that comes into contact with the coupling receptacle is designed with a shape corresponding to a guide surface of the coupling receptacle that, if the coupling plug is not completely aligned when they are connected, the coupling plug from the guide surface of the coupling receptacle into the intended contact position to be led.
  • the guide surface of the coupling receptacle usually denotes that surface of the coupling receptacle which, when the coupling plug is inserted into the coupling receptacle, causes the coupling plug to be positively received.
  • the coupling plug has an outer surface and the coupling receptacle has a guide surface which, in particular at least in sections, are designed as a rotational surface with an axis of rotation in the direction of an insertion direction of the coupling plug, preferably at least in sections essentially conical, in particular as the outer surface of a cone or truncated cone .
  • a connecting area of the coupling plug is designed to taper coaxially in the insertion direction.
  • the connecting area of the coupling plug can be designed, for example, as a cone or conically tapering, hemispherical or pyramid-shaped.
  • one end of the connecting area of the coupling plug is blunt or has a blunt tip.
  • the coupling receptacle generally has a shape corresponding to this in order to at least partially insert the coupling plug into the coupling receptacle. It is preferred if the coupling plug can be inserted into the coupling receptacle independently of rotation in relation to an insertion axis.
  • the coupling device or the coupling plug and the coupling receptacle or their structural design as well as their form-fitting or non-positive connection and in particular the latching mechanism according to document WO 2016/119001 A1 the disclosure of which herewith in particular with regard to the design of the plug connection are fully included.
  • a reverse design is also possible, since the exact position of the plug is not important. This also applies in particular to an arrangement with a plurality of contacting points and a plurality of coupling receptacles, which are also preferably designed in accordance with the document WO 2016/119001 A1.
  • the coupling plug and / or the coupling receptacle has at least one contact point, the at least one contact point being able to be activated after the coupling plug has been positioned in the coupling receptacle to establish an energy-conducting, in particular electrically conductive, connection or an energy exchange.
  • the coupling receptacle are preferably designed according to the document WO 2016/119001 A1.
  • a plurality of contacting points can also be provided, for example three, five or seven contacting points.
  • an energy-conducting connection can be established by moving the contacting points in order to start an energy exchange process .
  • the shifting of the contacting points can take place, for example, by holding them under spring force in a position which is released after the above-mentioned positive connection of the coupling plug and coupling receptacle, so that the contacting points are shifted by the spring force in order to establish the energy-conducting contact.
  • a spring piece can be provided for this purpose in order to actuate the contacting points.
  • the spring piece can be the aforementioned spring.
  • the contacting points are only shifted when a minimum force is reached with regard to the adjustment of the coupling element to the coupling receptacle.
  • a force sensor can be provided to measure the contact force.
  • the force sensor can be arranged on the carrier for one of the interaction elements. It is favorable if the contacting points are formed with displaceable contacting bodies, which in a first position in the outer surface of the coupling plug or
  • the guide surface of the coupling receptacle is sunk and in a second position they are arranged so as to protrude in order to produce an energy-conducting connection by moving the contacting body.
  • the contacting point of the coupling plug usually couples to a counterpart on the coupling receptacle in order to establish an energy-conducting connection, and vice versa.
  • the counterpart can be designed as a contacting layer with which the contacting point forms a press connection.
  • the cross-section of the contact-making points can be adapted to a desired transmission power via the contact-making points. If high transmission powers are required, their cross-section is correspondingly larger.
  • the contacting point can be designed as a ring, for example a copper ring, which has a ring thickness of 0.5 mm to 2.0 mm.
  • the corresponding remote station can be varied accordingly. It is also possible that an outer diameter of the ring shape or of the copper ring is constant and the ring thickness is changed by varying the inner diameter.
  • the contacting points can expediently be varied in terms of the maximum plug-in depth, which provides a further possibility for power adjustment. A maximum power is defined by the module with the lower transmittable power. This enables adapted energy exchange scenarios or charging scenarios.
  • the contacting points or rings are preferably arranged coaxially to one another, it being possible for a distance between two contacting points or opposing points to vary.
  • a coaxially tapering region of the coupling plug is inserted positively into the coupling receptacle and, in particular, is connected in a non-positive manner, after which at least one contact body of the coupling plug is released from the first position within it and in a second position protruding from the contact plug is pushed in order to connect the contact body of the coupling plug to at least one contact layer of the coupling receptacle.
  • the contact body of the coupling plug is arranged within the same in the first position.
  • the coupling device is formed with a plurality of the aforesaid coupling receptacles which, in particular, are arranged, preferably directly, next to one another, forming a coupling receptacle arrangement, the coupling plug being insertable into each of the coupling receptacles in order to establish contact.
  • the coupling receptacles are each arranged in a polygonal, in particular in a hexagonal, cell. This enables a close-packed arrangement.
  • a contacting plate with a large number of coupling receptacles arranged directly next to one another can advantageously be implemented.
  • the interaction elements preferably if the interaction elements are designed for contacting, it has proven useful if an energy transfer takes place, in particular is enabled, as a function of a measurement result of a measurement with the magnetic sensor. It is favorable if an aforementioned contacting point can be activated as a function of the measurement result of the magnetic sensor. It is useful if the coupling plug has the magnetic sensor and the coupling receptacles have the magnet, or vice versa.
  • the magnetic measuring device is designed in such a way that the magnetic sensor detects a form-fitting insertion of the coupling plug into the coupling receptacle and an energy transfer or activation of contacting points can be controlled as a function thereof.
  • the modules are usually each connected to an energy source or an energy storage device of the respective device, so that energy or energy is generated via the respective interaction elements. Power can be exchanged between them.
  • electrical energy or electrical power is exchanged between the devices, with electrical energy or electrical power being transmitted via the interaction elements in the contacted state.
  • a contact then accordingly denotes an electrical contact or a connection of the interaction elements an electrically conductive connection.
  • one of the modules or its interaction element is usually connected in an electrically conductive manner to an electrical energy source or electrical voltage source and the other module or its interaction element is electrically conductively connected to an electrical energy store, such as an accumulator.
  • energy exchange is also referred to as electrical charging, in particular if the first device is designed as a charging device or charging robot and the second device is designed as an electric vehicle with an accumulator.
  • a positioning process or parking of an electric vehicle at a charging device can be precisely controlled according to the determined relative position, usually a plurality of determined relative positions, in order, for example, to carry out energy transfer or charging with or via the interaction elements.
  • the positioning system can advantageously be designed in accordance with the features, advantages and effects which are described for a positioning system in this document, in particular in the context of the above method for interaction. It is usually provided that the positioning system comprises one or more sensors and / or one or more transmitters in order to transmit a positioning signal between at least one transmitter and at least one or more sensors.
  • a second measuring arrangement in particular the aforementioned second measuring arrangement described in this document, can advantageously be present in order to control the approach of the devices or modules to one another. It has proven itself when several second measuring arrangements are formed when the devices or modules approach. As a rule, the determination elements of the second measuring arrangement are rigidly connected to the base of the respective module.
  • the interaction elements are designed to carry out a contactless, in particular inductive, energy transfer in the interaction position. This allows electrical energy or electrical power in particular easily and practically transmitted between the modules or devices via the interaction elements, as stated above in the context of the further procedure.
  • this further first module is also designed in accordance with or analogously to the features, advantages and effects which are described in the context of one of the methods, in particular the further method, for interaction and a first module or second module or module systems or can be implemented. The same also applies to the methods for interaction and the second module or the module systems with regard to the first modules described.
  • a charging device for electrically charging an electric vehicle having a first module, the first interaction element of the first module being connected to an electrical energy supply source, in particular an electrical voltage source, in order to approach or contact the first in the interaction position Interaction element to transmit electrical energy to or with a second interaction element of a second module of an electric vehicle via the interaction elements to the electric vehicle or its electrical energy storage device.
  • an energy transfer can take place without contact, for example inductively, via the interaction elements and / or with contacting the interaction elements.
  • an energy exchange process or charging process can be carried out practically and safely.
  • the charging device can be, for example, a charging station or a charging robot.
  • the first module has all the functionalities of a wall charging station, whereby an in-cable control box (ICCB, In-Cable Control and Communication Box) can be present in order to fulfill a security and communication function to control the charging process and, in particular, a given one Control utilization.
  • ICCB In-Cable Control and Communication Box
  • a second module of an interaction system for interaction between a first device, having a first module, and a second device having the second module, the first module having a first interaction element and the second module having a second interaction element after taking an interaction position of the devices for the rough positioning of the interaction elements to move the interaction elements for a fine positioning of the interaction elements relative to each other, in particular to approach each other in order to interact with each other, wherein at least one second determination element is fixed in position or rigidly connected to the second interaction element in order to fine positioning in the interaction position to enable a first measuring arrangement with at least one corresponding first determination element connected in a fixed position or rigidly to the first interaction element, wherein one of the determination elements is designed as a transmitter and the other determination element is designed as a sensor in order to control the fine positioning between a relative position in the interaction position to determine the first interaction element and the second interaction element, in particular for their approach.
  • the second module can basically have the same or analogous features and corresponding effects and properties as the first module. Depending on the application, it can be useful to design the first module and the second module differently.
  • the second module can be designed or implemented in accordance with or analogously to the features, advantages and effects which are described in particular in the context of a method for interaction, preferably for energy exchange, and of a first module, in particular above. The same also applies to the method for interaction, preferably for energy exchange, as well as the first module with regard to a second module described in particular below.
  • the second module can be designed in accordance with the second module of the first and / or second measuring arrangement, in particular set out above.
  • both the second determination element and the fourth determination element are designed as transmitters, in particular ultrasonic transmitters.
  • the second module has at least two transmitters, in particular ultrasonic transmitters or UWB transmitters, and / or at least two sensors, in particular ultrasonic sensors or UWB receivers, which are each arranged at a distance from one another on the second module. In this way, an orientation of the first module relative to the second module can be determined in a simple manner.
  • the second module has a communication device which is designed to transmit a trigger signal between the communication device of the second module and a corresponding communication device of the first module in order to use the trigger signal to provide a time reference point for the transmission of the positioning signal to define with at least one of the transmitters.
  • This enables a precise runtime measurement of the positioning signal, in that a transmission time of the positioning signal can be precisely defined by the trigger signal.
  • the second module has an evaluation unit, in particular corresponding to that of the first module, or is connected to one in order to evaluate sensor data determined with it or, in particular, to carry out a relative position determination.
  • the second module can have a communication unit, in particular corresponding to that of the first module, in order to transmit data, in particular ascertained data relating to a detected positioning signal and / or the ascertained relative position, with the communication unit to an evaluation unit and / or control unit, for example an evaluation unit and / or control unit of the first device, second device and / or first module.
  • An electric vehicle having a second module is advantageously present, the second interaction element of the second module being electrically connected to an energy store, in particular a storage battery, so that in the interaction position the second interaction element is approached or contacted relative to or with a first Interaction element of a first module electrical energy or electrical power can be transmitted with or via the interaction elements to the energy store.
  • an energy exchange process or charging process can be carried out practically and safely.
  • the further aim is achieved according to the invention by a modular system of the type mentioned at the beginning, if a positioning system is provided which is designed to control the fine positioning, in particular an approach of the first interaction element to the second interaction element, to determine a relative position between the interaction elements.
  • a positioning system is provided which is designed to control the fine positioning, in particular an approach of the first interaction element to the second interaction element, to determine a relative position between the interaction elements.
  • a modular system for interaction between a first device comprising a first module with a first interaction element, and a second device, comprising a second module with a second interaction element, is present, wherein after taking an interaction position of the devices for positioning the Interaction elements, the interaction elements are designed to interact with one another, wherein a positioning system is provided which is designed to control an approach of the devices or modules to determine at least one relative position between the devices or modules to take the interaction position.
  • a positioning system is provided which is designed to control an approach of the devices or modules to determine at least one relative position between the devices or modules to take the interaction position.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first module in a perspective view
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a second module in a perspective view
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the first module from FIG. 1 in a side view
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of an ultrasonic sensor in a cross section in a perspective view
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a first module with positions of a UWB determination element
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a second module with positions of a UWB determining element.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first module 1, which is designed as part of a charging robot, in order to carry out an electrical energy exchange or electrical charging between the charging robot and an electric vehicle, which has a second module 16 corresponding to the first module 1.
  • the first module 1 has a first interaction element 2, which can be guided to a second interaction element 17 of the second module 16 of the electric vehicle for fine positioning in an energy exchange position or charging position as an interaction position, in order to transfer electrical energy between the first via the interaction elements 2, 17 To transfer module 1 and the second module 16 or the charging robot and the electric vehicle.
  • the first interaction element 2 is usually coupled to an electrical voltage source and the second interaction element 17 to an accumulator of the electric vehicle, so that an electric charging of the electric vehicle can be carried out by contacting the first interaction element 2 with the second interaction element 17.
  • the second module 16 is preferably arranged on an underside of the electric vehicle, usually on its floor surface, in order to enable the electric vehicle to be charged from the floor. In this way, the charging process can be protected from the weather and, in particular, at a distance from users of the electric car carried out so that unintentional user interactions can be avoided. Accordingly, it is useful if the first interaction element 2 is arranged on an upper side of the first module 1 and the second module 16 is arranged on a floor surface of the electric vehicle, the second interaction element 17 being positioned in the direction of the floor, as can be seen in FIG. 2 and FIG. 3. In this way, the first module 1 and the second module 16 form a module system for an energy exchange.
  • An energy exchange process or charging process between the charging robot and the electric vehicle can be carried out by arranging the electric vehicle in a rough positioning to take the energy exchange position above the second module 16, so that the first interaction element 2 and second interaction element 17 are positioned essentially vertically one above the other.
  • the first module 1 has a movement device 3, which is connected on the one hand to a base 4 of the first module 1 and on the other hand to the first interaction element 2 in order to fine-position the first interaction element 2 with the movement device 3 relative to the base 4 for the second interaction element 17 to guide and contact.
  • the movement device 3 is designed to move the first interaction element 2 essentially vertically relative to the base 4 and preferably also in the horizontal direction. This enables a practicable contact.
  • the movement device 3 can be formed, for example, with a movable arm or a lifting device that is horizontally displaceable on the base 4.
  • the first interaction element 2 has a coupling plug and the second interaction element 17 has a coupling receptacle corresponding in shape to the coupling plug in order to establish a positive and / or non-positive connection between them by inserting the coupling plug into the coupling receptacle and to contact the first interaction element 2 with the second interaction element 17.
  • the coupling plug expediently has a conically tapering section which can be inserted into a shape-corresponding conical recess of the coupling receptacle in order to establish the connection. In this way, the connection is implemented independently of rotation and in a self-centering manner.
  • a positioning system which, on the one hand, is used for rough positioning when the Electric vehicle enables a relative position between the electric vehicle and the charging robot to be determined by the charging robot for taking the energy exchange position, and on the other hand, for fine positioning in the charging position for an approach of the first interaction element 2 to the second interaction element 17, a determination of a relative position between these enables.
  • both the approach of the electric vehicle to the charging robot and the subsequent contact between the first interaction element 2 and the second interaction element 17 can be carried out in a precisely controlled manner. Potential misalignments or incorrect positioning can thus be detected and avoided at an early stage.
  • a first measuring arrangement for fine positioning is formed with a first ultrasonic sensor 5 connected to the first interaction element 2 in a fixed position and a first ultrasonic transmitter connected to the second interaction element 17 in a fixed position 18 provided in order to transmit an ultrasonic signal as a positioning signal between them and to detect it with the first ultrasonic sensor 5.
  • the relative position can be determined on the basis of the transit time of the ultrasonic signal. Due to the fixed connection of the first ultrasonic sensor 5 to the first interaction element 2, the first ultrasonic sensor 5 is moved along with it when the first interaction element 2 is moved, which enables a precise determination of the relative position between the first interaction element 2 and the second interaction element 17.
  • the first ultrasonic sensor 5 is arranged as close as possible to the first interaction element 2 or the first ultrasonic transmitter 18 is arranged as close as possible to the second interaction element 17.
  • the first ultrasonic sensor 5 is arranged, for example, directly next to the first interaction element 2 on a carrier of the movement device 3 holding the first interaction element 2.
  • the first ultrasound transmitter 18 is also positioned near the second interaction element 17, as can be seen in FIG. 2.
  • a second measuring arrangement is formed with a fixed position with the base 4 of the first Module 1 connected to the second ultrasonic sensor 6 and a second ultrasonic transmitter 19 arranged in a fixed position on the second module 16 in order to transmit an ultrasonic signal as a positioning signal between the first module 1 and the second module 16 and to detect it with the second ultrasonic sensor 6.
  • the second ultrasonic transmitter 19 of the second measuring arrangement can also be formed with the first ultrasonic transmitter 18, or vice versa.
  • the second ultrasonic sensor 6 of the first module is arranged on the base 4 of the first module 1 in such a way that it is oriented in the direction of the approaching electric vehicle in order to detect the transmitted positioning signal as precisely as possible. Accordingly, the second ultrasonic sensor 6 according to FIG. 1 is arranged, for example, on a front side of the first module 1.
  • a relative position determination based on a radio signal transmission can be implemented, preferably by means of UWB determination elements, i.e. at least one UWB transmitter 24, 25 and at least one UWB receiver 22, 23, between which a UWB radio signal is transmitted as a positioning signal .
  • a UWB radio signal can be transmitted within the framework of the first measurement arrangement between at least one first UWB transmitter 24 and at least one first UWB receiver 22 or within the second measurement arrangement between at least one second UWB transmitter 25 and at least one second UWB receiver 23 .
  • the second module 16 has at least one further ultrasound transmitter, which is spaced apart from the other ultrasound transmitter, usually at a distance between 2 cm and 20 cm , in particular 5 cm and 10 cm, is arranged. In this way it is possible to determine an orientation of the vehicle by determining the relative position of the first Ultrasonic transmitter 18 and positioning signals emitted by the second ultrasonic transmitter 19 are carried out. If the second module 16 has only a single ultrasonic transmitter, this should be arranged in the area of a center point, in particular in a geometric centroid, of the second interaction element 17 or the coupling receptacle in order to enable precise fine positioning.
  • the geometric centroid usually relates to a cross section orthogonal to a contacting direction of the second interaction element 17 relative to the first interaction element 2 in the interaction position or loading position.
  • a trigger signal is transmitted between the first module 1 and the second module 16 in order to use the trigger signal to define a time reference point for transmitting the respective positioning signal.
  • the first module 1 and / or second module 16 expediently has a communication device or is connected to such a communication device, for example a communication device of the charging device or the electric vehicle, in order to transmit a trigger signal between the first module 1 and second module 2.
  • the trigger signal is usually a radio signal. It has proven useful if the respective positioning signal is emitted with the first ultrasonic transmitter 18 or second ultrasonic transmitter 19 immediately after transmission, that is to say practically at the same time.
  • the point in time of the trigger signal corresponds to the point in time when the positioning signal was sent out, so that the transit time of the positioning signal can be determined by determining an arrival point in time of the positioning signal at the first ultrasonic sensor 5 or second ultrasonic sensor 6.
  • the fine positioning and / or rough positioning can be implemented with UWB determination elements, with a UWB transmitter or UWB receiver being used in an analogous manner instead of the respective ultrasonic transmitter 18, 19 or respective ultrasonic sensor 5, 6, with a UWB as the positioning signal Radio signal is transmitted between them.
  • one of the interaction elements also has a magnetic sensor, in particular a Hall sensor, and the other interaction element a magnet, wherein the magnetic sensor is designed to detect a presence, alignment and / or a distance from the magnet when the interaction elements are relatively approaching.
  • the first ultrasonic sensor 5 and second ultrasonic sensor 6 are each formed with a plurality of ultrasonic sensor elements 7 spaced apart in a defined manner, each of the ultrasonic sensor elements 7 detecting the positioning signal in order to determine its time of arrival.
  • This can be implemented in an analogous manner with UWB determination elements, in that the first UWB receiver 22 or second UWB receiver 23 is designed with several antennas for receiving the positioning signal or several defined spaced first UWB receivers 22 or second UWB Receiver 23 are provided, each of the antennas or each of the respective UWB receivers 22, 23 detecting the positioning signal.
  • a so-called burst signal is generally used as the positioning signal, which is usually an oscillation signal extending over several periods, usually with a fixed frequency, and a first signal section with increasing amplitudes of the oscillations.
  • the first ultrasonic sensor 5 and the second ultrasonic sensor 6 of the first module 1 can expediently each be designed with three, preferably four, ultrasonic sensor elements 7.
  • 4 shows a perspective cross section of a corresponding ultrasonic sensor arranged on a module housing with four ultrasonic sensor elements 7.
  • the ultrasonic sensor elements 7 are preferably arranged in one plane, with at least three of the ultrasonic sensor elements 7 being arranged in an L-shape. In this way, a particularly practicable evaluability or calculation of the relative position between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic sensor can be implemented.
  • FIGS. 5 and 6 show schematic representations of a first module 1 and a second module 16 in a perspective view.
  • the first module 1 and second module 16 can be designed corresponding to the first module 1 and second module 16 of FIGS. 1 and 2, respectively.
  • Fig. 5 and Fig. 6 are further advantageous positions for an arrangement of UWB determining elements, i.e. UWB receivers 22, 23 or UWB transmitters 24, 25 for fine positioning or coarse positioning, which are in addition or as an alternative to those shown in FIG. 1 based on ultrasonic sensors 5, 6 or ultrasonic transmitters 18, 19 described positions of transmitters or sensors can be advantageous.
  • the positions can represent alternative possibilities for arranging a single or multiple UWB determination elements or their antennas on the respective module 1, 16.
  • the respective UWB determining element 22, 23 is connected to the respective interaction element 2, 17 in a fixed or rigid manner for fine positioning.
  • the first UWB receiver 22 can be arranged directly next to the first interaction element 2 and the first UWB transmitter 24 directly next to the second interaction element 17, or vice versa.
  • the respective first UWB determination element i.e. the first UWB receiver 22 or first UWB transmitter 24, is arranged within the respective interaction element 2, 17, preferably in a cross section through the respective interaction element 2, 17 in a central area of the respective interaction element 2, 17.
  • one or more second UWB receivers 23 are arranged in a fixed position with the base 4 of the first module 1 on the first module 1 and one or more second UWB transmitters 25 on the second module 16.
  • the second UWB receivers 23 can also be arranged on the second module 16 and the second UWB transmitters 25 on the first module 1 in an analogous manner.
  • the second UWB transmitter 25 of the second measuring arrangement can be formed with the first UWB transmitter 24 of the first measuring arrangement, or vice versa.
  • the first module 1 or second module 16 has an interaction element cover 20, 21, which can be opened, in particular in a controllable manner, and which covers the respective interaction element 2, 17.
  • the interaction element cover 2, 17 can usually be opened in a controllable manner in order to carry out the fine positioning.
  • the second UWB receiver 23 or second UWB transmitter 25 is arranged on the interaction element cover 20, 21 of the first module 1 or second module 16, so that the second UWB receiver 23 or second UWB transmitter 25 with the interaction element cover 20, 21 closed, each over the respective Interaction element 2, 17, preferably its center, is located. Such positioning has proven particularly useful when only a second UWB receiver 23 or second UWB transmitter 25 is present on the respective module 1, 16.
  • further second UWB receivers 23 or second UWB transmitters 25 can be present on the respective module 1, 16.
  • a further, second UWB receiver 23 or second UWB transmitter 25 is present as part of an electronic control unit for controlling the respective module on the respective module 1, 16.
  • the UWB determination elements in particular the UWB receivers 22, 23 or their antennas, are spaced as far apart from one another as possible.
  • a plurality of second UWB receivers 23, distributed around the first interaction element 2, usually opposite one another, can expediently be arranged on the first module 1. It goes without saying that, as a rule, the positioning of the UWB determining elements relates to their antennas via which the positioning signal is sent or received.
  • the UWB determination element can be one of the UWB transmitters 24, 25 or UWB receivers 22, 23. This is shown by way of example in FIG. 5 as an enlarged illustration of the UWB receiver 23 arranged on the interaction cover 20.
  • the UWB receiver 23 has a control module 26 and several antennas 27 controllably connected to the control module for transmitting the positioning signal, the antennas being arranged along a circumference around the control module 26, in particular in a star shape or cross shape. It is advantageous if the antennas 27 are separated from one another as far as possible.
  • the UWB receiver 23 can expediently have a switchover unit in order to activate one or more of the antennas 27, in particular selectively controllable, for a transmission of the positioning signal.
  • the antennas 27 can be operated, in particular controlled, alternately in order to receive a positioning signal in each case.
  • the antennas 27 can be connected to the control module 26 such that they can be transmitted by means of flexible printed circuit boards.
  • the antennas 27 can be attached to a circuit board by a Antenna structure be formed. Alternatively, a design of the antennas 27 as ceramic antennas has proven successful. It is useful if several of the UWB receivers 22, 23 or UWB transmitters 24, 25 are designed in this way.
  • a respective relative position of the coarse positioning and / or fine positioning is usually determined with an evaluation unit having a microprocessor.
  • the evaluation unit can be part of the first module 1 and / or second module 2 or be connected to them.
  • the measurement signals representing the positioning signal measured with the ultrasonic sensor elements 7 or antennas can be analyzed.
  • an arrival time is often determined using one of the measurement signals and, taking into account the sending time of the positioning signal or the time of the trigger signal, an absolute transit time of the positioning signal is determined and the relative position is calculated taking into account the transit time differences of the other measurement signals.
  • a corresponding formula for an evaluation in this regard is given above, for example, in the general part of the description.
  • the transit time differences can be determined practically by evaluating phase shifts between the measurement signals of the ultrasonic sensor elements 7.
  • a customary general evaluation routine usually comprises one or more, in particular all, of the following evaluation steps, preferably in the order given:
  • An evaluation step of a plausibility check in which arrival time differences between the measurement signals are compared with the maximum possible arrival time differences in terms of construction in order to detect faulty measurement signals, in particular faulty shifts by a period.
  • execution routine shown above and its evaluation steps are in particular not to be regarded as limited to the exemplary representation of the exemplary embodiments, but can generally be used in connection with the above-described, in particular according to the invention, method for interaction, preferably for energy exchange, first module, second module and module system.
  • relative positions between the charging robot and the electric vehicle can be determined for the rough positioning when the vehicle approaches the charging robot to take the energy exchange position in order to control the approach and placement of the electric vehicle and also after the subsequent placement of the electric vehicle in the energy exchange position for the Fine positioning Relative positions between the first interaction element 2 and the second interaction element 17 are precisely determined and thus an approach of the first interaction element 2 to the second interaction element 17 can be precisely controlled in order to contact them.
  • a charging process for an electric vehicle can be monitored, controlled and preferably carried out in an automated, practicable and safe manner.
  • an approach of the electric vehicle to the charging robot or a charging station in order to place the electric vehicle in the energy exchange position for charging can be based on the determined
  • Relative positions between these are carried out in a controlled manner, so that the control and placement of the electric car at the charging station can also be carried out practically and safely. Since a first measuring arrangement and a second measuring arrangement with different task-specific positions of the first ultrasonic sensor 5 or first UWB transmitter 22 and the second ultrasonic sensor 6 or second UWB receiver 23 are provided specifically to solve these tasks, a high level of security and low error rates is achieved the relative position determinations made possible.
  • first ultrasonic sensor 5 and the second ultrasonic sensor 6 are each formed with an arrangement of several ultrasonic sensor elements 7 or the first UWB receiver 22 and second UWB receiver 23 are formed with several antennas 27, a high level of accuracy or .Precision of the relative position determination is ensured and thus a high level of security can be achieved in the utilization of this for a control.
  • a fully automatic charging process of an electric vehicle is made possible from the approach of the vehicle to the charging station up to the execution of the charging.

Abstract

The invention relates to a method for interaction, more particularly energy exchange, between a first device, such as a charging apparatus, and a second device, such as an electric vehicle, wherein the first device comprises a first module (1) having a first interaction element (2) and the second device comprises a second module (16) having a second interaction element (17), and wherein, after the devices have assumed an interaction position for rough positioning of the interaction elements (2, 17), the interaction elements (2, 17) are moved relative to each other for fine positioning of the interaction elements (2, 17) in order for said elements to interact with each other, characterized in that, for the control of the fine positioning, a relative position between the interaction elements (2, 17) is determined by means of a positioning system. The invention also relates to a method for controlling an approach of the devices by means of such a positioning system. The invention additionally relates to a first module (1) for carrying out said method and to a module system comprising such a first module (1) and second module (16).

Description

Verfahren zur Interaktion, insbesondere zum Energieaustausch, zwischen einem ersten Gerät und einem zweiten Gerät sowie erstes Modul und zweites Modul hierzu Method for interaction, in particular for exchanging energy, between a first device and a second device and a first module and a second module for this purpose
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Interaktion, insbesondere zum Energieaustausch, zwischen einem ersten Gerät, wie einer Ladeeinrichtung, und einem zweiten Gerät, wie einem Elektrofahrzeug, wobei das erste Gerät ein erstes Modul mit einem ersten Interaktionselement und das zweite Gerät ein zweites Modul mit einem zweiten Interaktionselement aufweist, wobei nach Einnahme einer Interaktionsposition der Geräte zur Grobpositionierung der Interaktionselemente die Interaktionselemente für eine Feinpositionierung der Interaktionselemente relativ zueinander bewegt, insbesondere einander angenähert, werden, um miteinander zu interagieren. The invention relates to a method for interaction, in particular for exchanging energy, between a first device, such as a charging device, and a second device, such as an electric vehicle, the first device having a first module with a first interaction element and the second device having a second module with a having second interaction element, wherein after taking an interaction position of the devices for coarse positioning of the interaction elements, the interaction elements for a fine positioning of the interaction elements are moved relative to one another, in particular moved closer to one another, in order to interact with one another.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein erstes Modul eines Modulsystems zur Interaktion, insbesondere zum elektrischen Energieaustausch, zwischen einem ersten Gerät, wie einer Ladeeinrichtung, mit dem ersten Modul, und einem zweiten Gerät, wie einem Elektrofahrzeug, mit einem zweiten Modul, wobei das erste Modul ein erstes Interaktionselement und das zweite Modul ein zweites Interaktionselement aufweist, wobei nach Einnahme einer Interaktionsposition der Geräte zur Grobpositionierung der Interaktionselemente das erste Interaktionselement für eine Feinpositionierung der Interaktionselemente relativ zum zweiten Interaktionselement bewegbar ist, um mit dem zweiten Interaktionselement zu interagieren. The invention also relates to a first module of a modular system for interaction, in particular for the exchange of electrical energy, between a first device, such as a charging device, with the first module, and a second device, such as an electric vehicle, with a second module, the first module a first interaction element and the second module has a second interaction element, wherein after taking an interaction position of the devices for coarse positioning of the interaction elements, the first interaction element for fine positioning of the interaction elements is movable relative to the second interaction element in order to interact with the second interaction element.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Modulsystem zur Interaktion, insbesondere zum elektrischen Energieaustausch, zwischen einem ersten Gerät, wie einer Ladeeinrichtung, umfassend ein erstes Modul mit einem ersten Interaktionselement, und einem zweiten Gerät, wie einem Elektrofahrzeug, umfassend ein zweites Modul mit einem zweiten Interaktionselement, wobei nach Einnahme einer Interaktionsposition der Geräte zur Grobpositionierung der Interaktionselemente die Interaktionselemente für eine Feinpositionierung der Interaktionselemente relativ zueinander bewegbar sind, um miteinander zu interagieren. The invention also relates to a module system for interaction, in particular for the exchange of electrical energy, between a first device, such as a charging device, comprising a first module with a first interaction element, and a second device, such as an electric vehicle, comprising a second module with a second interaction element, wherein, after the devices have assumed an interaction position for coarse positioning of the interaction elements, the interaction elements for fine positioning of the interaction elements can be moved relative to one another in order to interact with one another.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Elektrofahrzeuge im Bereich einer Ladeeinrichtung in einer Interaktionsposition bzw. Ladeposition anzuordnen, um anschließend mit einem Energieaustauschsystem einen elektrischen Energieaustausch zwischen dem Elektrofahrzeug und der Ladeeinrichtung durchzuführen. Ein übliches Energieaustauschsystem umfasst dabei Interaktionselemente in Form eines an der Ladeeinrichtung angeordneten Kontaktierungssteckers und einer am Elektrofahrzeug angeordnete Kontaktierungssteckeraufnahme, welche kontaktiert werden, um elektrische Energie über diese zu übertragen. It is known from the prior art to arrange electric vehicles in the area of a charging device in an interaction position or charging position in order to then exchange electrical energy with an energy exchange system between the electric vehicle and the charging device. A customary energy exchange system comprises interaction elements in the form of a contacting plug arranged on the charging device and a contacting plug receptacle arranged on the electric vehicle, which are contacted in order to transmit electrical energy via them.
Je nach konkreter Ausbildung des hierzu verwendeten Energieaustauschsystems, dessen Automatisierungsgrades, insbesondere bei einem Herstellen einer Kontaktierung, sowie einer konkreten Umsetzung eines hierbei verwendeten Kontaktierungsstecker- Kontaktierungssteckeraufnahme-Systems gestaltet sich ein Energieaustauschvorgang bzw. Ladevorgang unterschiedlich aufwendig und kann in unterschiedlichem Ausmaß von der Ladestation und/oder dem Elektrofahrzeug überwacht bzw. gesteuert werden. Depending on the specific design of the energy exchange system used for this purpose, its degree of automation, in particular when establishing a contact, as well as a specific implementation of a contacting plug / contacting plug receptacle system used here, an energy exchange process or charging process is differently complex and can be differentiated from the charging station and / or or the electric vehicle can be monitored or controlled.
Häufig beschränkt sich eine Steuerung und Überwachung des Energieaustauschvorganges auf eine Messung und Kontrolle einer über die in einem kontaktierten Zustand von Kontaktierungsstecker und Kontaktierungssteckeraufnahme über diese übertragenen Energiemenge bzw. elektrische Leistung. Eine Überwachung bzw. Steuerung eines Energieaustauschvorganges in Bezug auf einen Positionierungsvorgang bzw. Parkvorgang des Fahrzeuges an der Energieaustauschposition oder in Bezug auf ein anschließendes Zueinanderführen von Kontaktierungsstecker und Kontaktierungssteckeraufnahme für eine Kontaktierung derselben ist meist nicht gegeben. Often, the control and monitoring of the energy exchange process is limited to a measurement and control of the amount of energy or electrical power transmitted via the contacting plug and contacting plug receptacle in a contacted state. A monitoring or control of an energy exchange process in relation to a positioning process or parking process of the vehicle at the energy exchange position or in relation to a subsequent bringing together of contacting plug and contacting plug receptacle for contacting the same is usually not given.
Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine Durchführung einer Interaktion, insbesondere eines Energieaustausches, praktikabel und mit hoher Sicherheit durchführbar ist. This is where the invention comes into play. The object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the outset with which an interaction, in particular an energy exchange, can be carried out practically and with a high degree of reliability.
Weiter ist es ein Ziel, ein erstes Modul eines Energieaustauschsystems der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine Durchführung einer Interaktion, insbesondere eines Energieaustausches, praktikabel und sicher durchführbar ist. Außerdem ist es ein weiteres Ziel, ein Modulsystem der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine Durchführung eines Energieaustausches praktikabel und sicher durchführbar ist. Another aim is to specify a first module of an energy exchange system of the type mentioned at the outset, with which an interaction, in particular an energy exchange, can be carried out practically and safely. In addition, a further aim is to specify a modular system of the type mentioned at the beginning with which an energy exchange can be carried out practically and safely.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wenn zur Steuerung der Feinpositionierung zumindest eine Relativposition zwischen den Interaktionselementen mit einem Positionierungssystem bestimmt wird. The object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset when at least one relative position between the interaction elements is determined with a positioning system to control the fine positioning.
Hintergrund der Erfindung ist die Idee, bei einer Interaktion, insbesondere Durchführung eines Energieaustausches, zwischen zwei Geräten, insbesondere zwischen einer Ladeeinrichtung als erstes Gerät und einem Elektrofahrzeug als zweites Gerät, welcher - insbesondere angesichts von häufig wenig praktisch ausgestalteten Energieaustauschsystemen bzw. Interaktionselementen bei gleichzeitig hohen übertragenen Energiemengen und Leistungen - in der Regel mit einem nicht unbedeutendem Gefahrenpotenzial verbunden ist, auch einen Vorgang einer Annäherung der Module bzw. deren Interaktionselemente, um anschließend mit diesen bzw. über diese eine Interaktion, wie eine Energieübertragung, durchzuführen, einer Überwachung bzw. Steuerung auf praktikable Weise zugänglich zu machen. The background of the invention is the idea, in the case of an interaction, in particular carrying out an energy exchange, between two devices, in particular between a charging device as the first device and an electric vehicle as the second device, which - in particular in view of often not very practical energy exchange systems or interaction elements with simultaneously high transferred amounts of energy and power - is usually associated with a not insignificant risk potential, including a process of approaching the modules or their interaction elements in order to then carry out an interaction with them or via them, such as energy transfer, monitoring or control accessible in a workable way.
Indem zumindest eine Relativposition zwischen einem ersten Interaktionselement des ersten Moduls und einem zweiten Interaktionselement des zweiten Moduls mit einem Positionierungssystem bestimmt wird, kann eine Bewegung, vor allem eine Annäherung, der Interaktionselemente überwacht und insbesondere präzise gesteuert werden. Auf diese Weise sind potenzielle Fehlausrichtungen oder Fehlpositionierungen der Interaktionselemente frühzeitig erkennbar und Risiken einer Fehlinteraktion, etwa eines Fehlanschlusses, vermeidbar, sodass neben hoher Praktikabilität auch eine Sicherheit erhöhbar bzw. ein Gefahrenpotenzial reduzierbar ist. Im Besonderen kann dadurch ein automatisiert bzw. selbsttätig durchgeführter Annäherungsvorgang bzw. Interaktionsvorgang der Interaktionselemente optimiert, insbesondere kontrolliert, gesteuert und im Speziellen in eine Steuerungsinfrastruktur eines oder beider Geräte integriert, werden. Es versteht sich, dass dabei während der Bewegung bzw. Annäherung der Interaktionselemente relativ zueinander in der Regel eine Mehrzahl von Relativpositionen, insbesondere zeitlich nacheinander, bestimmt werden, um die Bewegung entsprechend zu überwachen bzw. anzupassen. Im Besonderen kann auf diese Weise eine Durchführung eines Energieaustausches, beispielsweise zwischen einer Ladeeinrichtung und einem Elektrofahrzeug, gänzlich automatisiert oder zumindest mit reduzierter Benutzerbeteiligung durchgeführt werden, indem eines der Module an der Ladeeinrichtung und das andere Modul am Elektrofahrzeug angeordnet ist. By determining at least one relative position between a first interaction element of the first module and a second interaction element of the second module with a positioning system, a movement, especially an approach, of the interaction elements can be monitored and in particular precisely controlled. In this way, potential misalignments or incorrect positioning of the interaction elements can be identified at an early stage and risks of incorrect interaction, such as incorrect connection, can be avoided, so that, in addition to high practicability, security can also be increased or a potential hazard can be reduced. In particular, an automated or automatically carried out approach process or interaction process of the interaction elements can be optimized, in particular monitored, controlled and, in particular, integrated into a control infrastructure of one or both devices. It goes without saying that during the movement or approach of the interaction elements relative to one another, as a rule, a plurality of relative positions are determined, in particular one after the other, in order to monitor or adapt the movement accordingly. In particular, can on In this way, an energy exchange, for example between a charging device and an electric vehicle, can be carried out completely automatically or at least with reduced user involvement by arranging one of the modules on the charging device and the other module on the electric vehicle.
