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Die Erfindung betrifft das induktive Laden einer aufladbaren Batterie eines Fahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Positionierung eines Fahrzeugs über einer Primärspule zum induktiven Laden der aufladbaren Batterie des Fahrzeugs.
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Fahrzeuge, insbesondere Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, umfassen aufladbare Batterien zur Speicherung elektrischer Energie. Die aufladbare Batterie eines Fahrzeugs kann z. B. durch Anschluss an eine Fahrzeug-externe Stromquelle (z. B. durch Anschluss an ein öffentliches Stromnetz) aufgeladen werden. Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden der Batterie des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über magnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit die elektrische Energie zu der Batterie übertragen wird. Dies ist beispielhaft in 1a dargestellt. Insbesondere zeigt 1a ein Fahrzeug 100 mit einem Speicher 103 für elektrische Energie (z. B. mit einer aufladbaren Batterie 103). Das Fahrzeug 100 umfasst eine sogenannte Sekundärspule 102 im Fahrzeug-Unterboden, wobei die Sekundärspule 102 über eine nicht gezeigt Impedanzanpassung und einen Gleichrichter 101 mit dem Speicher 103 verbunden ist.
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Die Sekundärspule 102 kann über einer Primärspule 111 positioniert werden, wobei die Primärspule 111 z. B. auf dem Boden einer Garage angebracht ist. Die Primärspule 111 ist mit einer Stromversorgung 110 verbunden. Die Stromversorgung 110 kann einen Radio-Frequenz-Generator umfassen, der einen AC (Alternating Current) Strom in der Primärspule 111 erzeugt, wodurch ein magnetisches Feld induziert wird. Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 102 über die Unterbodenfreiheit 120 wird durch das magnetische Feld ein entsprechender Strom in der Sekundärspule 102 induziert. Der induzierte Strom in der Sekundärspule 102 wird durch den Gleichrichter 101 gleichgerichtet und im Speicher 103 (z. B. in der Batterie) gespeichert. So kann elektrische Energie kabellos von der Stromversorgung 110 zum Energie-Speicher 103 des Fahrzeugs 100 übertragen werden.
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Um eine ausreichende magnetische Kopplung zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 102 zu erreichen, sollte die Sekundärspule 102 des Fahrzeugs 100 mit einer gewissen Präzision (typischerweise ±10 cm) über der Primärspule 111 (welche auch als Bodeneinheit bezeichnet wird) positioniert werden. Das vorliegende Dokument beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, die einen Fahrer des Fahrzeugs 100 bei der Positionierung der Sekundärspule 102 über der Primärspule 111 unterstützen. Eine Unterstützung bei der Positionierung ist insbesondere daher wichtig, da der Fahrer die Bodeneinheit 111 in der letzten Phase der Positionierung des Fahrzeugs 100 nicht sieht, weil sich die Bodeneinheit 111 dann unter dem Fahrzeug 100 befindet.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Steuereinheit für ein Fahrzeug beschrieben. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein zweispuriges Fahrzeug, wie z. B. ein Personenkraftfahrzeug, ein Straßenfahrzeug und/oder ein Automobil handeln. Das Fahrzeug umfasst eine Sekundärspule zur Aufnahme von elektrischer Energie von einer Fahrzeug-externen Primärspule. Typischerweise ist die Sekundärspule an einem Unterboden des Fahrzeugs angebracht. Die Fahrzeug-externe Primärspule ist z. B. auf dem Boden eines Stellplatzes für das Fahrzeug angebracht. Die Primärspule und die Sekundärspule können einen Transformator bilden, wenn zwischen der Primärspule und der Sekundärspule eine magnetische Kopplung vorliegt. Um eine ausreichende Übertragung von elektrischer Energie von der Primärspule zu der Sekundärspule zu gewährleisten, sollte der Abstand zwischen der Sekundärspule und der Primärspule (insbesondere der laterale Abstand) einen vordefinierten Schwellwert erreichen oder unterschreiten. Bei dem Abstand kann es sich z. B. um den geometrischen Abstand zwischen ein oder mehreren vordefinierten Punkten der Primärspule und ein oder mehreren vordefinierten Punkten der Sekundärspule handeln.
