ES2640628T3 - Procedimiento para operación de un sistema de asistencia al conductor de un automóvil para situar de manera óptima el automóvil respecto de un dispositivo de carga inalámbrico y a un automóvil - Google Patents

Procedimiento para operación de un sistema de asistencia al conductor de un automóvil para situar de manera óptima el automóvil respecto de un dispositivo de carga inalámbrico y a un automóvil Download PDF

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ES2640628T3 ES15001880.2T ES15001880T ES2640628T3 ES 2640628 T3 ES2640628 T3 ES 2640628T3 ES 15001880 T ES15001880 T ES 15001880T ES 2640628 T3 ES2640628 T3 ES 2640628T3
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Abstract

Procedimiento para operar un sistema de asistencia al conductor (7) de un automóvil (1) para situar de manera óptima el automóvil (1) respecto de un dispositivo de carga (2) inalámbrico para un acumulador de energía (6) eléctrica del automóvil (1), caracterizado por que por medio de la valoración de los datos de sensor de como minimo un sensor de radar (9) se determina una posición de como minimo un marcador de radar (10) que refleja como fuente puntual , que está situado en relación geométrica fija respecto del dispositivo de carga (2) y por tanto se determina una posición relativa del automóvil (1) respecto del dispositivo de carga (2), se determina una trayectoria (18) que conduce a una posición final óptima predeterminada del automóvil (1) con relación al dispositivo de carga (2), y se entrega a un conductor especialmente en forma de instrucciones de marcha y/o se realiza por actuaciones de marcha automáticas.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para operacion de un sistema de asistencia al conductor de un automovil para situar de manera optima el automovil respecto de un dispositivo de carga inalambrico y a un automovil
El invento se refiere a un procedimiento para operacion de un sistema de asistencia al conductor de un automovil para situar de manera optima el automovil respecto de un dispositivo de carga inalambrico para un acumulador de energfa electrica del automovil asf como a un automovil.
Ultimamente se han presentado automoviles que presentan un acumulador de energfa electrica de gran capacidad, que especialmente son empleados tambien para la alimentacion de un accionamiento electrico del automovil. Ejemplos este tipo de automoviles son automoviles electricos y automoviles hforidos. Para poder cargar el acumulador de energfa electrica, por ejemplo batenas del automovil, se propusieron entre tanto tambien dispositivos de carga en los que es posible un proceso de carga inalambrico. Para ello, habitualmente se procede de manera inductiva en donde la energfa es transmitida inalambricamente desde un primer elemento de carga del dispositivo de carga hasta un segundo elemento de carga del automovil. En el caso de los elementos de carga puede tratarse especialmente de bobinas de carga.
El documento DE 102010063665 A1 describe un procedimiento para operar un sistema de asistencia al conductor de un automovil con un procedimiento de carga inalambrico de este tipo de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
Esencial para el alto rendimiento deseado en un dispositivo de carga inalambrico como este es el posicionamiento optimo del automovil respecto del dispositivo de carga, es decir, el primer elemento de carga y el segundo elemento de carga deben estar situados de manera optima uno con respecto al otro. Entonces es necesario encontrar una posibilidad de situar el automovil con respecto al dispositivo de carga de tal manera que se consiga un rendimiento lo mas optimo posible, por ejemplo un rendimiento que sobrepasa un valor umbral. Despues de que el dispositivo de carga o como mmimo el primer elemento de carga este situado fijo sobre una superficie por la que puede circular un automovil, especialmente en una pista de rodadura, es posible por un lado que el propio conductor coloque el automovil en una posicion determinada, por ejemplo ayudado por marcadores opticos, en las que se alcance un buen rendimiento para la transmision de energfa entre los elementos de carga. Esto conlleva naturalmente algunas inexactitudes por lo que se propusieron sistemas de ayuda al conductor para apoyar al conductor al navegar respecto del dispositivo de carga o del primer elemento de carga y/o mediante acciones en la marcha colocar el automovil en posicion optima respecto del dispositivo de carga . Para ello se propuso por ejemplo, mediante sensores opticos, por ejemplo una camara, encontrar estructuras caractensticas del dispositivo de carga y/o marcadores opticos y hacerlas base de la navegacion. Sin embargo, por el contrario, esto es problematico por que en condiciones de iluminacion malas y similares la deteccion y con ello el posicionado queda perjudicado gravemente. En el caso de una colocacion defectuosa, por ejemplo, solo un solape parcial de los elementos de carga construidos como bobinas de carga, se presenta un empeoramiento del rendimiento en la transmision de energfa, o sea del proceso de carga.