Beispielsweise kann im Falle eines in einer Interaktionsposition bzw. Ladeposition an einer Ladeeinrichtung positionierten Elektrofahrzeuges eine relative Position der Interaktionselemente zueinander erkannt und eine Annäherung der Interaktionselemente abgestimmt auf eine jeweilige bestimmte Relativposition der Interaktionselemente gesteuert werden. Die Interaktionselemente sind dann häufig als Kontaktierungselemente ausgebildet, welche für eine Interaktion in Form einer Energieübertragung einander angenähert bzw. zueinander geführt werden und insbesondere miteinander kontaktiert werden, um über diese Energie zu übertragen. Das erste Interaktionselement kann dann als erstes Kontaktierungselement und das zweite Interaktionselement als zweites Kontaktierungselement ausgebildet sein. Die Relativposition kann zweckmäßig durch Triangulation bestimmt werden, insbesondere wenn eine Relativpositionsbestimmung an definiert relativ zueinander befindlichen Messpositionen von zumindest einem Sensor durchgeführt wird. Die Messpositionen können durch mehrere Sensoren, insbesondere zeitparallel, und/oder zumindest einem, insbesondere einzelnen, Sensor, welcher nacheinander in die unterschiedlichen Positionen bewegt wird, eingenommen werden. For example, in the case of an electric vehicle positioned in an interaction position or charging position on a charging device, a relative position of the interaction elements to one another can be recognized and an approach of the interaction elements can be controlled in a coordinated manner to a respective specific relative position of the interaction elements. The interaction elements are then often designed as contacting elements which, for an interaction in the form of an energy transfer, are brought closer to one another or guided to one another and, in particular, are contacted with one another in order to transfer this energy. The first interaction element can then be designed as a first contacting element and the second interaction element as a second contacting element. The relative position can expediently be determined by triangulation, in particular if a relative position determination is carried out by at least one sensor at measurement positions that are defined relative to one another. The measuring positions can be assumed by several sensors, in particular in parallel, and / or at least one, in particular individual, sensor which is moved into the different positions one after the other.
Relativposition zwischen zwei Geräten bzw. den Modulen bzw. den Interaktionselementen bezeichnet eine Position eines Gerätes bzw. Moduls bzw. Interaktionselementes relativ zu einer bzw. in Bezug auf eine Position des anderen Gerätes bzw. Moduls bzw. Interaktionselementes. Interaktionsposition bezeichnet eine Position der Geräte bzw. Module bzw. Interaktionselemente, in welcher die Geräte bzw. Module bzw. Interaktionselemente derart angeordnet sind, dass die Interaktionselemente in bestimmungsgemäßer Weise relativ zueinander bewegbar, insbesondere zueinander führbar und häufig zudem kontaktierbar, sind, also in der Regel ohne Positionsveränderung der Geräte bzw. Module selbst, um eine Interaktion mit den Interaktionselementen durchzuführen, insbesondere Energie bzw. Leistung über die Interaktionselemente zu übertragen. Dies wird häufig auch als Ladeposition bezeichnet. Üblicherweise ist vorgesehen, dass im Rahmen einer Grobpositionierung der Interaktionselemente bzw. Module eine Einnahme der Interaktionsposition erfolgt - beispielsweise indem sich ein Elektrofahrzeug, aufweisend das zweite Modul, einer Ladeeinrichtung, aufweisend das erste Modul annähert und eine Parkposition als Interaktionsposition einnimmt - und in der Interaktionsposition im Rahmen einer Feinpositionierung eine Bewegung, insbesondere Annäherung, der Interaktionselemente relativ zueinander erfolgt, um eine bestimmungsgemäße Interaktion mit den Interaktionselementen durchzuführen. Die Interaktionsposition kann dabei beispielsweise eine Parkposition des Elektrofahrzeuges in der Nähe, vorzugsweise oberhalb der Ladeeinrichtung bzw. des ersten Moduls sein. Die bestimmungsgemäße Interaktion kann eine Energieübertragung zwischen der Ladeeinrichtung und dem Elektrofahrzeug sein. Relative position between two devices or the modules or the interaction elements denotes a position of a device or module or interaction element relative to or in relation to a position of the other device or module or interaction element. Interaction position refers to a position of the devices or modules or interaction elements in which the devices or modules or interaction elements are arranged in such a way that the interaction elements can be moved relative to one another as intended, in particular can be guided to one another and can often also be contacted, i.e. in the Usually without changing the position of the devices or modules themselves, in order to carry out an interaction with the interaction elements, in particular to transmit energy or power via the interaction elements. This is often referred to as the loading position. It is usually provided that the interaction position is assumed as part of a rough positioning of the interaction elements or modules - for example, by an electric vehicle having the second module Charging device, having the first module approaching and assuming a parking position as interaction position - and in the interaction position within the scope of fine positioning a movement, in particular approach, of the interaction elements relative to one another in order to carry out an intended interaction with the interaction elements. The interaction position can be, for example, a parking position of the electric vehicle in the vicinity, preferably above the charging device or the first module. The intended interaction can be an energy transfer between the charging device and the electric vehicle.
Die Interaktion kann je nach Anwendungszweck eine Wechselwirkung zwischen den Interaktionselementen sein, bei welcher die Interaktionselemente miteinander in Kontakt treten bzw. einander berühren, insbesondere aneinander gepresst werden, oder eine kontaktlose Wechselwirkung, welche unter Beabstandung der Interaktionselemente voneinander durchführbar ist, wie beispielsweise eine Informationsübertragung. Bevorzugt kann die Interaktion ein, insbesondere elektrischer, Energieaustausch bzw. Ladevorgang sein. Die Interaktionselemente können dann ausgebildet sein, über diese einen kontaktlosen, beispielsweise induktiven oder kapazitiven, und/oder kontaktierenden Energieaustausch bzw. kontaktierende Energieübertragung durchzuführen, bei welcher die Interaktionselemente miteinander kontaktiert werden. Depending on the application, the interaction can be an interaction between the interaction elements, in which the interaction elements come into contact or touch one another, in particular are pressed against one another, or a contactless interaction that can be carried out with the interaction elements spaced apart, such as information transmission. The interaction can preferably be an, in particular electrical, energy exchange or charging process. The interaction elements can then be designed to carry out a contactless, for example inductive or capacitive, and / or contacting energy exchange or contacting energy transfer, in which the interaction elements are contacted with one another.
In der Regel ist vorgesehen, dass die Interaktionselemente für die Interaktion einander angenähert und insbesondere miteinander in Kontakt treten bzw. kontaktiert werden. Für einen effizienten Energieaustausch hat es sich bewährt, wenn die Interaktionselemente als Kontaktierungselemente ausgebildet sind, wobei die Kontaktierungselemente in der Interaktionsposition zur Feinpositionierung zueinander geführt und kontaktiert werden, um, insbesondere elektrische, Energie über die Kontaktierungselemente zu übertragen. As a rule, it is provided that the interaction elements for the interaction approach one another and, in particular, come into contact or are contacted with one another. For an efficient energy exchange, it has proven useful if the interaction elements are designed as contacting elements, the contacting elements being guided and contacted to one another in the interaction position for fine positioning in order to transmit, in particular electrical, energy via the contacting elements.
Das erste Gerät weist dabei üblicherweise ein erstes Modul mit einem ersten Interaktionselement und das zweite Gerät ein zweites Modul mit einem zum ersten Interaktionselement korrespondierenden zweiten Interaktionselement auf, um mittels den Interaktionselementen eine Interaktion durchzuführen, beispielsweise für eine Energieübertragung über die Interaktionselemente diese einander anzunähern und bevorzugt miteinander zu kontaktieren. Die jeweiligen Interaktionselemente sind üblicherweise mit einer Basis des jeweiligen Moduls verbunden. Von Vorteil ist es, wenn zur Grobpositionierung der Interaktionselemente die Geräte bzw. Module einander angenähert werden, um die Interaktionsposition einzunehmen, wobei zur Steuerung der Grobpositionierung der Interaktionselemente zumindest eine Relativposition zwischen den Geräten bzw. Modulen mit dem Positionierungssystem bestimmt wird. Zweckmäßig ist es also, wenn für eine bzw. während einer Annäherung der Module bzw. des ersten Moduls relativ zum zweiten Modul zur Einnahme der Interaktionsposition zumindest eine Relativposition zwischen den Geräten bzw. Modulen mit dem Positionierungssystem bestimmt wird. Dadurch kann bereits eine Annäherung der Geräte bzw. Module zueinander überwacht und insbesondere präzise gesteuert werden. Auf diese Weise sind potenzielle Fehlausrichtungen oder Fehlpositionierungen der Geräte bzw. Module frühzeitig erkennbar und insbesondere eine Steuerung der Geräte bei einer Annäherung der Geräte entsprechend der ermittelten zumindest einen Relativposition, üblicherweise einer Vielzahl von ermittelten Relativpositionen, anpassbar. Damit kann insbesondere die Interaktionsposition bzw. eine im Hinblick auf einen Interaktionsvorgang als vorteilhaft aufwandsarm erachtete Interaktionsposition präzise angesteuert und eingenommen werden. Dies ermöglicht es, beispielsweise einen Positioniervorgang bzw. ein Parken eines Elektrofahrzeuges an einer Ladeeinrichtung entsprechend der ermittelten Relativposition, üblicherweise einer Mehrzahl von ermittelten Relativpositionen, präzise zu steuern. Indem mit dem Positionierungssystem sowohl für eine Annäherung der Module zur Einnahme der Interaktionsposition als auch für eine anschließende Annäherung der Interaktionselemente in der Interaktionsposition Bestimmungen der jeweiligen Relativpositionen durchgeführt werden, kann eine Durchführung der Interaktion, insbesondere des Energieaustausches, praktikabel und sicher durchgeführt werden. Es versteht sich, dass dabei während der Annäherung in der Regel eine Vielzahl von Relativpositionen, insbesondere zeitlich nacheinander, bestimmt werden, um die Annäherung entsprechend zu überwachen bzw. anzupassen. The first device usually has a first module with a first interaction element and the second device has a second module with a second interaction element corresponding to the first interaction element in order to carry out an interaction by means of the interaction elements, for example for energy transfer via the interaction elements to bring them closer to one another and preferably to contact each other. The respective interaction elements are usually connected to a base of the respective module. It is advantageous if, for the rough positioning of the interaction elements, the devices or modules are brought closer to one another in order to assume the interaction position, with at least one relative position between the devices or modules being determined with the positioning system to control the rough positioning of the interaction elements. It is therefore expedient if at least one relative position between the devices or modules is determined with the positioning system for one or during an approach of the modules or the first module relative to the second module for taking up the interaction position. As a result, an approach of the devices or modules to one another can be monitored and, in particular, precisely controlled. In this way, potential misalignments or incorrect positioning of the devices or modules can be identified at an early stage and, in particular, control of the devices can be adapted when the devices approach according to the determined at least one relative position, usually a plurality of determined relative positions. In this way, in particular, the interaction position or an interaction position that is considered to be advantageous with little effort with regard to an interaction process can be precisely controlled and assumed. This makes it possible, for example, to precisely control a positioning process or parking of an electric vehicle at a charging device in accordance with the determined relative position, usually a plurality of determined relative positions. Since the positioning system is used to determine the respective relative positions both for an approach of the modules to take up the interaction position and for a subsequent approach of the interaction elements in the interaction position, the interaction, in particular the energy exchange, can be carried out practically and safely. It goes without saying that, as a rule, a large number of relative positions are determined during the approach, in particular one after the other, in order to monitor or adapt the approach accordingly.
Das Positionierungssystem umfasst in der Regel zumindest einen, insbesondere mehrere, Sensoren bzw. Empfänger und üblicherweise zumindest einen, insbesondere mehrere, Sender als zumindest eine Messanordnung bzw. als Teil einer solchen, wobei zwischen dem zumindest einen Sender und dem zumindest einem Sensor ein Positionierungssignal übertragen wird, um eine jeweilige Relativposition im Rahmen der Feinpositionierung bzw. Grobpositionierung zu bestimmen. Dabei wird meist in fachbekannter Weise vom Sender ein Positionierungssignal zwischen den Modulen bzw. Interaktionselementen übertragen und von einem oder mehreren Sensoren detektiert. Eine Detektion des Positionierungssignals mit dem Sensor kann dabei im Hinblick auf eine(n) zu ermittelnde(n) Ankunftszeitpunkt bzw. Laufzeit und/oder Einfallswinkelabhängigkeit des Positionierungssignals erfolgen, um eine Relativposition zwischen Sensor und Sender zu ermitteln und insbesondere daraus eine Relativposition zwischen den Interaktionselementen bzw. Modulen zu bestimmen. Im Besonderen kann ein Sender gleichzeitig als Sensor ausgebildet sein bzw. wirken, wobei üblicherweise in einem Sendemodus das Positionierungssignal erzeugt und in einem Sensormodus das Positionierungssignal detektiert wird. Je nach zu erreichender Genauigkeit bzw. Präzision kann eine Bestimmung der Relativposition darauf basieren, dass das Positionierungssignal von einem Sender an einem Gerät bzw. Modul ausgesendet, am anderen Gerät bzw. Modul reflektiert und das reflektierte Positionierungssignal von zumindest einem der Sensoren detektiert wird. Für eine hohe Genauigkeit bzw. Präzision und hohe Sicherheit der Bestimmung der Relativposition ist es jedoch günstig, wenn an einem Gerät bzw. Modul bzw. Interaktionselement ein Sender und am anderen Gerät bzw. Modul bzw. Interaktionselement zumindest ein Sensor angeordnet ist, um ein mit dem Sender erzeugtes Positionierungssignal mit dem Sensor zu detektieren. Abhängig von einem jeweiligen eingesetzten Sendertyp bzw. Sensortyp bzw. einer entsprechenden Sender-Sensor-Messanordnung kann das Positionierungssignal ein Schallsignal, insbesondere Ultraschallsignal, elektromagnetisches Signal, insbesondere Funksignal oder Lichtsignal sein. Bekannt sind im Speziellen Sender-Sensor-Messanordnungen basierend auf übermittelten Radiowellen oder Laserstrahlen, welche sich auch für einen betreffenden Einsatz eignen würden. Als besonders praktikabel für eine robuste und praktikable Ausbildung hinsichtlich eines betreffenden Anwendungszwecks hat es sich herausgestellt, wenn das Sender-Sensorsystem auf Ultraschallwellen abstellt. Entsprechend ist es günstig, wenn das Positionierungssystem einen oder mehrere Ultraschallsender bzw. einen oder mehrere Ultraschallsensoren umfasst, um ein Ultraschallsignal als Positionierungssignal zwischen den Modulen bzw. Interaktionselementen zu übertragen und dieses zu detektieren, um deren Relativposition zu bestimmen. Es versteht sich, dass dabei in der Regel jeweils eine Relativposition zwischen Sender und Sensor bestimmt wird, wobei allerdings aufgrund bekannter Abmessungen von mit diesen verbundenen Geräten bzw. Modulen bzw. Interaktionselementen ohne Weiteres auf eine Relativposition zwischen den Geräten bzw. Modulen bzw. Interaktionselementen geschlossen werden kann. Die Relativpositionsbestimmung kann basierend auf einer Abstandsbestimmung und/oder Richtungsbestimmung erfolgen, insbesondere der Sensor entsprechend ausgebildet sein. Hierzu kann beispielsweise mittels „Angle-Of-Arrival“-Methode, auch als AoA-Methode bezeichnet, eine Richtung bestimmt werden, aus welcher das Positionierungssignal auf den Empfänger, gegebenenfalls dessen Antenne, auftrifft. Dies kann beispielsweise mit mehreren Empfängern bzw. gegebenenfalls mehreren Antennen, häufig Antennenarrays, eines einzelnen Empfängers umgesetzt sein, wobei meist Phasendifferenzen zwischen den jeweiligen mit den Empfängern bzw. Antennen detektierten Positionierungssignalen ausgewertet werden. The positioning system usually comprises at least one, in particular several, sensors or receivers and usually at least one, in particular several, transmitters as at least one measuring arrangement or as part of such, with a positioning signal being transmitted between the at least one transmitter and the at least one sensor is to determine a respective relative position in the context of fine positioning or coarse positioning. A positioning signal is usually transmitted between the modules or interaction elements from the transmitter in a manner known in the art and detected by one or more sensors. A detection of the positioning signal with the sensor can take place with regard to an arrival time or transit time and / or angle of incidence dependency of the positioning signal in order to determine a relative position between the sensor and the transmitter and in particular a relative position between the interaction elements therefrom or modules to be determined. In particular, a transmitter can be designed or act as a sensor at the same time, the positioning signal usually being generated in a transmission mode and the positioning signal being detected in a sensor mode. Depending on the accuracy or precision to be achieved, a determination of the relative position can be based on the fact that the positioning signal is transmitted from a transmitter to one device or module, reflected on the other device or module and the reflected positioning signal is detected by at least one of the sensors. For a high accuracy or precision and high reliability of the determination of the relative position, however, it is advantageous if a transmitter is arranged on one device or module or interaction element and at least one sensor is arranged on the other device or module or interaction element in order to be able to to detect the positioning signal generated by the transmitter with the sensor. Depending on a particular transmitter type or sensor type or a corresponding transmitter-sensor measuring arrangement used, the positioning signal can be a sound signal, in particular an ultrasonic signal, an electromagnetic signal, in particular a radio signal or a light signal. In particular, transmitter-sensor-measuring arrangements based on transmitted radio waves or laser beams are known, which would also be suitable for a particular application. It has been found to be particularly practicable for a robust and practicable design with regard to a relevant application purpose if the transmitter-sensor system is based on ultrasonic waves. Accordingly, it is advantageous if the positioning system comprises one or more ultrasonic transmitters or one or more ultrasonic sensors in order to transmit an ultrasonic signal as a positioning signal between the modules or interaction elements and to detect this in order to determine their relative position. It goes without saying that, as a rule, a relative position between the transmitter and the sensor is determined, although based on the known dimensions of devices or modules or interaction elements connected to them, a relative position between the devices or modules or interaction elements is readily deduced can be. the The relative position can be determined based on a distance determination and / or direction determination, in particular the sensor can be designed accordingly. For this purpose, for example, using the “Angle-Of-Arrival” method, also referred to as the AoA method, a direction can be determined from which the positioning signal impinges on the receiver, possibly its antenna. This can be implemented, for example, with several receivers or possibly several antennas, often antenna arrays, of a single receiver, with phase differences between the respective positioning signals detected by the receivers or antennas being evaluated.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Positionierungssystem bzw. das Sender- Sensorsystem auf UWB-Funksignalübertragung (Ultra-Breitband-Funksignalübertragung) basiert. Entsprechend ist es günstig, wenn das Positionierungssystem einen oder mehrere UWB-Bestimmungselemente, insbesondere UWB-Empfänger und/oder UWB- Sender, aufweist bzw. der Sender des Positionierungssystems als UWB-Sender und der Sensor des Positionierungssystems als UWB-Sensor ausgebildet ist. Dabei wir in der Regel ein Frequenzbereich mit einer Bandbreite von mehr als 500 MHz genutzt. Entsprechend kann am ersten Modul, insbesondere dem ersten Interaktionselement, ein UWB-Bestimmungselement, insbesondere ein UWB-Sender bzw. UWB-Empfänger, und/oder am zweiten Modul, insbesondere dem zweiten Interaktionselement, ein UWB- Bestimmungselement, insbesondere ein UWB-Empfänger bzw. UWB-Sender, angeordnet sein. Damit kann zwischen dem UWB-Bestimmungselement des ersten Moduls und UWB-Bestimmungselement des zweiten Moduls ein UWB-Funksignal als Positionierungssignal übertragen werden. Üblicherweise werden UWB-Empfänger und UWB-Sender konstruktiv durch die gleichen UWB-Bestimmungselemente gebildet und unterscheiden sich lediglich durch deren funktionelle Verwendung als Sender oder Empfänger bzw. dadurch, ob mit dessen jeweiliger Antenne das UWB-Funksignal empfangen oder gesendet wird. It is particularly advantageous if the positioning system or the transmitter-sensor system is based on UWB radio signal transmission (ultra-broadband radio signal transmission). Accordingly, it is advantageous if the positioning system has one or more UWB determination elements, in particular UWB receivers and / or UWB transmitters, or if the transmitter of the positioning system is designed as a UWB transmitter and the sensor of the positioning system is designed as a UWB sensor. As a rule, a frequency range with a bandwidth of more than 500 MHz is used. Accordingly, on the first module, in particular the first interaction element, a UWB determination element, in particular a UWB transmitter or UWB receiver, and / or on the second module, in particular the second interaction element, a UWB determination element, in particular a UWB receiver or UWB transmitter. A UWB radio signal can thus be transmitted as a positioning signal between the UWB determination element of the first module and the UWB determination element of the second module. UWB receiver and UWB transmitter are usually constructed using the same UWB determination elements and differ only in their functional use as a transmitter or receiver or whether the UWB radio signal is received or transmitted with its respective antenna.
Die UWB-Bestimmungselemente, insbesondere UWB-Empfänger bzw. UWB-Sender, können entsprechend zu hier beschriebenen Ultraschallbestimmungselementen, insbesondere Ultraschallsender bzw. Ultraschallempfänger, an den Modulen bzw. Interaktionselementen angeordnet sein. Eine Relativpositionsbestimmung erfolgt dabei in der Regel basierend auf einer Laufzeitmessung eines zwischen UWB-Sender und UWB- Empfänger übertragenen UWB-Funksignals. Im Besonderen kann beispielsweise ein UWB-Sender am ersten Interaktionselement und ein UWB-Empfänger am zweiten Interaktionselement angeordnet sein, oder umgekehrt. Eine ausgeprägte Genauigkeit ist dabei erreichbar, wenn sich der UWB-Sender bzw. UWB-Empfänger, innerhalb des jeweiligen Interaktionselementes, bevorzugt in einem Querschnitt durch das jeweilige Interaktionselement in einem Zentrumsbereich des jeweiligen Interaktionselementes, befindet. The UWB determination elements, in particular UWB receivers or UWB transmitters, can be arranged on the modules or interaction elements corresponding to the ultrasound determination elements described here, in particular ultrasound transmitters or ultrasound receivers. A relative position is usually determined based on a transit time measurement of a between UWB transmitter and UWB- Receiver transmitted UWB radio signal. In particular, for example, a UWB transmitter can be arranged on the first interaction element and a UWB receiver on the second interaction element, or vice versa. A pronounced accuracy can be achieved if the UWB transmitter or UWB receiver is located within the respective interaction element, preferably in a cross section through the respective interaction element in a central area of the respective interaction element.
Allerdings hat es sich gezeigt, dass in einer praktischen Anwendung eine Relativpositionsbestimmung mit Übertragung eines Positionierungssignals und insbesondere Laufzeitmessung häufig mit ausgeprägten Ungenauigkeiten bzw. Abweichungen, beispielsweise verursacht durch Schmutzbelastungen, verbunden ist. Günstig ist es, wenn in der Interaktionsposition eine relative Position zwischen den Interaktionselementen mit einer magnetischen Messeinrichtung überprüft wird. Hierzu kann eines der Interaktionselemente einen magnetischen Sensor, insbesondere einen Hall-Sensor, aufweisen und das andere Interaktionselement einen Magneten, beispielsweise einen Permanentmagneten oder eine ein Magnetfeld erzeugende elektrische Spule, wobei der magnetische Sensor ausgebildet ist, eine Anwesenheit, Ausrichtung und/oder einen Abstand zum Magneten bei relativer Annäherung der Interaktionselemente zu erkennen. Dadurch ist eine Sicherheit bei einer Annäherung der Interaktionselemente, insbesondere in einem Nahbereich, erhöhbar. Mit dieser Kombination von Relativpositionsbestimmung mit Übertragung eines Positionierungssignals und zusätzlicher Messanordnung mit magnetischem Sensor kann eine hohe Genauigkeit und Messsicherheit erreicht werden, sodass insbesondere bei ausgeprägten Witterungseinflüssen und/oder Schmutzbelastung eine sichere Feinpositionierung der Interaktionselemente gewährleistbar ist. Dies gilt besonders, wenn die Messanordnung mit UWB-Bestimmungselementen gebildet ist. So kann beispielsweise das erste Interaktionselement den magnetischen Sensor und das zweiten Interaktionselement den Magneten aufweisen, oder umgekehrt. However, it has been shown that, in a practical application, a relative position determination with the transmission of a positioning signal and, in particular, transit time measurement is often associated with pronounced inaccuracies or deviations, for example caused by contamination. It is favorable if a relative position between the interaction elements is checked with a magnetic measuring device in the interaction position. For this purpose, one of the interaction elements can have a magnetic sensor, in particular a Hall sensor, and the other interaction element can have a magnet, for example a permanent magnet or an electrical coil generating a magnetic field, the magnetic sensor being designed to have a presence, alignment and / or a distance to detect the magnet when the interaction elements are relatively approaching. As a result, security can be increased when the interaction elements approach, in particular in a close range. With this combination of relative position determination with transmission of a positioning signal and an additional measuring arrangement with a magnetic sensor, a high level of accuracy and measurement reliability can be achieved, so that reliable fine positioning of the interaction elements can be guaranteed, especially in the case of pronounced weather influences and / or contamination. This is especially true if the measuring arrangement is formed with UWB determining elements. For example, the first interaction element can have the magnetic sensor and the second interaction element the magnet, or vice versa.
Üblicherweise bezieht sich die Genauigkeit auf eine Abweichung eines Messwertes vom wahren Wert einer zu messenden Größe. Eine Präzision bezieht sich üblicherweise auf eine Streubreite von gemessenen Messwerten untereinander. Der Hall-Sensor ist bevorzugt als 3-D-Hall-Sensor ausgebildet, sodass insbesondere ein dreidimensionaler Vektor einer magnetischen Flussdichte messbar ist. Für eine hohe Genauigkeit ist es günstig, wenn mehrere solche magnetischen Sensoren, insbesondere mehrere Hall-Sensoren, und/oder Magnete vorgesehen sind. Zweckmäßig können diese zur Relativpositionsbestimmung differenziell ausgewertet werden. Dadurch können Einflüsse von magnetischen Störfeldern minimiert werden. Beispielsweise können mehrere Hall-Sensoren am ersten oder zweiten Interaktionselement angeordnet, vorzugsweise in diesem integriert, sein und zur Relativpositionsbestimmung zwischen den Interaktionselementen Signale der Hall-Sensoren differenziell ausgewertet werden. In analoger Weise können ein oder mehrere Magnete am jeweils anderen Interaktionselement angeordnet sein. Insbesondere hat es sich bewährt, wenn die Relativpositionsbestimmung mittels UWB-Funksignalübertragung mit der magnetischen Detektion mittels magnetischen Sensors kombiniert umgesetzt ist. Dadurch ist eine hohe Genauigkeit erreichbar, insbesondere wenn als magnetischer Sensor ein 3-D-Hall-Sensor verwendet ist. The accuracy usually relates to a deviation of a measured value from the true value of a variable to be measured. A precision usually refers to a spread between measured values. The Hall sensor is preferably designed as a 3-D Hall sensor, so that in particular a three-dimensional vector of a magnetic flux density can be measured. For a high level of accuracy, it is advantageous if several such magnetic sensors, in particular several Hall sensors, and / or magnets are provided. These can expediently be evaluated differentially to determine the relative position. In this way, the influence of magnetic interference fields can be minimized. For example, several Hall sensors can be arranged on the first or second interaction element, preferably integrated therein, and signals from the Hall sensors can be evaluated differentially to determine the relative position between the interaction elements. In an analogous manner, one or more magnets can be arranged on the respective other interaction element. In particular, it has proven useful if the determination of the relative position by means of UWB radio signal transmission is implemented in combination with magnetic detection by means of magnetic sensors. This makes it possible to achieve a high level of accuracy, in particular if a 3-D Hall sensor is used as the magnetic sensor.
Das UWB-Bestimmungselement, insbesondere der UWB-Empfänger bzw. der UWB- Sender, weist üblicherweise zumindest eine Antenne auf, um ein UWB-Funksignal zu übertragen, insbesondere zu empfangen bzw. zu senden. Für eine Genauigkeit der Relativpositionsbestimmung ist es günstig, wenn die Antenne geneigt zu einer Horizontalen bzw. zur Basis des jeweiligen Moduls ausgerichtet ist, wobei die Basis vorzugsweise im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Besonders günstig ist es, wenn ein Neigungswinkel dabei zwischen 20° und 40°, insbesondere 25° und 35°, bevorzugt etwa 30°, beträgt. Dadurch können insbesondere Laufzeitfehler reduziert werden. Die Antenne des jeweiligen UWB-Bestimmungselementes weist üblicherweise eine nicht gleichmäßige Antennencharakteristik auf. Durch die Neigung der Antenne kann eine gleichmäßigere Antennencharakteristik, insbesondere in einem relevanten Bereich, wie an der Antenne des UWB-Senders bzw. UWB-Empfängers, erreicht werden. Es versteht sich, dass sich in der Regel eine angegebene Positionierung des jeweiligen UWB- Bestimmungselementes auf dessen Antenne, über welche das Positionierungssignal gesendet bzw. empfangen wird, bezieht. Die Antenne kann als Leiterplattenantenne oder vorteilhaft als Keramikantenne ausgebildet sein. Von Vorteil ist es, wenn das erste und/oder zweite Modul zumindest ein Absorberelement zur Absorption von elektromagnetischen Abstrahlungen der Antenne des Senders bzw. Empfängers aufweist. Dies hat sich besonders bei UWB-Bestimmungselementen bewährt. Das Absorberelement ist üblicherweise ausgebildet, einen Frequenzbereich des mit der Antenne übertragenen Funksignals, insbesondere UWB-Funksignals, zumindest teilweise, bevorzugt im Wesentlichen gänzlich, durch Absorption zu dämpfen. Dadurch können unterwünschte Reflexionen des mit der Antenne übertragenen Positionierungssignals vermieden werden. Das Absorberelement kann praktikabel als Folie ausgebildet sein. Zweckmäßig kann das Absorberelement an einer von einer Übertragungsstrecke des Positionierungssignals abgewandten Seite der Antenne angeordnet sein. Übertragungsstrecke bezeichnet dabei üblicherweise eine, in der Regel kürzeste, Strecke, entlang welcher das Positionierungssignal zwischen Sender und Empfänger übertragen wird. Das Absorberelement kann beispielsweise an einer einer Unterseite bzw. der Basis des jeweiligen Moduls zugewandten Seite der jeweiligen Antenne am jeweiligen Modul angeordnet sein. Vorteilhaft können mehrere solche Absorberelemente am ersten und/oder zweiten Modul vorhanden sein. The UWB determination element, in particular the UWB receiver or the UWB transmitter, usually has at least one antenna in order to transmit, in particular to receive or transmit, a UWB radio signal. For an accuracy of the relative position determination, it is favorable if the antenna is oriented inclined to a horizontal or to the base of the respective module, the base preferably being oriented essentially horizontally. It is particularly favorable if an angle of inclination is between 20 ° and 40 °, in particular 25 ° and 35 °, preferably about 30 °. In particular, this can reduce runtime errors. The antenna of the respective UWB determination element usually has a non-uniform antenna characteristic. As a result of the inclination of the antenna, a more uniform antenna characteristic can be achieved, in particular in a relevant area, such as on the antenna of the UWB transmitter or UWB receiver. It goes without saying that, as a rule, a specified positioning of the respective UWB determination element relates to its antenna, via which the positioning signal is sent or received. The antenna can be designed as a circuit board antenna or advantageously as a ceramic antenna. It is advantageous if the first and / or second module has at least one absorber element for absorbing electromagnetic radiation from the antenna of the transmitter or receiver. This has proven particularly useful for UWB determination elements. The absorber element is usually designed to dampen a frequency range of the radio signal transmitted with the antenna, in particular UWB radio signal, at least partially, preferably essentially completely, by absorption. Undesired reflections of the positioning signal transmitted by the antenna can thereby be avoided. The absorber element can practically be designed as a film. The absorber element can expediently be arranged on a side of the antenna facing away from a transmission path of the positioning signal. Transmission path here usually denotes a route, usually the shortest, along which the positioning signal is transmitted between the transmitter and the receiver. The absorber element can be arranged, for example, on a side of the respective antenna on the respective module that faces an underside or the base of the respective module. Several such absorber elements can advantageously be present on the first and / or second module.
Günstig ist es, wenn zumindest eines der UWB-Bestimmungselemente mehrere voneinander beabstandete Antennen, mit welchen jeweils das Positionierungssignal übertragbar, insbesondere empfangbar bzw. sendbar, ist aufweist. Das UWB- Bestimmungselement kann ein UWB-Sender oder UWB-Empfänger sein. Zweckmäßig ist es, wenn die Antennen voneinander einen durchschnittlichen Abstand von 5 cm bis 30 cm, insbesondere von 10 cm bis 20 cm, aufweisen. Zweckmäßig kann das UWB- Bestimmungselement eine Umschalteinheit, auch als Switch bezeichnet, aufweisen, um eine oder mehrere der Antennen, insbesondere selektiv steuerbar, für eine Übertragung, insbesondere einen Empfang bzw. ein Senden, des Positionierungssignals zu aktivieren. Üblicherweise weist das UWB-Bestimmungselement ein Steuermodul zur Steuerung der Umschalteinheit bzw. der Antennen bzw. der Übertragung des Positionierungssignals auf. Auf diese Weise können mit einem einzigen Steuermodul selektiv einzelne oder mehrere der Antennen für den Empfang bzw. das Senden des Positionierungssignals betrieben werden. Beispielsweise können die Antennen alternierend betrieben, insbesondere angesteuert, werden, um jeweils ein Positionierungssignal zu empfangen bzw. zu senden. Praktikabel ist es, wenn das UWB-Bestimmungselement mit einer Basiseinheit, aufweisend das Steuermodul und eine erste Antenne zum Empfangen bzw. Senden des Positionierungssignals gebildet ist. Günstig ist es dann, wenn das UWB- Bestimmungselement eine vorgenannte Umschalteinheit aufweist, um weitere zweite Antennen mit der Basiseinheit, insbesondere dem Steuermodul, ansteuerbar zu verbinden. Dadurch ist ein modularer Aufbau umsetzbar. Die Antennen sind mit der Umschalteinheit und/oder dem Steuermodul üblicherweise signalübertragbar verbunden. Dies kann mit, insbesondere flexiblen, Leiterplatten umgesetzt sein. Damit können praktikabel auch größere Abstände überbrückt werden. Praktisch ist es, wenn die Basiseinheit auf einer starren Leiterplatte angeordnet ist, wobei weitere Antennen, insbesondere vorgenannte zweite Antennen, über flexible Leiterplatten mit der Basiseinheit signalübertragbar verbunden sind. Die flexible Leiterplatte kann mit einer Folie, auf welcher elektrische Leitungsstrukturen aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, sind, gebildet sein. Die Antennen können gebildet sein, indem eine Antennenstruktur auf eine Leiterplatte, insbesondere eine flexible Leiterplatte, aufgebracht, insbesondere aufgedruckt ist. Die flexible Leiterplatte bzw. Antenne kann beispielsweise mit Flexiprint, auch FPC (flexible printed Circuit) genannt, umgesetzt sein. Praktikabel ist es, wenn die Antennen, beispielsweise sternförmig oder kreuzförmig, entlang eines Umfanges um das Steuermodul angeordnet sind. Die jeweilige Antenne kann wie vorgenannt ausgeführt geneigt ausgerichtet sein. It is favorable if at least one of the UWB determining elements has a plurality of spaced apart antennas with which the positioning signal can be transmitted, in particular received or transmitted. The UWB determination element can be a UWB transmitter or UWB receiver. It is useful if the antennas have an average distance from one another of 5 cm to 30 cm, in particular 10 cm to 20 cm. The UWB determination element can expediently have a switching unit, also referred to as a switch, in order to activate one or more of the antennas, in particular selectively controllable, for transmission, in particular reception or transmission, of the positioning signal. The UWB determination element usually has a control module for controlling the switchover unit or the antennas or the transmission of the positioning signal. In this way, one or more of the antennas for receiving or transmitting the positioning signal can be selectively operated with a single control module. For example, the antennas can be operated, in particular controlled, alternately in order to receive or transmit a positioning signal in each case. It is practical if the UWB determination element with a base unit, having the control module and a first antenna for receiving or transmitting the Positioning signal is formed. It is advantageous if the UWB determination element has an aforementioned switching unit in order to connect further second antennas to the base unit, in particular the control module, in a controllable manner. This means that a modular structure can be implemented. The antennas are usually connected to the switchover unit and / or the control module in such a way that they can be transmitted. This can be implemented with, in particular flexible, printed circuit boards. This means that larger distances can practically be bridged. It is practical if the base unit is arranged on a rigid printed circuit board, further antennas, in particular the aforementioned second antennas, being connected to the base unit in a signal-transferable manner via flexible printed circuit boards. The flexible printed circuit board can be formed with a film on which electrical line structures are applied, in particular printed. The antennas can be formed in that an antenna structure is applied, in particular printed, to a circuit board, in particular a flexible circuit board. The flexible printed circuit board or antenna can be implemented, for example, with Flexiprint, also called FPC (flexible printed circuit). It is practical if the antennas, for example star-shaped or cross-shaped, are arranged along a circumference around the control module. The respective antenna can be aligned inclined, as stated above.
