EP4572974A1

EP4572974A1 - Verfahren zum positionieren eines fahrzeugs

Info

Publication number: EP4572974A1
Application number: EP23758556.7A
Authority: EP
Inventors: Mike Böttigheimer
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2023-08-16
Publication date: 2025-06-25
Also published as: DE112023003465A5; WO2024038093A1; CN119731048A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung (1a) in einer definierten Position zu einer stationären induktiven Ladeeinrichtung (1b). In einer der beiden induktiven Ladeeinrichtungen (1a, 1b) wird ein Positionierungssignal erzeugt. Das Positionierungssignal induziert in der anderen der beiden induktiven Ladeeinrichtungen (1a, 1b) mindestens ein Spannungssignal (13a, 13b). Aus dem induzierten Spannungssignal (13a, 13b) wird eine relative Entfernung zwischen der mobilen induktiven Ladeeinrichtung (1a) und der stationärer induktiver Ladeeinrichtung (1b) approximiert.

Description

Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs nach Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Die Erfindung betrifft ferner ein graphisches Anzeigeelement für ein Fahrzeug.

In US10541551 B2 wird vorgeschlagen ein Fahrzeug mittels Auswertung des Betrags einer induzierten Spannung zu einem durch einen x- und einen y-Wert definierten Ort zu führen. Das Verfahren enthält jedoch eine verhältnismäßig komplizierte Berechnung.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für ein Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs der eingangs genannten Art verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsformen anzugeben.

Es wird vorliegend ein Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung in einer definierten Position zu einer stationären induktiven Ladeeinrichtung vorgeschlagen, wobei in einer der beiden induktiven Ladeeinrichtungen ein Positionierungssignal erzeugt wird und das Positionierungssignal in der anderen der beiden induktiven Ladeeinrichtungen mindestens ein Spannungssignal induziert und aus dem induzierten Spannungssignal eine relative Entfernung zwischen mobiler induktiver Ladeeinrichtung und stationärer induktiver Ladeeinrichtung approximiert wird.

Der Begriff „induktive Ladeeinrichtung“ bezeichnet hier somit nur einen von zumindest zwei Teilen, die für einen Induktionsladevorgang zur Energieübertragung nötig sind. Beim Induktionsladevorgang erzeugt eine Energieübertragungswicklung während der Energieübertragung in einer induktiven Ladeeinrichtung ein magnetisches Wechselfeld. Dieses magnetische Wechselfeld induziert eine Spannung in einer weiteren Energieübertragungswicklung einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung. Diese weitere induktive Ladeeinrichtung dient somit für diesen spezifischen Ladevorgang als Gegenstück. Die Energie wird drahtlos übertragen und durch Induktion einer Spannung aufgenommen.

Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung ist der nicht mobile Teil eines Fahrzeugladesystems, also der Teil, der sich nicht mit dem Fahrzeug mit fortbewegt.

Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung kann sich bevorzugt auf, an oder in einem Boden befinden. Hierbei kann es sich um eine auf dem Untergrund aufgebrachte induktive Ladeeinrichtung oder um eine in einem Untergrund oder in einem Boden versenkte induktive Ladeeinrichtung handeln. Bei einem Boden kann es sich um eine Fahrbahn, eine Parkplatzoberfläche, einen Garagenboden, einen Boden in einem Parkhaus oder einem sonstigen Gebäude handeln. Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung kann sich aber alternativ auch an Wänden oder dergleichen befinden.

Eine mobile induktive Ladeeinrichtung kann an und/oder in einem Fahrzeug angeordnet sein. Ganz allgemein wird hierunter der Teil eines

Fahrzeugladesystems verstanden, der sich mit dem Fahrzeug mit fortbewegt. Eine induktive Ladeeinrichtung an und/oder im Fahrzeug ist daher geeignet, das magnetische Feld aufzunehmen und elektrische Energie eines Energiespeichers des Fahrzeuges beispielsweise einer Batterie bzw. eines Akkumulators im Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.

Für eine effiziente Energieübertragung muss die mobile induktive Ladeeinrichtung möglichst exakt zu der stationären induktiven Ladeeinrichtung positioniert werden. Die mobile induktive Ladeeinrichtung muss also in einer definierten Position zu einer stationären induktiven Ladeeinrichtung positioniert werden. Die definierte Position ist eine vorgegebene Position, bei der bevorzugt berücksichtigt wird, dass eine Energieübertragung mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad stattfinden kann. Hierbei kann insbesondere berücksichtigt werden, dass je eine Energieübertragungswicklung in den beiden induktiven Ladeeinrichtung mit möglichst geringem Abstand zueinander und bzgl. eines Luftspalts zwischen ihnen gegenüberliegend positioniert werden. Da beide Energieübertragungswicklungen im Allgemeinen nicht gleich groß sein müssen, ist hierbei auch eine symmetrische Positionierung, bei der die Wicklungsachsen der beiden Energieübertagungswicklungen möglichst übereinanderliegen vorteilhaft. Eine exakte Positionierung ist häufig für den Fahrer ohne zusätzliche Unterstützung in Form eines Fahrerassistenzsystems schwierig bzw. unmöglich.