Por tanto, el invento tiene como base la mision de presentar un procedimiento de posicionado mejorado, mas exacto, especialmente independiente de la iluminacion en la zona del dispositivo de carga.
Para resolver esta mision, en un procedimiento del tipo mencionado al comienzo esta previsto segun el invento que mediante la valoracion de los datos de sensor de como mmimo un sensor de radar, se determine una posicion, como minimo un marcador de radar reflectante como fuente puntual, que esta posicionado en una relacion geometrica fija respecto del dispositivo de carga, y con ello se determine una posicion del automovil respecto del dispositivo de carga , se determine una trayectoria que lleva a una posicion final optima predeterminada del automovil y se comunique a un conductor especialmente en forma de instrucciones de marcha y/o se realice mediante acciones automaticas de marcha.
Por ello se trata preferiblemente, en especial, de un dispositivo de carga con un primer elemento de carga, especialmente una bobina de carga, en donde el automovil presenta un segundo elemento de carga, especialmente una bobina de carga, que debe ser situada respecto del primer elemento de carga para obtener un rendimiento optimo de la transmision de energfa entre los elementos de carga, que especialmente sobrepase un valor umbral. Por ejemplo, se puede aspirar a conseguir un rendimiento mayor del 90%. Si se trata de bobinas de carga el procedimiento acorde con el invento debe hacer posible un solape lo mayor posible entre las bobinas de carga.
Para ello el procedimiento acorde con el invento propone utilizar un sistema radar del automovil con como mmimo un sensor de radar para determinar la posicion tridimensional de como mmimo un marcador de radar que esta posicionado con una relacion geometrica fija respecto del dispositivo de carga o del primer elemento de carga. Esto hace posible el calcular una posicion relativa tridimensional del automovil respecto del dispositivo de carga o del primer elemento de carga de tal manera que es posible el calculo de una trayectoria que lleva a una posicion adecuada para una carga optima. Para ello la posicion del marcador de radar puede ser determinada a partir de una informacion de angulo y de distancia de los datos de sensor del sensor de radar. Preferiblemente el sensor de radar presenta una disposicion antena que permite una determinacion de angulos en dos planos perpendiculares uno a
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otro adicionalmente a la distancia del marcador de radar. Con especial preferencia se utiliza un marcador de radar del que parte una fuerte reflexion sobre una superficie muy limitada, esto significa que el marcador de radar puede reflejar como si fuera una fuente puntual, lo que hace posible la determinacion especialmente exacta de la posicion relativa, si tambien el sensor de radar ofrece tambien una exactitud suficientemente alta en la medicion, sobre lo que se entrara en detalle mas tarde.
De esta manera especialmente se presenta un sistema de asistencia al conductor que mide con extraordinaria exactitud y funciona independiente de las fuentes de iluminacion para la posicion durante un proceso de carga inalambrico.
En un diseno ventajoso del presente invento puede estar previsto que como marcador de radar se utilice un reflector angular, especialmente un reflector triangular. Los reflectores angulares son bien conocidos por el estado de la tecnica y se utilizan por ejemplo en el campo de los barcos. Los reflectores angulares pueden entonces presentar un cuerpo base que presenta dos o tres superficies electricamente conductoras situadas en angulo de 90° exactos una respecto de otra, reflectando aqrn los reflectores de radar aqrn exactamente la direccion de la que proviene la radiacion de radar que llega, sin que tengan que ser orientadas perpendicularmente a la direccion de entrada. Para ello se utiliza con preferencia un reflector angular triangular, o sea un reflector angular que presenta tres superficies reflectantes en un angulo de 90° unas respecto de otras.