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Das Fahrzeug umfasst mindestens eine Kamera, die eingerichtet ist, eine Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Bei der mindestens einen Kamera kann es sich z. B. um eine Frontkamera handeln, die eingerichtet ist, eine Umgebung vor dem Fahrzeug zu erfassen, und/oder um eine Rückkamera handeln, die eingerichtet ist, eine Umgebung hinter dem Fahrzeug zu erfassen. Insbesondere kann die mindestens eine Kamera eine Umgebung in Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu erfassen (z. B. eine Frontkamera bei Vorwärtsbewegung und/oder eine Rückfahrkamera bei Rückwärtsfahrt). Es können auch eine Vielzahl von Kameras verwendet werden, um die Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Desweiteren kann das Fahrzeug noch weitere Umgebungssensoren umfassen, wie z. B. Ultraschallsensoren, die dazu verwendet werden können, einen Abstand zu bestimmten Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs zu ermitteln.
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Die Steuereinheit ist eingerichtet, Bild-Daten von der mindestens einen Kamera des Fahrzeugs zu empfangen. Bei den Bild-Daten kann es sich z. B. um ein Bild der von der Kamera erfassten Umgebung des Fahrzeugs zu einem bestimmten Zeitpunkt und/oder um eine Sequenz von Bildern zu einer Sequenz von Zeitpunkten handeln. Die Steuereinheit ist weiter eingerichtet, auf Basis der empfangenen Bild-Daten, die Fahrzeug-externe Primärspule in der erfassten Umgebung des Fahrzeugs zu detektieren. Dazu kann die Steuereinheit Bildanalyse-Verfahren verwenden. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, auf Basis der empfangenen Bild-Daten an einem ersten Zeitpunkt, ein oder mehrere Spulen-Referenzpunkte der Primärspule zu detektieren. Bei den Spulen-Referenzpunkten kann es sich z. B. um Eckpunkte und/oder Kanten der Primärspule handeln. Alternativ oder ergänzend kann es sich bei den Spulen-Referenzpunkten um vordefinierte Merkmale (z. B. Muster) auf der Primärspule handeln. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, auf Basis der ein oder mehreren detektierten Spulen-Referenzpunkte, eine Position der Primärspule relativ zu der Sekundärspule des Fahrzeugs an dem ersten Zeitpunkt zu ermitteln. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Bild-Daten mehrerer Kameras des Fahrzeugs (z. B. Stereovision) und/oder die Daten zusätzlicher Entfernungssensoren (z. B. Ultraschallsensoren) verwendet werden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, Informationen bzgl. der detektierten Primärspule für eine Positionierung der Sekundärspule relativ zu der Primärspule bereitzustellen. Beispielsweise können die Informationen bzgl. der detektierten Primärspule auf einem Bildschirm des Fahrzeugs angezeigt werden, und so einen Fahrer des Fahrzeugs bei der Positionierung des Fahrzeugs unterstützen. Alternativ oder ergänzend können die Informationen bzgl. der detektierten Primärspule einer Einparkassistenzfunktion des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Die Steuereinheit kann dann eingerichtet sein, die Einparkassistenzfunktion des Fahrzeugs zu veranlassen, das Fahrzeug derart zu bewegen, dass der Abstand zwischen der Sekundärspule und der detektieren Primärspule den vordefinierten Schwellwert erreicht oder unterschreitet (um eine ausreichend große magnetische Kopplung zu erreichen).