Für eine hohe Genauigkeit ist es günstig, wenn das Positionierungssignal zur Relativpositionsbestimmung mit mehreren, vorzugsweise zumindest drei, voneinander beabstandeten Antennen detektiert wird. Sind mehr als drei Antennen, beispielsweise vier Antennen, vorhanden ist eine Überbestimmung des Systems vorhanden, wodurch eine Genauigkeit der Relativpositionsbestimmung optimierbar ist. Zweckmäßig kann dies beispielsweise durch ein UWB-Bestimmungselement, etwa einen UWB-Empfänger, mit mehreren voneinander beabstandeten Antennen oder mehreren UWB- Bestimmungselementen, etwa mehreren UWB-Empfängern, mit jeweils zumindest einer Antenne umgesetzt sein, wobei die zumindest einen Antennen der unterschiedlichen UWB-Bestimmungselemente voneinander beabstandet sind. For a high level of accuracy, it is advantageous if the positioning signal for determining the relative position is detected with a plurality of, preferably at least three, antennas spaced apart from one another. If there are more than three antennas, for example four antennas, the system is overdetermined, so that the accuracy of the relative position determination can be optimized. This can expediently be implemented, for example, by a UWB determination element, such as a UWB receiver, with several spaced apart antennas or several UWB determination elements, such as several UWB receivers, each with at least one antenna, the at least one antenna of the different UWB Determination elements are spaced from each other.
Üblicherweise werden mehrere Positionierungssignale nacheinander zwischen Sender und Empfänger übertragen. Für geringe Messabweichungen ist es günstig, wenn nacheinander übertragenen Positionierungssignale auf unterschiedlichen, vorzugsweise voneinander beabstandeten, Frequenzbändern übertragen werden. Zweckmäßig wird dabei alternierend zwischen unterschiedlichen Frequenzbändern gewechselt. Dies gilt insbesondere für unmittelbar nacheinander übertragene Positionierungssignale. Usually, several positioning signals are transmitted one after the other between the transmitter and receiver. For small measurement deviations, it is advantageous if positioning signals transmitted one after the other are transmitted on different, preferably spaced apart, frequency bands. Will be expedient alternating between different frequency bands. This applies in particular to positioning signals transmitted in direct succession.
Günstig ist es, wenn, insbesondere bei einer Annäherung der Interaktionselemente, zur Relativpositionsbestimmung mehr als 20 Positionierungssignale pro Sekunde, insbesondere mehr als 50 Positionierungssignale pro Sekunde, bevorzugt mehr als 100 Positionierungssignale pro Sekunde, übertragen und ausgewertet werden. Dies gilt besonders, wenn die Positionierungssignale UWB-Funksignale sind. It is advantageous if, in particular when the interaction elements are approaching, more than 20 positioning signals per second, in particular more than 50 positioning signals per second, preferably more than 100 positioning signals per second, are transmitted and evaluated to determine the relative position. This is especially true when the positioning signals are UWB radio signals.
Für eine zeitstabile Relativpositionsbestimmung ist es zweckmäßig, wenn mit zumindest einem Temperatursensor eine Umgebungstemperatur bestimmt wird, um die Umgebungstemperatur bei der Relativpositionsbestimmung zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die Laufzeit des Positionierungssignals unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur ausgewertet werden. Praktikabel kann zumindest eines der Module, insbesondere eines der Interaktionselemente, zum Beispiel das erste Modul, insbesondere das erste Interaktionselement, einen solchen Temperatursensor aufweisen. For a time-stable relative position determination, it is expedient if an ambient temperature is determined with at least one temperature sensor in order to take the ambient temperature into account when determining the relative position. For example, the transit time of the positioning signal can be evaluated taking into account the ambient temperature. At least one of the modules, in particular one of the interaction elements, for example the first module, in particular the first interaction element, can practically have such a temperature sensor.
In der Regel ist vorgesehen, dass zumindest eines der beiden oder beide Interaktionselemente relativ zu einer Basis des jeweiligen Moduls beweglich mit der Basis verbunden sind, um die Interaktionselemente für die Feinpositionierung für eine Interaktion, insbesondere Kontaktierung, relativ zueinander zu bewegen, üblicherweise zueinander zu führen bzw. einander anzunähern. Zweckmäßig ist es, wenn das erste Modul und/oder zweite Modul eine Bewegungsvorrichtung aufweist, welche das erste und/oder zweite Interaktionselement mit einer Basis des jeweiligen Moduls, insbesondere steuerbar, relativ zur Basis beweglich verbindet. In der Regel ist es jedoch ausreichend, wenn nur eines der Module, üblicherweise das erste Modul eine Bewegungsvorrichtung aufweist, um in der Interaktionsposition das erste Interaktionselement mit der Bewegungsvorrichtung für die Feinpositionierung dem zweiten Interaktionselement anzunähern. Dies ermöglicht es, das zweite Modul mit geringerer Größe auszubilden, weshalb es vorteilhaft ist, wenn gegebenenfalls das zweite Modul an einem mobilen Gerät, wie einem Elektrofahrzeug, angeordnet bzw. als Teil dieses ausgebildet ist und das erste Modul an einem ortsfesten bzw. stationären Gerät, angeordnet bzw. als Teil dieses ausgebildet ist. Die Bewegungsvorrichtung kann beispielsweise als, insbesondere steuerbar, beweglicher Arm oder Hebeeinrichtung ausgebildet sein. Eine hohe Praktikabilität und Sicherheit ist erreichbar, wenn die Interaktionselemente zur Grobpositionierung in der Interaktionsposition vertikal übereinander positionierbar sind bzw. positioniert werden und zur Feinpositionierung, insbesondere mit der, bevorzugt vertikal verfahrbaren, Bewegungsvorrichtung, zueinander geführt werden. Vorzugsweise ist hierbei ein Modul an einer Oberseite und ein Modul an einer Unterseite des jeweiligen Gerätes angeordnet, wobei die Geräte für die Feinpositionierung zur Annäherung, insbesondere Kontaktierung, der Interaktionselemente vertikal übereinander angeordnet werden bzw. anordenbar sind. Dies gilt besonders im Falle einer Ladeeinrichtung als erstes Gerät und einem Elektrofahrzeug als zweites Gerät, wobei vorzugsweise das zweite Modul an einer Unterseite des Elektrofahrzeuges angeordnet ist, sodass die Interaktionselemente in der Interaktionsposition bzw. Ladeposition vertikal übereinander positionierbar sind bzw. positioniert werden, indem das erste Modul unterhalb des Elektrofahrzeuges angeordnet wird. As a rule, it is provided that at least one of the two or both interaction elements are movably connected to the base relative to a base of the respective module in order to move the interaction elements for fine positioning for an interaction, in particular contacting, relative to one another, usually to guide them to one another or to approach each other. It is useful if the first module and / or second module has a movement device which connects the first and / or second interaction element to a base of the respective module, in particular controllably, movably relative to the base. As a rule, however, it is sufficient if only one of the modules, usually the first module, has a movement device in order to approach the first interaction element with the movement device for fine positioning to the second interaction element in the interaction position. This makes it possible to design the second module with a smaller size, which is why it is advantageous if, if necessary, the second module is arranged on a mobile device, such as an electric vehicle, or is designed as part of this, and the first module on a stationary or stationary device , is arranged or formed as part of this. The movement device can be designed, for example, as a, in particular controllable, movable arm or lifting device. A high level of practicability and security can be achieved if the interaction elements for rough positioning can be or are positioned vertically one above the other in the interaction position and for fine positioning, in particular with the preferably vertically movable movement device, are guided to one another. A module is preferably arranged on an upper side and a module on a lower side of the respective device, with the devices for fine positioning for approaching, in particular contacting, the interaction elements being or being able to be arranged vertically one above the other. This is particularly true in the case of a charging device as the first device and an electric vehicle as the second device, with the second module preferably being arranged on an underside of the electric vehicle so that the interaction elements can be or are positioned vertically one above the other in the interaction position or charging position by the first module is arranged below the electric vehicle.
Von Vorteil ist es, wenn die Bewegungsvorrichtung ausgebildet ist, das jeweilige, insbesondere erste, Interaktionselement entlang unterschiedlicher, insbesondere orthogonal zueinander orientierter, Achsen relativ zur Basis des jeweiligen Moduls zu bewegen. Bewährt hat es sich, wenn das jeweilige, insbesondere erste, Interaktionselement mit der Bewegungsvorrichtung in einer Richtung orthogonal, insbesondere vertikal, und/oder in einer Richtung lateral bzw. parallel, insbesondere horizontal, zu einer Basisebene des Moduls bzw. der Basis des Moduls, insbesondere vertikal und/oder horizontal, relativ zur Basis bewegbar ist. Je nach Genauigkeit einer relativen Positionierung der Interaktionselemente bei Einnahme der Interaktionsposition bzw. Grobpositionierung kann es günstig sein, wenn die Bewegungsvorrichtung ausgebildet ist, das jeweilige Interaktionselement entlang einer Achse oder entlang mehrerer, insbesondere von zwei, bevorzugt drei, orthogonal zueinander orientierten Achsen relativ zu Basis des jeweiligen Moduls zu bewegen. Insbesondere wenn eine Grobpositionierung bzw. Einnahme der Interaktionsposition mit hoher Genauigkeit durchführbar ist, kann es ausreichend sein, wenn die Bewegungsvorrichtung ausgebildet ist, das jeweilige Interaktionselement lediglich entlang einer Achse, insbesondere vertikal, relativ zur Basis des jeweiligen Moduls zu bewegen bzw. dem andere Interaktionselement anzunähern. Eine solche Positionierung mit hinreichender Genauigkeit bei der Einnahme der Interaktionsposition ist in der Regel ermöglicht, wenn eines der Geräte, üblicherweise das zweite Gerät, ein selbstfahrendes bzw. autonomes Fahrzeug ist. It is advantageous if the movement device is designed to move the respective, in particular first, interaction element along different, in particular orthogonally oriented axes relative to the base of the respective module. It has proven useful if the respective, in particular first, interaction element with the movement device in a direction orthogonal, in particular vertical, and / or in a direction lateral or parallel, in particular horizontal, to a base plane of the module or the base of the module, in particular vertically and / or horizontally, is movable relative to the base. Depending on the accuracy of a relative positioning of the interaction elements when assuming the interaction position or rough positioning, it can be advantageous if the movement device is designed with the respective interaction element along one axis or along several, in particular two, preferably three, axes oriented orthogonally to one another relative to the base of the respective module. In particular, if a rough positioning or assumption of the interaction position can be carried out with high accuracy, it may be sufficient if the movement device is designed to move the respective interaction element only along one axis, in particular vertically, relative to the base of the respective module or the other interaction element approximate. Such positioning with sufficient accuracy when taking the interaction position is generally enabled if one of the devices, usually the second device, is a self-driving or autonomous vehicle.
Von Vorteil ist es entsprechend, wenn eines der Geräte, insbesondere das zweite Gerät, ein selbstfahrendes bzw. autonomes Fahrzeug ist und die Bewegungsvorrichtung ausgebildet ist, in der Interaktionsposition das jeweilige Interaktionselement, üblicherweise das erste Interaktionselement, lediglich entlang einer Richtung, vorzugsweise lediglich vertikal, relativ zur jeweiligen Basis zu bewegen, üblicherweise dem anderen Interaktionselement anzunähern. Auf diese Weise ist ein besonders robustes und kostengünstiges Interagieren zwischen den Geräten umsetzbar. Dies gilt besonders, wenn das andere Gerät, insbesondere erste Gerät, eine Ladeeinrichtung ist. Vorteilhaft kann dann vorgesehen sein, dass eines der Geräte als selbstfahrendes Fahrzeug und das andere Gerät als Ladeeinrichtung ausgebildet ist, wobei die Geräte zur Einnahme der Interaktionsposition bzw. bei der Grobpositionierung vertikal übereinander positioniert werden, wonach in der Interaktionsposition bzw. bei der Feinpositionierung das erste Interaktionselement mit der Bewegungsvorrichtung, insbesondere lediglich, vertikal relativ zur Basis des ersten Moduls bewegt wird, um die Interaktionselemente einander anzunähern und üblicherweise miteinander zu kontaktieren, beispielsweise um elektrische Energie über die Interaktionselemente zwischen den Geräten zu übertragen. It is correspondingly advantageous if one of the devices, in particular the second device, is a self-driving or autonomous vehicle and the movement device is designed, in the interaction position the respective interaction element, usually the first interaction element, only along one direction, preferably only vertically, to move relative to the respective base, usually to approach the other interaction element. In this way, particularly robust and inexpensive interaction between the devices can be implemented. This is particularly true if the other device, in particular the first device, is a charging device. It can then advantageously be provided that one of the devices is designed as a self-driving vehicle and the other device as a charging device, the devices for taking up the interaction position or for coarse positioning being positioned vertically one above the other, after which the first in the interaction position or for fine positioning Interaction element with the movement device, in particular only, is moved vertically relative to the base of the first module in order to bring the interaction elements closer to one another and usually to contact one another, for example to transmit electrical energy via the interaction elements between the devices.
Günstig ist es, wenn in der Interaktionsposition bzw. zur Feinpositionierung das erste Interaktionselement mit der Bewegungsvorrichtung mit einem definierten Bewegungsweg bewegt wird, wobei vor dem Bewegen und nach dem Bewegen des ersten Interaktionselementes jeweils ein Abstand zwischen den Interaktionselementen mit dem Positionierungssystem bestimmt wird und mit den Abständen und dem Bewegungsweg eine Relativposition zwischen den Interaktionselementen bestimmt wird. Damit ist die Relativposition zwischen den Interaktionselementen praktikabel, im Besonderen basierend auf Abstandsbestimmungen mit dem Positionierungssystem, bestimmbar bzw. optimierbar. Im Besonderen ist dadurch praktikabel ermöglicht, eine Relativpositionsbestimmung mit einem einzelnen Sensor durchzuführen, indem mit dem Sensor der Abstand zwischen den Interaktionselementen jeweils vor und nach einem relativen Bewegen der Interaktionselemente zueinander mit der Bewegungsvorrichtung gemäß dem Bewegungsweg bestimmt wird. Beispielsweise kann der Sensor am ersten Interaktionselement und ein oder mehrere Sender am zweite Interaktionselement, oder umgekehrt, angeordnet sein. Dies hat sich besonders bewährt, wenn der Sensor ein UWB-Empfänger bzw. die Sender UWB-Sender sind. Zweckmäßig kann eine jeweilige Position des ersten Interaktionselementes vor bzw. nach dem Bewegen des ersten Interaktionselementes mit der Bewegungsvorrichtung bzw. der Verfahrweg zur Bestimmung der Relativposition in einem Speicher gespeichert werden. Bevorzugt ist es, wenn zusätzlich eine Richtung zwischen den Interaktionselementen mit dem Sensor bestimmt wird. It is favorable if the first interaction element is moved with the movement device with a defined movement path in the interaction position or for fine positioning, with a distance between the interaction elements being determined with the positioning system before and after moving the first interaction element Distances and the movement path a relative position between the interaction elements is determined. The relative position between the interaction elements is thus practicable, in particular based on distance determinations with the positioning system, can be determined or optimized. In particular, this makes it possible to carry out a relative position determination with a single sensor in a practical manner, in that the distance between the interaction elements is determined with the sensor before and after the interaction elements are moved relative to one another with the movement device according to the movement path. For example, the sensor on the first interaction element and one or more transmitters on the second interaction element, or reversed, be arranged. This has proven particularly useful when the sensor is a UWB receiver or the transmitters are UWB transmitters. Appropriately, a respective position of the first interaction element before or after moving the first interaction element with the movement device or the travel path for determining the relative position can be stored in a memory. It is preferred if a direction between the interaction elements with the sensor is also determined.
Eine geringe Messunsicherheit der Relativpositionsbestimmung ist erreichbar, wenn zur Ermittlung der Relativposition eine Kalman-Filterung durchgeführt wird. Diese kann zweckmäßig mit einer computergestützten Analyseeinheit, beispielsweise der Auswerteeinheit, durchgeführt werden. Die Kalman-Filterung ist ein mathematisches Verfahren zur iterativen Schätzung von Parametern auf der Basis von unsicherheitsbehafteten Messgrößen. Dieses Verfahren hat sich bei der Relativpositionsbestimmung, insbesondere mit UWB-Bestimmungselementen, als besonders effizient erwiesen, um eine Genauigkeit zu erhöhen. Günstig ist es, wenn eine Vielzahl von mit zumindest einem Sensor ermittelten Messdaten, insbesondere in unterschiedlichen Relativpositionen zwischen den Interaktionselementen, als Eingangsdaten für die Kalman-Filterung verwendet werden. Weitere Eingangsdaten für die Kalman-Filterung können Bewegungsdaten, wie Beschleunigung und/oder Geschwindigkeit, des Interaktionselementes sein, welche beispielsweise mit einem Bewegungssensor gemessen werden. A low measurement uncertainty of the relative position determination can be achieved if a Kalman filtering is carried out to determine the relative position. This can expediently be carried out with a computer-aided analysis unit, for example the evaluation unit. Kalman filtering is a mathematical method for the iterative estimation of parameters on the basis of measured quantities subject to uncertainty. This method has proven to be particularly efficient in determining the relative position, in particular with UWB determining elements, in order to increase accuracy. It is favorable if a large number of measurement data determined with at least one sensor, in particular in different relative positions between the interaction elements, are used as input data for the Kalman filtering. Further input data for the Kalman filtering can be movement data, such as acceleration and / or speed, of the interaction element, which are measured, for example, with a movement sensor.
Günstig ist es, wenn mehrere aufeinanderfolgende Messsignale bzw. detektierte Positionierungssignale miteinander verglichen werden, um Fehlsignale zu erkennen. Zweckmäßig kann damit eine Plausibilität eines Messsignales geprüft werden. Beispielsweise können dabei Amplituden der Messsignale bzw. detektierten Positionierungssignale miteinander verglichen werden. Auf diese Weise können fehlerhafte Positionierungssignale, wie Reflexionssignale, beispielsweise an einer Umgebung reflektierte Positionierungssignale, festgestellt und bevorzugt für die Relativpositionsbestimmung unberücksichtigt bleiben. Zweckmäßig kann dies während einer Annäherung der Interaktionselemente erfolgen, wobei vorzugsweise eine Annäherungsbewegung, insbesondere Annäherungsgeschwindigkeit, der Interaktionselemente zueinander für den Vergleich bzw. die Plausibilitätsprüfung berücksichtigt wird. Beispielsweise können dadurch auftretende Messsignale mit unplausibel großen Amplituden im Vergleich zu vorhergehenden Messsignalen, insbesondere unter Berücksichtigung der Annäherungsbewegung der Interaktionselemente, gefunden und nicht für die Relativpositionsbestimmung verwendet werden. Vorteilhaft kann hierzu Channel-Impulse-Response-Tracking, auch CIR-Tracking genannt, eingesetzt werden. It is advantageous if several successive measurement signals or detected positioning signals are compared with one another in order to identify incorrect signals. A plausibility of a measurement signal can expediently be checked in this way. For example, amplitudes of the measurement signals or detected positioning signals can be compared with one another. In this way, incorrect positioning signals, such as reflection signals, for example positioning signals reflected from an environment, can be determined and preferably not taken into account for the determination of the relative position. This can expediently take place while the interaction elements are approaching, with preferably an approaching movement, in particular an approaching speed, of the interaction elements to one another for the comparison or the plausibility check is taken into account. For example, measurement signals that occur with implausibly large amplitudes compared to previous measurement signals, in particular taking into account the approaching movement of the interaction elements, can be found and not used to determine the relative position. Channel impulse response tracking, also called CIR tracking, can advantageously be used for this purpose.
Vorteilhaft ist es, wenn in der Interaktionsposition bzw. zur Feinpositionierung eine erste Messanordnung mit zumindest einem positionsfest bzw. starr mit dem ersten Interaktionselement verbundenen ersten Bestimmungselement und zumindest einem positionsfest bzw. starr mit dem zweiten Interaktionselement verbundenen zweiten Bestimmungselement gebildet ist, wobei eines der Bestimmungselemente als Sender, bevorzugt als Ultraschallsender, und das andere Bestimmungselement als Sensor, bevorzugt als Ultraschallsensor, ausgebildet ist, wobei zwischen diesen ein Positionierungssignal übermittelt wird, um eine Relativposition zwischen den Interaktionselementen für deren Annäherung zu bestimmen. Auf diese Weise ist ermöglicht, dass sich die Bestimmungselemente der ersten Messanordnung bei einer Annäherung der Interaktionselemente in der Interaktionsposition mit diesen mitbewegen. Dadurch ist die relative Position zwischen den Interaktionselementen präzise bestimmbar. Dies ist insofern von Bedeutung als eine Genauigkeit bzw. Präzision einer Sender- Empfänger-Messanordnung üblicherweise mit abnehmendem Abstand zwischen Sender und Empfänger zunimmt. Dadurch ist erreichbar, dass bei fortschreitender Annäherung der Interaktionselemente in der Interaktionsposition eine Bestimmung der Relativposition zwischen den Interaktionselementen mit immer größerer Genauigkeit durchführbar ist. Eine hohe Anwendungspraktikabilität ist erreichbar, wenn die erste Messanordnung mit mehreren ersten Bestimmungselementen und/oder mehreren zweiten Bestimmungselementen gebildet ist. Im Speziellen kann es hierfür günstig sein, wenn mehrere erste Messanordnungen vorgesehen sind. It is advantageous if, in the interaction position or for fine positioning, a first measuring arrangement is formed with at least one first determination element connected in a fixed position or rigidly to the first interaction element and at least one second determination element connected in a fixed position or rigidly to the second interaction element, with one of the determination elements is designed as a transmitter, preferably as an ultrasound transmitter, and the other determination element as a sensor, preferably as an ultrasound sensor, a positioning signal being transmitted between these in order to determine a relative position between the interaction elements for their approach. In this way it is possible for the determination elements of the first measuring arrangement to move with the interaction elements in the interaction position when they approach. As a result, the relative position between the interaction elements can be precisely determined. This is important insofar as the accuracy or precision of a transmitter-receiver measuring arrangement usually increases as the distance between transmitter and receiver decreases. As a result, it can be achieved that as the interaction elements in the interaction position get closer together, the relative position between the interaction elements can be determined with ever greater accuracy. A high degree of practical application can be achieved if the first measuring arrangement is formed with a plurality of first determination elements and / or a plurality of second determination elements. In particular, it can be advantageous for this purpose if several first measuring arrangements are provided.
Günstig ist es, wenn bei Annäherung der Module zur Einnahme der Interaktionsposition bzw. zur Grobpositionierung eine zweite Messanordnung mit zumindest einem positionsfest bzw. starr mit der Basis des ersten Moduls verbundenen dritten Bestimmungselement und zumindest einem vierten Bestimmungselement des zweiten Moduls gebildet ist, wobei eines der Bestimmungselemente als Sender, bevorzugt als Ultraschallsender, und das andere Bestimmungselement als Sensor, bevorzugt als Ultraschallsensor, ausgebildet ist, wobei zwischen diesen ein Positionierungssignal übermittelt wird, um eine Relativposition zwischen den Geräten bzw. Modulen für deren Annäherung zu bestimmen. Das vierte Bestimmungselement ist bevorzugt, insbesondere positionsfest bzw. starr, mit der Basis des zweiten Moduls verbunden. Insbesondere kann das vierte Bestimmungselement mit dem zweiten Bestimmungselement gebildet sein. Dadurch ist die relative Position zwischen den Modulen bei relativer Annäherung der Module zur Einnahme der Interaktionsposition mit hoher Genauigkeit bestimmbar. Im Besonderen ist damit eine Feinpositionierung bzw. Bestimmung der Relativposition zwischen den Interaktionselementen in der Interaktionsposition von einer Grobpositionierung bzw. Bestimmung der Relativposition zwischen den Modulen bei einer Annäherung der Module zur Einnahme der Interaktionsposition in hohem Maße entkoppelt, sodass die erste und zweite Messanordnung auf deren jeweiligen konkreten Anwendungszweck hin optimiert ausbildbar sind. Eine hohe Anwendungspraktikabilität ist erreichbar, wenn die zweite Messanordnung mit mehreren dritten Bestimmungselementen und/oder mehreren vierten Bestimmungselementen gebildet ist. Im Speziellen kann es hierfür günstig sein, wenn mehrere zweite Messanordnungen vorgesehen sind. It is favorable if, when the modules approach to take the interaction position or for rough positioning, a second measuring arrangement is formed with at least one third determination element connected in a fixed position or rigidly to the base of the first module and at least one fourth determination element of the second module, one of the Determination elements as a transmitter, preferably as a Ultrasonic transmitter, and the other determination element is designed as a sensor, preferably as an ultrasonic sensor, a positioning signal being transmitted between them in order to determine a relative position between the devices or modules for their approach. The fourth determination element is preferably connected to the base of the second module, in particular in a fixed or rigid manner. In particular, the fourth determination element can be formed with the second determination element. As a result, the relative position between the modules can be determined with a high degree of accuracy when the modules are relatively approaching to take up the interaction position. In particular, a fine positioning or determination of the relative position between the interaction elements in the interaction position is decoupled to a large extent from a coarse positioning or determination of the relative position between the modules when the modules approach to assume the interaction position, so that the first and second measuring arrangements are based on their can be optimized for the specific application. A high degree of practical application can be achieved if the second measuring arrangement is formed with a plurality of third determination elements and / or a plurality of fourth determination elements. In particular, it can be advantageous for this purpose if several second measuring arrangements are provided.
Bevorzugt ist es, wenn eines der Module, bevorzugt das zweite Modul, mehrere voneinander beabstandete Sender aufweist, mit welchen, insbesondere alternierend, Positionierungssignale emittiert werden. Dadurch kann auf einfache Weise eine relative Ausrichtung zwischen den Modulen bzw. deren Geräte bestimmt werden. Es kann ausreichend sein, wenn das Modul, insbesondere das zweite Modul, nur einen einzelnen Sender aufweist. Für eine präzise Messung ist es dann zweckmäßig, wenn dieser im Bereich einer Mitte, insbesondere eines geometrischen Flächenschwerpunktes, des Interaktionselementes des Moduls angeordnet ist. It is preferred if one of the modules, preferably the second module, has several transmitters spaced apart from one another, with which positioning signals are emitted, in particular alternately. In this way, a relative alignment between the modules or their devices can be determined in a simple manner. It can be sufficient if the module, in particular the second module, only has a single transmitter. For a precise measurement, it is then expedient if this is arranged in the area of a center, in particular a geometric centroid, of the interaction element of the module.
Eine präzise Laufzeitmessung des Positionierungssignals ist erreichbar, wenn für die Laufzeitmessung ein gemeinsamer zeitlicher Bezugspunkt für den zumindest einen Sender und den zumindest einen Sensor festgesetzt wird, an dem das Positionierungssignal vom Sender abgesendet wird. Dies ist praktikabel umsetzbar, wenn das mit dem jeweiligen Sender emittierte Positionierungssignal abhängig von einem Zeitpunkt eines zwischen den Modulen übertragenen Triggersignals vom Sender emittiert wird. Danach kann anhand von mit den Sensoren ermittelten Laufzeiten des Positionierungssignals eine jeweilige Relativposition berechnet werden. Zweckmäßig ist es, wenn das Triggersignal ein Funksignal ist. Hierzu können die Module jeweils eine Kommunikationseinrichtung aufweisen oder mit einer solchen verbunden sein, um das Triggersignal zwischen diesen zu übermitteln. A precise transit time measurement of the positioning signal can be achieved if a common time reference point is established for the transit time measurement for the at least one transmitter and the at least one sensor at which the positioning signal is sent by the transmitter. This can be implemented practically if the positioning signal emitted by the respective transmitter is emitted by the transmitter as a function of a point in time of a trigger signal transmitted between the modules. Then, based on the transit times of the determined with the sensors Positioning signal a respective relative position can be calculated. It is useful if the trigger signal is a radio signal. For this purpose, the modules can each have a communication device or be connected to such a device in order to transmit the trigger signal between them.
Üblicherweise ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der jeweiligen Relativposition eine Laufzeit des übertragenen Positionierungssignals ermittelt wird. Bewährt hat es sich, wenn der zumindest eine Sensor, insbesondere sämtliche Sensoren, mit mehreren voneinander definiert beabstandeten Sensorelementen, insbesondere Ultraschallsensorelementen, gebildet ist, um das Positionierungssignal mit jedem der Sensorelemente zu detektieren. Die Sensorelemente können mehrere UWB-Empfänger oder mehrere Antennen, häufig ein Antennenarray, eines einzelnen UWB-Empfängers sein. Durch eine Detektion mit definiert beabstandeten Sensorelementen kann die Relativposition mit hoher Ortsauflösung bestimmt werden. Günstig ist es, wenn der zumindest eine Sensor mit zumindest drei, bevorzugt zumindest vier, Sensorelementen gebildet ist. Vorzugsweise sind die Sensorelemente in einer Ebene angeordnet. Eine praktikable Auswertung und Umsetzung ist erreichbar, wenn die Sensorelemente L-förmig bzw. entlang eines rechten Winkels angeordnet sind, wobei insbesondere ein Sensorelement am Scheitel und zwei andere Sensorelemente beabstandet von diesem auf den Schenkeln der L-förmigen Anordnung bzw. des Wnkels angeordnet sind. Für eine hohe Genauigkeit bzw. Präzision der Relativpositionsbestimmung ist es ausreichend, wenn drei Sensorelemente vorhanden sind. Indem zusätzlich weitere Sensorelemente, insbesondere ein viertes Sensorelement, vorgesehen ist, kann durch redundante Messung eine Messunsicherheit sowie eine Fehlertoleranz und damit insbesondere die Präzision weiter verbessert werden. Ist zumindest ein viertes Sensorelement vorhanden ist vorteilhaft ermöglicht, eine jeweilige Relativposition, entsprechend den unterschiedlichen Auswahlmöglichkeiten von Sensorelement-Kombinationen, mehrfach, insbesondere viermal, zu berechnen und die berechneten Relativpositionen für eine Fehlerkorrektur bzw. zur Erkennung einer fehlerhaften Messung zu nutzen. It is usually provided that a transit time of the transmitted positioning signal is determined in order to determine the respective relative position. It has proven useful if the at least one sensor, in particular all sensors, is formed with a plurality of sensor elements spaced apart from one another in a defined manner, in particular ultrasonic sensor elements, in order to detect the positioning signal with each of the sensor elements. The sensor elements can be several UWB receivers or several antennas, often an antenna array, of a single UWB receiver. The relative position can be determined with high spatial resolution through detection with sensor elements spaced apart in a defined manner. It is favorable if the at least one sensor is formed with at least three, preferably at least four, sensor elements. The sensor elements are preferably arranged in one plane. A practicable evaluation and implementation can be achieved if the sensor elements are L-shaped or arranged along a right angle, with one sensor element being arranged at the apex and two other sensor elements spaced apart therefrom on the legs of the L-shaped arrangement or the angle . For a high level of accuracy or precision in determining the relative position, it is sufficient if three sensor elements are present. By additionally providing further sensor elements, in particular a fourth sensor element, a measurement uncertainty as well as an error tolerance and thus in particular the precision can be further improved by redundant measurement. If at least one fourth sensor element is present, it is advantageously possible to calculate a respective relative position several times, in particular four times, in accordance with the different selection options of sensor element combinations, and to use the calculated relative positions for error correction or for detecting an incorrect measurement.
Eine praktikable und zeiteffiziente Umsetzung ist erreichbar, wenn die jeweilige Relativposition mit einer mit einem der Sensorelemente des Sensors ermittelten Laufzeit des Positionierungssignals sowie den mit den anderen Sensorelementen des Sensors ermittelten Laufzeitdifferenzen zu dieser ermittelt wird. Dadurch kann mit wenig rechenintensivem Aufwand die jeweilige Relativposition bestimmt werden. Die Laufzeitdifferenzen können, beispielsweise bei einer Ultraschallsignalübertragung, praktikabel durch Auswertung von Phasenverschiebungen zwischen den mit den Sensorelementen detektierten Positionierungssignalen ermittelt werden. Vorzugsweise wird mit dem am Scheitel angeordneten Sensorelement die absolute Laufzeit des detektierten Positionierungssignals ermittelt und mit den weiteren Sensorelementen eine Laufzeitdifferenz des jeweiligen detektierten Positionierungssignals dazu ermittelt, um die Relativposition zu berechnen. A practicable and time-efficient implementation can be achieved if the respective relative position is determined with a transit time of the positioning signal determined with one of the sensor elements of the sensor and the transit time differences therefrom determined with the other sensor elements of the sensor. This allows with little The respective relative position can be determined with a computationally intensive effort. The transit time differences can be practically determined, for example in the case of an ultrasonic signal transmission, by evaluating phase shifts between the positioning signals detected with the sensor elements. The absolute transit time of the detected positioning signal is preferably determined with the sensor element arranged at the apex and a transit time difference of the respective detected positioning signal is determined with the further sensor elements in order to calculate the relative position.
Für einen Sensor mit L-förmig in einer Ebene angeordneten Sensorelementen, wobei ein Sensorelement am Scheitelpunkt der L-Form und zwei weitere Sensorelemente beabstandet von diesem jeweils an einem Schenkel der L-Form angeordnet sind, ergibt sich eine entsprechende Berechnung basierend auf Laufzeitdifferenzen zu: For a sensor with sensor elements arranged in an L-shape in a plane, with one sensor element being arranged at the apex of the L-shape and two further sensor elements spaced apart therefrom on one leg of the L-shape, a corresponding calculation results based on transit time differences as follows:
Dabei bezeichnen x, y und z die Relativposition, to die mit dem im Scheitelpunkt angeordneten Sensorelement ermittelte absolute Laufzeit, tox und toy die Laufzeitdifferenzen der beiden weiteren Sensorelemente zur Laufzeit to sowie dx und dy die definierten Abstände der beiden weiteren Sensorelemente jeweils zu dem Sensorelement im Scheitelpunkt. Here x, y and z denote the relative position, to the absolute transit time determined with the sensor element arranged at the vertex, to x and to y the transit time differences of the two further sensor elements at transit time to, and d x and d y the defined distances between the two further sensor elements to the sensor element at the vertex.
Für einen praktikablen und robusten Aufbau, welcher besonders alltagstauglich ist, hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Positionierungssystem, insbesondere die erste Messanordnung und/oder zweite Messanordnung mit zumindest einem Ultraschallsensor und zumindest einem Ultraschallsender ausgebildet ist. Entsprechend ist es günstig, wenn, insbesondere vorgenannter, zumindest eine Sensor bzw. zumindest eine Sender als Ultraschallsender bzw. Ultraschallsensoren ausgebildet sind, zwischen welchen ein Ultraschallsignal als Positionierungssignal übermittelt wird, um eine jeweilige Relativposition zu bestimmen. Dies gilt in analoger Weise, wenn statt dem Ultraschallsensor ein UWB-Empfänger und statt dem Ultraschallsender ein UWB-Sender eingesetzt ist. Günstig ist es entsprechend, wenn der zumindest eine Ultraschallsensor mit zumindest drei, bevorzugt zumindest vier, insbesondere als Mikrofone ausgebildete, Ultraschallsensorelemente gebildet ist. For a practical and robust structure that is particularly suitable for everyday use, it has been shown to be advantageous if the positioning system, in particular the first measuring arrangement and / or second measuring arrangement, is designed with at least one ultrasonic sensor and at least one ultrasonic transmitter. Accordingly, it is advantageous if, in particular the aforementioned, at least one sensor or at least one transmitter is designed as an ultrasonic transmitter or ultrasonic sensors, between which an ultrasonic signal is transmitted as a positioning signal in order to determine a respective relative position. This applies in an analogous manner if instead of the Ultrasonic sensor a UWB receiver and instead of the ultrasonic transmitter a UWB transmitter is used. It is accordingly favorable if the at least one ultrasonic sensor is formed with at least three, preferably at least four, in particular designed as microphones, ultrasonic sensor elements.
Für eine Sicherheit ist es praktikabel, wenn eine Funktionalitätsüberprüfung durchgeführt wird, indem in der Interaktionsposition bei einem Annähern des ersten Interaktionselementes mit der Bewegungsvorrichtung an das zweite Interaktionselement ein Abstand zwischen den Interaktionselementen durch Bewegen des ersten Interaktionselementes mit der Bewegungsvorrichtung definiert geändert wird und durch Vergleich mit einem mittels Bestimmungen von Relativpositionen ermitteltem Abstand verglichen wird. Dadurch können eine Konsistenz und Plausibilität der Relativpositionsbestimmung überprüft und gegebenenfalls angepasst und/oder insbesondere ein Wartungserfordernis indizieren. For safety, it is practicable if a functionality check is carried out in that, in the interaction position, when the first interaction element with the movement device approaches the second interaction element, a distance between the interaction elements is changed in a defined manner by moving the first interaction element with the movement device and by comparison with is compared to a distance determined by determining relative positions. As a result, the consistency and plausibility of the relative position determination can be checked and, if necessary, adjusted and / or in particular indicate a maintenance requirement.
Günstig ist es, wenn die Sendeleistung eines Senders mit einer Annäherung von Sender und Sensor bzw. den Modulen bzw. Interaktionselementen angepasst reduziert wird, um eine Sättigung der Sensoren zu vermeiden. Dies gilt besonders im Falle von Ultraschallsendern bzw. Ultraschallsensoren. It is advantageous if the transmission power of a transmitter is reduced in an adapted manner as the transmitter and sensor or the modules or interaction elements approach, in order to avoid saturation of the sensors. This is particularly true in the case of ultrasonic transmitters or ultrasonic sensors.
Eine Berechnung der jeweiligen Relativposition erfolgt üblicherweise mit einem Mikroprozessor oder einer Computereinrichtung, welche ausgebildet ist, auf Basis des mit dem zumindest einen Sensor detektierten Positionierungssignals die jeweilige Relativposition zu berechnen. The respective relative position is usually calculated using a microprocessor or a computer device which is designed to calculate the respective relative position on the basis of the positioning signal detected by the at least one sensor.