Para mejorar todavfa mas la determinacion de la posicion relativa puede estar previsto que se utilicen mas de un marcador de radar y/o como mmimo dos sensores de radar que cubran especialmente todo el entorno del automovil. Por ejemplo, en el automovil pueden estar previstos ocho sensores de radar que detectan todo el entorno del automovil. Sin embargo para los fines del presente invento puede ser suficiente cubrir determinadas zonas del entorno mediante los sensores de radar, segun si los dispositivos de carga se encuentran habitualmente cerca de una pared, de manera que son activados por el automovil con determinado tipo y modo. Si se utilizan varios sensores de radar con zonas de deteccion que se solapan, las posiciones de los marcadores de radar pueden estar reunidas en una posicion mas exacta.
Pero tambien la utilizacion de varios reflectores de radar es recomendable respecto a la exactitud de la determinacion de la posicion relativa del automovil y del dispositivo de carga (o del primer elemento de carga), puesto que entonces se determinan las posiciones de varios marcadores de radar de los que se conoce su relacion geometrica respecto del dispositivo de carga.
Un diseno especialmente ventajoso al utilizarse varios marcadores de radar preve que en su caractenstica de reflexion y con ello en los datos de sensor se utilizan varios marcadores de radar diferenciables. Esto significa que ya en la medicion del como mmimo un sensor de radar puede ser confirmado cuales marcadores de radar han sido detectados de manera que la asociacion se simplifica claramente. Por ejemplo, un marcador de radar puede suministrar una reflexion mas fuerte que otro marcador de radar o similar. Caractensticas de reflexion diferenciables de este tipo pueden ser entendidas tambien como codificacion dura.
El presente invento utiliza con especial preferencia el hecho de que entre tanto se han conocido sensores de radar que ofrecen una resolucion y exactitud de medida extraordinariamente altas, especialmente tambien por lo que respecta a la separacion del objeto y similares. Una diferenciacion mejorada de los objetos viene dada especialmente si se utiliza un sensor de radar con un ancho de banda de frecuencia mayor de 3 GHz. Cuanto mayor sea el ancho de banda de frecuencia tanto mas facilmente pueden ser diferenciados unos de otros los objetos sueltos reflectantes (capacidad de separacion angular y de distancia). Por ejemplo, se puede utilizar un sensor de radar que trabaja en una banda de frecuencia entre 77 hasta 81 GHz con un ancho de banda de frecuencia de 4 GHz. Como especialmente adecuado, para la utilizacion de tales anchos de banda y como poseedores de una alta relacion senal - a - ruido se han encontrado los sensores de radar basados en la tecnica de los semiconductores, que en corto tiempo han sido posibles en forma realizable, especialmente en tecnologfa CMOS.
Durante largo tiempo se demostro que la realizacion de sensores de radar basados en los semiconductores era diffcil, puesto que se necesitaban semiconductores especiales caros, especialmente GaAs. Se propusieron sensores de radar mas pequenos, cuyo extremo frontal de radar puede ser realizado en un unico chip en tecnologfa SiGe, incluso se conocieron soluciones en tecnologfa CMOS. Tales soluciones son resultado de la ampliacion de la tecnologfa CMOS sobre aplicaciones de alta frecuencia, lo que a menudo se denomina como tambien como RF- CMOS. Un chip de radar CMOS de este tipo puede ser fabricado extraordinariamente pequeno y no utiliza ningun chip de radar caro, sin embargo, ante todo en la fabricacion ofrece claras ventajas respecto otras tecnologfas con semiconductores. Una realizacion a modo de ejemplo de un transceptor de radar de 77 GHz como un chip CMOS esta descrita en el articulo de Jrl Lee et al., “Un transceptor de radar totalmente integrado FWCW de 77 GHz en tecnologfa CMOS de 65 nm” IEEE Journal of Solid State Circuits 45 (2010), Pg. 2746 - 2755.