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Folglich ermöglicht die Verwendung mindestens einer Kamera des Fahrzeugs eine präzise Positionierung des Fahrzeugs über einer Primärspule. Die mindestens eine Kamera des Fahrzeugs ist typischerweise bereits für andere Fahrerassistenzsysteme (z. B. Einparkhilfe) im Fahrzeug verbaut, so dass die Verwendung der mindestens einen Kamera des Fahrzeugs eine kostengünstige Lösung zur Positionierung des Fahrzeugs ermöglicht.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, eine bildliche Darstellung der Umgebung des Fahrzeugs mit der detektieren Primärspule zu generieren. Dabei ist bevorzugt in der bildlichen Darstellung die detektierte Primärspule gegenüber der Umgebung des Fahrzeugs graphisch hervorgehoben ist, so dass die detektierte Primärspule eindeutig erkennbar ist (z. B. durch hervorgehobene Konturen). Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, zu veranlassen, dass die bildliche Darstellung auf einem Bildschirm des Fahrzeugs (z. B. auf einem zentralen Display, z. B. an der Mittelkonsole, des Fahrzeugs) ausgegeben wird.
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Die bildliche Darstellung kann eine „Top View” Ansicht des Fahrzeugs und der Umgebung des Fahrzeugs mit der detektierten Primärspule umfassen. Desweiteren kann die bildliche Darstellung eine symbolische Darstellung der Sekundärspule im Fahrzeug umfassen. Dies ermöglicht es einem Fahrer gleichzeitig die Position der Sekundärspule und die Position der Primärspule zu sehen. Dadurch wird der Fahrer dabei unterstützt, den Abstand zwischen der Sekundärspule und der Primärspule zu reduzieren. Alternativ oder ergänzend kann die bildliche Darstellung eine „Rear View” Ansicht des Fahrzeugs (von einer Rückkamera) oder eine „Front View” Ansicht des Fahrzeugs (von einer Frontkamera) umfassen. Insbesondere können Bilder in einer künstlichen Apertur zusammengefasst werden. Dabei können Bilder von verschiedenen Kameras mit unterschiedlichem Blickwinkel/Position und/oder Bilder einer Kamera über die Zeit berücksichtigt werden. Diese Vielzahl von Bildern können zu einem neuen Bild synthetisiert werden, wobei das neue Bild die Umgebung des Fahrzeugs mit der detektierten Primärspule aus einem neuen Blickwinkel darstellt.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die symbolische Darstellung der Sekundärspule gesondert hervorzuheben, wenn der Abstand zwischen der Sekundärspule und der Primärspule den vordefinierten Schwellwert erreicht oder unterschreitet. Dadurch kann dem Fahrer angezeigt werden, dass das Fahrzeug derart positioniert ist, dass eine ausreichende magnetische Kopplung zwischen Primärspule und Sekundärspule vorliegt.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, auf Basis der empfangenen Bild-Daten an dem o. g. ersten Zeitpunkt, ein oder mehrere Objekt-Referenzpunkte von ein oder mehreren Referenzobjekten in der Umgebung des Fahrzeugs zu detektieren.
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Bei den ein oder mehreren Referenzobjekten handelt es sich typischerweise um Objekte in der Umgebung der Primärspule, d. h. um andere Objekte als die Primärspule. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, auf Basis der ein oder mehreren Objekt-Referenzpunkte und auf Basis der ein oder mehreren Spulen-Referenzpunkte, eine Referenz-Position der Primärspule relativ zu den ein oder mehreren Referenzobjekten zu ermitteln. Zur Positionsermittlung können z. B. auch die Daten mehrere Kameras (Stereovision) und/oder die Daten von Entfernungssensoren verwendet werden.