Ein Positionierungssignal kann hierbei ein elektromagnetisches oder ein magnetisches Wechselfeld sein, welches ein Spannungssignal in der anderen der beiden induktiven Ladeeinrichtungen induzieren kann. Es ist möglich, dass das Positionierungssignal hierbei direkt von einer Energieübertragungswicklung einer induktiven Ladeeinrichtung ausgesendet bzw. erzeugt wird, oder dass hierfür eine oder mehrere weitere Wicklungen oder eine sonstige Signalerzeugungseinrichtung vorhanden ist.

Das Positionierungssignal überträgt bevorzugt Leistungen, die deutlich geringer sind als die Leistungen, welche während der Energieübertragung übertragen werden.

Wird ein Positionierungssignal in der stationären induktiven Ladeeinrichtung erzeugt so induziert es eine Spannung in der mobilen induktiven Ladeeinrichtung. Wird ein Positionierungssignal in der mobilen induktiven Ladeeinrichtung erzeugt so induziert es eine Spannung in der stationären induktiven Ladeeinrichtung.

Die jeweilige induktive Ladeeinrichtung kann eine größere Baueinheit sein, wobei die Bauelemente zur Energieübertragung nur einen Teil der induktiven Ladeeinrichtung ausmachen. Das ein Positionierungssignal „in“ einer induktiven Ladeeinrichtung erzeugt wird oder „in“ einer induktiven Ladeeinrichtung ein Spannungssignal erzeugt bedeutet, dass dies innerhalb dieser größeren Baueinheit stattfindet.

Für den Fahrer eines Fahrzeugs ist es während des Positioniervorgangs wichtig, dass er Informationen über die relative Entfernung zur Zielposition erhält. So kann er die Geschwindigkeit entsprechend graduell anpassen oder sich auf einen Bremsvorgang vorbereiten. Als relative Entfernung wird eine Größe bezeichnet, welche sich stetig, bevorzugt proportional mit der Entfernung ändert, wenn sich die Entfernung ändert, die jedoch nicht notwendigerweise Aussagen über die absolute Entfernung in Metern liefert. Für einen Fahrer ist während eines Positioniervorgangs ausreichend, wenn er Informationen über die relative Entfernung zur Zielposition erhält, beispielsweise über ein graphisches Anzeigeelement. Informationen über die absolute Entfernung sind hierbei nicht nötig. Während andere relative Verfahren auf dem Vergleich von mehreren Signalen beruhen, wird hier der Betrag einer induzierten Spannung für die Bestimmung einer relativen Entfernung zugrunde gelegt. Aus der induzierten Spannung wird dann eine relative Entfernung approximiert. Dies bedeutet, dass die gemessene induzierte Spannung in eine Berechnung eingeht, welche zumindest teilweise auf einer Näherung beruht. Dies kann beispielsweise eine polynominale Approximation sein, welche das nichtlineare Verhältnis zwischen einer durch ein magnetisches Wechselfeld induzierten Spannung und der Entfernung zum Sender des Magnetfeldes approximiert. Die approximative Bestimmung der absoluten Entfernung in Metern erfordert im Allgemeinen eine aufwendige Kalibrierung. Die Kombination einer approximativen Berechnung mit einer nur relativen Bestimmung der Entfernung ist vorteilhaft, da dies eine einfache Möglichkeit ist einem Fahrer die nötigen Informationen zur Verfügung zu stellen, ohne dass eine aufwändige Kalibrierung nötig ist.

Bevorzugt weist die mobile induktive Ladeeinrichtung oder die stationäre induktive Ladeeinrichtung eine erste Sensorwicklung und eine zweite Sensorwicklung auf, die symmetrisch zur Fahrzeuglängsrichtung oder zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind und das Positionierungssignal erzeugt in der erste Sensorwicklung ein erstes Spannungssignal und in der zweiten Sensorwicklung ein zweites Spannungssignal und aus der Summe der beiden Spannungssignale wird ein approximierter relativer Entfernungswerts bestimmt und aus dem Vergleich der beiden Spannungssignale zueinander wird ein Richtungsabweichungswert zwischen Fahrzeuglängsrichtung und Soll- Fahrzeuglängsrichtung bestimmt.

Die erste und/oder die zweite Sensorwicklung kann in oder bei der mobilen oder der stationären induktiven Ladeeinrichtung angeordnet sein.

Ganz allgemein wird eine Spule hier definiert als ein Bauteil zur Erzeugung oder zum Empfang eines magnetischen Feldes. Eine Spule kann aus einer Wicklung und optional weiteren Elementen wie einem Magnetkern und einem Spulenträger bestehen. Eine Wicklung ist hierbei eine gewickelte Anordnung eines Stromleiters. Eine Wicklung kann aus einer oder mehreren Windungen bestehen, wobei eine Windung einen vollen Umlauf eines Leiters bezeichnet. Ganz allgemein kann eine Wicklung aber auch nur aus weniger als einer Windung, also beispielsweise 0,5 Windungen bestehen. Natürlich ist auch eine nichtvollständige Anzahl an Windungen, wie beispielsweise 2,5 Windungen möglich.

Eine erfindungsgemäße Sensorwicklung kann in unterschiedlichen Formen ausgeführt sein und hierbei eine halbe, eine oder bevorzugt mehrere Windungen aufweisen. Ein Leiter einer solchen Sensorwicklung kann hierbei beispielsweise eine Querschnittsfläche zwischen 0,01 mm² und 2 mm² aufweisen. Ein Leiter kann hier als Litze, als Einzelleiter oder in einer anderen Form, beispielsweise in Form von Leiterbahnen auf Leiterplatten, ausgeführt sein.