Eine übliche Auswerteroutine zur Ermittlung der jeweiligen Relativposition aus detektierten Positionierungssignalen umfasst in der Regel einen oder mehrere, insbesondere sämtliche, nachfolgend angegebene Auswerteschritte, nicht zwingend, aber bevorzugt in angegebener Reihenfolge: A customary evaluation routine for determining the respective relative position from detected positioning signals generally comprises one or more, in particular all, evaluation steps specified below, not mandatory, but preferably in the specified order:
Zweckmäßig ist es, wenn in einem ersten Auswerteschritt Amplituden des detektierten Positionierungssignals berechnet bzw. bestimmt werden, um einen zugehörigen ersten Signalabschnitt mit ansteigenden Amplituden festzulegen bzw. einzugrenzen. Detektiertes Positionierungssignal bezeichnet dabei das jeweilige mit dem Sensor bzw. Sensorelement gemessene das Positionierungssignal repräsentierende Messsignal. It is useful if, in a first evaluation step, amplitudes of the detected positioning signal are calculated or determined in order to define or limit an associated first signal section with increasing amplitudes. Detected Positioning signal denotes the respective measurement signal that represents the positioning signal and is measured by the sensor or sensor element.
Günstig ist es, wenn in einem weiteren Auswerteschritt mehrere, bevorzugt sämtliche, Nulldurchgänge des ersten Signalabschnittes des detektierten Positionierungssignals berechnet werden. Anhand von ermittelten Nulldurchgängen kann das Laufzeitverhalten des detektierten Positionierungssignals charakterisiert werden. It is favorable if several, preferably all, zero crossings of the first signal segment of the detected positioning signal are calculated in a further evaluation step. The transit time behavior of the detected positioning signal can be characterized on the basis of determined zero crossings.
Zweckdienlich ist es, wenn in einem weiteren Auswerteschritt eine erste Schwingungsperiode des detektierten Positionierungssignals, deren Amplitude größer als ein vorbestimmter Schwellwert, beispielsweise 10 % einer Maximalperiode des detektierten Positionierungssignals, ist, bestimmt wird. It is expedient if, in a further evaluation step, a first oscillation period of the detected positioning signal, the amplitude of which is greater than a predetermined threshold value, for example 10% of a maximum period of the detected positioning signal, is determined.
Üblicherweise ist in einem weiteren Auswerteschritt vorgesehen, dass zur Ermittlung eines Ankunftszeitpunktes des jeweiligen detektierten Positionierungssignals Nulldurchgänge und/oder Amplituden des ersten Signalabschnittes des detektierten Positionierungssignals bestimmt werden und auf den Ankunftszeitpunkt extrapoliert wird, insbesondere um die Laufzeit des Positionierungssignals zu bestimmen. Usually, a further evaluation step provides that zero crossings and / or amplitudes of the first signal section of the detected positioning signal are determined and extrapolated to the arrival time, in particular to determine the transit time of the positioning signal, in order to determine an arrival time of the respective detected positioning signal.
Bewährt hat es sich, wenn in einem weiteren Auswerteschritt zur Ermittlung einer Laufzeitdifferenz zwischen mit den Sensorelementen detektierten Positionierungssignalen Nulldurchgänge von detektierten Positionierungssignalen miteinander verglichen werden und aus deren zeitlichen Differenz bzw. Phasenverschiebung die jeweilige Laufzeitdifferenz ermittelt wird. Nulldurchgänge des detektierten Positionierungssignals können durch Interpolation von Abtastwerten viel genauer als eine Abtastperiode berechnet werden, wodurch sich eine massiv reduzierte Unsicherheit ergibt. It has proven useful if, in a further evaluation step to determine a transit time difference between the positioning signals detected with the sensor elements, zero crossings of detected positioning signals are compared with one another and the respective transit time difference is determined from their time difference or phase shift. Zero crossings of the detected positioning signal can be calculated much more precisely than a sampling period by interpolating sample values, which results in a massively reduced uncertainty.
Günstig ist es, wenn in einem weiteren Auswerteschritt Zeitpunkte der Nulldurchgänge des detektierten Positionierungssignals, insbesondere jene des ersten Signalabschnittes, mittels einer Regressionsanalyse beschrieben werden, um Schwingungsperioden des detektierten Positionierungssignals deren zugehörigen Detektionszeitpunkten zuzuordnen, um einen Detektionszeitpunkt der ersten Schwingungsperiode des detektierten Positionierungssignals bzw. den Ankunftszeitpunkt zu berechnen. Auf diese Weise kann der Ankunftszeitpunkt des Positionierungssignals an einem jeweiligen Sensor bzw. Sensorelement berechnet werden, zumal der Ankunftszeitpunkt des detektierten Positionierungssignals häufig nicht direkt mit ausreichender Genauigkeit erkennbar ist.It is expedient if, in a further evaluation step, times of the zero crossings of the detected positioning signal, in particular those of the first signal section, are described by means of a regression analysis in order to assign oscillation periods of the detected positioning signal to their associated detection times, in order to determine a detection time of the first oscillation period of the detected positioning signal or the Calculate arrival time. In this way, the time of arrival of the positioning signal at a respective sensor or sensor element are calculated, especially since the arrival time of the detected positioning signal is often not directly recognizable with sufficient accuracy.
Die Regressionsanalyse kann insbesondere eine lineare Regression, bevorzugt lineare Einfachregression bzw. eine Regressionsgerade, sein. The regression analysis can in particular be a linear regression, preferably a linear single regression or a regression line.
Es hat sich bewährt, wenn auch während einer Durchführung der Interaktion Relativpositionsbestimmungen durchgeführt werden, um eine relative Positionierung der Geräte bzw. Module bzw. Interaktionselemente zu überprüfen. It has proven useful if relative position determinations are also carried out while the interaction is being carried out in order to check a relative positioning of the devices or modules or interaction elements.
Praktisch ist es, wenn in einem weiteren Auswerteschritt eine Plausibilitätskontrolle durchgeführt wird, indem Ankunftszeitpunktdifferenzen zwischen den detektierten Positionierungssignalen mit einer oder mehreren, insbesondere aufgrund der definierten Positionierung der Sensorelemente zueinander, konstruktiv maximal möglichen Ankunftszeitpunktdifferenzen verglichen werden, um fehlerhafte detektierte Positionierungssignale bzw. Messsignale, insbesondere fehlerhafte Verschiebungen um eine Periodendauer zu erkennen und bevorzugt auszugleichen. It is practical if a plausibility check is carried out in a further evaluation step by comparing arrival time differences between the detected positioning signals with one or more, in particular due to the defined positioning of the sensor elements to one another, constructively maximum possible arrival time differences in order to detect incorrect detected positioning signals or measurement signals, in particular incorrect shifts in order to recognize a period duration and preferably to compensate for it.
Eine Anwendungseffizienz ist erhöhbar, wenn eine Auswertung von detektierten Positionierungssignalen, welche an einem jeweiligen Modul bzw. Gerät reflektiert wurden in Abhängigkeit von einer Geometrie des ersten und/oder zweiten Moduls bzw. ersten und/oder zweiten Gerätes erfolgt, um eine relative Position von nicht in direkter Sichtlinie befindlichen Geräten bzw. Modulen zu ermitteln. Hierzu kann in einem Speicher eine Geometrie der Module und/oder Geräte gespeichert sein. Auf diese Weise kann eine Relativpositionsbestimmungen eines nicht in direkter Sichtlinie des Sensors befindlichen Senders durchgeführt werden, dessen Positionierungssignal über Reflexion zum Sensor gelangt. Dies gilt besonders im Falle von Ultraschallsendern bzw. Ultraschallsensoren. Application efficiency can be increased if an evaluation of detected positioning signals, which were reflected on a respective module or device, is carried out as a function of a geometry of the first and / or second module or first and / or second device, by a relative position of not to determine devices or modules in direct line of sight. For this purpose, a geometry of the modules and / or devices can be stored in a memory. In this way, it is possible to determine the relative position of a transmitter which is not in the direct line of sight of the sensor and whose positioning signal reaches the sensor via reflection. This is particularly true in the case of ultrasonic transmitters or ultrasonic sensors.
Vorteilhaft für eine Anwendungspraktikabilität ist es, wenn eines der Geräte ortsfest montiert ist und das andere Gerät mobil ausgebildet ist. Beispielsweise eines der Geräte als ortsfeste Ladestation und das andere Gerät als Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug und/oder selbstfahrendes bzw. autonomes Fahrzeug, ausgebildet ist. Zweckmäßig ist es dann, wenn das jeweilige Modul des mobilen Gerätes im Bereich eines Unterbodens bzw. einer Unterseite des mobilen Gerätes angeordnet ist. Vorzugsweise ist dann das mobile Gerät in der Interaktionsposition bzw. wird für diese oberhalb des Moduls des ortsfesten Gerätes in der Austauschposition positioniert, sodass ein Energieaustausch von der Bodenseite aus erfolgen kann. Dadurch sind die Module bei einem Energieaustausch vor Wettereinflüssen schützbar. Es hat sich bewährt, wenn das ortsfeste Gerät das erste Modul und das mobile Gerät das zweite Modul aufweist bzw. als Teile dieser ausgebildet sind. Möglich ist es, dass das erste Modul unterhalb eines Bodens gelagert ist und Mittel vorgesehen sind, um das erste Modul aus dieser Position zu heben oder in diese zu senken. It is advantageous for practical application if one of the devices is installed in a stationary manner and the other device is designed to be mobile. For example, one of the devices is designed as a stationary charging station and the other device as a vehicle, in particular an electric vehicle and / or a self-driving or autonomous vehicle. It is useful if the respective module of the mobile device is arranged in the area of a sub-floor or an underside of the mobile device. The mobile device is then preferably in the interaction position or, for this, is above the module of the stationary device positioned in the exchange position so that an energy exchange can take place from the bottom side. This means that the modules can be protected from the effects of the weather during an energy exchange. It has proven useful if the stationary device has the first module and the mobile device has the second module or are designed as parts of these. It is possible for the first module to be mounted below a floor and for means to be provided to lift the first module out of this position or to lower it into it.
Ist das erste Gerät als Ladeeinrichtung und das zweite Gerät als Elektrofahrzeug ausgebildet, wobei die Ladeeinrichtung das erste Modul und das Elektrofahrzeug das zweite Modul aufweist, oder gegebenenfalls umgekehrt, kann mit Bestimmung von Relativpositionen zwischen den Modulen zur Grobpositionierung bzw. bei einer Annäherung der Module zur Einnahme der Interaktionsposition bzw. Ladeposition, insbesondere mit der zweiten Messanordnung, eine Zielführung bzw. Steuerung des Elektrofahrzeuges hin zur Interaktionsposition erfolgen und anschließend nach Einnahme der Interaktionsposition mit Bestimmung von Relativpositionen zwischen den Interaktionselementen zur Feinpositionierung, insbesondere mit der ersten Messanordnung, ein Annäherung und insbesondere Kontaktieren der Interaktionselemente gesteuert durchgeführt werden. Insbesondere kann auf diese Weise ein Energieaustauschvorgang bzw. Ladevorgang des Elektroautos automatisiert durchgeführt werden. Zweckmäßig kann ein Erreichen der Interaktionsposition mit einem Unterschreiten eines vordefinierten Abstandes zwischen den Modulen bzw. den Interaktionselementen festgelegt werden. Dies ist insbesondere deshalb präzise durchführbar, da die Genauigkeit der jeweiligen Relativpositionsbestimmung mit Annährung der jeweiligen Sender und Sensoren in der Regel zunimmt, insbesondere bei einem Ultraschallsignal als Positionierungssignal. If the first device is designed as a charging device and the second device as an electric vehicle, the charging device having the first module and the electric vehicle having the second module, or possibly vice versa, by determining relative positions between the modules for rough positioning or when the modules are approaching Assumption of the interaction position or charging position, in particular with the second measuring arrangement, a route guidance or control of the electric vehicle to the interaction position take place and then after assuming the interaction position with determination of relative positions between the interaction elements for fine positioning, in particular with the first measuring arrangement, an approach and in particular Contacting the interaction elements can be carried out in a controlled manner. In particular, an energy exchange process or charging process of the electric car can be carried out in an automated manner in this way. Reaching the interaction position can expediently be determined when a predefined distance between the modules or the interaction elements is not reached. This can be carried out precisely because the accuracy of the respective relative position determination as a rule increases as the respective transmitters and sensors approach, in particular in the case of an ultrasonic signal as the positioning signal.
Von Vorteil ist es, wenn ein Verfahren zur Interaktion zwischen einem ersten Gerät und einem zweiten Gerät vorhanden ist, wobei das erste Gerät ein erstes Modul mit einem ersten Interaktionselement und das zweite Gerät ein zweites Modul mit einem zweiten Interaktionselement aufweist, wobei die Geräte bzw. Module zur Einnahme einer Interaktionsposition einander angenähert werden, um in der Interaktionsposition mit den Interaktionselementen eine Interaktion durchzuführen, wobei zur Steuerung einer Annäherung der Geräte bzw. Module zumindest eine Relativposition zwischen den Geräten bzw. Modulen mit einem Positionierungssystem bestimmt wird. Dadurch kann bereits eine Annäherung der Geräte bzw. Module zueinander überwacht und insbesondere präzise gesteuert werden. Es versteht sich, dass dabei während der Annäherung in der Regel eine Vielzahl von Relativpositionen, insbesondere zeitlich nacheinander, bestimmt werden, um die Annäherung entsprechend zu überwachen bzw. anzupassen. Insbesondere ergeben sich dabei die Vorteile und Wirkungen, welche für eine Annäherung der Geräte bzw. Module zur Grobpositionierung, insbesondere bereits vorstehend, erläutert sind. Auf diese Weise kann beispielsweise Positioniervorgang bzw. ein Parken eines Elektrofahrzeuges an einer Ladeeinrichtung entsprechend der ermittelten Relativposition, üblicherweise einer Mehrzahl von ermittelten Relativpositionen, präzise gesteuert werden, um beispielsweise eine Energieübertragung bzw. ein Laden mit den bzw. über die Interaktionselemente vorzunehmen. Das Positionierungssystem kann dabei vorteilhaft entsprechend den Merkmalen, Vorteilen und Wirkungen, welche, insbesondere im Rahmen vorstehenden Verfahrens zur Interaktion, für ein Positionierungssystem in diesem Dokument beschrieben sind, ausgebildet sein. Im Besonderen kann dabei vorteilhaft eine, insbesondere vorgenannte, in diesem Dokument beschriebene zweite Messanordnung vorhanden sein, um die Annäherung der Geräte bzw. Module aneinander zu steuern. Bewährt hat es sich, wenn mehrere zweite Messanordnungen bei Annäherung der Geräte bzw. Module gebildet sind. In der Regel sind die Bestimmungselemente der zweiten Messanordnung dabei starr mit der Basis des jeweiligen Moduls verbunden. It is advantageous if there is a method for interaction between a first device and a second device, the first device having a first module with a first interaction element and the second device having a second module with a second interaction element, the devices or Modules for taking an interaction position are brought closer to one another in order to carry out an interaction in the interaction position with the interaction elements, with at least one relative position between the devices or modules to control an approach of the devices or modules Devices or modules is determined with a positioning system. As a result, an approach of the devices or modules to one another can be monitored and, in particular, precisely controlled. It goes without saying that, as a rule, a large number of relative positions are determined during the approach, in particular one after the other, in order to monitor or adapt the approach accordingly. In particular, this results in the advantages and effects which have already been explained above for an approach of the devices or modules for rough positioning, in particular. In this way, for example, a positioning process or parking of an electric vehicle at a charging device can be precisely controlled according to the determined relative position, usually a plurality of determined relative positions, in order, for example, to carry out energy transfer or charging with or via the interaction elements. The positioning system can advantageously be designed in accordance with the features, advantages and effects which are described for a positioning system in this document, in particular in the context of the above method for interaction. In particular, a second measuring arrangement, in particular the aforementioned second measuring arrangement described in this document, can advantageously be present in order to control the approach of the devices or modules to one another. It has proven itself when several second measuring arrangements are formed when the devices or modules approach. As a rule, the determination elements of the second measuring arrangement are rigidly connected to the base of the respective module.
Von Vorteil ist es, wenn die Interaktion eine kontaktlose, insbesondere induktive, Energieübertragung ist. Dadurch kann elektrische Energie bzw. elektrische Leistung besonders einfach und praktikabel zwischen den Modulen bzw. Geräten über die Interaktionselemente übertragen. Üblicherweise ist hierzu vorgesehen, dass die Interaktionselemente elektrische Spulen aufweisen, um in der Interaktionsposition zwischen den Spulen elektrische Energie induktiv zu übertragen. In der Regel wird dabei die Spule eines der Interaktionselemente als Primärspule und die Spule des anderen Interaktionselementes als Sekundärspule betrieben. Günstig ist es dann, wenn die Bestimmungselemente der zweiten Messanordnung jeweils am Interaktionselement bzw. der jeweiligen Spule des Moduls angeordnet sind. Je nach Einsatzzweck kann es günstig sein, wenn das erste Interaktionselement bzw. zweite Interaktionselement positionsfest bzw. starr oder beweglich mit der Basis des jeweiligen Moduls verbunden ist. So kann es, insbesondere für eine kontaktlose bzw. induktive Energieübertragung mit den bzw. über die Interaktionselemente, günstig sein, wenn das erste und zweite Interaktionselement positionsfest bzw. starr mit der Basis des jeweiligen Moduls verbunden sind, zumal eine Feinpositionierung bzw. Annäherung der Interaktionselemente relativ zu einander nach Einnahme der Interaktionsposition häufig nicht erforderlich ist. It is advantageous if the interaction is a contactless, in particular inductive, energy transfer. As a result, electrical energy or electrical power can be transmitted particularly easily and practically between the modules or devices via the interaction elements. For this purpose, it is usually provided that the interaction elements have electrical coils in order to inductively transmit electrical energy between the coils in the interaction position. As a rule, the coil of one of the interaction elements is operated as a primary coil and the coil of the other interaction element is operated as a secondary coil. It is advantageous if the determination elements of the second measuring arrangement are each arranged on the interaction element or the respective coil of the module. Depending on the intended use, it can be advantageous if the first interaction element or second interaction element is connected to the base of the respective module in a fixed position or rigidly or movably. It can be advantageous, especially for contactless or inductive energy transfer with or via the interaction elements, if the first and second interaction elements are fixedly or rigidly connected to the base of the respective module, especially as a fine positioning or approach of the interaction elements relative to each other after taking the interaction position is often not necessary.
Es versteht sich, dass auch dieses weitere Verfahren entsprechend bzw. analog den Merkmalen, Vorteilen und Wirkungen, welche im Rahmen eines Verfahrens zur Interaktion, insbesondere vorstehend, sowie ersten Moduls bzw. eines zweiten Moduls bzw. Modulsystems, insbesondere nachstehend, beschrieben sind, ausgebildet sein kann. Analoges gilt auch für das Verfahren zur Interaktion in Hinblick auf das weitere Verfahren. It goes without saying that this further method is also designed in accordance with or analogously to the features, advantages and effects which are described in the context of a method for interaction, in particular above, as well as first module or a second module or module system, in particular below can be. The same applies to the procedure for interaction with regard to the further procedure.
Das weitere Ziel wird erfindungsgemäß durch ein erstes Modul der eingangs genannten Art gelöst, wenn ein Positionierungssystem vorgesehen ist, welches ausgebildet ist, zur Steuerung der Feinpositionierung, insbesondere einer Annäherung des ersten Interaktionselementes an das zweite Interaktionselement, eine Relativposition zwischen den Interaktionselementen zu bestimmen. Dadurch kann wie vorstehend dargelegt eine Annäherung der Interaktionselemente überwacht und präzise gesteuert werden, sodass potenzielle Fehlausrichtungen oder Fehlpositionierungen der Interaktionselemente frühzeitig erkennbar und Risiken eines Fehlanschlusses vermeidbar sind. Im Besonderen kann dadurch ein automatisiert bzw. selbsttätig durchgeführter Annäherungsvorgang bzw. Interaktionsvorgang der Interaktionselemente optimiert, insbesondere kontrolliert, gesteuert werden. The further objective is achieved according to the invention by a first module of the type mentioned at the beginning when a positioning system is provided which is designed to control the fine positioning, in particular an approach of the first interaction element to the second interaction element, to determine a relative position between the interaction elements. As a result, an approach of the interaction elements can be monitored and precisely controlled, as explained above, so that potential misalignments or incorrect positioning of the interaction elements can be identified at an early stage and the risks of a wrong connection can be avoided. In particular, an automated or automatically carried out approach process or interaction process of the interaction elements can thereby be optimized, in particular controlled, controlled.
Es versteht sich, dass das erste Modul entsprechend bzw. analog den Merkmalen, Vorteilen und Wrkungen, welche insbesondere im Rahmen eines Verfahrens zur Interaktion, bevorzugt zum Energieaustausch, insbesondere vorstehend, sowie eines zweiten Moduls, insbesondere nachstehend, beschrieben sind, ausgebildet bzw. umgesetzt sein kann. Analoges gilt auch für das Verfahren zur Interaktion, bevorzugt zum Energieaustausch, sowie das zweite Modul im Hinblick auf ein, insbesondere nachstehend, beschriebenes erstes Modul. Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das Positionierungssystem ausgebildet ist, zur Grobpositionierung der Interaktionselemente bzw. während einer Annäherung der beiden Module zur Einnahme der Interaktionsposition eine Relativposition zwischen den Modulen zu bestimmen. Dadurch kann bereits eine Annäherung der Geräte bzw. Module zueinander überwacht und insbesondere präzise gesteuert werden. It goes without saying that the first module is designed or implemented in accordance with or analogously to the features, advantages and effects, which are described in particular in the context of a method for interaction, preferably for energy exchange, in particular above, and of a second module, in particular below can be. The same also applies to the method for interaction, preferably for energy exchange, as well as the second module with regard to a first module described in particular below. It is advantageously provided that the positioning system is designed to determine a relative position between the modules for the rough positioning of the interaction elements or during an approach of the two modules in order to assume the interaction position. As a result, an approach of the devices or modules to one another can be monitored and, in particular, precisely controlled.
Das erste Modul und/oder das zweite Modul weisen üblicherweise jeweils ein mit einer Basis des jeweiligen Moduls verbundenes Interaktionselement auf. In der Regel ist vorgesehen, dass das erste Interaktionselement relativ zur Basis beweglich mit der Basis des ersten Moduls verbunden ist, um in der Interaktionsposition das erste Interaktionselement relativ zum zweiten Interaktionselement zu bewegen bzw. diesem anzunähern, insbesondere zu diesem zu führen. Zweckmäßig ist hierzu üblicherweise eine Bewegungsvorrichtung vorgesehen, welche das erste Interaktionselement mit der Basis des ersten Moduls relativ zur Basis, bevorzugt steuerbar, beweglich verbindet. Die Bewegungsvorrichtung kann beispielsweise mit einem beweglichen Arm und/oder einer Hebeeinrichtung ausgebildet sein. Das erste Interaktionselement ist dann üblicherweise an dieser angeordnet. Zweckmäßigerweise ist ein erster Antrieb vorgesehen, mit welchem eine Bewegung der Bewegungsvorrichtung steuerbar ist. The first module and / or the second module usually each have an interaction element connected to a base of the respective module. As a rule, it is provided that the first interaction element is movably connected to the base of the first module relative to the base in order to move the first interaction element relative to the second interaction element or to approach it, in particular to guide it, in the interaction position. For this purpose, a movement device is expediently usually provided which connects the first interaction element to the base of the first module so as to be movable relative to the base, preferably in a controllable manner. The movement device can be designed, for example, with a movable arm and / or a lifting device. The first interaction element is then usually arranged on this. A first drive is expediently provided with which a movement of the movement device can be controlled.
Günstig ist es, wenn das erste Interaktionselement auf einem, insbesondere flexiblen, Träger der Bewegungsvorrichtung, bevorzugt federnd, gelagert ist, sodass eine begrenzte Beweglichkeit des ersten Interaktionselementes relativ zu Bewegungsvorrichtung gegeben ist. Durch diese zusätzliche begrenzte Beweglichkeit des ersten Interaktionselementes ist bei einem Anstellen desselben an das zweite Interaktionselement eine höhere Toleranz ermöglicht und darüber hinaus sind in einem Kontaktierungszustand der Interaktionselemente Abstandsschwankungen zwischen den Modulen ausgleichbar. It is favorable if the first interaction element is mounted, preferably resiliently, on an, in particular flexible, carrier of the movement device, so that there is limited mobility of the first interaction element relative to the movement device. This additional limited mobility of the first interaction element enables a higher tolerance when it is placed against the second interaction element and, moreover, distance fluctuations between the modules can be compensated for in a contacting state of the interaction elements.
Eine hohe Anwendungsflexibilität ist erreichbar, wenn die Bewegungsvorrichtung einen beweglichen Arm aufweist, wobei der Arm um und/oder entlang mehrerer Achsen beweglich mit der Basis verbunden ist, um das erste Interaktionselement zum zweiten Interaktionselement zu führen. Günstig ist es, wenn der Arm horizontal schwenkbar um eine erste Drehachse, insbesondere mit einem Drehbereich von -90° bis +90°, bevorzugt von -60° bis +60°, auf der Basis gelagert ist. Praktikabel ist es, wenn des Weiteren vorgesehen ist, dass der Arm gesamt oder zumindest teilweise längsverschiebbar relativ zur Basis auf der Basis angeordnet ist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Arm um eine zweite Drehachse vertikal drehbar auf der Basis gelagert ist. A high level of application flexibility can be achieved if the movement device has a movable arm, the arm being connected to the base so as to be movable about and / or along a plurality of axes in order to guide the first interaction element to the second interaction element. It is favorable if the arm is mounted on the base such that it can pivot horizontally about a first axis of rotation, in particular with a range of rotation from -90 ° to + 90 °, preferably from -60 ° to + 60 °. It is practical if furthermore it is provided that the arm is arranged entirely or at least partially longitudinally displaceable relative to the base on the base. Furthermore, it can be provided that the arm is mounted on the base so that it can rotate vertically about a second axis of rotation.
Günstig ist es, wenn das erste Interaktionselement mit der Bewegungsvorrichtung in einer ersten Bewegungsrichtung, vorzugsweise im Wesentlichen vertikal, relativ zur Basis bewegbar ist und die Bewegungsvorrichtung auf der Basis in einer zweiten Bewegungsrichtung, welche winklig, insbesondere orthogonal, zur ersten Bewegungsrichtung ist, relativ zur Basis verschiebbar angeordnet ist. Dadurch kann das erste Interaktionselement in der Interaktionsposition einfach und schnell zum zweiten Interaktionselement geführt werden. It is favorable if the first interaction element with the movement device can be moved in a first direction of movement, preferably essentially vertically, relative to the base and the movement device on the base can be moved in a second direction of movement, which is angled, in particular orthogonal, to the first direction of movement, relative to the Base is slidably arranged. As a result, the first interaction element in the interaction position can be guided quickly and easily to the second interaction element.
Praktisch ist es, wenn die Basis des ersten Moduls um eine Schwenkachse drehbar gelagert ist. Auf diese Weise ist beispielsweise ein Anordnen der Interaktionselemente vertikal übereinander in der Interaktionsposition ermöglicht. Zum Beispiel kann das erste Interaktionselement in der Interaktionsposition in einem ersten Schritt in einer Ebene unter dem zweiten Interaktionselement des zweiten Moduls, welches beispielsweise als Teil eines Elektrofahrzeuges oder an einem solchen angeordnet ist, durch Verschwenken der Basis positioniert werden und anschließend mit der Bewegungsvorrichtung zum zweiten Interaktionselement geführt werden, insbesondere um dieses zu kontaktieren. Auf diese Weise kann mit einem an einem Elektrofahrzeug an dessen Bodenfläche angeordneten zweites Modul von einer Bodenseite aus interagiert, insbesondere kontaktiert, werden. Eine einfache Bewegbarkeit wird erreicht, wenn die Bewegungsvorrichtung auf der Basis im Wesentlichen parallel zu einer Grundfläche der Basis verschiebbar angeordnet ist. Es ist von Vorteil, wenn die erste Bewegungsrichtung im Wesentlichen orthogonal zur Grundfläche der Basis ausgerichtet ist. Für ein Drehen der Basis um die Schwenkachse kann ein zweiter Antrieb vorgesehen sein, um die Drehung elektronisch zu steuern. Für eine stabile Drehbewegung des ersten Moduls bzw. der Basis ist es günstig, wenn mindestens eine Dreipunktauflage der Basis vorgesehen ist, beispielsweise mit einem Antriebsrad und diesem gegenüberliegend angeordneten Stützrädern. It is practical if the base of the first module is rotatably mounted about a pivot axis. In this way, for example, the interaction elements can be arranged vertically one above the other in the interaction position. For example, the first interaction element can be positioned in the interaction position in a first step in a plane below the second interaction element of the second module, which is arranged, for example, as part of an electric vehicle or on such, by pivoting the base and then with the movement device to the second Interaction element are performed, in particular to contact this. In this way, it is possible to interact, in particular make contact, with a second module arranged on the floor surface of an electric vehicle from a floor side. Simple movability is achieved if the movement device is arranged on the base so as to be displaceable essentially parallel to a base surface of the base. It is advantageous if the first direction of movement is oriented essentially orthogonally to the base area. A second drive can be provided for rotating the base about the pivot axis in order to electronically control the rotation. For a stable rotary movement of the first module or the base, it is advantageous if at least one three-point support of the base is provided, for example with a drive wheel and support wheels arranged opposite it.
Von Vorteil ist es, wenn die Bewegungsvorrichtung zumindest teilweise, vorzugsweise gänzlich, in die Basis versenkbar mit der Basis verbunden ist. Zweckmäßig ist es hierzu, wenn die Bewegungsvorrichtung in einer, insbesondere verschließbaren, Vertiefung der Basis angeordnet ist, wobei die Bewegungsvorrichtung in die Vertiefung absenkbar ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine platzsparende Ausbildung und Schutz vor Verschmutzungen. Zweckmäßig kann eine, insbesondere steuerbar, öffenbare Abdeckung vorhanden sein, um die Vertiefung zumindest teilweise, bevorzugt gänzlich, zu verschließen bzw. für einen Annäherungsvorgang bzw. eine Kontaktierung der Interaktionselemente zu öffnen. It is advantageous if the movement device is at least partially, preferably completely, connected to the base so that it can be sunk into the base. It is useful for this purpose if the movement device is in a, in particular closable, recess of the Base is arranged, wherein the movement device is designed to be lowered into the recess. This enables a space-saving training and protection against soiling. A cover that can be opened, in particular in a controllable manner, can expediently be provided in order to close the recess at least partially, preferably completely, or to open it for an approach process or for contacting the interaction elements.
Die Bewegungsvorrichtung kann beispielsweise mit einer vertikal aus- und einfahrbare Teleskopstange oder einem Teleskoparm ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Bewegungsvorrichtung mit einem, insbesondere steuerbar bewegbaren, Scherenhubtisch ausgebildet. Dies ermöglicht eine richtungstreue und robuste Bewegung des ersten Interaktionselementes in die erste Bewegungsrichtung. Insbesondere kann dadurch ein üblicherweise problematisches Verkippen des ersten Interaktionselementes bei Annäherung an das zweite Interaktionselement vermieden werden. The movement device can for example be designed with a vertically extendable and retractable telescopic rod or a telescopic arm. The movement device is preferably designed with a scissor lift table, in particular a controllably movable scissor lift table. This enables a directional and robust movement of the first interaction element in the first direction of movement. In particular, a usually problematic tilting of the first interaction element when approaching the second interaction element can thereby be avoided.
Günstig ist es, wenn zwischen der Bewegungsvorrichtung und dem ersten Interaktionselement ein Hebemechanismus, beispielsweise ein weiterer Scherenhubtisch, vorgesehen ist, mit welchem das erste Interaktionselement in Richtung der ersten Bewegungsrichtung, insbesondere steuerbar, bewegbar ist, um das erste Interaktionselement für ein Interagieren bzw. Kontaktieren in Richtung des zweiten Interaktionselementes zu führen. Dies ist insbesondere für ein Interagieren bzw. Kontaktieren bei sehr geringer Unterbodenhöhe eines Elektrofahrzeuges praktikabel. Es hat sich bewährt, wenn der Hebemechanismus gefedert ausgebildet ist, um im Interaktionszustand Abstandsschwankungen zwischen den Modulen auszugleichen. It is favorable if a lifting mechanism, for example a further scissor lift table, is provided between the movement device and the first interaction element, with which the first interaction element can be moved, in particular controllably, in the direction of the first direction of movement in order to interact or contact the first interaction element to lead in the direction of the second interaction element. This is particularly practical for interacting or contacting with a very low underbody height of an electric vehicle. It has proven useful if the lifting mechanism is designed to be sprung in order to compensate for fluctuations in distance between the modules in the interaction state.
Alternativ oder kumulativ kann auch das zweite Modul eine solche Bewegungsvorrichtung aufweisen, um das zweite Interaktionselement relativ zur Basis des zweiten Moduls zu bewegen. Alternatively or cumulatively, the second module can also have such a movement device in order to move the second interaction element relative to the base of the second module.
Sind die Interaktionselemente als Kontaktierungselemente ausgebildet, ist es von Vorteil, wenn die Annäherung bzw. Feinpositionierung des ersten Interaktionselementes bzw. ersten Kontaktierungselementes mit der Bewegungsvorrichtung in zwei Schritten erfolgt. In einem ersten Schritt wird eine Erstannäherung mittels der Bewegungsvorrichtung und in einem zweiten Schritt eine Zweitannäherung des ersten Interaktionselementes ausgeführt, wobei für die Zweitannäherung das erste Interaktionselement vorzugsweise als ein selbstzentrierendes, insbesondere positionstolerantes, Steckelement ausgebildet ist. Zweckmäßig ist es, wenn das Steckelement verdrehungsunabhängig in Bezug eine Interaktionsrichtung bzw. Annäherungsrichtung geformt ist, beispielsweise als 360°- Steckelement. If the interaction elements are designed as contacting elements, it is advantageous if the approach or fine positioning of the first interaction element or first contacting element with the movement device takes place in two steps. In a first step, a first approach by means of the movement device and in a second step, a second approach of the first interaction element executed, wherein for the second approach, the first interaction element is preferably designed as a self-centering, in particular position-tolerant, plug-in element. It is useful if the plug-in element is shaped independently of rotation in relation to an interaction direction or approach direction, for example as a 360 ° plug-in element.
Üblicherweise ist vorgesehen, dass das Positionierungssystem einen oder mehrere Sensoren und/oder einen oder mehrere Sender umfasst, um zwischen zumindest einem Sender und zumindest einem oder mehreren Sensoren ein Positionierungssignal zu übertragen. Vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein erstes Bestimmungselement positionsfest bzw. starr mit dem ersten Interaktionselement verbunden ist, um zur Feinpositionierung bzw. in der Interaktionsposition eine erste Messanordnung mit zumindest einem positionsfest bzw. starr mit dem ersten oder zweiten Interaktionselement verbundenen zum ersten Bestimmungselement korrespondierenden zweiten Bestimmungselement zu ermöglichen, wobei eines der Bestimmungselemente als Sender und das andere Bestimmungselement als Sensor ausgebildet ist, um in der Interaktionsposition eine Relativposition zwischen dem ersten Interaktionselement und zweiten Interaktionselement für deren Annäherung zu bestimmen. Dadurch ist, wie insbesondere obig ausgeführt, eine Relativposition zwischen den Interaktionselementen präzise bestimmbar und bei fortschreitender Annäherung der Interaktionselemente eine zunehmende Genauigkeit erreichbar. Eine hohe Anwendungspraktikabilität ist erreichbar, wenn die erste Messanordnung mit mehreren ersten Bestimmungselementen und/oder mehreren zweiten Bestimmungselementen gebildet ist. Es hat sich bewährt, wenn die erste Messanordnung mit mehreren Sensoren gebildet. Im Speziellen kann es hierfür günstig sein, wenn mehrere erste Messanordnungen vorgesehen sind. Für eine hohe Genauigkeit der Relativpositionsbestimmung ist es zweckmäßig, wenn das erste und/oder zweite Bestimmungselement jeweils möglichst nahe am jeweiligen Interaktionselement, vorzugweise unmittelbar am Interaktionselement oder unmittelbar neben diesem, angeordnet ist. Sind mehrere erste und/oder zweite Bestimmungselemente, insbesondere mehrere Sensoren, vorgesehen, ist es für eine präzise Annäherung der Interaktionselemente günstig, wenn die jeweiligen Bestimmungselemente, insbesondere Sensoren, an meist unterschiedlichen Seiten des jeweiligen Interaktionselementes, bevorzugt einander gegenüberliegend, am Interaktionselement, insbesondere um ein Zentrum dieses, angeordnet sind. Für eine hohe Verlässlichkeit und Robustheit, vor allem bei schmutzbelasteter Umgebung, hat es sich bewährt, wenn zumindest zwei Sensoren und/oder zwei Sender derart am jeweiligen Interaktionselement angeordnet sind. Dies gilt besonders, wenn die Bestimmungselemente bzw. Sensoren als Ultraschallsender bzw. Ultraschallsensoren ausgebildet sind. Insbesondere bei mehreren UWB- Bestimmungselementen am jeweiligen Interaktionselement ist es günstig, wenn diese, vorzugsweise weit, voneinander beabstandet sind, beispielsweise in einem Querschnitt des Interaktionselementes einander gegenüberliegend um ein Zentrum des Interaktionselementes, vorzugsweise jeweils in einem äußeren Drittel zwischen Zentrum und Außenseite des Interaktionselementes. It is usually provided that the positioning system comprises one or more sensors and / or one or more transmitters in order to transmit a positioning signal between at least one transmitter and at least one or more sensors. It is advantageous if at least one first determination element is fixedly or rigidly connected to the first interaction element in order to provide a first measurement arrangement with at least one second, fixedly or rigidly connected to the first or second interaction element, corresponding to the first determination element, for fine positioning or in the interaction position To enable determination element, wherein one of the determination elements is designed as a transmitter and the other determination element as a sensor in order to determine a relative position between the first interaction element and the second interaction element for their approach in the interaction position. As a result, as stated above in particular, a relative position between the interaction elements can be precisely determined and an increasing accuracy can be achieved as the interaction elements progressively approach. A high degree of practical application can be achieved if the first measuring arrangement is formed with a plurality of first determination elements and / or a plurality of second determination elements. It has proven useful if the first measuring arrangement is formed with a plurality of sensors. In particular, it can be advantageous for this purpose if several first measuring arrangements are provided. For a high accuracy of the relative position determination, it is expedient if the first and / or second determination element is each arranged as close as possible to the respective interaction element, preferably directly to the interaction element or directly next to it. If several first and / or second determination elements, in particular several sensors, are provided, it is favorable for a precise approximation of the interaction elements if the respective determination elements, in particular sensors, on mostly different sides of the respective interaction element, preferably opposite one another, on the interaction element, in particular around a center of this, are arranged. For a high level of reliability and robustness, above all in a dirty environment, it has proven useful if at least two sensors and / or two transmitters are arranged in this way on the respective interaction element. This is particularly true when the determination elements or sensors are designed as ultrasonic transmitters or ultrasonic sensors. In particular with several UWB determination elements on the respective interaction element, it is advantageous if these are, preferably far, spaced from one another, for example in a cross section of the interaction element opposite one another around a center of the interaction element, preferably in an outer third between the center and the outside of the interaction element.