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Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, auf Basis der empfangenen Bild-Daten an einem zweiten Zeitpunkt, eine veränderte Position der ein oder mehreren Objekt-Referenzpunkte zu ermitteln. Der zweite Zeitpunkt liegt dabei typischerweise nach dem ersten Zeitpunkt. Darüber hinaus kann die Steuereinheit eingerichtet sein, auf Basis der veränderten Position der ein oder mehreren Objekt-Referenzpunkte und auf Basis der Referenz-Position der Primärspule, eine Position der Primärspule relativ zu der Sekundärspule des Fahrzeugs an dem zweiten Zeitpunkt zu ermitteln. Somit kann anhand der detektieren Objekt-Referenzpunkte die Position der Primärspule ermittelt werden, auch wenn die Primärspule nicht mehr von der mindestens einen Kamera des Fahrzeugs erfasst werden kann (z. B. wenn die Primärspule unterhalb des Fahrzeugs liegt). Dadurch wird eine kontinuierliche Unterstützung bei der Positionierung des Fahrzeugs im Fern- und im Nahbereich ermöglicht.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, Informationen bzgl. eines Radeinschlags und bzgl. einer Raddrehzahl des Fahrzeugs zu empfangen. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, auf Basis der empfangenen Informationen bzgl. des Radeinschlags und bzgl. der Raddrehzahl, eine Bewegung des Fahrzeugs relativ zu der Primärspule zu ermitteln. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Informationen bzgl. des Radeinschlags und bzgl. der Raddrehzahl des Fahrzeugs und die ermittelte Position der Objekt-Referenzpunkte zur Nachverfolgung der Position der Primärspule relativ zu der Sekundärspule des Fahrzeugs zu verwenden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, eine Soll-Trajektorie des Fahrzeugs zu ermitteln, die es ermöglicht, den Abstand zwischen der Sekundärspule und der Primärspule derart zu reduzieren, dass der Abstand den vordefinierten Schwellwert erreicht oder unterschreitet. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, auf Basis der empfangenen Informationen bzgl. des Radeinschlags, eine Ist-Trajektorie des Fahrzeugs zu ermitteln. Eine graphische Darstellung der Soll-Trajektorie und der Ist-Trajektorie kann auf dem Bildschirm des Fahrzeugs (z. B. zusammen mit der bildlichen Darstellung der Umgebung des Fahrzeugs) ausgegeben werden. Dadurch wird dem Fahrer des Fahrzeugs angezeigt, wie er das Fahrzeug richtig über der Primärspule positionieren kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein zweispuriges Fahrzeug, z. B. ein PKW) beschrieben. Das Fahrzeug umfasst eine Sekundärspule zur Aufnahme von elektrischer Energie von einer Fahrzeug-externen Primärspule. Desweiteren umfasst das Fahrzeug mindestens eine Kamera, die eingerichtet ist, eine Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Außerdem umfasst das Fahrzeug die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit, die eingerichtet ist, anhand von Bild-Daten und vordefinierten Referenzdaten, den Positionierungsprozess der Sekundärspule über der Primärspule zu unterstützen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Unterstützung der Positionierung einer Sekundärspule eines Fahrzeugs relativ zu einer Fahrzeugexternen Primärspule beschrieben. Das Verfahren umfasst, das Empfangen von Bild-Daten von mindestens einer Kamera des Fahrzeugs, wobei die mindestens eine Kamera eingerichtet ist, eine Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Desweiteren umfasst das Verfahren, das Detektieren der Fahrzeug-externen Primärspule in der erfassten Umgebung des Fahrzeugs auf Basis der empfangenen Bild-Daten. Darüber hinaus umfasst das Verfahren das Bereitstellen von Informationen bzgl. der detektierten Primärspule für die Positionierung der Sekundärspule relativ zu der Primärspule.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt
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1a ein beispielhaftes Fahrzeug, das eine Sekundärspule für induktives Laden einer Fahrzeugbatterie umfasst;
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1b ein beispielhaftes Fahrzeug mit zusätzlichen Umgebungssensoren;
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2a eine anhand von Umgebungssensoren des Fahrzeugs erzeugte beispielhafte „Top-View” Darstellung der Umgebung des Fahrzeugs;
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2b eine von einer Rückfahr-Kamera des Fahrzeugs erzeugte Darstellung der rückseitigen Umgebung des Fahrzeugs;
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3 einen beispielhaften – durch die Umgebungssensoren des Fahrzeugs unterstützten – Positionierungsvorgang der Sekundärspule des Fahrzeugs über einer Primärspule;
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4a beispielhafte Merkmale und Referenzpunkte in der Umgebung des Fahrzeugs, welche zur Positionierung des Fahrzeugs herangezogen werden können;
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4b die Verwendung von vordefinierten Markierungen bei der Positionierung des Fahrzeugs;
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5a und 5b jeweils eine beispielhafte Darstellung einer Fahrzeug-Trajektorie zur Unterstützung des Fahrers bei der Positionierung des Fahrzeugs; und
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6 die beispielhafte Darstellung der Primärspule auf einem Bildschirm des Fahrzeugs zur Unterstützung des Fahrers bei der Positionierung des Fahrzeugs.