Befinden sich die Sensorwicklungen in einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung so sind sie symmetrisch zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet. Befinden sich die Sensorwicklungen in einer stationären induktiven Ladeeinrichtung so sind sie symmetrisch zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet.

Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung weist eine Soll-Fahrzeuglängsrichtung auf. Dies ist die Richtung, in der sich die Längsrichtung des Fahrzeugs nach erfolgreichem Positionierungsvorgang befinden soll.

Eine symmetrische Anordnung der beiden Sensorwicklungen zur

Fahrzeuglängsrichtung oder zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung bedeutet, dass der Winkel zwischen der ersten Sensorwicklung und der Fahrzeuglängsrichtung / Soll- Fahrzeuglängsrichtung zumindest annähernd gleich dem Winkel zwischen der zweiten Sensorwicklung und der Fahrzeuglängsrichtung / Soll- Fahrzeuglängsrichtung ist, wobei die beiden Sensorwicklungen achsensymmetrisch an der Fahrzeuglängsrichtung /Soll-Fahrzeuglängsrichtung gespiegelt angeordnet sind. Die symmetrische Anordnung ist vorteilhaft, da hier - zusätzlich zur relativen Entfernung - eine Richtungsabweichung durch einen einfachen Vergleich der in beide Sensorwicklungen induzierten Spannungen ermittelt werden kann. Die beiden Sensorwicklungen können beispielsweise in einem 45°-Winkel zur Fahrzeuglängsrichtung oder zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung angeordnet werden. Das Positionierungssignal kann symmetrisch zur Fahrzeuglängsrichtung bzw. zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung sein. Insbesondere kann das Positionierungssignal eine Hauptrichtung des magnetischen Feldes in Fahrzeuglängsrichtung bzw. in Soll-Fahrzeuglängsrichtung aufweisen.

Vorteilhaft wird das Positionierungssignal von einer Positionierungssignalwicklung mit einer Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung oder Soll- Fahrzeuglängsrichtung erzeugt.

Befindet sich die Positionierungssignalwicklung in einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung eines Fahrzeugs so ist die Wicklungsachse der Positionierungssignalwicklung vorteilhaft in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet.

Befindet sich die Positionierungssignalwicklung in einer stationären induktiven Ladeeinrichtung so ist die Wicklungsachse der Positionierungssignalwicklung vorteilhaft in Soll-Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet.

Eine solche Anordnung erzeugt ein magnetisches Feld mit einer Hauptrichtung der Magnetfeldlinien in Längsrichtung des Fahrzeugs bzw. in Soll- Fahrzeuglängsrichtung. Dies hat zum einen den Vorteil, dass diese Ausführung für die Positionierung eine deutliche größere Reichweite ermöglicht, als dies mit einem von einer Energieübertragungswicklung erzeugten Positionierungssignal bei gleicher Leistung bzw. gleicher Magnetfeldstärke der Fall wäre. Ferner ist eine solche Orientierung des Magnetfeldes auch besonders gut geeignet, um in den Sensorwicklungen eine möglichst einfache Detektion einer Lageabweichung bzw. einer Winkelabweichung zu ermöglichen.

Die Positionierungssignalwicklung kann als Solenoid-Spule auch Zylinderspule genannt ausgeführt sein.

Besonders bevorzugt ist die Positionierungssignalwicklung so ausgebildet, dass sie eine besonders große Erstreckung in der Fahrtebene und senkrecht zur Längsrichtung des Fahrzeugs bzw. zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung aufweist. Beispielsweise kann sich die Positionierungssignalwicklung über die gesamte Breite einer induktiven Ladeeinrichtung erstrecken. Bevorzugt erstreckt sich die Positionierungssignalwicklung über mindestens 50% der Breite der Energieübertragungswicklung der induktiven Ladeeinrichtung, besonders bevorzugt über mindestens 75% der Breite der Energieübertragungswicklung der induktiven Ladeeinrichtung. Insbesondere kann sich die Positionierungssignalwicklung auch über die gesamte Breite der Energieübertragungswicklung der induktiven Ladeeinrichtung erstrecken. Somit wird ein weitgehend homogenes Magnetfeld mit einer Hauptrichtung des magnetischen Flusses in Längsrichtung des Fahrzeugs bzw. Soll- Fahrzeuglängsrichtung erreicht und lokalen Felderhöhungen werden verhindert bzw. vermindert.

Vorteilhaft wird das Positionierungssignal in der stationären induktiven Ladeeinrichtung erzeugt und das Spannungssignal in der mobilen induktiven Ladeeinrichtung induziert.

Prinzipiell können beide induktive Ladeeinrichtungen - sowohl die stationäre als auch die mobile induktive Ladeeinrichtung - die induktive Ladeeinrichtung sein, in welcher das Positionierungssignal erzeugt wird und die jeweils andere der beiden induktiven Ladeeinrichtungen ist dann die induktive Ladeeinrichtung, in der das Positionierungssignal bevorzugt durch Detektieren von zumindest einem induzierten Spannungssignalen erfasst wird. Es kann jedoch vorteilhaft sein, die stationäre induktive Ladeeinrichtung als die induktive Ladeeinrichtung zu wählen in welcher das Positionierungssignal erzeugt wird und somit die mobile induktive Ladeeinrichtung als die induktive Ladeeinrichtung, in der das Spannungssignal detektiert wird. Bei dieser Anordnung sind die Sensordaten mit den Informationen über Richtungsabweichungen und relative Entfernungen direkt im Fahrzeug, welches dann auch die entsprechende Fahrtkorrektur vornehmen muss. Befindet sich die Sensorik in der stationären induktiven Ladeeinrichtung, so müssen entsprechende Informationen über eine notwendige Fahrtkorrektur erst an das Fahrzeug übertragen werden. Hierfür ist ein separater Datenkanal notwendig und es kann zu zeitlichen Verzögerungen kommen.