Für eine genaue Feinpositionierung ist es günstig, wenn zumindest ein Bestimmungselement bzw. Sender bzw. Sensor im Bereich eines Zentrums, insbesondere in einem Querschnitt im Bereich einer Mitte, des jeweiligen Interaktionselementes positioniert ist. Dies gilt besonders wenn nur ein einzelnes Bestimmungselement bzw. Sender bzw. Sensor am jeweiligen Interaktionselement angeordnet ist. Dies gilt in analoger Weise für einen Sender bzw. Sensor an einen Koppelstecker bzw. eine Koppelaufnahme, mit welcher das jeweilige Interaktionselement gebildet sein kann. Zweckmäßig gilt dies beispielsweise für das UWB- Bestimmungselement, insbesondere dessen Antenne. For precise fine positioning, it is advantageous if at least one determination element or transmitter or sensor is positioned in the area of a center, in particular in a cross section in the area of a center, of the respective interaction element. This is particularly true if only a single determination element or transmitter or sensor is arranged on the respective interaction element. This applies in an analogous manner to a transmitter or sensor on a coupling plug or coupling receptacle with which the respective interaction element can be formed. This expediently applies, for example, to the UWB determination element, in particular its antenna.
Günstig ist es, wenn zumindest ein drittes Bestimmungselement positionsfest bzw. starr mit der Basis des ersten Moduls verbunden ist, um zur Grobpositionierung bzw. bei Annäherung des ersten Moduls relativ zum zweiten Modul zur Einnahme der Interaktionsposition eine zweite Messanordnung mit zumindest einem zum dritten Bestimmungselement korrespondierenden vierten Bestimmungselement des zweiten Moduls zu ermöglichen, wobei eines der Bestimmungselemente als Sender und das andere Bestimmungselement als Sensor ausgebildet ist, um eine Relativposition zwischen den Modulen für deren Annährung zur Einnahme der Interaktionsposition zu bestimmen. Dadurch ist, wie insbesondere obig ausgeführt, eine Relativposition zwischen den Modulen bei relativer Annäherung der Module zur Einnahme der Interaktionsposition mit hoher Genauigkeit bestimmbar. Das vierte Bestimmungselement ist bevorzugt positionsfest bzw. starr mit der Basis des zweiten Moduls verbunden. Insbesondere kann das vierte Bestimmungselement mit dem zweiten Bestimmungselement gebildet sein. Eine hohe Anwendungspraktikabilität ist erreichbar, wenn die zweite Messanordnung mit mehreren dritten Bestimmungselementen und/oder mehreren vierten Bestimmungselementen gebildet ist. Im Speziellen kann es hierfür günstig sein, wenn mehrere zweite Messanordnungen vorgesehen sind. Es hat sich bewährt, wenn die zweite Messanordnung mit mehreren Sensoren gebildet ist, welche bevorzugt am ersten Modul angeordnet sind. Für eine hohe Genauigkeit der Relativpositionsbestimmung ist es zweckmäßig, wenn das dritte Bestimmungselement bzw. eines der dritten Bestimmungselemente derart an der Basis des ersten Moduls angeordnet ist, dass dieses an einer im Einsatzzustand einem sich dem ersten Modul annähernden zweiten Modul zugewandten Seite des Moduls angeordnet ist. It is favorable if at least one third determination element is fixedly or rigidly connected to the base of the first module in order to provide a second measuring arrangement with at least one corresponding to the third determination element for coarse positioning or when the first module approaches relative to the second module to assume the interaction position to enable fourth determination element of the second module, wherein one of the determination elements is designed as a transmitter and the other determination element as a sensor in order to determine a relative position between the modules for their approach to assume the interaction position. As a result, as stated above in particular, a relative position between the modules can be determined with a high degree of accuracy when the modules are relatively approaching in order to assume the interaction position. The fourth determination element is preferably connected in a fixed position or rigidly to the base of the second module. In particular, the fourth determination element can be formed with the second determination element. A high degree of practical application can be achieved if the second measuring arrangement is used a plurality of third determination elements and / or a plurality of fourth determination elements is formed. In particular, it can be advantageous for this purpose if several second measuring arrangements are provided. It has proven useful if the second measuring arrangement is formed with a plurality of sensors, which are preferably arranged on the first module. For a high accuracy of the relative position determination, it is useful if the third determination element or one of the third determination elements is arranged on the base of the first module in such a way that it is arranged on a side of the module facing a second module approaching the first module when in use .
Für eine hohe Genauigkeit der Relativpositionsbestimmung ist es zweckmäßig, wenn das dritte und/oder vierte Bestimmungselement jeweils möglichst nahe am jeweiligen Interaktionselement angeordnet ist. Sind mehrere dritte und/oder vierte Bestimmungselemente, insbesondere mehrere Sensoren, vorgesehen, ist es für eine präzise Annäherung der Interaktionselemente bzw. Module bzw. Geräte günstig, wenn die jeweiligen Bestimmungselemente, insbesondere Sensoren, an unterschiedlichen Seiten des jeweiligen Interaktionselementes bzw. Moduls, insbesondere symmetrisch, bevorzugt einander gegenüberliegend, um das jeweilige Interaktionselement am jeweiligen Modul angeordnet sind. Für eine hohe Verlässlichkeit und Robustheit, vor allem bei schmutzbelasteter Umgebung, hat es sich bewährt, wenn zumindest zwei Sensoren und/oder zwei Sender derart am jeweiligen Interaktionselement bzw. Modul angeordnet sind. Dies gilt besonders, wenn die Bestimmungselemente bzw. Sensoren als Ultraschallsender bzw. Ultraschallsensoren ausgebildet sind. For a high accuracy of the relative position determination, it is expedient if the third and / or fourth determination element is each arranged as close as possible to the respective interaction element. If several third and / or fourth determination elements, in particular several sensors, are provided, it is advantageous for a precise approximation of the interaction elements or modules or devices if the respective determination elements, in particular sensors, on different sides of the respective interaction element or module, in particular are arranged symmetrically, preferably opposite one another, around the respective interaction element on the respective module. For a high level of reliability and robustness, especially in a dirty environment, it has proven useful if at least two sensors and / or two transmitters are arranged in this way on the respective interaction element or module. This is particularly true when the determination elements or sensors are designed as ultrasonic transmitters or ultrasonic sensors.
Bewährt hat es sich, wenn sowohl das am ersten Modul angeordnete erste Bestimmungselement als auch das am ersten Modul angeordnete dritte Bestimmungselement als Sensor, insbesondere Ultraschallsensor oder UWB-Empfänger, ausgebildet ist. Dadurch ist ein einfacher und praktischer Aufbau in Bezug auf eine Auswertbarkeit und Wartbarkeit umsetzbar. In der Regel ist es zweckmäßig, wenn der positionsfest mit dem ersten Interaktionselement verbundene Sensor bzw. dessen Detektionsrichtung winklig zum positionsfest mit der Basis verbundenen Sensor bzw. dessen Detektionsrichtung ausgerichtet ist, um die jeweiligen Positionierungssignale effizient zu detektieren. Dies gilt besonders, wenn die Sensoren als Ultraschallsensoren oder UWB-Empfänger ausgebildet sind. Die erste Messanordnung kann auf einem anderen physikalischem Messkonzept basieren als die zweiten Messanordnung. So kann beispielsweise die erste Messanordnung ausgebildet sein, ein Ultraschallsignal als Positionierungssignal zu übermitteln und die zweite Messanordnung ausgebildet sein, ein elektromagnetisches Positionierungssignal, etwa ein Funksignal, insbesondere ein UWB-Funksignal, zu übermitteln, oder umgekehrt. Eine hohe Praktikabilität und ein einfacher Aufbau wird erreicht, wenn sowohl die erste als auch zweite Messanordnung darauf basieren, Ultraschallsignale oder UWB-Funksignale zu übermitteln. Das Positionierungssystem kann mit Vorteil, insbesondere wie vorstehend dargelegt, als Ultraschallpositionierungssystem oder UWB-Positionierungssystem ausgebildet sein bzw. eine oder beide vorgenannte Messanordnungen mit Ultraschallsendern und Ultraschallsensoren bzw. UWB-Sendern und UWB-Empfängern gebildet sein. Im Besonderen ist es entsprechend vorteilhaft, wenn, insbesondere vorgenannter, zumindest eine Sender bzw. eine Sensor als Ultraschallsender bzw. Ultraschallsensor oder bevorzugt als UWB-Sender bzw. UWB-Empfänger ausgebildet sind. It has proven useful if both the first determination element arranged on the first module and the third determination element arranged on the first module are designed as sensors, in particular ultrasonic sensors or UWB receivers. As a result, a simple and practical structure can be implemented in terms of evaluability and maintainability. As a rule, it is useful if the sensor connected in a fixed position to the first interaction element or its detection direction is oriented at an angle to the sensor connected in a fixed position to the base or its detection direction, in order to efficiently detect the respective positioning signals. This is especially true if the sensors are designed as ultrasonic sensors or UWB receivers. The first measuring arrangement can be based on a different physical measuring concept than the second measuring arrangement. For example, the first measuring arrangement can be designed to transmit an ultrasonic signal as a positioning signal and the second measuring arrangement can be designed to transmit an electromagnetic positioning signal, for example a radio signal, in particular a UWB radio signal, or vice versa. A high level of practicability and a simple structure are achieved if both the first and the second measuring arrangement are based on transmitting ultrasonic signals or UWB radio signals. The positioning system can advantageously, in particular as set out above, be designed as an ultrasonic positioning system or UWB positioning system or one or both of the aforementioned measuring arrangements can be formed with ultrasonic transmitters and ultrasonic sensors or UWB transmitters and UWB receivers. In particular, it is correspondingly advantageous if, in particular the aforementioned, at least one transmitter or one sensor is designed as an ultrasonic transmitter or ultrasonic sensor or preferably as a UWB transmitter or UWB receiver.
Günstig ist es, wenn zur Relativpositionsbestimmung der Sensor für eine Angle-Of-Arrival- Methode bzw. eine Ermittlung einer Richtung, von welcher das Positionierungssignal auf den Sensor auftrifft, ausgebildet ist bzw. eine solche durchgeführt wird. Dies gilt besonders, wenn der Sensor ein UWB-Empfänger ist. Zweckmäßig kann der UWB- Empfänger hierzu mehrere Antennen, beispielsweise eine Doppelantenne, aufweisen. Weist eines der Module mehrere UWB-Empfänger oder einen UWB-Empfänger mit mehreren Antennen auf, ist es vorteilhaft, wenn die Antennen weit voneinander beabstandet am jeweiligen Modul angeordnet sind, beispielsweise einander gegenüberliegend in Bezug auf ein Zentrum des Moduls. Zweckmäßig kann dies für mit UWB-Empfängern gebildete Sensoren, der ersten und/oder zweiten Messanordnung umgesetzt sein. It is expedient if, in order to determine the relative position, the sensor is designed or carried out for an angle-of-arrival method or a determination of a direction from which the positioning signal impinges on the sensor. This is especially true if the sensor is a UWB receiver. For this purpose, the UWB receiver can expediently have several antennas, for example a double antenna. If one of the modules has several UWB receivers or a UWB receiver with several antennas, it is advantageous if the antennas are arranged far apart from one another on the respective module, for example opposite one another in relation to a center of the module. This can expediently be implemented for sensors formed with UWB receivers, the first and / or second measuring arrangement.
Praktisch ist es, wenn das erste Modul bzw. zweite Modul eine, insbesondere steuerbar, öffenbare Interaktionselementabdeckung aufweist, welche das jeweilige Interaktionselement bedeckt. Dadurch ist das jeweilige Interaktionselement vor Verschmutzungen schützbar. Praktikabel ist es, wenn zumindest eines der jeweiligen Bestimmungselemente bzw. der Sender bzw. der Sensor, an der jeweiligen Interaktionselementabdeckung angeordnet, insbesondere starr mit dieser verbunden, ist, sodass sich das jeweilige Bestimmungselement bzw. der Sender bzw. Sensor bei geschlossener Interaktionselementabdeckung im Wesentlichen über dem jeweiligen Interaktionselement, vorzugsweise dessen Zentrum, befindet. Dies hat sich besonders bewährt, wenn für die Relativpositionsbestimmung nur ein einzelner Sender bzw. Sensor verwendet wird. Die Interaktionselementabdeckung kann Teil der Basis des jeweiligen Moduls sein. Zweckmäßig kann zur Durchführung der Feinpositionierung die Interaktionselementabdeckung steuerbar geöffnet werden. Beispielsweise können eines oder beide der Bestimmungselemente der zweiten Messanordnung, häufig der Sensor, derart an der jeweiligen Interaktionsabdeckung angeordnet sein. Dies kann für das erste Modul und/oder zweite Modul, insbesondere jeweils für Sender und/oder Sensor, umgesetzt sein. It is practical if the first module or second module has an interaction element cover that can be opened, in particular in a controllable manner, and that covers the respective interaction element. As a result, the respective interaction element can be protected from soiling. It is practical if at least one of the respective determination elements or the transmitter or the sensor is arranged on the respective interaction element cover, in particular rigidly connected to it, so that the respective determination element or the transmitter or sensor is located essentially above the respective interaction element, preferably its center, when the interaction element cover is closed. This has proven particularly useful when only a single transmitter or sensor is used to determine the relative position. The interaction element cover can be part of the base of the respective module. The interaction element cover can expediently be opened in a controllable manner in order to carry out the fine positioning. For example, one or both of the determination elements of the second measuring arrangement, often the sensor, can be arranged in this way on the respective interaction cover. This can be implemented for the first module and / or second module, in particular for each transmitter and / or sensor.
Praktikabel ist es, wenn ein oder mehrere der Bestimmungselemente bzw. Sender bzw. Sensoren, an der Bewegungsvorrichtung, beispielsweise gegebenenfalls dem Arm der Bewegungsvorrichtung, angeordnet sind. Dadurch können bei einer Annährung der Interaktionselemente, üblicherweise in der Interaktionsposition bzw. zur Feinpositionierung, weitere Messpositionen einfach umgesetzt werden. It is practical if one or more of the determination elements or transmitters or sensors are arranged on the movement device, for example, if appropriate, on the arm of the movement device. As a result, when the interaction elements approach, usually in the interaction position or for fine positioning, further measurement positions can easily be implemented.
Zweckmäßig ist es, wenn das erste Modul eine Kommunikationseinrichtung aufweist, welche ausgebildet ist, ein Triggersignal zwischen der Kommunikationseinrichtung des ersten Moduls und einer korrespondierenden Kommunikationseinrichtung des zweiten Moduls zu übermitteln, um mit dem Triggersignal einen zeitlichen Bezugspunkt für ein Aussenden des jeweiligen Positionierungssignals mit zumindest einem der Sender zu definieren. Dies ermöglicht eine präzise Laufzeitmessung des Positionierungssignals, indem mit dem Triggersignal ein Aussendezeitpunkt des Positionierungssignals präzise definierbar ist. Das Triggersignal kann beispielsweise ein elektromagnetisches Signal, insbesondere Funksignal, Lichtsignal, Lasersignal oder Ultraschallsignal sein. Bevorzugt für eine präzise Messung und praktikable Umsetzung ist es, wenn das Triggersignal ein elektromagnetisches Signal, insbesondere Funksignal, ist und entsprechend die Kommunikationseinrichtung bevorzugt ausgebildet ist, ein solches zu übermitteln. Vorzugsweise erfolgt ein Aussenden des Positionierungssignals im Wesentlichen unmittelbar nach bzw. gleichzeitig mit dem Triggersignal. Für eine hohe Präzision ist es vorteilhaft, wenn ein zeitlicher Abstand zwischen dem Zeitpunkt des Triggersignals und dem Zeitpunkt der Aussendung des Positionierungssignals kleiner als 10 ps, insbesondere kleiner als 5 ps, bevorzugt kleiner als 3 ps, insbesondere kleiner als 2 ps, beträgt. Im Falle eines Ultraschallsignals korrespondiert üblicherweise ein zeitlicher Abstand von 3 ps zu einer Messunsicherheit der Relativpositionsbestimmung von ca. 1 mm. Es kann aber auch eine vorbestimmte Wartezeit festgelegt sein bzw. werden, nach welcher ab dem Zeitpunkt eines erfolgten Triggersignals die Aussendung des Positionierungssignals erfolgt. It is useful if the first module has a communication device which is designed to transmit a trigger signal between the communication device of the first module and a corresponding communication device of the second module in order to use the trigger signal to provide a time reference point for sending the respective positioning signal with at least one define the sender. This enables a precise runtime measurement of the positioning signal, in that a transmission time of the positioning signal can be precisely defined with the trigger signal. The trigger signal can be, for example, an electromagnetic signal, in particular a radio signal, light signal, laser signal or ultrasonic signal. For precise measurement and practicable implementation, it is preferred if the trigger signal is an electromagnetic signal, in particular a radio signal, and accordingly the communication device is preferably designed to transmit such a signal. The positioning signal is preferably transmitted essentially immediately after or at the same time as the trigger signal. For high precision, it is advantageous if a time interval between the time of the trigger signal and the time of transmission of the positioning signal is less than 10 ps, in particular less than 5 ps, preferably less than 3 ps, in particular less than 2 ps. In the case of an ultrasonic signal, a time interval of 3 ps usually corresponds to a measurement uncertainty of the relative position determination of approx. 1 mm. However, a predetermined waiting time can also be established, after which the positioning signal is transmitted from the point in time when a trigger signal has occurred.
Eine hohe Praktikabilität ist erreichbar, wenn das Triggersignal einen Identifikator beinhaltet, um das Triggersignal Geräten bzw. Modulen bzw. A high level of practicability can be achieved if the trigger signal contains an identifier to identify the trigger signal for devices or modules or
Kommunikationseinrichtungen zuzuordnen. Auf diese Weise ist eine Fehlkommunikation bei mehreren zeitparallel im Einsatz befindlichen Modulen vermeidbar. Assign communication facilities. In this way, miscommunication can be avoided when several modules are in use at the same time.
Günstig ist es, wenn einer oder mehrere, bevorzugt sämtliche der, insbesondere vorgenannten, Sensoren mit mehreren voneinander definiert beabstandeten Sensorelementen gebildet ist, um mit den Sensorelementen ein auf den Sensor auftreffendes Positionierungssignal zu detektieren. Dies gilt besonders für Ultraschallsensoren. Dadurch ist ein Sensorverbund umgesetzt, welcher es ermöglicht, eine jeweilige Relativposition des Senders, welcher das Positionierungssignal emittierte, mit hoher Ortsauflösung zu bestimmen. Eine diesbezügliche vorteilhaft konkrete Ausgestaltung, insbesondere Anordnung der Sensorelemente, ist vorstehend im Rahmen des Verfahrens bereits erläutert. Üblicherweise sind der zumindest eine Sensor bzw. die Sensorelemente als Surface-Mounted-Device-Bauteile (SMD-Bauteile) ausgeführt und in der Regel auf einer Platine angeordnet. Sind der zumindest eine Sensor bzw. die Sensorelemente als Ultraschallsensoren bzw. Ultraschallsensorelemente umgesetzt, sind diese bevorzugt als MEMS-Bauteile (Micro-Electro-Mechanical-Systems-Bauteile) ausgebildet. Ultraschallsensoren bzw. Ultraschallsensorelemente sind bevorzugt als Mikrophone, insbesondere MEMS-Mikrofone, umgesetzt. It is favorable if one or more, preferably all of the, in particular the aforementioned, sensors are formed with a plurality of sensor elements spaced apart from one another in a defined manner in order to use the sensor elements to detect a positioning signal incident on the sensor. This is especially true for ultrasonic sensors. As a result, a sensor assembly is implemented which makes it possible to determine a respective relative position of the transmitter which emitted the positioning signal with high spatial resolution. An advantageous specific configuration in this regard, in particular an arrangement of the sensor elements, has already been explained above in the context of the method. The at least one sensor or the sensor elements are usually designed as surface-mounted device components (SMD components) and are usually arranged on a circuit board. If the at least one sensor or the sensor elements are implemented as ultrasonic sensors or ultrasonic sensor elements, these are preferably designed as MEMS components (Micro-Electro-Mechanical-Systems-Components). Ultrasonic sensors or ultrasonic sensor elements are preferably implemented as microphones, in particular MEMS microphones.
Bevorzugt ist es, wenn die Sensorelemente als Ultraschallsensorelemente ausgebildet sind. Günstig ist es, wenn als Ultraschallsensoren bzw. Ultraschallsensorelemente ausgebildete Sensoren bzw. Sensorelemente derart auf einer Platine im ersten Modul angeordnet sind, dass diese auf einer im Einsatzzustand von einer einem eintreffenden Ultraschallsignal bzw. Positionierungssignal abgewandten Seite der Platine angeordnet sind. Üblicherweise weist die Platine zumindest einen durch die Platine hindurchgeführten Kanal auf, um ein zu detektierendes Ultraschallsignal durch den Kanal hindurch auf den Ultraschallsensor bzw. eines oder mehrere Ultraschallsensorelemente zu leiten. Auf diese Weise kann sowohl ein hoher Schutz der Sensoren als auch hohe Detektionsempfindlichkeit umgesetzt werden. In der Regel ist jedem Ultraschallsensor bzw. Ultraschallsensorelement jeweils zumindest ein eigener Kanal zugeordnet. Zweckmäßig ist es, wenn ein Kanalquerschnitt des Kanals bzw. der Kanal durch eine ultraschalldurchlässige Membran, welche bevorzugt hydrophob ausgebildet ist, abgedeckt bzw. verschlossen ist, um den Kanal vor Verschmutzungen zu schützen. Die Membran kann beispielsweise als Textilmembran ausgebildet sein. Zweckmäßig ist es, wenn die Membran wasserdicht ist. Eine effiziente Schallleitung ist erreichbar, wenn der Kanal an einer dem Sensorelement abgewandten Kanalöffnung in einen Hohlraum mündet, welcher Hohlraum einen größeren Querschnitt, insbesondere orthogonal zur Kanallängsrichtung, aufweist als ein Querschnitt des Kanals. Auf diese Weise ist eine Schallleitung mit geringer Schallkennimpedanz erreichbar. Bevorzugt wird dann der Hohlraum bzw. Hohlraumquerschnitt durch die Membran abgedeckt. Bewährt hat es sich, wenn der Hohlraumquerschnitt, insbesondere orthogonal zur Kanallängsrichtung, einen Durchmesser aufweist, welcher 2-mal bis 5-mal so groß wie ein Durchmesser des Kanals ist. Bewährt hat es sich, wenn eine durchschnittliche Höhe des Kanals zwischen 0,3 mm und 1 ,5 mm, insbesondere 0,5 mm bis 1 ,0 mm, ist. Günstig ist es, wenn jeder Kanal in einen solchen Hohlraum, welcher bevorzugt mit einer vorgenannten Membran bedeckt ist, mündet. Die Membran kann mit bzw. aus einem elastischen Material, beispielsweise Gummi, insbesondere Silikon-Gummi, oder Polyethylen, insbesondere Polyethylen mit einer Dichte zwischen 0,915 g/cm3 und 0,935 g/cm3, auch als PE-LLD oder LDPE bezeichnet, gebildet sein. Bevorzugt weist die Membran eine Shore-Härte A35 auf. Die Membran weist üblicherweise eine Dicke zwischen 0,01 mm und 0,1 mm, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,05 mm, auf. Praktikabel ist es, wenn mehrere, bevorzugt sämtliche, der Kanäle mit einer Abdeckschicht abgedeckt sind, wobei die Hohlräume als Einschnitte in der Abdeckschicht gebildet sind. Zweckmäßig ist es dann, wenn die Membrane mit bzw. durch einen die Hohlräume begrenzenden Teil der Abdeckschicht gebildet sind. Dadurch ist ein robuster Aufbau mit optimierter Schallleitung erreichbar. Die Platine ist üblicherweise in einem Platinengehäuse angeordnet, wobei üblicherweise die Platine bzw. die Sensoren zur akustischen Entkopplung auf oder in einem akustischen Entkopplungsmaterial, welches häufig mit verformbarem, insbesondere elastischem, Material gebildet ist, innerhalb des Platinengehäuses angeordnet sind. Das akustisches Entkopplungsmaterial kann beispielsweise mit Knetmasse, bevorzugt Industrieknetmasse, gebildet sein. Günstig ist es, wenn das akustische Entkopplungsmaterial mit einem Metall- Kunststoff-Verbundmaterial, insbesondere mit in Kunststoff eingebettetem Metallpulver gebildet ist. Beispielsweise kann Metallpulver mit Kunstharz, üblicherweise Epoxidharz, vermischt sein. Zweckmäßig ist es, wenn hierzu ein Metall bzw. Metallpulver hoher Dichte, wie beispielsweise Wolfram, verwendet wird. Die Platine bzw. die Sensoren können zweckmäßig in das akustische Entkopplungsmaterial eingebettet bzw. eingegossen sein. Der Sensor bzw. die Sensorelemente können an oder innerhalb eines Modulgehäuse bzw. einer Modulgehäusewand eines jeweiligen Moduls angeordnet sein. Eine hohe Praktikabilität ist erreichbar, wenn der Sensor bzw. die Sensorelemente zumindest teilweise, insbesondere gänzlich, innerhalb eines Modulgehäuses eines jeweiligen Moduls angeordnet bzw. in das Modulgehäuse bzw. die Modulgehäusewand integriert sind. Praktisch ist es, wenn die Platine innerhalb eines Modulgehäuses des jeweiligen Moduls angeordnet ist, wobei üblicherweise die Kanäle bzw. Membrane an zumindest eine Durchführungsöffnung des Modulgehäuses anschließen, um Ultraschallsignale durch die Durchführungsöffnung hindurch in die Kanäle zu leiten. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Ultraschallsensor bzw. die Ultraschallsensorelemente derart in das Modulgehäuse integriert angeordnet sind, dass die Membrane einen Teil einer Außenoberfläche des Moduls bzw. Modulgehäuses bilden. Dies gilt besonders, wenn die Membrane wasserdicht und/oder mit vorgenannter Abdeckschicht bzw. vorgenannten Hohlräumen ausgebildet sind, da dadurch ein robuster Aufbau umsetzbar ist. Bevorzugt geht eine Außenoberfläche der Membran dabei stetig bzw. stufenlos in eine an diese anschließende Außenoberfläche des Modulgehäuses über. Üblicherweise ist der Ultraschallsensor hierzu zumindest teilweise oder gänzlich durch einen Durchgang des Modulgehäuses bzw. der Modulgehäusewand hindurchgeführt oder in diesem angeordnet. Für eine effiziente Schallleitung ist bevorzugt jedem Kanal jeweils eine eigene Durchführungsöffnung zugeordnet. Bewährt hat es sich, wenn eine Durchführungsöffnung einen Querschnittsdurchmesser von 1 mm bis 5 mm, bevorzugt 1,5 mm bis 3 mm, insbesondere etwa 2 mm, aufweist. Günstig ist es, wenn die Durchführungsöffnung eine Länge von 1 mm bis 5 mm, insbesondere 2 mm bis 4 mm, bevorzugt etwa 3 mm, aufweist. Mit solchen Abmessungen kann eine sehr effiziente Schallleitung bei gleichzeitig robuster Ausbildung umgesetzt werden. Die Durchführungsöffnung kann zweckmäßig mit einem, insbesondere feinmaschigen, Metallgitter verschlossen sein, um Verschmutzungen abzuweisen. Das Metallgitter ist vorzugsweise derart ausgebildet bzw. weist Gitterparameter bzw. Gitterkonstanten auf, sodass eine akustische Reflexion vermieden ist. Es hat sich bewährt, wenn zwischen Modulgehäuse und Platine ein oder mehrere Dichtungselemente vorhanden sind, welche Öffnungen der Durchführungsöffnungen und/oder Öffnungen der Kanäle umranden, um ein dichtes, insbesondere schalldichtes, Anliegen des Modulgehäuses an der Platine zu gewährleisten. Vorzugsweise sind die Dichtungselemente derart ausgebildet, dass die Platine plan am Modulgehäuse. Günstig für eine gute Schallleitung ist es, wenn Kanäle und Durchgangsöffnungen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen bzw. zylindrisch ausgebildet sind. Um Störungen der Schallleitung zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Platine derart zwischen am Modulgehäuse befestigt ist, dass aufgrund der Befestigung gebildeter Montagespalt oder Montagehohlraum zwischen Platine und Modulgehäuse gebildet ist. Vorzugsweise liegt eine Oberfläche der Platine spaltfrei auf einer Oberfläche des Gehäuses an. It is preferred if the sensor elements are designed as ultrasonic sensor elements. It is advantageous if sensors or sensor elements designed as ultrasonic sensors or ultrasonic sensor elements are arranged on a board in the first module in such a way that they are arranged on a side of the board facing away from an incoming ultrasonic signal or positioning signal in the operational state. The board usually has at least one passed through the board Channel to guide an ultrasonic signal to be detected through the channel to the ultrasonic sensor or one or more ultrasonic sensor elements. In this way, both a high level of protection for the sensors and a high level of detection sensitivity can be implemented. As a rule, each ultrasonic sensor or ultrasonic sensor element is assigned at least one channel of its own. It is useful if a channel cross-section of the channel or the channel is covered or closed by an ultrasound-permeable membrane, which is preferably made hydrophobic, in order to protect the channel from contamination. The membrane can be designed as a textile membrane, for example. It is useful if the membrane is waterproof. Efficient sound conduction can be achieved if the channel opens into a cavity at a channel opening facing away from the sensor element, which cavity has a larger cross section, in particular orthogonal to the longitudinal direction of the channel, than a cross section of the channel. In this way, a sound conduction with a low characteristic acoustic impedance can be achieved. The cavity or cavity cross section is then preferably covered by the membrane. It has proven useful if the cavity cross-section, in particular orthogonal to the longitudinal direction of the channel, has a diameter which is 2 to 5 times as large as a diameter of the channel. It has proven useful if an average height of the channel is between 0.3 mm and 1.5 mm, in particular 0.5 mm to 1.0 mm. It is favorable if each channel opens into such a cavity, which is preferably covered with an aforementioned membrane. The membrane can be formed with or from an elastic material, for example rubber, in particular silicone rubber, or polyethylene, in particular polyethylene with a density between 0.915 g / cm 3 and 0.935 g / cm 3 , also referred to as PE-LLD or LDPE being. The membrane preferably has a Shore hardness of A35. The membrane usually has a thickness between 0.01 mm and 0.1 mm, preferably between 0.02 and 0.05 mm. It is practical if several, preferably all, of the channels are covered with a cover layer, the cavities being formed as incisions in the cover layer. It is then expedient if the membrane is formed with or by a part of the cover layer that delimits the cavities. This enables a robust structure with optimized sound conduction to be achieved. The circuit board is usually arranged in a circuit board housing, the circuit board or the sensors for acoustic decoupling usually being arranged on or in an acoustic decoupling material, which is often made of deformable, in particular elastic, material, within the circuit board housing. The acoustic Decoupling material can be formed, for example, with modeling clay, preferably industrial modeling clay. It is favorable if the acoustic decoupling material is formed with a metal-plastic composite material, in particular with metal powder embedded in plastic. For example, metal powder can be mixed with synthetic resin, usually epoxy resin. It is useful if a metal or metal powder of high density, such as tungsten, is used for this purpose. The circuit board or the sensors can expediently be embedded or cast in the acoustic decoupling material. The sensor or the sensor elements can be arranged on or within a module housing or a module housing wall of a respective module. A high level of practicability can be achieved if the sensor or the sensor elements are at least partially, in particular completely, arranged within a module housing of a respective module or are integrated into the module housing or the module housing wall. It is practical if the circuit board is arranged within a module housing of the respective module, the channels or membranes usually connecting to at least one feed-through opening of the module housing in order to conduct ultrasonic signals through the feed-through opening into the channels. Alternatively, it can be provided that the ultrasonic sensor or the ultrasonic sensor elements are arranged integrated into the module housing in such a way that the membrane forms part of an outer surface of the module or module housing. This is particularly true if the membrane is watertight and / or designed with the aforementioned cover layer or the aforementioned cavities, since this enables a robust structure to be implemented. An outer surface of the membrane preferably merges continuously or steplessly into an outer surface of the module housing adjoining it. For this purpose, the ultrasonic sensor is usually passed at least partially or entirely through a passage in the module housing or the module housing wall or is arranged in this. For efficient sound conduction, each channel is preferably assigned its own lead-through opening. It has proven useful if a feed-through opening has a cross-sectional diameter of 1 mm to 5 mm, preferably 1.5 mm to 3 mm, in particular approximately 2 mm. It is favorable if the lead-through opening has a length of 1 mm to 5 mm, in particular 2 mm to 4 mm, preferably about 3 mm. With such dimensions, a very efficient sound conduction can be implemented with a robust design at the same time. The feed-through opening can expediently be closed with a metal grille, in particular a fine-meshed metal grille, in order to repel dirt. The metal grille is preferably designed or has lattice parameters or lattice constants such that acoustic reflection is avoided. It has proven useful if there are one or more sealing elements between the module housing and the circuit board, which surround openings in the feed-through openings and / or openings in the channels in order to ensure that the module housing is tight, in particular soundproof, against the circuit board. The sealing elements are preferably designed in such a way that the circuit board is flat on the module housing. It is favorable for good sound conduction if channels and passage openings have a circular cross section or are cylindrical. In order to avoid disturbances in the sound conduction, it is expedient for the circuit board to be fastened between the module housing in such a way that the mounting gap or assembly cavity formed as a result of the fastening is formed between the circuit board and the module housing. A surface of the circuit board preferably rests against a surface of the housing without any gaps.
Bewährt hat es sich, insbesondere wenn die Membran wasserdicht ausgebildet ist, wenn zwischen Modulgehäusewand und Membran ein oder mehrere Drainagekanäle vorhanden sind, um über die Drainagekanäle eingedrungenes Wasser abzuleiten, insbesondere von der Membran wegzuleiten. Auf diese Weise ist eine Einsatzfähigkeit bei schlechten Wetterverhältnissen, insbesondere Regen, erhöhbar. It has proven useful, in particular if the membrane is designed to be watertight, if one or more drainage channels are present between the module housing wall and the membrane in order to divert water that has penetrated via the drainage channels, in particular to divert it away from the membrane. In this way, the ability to use it in poor weather conditions, in particular rain, can be increased.
Um Verschmutzungen der Sender und/oder Sensoren zu vermeiden, ist es günstig, wenn ein oder mehrere, insbesondere steuerbare, Abdeckelemente vorhanden sind, mit welchen ein oder mehrere der Sender bzw. Sensoren bzw. deren Messöffnungen bedeckbar sind. Abdeckelemente können beispielsweise als Klappen oder Schiebeelemente ausgebildet sein. Bewährt hat es sich, wenn ein oder mehrere der Sender bzw. Sensoren an einem aus einer Ausfahrbasis ausfahrbaren Ausfahrelement angeordnet sind, sodass in einem ausgefahrenen Zustand des Ausfahrelementes ein Betrieb der Sender bzw. Sensoren ermöglicht und in einem eingefahrenen Zustand des Ausfahrelementes die Sender bzw. Sensoren bzw. deren Messöffnungen von der Ausfahrbasis bedeckt sind. Auf diese Weise können Sender bzw. Sensoren je nach Bedarf ausgefahren werden und sind in einem eingefahrenen Zustand vor Verschmutzungen geschützt. Zweckmäßig können mehrere Ausfahrelemente an einem der Module oder beiden Modulen vorhanden sein. Die Ausfahrbasis kann durch einen Abschnitt eines Modulgehäuses des ersten oder zweiten Moduls gebildet oder in einen solchen integriert sein. Praktikabel ist es, wenn das Ausfahrelement vertikal aus der Ausfahrbasis, vorzugsweise dem Modulgehäuse bzw. Modulgehäuseabschnitt ausfahrbar ist. In order to avoid contamination of the transmitters and / or sensors, it is advantageous if one or more, in particular controllable, cover elements are present with which one or more of the transmitters or sensors or their measurement openings can be covered. Cover elements can for example be designed as flaps or sliding elements. It has proven useful if one or more of the transmitters or sensors are arranged on an extension element that can be extended from an extension base, so that the transmitters or sensors can be operated when the extension element is extended and the transmitters or sensors can be operated when the extension element is retracted. Sensors or their measuring openings are covered by the extendable base. In this way, transmitters or sensors can be extended as required and are protected from contamination when they are retracted. A number of extension elements can expediently be present on one of the modules or on both modules. The extension base can be formed by a section of a module housing of the first or second module or in one such be integrated. It is practical if the extension element can be extended vertically from the extension base, preferably the module housing or module housing section.