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Wie bereits eingangs dargelegt, erfordert das induktive Laden einer Fahrzeugbatterie 103 eine relativ präzise Positionierung der Sekundärspule 102 des Fahrzeugs 100 über der Primärspule 111. Zur Unterstützung des Fahrers bei der Positionierung können zusätzliche Fahrzeug-externe Einheiten verwendet werden, die im Umfeld des Abstellplatzes gesondert installiert werden müssen. Bei den Fahrzeug-externe Einheiten kann es sich z. B. um Kameras, optische Positionier-Hilfen, mechanische Schwellen, Sensoren, etc. handeln. Außerdem können zusätzliche Sensoren und/oder Sendeeinheiten in den vorhandenen Komponenten wie z. B. in der Bodeneinheit 111 und in dem Fahrzeug 100 verwendet werden, um den Fahrer bei der Positionierung zu unterstützen. Die Verwendung von Fahrzeug-externen Einheiten und/oder die Verwendung von zusätzlichen Sensoren/Sendeeinheiten erhöhen jedoch die Kosten für ein induktives Ladesystem. Desweiteren wird bei einigen Systemen erst im unmittelbaren Nahbereich eine Unterstützung zur Positionierung dargestellt. Das führt dazu, dass der Fahrer eine grobe Positionierung des Fahrzeugs weitestgehend ohne Unterstützung durchführen muss.
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In diesem Dokument wird ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Unterstützung des Fahrers bei der Positionierung der Sekundärspule 102 eines Fahrzeugs 100 über einer Primärspule 111 beschrieben. Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung ermöglichen eine durchgängige und kostengünstige Unterstützung des Positionierungsvorgangs.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, ein oder mehrere der in einem Fahrzeug 100 verbauten Umgebungssensoren (z. B. Kameras und/oder Ultraschallsensoren) zur Unterstützung der Positionierung zu verwenden. 1b zeigt ein Fahrzeug 100, welches zusätzlich zu der Sekundärspule 102 Umgebungssensoren 131, 132 umfasst. Insbesondere umfasst das Fahrzeug 100 ein oder mehrere Kameras 131, die eingerichtet sind, optische Bilder der Umgebung des Fahrzeugs 100 zu erfassen. Insbesondere kann das Fahrzeug 100 ein oder mehrere Frontkameras 131, ein oder mehrere Seitenkameras 131 und/oder ein oder mehrere Rückkameras 131 umfassen. Desweiteren kann das Fahrzeug 100 Ultraschallsensoren 132 umfassen, die z. B. zur Ermittlung von Abständen zu Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs verwendet werden können. Derartige Umgebungssensoren 131, 132 werden bereits heute für diverse Fahrerassistenzsysteme (z. B. für Einparkfunktionen) verwendet und sind daher bereits in vielen Fahrzeugen vorhanden.