Despues de que se propusiera esto, construir el chip y la antena en un paquete comun, es posible un sensor de radar extraordinariamente pequeno y economico, que puede cumplir claramente mejor con las exigencias constructivas de espacio y debido a los cortos caminos de la senal presenta tambien una relacion senal-ruido muy baja asf como tambien es adecuado para altas frecuencias y anchos de banda de frecuencia mayores y variables.
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Por ello, este tipo de sensores de radar de construccion pequena pueden ser utilizados para aplicaciones de corto alcance, por ejemplo en el rango de 30 cm hasta 10 m.
Tambien se propuso prever un chip transceptor CMOS de este tipo y/o un paquete con chip transceptor CMOS y antena sobre una placa conductora comun con un procesador de procesamiento digital (procesador dSp) o integrar las funciones del procesador de procesamiento de senal tambien en el chip transceptor CMOS. Tambien es posible una integracion similar para las funciones de control.
Con esto, un diseno especialmente ventajoso del presente invento preve que se utilice un sensor de radar con un chip semiconductor, especialmente un chip CMOS, mediante el que se puede construir el transceptor de radar. Como ya se ha mencionado, los chips semiconductores de este tipo, especialmente los chips CMOS, ofrecen especialmente tambien la posibilidad de alcanzar los parametros de servicio que especialmente son convenientes al procedimiento acorde con el invento, por ejemplo el alto ancho de banda de frecuencias anteriormente mencionado, sin embargo tambien una buena relacion senal-ruido y una exactitud muy alta tambien en cortas distancias, por ejemplo en el rango de 25 cm hasta 30 m. Asf por ejemplo, puede estar previsto que los sensores de radar presentan un alcance de 25 m que es suficiente para la aplicacion aqu descrita. Especialmente se prefiere si mediante el chip semiconductor pueden construirse ademas un componente digital de procesamiento de senal y/o una unidad de control del sensor de radar y/o una disposicion de antena del sensor de radar y el chip semiconductor pueden construirse como un paquete. Asf se consigue un chip de radar extraordinariamente pequeno lo que especialmente hace posible el montar chips de radar en automoviles, previstos especialmente para el procedimiento acorde con el invento, prefiriendose sin embargo si los datos de sensor del sensor de radar pueden ser ampliamente utilizados para otros sistemas de vehfculos, especialmente para sistemas de asistencia al conductor. Mediante la profunda integracion de varios componentes se reducen todavfa mas los efectos de ruido lo cual vale tambien para extender la senal, de manera que especialmente incluso en el caso de altas frecuencias es posible conseguir pequenos tiempos de ciclo, por ejemplo menores que 30 ms.
La utilizacion de sensores de radar de alta resolucion, que miden con extraordinaria exactitud tambien hace posible especialmente, si se utilizan varios marcadores de radar, colocarlos cerca unos de otros puesto que los diferentes objetos/ metas pueden ser separados suficientemente bien. Por lo que respecta a la realizacion practica del marcador de radar esto se demuestra como ventajoso puesto que entonces, en una posicion solo debe tener lugar una modificacion de la pista de rodadura.
En este punto se debe mencionar ademas que logicamente, junto a los reflectores angulares preferidos se pueden instalar tambien otros marcadores de radar, preferiblemente aquellos que se corresponden con una optica de radar o construyen una optica de radar que reflejan un rayo lo mas enfocado posible sobre una superficie plana lo mas pequena posible para construir una fuente puntual. Posibilidades alternativas de construir fuentes puntuales vienen presentadas por ejemplo por formas esfericas que ciertamente no devuelven ninguna senal de radar especialmente intensa.