Zweckdienlich ist es, wenn der zumindest eine Ultraschallsender mit einem Piezoelement gebildet ist, welches üblicherweise in einem Metallgehäuse angeordnet ist. In der Regel ist der Ultraschallsender ein verkapselter Metallzylinder. Praktikabel ist es, wenn der Ultraschallsender einen Durchmesser von 5 mm bis 20 mm, insbesondere von 8 mm bis 15 mm, typischerweise etwa 14 mm oder etwa 10 mm, aufweist. Bevorzugt ist der Ultraschallsender mit der Kommunikationseinrichtung des jeweiligen Moduls verbunden, sodass abhängig von einem zwischen den Kommunikationseinrichtungen der Module übermittelten Triggersignal ein Ultraschallsignal mit dem Ultraschallsender emittierbar ist. Um ein gleiches Anschwingen der gegebenenfalls mehreren Ultraschallsender zu erreichen, ist es günstig, wenn mehrere, bevorzugt sämtliche, Ultraschallsender auf gleiche Weise elektrisch angeschlossen sind. Hierzu ist es günstig, wenn elektrische Masseanschlüsse der Ultraschallsender mit dem Gehäuse des jeweiligen Moduls verbunden sind. Zweckmäßig ist es, wenn der Ultraschallsender in das Modulgehäuse des jeweiligen Moduls integriert angeordnet ist, wobei der Ultraschallsender bevorzugt akustisch entkoppelt ist. Dies ist umsetzbar, indem der Ultraschallsender über ein verformbares, insbesondere elastisches, Entkopplungsmaterial an das Modulgehäuse anschließt. Das Entkopplungsmaterial kann beispielsweise mit Silikon oder Gummi gebildet sein, und insbesondere entlang eines Umfanges des Ultraschallsenders den Ultraschallsender umschließen. It is useful if the at least one ultrasonic transmitter is formed with a piezo element, which is usually arranged in a metal housing. The ultrasonic transmitter is usually an encapsulated metal cylinder. It is practical if the ultrasonic transmitter has a diameter of 5 mm to 20 mm, in particular 8 mm to 15 mm, typically about 14 mm or about 10 mm. The ultrasonic transmitter is preferably connected to the communication device of the respective module, so that an ultrasonic signal can be emitted with the ultrasonic transmitter as a function of a trigger signal transmitted between the communication devices of the modules. In order to achieve the same oscillation of the possibly several ultrasonic transmitters, it is advantageous if several, preferably all, ultrasonic transmitters are electrically connected in the same way. For this purpose, it is advantageous if electrical ground connections of the ultrasonic transmitters are connected to the housing of the respective module. It is useful if the ultrasonic transmitter is arranged integrated into the module housing of the respective module, the ultrasonic transmitter preferably being acoustically decoupled. This can be implemented by connecting the ultrasonic transmitter to the module housing via a deformable, in particular elastic, decoupling material. The decoupling material can be formed, for example, with silicone or rubber, and in particular enclose the ultrasonic transmitter along a circumference of the ultrasonic transmitter.
Sind am ersten Modul und/oder zweiten Modul jeweils mehrere Ultraschallsender vorgesehen, ist es praktikabel, wenn diese jeweils zueinander einen Abstand von 2 cm bis 20 cm, vorzugsweise 5 cm bis 10 cm, meist etwa 7 cm, aufweisen. Günstig ist es, wenn die Ultraschallsensorelemente des zumindest einen Ultraschallsensors jeweils zum nächstgelegenen Ultraschallsensorelement des Ultraschallsensors einen Abstand von 3 mm bis 20 mm, insbesondere 4 mm bis 10 mm, bevorzugt etwa 6 mm, aufweisen. Die Wahl des Abstands basiert auf dem Hintergrund, dass eine Vergrößerung des Abstandes zwar mit einer Verringerung von räumlichen Messunsicherheiten bei einer Relativpositionsbestimmung verbunden ist, gleichzeitig jedoch mit einer Vergrößerung von zeitlichen Messunsicherheiten bei einer Detektion und Auswertung von Ankunftszeitpunkten des Positionierungssignals verbunden ist, insbesondere da bei kleinen Abständen mit den Ultraschallsensorelementen detektierte Signalformen eine hohe Ähnlichkeit aufweisen. So ist beispielsweise bei einem Abstand von 4 mm zwischen benachbarten Ultraschallsensorelementen selbst bei einer niedrigen Temperatur von etwa -20°C und einer Ultraschallfrequenz von 40 kHz in der Regel eine Wellenlänge des Ultraschallsignals bei einer Größe von 8 mm, sodass ein auftretende Phasenverschiebung des mit den Ultraschallsensorelementen detektierten Ultraschallsignals nur ein Bruchteil einer Periodendauer ist, wodurch eine fehlerarme und einfach umzusetzende Auswertung implementierbar ist. If several ultrasonic transmitters are provided on the first module and / or the second module, it is practical if they are spaced apart from one another by 2 cm to 20 cm, preferably 5 cm to 10 cm, mostly about 7 cm. It is favorable if the ultrasonic sensor elements of the at least one ultrasonic sensor are each at a distance of 3 mm to 20 mm, in particular 4 mm to 10 mm, preferably about 6 mm, from the closest ultrasonic sensor element of the ultrasonic sensor. The choice of the distance is based on the fact that an increase in the distance is associated with a reduction in spatial measurement uncertainties when determining a relative position, but at the same time with an increase in temporal measurement uncertainties when detecting and evaluating Arrival times of the positioning signal is connected, in particular since signal shapes detected with the ultrasonic sensor elements have a high degree of similarity at small distances. For example, with a distance of 4 mm between adjacent ultrasonic sensor elements, even at a low temperature of around -20 ° C and an ultrasonic frequency of 40 kHz, the wavelength of the ultrasonic signal is usually 8 mm, so that a phase shift of the with the Ultrasonic sensor elements detected ultrasonic signal is only a fraction of a period, whereby a low-error and easy to implement evaluation can be implemented.
Üblicherweise sind der zumindest eine Sensor bzw. die Sensorelemente mit einem Analog-Digital-Umsetzer schaltungstechnisch gekoppelt, wobei bevorzugt zwischen dem Sensor und dem Analog-Digital-Umsetzer eine einstellbare Verstärkerschaltung angeordnet ist, um große Signalamplituden zu erzeugen. Usually, the at least one sensor or the sensor elements are circuit-technically coupled to an analog-digital converter, an adjustable amplifier circuit preferably being arranged between the sensor and the analog-digital converter in order to generate large signal amplitudes.
Günstig ist es, wenn das erste und/oder zweite Modul eine Auswerteeinheit aufweist oder im Einsatzzustand mit einer solchen verbunden ist, um mit dieser eine jeweilige Relativposition anhand des detektierten Positionierungssignals bzw. dessen Ankunftszeitpunkt, insbesondere unter Berücksichtigung des mit dem Triggersignal definierten Zeitpunktes zu berechnen, insbesondere entsprechend einem vorstehend im Verfahrensabschnitt bereits dargestellten Auswerteverfahren. Die Auswerteeinheit weist üblicherweise eine Computereinrichtung bzw. einen Mikrocontroller auf, welcher ausgebildet ist, das entsprechende Auswerteverfahren bzw. die entsprechenden Auswerteschritte durchzuführen und insbesondere die Relativposition zu berechnen. Eine einfache Auswertbarkeit ist erreichbar, wenn die Berechnung bzw. Bestimmung der jeweiligen Relativposition auf einer Laufzeitbestimmung des mit dem jeweiligen Sensor bzw. Sensorelement detektierten Positionierungssignals basiert. Zweckmäßig kann die Laufzeit des Positionierungssignals mit dem Ankunftszeitpunkt des Positionierungssignals am Sensor bzw. Sensorelement und dem Absendezeitpunkt des Positionierungssignals am korrespondierenden Sender berechnet werden, wobei der Absendezeitpunkt anhand des mit dem Triggersignal definierten Zeitpunktes gegeben ist. Die Auswerteeinheit ist üblicherweise mit einem Mikroprozessor gebildet. Alternativ oder kumulativ ist es günstig, wenn das erste Modul eine Kommunikationseinheit aufweist, um Daten, insbesondere ermittelte Daten betreffend des detektierten Positionierungssignals und/oder der ermittelten Relativposition, mit der Kommunikationseinheit an eine externe Auswerteeinheit und/oder Steuereinheit zu übermitteln, beispielsweise eine Auswerteeinheit und/oder Steuereinheit des ersten Gerätes, zweiten Gerätes, insbesondere eines Elektrofahrzeuges, und/oder zweiten Moduls. Vorzugsweise ist die Kommunikationseinheit zur Durchführung von drahtloser Kommunikation, beispielsweise auf der Basis von Bluetooth und/oder WLAN und/oder UWB, ausgebildet. Werden zur Relativpositionsbestimmung UWB-Bestimmungselemente eingesetzt, ist es praktikabel, wenn die Kommunikationseinheit ausgebildet ist, über ein UWB-Bestimmungselement bzw. per UWB-Funkübertragung zu kommunizieren. Die Kommunikationseinheit kann insbesondere ausgebildet sein, mit einem Elektrofahrzeug bzw. dessen Kommunikationssystem zu kommunizieren. Insbesondere können an das Elektrofahrzeug Informationen betreffend einen aktuellen Betriebszustand des ersten Moduls bzw. eines Gerätes, wie einer Ladeeinrichtung, mit dem das erste Modul verbunden ist, und/oder des Energieaustauschvorganges übermittelt werden. Vorteilhaft kann mit der Kommunikationseinheit die jeweilige ermittelte Relativposition an eine Steuereinheit des ersten und/oder zweiten Gerätes, insbesondere eines Elektrofahrzeuges mit einem zweiten Modul, übermittelt werden, sodass das Gerät bzw. Elektrofahrzeug dessen Bewegung und/oder Funktionalität entsprechend steuern und anpassen kann. Günstig ist es, wenn mit der Kommunikationseinheit eine Antennenkonfiguration, insbesondere Antennenanzahl und/oder Antennenposition, beispielsweise des jeweiligen Moduls bzw. der UWB-Bestimmungselemente, übermittelt wird, beispielsweise an das jeweilige andere Modul bzw. Gerät. Die Kommunikationseinheit und die Kommunikationseinrichtung können mit demselben Bauteil umgesetzt sein. It is advantageous if the first and / or second module has an evaluation unit or is connected to one in the operational state in order to use it to calculate a respective relative position based on the detected positioning signal or its arrival time, in particular taking into account the time defined with the trigger signal , in particular in accordance with an evaluation method already presented above in the method section. The evaluation unit usually has a computer device or a microcontroller which is designed to carry out the corresponding evaluation method or the corresponding evaluation steps and, in particular, to calculate the relative position. A simple evaluation can be achieved if the calculation or determination of the respective relative position is based on a transit time determination of the positioning signal detected with the respective sensor or sensor element. The transit time of the positioning signal can be calculated with the arrival time of the positioning signal at the sensor or sensor element and the sending time of the positioning signal at the corresponding transmitter, the sending time being given on the basis of the time defined with the trigger signal. The evaluation unit is usually formed with a microprocessor. Alternatively or cumulatively, it is advantageous if the first module has a communication unit in order to transmit data, in particular ascertained data relating to the detected positioning signal and / or the ascertained relative position, with the communication unit to an external evaluation unit and / or control unit, for example an evaluation unit and / or control unit of the first device, second device, in particular an electric vehicle, and / or second module. The communication unit is preferably designed to carry out wireless communication, for example on the basis of Bluetooth and / or WLAN and / or UWB. If UWB determining elements are used to determine the relative position, it is practical if the communication unit is designed to communicate via a UWB determining element or by UWB radio transmission. The communication unit can in particular be designed to communicate with an electric vehicle or its communication system. In particular, information relating to a current operating state of the first module or a device, such as a charging device to which the first module is connected, and / or the energy exchange process can be transmitted to the electric vehicle. The respective determined relative position can advantageously be transmitted with the communication unit to a control unit of the first and / or second device, in particular an electric vehicle with a second module, so that the device or electric vehicle can control and adjust its movement and / or functionality accordingly. It is favorable if an antenna configuration, in particular the number of antennas and / or antenna position, for example of the respective module or the UWB determining elements, is transmitted with the communication unit, for example to the respective other module or device. The communication unit and the communication device can be implemented with the same component.
Für eine Optimierung einer Reichweite des Positionierungssystems ist es günstig, wenn ein oder mehrere weitere Sensoren und/oder Sender des Gerätes, an welchem ein jeweiliges Modul angeordnet oder als ein Teil dieses ausgebildet ist, mit dem Positionierungssystem bzw. dessen Sensoren und/oder Sender bzw. Messanordnungen gekoppelt ist bzw. wird, sodass die Sensoren des Gerätes für die Relativpositionsbestimmung ersetzbar sind bzw. eingesetzt werden. Dies gilt besonders für ein Fahrzeug bzw. Elektrofahrzeug als erstes bzw. zweites Gerät. Dabei können insbesondere ein oder mehrere Parksensoren bzw. Parksender, insbesondere ein Einparkhilfesystem bzw. Park-Distance-Control-System, des Fahrzeuges mit dem Positionierungssystem bzw. der ersten und/oder zweiten Messanordnung gekoppelt bzw. in diese integriert betrieben sein bzw. werden. To optimize the range of the positioning system, it is advantageous if one or more additional sensors and / or transmitters of the device on which a respective module is arranged or formed as a part of it, with the positioning system or its sensors and / or transmitter or Measurement arrangements is or is coupled so that the sensors of the device can be replaced or used for determining the relative position. This is particularly true for a vehicle or electric vehicle as the first or second device. Here you can in particular one or more parking sensors or parking transmitters, in particular a parking aid system or park distance control system, of the vehicle coupled to the positioning system or the first and / or second measuring arrangement or being operated integrated into them.
Sind die Interaktionselemente als Kontaktierungselemente ausgebildet, ist es von Vorteil, wenn eine Kontaktierung des ersten Interaktionselementes mit dem zweiten Interaktionselement mit einer Koppeleinrichtung erfolgt, welche ausgebildet ist, die beiden Interaktionselemente formschlüssig und/oder kraftschlüssig, insbesondere lösbar, zu verbinden. Zweckmäßig kann die Koppeleinrichtung gebildet sein, indem eines der Interaktionselemente einen Koppelstecker und das andere Interaktionselement zumindest eine zum Koppelstecker formkorrespondierende Koppelaufnahme aufweist, um die Interaktionselemente mit zumindest teilweisem, vorzugsweise gänzlichem, Einfügen des Koppelsteckers in die Koppelaufnahme formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander zu verbinden bzw. zu kontaktieren. Bevorzugt ist es, wenn dabei bei formschlüssigem Kontakt eine kraftschlüssig lösbare Verbindung hergestellt wird. Praktisch ist es, wenn ein Einrastmechanismus vorgesehen ist, sodass der Koppelstecker bei einem Einfügen in die Koppelaufnahme, bevorzugt abhängig von einer relativen Kraftbeaufschlagung zwischen diesen, in der Koppelaufnahme lösbar einrastet. Zweckmäßig ist es, wenn zur kraftschlüssigen bzw. einrastenden Verbindung ein Federelement vorgesehen ist, um die kraftschlüssige bzw. einrastende Verbindung in einfacher Weise herzustellen und wieder zu lösen. Für eine Betätigung der Feder kann ein Druckmittel vorhanden sein, um die mit der Feder bewirkte kraftschlüssige bzw. einrastende Verbindung zu steuern, wobei bevorzugt das Druckmittel abhängig von einer Anstellkraft bzw. Kraftbelastung zwischen Koppelstecker und Koppelaufnahmen gesteuert bzw. aktiviert und insbesondere deaktiviert wird, um die mit der Feder bewirkbare Verbindung herzustellen oder zu lösen. Die Feder bzw. das Druckmittel kann am Koppelstecker oder der Koppelaufnahme angeordnet sein. Für ein praktikables Verbinden ist es günstig, wenn die Koppeleinrichtung selbstzentrierend ausgebildet ist. Dabei ist üblicherweise vorgesehen, dass zumindest eine mit der Koppelaufnahme in Verbindung tretende Außenoberfläche des Koppelsteckers derart formkorrespondierend zu einer Führungsoberfläche der Koppelaufnahme ausgebildet ist, dass bei nicht gänzlich fluchtender Ausrichtung von Koppelstecker zu Koppelaufnahme bei deren Verbinden, der Koppelstecker von der Führungsoberfläche der Koppelaufnahme in die vorgesehene Kontaktierungsposition geführt wird. Führungsoberfläche der Koppelaufnahme bezeichnet dabei üblicherweise jene Oberfläche der Koppelaufnahme, welche bei einem Einfügen des Koppelsteckers in die Koppelaufnahme eine formschlüssige Aufnahme des Koppelsteckers bewirkt. Zweckmäßig ist es, wenn der Koppelstecker eine Außenoberfläche und die Koppelaufnahme eine Führungsoberfläche aufweisen, welche, insbesondere zumindest abschnittsweise, als Rotationsfläche mit einer Rotationsachse in Richtung einer Einschubrichtung des Koppelsteckers ausgebildet sind, vorzugsweise zumindest abschnittsweise im Wesentlichen konusförmig, insbesondere als Mantelfläche eines Kegels oder Kegelstumpfens. Üblicherweise ist vorgesehen, dass ein in Verbindung tretender Bereich des Koppelsteckers in Einschubrichtung koaxial zulaufend ausgebildet ist. Der in Verbindung tretende Bereich des Koppelsteckers kann beispielsweise als Konus bzw. konisch zulaufend, halbkugelförmig oder pyramidenförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist ein Ende des in Verbindung tretenden Bereiches des Koppelsteckers stumpf bzw. mit stumpfer Spitze ausgebildet. Die Koppelaufnahme weist in der Regel eine dazu korrespondierende Form auf, um den Koppelstecker zumindest teilweise in die Koppelaufnahme einzufügen. Bevorzugt ist es, wenn der Koppelstecker verdrehungsunabhängig in Bezug auf eine Einschubachse in die Koppelaufnahme in diese einfügbar ist. If the interaction elements are designed as contacting elements, it is advantageous if the first interaction element is contacted with the second interaction element using a coupling device which is designed to connect the two interaction elements positively and / or non-positively, in particular releasably. The coupling device can expediently be formed in that one of the interaction elements has a coupling plug and the other interaction element has at least one coupling receptacle corresponding in shape to the coupling plug in order to connect or non-positively interconnect the interaction elements with at least partial, preferably complete, insertion of the coupling plug into the coupling receptacle . to contact. It is preferred if a non-positively releasable connection is established with form-fitting contact. It is practical if a latching mechanism is provided so that the coupling plug releasably latches into the coupling receptacle when it is inserted into the coupling receptacle, preferably depending on the relative application of force between them. It is useful if a spring element is provided for the non-positive or locking connection in order to establish the non-positive or locking connection in a simple manner and to release it again. For an actuation of the spring, a pressure means can be present to control the frictional or locking connection produced by the spring, wherein the pressure means is preferably controlled or activated and in particular deactivated depending on a contact force or force load between the coupling plug and coupling receptacles in order to to establish or loosen the connection that can be brought about with the spring. The spring or the pressure medium can be arranged on the coupling plug or the coupling receptacle. For a practicable connection, it is advantageous if the coupling device is designed to be self-centering. It is usually provided that at least one outer surface of the coupling plug that comes into contact with the coupling receptacle is designed with a shape corresponding to a guide surface of the coupling receptacle that, if the coupling plug is not completely aligned when they are connected, the coupling plug from the guide surface of the coupling receptacle into the intended contact position to be led. The guide surface of the coupling receptacle usually denotes that surface of the coupling receptacle which, when the coupling plug is inserted into the coupling receptacle, causes the coupling plug to be positively received. It is useful if the coupling plug has an outer surface and the coupling receptacle has a guide surface which, in particular at least in sections, are designed as a rotational surface with an axis of rotation in the direction of an insertion direction of the coupling plug, preferably at least in sections essentially conical, in particular as the outer surface of a cone or truncated cone . It is usually provided that a connecting area of the coupling plug is designed to taper coaxially in the insertion direction. The connecting area of the coupling plug can be designed, for example, as a cone or conically tapering, hemispherical or pyramid-shaped. Preferably, one end of the connecting area of the coupling plug is blunt or has a blunt tip. The coupling receptacle generally has a shape corresponding to this in order to at least partially insert the coupling plug into the coupling receptacle. It is preferred if the coupling plug can be inserted into the coupling receptacle independently of rotation in relation to an insertion axis.
Bevorzugt ist es, wenn die Koppeleinrichtung bzw. der Koppelstecker und die Koppelaufnahme bzw. deren strukturelle Ausbildung sowie deren formschlüssige bzw. kraftschlüssige Verbindung und insbesondere der Einrastmechanismus gemäß dem Dokument WO 2016/119001 A1, dessen Offenbarung hiermit insbesondere in Bezug auf die Ausbildung der Steckverbindung vollinhaltlich einbezogen wird, ausgeführt sind. Möglich ist allerdings auch eine umgekehrte Ausbildung, da es auf die exakte Position des Steckers nicht ankommt. Dies gilt insbesondere auch für eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Kontaktierungsstellen sowie einer Mehrzahl von Koppelaufnahmen, welche ebenfalls bevorzugt gemäß dem Dokument WO 2016/119001 A1 ausgebildet sind. It is preferred if the coupling device or the coupling plug and the coupling receptacle or their structural design as well as their form-fitting or non-positive connection and in particular the latching mechanism according to document WO 2016/119001 A1, the disclosure of which herewith in particular with regard to the design of the plug connection are fully included. However, a reverse design is also possible, since the exact position of the plug is not important. This also applies in particular to an arrangement with a plurality of contacting points and a plurality of coupling receptacles, which are also preferably designed in accordance with the document WO 2016/119001 A1.
Eine praktikable Bedienbarkeit ist gegeben, wenn der Koppelstecker und/oder die Koppelaufnahme zumindest eine Kontaktierungsstelle aufweist, wobei die zumindest eine Kontaktierungsstelle nach Positionierung des Koppelsteckers in der Koppelaufnahme zur Herstellung einer energieleitenden, insbesondere elektrisch leitenden, Verbindung bzw. eines Energieaustausches aktivierbar ist. Hierzu kann die Koppelaufnahme, wie erwähnt, bevorzugt gemäß dem Dokument WO 2016/119001 A1 ausgebildet sind. Es kann auch eine Mehrzahl von Kontaktierungsstellen vorgesehen sein, zum Beispiel drei, fünf oder sieben Kontaktierungsstellen. Zweckmäßig ist es, wenn vorgesehen ist, dass nachdem der Koppelstecker und die Koppelaufnahme in einem ersten Schritt miteinander mechanisch bzw. formschlüssig in Verbindung gebracht worden sind und sich in Kontaktierungsposition befinden, durch Verschieben der Kontaktierungsstellen eine energieleitende Verbindung herstellbar ist, um einen Energieaustauschvorgang zu beginnen. Die Verschiebung der Kontaktierungsstellen kann beispielsweise erfolgen, indem diese federkraftbelastet in einer Position gehalten sind, welche nach dem erwähnten formschlüssigen Verbinden von Koppelstecker und Koppelaufnahme freigegeben wird, sodass die Kontaktierungsstellen durch die Federkraft verschoben werden, um den energieleitenden Kontakt herzustellen. Hierfür kann ein Federstück vorhanden sein, um die Kontaktierungsstellen zu betätigen. Das Federstück kann vorgenannte Feder sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kontaktierungsstellen erst dann verschoben werden, wenn hinsichtlich der Anstellung des Koppelelementes an die Koppelaufnahme eine Mindestkraft erreicht ist. Bei Umsetzung dieser Variante kann ein Kraftsensor zur Messung der Anstellkraft vorgesehen sein. Der Kraftsensor kann am Träger für eines der Interaktionselement angeordnet sein. Günstig ist es, wenn die Kontaktierungsstellen mit verschiebbaren Kontaktierungskörpern gebildet sind, welche in einer ersten Position in der Außenoberfläche des Koppelsteckers bzw. Practical operability is provided if the coupling plug and / or the coupling receptacle has at least one contact point, the at least one contact point being able to be activated after the coupling plug has been positioned in the coupling receptacle to establish an energy-conducting, in particular electrically conductive, connection or an energy exchange. For this purpose, the coupling receptacle, as mentioned, are preferably designed according to the document WO 2016/119001 A1. A plurality of contacting points can also be provided, for example three, five or seven contacting points. It is useful if it is provided that after the coupling plug and the coupling receptacle have been mechanically or positively connected to one another in a first step and are in contacting position, an energy-conducting connection can be established by moving the contacting points in order to start an energy exchange process . The shifting of the contacting points can take place, for example, by holding them under spring force in a position which is released after the above-mentioned positive connection of the coupling plug and coupling receptacle, so that the contacting points are shifted by the spring force in order to establish the energy-conducting contact. A spring piece can be provided for this purpose in order to actuate the contacting points. The spring piece can be the aforementioned spring. It can be provided that the contacting points are only shifted when a minimum force is reached with regard to the adjustment of the coupling element to the coupling receptacle. When implementing this variant, a force sensor can be provided to measure the contact force. The force sensor can be arranged on the carrier for one of the interaction elements. It is favorable if the contacting points are formed with displaceable contacting bodies, which in a first position in the outer surface of the coupling plug or
Führungsoberfläche der Koppelaufnahme versenkt und in einer zweiten Position diese überragend angeordnet sind, um durch Verschieben der Kontaktierungskörper eine energieleitende Verbindung herzustellen. Üblicherweise koppelt die Kontaktierungsstelle des Koppelsteckers an ein Gegenstelle an der Koppelaufnahme, um eine energieleitende Verbindung herzustellen, und umgekehrt. Die Gegenstelle kann als Kontaktierungsschicht ausgebildet sein, mit welcher die Kontaktierungsstelle eine Pressverbindung bildet. The guide surface of the coupling receptacle is sunk and in a second position they are arranged so as to protrude in order to produce an energy-conducting connection by moving the contacting body. The contacting point of the coupling plug usually couples to a counterpart on the coupling receptacle in order to establish an energy-conducting connection, and vice versa. The counterpart can be designed as a contacting layer with which the contacting point forms a press connection.
Die Kontaktierungsstellen können in deren Querschnitt an eine gewünschte Übertragungsleistung über die Kontaktierungsstellen angepasst sein. Sind hohe Übertragungsleistungen erforderlich, ist deren Querschnitt entsprechend größer ausgebildet. Beispielsweise kann die Kontaktierungsstelle als Ring, etwa als Kupferring, ausgebildet sein, die eine Ringdicke von 0,5 mm bis 2,0 mm aufweist. Die korrespondierende Gegenstelle kann entsprechend variiert werden. Möglich ist es dabei auch, dass ein Außendurchmesser der Ringform bzw. des Kupferrings konstant ist und die Ringdicke über eine Variation des Innendurchmessers geändert ist. Zweckmäßig können die Kontaktierungsstellen in der maximalen Stecktiefe variiert werden, wodurch eine weitere Möglichkeit der Leistungsanpassung gegeben ist. Eine maximale Leistung wird dabei durch das Modul mit der geringeren übertragbaren Leistung definiert. Dies ermöglicht angepasste Energieaustauschszenarien bzw. Ladeszenarien. Die Kontaktierungsstellen bzw. Ringe sind vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet, wobei ein Abstand zwischen jeweils zwei Kontaktierungsstellen bzw. Gegenstellen variieren kann. The cross-section of the contact-making points can be adapted to a desired transmission power via the contact-making points. If high transmission powers are required, their cross-section is correspondingly larger. For example, the contacting point can be designed as a ring, for example a copper ring, which has a ring thickness of 0.5 mm to 2.0 mm. The corresponding remote station can be varied accordingly. It is also possible that an outer diameter of the ring shape or of the copper ring is constant and the ring thickness is changed by varying the inner diameter. The contacting points can expediently be varied in terms of the maximum plug-in depth, which provides a further possibility for power adjustment. A maximum power is defined by the module with the lower transmittable power. This enables adapted energy exchange scenarios or charging scenarios. The contacting points or rings are preferably arranged coaxially to one another, it being possible for a distance between two contacting points or opposing points to vary.
Bevorzugt ist somit im Speziellen vorgesehen, dass bei einem Verbinden des Koppelsteckers mit der Koppelaufnahme ein koaxial zulaufender Bereich des Koppelsteckers formschlüssig in die Koppelaufnahme eingefügt wird, und insbesondere kraftschlüssig verbunden wird, wonach zumindest ein Kontaktkörper des Koppelsteckers aus der ersten Position innerhalb desselben gelöst und in eine aus dem Kontaktstecker vorragende zweite Position geschoben wird, um den Kontaktkörper des Koppelsteckers mit zumindest einer Kontaktschicht der Koppelaufnahme zu verbinden. Beim Zusammenführen von Koppelstecker und Koppelaufnahme kann vorgesehen sein, dass der Kontaktkörper des Koppelsteckers in der ersten Position innerhalb desselben angeordnet ist. Dadurch erfolgt das formschlüssige Verbinden in einer einfachen Weise und unabhängig von einer Position, in welcher die beiden Verbindungselemente aufeinandertreffen. Preferably, it is therefore specifically provided that when the coupling plug is connected to the coupling receptacle, a coaxially tapering region of the coupling plug is inserted positively into the coupling receptacle and, in particular, is connected in a non-positive manner, after which at least one contact body of the coupling plug is released from the first position within it and in a second position protruding from the contact plug is pushed in order to connect the contact body of the coupling plug to at least one contact layer of the coupling receptacle. When the coupling plug and coupling receptacle are brought together, it can be provided that the contact body of the coupling plug is arranged within the same in the first position. As a result, the positive connection takes place in a simple manner and independently of a position in which the two connecting elements meet.
Von Vorteil ist es, wenn die Koppeleinrichtung mit mehreren vorgenannten Koppelaufnahmen gebildet ist, welche insbesondere eine Koppelaufnahmeanordnung bildend, bevorzugt unmittelbar, nebeneinander angeordnet sind, wobei der Koppelstecker in jede der Koppelaufnahmen einfügbar ist, um eine Kontaktierung herzustellen. Dadurch ist durch eine Mehrzahl an Einsteckmöglichkeiten eine geringere Anforderung an eine positionsgenaue Annäherung zwischen den Interaktionselementen bzw. Koppelstecker und Koppelaufnahmen gegeben. Zweckmäßig ist es, wenn die Koppelaufnahmen dabei jeweils in einer mehreckigen, insbesondere in einer hexagonalen, Zelle angeordnet sind. Dies ermöglicht eine dicht gepackte Anordnung. Mit Vorteil kann auf diese Weise eine Kontaktierungsplatte mit einer Vielzahl von unmittelbar nebeneinander angeordneten Koppelaufnahmen umgesetzt sein. Insbesondere wenn eine Energieübertragung über die Interaktionselemente erfolgen soll, bevorzugt wenn die Interaktionselemente für eine Kontaktierung ausgebildet sind, hat es sich bewährt, wenn eine Energieübertragung in Abhängigkeit eines Messergebnisses einer Messung mit dem magnetischen Sensor erfolgt, insbesondere freigegeben wird. Günstig ist es, wenn eine vorgenannte Kontaktierungsstelle in Abhängigkeit vom Messergebnis des magnetischen Sensors aktivierbar ist. Zweckmäßig ist es, wenn der Koppelstecker den magnetischen Sensor und die Koppelaufnahmen den Magneten aufweist, oder umgekehrt. Praktikabel ist es, wenn die magnetische Messeinrichtung derart ausgebildet ist, dass der magnetische Sensor ein formschlüssiges Einfügen des Koppelsteckers in die Koppelaufnahme detektiert und in Abhängigkeit davon eine Energieübertragung bzw. Aktivierung von Kontaktierungsstellen steuerbar ist. It is advantageous if the coupling device is formed with a plurality of the aforesaid coupling receptacles which, in particular, are arranged, preferably directly, next to one another, forming a coupling receptacle arrangement, the coupling plug being insertable into each of the coupling receptacles in order to establish contact. As a result, due to a plurality of plug-in options, there is less requirement for a positionally accurate approach between the interaction elements or coupling plugs and coupling receptacles. It is useful if the coupling receptacles are each arranged in a polygonal, in particular in a hexagonal, cell. This enables a close-packed arrangement. In this way, a contacting plate with a large number of coupling receptacles arranged directly next to one another can advantageously be implemented. In particular, if an energy transfer is to take place via the interaction elements, preferably if the interaction elements are designed for contacting, it has proven useful if an energy transfer takes place, in particular is enabled, as a function of a measurement result of a measurement with the magnetic sensor. It is favorable if an aforementioned contacting point can be activated as a function of the measurement result of the magnetic sensor. It is useful if the coupling plug has the magnetic sensor and the coupling receptacles have the magnet, or vice versa. It is practical if the magnetic measuring device is designed in such a way that the magnetic sensor detects a form-fitting insertion of the coupling plug into the coupling receptacle and an energy transfer or activation of contacting points can be controlled as a function thereof.
Es versteht sich, dass für einen Energieaustausch als Interaktion zwischen dem ersten Gerät mit dem ersten Modul und dem zweiten Gerät mit dem zweiten Modul üblicherweise die Module jeweils mit einer Energiequelle oder einem Energiespeicher des jeweiligen Gerätes verbunden sind, sodass über die jeweiligen Interaktionselemente Energie bzw. Leistung zwischen diesen ausgetauscht werden kann. In der Regel ist vorgesehen, dass eine elektrische Energie bzw. elektrische Leistung zwischen den Geräten ausgetauscht wird, wobei elektrische Energie bzw. elektrische Leistung über die Interaktionselemente im kontaktierten Zustand übertragen wird. Eine Kontaktierung bezeichnet dann entsprechend eine elektrische Kontaktierung bzw. eine Verbindung der Interaktionselemente eine elektrisch leitfähige Verbindung. Im Speziellen ist meist eines der Module bzw. dessen Interaktionselement mit einer elektrischen Energiequelle bzw. elektrischen Spannungsquelle und das andere Modul bzw. dessen Interaktionselement mit einem elektrischen Energiespeicher, wie einem Akkumulator, elektrisch leitend verbunden. Energieaustausch wird in diesem Zusammenhang auch als elektrisches Laden bezeichnet, insbesondere wenn das erste Gerät als Ladeinrichtung bzw. Laderoboter und das zweite Gerät als elektrisches Fahrzeug mit einem Akkumulator ausgebildet ist. It goes without saying that for an energy exchange as an interaction between the first device with the first module and the second device with the second module, the modules are usually each connected to an energy source or an energy storage device of the respective device, so that energy or energy is generated via the respective interaction elements. Power can be exchanged between them. As a rule, it is provided that electrical energy or electrical power is exchanged between the devices, with electrical energy or electrical power being transmitted via the interaction elements in the contacted state. A contact then accordingly denotes an electrical contact or a connection of the interaction elements an electrically conductive connection. In particular, one of the modules or its interaction element is usually connected in an electrically conductive manner to an electrical energy source or electrical voltage source and the other module or its interaction element is electrically conductively connected to an electrical energy store, such as an accumulator. In this context, energy exchange is also referred to as electrical charging, in particular if the first device is designed as a charging device or charging robot and the second device is designed as an electric vehicle with an accumulator.
Zweckmäßig ist es, wenn ein erstes Modul eines Modulsystems zur Interaktion zwischen einem ersten Gerät mit dem ersten Modul und einem zweiten Gerät mit einem zweiten Modul vorhanden ist, wobei das erste Modul ein erstes Interaktionselement und das zweite Modul ein zweites Interaktionselement aufweist, wobei nach Einnahme einer Interaktionsposition der Geräte zur Positionierung der Interaktionselemente die Interaktionselemente ausgebildet sind, um miteinander zu interagieren, wobei ein Positionierungssystem vorgesehen ist, welches ausgebildet ist, zur Steuerung einer Annäherung der Geräte bzw. Module zur Einnahme der Interaktionsposition zumindest eine Relativposition zwischen den Geräten bzw. Modulen zu bestimmen. Dadurch kann bereits eine Annäherung der Geräte bzw. Module zueinander überwacht und insbesondere präzise gesteuert werden. It is useful if there is a first module of a modular system for interaction between a first device with the first module and a second device with a second module, the first module having a first interaction element and the second module having a second interaction element, whereby after ingestion one Interaction position of the devices for positioning the interaction elements, the interaction elements are designed to interact with each other, a positioning system being provided which is designed to control an approach of the devices or modules to take up the interaction position at least one relative position between the devices or modules determine. As a result, an approach of the devices or modules to one another can be monitored and, in particular, precisely controlled.
Es versteht sich, dass dabei während der Annäherung in der Regel eine Vielzahl von Relativpositionen, insbesondere zeitlich nacheinander, bestimmt werden, um die Annäherung entsprechend zu überwachen bzw. anzupassen. Insbesondere ergeben sich dabei die Vorteile und Wirkungen, welche für eine Annäherung der Geräte bzw. Module zur Grobpositionierung, insbesondere bereits vorstehend, erläutert sind. It goes without saying that, as a rule, a large number of relative positions are determined during the approach, in particular one after the other, in order to monitor or adapt the approach accordingly. In particular, this results in the advantages and effects which have already been explained above for an approach of the devices or modules for rough positioning, in particular.
Auf diese Weise kann beispielsweise Positioniervorgang bzw. ein Parken eines Elektrofahrzeuges an einer Ladeeinrichtung entsprechend der ermittelten Relativposition, üblicherweise einer Mehrzahl von ermittelten Relativpositionen, präzise gesteuert werden, um beispielsweise eine Energieübertragung bzw. ein Laden mit den bzw. über die Interaktionselemente vorzunehmen. Das Positionierungssystem kann dabei vorteilhaft entsprechend den Merkmalen, Vorteilen und Wirkungen, welche, insbesondere im Rahmen vorstehenden Verfahrens zur Interaktion, für ein Positionierungssystem in diesem Dokument beschrieben sind, ausgebildet sein. Üblicherweise ist vorgesehen, dass das Positionierungssystem einen oder mehrere Sensoren und/oder einen oder mehrere Sender umfasst, um zwischen zumindest einem Sender und zumindest einem oder mehreren Sensoren ein Positionierungssignal zu übertragen. Im Besonderen kann dabei vorteilhaft eine, insbesondere vorgenannte, in diesem Dokument beschriebene zweite Messanordnung vorhanden sein, um die Annäherung der Geräte bzw. Module aneinander zu steuern. Bewährt hat es sich, wenn mehrere zweite Messanordnungen bei Annäherung der Geräte bzw. Module gebildet sind. In der Regel sind die Bestimmungselemente der zweiten Messanordnung dabei starr mit der Basis des jeweiligen Moduls verbunden. In this way, for example, a positioning process or parking of an electric vehicle at a charging device can be precisely controlled according to the determined relative position, usually a plurality of determined relative positions, in order, for example, to carry out energy transfer or charging with or via the interaction elements. The positioning system can advantageously be designed in accordance with the features, advantages and effects which are described for a positioning system in this document, in particular in the context of the above method for interaction. It is usually provided that the positioning system comprises one or more sensors and / or one or more transmitters in order to transmit a positioning signal between at least one transmitter and at least one or more sensors. In particular, a second measuring arrangement, in particular the aforementioned second measuring arrangement described in this document, can advantageously be present in order to control the approach of the devices or modules to one another. It has proven itself when several second measuring arrangements are formed when the devices or modules approach. As a rule, the determination elements of the second measuring arrangement are rigidly connected to the base of the respective module.
Von Vorteil ist es, wenn die Interaktionselemente ausgebildet sind, in der Interaktionsposition eine kontaktlose, insbesondere induktive, Energieübertragung durchzuführen. Dadurch kann elektrische Energie bzw. elektrische Leistung besonders einfach und praktikabel zwischen den Modulen bzw. Geräten über die Interaktionselemente übertragen, wie vorstehen im Rahmen des weiteren Verfahrens angeführt. It is advantageous if the interaction elements are designed to carry out a contactless, in particular inductive, energy transfer in the interaction position. This allows electrical energy or electrical power in particular easily and practically transmitted between the modules or devices via the interaction elements, as stated above in the context of the further procedure.