Zweckmäßig beinhaltet die Approximation eine Berechnung eines approximierten relativen Entfernungswerts aus der Summe der Spannungssignale, wobei für die Berechnung gilt, dass zwischen der Summe der Spannungssignale und dem Entfernungswert ein nichtlinearer Zusammenhang besteht und der Entfernungswert kleiner ist je größer die Summe der Spannungssignale ist. Während für die Bestimmung einer Richtungsabweichungsabweichung die Spannungssignale aus den zwei Sensorwicklungen miteinander verglichen werden können, können diese für die Bestimmung einer relativen Entfernung addiert werden. Je weiter sich die beiden Sensorwicklungen von dem Sender des Positionierungssignal entfernt befinden, desto geringer ist die in Summe in die beiden Sensorwicklungen induzierte Spannung bei ansonsten gleichen Parametern. Der Zusammenhang zwischen Entfernung und induzierter Spannung ist hierbei nichtlinear.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der approximierte relative Entfernungswert graphisch oder akustisch im Fahrzeug angezeigt wird. Die graphische oder akustische Darstellung der Information über die relative Entfernung zur Zielposition kann dem Fahrer helfen, seine Geschwindigkeit entsprechend anzupassen und/oder sich auf ein Bremsen vorzubereiten. Dies kann beispielsweise akustisch erfolgen, wie dies bei Parkassistenzsystemen bereits üblich ist. Eine entsprechende Darstellung der Information kann auch graphisch erfolgen. Hierbei kann eine graphische Darstellung in Form eines Balkens, welcher sich abbaut, während sich das Fahrzeug der Zielposition nähert, geeignet sein.

Besonders bevorzugt wird der Richtungsabweichungswert graphisch im Fahrzeug angezeigt.

Eine Richtungsabweichung ist besonders vorteilhaft graphisch anzuzeigen, da ein entsprechender Wert akustisch - eventuell sogar zusätzlich zu einer akustischen Information über die relative Entfernung - nur schwer darzustellen ist. Hierbei kann der Richtungsabweichungswert beispielsweise in Form eines Pfeils, der in die Richtung zeigt, in welche der Fahrer das Fahrzeug steuern muss, realisiert werden. Eine entsprechende graphische Darstellung lässt sich vorteilhaft mit einer graphischen Darstellung der relativen Entfernung - diese beispielsweise in Form eines sich abbauenden Balkens - realisieren.

Vorteilhaft wird aus zumindest der Windungsanzahl der Positionierungssignalwicklung und der elektrischen Stromstärke in der Positionierungssignalwicklung ein Wert berechnet undder Wert wird bei der Approximation der relativen Entfernung verwendet.

Eine mit Wechselstrom durchflossene Positionierungssignalwicklung erzeugt einen magnetischen Fluss. Dieser magnetische Fluss hängt, neben anderen Parametern, maßgeblich von der Windungsanzahl der Positionierungssignalwicklung und von der elektrischen Stromstärke ab. Insbesondere ist hier der Effektivwert des elektrischen Wechselstroms relevant. Bei den anderen Parametern ist vor allem die Geometrie der Positionierungssignalwicklung ausschlaggebend. Für eine gegebene Frequenz und eine bestimmte Entfernung ist dann die induzierte Spannung proportional zu dem Produkt aus Windungszahl und Stromstärke. Ein Wert, welcher zumindest aus der Windungsanzahl der Positionierungssignalwicklung und der elektrischen Stromstärke berechnet wird, also insbesondere das Produkt aus der Windungszahl und der elektrischen Stromstärke kann daher für die Approximation der relativen Entfernung verwendet werden.

Zweckmäßig werden die Spannungssignale in digitale Signale gewandelt und so verarbeitet, dass nur die Spannungssignale in einem bestimmten Frequenzbereich für die Bestimmung der Summe und des Vergleichs verwendet werden.

Für die Wandlung in digitale Spannungssignale können die Signale in einer Analog-Digital-Wandel-Einheit abgetastet werden. Die digitalen Spannungssignale können dann in den Frequenzbereich transformiert werden und in einem bestimmten Frequenzbereich gefiltert werden.

Bei einer Frequenztransformation wird ein Signal aus dem Zeitbereich mathematisch in den Frequenzbereich transformiert. Für ein zeitabhängiges Signal macht eine Auswertung im Frequenzbereich Angaben darüber, wie stark eine bestimmte Frequenz oder ein bestimmter Frequenzbereich in diesem Signal vorhanden ist.

Eine Auswertung im Frequenzbereich ist hier vorteilhaft, insbesondere da es somit möglich ist, um die Frequenz oder den Frequenzbereich des Positionierungssignals zu filtern und so ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis und somit eine größere Reichweite zu erreichen.