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Anhand der Umgebungssensoren 131, 132 (insbesondere anhand von ein oder mehreren Kameras 131) können durch eine Steuereinheit 133 des Fahrzeugs 100 bildliche Darstellungen der Umgebung des Fahrzeugs 100 erzeugt werden, die dem Fahrer bei der Positionierung des Fahrzeugs 100 auf einem Bildschirm 134 des Fahrzeugs 100 angezeigt werden können, und so den Fahrer bei der Positionierung des Fahrzeugs 100 unterstützen. Insbesondere kann eine Rundumsicht des Fahrzeugs 100 (z. B. eine sogenannte „Top View” Darstellung des Fahrzeugs 100) erzeugt werden. Eine beispielhafte „Top View” Darstellung ist in 2a gezeigt. Die „Top View” Darstellung kann auf einem Bildschirm 134 des Fahrzeugs 100 (z. B. in einer sogenannten Head Unit) dargestellt werden. In der „Top View” Darstellung kann das Fahrzeug 100 selbst dargestellt sein. Außerdem kann die Position der Sekundärspule 102 im Fahrzeug 100 angezeigt werden. Außerdem kann aus den Daten der Umgebungssensoren 131, 132 eine bildliche Darstellung der Umgebung des Fahrzeugs 100 (z. B. der rückwärtigen Umgebung des Fahrzeugs 100) erzeugt werden. In dem in 2a dargestellten Beispiel zeigt die „Top View” Darstellung z. B. die Bodeneinheit 111, sowie die Abgrenzung 201 einer Parkbucht und eine Säule 202 an. Die „Top View” Darstellung stellt typischerweise ein entzerrtes Bild in kartesischen (x-y) Koordinaten dar.
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Alternativ oder ergänzend zur synthetisch erzeugten „Top View” Darstellung kann auch direkt das Bild einer Kamera 131 des Fahrzeugs (z. B. einer rückwärtigen Kamera 131) verwendet werden. Ein beispielhaftes schematisches Bild einer Kamera 131 ist in 2b dargestellt. Das Bild einer Kamera 131 (insbesondere einer „Surround-Kamera”) ist typischerweise verzerrt, so dass die Umgebung des Fahrzeugs 100 in Kamera-Koordinaten dargestellt wird, die nicht den kartesischen (x-y) Koordinaten der Umgebung des Fahrzeugs 100 entsprechen. Dennoch können auch auf dem Kamerabild die Bodeneinheit 111, die Abgrenzung 201 der Parkbucht 201 und die Säule 202 erkannt werden.
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3 zeigt einen beispielhaften Positionierungsvorgang, bei dem das Fahrzeug 100 rückwärts in eine Parkbucht mit einer Bodeneinheit 111 eingeparkt wird. Während des Positionierungsvorgangs kann eine aus den Umgebungssensoren 131, 132 erzeugte „Top View Darstellung” auf einem Bildschirm 134 des Fahrzeugs 100 dargestellt werden. Dadurch kann der Fahrer bei der Positionierung des Fahrzeugs 100 unterstützt werden. Insbesondere kann die Steuereinheit 133 eingerichtet sein, die Bodeneinheit 111 anhand der Daten von den Umgebungssensoren 131, 132 zu erkennen und die Bodeneinheit 111 auf der bildlichen Darstellung anzuzeigen, auch wenn die Bodeneinheit 111 bereits von dem Fahrzeug 100 verdeckt ist. Dadurch wird der Fahrer in durchgängiger Weise bei der Positionierung des Fahrzeugs 100 unterstützt.