Es versteht sich, dass auch dieses weitere erste Modul entsprechend bzw. analog den Merkmalen, Vorteilen und Wirkungen, welche im Rahmen eines der Verfahren, insbesondere des weiteren Verfahrens, zur Interaktion sowie eines ersten Moduls bzw. zweiten Moduls bzw. Modulsystemen beschrieben sind, ausgebildet bzw. umgesetzt sein kann. Analoges gilt auch für die Verfahren zur Interaktion sowie das zweite Modul bzw. die Modulsysteme im Hinblick auf die beschriebenen ersten Module. It goes without saying that this further first module is also designed in accordance with or analogously to the features, advantages and effects which are described in the context of one of the methods, in particular the further method, for interaction and a first module or second module or module systems or can be implemented. The same also applies to the methods for interaction and the second module or the module systems with regard to the first modules described.
Mit Vorteil ist eine Ladeeinrichtung zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges vorhanden, wobei die Ladeinrichtung ein erstes Modul aufweist, wobei das erste Interaktionselement des ersten Moduls mit einer elektrischen Energieversorgungsquelle, insbesondere elektrischen Spannungsquelle, verbunden ist, um in der Interaktionsposition mit Annähern bzw. Kontaktieren des ersten Interaktionselementes an ein bzw. mit einem zweiten Interaktionselement eines zweiten Moduls eines Elektrofahrzeuges elektrische Energie über die Interaktionselemente zum Elektrofahrzeug bzw. dessen elektrischen Energiespeicher zu übertragen. Eine solche Energieübertragung kann kontaktlos, beispielsweise induktiv, über die Interaktionselemente und/oder mit Kontaktieren der Interaktionselemente erfolgen. Entsprechend den Vorteilen des ersten Moduls, insbesondere in Wechselwirkung mit einem korrespondierenden zweiten Modul, kann ein Energieaustauschvorgang bzw. Ladevorgang praktikabel und sicher durchgeführt werden. Die Ladeeinrichtung kann beispielsweise eine Ladestation oder ein Laderoboter sein. A charging device for electrically charging an electric vehicle is advantageously provided, the charging device having a first module, the first interaction element of the first module being connected to an electrical energy supply source, in particular an electrical voltage source, in order to approach or contact the first in the interaction position Interaction element to transmit electrical energy to or with a second interaction element of a second module of an electric vehicle via the interaction elements to the electric vehicle or its electrical energy storage device. Such an energy transfer can take place without contact, for example inductively, via the interaction elements and / or with contacting the interaction elements. In accordance with the advantages of the first module, in particular in interaction with a corresponding second module, an energy exchange process or charging process can be carried out practically and safely. The charging device can be, for example, a charging station or a charging robot.
Zweckmäßig ist es, wenn das erste Modul alle Funktionalitäten einer Wandladestation aufweist, wobei zur Erfüllung einer Sicherheits- und Kommunikationsfunktion eine In- Kabel-Kontrollbox (ICCB, In-Cable Control and Communication Box) vorhanden sein kann, um den Ladevorgang und insbesondere eine gegebene Auslastung zu kontrollieren. It is useful if the first module has all the functionalities of a wall charging station, whereby an in-cable control box (ICCB, In-Cable Control and Communication Box) can be present in order to fulfill a security and communication function to control the charging process and, in particular, a given one Control utilization.
Zweckmäßig ist es, wenn ein zweites Modul eines Interaktionssystems zur Interaktion zwischen einem ersten Gerät, aufweisend ein erstes Modul, und einem zweiten Gerät aufweisend das zweite Modul vorhanden ist, wobei das erste Modul ein erstes Interaktionselement und das zweite Modul ein zweites Interaktionselement aufweist, um nach Einnahme einer Interaktionsposition der Geräte zur Grobpositionierung der Interaktionselemente die Interaktionselemente für eine Feinpositionierung der Interaktionselemente relativ zueinander zu bewegen, insbesondere einander anzunähern, um miteinander zu interagieren, wobei zumindest ein zweites Bestimmungselement positionsfest bzw. starr mit dem zweiten Interaktionselement verbunden ist, um zur Feinpositionierung in der Interaktionsposition eine erste Messanordnung mit zumindest einem positionsfest bzw. starr mit dem ersten Interaktionselement verbundenen korrespondierenden ersten Bestimmungselement zu ermöglichen, wobei eines der Bestimmungselemente als Sender und das andere Bestimmungselement als Sensor ausgebildet ist, um in der Interaktionsposition zur Steuerung der Feinpositionierung eine Relativposition zwischen dem ersten Interaktionselement und zweiten Interaktionselement, insbesondere für deren Annäherung, zu bestimmen. Dadurch ist, wie vorstehend ausgeführt, eine relative Position zwischen den Interaktionselementen präzise bestimmbar. Dies ermöglicht es, wie vorstehend ausgeführt, eine Interaktion, insbesondere einen Energieaustausch bzw. eine Energieübertragung, zwischen dem ersten und zweiten Modul bzw. mit diesen jeweils verbundenen Geräte praktikabel und sicher durchzuführen. Das zweite Modul kann grundsätzlich die gleichen bzw. analogen Merkmale und dazu korrespondierenden Wirkungen und Eigenschaften wie das erste Modul aufweisen. Je nach Anwendungszweck kann es zweckmäßig sein, das erste Modul und zweite Modul unterschiedlich auszubilden. It is useful if there is a second module of an interaction system for interaction between a first device, having a first module, and a second device having the second module, the first module having a first interaction element and the second module having a second interaction element after taking an interaction position of the devices for the rough positioning of the interaction elements to move the interaction elements for a fine positioning of the interaction elements relative to each other, in particular to approach each other in order to interact with each other, wherein at least one second determination element is fixed in position or rigidly connected to the second interaction element in order to fine positioning in the interaction position to enable a first measuring arrangement with at least one corresponding first determination element connected in a fixed position or rigidly to the first interaction element, wherein one of the determination elements is designed as a transmitter and the other determination element is designed as a sensor in order to control the fine positioning between a relative position in the interaction position to determine the first interaction element and the second interaction element, in particular for their approach. As a result, as stated above, a relative position between the interaction elements can be precisely determined. As stated above, this makes it possible to carry out an interaction, in particular an energy exchange or energy transfer, between the first and second modules or devices connected to them in a practicable and safe manner. The second module can basically have the same or analogous features and corresponding effects and properties as the first module. Depending on the application, it can be useful to design the first module and the second module differently.
Es versteht sich, dass das zweite Modul entsprechend bzw. analog den Merkmalen, Vorteilen und Wrkungen, welche insbesondere im Rahmen eines Verfahrens zur Interaktion, bevorzugt zum Energieaustausch, sowie eines ersten Moduls, insbesondere vorstehend, beschrieben sind, ausgebildet bzw. umgesetzt sein kann. Analoges gilt auch für das Verfahren zur Interaktion, bevorzugt zum Energieaustausch, sowie das erste Modul im Hinblick auf ein, insbesondere nachstehend, beschriebenes zweites Modul. It goes without saying that the second module can be designed or implemented in accordance with or analogously to the features, advantages and effects which are described in particular in the context of a method for interaction, preferably for energy exchange, and of a first module, in particular above. The same also applies to the method for interaction, preferably for energy exchange, as well as the first module with regard to a second module described in particular below.
Insbesondere kann das zweite Modul gemäß dem, insbesondere obig dargelegten, zweiten Modul der ersten und/oder zweiten Messanordnung ausgebildet sein. Für einen einfachen Aufbau ist es bevorzugt, dass sowohl das zweite Bestimmungselement als auch das vierte Bestimmungselement als Sender, insbesondere Ultraschallsender, ausgebildet sind. Günstig ist es, wenn das zweite Modul zumindest zwei Sender, insbesondere Ultraschallsender bzw. UWB-Sender, und/oder zumindest zwei Sensoren, insbesondere Ultraschallsensoren bzw. UWB-Empfänger, aufweist, welche jeweils beabstandet voneinander am zweiten Modul angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine Ausrichtung des ersten Moduls relativ zum zweiten Modul einfach bestimmt werden. In particular, the second module can be designed in accordance with the second module of the first and / or second measuring arrangement, in particular set out above. For a simple structure, it is preferred that both the second determination element and the fourth determination element are designed as transmitters, in particular ultrasonic transmitters. It is favorable if the second module has at least two transmitters, in particular ultrasonic transmitters or UWB transmitters, and / or at least two sensors, in particular ultrasonic sensors or UWB receivers, which are each arranged at a distance from one another on the second module. In this way, an orientation of the first module relative to the second module can be determined in a simple manner.
Zweckmäßig ist es, wie obig dargelegt, wenn das zweite Modul eine Kommunikationseinrichtung aufweist, welche ausgebildet ist, ein Triggersignal zwischen der Kommunikationseinrichtung des zweiten Moduls und einer korrespondierenden Kommunikationseinrichtung des ersten Moduls zu übermitteln, um mit dem Triggersignal einen zeitlichen Bezugspunkt für das Aussenden des Positionierungssignals mit zumindest einem der Sender zu definieren. Dies ermöglicht eine präzise Laufzeitmessung des Positionierungssignals, indem durch das Triggersignal ein Aussendezeitpunkt des Positionierungssignals präzise definierbar ist. It is expedient, as explained above, if the second module has a communication device which is designed to transmit a trigger signal between the communication device of the second module and a corresponding communication device of the first module in order to use the trigger signal to provide a time reference point for the transmission of the positioning signal to define with at least one of the transmitters. This enables a precise runtime measurement of the positioning signal, in that a transmission time of the positioning signal can be precisely defined by the trigger signal.
Je nach konkreter Ausgestaltung kann es günstig sein, wenn das zweite Modul eine Auswerteeinheit, insbesondere entsprechend jener des ersten Moduls, aufweist oder mit einer solchen verbunden ist, um mit dieser ermittelte Sensordaten auszuwerten bzw. insbesondere eine relative Positionsermittlung durchzuführen. Alternativ oder kumulativ kann das zweite Modul eine Kommunikationseinheit, insbesondere entsprechend jener des ersten Moduls, aufweisen, um Daten, insbesondere ermittelte Daten betreffend eines detektierten Positionierungssignals und/oder der ermittelten Relativposition, mit der Kommunikationseinheit an eine Auswerteeinheit und/oder Steuereinheit zu übermitteln, beispielsweise eine Auswerteinheit und/oder Steuereinheit des ersten Gerätes, zweiten Gerätes und/oder ersten Moduls. Depending on the specific configuration, it can be advantageous if the second module has an evaluation unit, in particular corresponding to that of the first module, or is connected to one in order to evaluate sensor data determined with it or, in particular, to carry out a relative position determination. Alternatively or cumulatively, the second module can have a communication unit, in particular corresponding to that of the first module, in order to transmit data, in particular ascertained data relating to a detected positioning signal and / or the ascertained relative position, with the communication unit to an evaluation unit and / or control unit, for example an evaluation unit and / or control unit of the first device, second device and / or first module.
Mit Vorteil ist ein Elektrofahrzeug, aufweisend ein zweites Modul vorhanden, wobei das zweite Interaktionselement des zweiten Moduls mit einem Energiespeicher, insbesondere Akkumulator, elektrisch verbunden ist, sodass in der Interaktionsposition mit Annähern bzw. Kontaktieren des zweiten Interaktionselementes relativ zu einem bzw. mit einem ersten Interaktionselement eines ersten Moduls elektrische Energie bzw. elektrische Leistung mit bzw. über die Interaktionselemente zum Energiespeicher übertragbar ist. Entsprechend den Vorteilen des zweiten Moduls, insbesondere in Wechselwirkung mit einem korrespondierenden ersten Modul, kann ein Energieaustauschvorgang bzw. Ladevorgang praktikabel und sicher durchgeführt werden. An electric vehicle having a second module is advantageously present, the second interaction element of the second module being electrically connected to an energy store, in particular a storage battery, so that in the interaction position the second interaction element is approached or contacted relative to or with a first Interaction element of a first module electrical energy or electrical power can be transmitted with or via the interaction elements to the energy store. Corresponding to the advantages of the second module, especially in interaction with a corresponding first module, an energy exchange process or charging process can be carried out practically and safely.
Das weitere Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Modulsystem der eingangs genannten Art gelöst, wenn ein Positionierungssystem vorgesehen ist, welches ausgebildet ist, zur Steuerung der Feinpositionierung, insbesondere einer Annäherung des ersten Interaktionselementes an das zweite Interaktionselement, eine Relativposition zwischen den Interaktionselementen zu bestimmen. Dadurch ist, wie vorstehend ausgeführt, eine Interaktion, insbesondere ein Energieaustausch bzw. eine Energieübertragung, zwischen dem ersten und zweiten Modul bzw. mit diesen jeweils verbundenen Geräten praktikabel und sicher durchführbar. Das erste Modul kann dabei vorteilhaft als erfindungsgemäßes erstes Modul und das zweite Modul als erfindungsgemäßes zweites Modul ausgebildet sein. The further aim is achieved according to the invention by a modular system of the type mentioned at the beginning, if a positioning system is provided which is designed to control the fine positioning, in particular an approach of the first interaction element to the second interaction element, to determine a relative position between the interaction elements. As a result, as stated above, an interaction, in particular an energy exchange or an energy transfer, between the first and second modules or devices connected to them in each case can be carried out practically and safely. The first module can advantageously be designed as a first module according to the invention and the second module as a second module according to the invention.
Vorteilhaft ist es, wenn ein Modulsystem zur Interaktion zwischen einem ersten Gerät, umfassend ein erstes Modul mit einem ersten Interaktionselement, und einem zweiten Gerät, umfassend ein zweites Modul mit einem zweiten Interaktionselement, vorhanden ist, wobei nach Einnahme einer Interaktionsposition der Geräte zur Positionierung der Interaktionselemente die Interaktionselemente ausgebildet sind, um miteinander zu interagieren, wobei ein Positionierungssystem vorgesehen ist, welches ausgebildet ist, zur Steuerung einer Annäherung der Geräte bzw. Module zur Einnahme der Interaktionsposition zumindest eine Relativposition zwischen den Geräten bzw. Modulen zu bestimmen. Dadurch ist, wie vorstehend ausgeführt, eine Interaktion, insbesondere ein Energieaustausch bzw. eine Energieübertragung, zwischen dem ersten und zweiten Modul bzw. mit diesen jeweils verbundenen Geräten praktikabel und sicher durchführbar. Das erste Modul kann dabei vorteilhaft als erstes Modul, insbesondere vorstehend beschriebenes weiteres erstes Modul, und das zweite Modul als, insbesondere vorstehend, beschriebenes zweites Modul ausgebildet sein. It is advantageous if a modular system for interaction between a first device, comprising a first module with a first interaction element, and a second device, comprising a second module with a second interaction element, is present, wherein after taking an interaction position of the devices for positioning the Interaction elements, the interaction elements are designed to interact with one another, wherein a positioning system is provided which is designed to control an approach of the devices or modules to determine at least one relative position between the devices or modules to take the interaction position. As a result, as stated above, an interaction, in particular an energy exchange or an energy transfer, between the first and second modules or devices connected to them in each case can be carried out practically and safely. The first module can advantageously be configured as a first module, in particular a further first module described above, and the second module as a second module, in particular described above.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Moduls in einer perspektivischen Ansicht; Further features, advantages and effects result from the exemplary embodiments presented below. In the drawings to which reference is made: 1 shows a schematic representation of a first module in a perspective view;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Moduls in einer perspektivischen Ansicht; 2 shows a schematic illustration of a second module in a perspective view;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des ersten Moduls der Fig. 1 in Seitenansicht;FIG. 3 shows a schematic illustration of the first module from FIG. 1 in a side view; FIG.
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ultraschallsensors in einem Querschnitt in perspektivischer Ansicht; 4 shows a schematic illustration of an ultrasonic sensor in a cross section in a perspective view;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines ersten Moduls mit Positionen eines UWB- Bestimmungselementes; 5 shows a schematic representation of a first module with positions of a UWB determination element;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines zweiten Moduls mit Positionen eines UWB- Bestimmungselementes. 6 shows a schematic representation of a second module with positions of a UWB determining element.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Moduls 1, welches als Teil eines Laderoboters ausgebildet ist, um einen elektrischen Energieaustausch bzw. ein elektrisches Laden zwischen dem Laderoboter und einem Elektrofahrzeug, welches ein zum ersten Modul 1 korrespondierendes zweites Modul 16 aufweist, durchzuführen.1 shows a schematic representation of a first module 1, which is designed as part of a charging robot, in order to carry out an electrical energy exchange or electrical charging between the charging robot and an electric vehicle, which has a second module 16 corresponding to the first module 1.
Hierzu weist das erste Modul 1 ein erstes Interaktionselement 2 auf, welches für eine Feinpositionierung in einer Energieaustauschposition bzw. Ladeposition als Interaktionsposition zu einem zweiten Interaktionselement 17 des zweiten Moduls 16 des Elektrofahrzeuges führbar ist, um über die Interaktionselemente 2, 17 elektrische Energie zwischen dem ersten Modul 1 und dem zweiten Modul 16 bzw. dem Laderoboter und dem Elektrofahrzeug zu übertragen. Hierzu ist das erste Interaktionselement 2 üblicherweise mit einer elektrischen Spannungsquelle gekoppelt und das zweite Interaktionselement 17 mit einem Akkumulator des Elektrofahrzeuges, sodass durch Kontaktieren des ersten Interaktionselementes 2 mit dem zweiten Interaktionselement 17 ein elektrischer Ladevorgang des Elektrofahrzeuges durchführbar ist. For this purpose, the first module 1 has a first interaction element 2, which can be guided to a second interaction element 17 of the second module 16 of the electric vehicle for fine positioning in an energy exchange position or charging position as an interaction position, in order to transfer electrical energy between the first via the interaction elements 2, 17 To transfer module 1 and the second module 16 or the charging robot and the electric vehicle. For this purpose, the first interaction element 2 is usually coupled to an electrical voltage source and the second interaction element 17 to an accumulator of the electric vehicle, so that an electric charging of the electric vehicle can be carried out by contacting the first interaction element 2 with the second interaction element 17.
Ein entsprechendes zweites Modul 16, welches als Teil eines Elektrofahrzeuges ausgebildet ist bzw. an einem solchen anordenbar ist, ist in Fig. 2 dargestellt, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich das zweite Modul 16 dargestellt ist. Das zweite Modul 16 ist vorzugsweise an einer Unterseite des Elektrofahrzeuges, üblicherweise an dessen Bodenfläche angeordnet, um ein Laden des Elektrofahrzeuges von der Bodenseite aus zu ermöglichen. Auf diese Weise kann der Ladevorgang geschützt vor Wettereinflüssen und insbesondere beabstandet von Nutzern des Elektroautos durchgeführt werden, sodass unabsichtliche Nutzerinteraktionen vermeidbar sind. Entsprechend ist es zweckmäßig, wenn das erste Interaktionselement 2 an einer Oberseite des ersten Moduls 1 und das zweite Modul 16 an einer Bodenfläche des Elektrofahrzeuges angeordnet ist, wobei das zweite Interaktionselement 17 in Richtung Boden ausgerichtet positioniert ist, ersichtlich in Fig. 2 und Fig. 3. Das erste Modul 1 und zweite Modul 16 bilden auf diese Weise ein Modulsystem für einen Energieaustausch. A corresponding second module 16, which is designed as part of an electric vehicle or can be arranged on such, is shown in FIG. 2, only the second module 16 being shown for reasons of clarity. The second module 16 is preferably arranged on an underside of the electric vehicle, usually on its floor surface, in order to enable the electric vehicle to be charged from the floor. In this way, the charging process can be protected from the weather and, in particular, at a distance from users of the electric car carried out so that unintentional user interactions can be avoided. Accordingly, it is useful if the first interaction element 2 is arranged on an upper side of the first module 1 and the second module 16 is arranged on a floor surface of the electric vehicle, the second interaction element 17 being positioned in the direction of the floor, as can be seen in FIG. 2 and FIG. 3. In this way, the first module 1 and the second module 16 form a module system for an energy exchange.
Ein Energieaustauschvorgang bzw. Ladevorgang zwischen dem Laderoboter und dem Elektrofahrzeug ist durchführbar, indem das Elektrofahrzeug in einer Grobpositionierung zur Einnahme der Energieaustauschposition über dem zweiten Modul 16 angeordnet wird, sodass das erste Interaktionselement 2 und zweite Interaktionselement 17 im Wesentlichen vertikal übereinander positioniert sind. An energy exchange process or charging process between the charging robot and the electric vehicle can be carried out by arranging the electric vehicle in a rough positioning to take the energy exchange position above the second module 16, so that the first interaction element 2 and second interaction element 17 are positioned essentially vertically one above the other.
Das erste Modul 1 weist eine Bewegungsvorrichtung 3 auf, welche einerseits mit einer Basis 4 des ersten Moduls 1 und andererseits mit dem ersten Interaktionselement 2 verbunden ist, um in einer Feinpositionierung das erste Interaktionselement 2 mit der Bewegungsvorrichtung 3 relativ zur Basis 4 zum zweiten Interaktionselement 17 zu führen und zu kontaktieren. Die Bewegungsvorrichtung 3 ist ausgebildet, das erste Interaktionselement 2 im Wesentlichen vertikal relativ zur Basis 4 zu bewegen und vorzugsweise außerdem in horizontaler Richtung. Dies ermöglicht eine praktikable Kontaktierung. Die Bewegungsvorrichtung 3 kann beispielsweise mit einem beweglichen Arm oder einer auf der Basis 4 horizontal verschiebbaren Hebevorrichtung gebildet sein. Das erste Interaktionselement 2 weist einen Koppelstecker und das zweite Interaktionselement 17 eine zum Koppelstecker formkorrespondierende Koppelaufnahme auf, um durch Einfügen des Koppelsteckers in die Koppelaufnahme eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen diesen herzustellen und das erste Interaktionselement 2 mit dem zweiten Interaktionselement 17 zu kontaktieren. Der Koppelstecker weist hierzu zweckmäßig einen konisch zulaufenden Abschnitt auf, welcher in eine formkorrespondierende konische Vertiefung der Koppelaufnahme einfügbar ist, um die Verbindung herzustellen. Auf diese Weise ist die Verbindung verdrehungsunabhängig und selbstzentrierend umgesetzt. The first module 1 has a movement device 3, which is connected on the one hand to a base 4 of the first module 1 and on the other hand to the first interaction element 2 in order to fine-position the first interaction element 2 with the movement device 3 relative to the base 4 for the second interaction element 17 to guide and contact. The movement device 3 is designed to move the first interaction element 2 essentially vertically relative to the base 4 and preferably also in the horizontal direction. This enables a practicable contact. The movement device 3 can be formed, for example, with a movable arm or a lifting device that is horizontally displaceable on the base 4. The first interaction element 2 has a coupling plug and the second interaction element 17 has a coupling receptacle corresponding in shape to the coupling plug in order to establish a positive and / or non-positive connection between them by inserting the coupling plug into the coupling receptacle and to contact the first interaction element 2 with the second interaction element 17. For this purpose, the coupling plug expediently has a conically tapering section which can be inserted into a shape-corresponding conical recess of the coupling receptacle in order to establish the connection. In this way, the connection is implemented independently of rotation and in a self-centering manner.
Um den Vorgang des Ladens praktikabel durchzuführen, ist ein Positionierungssystem vorgesehen, welches einerseits zur Grobpositionierung bei einer Annäherung des Elektrofahrzeuges an den Laderoboter zur Einnahmen der Energieaustauschposition eine Bestimmung einer Relativposition zwischen dem Elektrofahrzeug und dem Laderoboter ermöglicht, und andererseits zur Feinpositionierung in der Ladeposition für eine Annäherung des ersten Interaktionselementes 2 an das zweite Interaktionselement 17 eine Bestimmung einer Relativposition zwischen diesen ermöglicht. Mit den jeweiligen ermittelten Relativpositionen können damit sowohl die Annäherung des Elektrofahrzeuges an den Laderoboter als auch die nachfolgende Kontaktierung des ersten Interaktionselementes 2 mit dem zweiten Interaktionselement 17 präzise gesteuert durchgeführt werden. Potenzielle Fehlausrichtungen oder Fehlpositionierungen können dadurch frühzeitig erkannt und vermieden werden. In order to carry out the loading process in a practicable manner, a positioning system is provided which, on the one hand, is used for rough positioning when the Electric vehicle enables a relative position between the electric vehicle and the charging robot to be determined by the charging robot for taking the energy exchange position, and on the other hand, for fine positioning in the charging position for an approach of the first interaction element 2 to the second interaction element 17, a determination of a relative position between these enables. With the respective determined relative positions, both the approach of the electric vehicle to the charging robot and the subsequent contact between the first interaction element 2 and the second interaction element 17 can be carried out in a precisely controlled manner. Potential misalignments or incorrect positioning can thus be detected and avoided at an early stage.
Um in der Energieaustauschposition eine Relativposition zwischen dem ersten Interaktionselement 2 und dem zweiten Interaktionselement 17 zu bestimmen, ist zur Feinpositionierung eine erste Messanordnung, gebildet mit einem positionsfest mit dem ersten Interaktionselement 2 verbundenen ersten Ultraschallsensor 5 und einem positionsfest mit dem zweiten Interaktionselement 17 verbundenen ersten Ultraschallsender 18 vorgesehen, um ein Ultraschallsignal als Positionierungssignal zwischen diesen zu übermitteln und mit dem ersten Ultraschallsensor 5 zu detektieren. Anhand der Laufzeit des Ultraschallsignals kann schließlich die Relativposition ermittelt werden. Durch die positionsfeste Verbindung des ersten Ultraschallsensors 5 mit dem ersten Interaktionselement 2 wird der erste Ultraschallsensor 5 bei einem Bewegen des ersten Interaktionselementes 2 mit diesem mitbewegt, wodurch eine präzise Relativpositionsbestimmung zwischen erstem Interaktionselement 2 und zweitem Interaktionselement 17 ermöglicht ist. Dies ist insofern von besonderer Bedeutung als die Genauigkeit der Relativpositionsbestimmung mit geringer werdendem Abstand zwischen erstem Ultraschallsensor 5 und erstem Ultraschallsender 18 höher wird, sodass schließlich der eigentliche Kontaktierungsvorgang mit hoher Genauigkeit durchführbar ist. Hierzu ist es günstig, wenn der erste Ultraschallsensor 5 möglichst nahe am ersten Interaktionselement 2 bzw. der erste Ultraschallsender 18 möglichst nahe am zweiten Interaktionselement 17 angeordnet ist. Wie in Fig. 1 ersichtlich, ist der erste Ultraschallsensor 5 beispielhaft unmittelbar neben dem ersten Interaktionselement 2 auf einem das erste Interaktionselement 2 haltenden Träger der Bewegungsvorrichtung 3 angeordnet. Entsprechend ist auch der erste Ultraschallsender 18 wie in Fig. 2 ersichtlich nahe dem zweiten Interaktionselement 17 positioniert. Um zur Grobpositionierung bei Annäherung des Elektrofahrzeuges an den Laderoboter zur Einnahme der Energieaustauschposition eine Relativposition zwischen dem Elektrofahrzeug und dem Laderoboter bzw. dem ersten Modul 1 und zweiten Modul 16 zu bestimmen, ist eine zweite Messanordnung, gebildet mit einem positionsfest mit der Basis 4 des ersten Moduls 1 verbundenen zweiten Ultraschallsensor 6 und einem positionsfest am zweiten Modul 16 angeordneten zweiten Ultraschallsender 19 vorgesehen, um ein Ultraschallsignal als Positionierungssignal zwischen dem ersten Modul 1 und dem zweiten Modul 16 zu übertragen und mit dem zweiten Ultraschallsensor 6 zu detektieren. Der zweite Ultraschallsender 19 der zweiten Messanordnung kann auch mit dem ersten Ultraschallsender 18 gebildet sein, bzw. umgekehrt. Zweckmäßig ist es, wenn der zweite Ultraschallsensor 6 des ersten Moduls derart an der Basis 4 des ersten Moduls 1 angeordnet ist, dass dieser in Richtung des sich nähernden Elektrofahrzeuges ausgerichtet ist, um das übermittelte Positionierungssignal möglichst präzise zu detektieren. Entsprechend ist der zweite Ultraschallsensor 6 gemäß Fig. 1 beispielhaft an einer Frontseite des ersten Moduls 1 angeordnet. In order to determine a relative position between the first interaction element 2 and the second interaction element 17 in the energy exchange position, a first measuring arrangement for fine positioning is formed with a first ultrasonic sensor 5 connected to the first interaction element 2 in a fixed position and a first ultrasonic transmitter connected to the second interaction element 17 in a fixed position 18 provided in order to transmit an ultrasonic signal as a positioning signal between them and to detect it with the first ultrasonic sensor 5. Finally, the relative position can be determined on the basis of the transit time of the ultrasonic signal. Due to the fixed connection of the first ultrasonic sensor 5 to the first interaction element 2, the first ultrasonic sensor 5 is moved along with it when the first interaction element 2 is moved, which enables a precise determination of the relative position between the first interaction element 2 and the second interaction element 17. This is of particular importance insofar as the accuracy of the relative position determination becomes higher as the distance between the first ultrasonic sensor 5 and the first ultrasonic transmitter 18 decreases, so that the actual contacting process can ultimately be carried out with high accuracy. For this purpose, it is advantageous if the first ultrasonic sensor 5 is arranged as close as possible to the first interaction element 2 or the first ultrasonic transmitter 18 is arranged as close as possible to the second interaction element 17. As can be seen in FIG. 1, the first ultrasonic sensor 5 is arranged, for example, directly next to the first interaction element 2 on a carrier of the movement device 3 holding the first interaction element 2. Accordingly, the first ultrasound transmitter 18 is also positioned near the second interaction element 17, as can be seen in FIG. 2. In order to determine a relative position between the electric vehicle and the charging robot or the first module 1 and second module 16 for rough positioning when the electric vehicle approaches the charging robot to assume the energy exchange position, a second measuring arrangement is formed with a fixed position with the base 4 of the first Module 1 connected to the second ultrasonic sensor 6 and a second ultrasonic transmitter 19 arranged in a fixed position on the second module 16 in order to transmit an ultrasonic signal as a positioning signal between the first module 1 and the second module 16 and to detect it with the second ultrasonic sensor 6. The second ultrasonic transmitter 19 of the second measuring arrangement can also be formed with the first ultrasonic transmitter 18, or vice versa. It is useful if the second ultrasonic sensor 6 of the first module is arranged on the base 4 of the first module 1 in such a way that it is oriented in the direction of the approaching electric vehicle in order to detect the transmitted positioning signal as precisely as possible. Accordingly, the second ultrasonic sensor 6 according to FIG. 1 is arranged, for example, on a front side of the first module 1.
Die Relativpositionsbestimmung ist hier auf Basis von Ultraschallübertragung veranschaulicht. In analoger Weise mit analogem Aufbau kann eine Relativpositionsbestimmung basierend auf einer Funksignalübertragung umgesetzt sein, bevorzugt mittels UWB-Bestimmungselementen, also zumindest einem UWB- Sender24, 25 und zumindest einem UWB-Empfänger 22, 23, zwischen welchen ein UWB-Funksignal als Positionierungssignal übertragen wird. Hierbei kann im Rahmen der ersten Messanordnung zwischen zumindest einem ersten UWB-Sender24 und zumindest einem ersten UWB-Empfänger 22 bzw. im Rahmen der zweiten Messanordnung zwischen zumindest einem zweiten UWB-Sender25 und zumindest einem zweiten UWB- Empfänger 23 ein UWB-Funksignal übertragen werden. The determination of the relative position is illustrated here on the basis of ultrasound transmission. In an analogous manner with an analog structure, a relative position determination based on a radio signal transmission can be implemented, preferably by means of UWB determination elements, i.e. at least one UWB transmitter 24, 25 and at least one UWB receiver 22, 23, between which a UWB radio signal is transmitted as a positioning signal . A UWB radio signal can be transmitted within the framework of the first measurement arrangement between at least one first UWB transmitter 24 and at least one first UWB receiver 22 or within the second measurement arrangement between at least one second UWB transmitter 25 and at least one second UWB receiver 23 .
Auch wenn es ausreichend sein kann, wenn das zweite Modul 16 nur einen Ultraschallsender aufweist, ist es bevorzugt, wenn das zweite Modul 16 zumindest einen weiteren Ultraschallsender aufweist, welcher vom anderen Ultraschallsender beabstandet, in der Regel mit einem Abstand zwischen 2 cm und 20 cm, insbesondere 5 cm und 10 cm, angeordnet ist. Auf diese Weise ist es ermöglicht, eine Ausrichtung des Fahrzeuges zu bestimmen, indem Relativpositionsbestimmungen sowohl mit vom ersten Ultraschallsender 18 als auch vom zweiten Ultraschallsender 19 emittierten Positionierungssignalen durchgeführt werden. Weist das zweite Modul 16 nur einen einzigen Ultraschallsender auf, sollte dieser im Bereich eines Mittelpunktes, insbesondere in einem geometrischen Flächenschwerpunkt, des zweiten Interaktionselementes 17 bzw. der Koppelaufnahme angeordnet sein, um eine präzise Feinpositionierung zu ermöglichen. Der geometrische Flächenschwerpunkt bezieht sich dabei üblicherweise auf einen Querschnitt orthogonal zu einer Kontaktierungsrichtung des zweiten Interaktionselementes 17 relativ zum ersten Interaktionselement 2 in der Interaktionsposition bzw. Ladeposition. Even if it can be sufficient if the second module 16 has only one ultrasound transmitter, it is preferred if the second module 16 has at least one further ultrasound transmitter, which is spaced apart from the other ultrasound transmitter, usually at a distance between 2 cm and 20 cm , in particular 5 cm and 10 cm, is arranged. In this way it is possible to determine an orientation of the vehicle by determining the relative position of the first Ultrasonic transmitter 18 and positioning signals emitted by the second ultrasonic transmitter 19 are carried out. If the second module 16 has only a single ultrasonic transmitter, this should be arranged in the area of a center point, in particular in a geometric centroid, of the second interaction element 17 or the coupling receptacle in order to enable precise fine positioning. The geometric centroid usually relates to a cross section orthogonal to a contacting direction of the second interaction element 17 relative to the first interaction element 2 in the interaction position or loading position.
Um die Laufzeit des Positionierungssignals präzise zu ermitteln, kann vorgesehen sein, dass ein Triggersignal zwischen dem ersten Modul 1 und zweiten Modul 16 übermittelt wird, um mit dem Triggersignal einen zeitlichen Bezugspunkt für ein Aussenden des jeweiligen Positionierungssignals zu definierten. Zweckmäßig weist das erste Modul 1 und/oder zweite Modul 16 hierzu eine Kommunikationseinrichtung auf oder ist mit einer solchen, beispielsweise einer Kommunikationseinrichtung der Ladeeinrichtung bzw. des Elektrofahrzeuges, verbunden, um ein Triggersignal zwischen dem ersten Modul 1 und zweiten Modul 2 zu übermitteln. Das Triggersignal ist üblicherweise ein Funksignal. Es hat sich bewährt, wenn unmittelbar nach Übermittlung, also praktisch zeitgleich, das jeweilige Positionierungssignal mit dem ersten Ultraschallsender 18 bzw. zweiten Ultraschallsender 19 emittiert wird. Auf diese Weise entspricht der Zeitpunkt des Triggersignals dem Zeitpunkt des Aussendens des Positionierungssignals, sodass mit Ermittlung eines Ankunftszeitpunktes des Positionierungssignals am ersten Ultraschallsensor 5 bzw. zweiten Ultraschallsensor 6 die Laufzeit des Positionierungssignals bestimmt werden kann. In order to precisely determine the transit time of the positioning signal, it can be provided that a trigger signal is transmitted between the first module 1 and the second module 16 in order to use the trigger signal to define a time reference point for transmitting the respective positioning signal. For this purpose, the first module 1 and / or second module 16 expediently has a communication device or is connected to such a communication device, for example a communication device of the charging device or the electric vehicle, in order to transmit a trigger signal between the first module 1 and second module 2. The trigger signal is usually a radio signal. It has proven useful if the respective positioning signal is emitted with the first ultrasonic transmitter 18 or second ultrasonic transmitter 19 immediately after transmission, that is to say practically at the same time. In this way, the point in time of the trigger signal corresponds to the point in time when the positioning signal was sent out, so that the transit time of the positioning signal can be determined by determining an arrival point in time of the positioning signal at the first ultrasonic sensor 5 or second ultrasonic sensor 6.
Alternativ kann die Feinpositionierung und/oder Grobpositionierung mit UWB- Bestimmungselementen umgesetzt sein, wobei in analoger Weise statt dem jeweiligen Ultraschallsender 18, 19 bzw. jeweiligen Ultraschallsensor 5, 6 ein UWB-Sender bzw. UWB-Empfänger verwendet ist, wobei als Positionierungssignal ein UWB-Funksignal zwischen diesen übertragen wird. Alternatively, the fine positioning and / or rough positioning can be implemented with UWB determination elements, with a UWB transmitter or UWB receiver being used in an analogous manner instead of the respective ultrasonic transmitter 18, 19 or respective ultrasonic sensor 5, 6, with a UWB as the positioning signal Radio signal is transmitted between them.
Günstig ist es, wenn zusätzlich eines der Interaktionselemente einen magnetischen Sensor, insbesondere einen Hall-Sensor, aufweist und das andere Interaktionselement einen Magneten, wobei der magnetische Sensor ausgebildet ist, eine Anwesenheit, Ausrichtung und/oder einen Abstand zum Magneten bei relativer Annäherung der Interaktionselemente zu erkennen. It is advantageous if one of the interaction elements also has a magnetic sensor, in particular a Hall sensor, and the other interaction element a magnet, wherein the magnetic sensor is designed to detect a presence, alignment and / or a distance from the magnet when the interaction elements are relatively approaching.