Alternativ kann es auch möglich sein, das Spannungssignal in einem bestimmten Frequenzbereich oder bei einer bestimmten Frequenz auszuwerten, ohne hierfür eine mathematische Transformation des gesamten Spannungssignals durchzuführen. Vorteilhaft ist, wenn das in den Frequenzbereich transformierte Signal durch ein Filter mit einer Bandbreite B um die Anregefrequenz gefiltert wird. Das erzeugte Positionierungssignal wird mit einer bestimmten Anregefrequenz erzeugt. Die Anregefrequenz kann im Bereich von 10 kHz bis 150 kHz liegen.

Es ist nicht nötig das komplette induzierte Spannungssignal im ganzen Frequenzbereich auszuwerten, sondern es genügt eine Auswertung nahe der Anregefrequenz. Hierfür kann ein digitales Filter verwendet werden.

Ein digitales Filter ist eine mathematische Funktion, die auf das diskrete Signal im Frequenzbereich angewendet wird. Die diskreten Frequenzwerte werden damit auf Werte in einem bestimmten voreingestellten Frequenzband mit der Bandbreite B beschränkt. Die Bandbreite kann beispielsweise in der Größenordnung von 1kHz liegen. Das Frequenzband wird so gewählt, dass es die Anregefrequenz enthält, vorteilhaft, dass es die Anregefrequenz mittig enthält.

In einer bevorzugten Variante enthält die Berechnung des approximierten relativen Entfernungswerts ein Polynom, welches ein Polynom mindestens dritten Grades ist. Das Polynom kann beispielsweise folgende Form haben: (%) = 0,0000159x³ - 0,0116395x² + 2,9305376%

Wobei hierbei x die gemessene induzierte Spannung sein kann und f(x) in die Bestimmung der relativen Entfernung einfließt oder diese ist. Ein entsprechendes Polynom ist eine einfache Möglichkeit die nichtlineare Abhängigkeit zwischen induzierter Spannung und der Entfernung zu approximieren.

[nicht beansprucht]

In einer alternativen bevorzugten Variante enthält die Berechnung des approximierten relativen Entfernungswerts eine Exponentialfunktion. Vorteilhaft wird die Summe der Spannungssignale nur ausgewertet, wenn diese einen Startwert überschreitet und solange diese einen Stoppwert nicht überschreitet. Vorteilhaft ist das Verfahren zum Bestimmen einer relativen Entfernung ergänzend zur Bestimmung einer Richtungsabweichung, welche auf einem Vergleich von zwei induzierten Spannungen basiert. Für ein entsprechendes Verfahren kann es einen Startwert geben. Ist die induzierte Spannung in Summe unter diesem Schwellwert, so sind die Signale zu schwach, um eine optimale Auswertung zu ermöglichen. Des Weiteren kann es aber auch einen Stoppwert für die induzierten Spannungen geben. Überschreitet die Spannung diesen Wert, so ist das Verfahren ab diesem Wert auch nicht mehr ausreichend genau und das Verfahren wird beendet. Bei geringen Entfernungen und somit hohen induzierten Spannungen weisen die Magnetfeldlinien stärkere Krümmungen auf. Deshalb kann eine entsprechende Bestimmung einer Richtungsabweichung aus einem Vergleich verschiedener induzierter Spannungen bei verschiedenen Winkeln ab dem Unterschreiten einer Entfernung und somit ab dem überschreiten eines Stoppwertes für die induzierten Spannungen, nicht mehr oder zumindest schwieriger möglich sein. Ab diesem Stoppwert und somit ab dieser Entfernung muss dann ein ergänzenden Nah-Positioniersystem übernehmen.

Die Erfindung betrifft ferner ein graphisches Anzeigeelement für ein Fahrzeug mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung, wobei das graphische Anzeigeelement geeignet ist eine relative Entfernung zwischen einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung und einer stationären induktiven Ladeeinrichtung als relativer Entfernungsanzeiger anzuzeigen und wobei die relative Entfernung mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt wird.

Das graphische Anzeigeelement kann ein Display sein. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt zusammen mit dem Anzeigeelement ein Fahrerassistenzsystem dar, welches einen Fahrer beim genauen Positionieren in einer definierten Position zu einer stationären induktiven Ladeeinrichtung unterstützt. Ein relativer Entfernungsanzeiger kann beispielsweise in Form eines Balkens, der sich mit abnehmender Entfernung zur Zielposition abbaut, realisiert sein. Es ist auch möglich, dass das graphische Anzeigeelement zusätzlich visuell darstellt, wann das erfindungsgemäße Verfahren beendet wird, und ein ergänzendes Nah- Positionierungsverfahren verwendet wird.

Zusätzlich zur relativen Entfernung kann beispielsweise eine Richtungsabweichung angezeigt werden. Eine Richtungsabweichung kann in Form eines Zeigers, welcher in die Richtung zeigt, in welche das Fahrzeug gelenkt werden muss, realisiert sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigt, jeweils schematisch

Fig. 1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Fahrzeugs mit einer induktiven Ladeeinrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine induktive Ladeeinrichtung mit Sensorwicklungen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugladesystems während des Positionierungsvorgangs,

Fig. 4 eine Darstellung eines graphischen Anzeigeelements der Richtungsabweichung a) sowie vier unterschiedlichen Anzeigen der relativen Entfernung b)-e)

Fig. 5 ein stark vereinfachtes Blockdiagramm bzgl. der Auswertung der gemessenen Spannungen. Fig. 1 zeigt eine mobile induktive Ladeeinrichtung 1 ,1a, die an einem Fahrzeug 2 mit einer Batterie 3 angeordnet ist und über einer stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 ,1b positioniert ist. Im Betrieb kann von der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b Energie an die mobile induktive Ladeeinrichtung 1a übertragen werden und die Batterie 3 hierdurch geladen werden. Die mobile induktive Ladeeinrichtung 1a und die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b bilden zusammen oder sind Teil des Fahrzeugladesystems 8. Dabei kann zeitweise Energie von der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a an die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b übertragen werden.