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Die Steuereinheit 133 kann folglich eingerichtet sein, die Bodeneinheit 111 auf Basis der Daten der Umgebungssensoren 131, 132 (insbesondere auf Basis der Bilder der ein oder mehreren Kameras 131) zu erkennen (z. B. unter Verwendung von Bildverarbeitungs-Algorithmen). Zur Unterstützung der automatischen Erkennung der Bodeneinheit 111 kann die Bodeneinheit 111 spezifische optische Merkmale und/oder Referenzpunkte umfassen, die durch die Steuereinheit erkannt werden können. Wie in 4a dargestellt, können z. B. die Ecken 401 der Bodeneinheit 111 als Referenzpunkte ermittelt werden. Desweiteren können die Kanten der Bodeneinheit 111 als Referenzpunkte erkannt werden. Daraus lassen sich z. B. die Abmessungen der Bodeneinheit 111 bestimmen. Alternativ oder ergänzend können auch andere optische Merkmale oder Referenzpunkte (z. B. eine in 4b dargestellte Markierung 411) zur Erkennung der Bodeneinheit 111 verwendet werden.
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Außerdem können nicht-optische Merkmale (z. B. das Erkennen, dass sich das Fahrzeug 100 im Empfangsbereich der WLAN-Kommunikation der Bodeneinheit 111 befindet) verwendet werden, um die Position der Bodeneinheit 111 in der Umgebung des Fahrzeugs 100 zu erkennen.
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Desweiteren kann die Steuereinheit 133 eingerichtet sein, weitere Referenzpunkte 402, 403 der Umgebung des Fahrzeugs 100 zu erkennen. Die Referenzpunkte 402, 403 können sich auf dem Boden (d. h. in der Grundebene z = 0) befinden. Alternativ oder ergänzend können auch Referenzpunkte 402, 403 oberhalb bzw. unterhalb der Grundebene (z <> 0) verwendet werden. In dem in 4a dargestellten Beispiel werden Eckpunkte 402 und/oder Kanten der Abgrenzung 201 der Parkbucht erkannt, in der sich die Bodeneinheit 111 befindet. Desweiteren kann z. B. ein Eckpunkt der Säule 202 erkannt werden. Die Steuereinheit 133 kann eingerichtet sein, die Position der Bodeneinheit 111 relativ zu den weiteren Referenzpunkten 402, 403 zu bestimmen. Somit können die weiteren Referenzpunkte 402, 403 dazu verwendet werden, die Sekundärspule 102 des Fahrzeugs 100 über der Bodeneinheit 111 zu positionieren, auch wenn die Bodeneinheit 111 nicht mehr von den Umgebungssensoren 131, 132 erfasst wird (z. B. weil sich die Bodeneinheit 111 bereits unter dem Fahrzeug 100 befindet).
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Die Steuereinheit 133 kann eingerichtet sein, anhand der ermittelten Referenzpunkte 401, 402, 403 die Position des Fahrzeugs 100 relativ zur Bodeneinheit 111 zu bestimmen. Desweiteren kann die Steuereinheit 133 eingerichtet sein, die Relativ-Bewegung des Fahrzeugs 100 (relativ zur Bodeneinheit 111) zu bestimmen. Die Relativ-Bewegung des Fahrzeugs 100 kann über die Bewegung der in den Bildern erkannten Objekte 111, 201, 202 und Referenzpunkte 401, 402, 403 ermittelt werden. Mit anderen Worten die zeitliche Entwicklung der erfassten Daten der Umgebungssensoren 131, 132 (z. B. eine zeitliche Sequenz von Bildern) kann dazu verwendet werden, die Bewegung bestimmter Objekte 111, 201, 202 und/oder bestimmter Referenzpunkte 401, 402, 403 zu ermitteln. Desweiteren kann der Lenkwinkel des Fahrzeugs 100 und/oder die Drehbewegung der Räder des Fahrzeugs 100 ermittelt werden. Die Steuereinheit 133 kann eingerichtet sein, aus diesen Informationen die Relativ-Bewegung des Fahrzeugs 100 zu ermitteln. Insbesondere kann die Steuereinheit 133 eingerichtet sein, die Position des Fahrzeugs 100 relativ zur Bodeneinheit 111 zu verfolgen (auch wenn die Bodeneinheit 111) nicht mehr von den Umgebungssensoren 131, 132 erfasst werden kann.