Um eine präzise Bestimmung der Relativposition umzusetzen ist es vorteilhaft, wenn der erste Ultraschallsensor 5 und zweite Ultraschallsensor 6 jeweils mit mehreren definiert beabstandeten Ultraschallsensorelementen 7 gebildet ist, wobei jedes der Ultraschallsensorelemente 7 das Positionierungssignal detektiert, um jeweils dessen Ankunftszeitpunkt zu ermitteln. Dies kann in analoger Weise mit UWB- Bestimmungselementen umgesetzt sein, indem der erste UWB-Empfänger 22 bzw. zweite UWB-Empfänger 23 jeweils mit mehreren Antennen zum Empfang des Positionierungssignals ausgebildet ist oder jeweils mehrere definiert beabstandete erste UWB-Empfänger 22 bzw. zweite UWB-Empfänger 23 vorgesehen sind, wobei jede der Antennen bzw. jedes der jeweiligen UWB-Empfänger 22, 23 das Positionierungssignal detektiert. In order to implement a precise determination of the relative position, it is advantageous if the first ultrasonic sensor 5 and second ultrasonic sensor 6 are each formed with a plurality of ultrasonic sensor elements 7 spaced apart in a defined manner, each of the ultrasonic sensor elements 7 detecting the positioning signal in order to determine its time of arrival. This can be implemented in an analogous manner with UWB determination elements, in that the first UWB receiver 22 or second UWB receiver 23 is designed with several antennas for receiving the positioning signal or several defined spaced first UWB receivers 22 or second UWB Receiver 23 are provided, each of the antennas or each of the respective UWB receivers 22, 23 detecting the positioning signal.
Als Positionierungssignal wird in der Regel ein sogenanntes Burst-Signal eingesetzt, welches üblicherweise ein sich über mehrere Perioden erstreckendes Schwingungssignal, meist mit fester Frequenz, und einem ersten Signalabschnitt mit zunehmenden Amplituden der Schwingungen ist. A so-called burst signal is generally used as the positioning signal, which is usually an oscillation signal extending over several periods, usually with a fixed frequency, and a first signal section with increasing amplitudes of the oscillations.
Zweckmäßig kann der erste Ultraschallsensor 5 und zweite Ultraschallsensor 6 des ersten Moduls 1 jeweils mit drei, bevorzugt vier, Ultraschallsensorelementen 7 ausgebildet sein. Fig. 4 stellt einen perspektivischen Querschnitt eines entsprechenden an einem Modulgehäuse angeordneten Ultraschallsensors mit vier Ultraschallsensorelementen 7 dar. Die Ultraschallsensorelemente 7 sind bevorzugt in einer Ebene angeordnet, wobei zumindest drei der Ultraschallsensorelemente 7 L-förmig angeordnet sind. Auf diese Weise ist eine besonders praktikable Auswertbarkeit bzw. Berechnung der Relativposition zwischen Ultraschallsender und Ultraschallsensor umsetzbar. The first ultrasonic sensor 5 and the second ultrasonic sensor 6 of the first module 1 can expediently each be designed with three, preferably four, ultrasonic sensor elements 7. 4 shows a perspective cross section of a corresponding ultrasonic sensor arranged on a module housing with four ultrasonic sensor elements 7. The ultrasonic sensor elements 7 are preferably arranged in one plane, with at least three of the ultrasonic sensor elements 7 being arranged in an L-shape. In this way, a particularly practicable evaluability or calculation of the relative position between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic sensor can be implemented.
Fig. 5 und Fig. 6 zeigen schematische Darstellungen eines ersten Moduls 1 und eines zweiten Moduls 16 in einer perspektivischen Ansicht. Das erste Modul 1 und zweite Modul 16 können entsprechend dem ersten Modul 1 und zweiten Modul 16 der Fig. 1 bzw. Fig. 2 ausgebildet sein. In Fig. 5 und Fig. 6 sind weitere vorteilhafte Positionen für eine Anordnung von UWB-Bestimmungselementen, also UWB-Empfängern 22, 23 bzw. UWB-Sendern 24, 25 zur Feinpositionierung bzw. Grobpositionierung verdeutlicht, welche zusätzlich oder alternativ zu den zu Fig. 1 anhand von Ultraschallsensoren 5, 6 bzw. Ultraschallsendern 18, 19 beschriebenen Positionen von Sendern bzw. Sensoren vorteilhaft sein können. Es versteht sich, dass die Positionen dabei alternative Möglichkeiten darstellen können, um ein einzelnes oder mehrere UWB- Bestimmungselemente bzw. deren Antennen am jeweiligen Modul 1, 16 anzuordnen. FIGS. 5 and 6 show schematic representations of a first module 1 and a second module 16 in a perspective view. The first module 1 and second module 16 can be designed corresponding to the first module 1 and second module 16 of FIGS. 1 and 2, respectively. In Fig. 5 and Fig. 6 are further advantageous positions for an arrangement of UWB determining elements, i.e. UWB receivers 22, 23 or UWB transmitters 24, 25 for fine positioning or coarse positioning, which are in addition or as an alternative to those shown in FIG. 1 based on ultrasonic sensors 5, 6 or ultrasonic transmitters 18, 19 described positions of transmitters or sensors can be advantageous. It goes without saying that the positions can represent alternative possibilities for arranging a single or multiple UWB determination elements or their antennas on the respective module 1, 16.
Wie zu Fig. 1 bzw. Fig. 2 ausgeführt ist es dabei zweckmäßig, wenn zur Feinpositionierung das jeweilige UWB-Bestimmungselement 22, 23 positionsfest bzw. starr mit dem jeweiligen Interaktionselement 2, 17 verbunden ist. Hierzu kann beispielsweise der erste UWB-Empfänger 22 unmittelbar neben dem ersten Interaktionselement 2 und der erste UWB-Sender24 unmittelbar neben dem zweiten Interaktionselement 17 angeordnet sein, oder umgekehrt. Günstig ist es, wenn das jeweilige erste UWB-Bestimmungselement, also der erste UWB-Empfänger 22 bzw. erste UWB-Sender24, innerhalb des jeweiligen Interaktionselementes 2, 17 angeordnet ist, bevorzugt in einem Querschnitt durch das jeweilige Interaktionselement 2, 17 in einem Zentrumsbereich des jeweiligen Interaktionselementes 2, 17. Zur Grobpositionierung ist es praktikabel, wenn ein oder mehrere zweite UWB-Empfänger 23 positionsfest mit der Basis 4 des ersten Moduls 1 am ersten Modul 1 und ein oder mehrere zweite UWB- Sender25 am zweiten Modul 16 angeordnet sind. Alternativ können analog die zweiten UWB-Empfänger 23 auch am zweiten Modul 16 und die zweiten UWB-Sender 25 am ersten Modul 1 angeordnet sein. Der zweite UWB-Sender 25 der zweiten Messanordnung kann mit dem ersten UWB-Sender 24 der ersten Messanordnung gebildet sein, bzw. umgekehrt. As explained in connection with FIG. 1 and FIG. 2, it is useful if the respective UWB determining element 22, 23 is connected to the respective interaction element 2, 17 in a fixed or rigid manner for fine positioning. For this purpose, for example, the first UWB receiver 22 can be arranged directly next to the first interaction element 2 and the first UWB transmitter 24 directly next to the second interaction element 17, or vice versa. It is favorable if the respective first UWB determination element, i.e. the first UWB receiver 22 or first UWB transmitter 24, is arranged within the respective interaction element 2, 17, preferably in a cross section through the respective interaction element 2, 17 in a central area of the respective interaction element 2, 17. For rough positioning, it is practical if one or more second UWB receivers 23 are arranged in a fixed position with the base 4 of the first module 1 on the first module 1 and one or more second UWB transmitters 25 on the second module 16. Alternatively, the second UWB receivers 23 can also be arranged on the second module 16 and the second UWB transmitters 25 on the first module 1 in an analogous manner. The second UWB transmitter 25 of the second measuring arrangement can be formed with the first UWB transmitter 24 of the first measuring arrangement, or vice versa.
Praktisch ist es, wenn das erste Modul 1 bzw. zweite Modul 16 eine, insbesondere steuerbar, öffenbare Interaktionselementabdeckung 20, 21 aufweist, welche das jeweilige Interaktionselement 2, 17 bedeckt. Üblicherweise kann zur Durchführung der Feinpositionierung die Interaktionselementabdeckung 2, 17 steuerbar geöffnet werden. Praktikabel ist es, wenn der zweite UWB-Empfänger 23 bzw. zweite UWB-Sender 25 an der Interaktionselementabdeckung 20, 21 des ersten Moduls 1 bzw. zweiten Moduls 16 angeordnet ist, sodass sich der zweite UWB-Empfänger 23 bzw. zweite UWB-Sender 25 bei geschlossener Interaktionselementabdeckung 20, 21 jeweils über dem jeweiligen Interaktionselement 2, 17, vorzugsweise dessen Zentrum, befindet. Eine solche Positionierung hat sich insbesondere bewährt, wenn nur ein zweiter UWB-Empfänger23 bzw. zweiter UWB-Sender25 am jeweiligen Modul 1, 16 vorhanden ist. Alternativ oder kumulativ können weitere zweite UWB-Empfänger23 bzw. zweite UWB-Sender25 am jeweiligen Modul 1, 16 vorhanden sein. Beispielsweise kann es günstig sein, wenn ein weiterer zweiter UWB-Empfänger 23 bzw. zweiter UWB-Sender 25 als Teil einer elektronischen Steuereinheit zur Steuerung des jeweiligen Moduls am jeweiligen Modul 1, 16 vorhanden ist. Für eine hohe Genauigkeit der Relativpositionsbestimmung ist es günstig, wenn die UWB-Bestimmungselemente, insbesondere die UWB- Empfänger 22, 23 bzw. deren Antennen, dabei möglichst weit voneinander beabstandet sind. Zweckmäßig können mehrere zweite UWB-Empfänger 23, um das erste Interaktionselement 2 verteilt, üblicherweise einander gegenüberliegend, am ersten Modul 1 angeordnet sein. Es versteht sich, dass sich in der Regel eine Positionierung der UWB-Bestimmungselemente auf deren Antennen, über welche das Positionierungssignal gesendet bzw. empfangen wird, bezieht. It is practical if the first module 1 or second module 16 has an interaction element cover 20, 21, which can be opened, in particular in a controllable manner, and which covers the respective interaction element 2, 17. The interaction element cover 2, 17 can usually be opened in a controllable manner in order to carry out the fine positioning. It is practical if the second UWB receiver 23 or second UWB transmitter 25 is arranged on the interaction element cover 20, 21 of the first module 1 or second module 16, so that the second UWB receiver 23 or second UWB transmitter 25 with the interaction element cover 20, 21 closed, each over the respective Interaction element 2, 17, preferably its center, is located. Such positioning has proven particularly useful when only a second UWB receiver 23 or second UWB transmitter 25 is present on the respective module 1, 16. Alternatively or cumulatively, further second UWB receivers 23 or second UWB transmitters 25 can be present on the respective module 1, 16. For example, it can be advantageous if a further, second UWB receiver 23 or second UWB transmitter 25 is present as part of an electronic control unit for controlling the respective module on the respective module 1, 16. For high accuracy of the relative position determination, it is advantageous if the UWB determination elements, in particular the UWB receivers 22, 23 or their antennas, are spaced as far apart from one another as possible. A plurality of second UWB receivers 23, distributed around the first interaction element 2, usually opposite one another, can expediently be arranged on the first module 1. It goes without saying that, as a rule, the positioning of the UWB determining elements relates to their antennas via which the positioning signal is sent or received.
Günstig ist es, wenn zumindest eines der UWB-Bestimmungselemente mehrere voneinander beabstandete Antennen 27, mit welchen jeweils das Positionierungssignal übertragbar, insbesondere empfangbar bzw. sendbar, ist aufweist. Das UWB- Bestimmungselement kann einer der UWB-Sender 24, 25 oder UWB-Empfänger 22, 23 sein. Dies ist in Fig. 5 exemplarisch als vergrößerte Darstellung des an der Interaktionsabdeckung 20 angeordneten UWB-Empfängers 23 dargestellt. Der UWB- Empfänger 23 weist ein Steuermodul 26 und mehrere mit dem Steuermodul steuerbar verbundene Antennen 27 zur Übertragung des Positionierungssignals auf, wobei die Antennen entlang eines Umfanges um das Steuermodul 26, insbesondere sternförmig bzw. kreuzförmig, angeordnet sind. Vorteilhaft ist es, wenn die Antennen 27 möglichst weit voneinander beabstandet sind. Ein durchschnittlicher Abstand von 5 cm bis 30 cm hat sich als praktikabel erwiesen. Zweckmäßig kann der UWB-Empfänger 23 eine Umschalteinheit aufweisen, um eine oder mehrere der Antennen 27, insbesondere selektiv steuerbar, für eine Übertragung des Positionierungssignals zu aktivieren. Beispielsweise können die Antennen 27 alternierend betrieben, insbesondere angesteuert, werden, um jeweils ein Positionierungssignal zu empfangen. Die Antennen 27 können mit flexiblen Leiterplatten mit dem Steuermodul 26 signalübertragbar verbunden sein. Die Antennen 27 können durch eine auf eine Leiterplatte aufgebrachte Antennenstruktur gebildet sein. Alternativ hat sich eine Ausbildung der Antennen 27 als Keramikantennen bewährt. Zweckmäßig ist es, wenn mehrere der UWB- Empfänger22, 23 bzw. UWB-Sender 24, 25 derart ausgebildet sind. It is favorable if at least one of the UWB determination elements has a plurality of spaced apart antennas 27 with which the positioning signal can be transmitted, in particular received or transmitted. The UWB determination element can be one of the UWB transmitters 24, 25 or UWB receivers 22, 23. This is shown by way of example in FIG. 5 as an enlarged illustration of the UWB receiver 23 arranged on the interaction cover 20. The UWB receiver 23 has a control module 26 and several antennas 27 controllably connected to the control module for transmitting the positioning signal, the antennas being arranged along a circumference around the control module 26, in particular in a star shape or cross shape. It is advantageous if the antennas 27 are separated from one another as far as possible. An average distance of 5 cm to 30 cm has proven to be practical. The UWB receiver 23 can expediently have a switchover unit in order to activate one or more of the antennas 27, in particular selectively controllable, for a transmission of the positioning signal. For example, the antennas 27 can be operated, in particular controlled, alternately in order to receive a positioning signal in each case. The antennas 27 can be connected to the control module 26 such that they can be transmitted by means of flexible printed circuit boards. The antennas 27 can be attached to a circuit board by a Antenna structure be formed. Alternatively, a design of the antennas 27 as ceramic antennas has proven successful. It is useful if several of the UWB receivers 22, 23 or UWB transmitters 24, 25 are designed in this way.
Eine Bestimmung einer jeweiligen Relativposition der Grobpositionierung und/oder Feinpositionierung erfolgt üblicherweise mit einer Auswerteeinheit, aufweisend einen Mikroprozessor. Die Auswerteeinheit kann Teil des ersten Moduls 1 und/oder zweiten Moduls 2 sein oder mit diesen verbunden sein. A respective relative position of the coarse positioning and / or fine positioning is usually determined with an evaluation unit having a microprocessor. The evaluation unit can be part of the first module 1 and / or second module 2 or be connected to them.
Zur Auswertung eines auf den Ultraschallsensor bzw. Antennen von einem oder mehreren UWB-Empfängern auftreffenden Positionierungssignals können die mit den Ultraschallsensorelementen 7 bzw. Antennen gemessenen das Positionierungssignal repräsentierenden Messsignale, auch als detektiertes Positionierungssignal bezeichnet, analysiert werden. Hierbei wird häufig anhand eines der Messsignale ein Ankunftszeitpunkt und unter Berücksichtigung des Absendezeitpunktes des Positionierungssignals bzw. des Zeitpunktes des Triggersignals eine absolute Laufzeit des Positionierungssignals bestimmt und unter Berücksichtigung der Laufzeitdifferenzen der anderen Messsignale zu dieser die Relativposition berechnet. Eine entsprechende Formel für eine diesbezügliche Auswertung ist beispielsweise vorstehend im allgemeinen Teil der Beschreibung angegeben. Die Laufzeitdifferenzen können im Fall einer Ultraschallsignalübertragung praktikabel durch Auswertung von Phasenverschiebungen zwischen den Messignalen der Ultraschallsensorelemente 7 ermittelt werden. To evaluate a positioning signal impinging on the ultrasonic sensor or antennas from one or more UWB receivers, the measurement signals representing the positioning signal measured with the ultrasonic sensor elements 7 or antennas, also referred to as the detected positioning signal, can be analyzed. Here, an arrival time is often determined using one of the measurement signals and, taking into account the sending time of the positioning signal or the time of the trigger signal, an absolute transit time of the positioning signal is determined and the relative position is calculated taking into account the transit time differences of the other measurement signals. A corresponding formula for an evaluation in this regard is given above, for example, in the general part of the description. In the case of ultrasonic signal transmission, the transit time differences can be determined practically by evaluating phase shifts between the measurement signals of the ultrasonic sensor elements 7.
Eine übliche allgemeine Auswerteroutine umfasst in der Regel einen oder mehrere, insbesondere sämtliche, folgender Auswerteschritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge: A customary general evaluation routine usually comprises one or more, in particular all, of the following evaluation steps, preferably in the order given:
Einen Auswerteschritt eines Berechnens von Amplituden des Messsignals, um einen ersten Messsignalabschnitt mit ansteigenden Amplituden festzulegen bzw. einzugrenzen. Einen Auswerteschritt eines Berechnens von Nulldurchgängen des ersten Messsignalabschnitts. Einen Auswerteschritt eines Auffindens einer ersten Schwingungsperiode, deren Amplitude größer als ein vorbestimmter Schwellwert, beispielsweise 10 % einer Maximalperiode des Messsignals, ist. Einen Auswerteschritt eines Extrapolierens des Ankunftszeitpunktes aus ansteigenden Amplituden des ersten Messsignalabschnitts. Einen Auswerteschritt eines Vergleichens der Messsignale miteinander, um einzelne Schwingungsperioden und deren Nulldurchgänge einander zuzuordnen, um anschließend aus deren zeitlicher Abweichung, beispielsweise Phasenverschiebung, die jeweilige Laufzeitdifferenz zu ermitteln. Einen Auswerteschritt eines Beschreibens von Nulldurchgängen des ersten Messsignalabschnitts mittels Regressionsanalyse, insbesondere linearer Regression, üblicherweise linearer Einfachregression bzw. einer Regressionsgeraden, um Schwingungsperioden deren Detektionszeitpunkten zuzuordnen, um den Detektionszeitpunkt der erste Schwingungsperiode des Messsignals bzw. den Ankunftszeitpunkt zu berechnen. Einen Auswerteschritt einer Plausibilitätskontrolle, wobei Ankunftszeitdifferenzen zwischen den Messsignalen mit konstruktiv maximal möglichen Ankunftszeitdifferenzen verglichen werden, um fehlerhafte Messsignale, insbesondere fehlerhafte Verschiebungen um eine Periodendauer, zu erkennen. An evaluation step of calculating amplitudes of the measurement signal in order to define or limit a first measurement signal section with increasing amplitudes. An evaluation step of calculating zero crossings of the first measurement signal section. An evaluation step of finding a first oscillation period, the amplitude of which is greater than a predetermined threshold value, for example 10% of a maximum period of the measurement signal. An evaluation step of extrapolating the time of arrival from increasing amplitudes of the first Measurement signal section. An evaluation step of comparing the measurement signals with one another in order to assign individual oscillation periods and their zero crossings to one another in order to then determine the respective transit time difference from their time deviation, for example phase shift. An evaluation step of describing zero crossings of the first measurement signal section by means of regression analysis, in particular linear regression, usually linear single regression or a regression line, in order to assign oscillation periods to their detection times in order to calculate the detection time of the first oscillation period of the measurement signal or the time of arrival. An evaluation step of a plausibility check, in which arrival time differences between the measurement signals are compared with the maximum possible arrival time differences in terms of construction in order to detect faulty measurement signals, in particular faulty shifts by a period.
Die vorstehend dargestellte Ausführungsroutine und deren Auswerteschritte sind insbesondere nicht als auf die exemplarische Darstellung der Ausführungsbeispiele beschränkt anzusehen, sondern im Allgemeinen im Zusammenhang mit dem obig dargestellten, insbesondere erfindungsgemäßen, Verfahren zur Interaktion, bevorzugt zum Energieaustausch, ersten Modul, zweiten Modul sowie Modulsystem anwendbar. The execution routine shown above and its evaluation steps are in particular not to be regarded as limited to the exemplary representation of the exemplary embodiments, but can generally be used in connection with the above-described, in particular according to the invention, method for interaction, preferably for energy exchange, first module, second module and module system.
Auf diese Weise können für die Grobpositionierung bei einer Annährung des Fahrzeuges an den Laderoboter zur Einnahme der Energieaustauschposition Relativpositionen zwischen dem Laderoboter und dem Elektrofahrzeug bestimmt werden, um die Annäherung und Platzierung des Elektrofahrzeuges zu steuern und außerdem nach anschließender Platzierung des Elektrofahrzeuges in der Energieaustauschposition für die Feinpositionierung Relativpositionen zwischen dem ersten Interaktionselement 2 und zweiten Interaktionselement 17 präzise bestimmt und damit eine Annäherung des ersten Interaktionselementes 2 zum zweiten Interaktionselement 17 präzise gesteuert werden, um diese zu kontaktieren. Dadurch ist eine Durchführung eines Ladevorganges eines Elektrofahrzeuges kontrollierbar, steuerbar und vorzugsweise automatisiert praktikabel und sicher durchführbar. In this way, relative positions between the charging robot and the electric vehicle can be determined for the rough positioning when the vehicle approaches the charging robot to take the energy exchange position in order to control the approach and placement of the electric vehicle and also after the subsequent placement of the electric vehicle in the energy exchange position for the Fine positioning Relative positions between the first interaction element 2 and the second interaction element 17 are precisely determined and thus an approach of the first interaction element 2 to the second interaction element 17 can be precisely controlled in order to contact them. As a result, a charging process for an electric vehicle can be monitored, controlled and preferably carried out in an automated, practicable and safe manner.
Indem in der Energieaustauschposition zur Feinpositionierung eine Annäherung zwischen dem ersten Interaktionselement 2 und dem zweiten Interaktionselement 17 durch Ermittlung von Relativpositionen zwischen diesen steuerbar ist, ist eine hohe Praktikabilität und Sicherheit bei einem Laden eines Elektrofahrzeuges erreichbar. Mit Vorteil kann zusätzlich auch zur Grobpositionierung eine Annäherung des Elektrofahrzeuges an den Laderoboter bzw. einer Ladestation, um das Elektrofahrzeug in der Energieaustauschposition für ein Laden zu platzieren, anhand von ermitteltenBy bringing the first interaction element 2 and the second interaction element 17 closer together for fine positioning in the energy exchange position Determination of relative positions between these can be controlled, a high level of practicality and security can be achieved when charging an electric vehicle. Advantageously, in addition to rough positioning, an approach of the electric vehicle to the charging robot or a charging station in order to place the electric vehicle in the energy exchange position for charging can be based on the determined
Relativpositionen zwischen diesen gesteuert durchgeführt werden, sodass außerdem die Ansteuerung und Platzierung des Elektroautos an der Ladestation praktikabel und sicher durchführbar ist. Indem im Speziellen zur Lösung dieser Aufgaben eine erste Messanordnung und eine zweite Messanordnung mit unterschiedlichen aufgabenspezifischen Positionierungen des ersten Ultraschallsensors 5 bzw. ersten UWB-Senders 22 und des zweiten Ultraschallsensors 6 bzw. zweiten UWB- Empfängers 23 vorgesehen ist, wird eine hohe Sicherheit und Fehlerarmut der Relativpositionsbestimmungen ermöglicht. Indem weiter im Besonderen der erste Ultraschallsensor 5 und der zweite Ultraschallsensor 6 jeweils mit einer Anordnung von mehreren Ultraschallsensorelementen 7 gebildet ist bzw. der erste UWB-Empfänger 22 und zweite UWB-Empfänger 23 mit mehreren Antennen 27 gebildet ist, kann außerdem eine hohe Genauigkeit bzw. Präzision der Relativpositionsbestimmung sichergestellt und damit eine hohe Sicherheit bei der Verwertung dieser für eine Steuerung erreicht werden. Insbesondere wird damit ein vollautomatischer Ladevorgang eines Elektrofahrzeuges von der Annäherung des Fahrzeuges an die Ladestation bis hin zur Durchführung des Ladens ermöglicht. Relative positions between these are carried out in a controlled manner, so that the control and placement of the electric car at the charging station can also be carried out practically and safely. Since a first measuring arrangement and a second measuring arrangement with different task-specific positions of the first ultrasonic sensor 5 or first UWB transmitter 22 and the second ultrasonic sensor 6 or second UWB receiver 23 are provided specifically to solve these tasks, a high level of security and low error rates is achieved the relative position determinations made possible. Furthermore, since the first ultrasonic sensor 5 and the second ultrasonic sensor 6 are each formed with an arrangement of several ultrasonic sensor elements 7 or the first UWB receiver 22 and second UWB receiver 23 are formed with several antennas 27, a high level of accuracy or .Precision of the relative position determination is ensured and thus a high level of security can be achieved in the utilization of this for a control. In particular, a fully automatic charging process of an electric vehicle is made possible from the approach of the vehicle to the charging station up to the execution of the charging.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Interaktion, insbesondere zum Energieaustausch, zwischen einem ersten Gerät, wie einer Ladeeinrichtung, und einem zweiten Gerät, wie einem Elektrofahrzeug, wobei das erste Gerät ein erstes Modul (1) mit einem ersten Interaktionselement (2) und das zweite Gerät ein zweites Modul (16) mit einem zweiten Interaktionselement (17) aufweist, wobei nach Einnahme einer Interaktionsposition der Geräte zur Grobpositionierung der Interaktionselemente (2, 17) die Interaktionselemente (2, 17) für eine Feinpositionierung der Interaktionselemente (2, 17) relativ zueinander bewegt, insbesondere einander angenähert, werden, um miteinander zu interagieren, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Feinpositionierung eine Relativposition zwischen den Interaktionselementen (2, 17) mit einem Positionierungssystem bestimmt wird. 1. A method for interaction, in particular for energy exchange, between a first device, such as a charging device, and a second device, such as an electric vehicle, the first device having a first module (1) with a first interaction element (2) and the second device having a second module (16) with a second interaction element (17), after taking an interaction position of the devices for coarse positioning of the interaction elements (2, 17) the interaction elements (2, 17) for a fine positioning of the interaction elements (2, 17) moved relative to each other , in particular brought closer to one another, in order to interact with one another, characterized in that a relative position between the interaction elements (2, 17) is determined with a positioning system in order to control the fine positioning.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Grobpositionierung der Interaktionselemente (2, 17) die Geräte bzw. Module (1, 16) einander angenähert werden, um die Interaktionsposition einzunehmen, wobei zur Steuerung der Grobpositionierung der Interaktionselemente (2, 17) zumindest eine Relativposition zwischen den Geräten bzw. Modulen (1, 16) mit dem Positionierungssystem bestimmt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that for the coarse positioning of the interaction elements (2, 17) the devices or modules (1, 16) are brought closer to one another in order to assume the interaction position, wherein for controlling the coarse positioning of the interaction elements (2, 17 ) at least one relative position between the devices or modules (1, 16) is determined with the positioning system.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Interaktionselemente (2, 17) relativ zu einer Basis (4) des jeweiligen Moduls (1, 16) beweglich mit der Basis (4) verbunden ist, um die Interaktionselemente (2, 17) für die Feinpositionierung zueinander zu führen. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the interaction elements (2, 17) relative to a base (4) of the respective module (1, 16) is movably connected to the base (4) to the interaction elements (2, 17) for fine positioning to each other.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungssystem zumindest einen Sender und zumindest einen Sensor als Messanordnung aufweist, wobei zwischen Sender und Sensor ein Positionierungssignal übertragen wird, um eine jeweilige Relativposition zu bestimmen, wobei vorzugsweise das Positionierungssystem auf Ultra-Breitband-Funksignalübertragung basiert. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the positioning system has at least one transmitter and at least one sensor as a measuring arrangement, a positioning signal being transmitted between the transmitter and the sensor in order to determine a respective relative position, the positioning system preferably being on Ultra-broadband radio signal transmission based.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Interaktionselemente einen magnetischen Sensor, insbesondere einen Hall-Sensor, aufweist und das andere Interaktionselement einen Magneten, wobei der magnetische Sensor ausgebildet ist, eine Anwesenheit, Ausrichtung und/oder einen Abstand zum Magneten bei relativer Annäherung der Interaktionselemente zu erkennen. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that one of the interaction elements is a magnetic sensor, in particular a Hall sensor, and the other interaction element has a magnet, the magnetic sensor being designed to detect a presence, alignment and / or a distance from the magnet when the interaction elements are relatively approaching.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Interaktionsposition eine erste Messanordnung mit zumindest einem positionsfest mit dem ersten Interaktionselement (2) verbundenen ersten Bestimmungselement und zumindest einem positionsfest mit dem zweiten Interaktionselement (17) verbundenen zweiten Bestimmungselement gebildet ist, wobei eines der Bestimmungselemente als Sender und das andere Bestimmungselement als Sensor ausgebildet ist, wobei zwischen diesen ein Positionierungssignal übermittelt wird, um eine Relativposition zwischen den Interaktionselementen (2, 17) für deren Annäherung zu bestimmen. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that in the interaction position a first measuring arrangement is formed with at least one first determination element connected in a fixed position to the first interaction element (2) and at least one second determination element connected in a fixed position to the second interaction element (17) one of the determination elements is designed as a transmitter and the other determination element is designed as a sensor, a positioning signal being transmitted between them in order to determine a relative position between the interaction elements (2, 17) for their approach.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Annäherung der Module (1, 16) zur Einnahme der Interaktionsposition eine zweite Messanordnung mit zumindest einem positionsfest mit der Basis (4) des ersten Moduls (1) verbundenen dritten Bestimmungselement und zumindest einem vierten Bestimmungselement des zweiten Moduls (16) gebildet ist, wobei eines der Bestimmungselemente als Sender und das andere Bestimmungselement als Sensor ausgebildet ist, wobei zwischen diesen ein Positionierungssignal übermittelt wird, um eine Relativposition zwischen den Geräten bzw. Modulen (1, 16) für deren Annäherung zu bestimmen. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that when the modules (1, 16) approach to assume the interaction position, a second measuring arrangement with at least one third determination element connected to the base (4) of the first module (1) in a fixed position and at least one fourth determination element of the second module (16) is formed, wherein one of the determination elements is formed as a transmitter and the other determination element is formed as a sensor, between which a positioning signal is transmitted in order to determine a relative position between the devices or modules (1, 16 ) for their approximation.
8. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der jeweiligen Relativposition eine Laufzeit des übertragenen Positionierungssignals ermittelt wird. 8. The method according to claim 4 to 7, characterized in that a transit time of the transmitted positioning signal is determined to determine the respective relative position.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungssystem mit UWB-Bestimmungselementen gebildet ist, zwischen welchen ein UWB-Funksignal als Positionierungssignal übertragen wird, wobei zumindest eines der UWB-Bestimmungselemente mehrere voneinander beabstandete Antennen, mit welchen jeweils das Positionierungssignal übertragbar ist, aufweist. 9. The method according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the positioning system is formed with UWB determination elements, between which a UWB radio signal is transmitted as a positioning signal, with at least one of the UWB determination elements having several spaced apart antennas, each with which the positioning signal can be transmitted.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschalteinheit vorhanden ist, um eine oder mehrere der Antennen, insbesondere selektiv steuerbar, für eine Übertragung des Positionierungssignals zu aktivieren. 10. The method according to claim 9, characterized in that a switching unit is present to activate one or more of the antennas, in particular selectively controllable, for a transmission of the positioning signal.
11. Erstes Modul (1) eines Modulsystems zur Interaktion, insbesondere zum elektrischen Energieaustausch, insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, zwischen einem ersten Gerät, wie einer Ladeeinrichtung, mit dem ersten Modul (1) und einem zweiten Gerät, wie einem Elektrofahrzeug, mit einem zweiten Modul (16), wobei das erste Modul (1) ein erstes Interaktionselement (2) und das zweite Modul (16) ein zweites Interaktionselement (17) aufweist, wobei nach Einnahme einer Interaktionsposition der Geräte zur Grobpositionierung der Interaktionselemente (2, 17) das erste Interaktionselement (2) für eine Feinpositionierung der Interaktionselemente (2, 17) relativ zum zweiten Interaktionselement (17) bewegbar ist, um mit dem zweiten Interaktionselement (17) zu interagieren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionierungssystem vorgesehen ist, welches ausgebildet ist, zur Steuerung der Feinpositionierung eine Relativposition zwischen den Interaktionselementen (2, 17) zu bestimmen. 11. First module (1) of a modular system for interaction, in particular for electrical energy exchange, in particular according to a method according to one of claims 1 to 10, between a first device, such as a charging device, with the first module (1) and a second device, such as an electric vehicle, with a second module (16), wherein the first module (1) has a first interaction element (2) and the second module (16) has a second interaction element (17), after taking an interaction position of the devices for coarse positioning of the Interaction elements (2, 17) the first interaction element (2) for fine positioning of the interaction elements (2, 17) is movable relative to the second interaction element (17) in order to interact with the second interaction element (17), characterized in that a positioning system is provided is, which is designed to control the fine positioning to a relative position between the interaction elements (2, 17) determine.
12. Erstes Modul (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Interaktionselement (2) mit einer Bewegungsvorrichtung (3) relativ zu einer Basis (4) des ersten Moduls (1) beweglich mit der Basis (4) verbunden ist, um in der Interaktionsposition das erste Interaktionselement (2) mit der Bewegungsvorrichtung (3) relativ zum zweiten Interaktionselement (17) zu bewegen, insbesondere zu diesem zu führen. 12. First module (1) according to claim 11, characterized in that the first interaction element (2) is movably connected to the base (4) with a movement device (3) relative to a base (4) of the first module (1), in order to move the first interaction element (2) with the movement device (3) relative to the second interaction element (17) in the interaction position, in particular to guide it to the latter.
13. Erstes Modul (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungssystem einen oder mehrere Sensoren und/oder einen oder mehrere Sender umfasst, um zwischen zumindest einem Sender und zumindest einem oder mehreren Sensoren eine Positionierungssignal zu übertragen, wobei vorzugsweise das Positionierungssystem auf Ultra-Breitband-Funksignalübertragung basiert. 13. First module (1) according to claim 11 or 12, characterized in that the positioning system comprises one or more sensors and / or one or more transmitters in order to transmit a positioning signal between at least one transmitter and at least one or more sensors, preferably the positioning system is based on ultra-broadband radio signal transmission.
14. Erstes Modul (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Interaktionselement einen magnetischen Sensor, insbesondere einen Hall- Sensor, bzw. einen Magneten aufweist, um bei relativer Annäherung des ersten Interaktionselementes an das zweite Interaktionselement, welches einen Magneten bzw. magnetischen Sensor aufweist, mit dem magnetischen Sensor eine Anwesenheit, Ausrichtung und/oder einen Abstand zum Magneten zu erkennen. 14. The first module (1) according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the first interaction element has a magnetic sensor, in particular a Hall sensor, or a magnet, in order to, when the first is relatively approaching Interaction element to the second interaction element, which has a magnet or magnetic sensor, to detect a presence, alignment and / or a distance to the magnet with the magnetic sensor.
15. Erstes Modul (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes Bestimmungselement positionsfest mit dem ersten Interaktionselement (2) verbunden ist, um in der Interaktionsposition eine erste Messanordnung mit zumindest einem positionsfest mit dem ersten oder zweiten Interaktionselement (2, 17) verbundenen zweiten Bestimmungselement zu ermöglichen, wobei eines der Bestimmungselemente als Sender und das andere Bestimmungselement als Sensor ausgebildet ist, um in der Interaktionsposition eine Relativposition zwischen dem ersten Interaktionselement (2) und zweiten Interaktionselement (17) für deren Annäherung zu bestimmen. 15. First module (1) according to one of claims 11 to 14, characterized in that at least one first determination element is fixedly connected to the first interaction element (2) in order to have a first measuring arrangement with at least one fixed position with the first or second in the interaction position Interaction element (2, 17) connected second determination element to enable, wherein one of the determination elements is designed as a transmitter and the other determination element as a sensor in order to allow a relative position between the first interaction element (2) and second interaction element (17) for their approach in the interaction position determine.
16. Ladeeinrichtung zum elektrischen Laden eines Elektrofahrzeuges, wobei die Ladeinrichtung ein erstes Modul (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, aufweist, wobei das erste Interaktionselement (2) des ersten Moduls (1) mit einer elektrischen Energieversorgungsquelle verbunden ist, um in der Interaktionsposition mit Annähern des ersten Interaktionselementes (2) an ein zweites Interaktionselement (17) eines zweiten Moduls (6) eines Elektrofahrzeuges elektrische Energie über die Interaktionselemente (2, 17) zum Elektrofahrzeug bzw. dessen elektrischen Energiespeicher zu übertragen. 16. Charging device for electrically charging an electric vehicle, the charging device having a first module (1) according to one of claims 11 to 15, wherein the first interaction element (2) of the first module (1) is connected to an electrical energy supply source in order to the interaction position as the first interaction element (2) approaches a second interaction element (17) of a second module (6) of an electric vehicle to transmit electrical energy via the interaction elements (2, 17) to the electric vehicle or its electrical energy storage device.
17. Modulsystem zur Interaktion, insbesondere zum elektrischen Energieaustausch, zwischen einem ersten Gerät, wie einer Ladeeinrichtung, umfassend ein erstes Modul (1), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, mit einem ersten Interaktionselement (2), und einem zweiten Gerät, wie einem Elektrofahrzeug, umfassend ein zweites Modul (16) mit einem zweiten Interaktionselement (17), wobei nach Einnahme einer Interaktionsposition der Geräte zur Grobpositionierung der Interaktionselemente (2, 17) die Interaktionselemente (2, 17) für eine Feinpositionierung der Interaktionselemente (2, 17) relativ zueinander bewegbar sind, um miteinander zu interagieren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionierungssystem vorgesehen ist, welches ausgebildet ist, zur Steuerung der Feinpositionierung eine Relativposition zwischen den Interaktionselementen (2, 17) zu bestimmen. 17. Module system for interaction, in particular for electrical energy exchange, between a first device, such as a charging device, comprising a first module (1), in particular according to one of claims 11 to 16, with a first interaction element (2), and a second device, such as an electric vehicle, comprising a second module (16) with a second interaction element (17), the interaction elements (2, 17) for fine positioning of the interaction elements (2, 17) are movable relative to one another in order to interact with one another, characterized in that a positioning system is provided which is designed to determine a relative position between the interaction elements (2, 17) for controlling the fine positioning.
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