Ademas de al procedimiento, el invento se refiere tambien a un automovil que como mmimo presenta un sensor de radar y un sistema de asistencia al conductor para el posicionado optimo del automovil con respecto a un dispositivo de carga inalambrico para un acumulador de energfa del automovil con un aparato de control disenado para llevar a cabo el procedimiento acorde con el invento. Todas la ejecuciones relativas al procedimiento acorde con el invento pueden ser transmitidas de manera analoga al automovil acorde con el invento, con lo que igualmente se pueden obtener las ventajas anteriormente mencionadas.
Otras ventajas y detalles del presente invento se desprenden de los ejemplos constructivos descritos a continuacion asf como basados en los dibujos. Se muestra:
Fig. 1 un automovil acorde con el invento en una situacion de marcha referida a un dispositivo de carga
inalambrico,
Fig. 2 una forma de ejecucion posible de un marcador de radar, y
Fig. 3 la construccion de un sensor de radar utilizado.
La figura 1 muestra una situacion de funcionamiento de un automovil 1 acorde con el invento el cual respecto de un dispositivo de carga 2 inalambrico, de posicion fija, concretamente un elemento de carga 4 introducido en la pista de rodadura 3, debe ser situado de tal manera que un segundo elemento de carga 5 del automovil 1 puede recibir energfa desde el primer elemento de carga 4 con el mas alto rendimiento posible. De esta manera se puede cargar un acumulador de energfa 6 electrica del automovil 1. En el caso actual, los elementos de carga 4, 5 son preferentemente bobinas de carga.
Para situar de manera ideal el segundo elemento de carga 5 respecto del primer elemento de carga 4, especialmente con un solape necesario para conseguir un rendimiento minimo deseado, en el automovil 1 esta previsto un sistema de automovil 7 con un aparato de control 8, que esta disenado para llevar a cabo el procedimiento acorde con el invento. Esto significa que el sistema de ayuda al conductor 7 esta construido para situar el automovil 1 con relacion al dispositivo de carga 2 inalambrico y para ello utiliza datos de sensor de sensores
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de radar 9 que preferentemente estan instalados en la zona delantera del automovil. Mediante los sensores de radar 9 es posible determinar las posiciones de los marcadores de radar 10 que estan colocados en la pista de rodadura 3 en una relacion posicional conocida respecto del primer elemento de carga 4. Los marcadores de radar representan tambien elementos adicionales que hacen posible determinar con gran exactitud posiciones que hacen posible determinar una posicion relativa del automovil 1 respecto del primer elemento de carga 4, lo que tambien se realiza mediante el aparato de control 8. La extraordinaria resolucion posicional se consigue entonces tambien por el diseno de los sensores de radar 9 que presentan una disposicion de antena que permiten una medida de angulos en dos planos perpendiculares uno a otro y con ello la posicion tridimensional de los marcadores de radar 10 si tambien se tiene en cuenta la separacion, que sera medida. Para aumentar la capacidad de separacion entre los diferentes objetos aqrn se da un ancho de banda de frecuencia de 4 GHz, lo que por lo demas tambien hace posible colocar muy cerca uno de otro a los marcadores de radar 10 mostrados en la figura 1 por encima del primer elemento de carga 4, especialmente como una unidad constructiva unica. Otras mejoras en la exactitud se obtienen porque, como se describira a continuacion con mas detalle, todo el extremo frontal de radar esta realizado como un paquete con la disposicion de antena y un semiconductor.
Los marcadores de radar 10 se diferencian en su caractenstica de reflexion, por ejemplo en la intensidad de reflexion, de manera que estan codificados en duro y son facilmente diferenciables en los datos de sensor de los sensores de radar 9.
La figura 2 muestra con mas detalle un marcador de radar 10 de este tipo que esta realizado preferentemente como un reflector angular 11 tridimensional. Este presenta, como se conoce basicamente, tres superficies de reflexion 12 que estan en un angulo de 90° una respecto a cada otra. Mediante el reflector angular 11 se pueden reflejar las senales de radar entrantes exactamente en la direccion desde la que han llegado. Puesto que segun esto el marcador de radar 10 se conserva muy pequeno, finalmente refleja como una fuente puntual, lo que hay que igualmente es conveniente para la exactitud de la determinacion de posicion.