Die in Fig. 1 auf dem Untergrund angeordnete stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b kann alternativ auch in der Fahrbahn versenkt angeordnet sein (hier nicht gezeigt). Bei einer versenkten Anordnung kann die induktive Ladeeinrichtung 1 b von bestimmten Schichten der Fahrbahn überdeckt werden oder aber bündig mit der Fahrbahnoberfläche abschließen.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung 1. Es kann sich hierbei um eine mobile induktive Ladeeinrichtung 1a oder eine stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b handeln. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind acht Flussführungselemente 5 gezeigt, die radial um das Zentrum 7 der Energieübertragungswicklung 4 in der Ebene angeordnet sind. Die Energieübertragungswicklung 4, welche bezüglich dieser Draufsicht unterhalb der Flussführungselemente 5 angeordnet ist, ist gestrichelt angedeutet. Die Energieübertragungswicklung 4 ist hier eine Flachspule 10. Um eines der Flussführungselemente 5 ist eine erste Sensorwicklung 9a angeordnet und um ein anderes Flussführungselement 5 ist eine zweite Sensorwicklung 9b angeordnet. Die Sensorwicklungen sind hier als Zylinderspule ausgebildet. Die erste

Sensorwicklung 9a ist achsensymmetrisch zur zweiten Sensorwicklung 9b bzgl. der Fahrzeuglängsrichtung 6 angeordnet. Die erste Sensorwicklung 9a besitzt eine erste radiale Längsrichtung 11a und die zweite Sensorwicklung 9b besitzt eine zweite radiale Längsrichtung 11 b. Der Winkel 26 zwischen der ersten radialen Längsrichtung 11a und der Fahrzeuglängsrichtung 6 ist zumindest annähernd gleich groß wie der Winkel 34 zwischen der zweiten radialen Längsrichtung 11 b und der Längsrichtung des Fahrzeugs. Die erste radiale Längsrichtung 11a und die zweite radiale Längsrichtung 11 b schneiden bzw. kreuzen sich zumindest annähernd im Zentrum 7 der Energieübertragungswicklung 4. Die erste radiale Längsrichtung 11a und die zweite radiale Längsrichtung 11 b verlaufen radial vom Zentrum 7 der Energieübertragungswicklung 4 nach außen. Die beiden Sensorwicklungen 9a, 9b sind symmetrisch zur Fahrzeuglängsrichtung 6 angeordnet.

Beim Ladevorgang ist das Fahrzeug 2 über der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b positioniert und Energie wird an die mobile induktive Ladeeinrichtung 1a übertragen oder von der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a an die stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b übertragen. Die Flussführungselemente 5 übernehmen dabei die Funktion der Magnetfeldführung. In ihnen verlaufen im Ladezustand die Feldlinien des magnetischen Feldes annäherungsweise in radialer Richtung. In Fig. 2 sind symbolisch drei Magnetfeldlinien 35 angedeutet. Da die erste radiale Längsrichtung 11a und die zweite radiale Längsrichtung 11 b hier ebenfalls radial und somit zumindest annähernd parallel zu den Magnetfeldlinien 35 ausgerichtet sind, wird hier nur verhältnismäßig wenig bis gar keine Spannung in die ersten Sensorwicklung 9a und in die zweite Sensorwicklung 9b induziert. Dies ist wichtig, da es bei den hohen Leistungen der Energieübertragung sonst leicht zu einer Zerstörung der Sensorwicklungen kommen könnte.

Fig. 3 a) zeigt ein Fahrzeug 2 mit einer Fahrzeuglängsrichtung 6 mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a während eines Positionierungsvorgangs über einer stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b mit einer Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a. Das Fahrzeug 2 fährt direkt auf die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b zu und die Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a ist somit gleich der Längsrichtung des Fahrzeugs 6. In der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a befindet sich neben der Energieübertragungswicklung (nicht gezeigt) auch eine Positionierungssignalwicklung 41. Die Positionierungssignalwicklung 41 weist eine Wicklungsachse 36 und eine radiale Längsrichtung 11 auf. Die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b weist neben der Energieübertragungswicklung (nicht gezeigt) zwei Sensorwicklungen 9a und 9b auf. Im Gegensatz zur Ausführung in Fig. 2 weisen die beiden Sensorwicklungen 9a und 9b hier eine größere Erstreckung auf und kreuzen sich in der Mitte der induktiven Ladeeinrichtung 1. Beide Sensorwicklungen 9a und 9b weisen je eine radiale Längsrichtung 11 a und 11 b auf. Beide Sensorwicklungen 9a und 9b sind symmetrisch zur Soll- Fahrzeuglängsrichtung 6a angeordnet. Diese Anordnung der Wicklungen für die Positionierung ist besonders vorteilhaft. Die Positionierungssignalwicklung 41 erzeugt ein Positionierungssignal (nicht gezeigt) welches in den Sensorwicklungen 9a und 9b eine Spannung induzieren kann. Die Positionierungssignalwicklung 41 erzeugt ein recht homogenes Magnetfeld. In den Sensorwicklungen 9a und 9b wird durch das Magnetfeld der Positionierungssignalwicklung 41 eine Spannung induziert. Fährt das Fahrzeug, wie in der linken Skizze gezeigt genau senkrecht auf die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b zu, so wird in beide Sensorwicklungen 9a und 9b eine gleich große Spannung induziert.