La figura 3 muestra un posible diseno de los sensores de radar 9 que preferiblemente estan construidos como un paquete 13, el cual, junto con la disposicion de antena no mostrada aqrn por motivos de claridad, comprende un chip semiconductor 14, aqrn un chip CMOS . Mediante el chip CMOS se construyen un transceptor de radar 15, un componente digital 16 de procesamiento de senal (DSP) y una unidad de control 17. Mediante esta solucion altamente integrada se consigue obtener altos tiempos de ciclo y altas relaciones senal - ruido.
Si sobre la base de los datos de sensor de los sensores de radar 9 se ha determinado la posicion del marcador de radar 10, es posible determinar , como ya se presento anteriormente, la posicion relativa del automovil 1 respecto del dispositivo de carga 2, en concreto del primer elemento de carga 4 respecto del segundo elemento de carga 5. Nuevamente esto hace posible determinar una trayectoria 18 que mediante un retroceso del automovil 1 construya la posicion optima de los elemento de carga 4, 5 entre sf Esta trayectoria 18 puede ser realizada inmediatamente mediante ordenes de marcha que exige el aparato de control 8 y/o pueden ser comunicadas al conductor en forma de instrucciones de marcha.

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para operar un sistema de asistencia al conductor (7) de un automovil (1) para situar de manera optima el automovil (1) respecto de un dispositivo de carga (2) inalambrico para un acumulador de ene^a (6) electrica del automovil (1), caracterizado por que por medio de la valoracion de los datos de sensor de como minimo un sensor de radar (9) se determina una posicion de como minimo un marcador de radar (10) que refleja como fuente puntual , que esta situado en relacion geometrica fija respecto del dispositivo de carga (2) y por tanto se determina una posicion relativa del automovil (1) respecto del dispositivo de carga (2), se determina una trayectoria (18) que conduce a una posicion final optima predeterminada del automovil (1) con relacion al dispositivo de carga (2), y se entrega a un conductor especialmente en forma de instrucciones de marcha y/o se realiza por actuaciones de marcha automaticas.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que como marcador de radar (10) se utiliza un reflector angular (11) especialmente un reflector angular (11) triangular.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que se utilizan mas de un marcadores de radar (10) y/o como minimo dos sensores de radar (9), que especialmente cubren todo el entorno del automovil (1).
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que en su caractenstica de reflexion y con ello en los datos de sensor se utilizan marcadores de radar (10) diferenciables.
  5. 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el sensor de radar (9) se utiliza con un ancho de banda de frecuencia de mas de 3 GHz.
  6. 6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes caracterizado por que se utiliza un sensor de radar (9) con un chip semiconductor (14), especialmente un chip CMOS, mediante el que se realiza el transceptor de radar (15).
  7. 7. Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado por que mediante el chip semiconductor (14) se realizan ademas un componente digital de procesamiento de senal (16) y/o una unidad de control (17) del sensor de radar (9) y/o se realizan como un paquete (13) una disposicion de antena del sensor de radar (9) y el chip semiconductor (10).
  8. 8. Automovil (1) que presenta como minimo un sensor de radar (3) y un sistema de asistencia al conductor (7) para situar optimamente el automovil (1) respecto de un dispositivo de carga (2) inalambrico para un acumulador de energfa (6) del automovil (1), con un aparato de control (8) construido para la realizacion de un procedimiento acorde con una de las reivindicaciones precedentes.
ES15001880.2T 2014-07-12 2015-06-25 Procedimiento para operación de un sistema de asistencia al conductor de un automóvil para situar de manera óptima el automóvil respecto de un dispositivo de carga inalámbrico y a un automóvil Active ES2640628T3 (es)

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