Fig. 3 b) zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die Positionierungssignalwicklung 41 in der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b angeordnet ist und die Sensorwicklungen 9a und 9b in der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a angeordnet sind. Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiel ist ansonsten genau gleich. Hier gezeigt ist ein Fall in dem das Fahrzeug 2 nicht senkrecht auf die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b zufährt, sondern in einem Winkel von ca. 45° davon abweicht. Die Fahrzeuglängsrichtung 6 und die Verbindungslinie zwischen der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b und der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a stehen somit in einem Richtungsabweichungswinkel 39 von 45° aufeinander. In diesem Fall erzeugt die Positionierungssignalwicklung 41 ein Magnetfeld welches senkrecht zur ersten Sensorwicklung 9a steht. Hier wird eine maximale Spannung induziert. Das von der Positionierungssignalwicklung 41 erzeugte Magnetfeld steht außerdem annähernd parallel zur zweiten Sensorwicklung 9b. Hier wird eine minimale bzw. keine Spannung induziert.

In beiden Ausführungsbeispielen Fig. 3a) und 3b) kann - neben der Bestimmung eines Richtungsabweichungswertes durch einen Vergleich der in die beiden Sensorwicklungen 9a und 9b induzierten Spannungen - aus der Summe der in die beiden Sensorwicklungen 9a und 9b induzierten Spannungen ein Entfernungswert zur Zielposition approximiert werden.

Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines graphischen Anzeigeelements 50 welches die Richtungsabweichung a) sowie die relative Entfernung bei vier unterschiedlichen Entfernungen b)-e) anzeigt. In a) ist ein Pfeil als Richtungsabweichungsanzeiger 47 auf einem graphischen Anzeigeelement 50 zu sehen. Das graphische Anzeigeelement 50 befindet sich in einem Fahrzeug. In den Fig. 4b) bis 4e) ist ein relativer Entfernungsanzeiger 48 in Form eines Balkens in einem graphischen Anzeigeelement 50 während eines Annäherungsvorgangs dargestellt. Der Balken baut sich von Fig. 4b) über Fig. 4c) und Fig. 4 d) bis Fig. 4 e) langsam ab, während sich das Fahrzeug seiner Zielposition immer weiter nähert. Das graphische Anzeigeelement 50 zeigt außerdem einen Nah-Positionierungs-Kreis 49. Sobald sich der Entfernungsanzeiger 48 in Form eines Balkens soweit abgebaut hat, dass er sich innerhalb des Nah-Positionierungs-Kreis 49 befindet ändert sich das Positionierungsverfahren, welches ausgewertet wird. Innerhalb des Nah- Positionierungs-Kreis 49 wird ein sogenanntes Nah-Positionierungsverfahren ausgewertet. Dieses liefert direkt Aussagen über eine relative Entfernung zur Zielposition, aber keinen direkten Richtungsabweichungswert mehr.

Fig. 5 zeigt ein stark vereinfachtes Blockdiagramm bzgl. der Auswertung der gemessenen Spannungen. Die in den beiden Sensorsignalwicklungen 9a, 9b empfangenen Spannungssignale 13a, 13b werden beide sowohl in einer Vergleichseinheit COMP als auch in einer Summationseinheit SUM verarbeitet. Die Vergleichseinheit COMP vergleicht die beiden Spannungssignale 13a, 13b miteinander und ermittelt einen Richtungsabweichungswert 17 dieser Richtungsabweichungswert wird in einem graphischen Anzeigeelement 50 als ein Richtungsabweichungsanzeiger 47 in Form eines Pfeils angezeigt. Die Summationseinheit SUM addiert die beiden Spannungssignale 13a, 13b das Ergebnis 43 wird in einem graphischen Anzeigeelement 50 als relativer Entfernungsanzeiger 48 in Form eines Balkens dargestellt. In einer Prüfeinheit CHECK wird überprüft, ob die Summe der Spannungssignale 13a, 13b über einem Startwert der Spannungssignale 45 und unter einem Stoppwert der Spannungssignale 46 liegt. Nur wenn beides der Fall ist, wird das Ergebnis in dem graphischen Anzeigeelement 50 angezeigt. Das graphische Anzeigeelement 50 enthält ferner einen Nah-Positionierungs-Kreis 49. Entspricht die Summe der Spannungssignale 13a, 13b dem Stoppwert der Spannungssignale 46, so zeigt das graphische Anzeigeelement 50 den relativen Entfernungsanzeiger 48 in Form eines Balkens genau auf dem Nah-Positionierungs-Kreis 49. Ist die Summe der Spannungssignale 13a, 13b größer als der Stoppwert der Spannungssignale 46 so wird das erfindungsgemäße Positionierverfahren nicht mehr für das graphische Anzeigeelement 50 ausgewertet. Ein weiteres Nah-Positionierverfahren wird nun ausgewertet und auf dem graphischen Anzeigeelement 50 angezeigt.

Bezugszeichen

1 induktive Ladeeinrichtung

1a mobile induktive Ladeeinrichtung

1 b stationäre induktive Ladeeinrichtung

2 Fahrzeug

3 Energiespeicher des Fahrzeuges

4 Energieübertragungswicklung

5 Flussführungselement

6 Fahrzeuglängsrichtung

6a Soll-Fahrzeuglängsrichtung

7 Zentrum der Energieübertragungswicklung

8 Fahrzeugladesystem

9 Sensorwicklung

9a erste Sensorwicklung

9b zweite Sensorwicklung

10 Flachspule

11 radiale Längsrichtung

11 a erste radiale Längsrichtung

11 b zweite radiale Längsrichtung

13 Spannungssignal

13a erstes Spannungssignal

13b zweites Spannungssignal

17 Richtungsabweichungswert

32 Spalt zwischen Flussführungselementen

33 erster Winkel

34 zweiter Winkel

35 Magnetfeldlinie

36 Wicklungsachse

39 Richtungsabweichungswinkel 41 Positionierungssignalwicklung

43 Summe der Spannungssignale

44 Approximierter relativer Entfernungswert

45 Startwert der Spannungssignale

46 Stoppwert der Spannungssignale

47 Richtungsabweichungsanzeiger

48 Relative Entfernungsanzeiger

49 Nah-Positionierungs-Kreis

50 graphisches Anzeigeelement

COMP Vergleichseinheit

SUM Summationseinheit

CHECK Prüfeinheit

Claims

Ansprüche Verfahren zum Positionieren eines Fahrzeugs (2) mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung (1a) in einer definierten Position zu einer stationären induktiven Ladeeinrichtung (1b), wobei

- in einer der beiden induktiven Ladeeinrichtungen (1a, 1b) ein Positionierungssignal erzeugt wird und

- das Positionierungssignal in der anderen der beiden induktiven Ladeeinrichtungen (1a, 1 b) mindestens ein Spannungssignal (13a, 13b) induziert

- aus dem induzierten Spannungssignal (13a, 13b) eine relative Entfernung zwischen mobiler induktiver Ladeeinrichtung (1a) und stationärer induktiver Ladeeinrichtung (1b) approximiert wird. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei

- die mobile induktive Ladeeinrichtung (1a) oder die stationäre induktive Ladeeinrichtung (1b) eine erste Sensorwicklung (9a) und eine zweite Sensorwicklung (9b) aufweist, die symmetrisch zur Fahrzeuglängsrichtung (6) oder zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung (6a) angeordnet sind,

- das Positionierungssignal in der erste Sensorwicklung (9a) ein erstes Spannungssignal (13a) und in der zweiten Sensorwicklung (9b) ein zweites Spannungssignal (13b) erzeugt,

- aus der Summe der beiden Spannungssignale (43) ein approximierten relativen Entfernungswerts (44) bestimmt wird und

- aus dem Vergleich der beiden Spannungssignale (13a, 13b) zueinander ein Richtungsabweichungswert (17) zwischen Fahrzeuglängsrichtung (6) und Soll-Fahrzeuglängsrichtung (6a) bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Positionierungssignal von einer Positionierungssignalwicklung (41 ) mit einer Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung (6) oder Soll- Fahrzeuglängsrichtung (6a) erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Positionierungssignal (41 ) in der stationären induktiven Ladeeinrichtung (1 b) erzeugt wird und das Spannungssignal in der mobilen induktiven Ladeeinrichtung (1a) induziert wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Approximation

- eine Berechnung eines approximierten relativen Entfernungswerts (44) aus der Summe der Spannungssignale (43) beinhaltet

- wobei für die Berechnung gilt:

• zwischen der Summe der Spannungssignale (43) und dem Entfernungswert (44) besteht ein nichtlinearer Zusammenhang,

• der Entfernungswert (44) ist kleiner je größer die Summe der Spannungssignale (43) ist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der approximierte relative Entfernungswert (44) graphisch oder akustisch im Fahrzeug angezeigt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsabweichungswert (17) graphisch im Fahrzeug angezeigt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-7 dadurch gekennzeichnet, dass - aus zumindest der Windungsanzahl der Positionierungssignalwicklung (41 ) und der elektrischen Stromstärke in der Positionierungssignalwicklung (41 ) ein Wert berechnet wird und

- der Wert bei der Approximation der relativen Entfernung verwendet wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Spannungssignale (13a, 13b) in digitale Signale gewandelt werden und so verarbeitet werden, dass nur die Spannungssignale in einem bestimmten Frequenzbereich für die Bestimmung der Summe (43) und des Vergleichs verwendet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des approximierten relativen Entfernungswerts (44) ein Polynom, welches ein Polynom mindestens dritten Grades ist, enthält. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Spannungssignale (43) nur ausgewertet wird, wenn diese einen Startwert (45) überschreitet und solange diese einen Stoppwert (46) nicht überschreitet. Graphisches Anzeigeelement (50) für ein Fahrzeug (2) mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung (1a), wobei das graphische Anzeigeelement (50) geeignet ist eine relative Entfernung zwischen einer mobilen induktiver Ladeeinrichtung (1a) und einer stationären induktiven Ladeeinrichtung (1 b) als relativer Entfernungsanzeiger (48) anzuzeigen und die relative Entfernung mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-11 ermittelt wird.