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Beispielsweise kann die Steuereinheit 133 eingerichtet sein, zu Beginn des Positionierungsvorgangs (siehe z. B. linkes Bild in 3) eine bildliche Darstellung (z. B. als „Top View” Darstellung) der Ladestation (und insbesondere der Bodeneinheit 111) zu erfassen und abzuspeichern. Im weiteren Verlauf des Positionierungsvorgangs kann die Steuereinheit 133 eingerichtet sein, die Position des Fahrzeugs 100 relativ zu der Ladestation (insbesondere relativ zu der Bodeneinheit 111) zu aktualisieren. Auch wenn bestimmte Teile der Ladestation (insbesondere die Bodeneinheit 111) nicht mehr von den Umgebungssensoren 131, 132 des Fahrzeugs 100 erfasst werden können (z. B. weil sie verdeckt sind), so können diese Teile (insbesondere die Bodeneinheit 111) dennoch weiterhin auf Basis der gespeicherten bildlichen Darstellung der Ladestation angezeigt werden (wie in den Bildern von 3 dargestellt). Dadurch wird es dem Fahrer erleichtert, die Sekundärspule 102 des Fahrzeugs 100 über der Bodeneinheit 111 zu positionieren.
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Wie bereits dargelegt stehen im Nahbereich, wenn sich das Fahrzeug 100 über der Bodeneinheit 111 befindet, zur Abstandsmessung zwischen Bodeneinheit 111 und Sekundärspule 102 typischerweise nur noch die weiteren Referenzpunkte 402, 403 und die Umgebungssensoren 131, 132 zur Verfügung. Aus diesem Grund ist die Steuereinheit 133 typischerweise eingerichtet, zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs 100 die gesamte Annäherungstrajektorie zu verfolgen. Insbesondere ist die Steuereinheit 133 typischerweise eingerichtet, eine Ausgangsposition des Fahrzeugs 100 relativ zur Bodeneinheit 111 bereits dann zu bestimmen, wenn die Bodeneinheit 111 noch von den Umgebungssensoren 131, 132 erfasst werden kann. Desweiteren kann die Steuereinheit 133 eingerichtet sein, die Position des Fahrzeugs 100 ausgehend von der Ausgangsposition kontinuierlich zu aktualisieren. Die Aktualisierung kann auf Basis der ermittelten Bewegung der weiteren Referenzpunkte 402, 403 und/oder der weiteren Objekte 201, 202, sowie auf Basis von Fahrzeug-internen Informationen (wie z. B. Lenkwinkel und/oder Raddrehbewegung) erfolgen. Dadurch ist es möglich, das Fahrzeug 100 präzise über der Bodeneinheit 111 zu positionieren, auch wenn die Bodeneinheit 111 nicht mehr von den Umgebungssensoren 131, 132 erfasst werden kann.
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Desweiteren kann im unmittelbaren Nahbereich der Bodeneinheit 111 ein Qualitätsindikator der magnetischen Kopplung der Primärspule 111 und der Sekundärspule 102 zur Überprüfung der Endposition herangezogen werden.
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Die Steuereinheit 133 kann eingerichtet sein, ausgehend von einer aktuellen Position des Fahrzeugs 100 eine Soll-Trajektorie 501 des Fahrzeugs 100 zu ermitteln (siehe 5a und 5b). Die Soll-Trajektorie 501 kann dem Fahrer auf dem Bildschirm 134 (in Zusammenhang mit der bildlichen Darstellung der Umgebung des Fahrzeugs) angezeigt werden. Die Soll-Trajektorie 501 gibt an, mit welchem Positionierungsvorgang das Fahrzeug 100 möglichst präzise über der Bodeneinheit 111 positioniert werden kann. Desweiteren kann die Steuereinheit 133 eingerichtet sein, auf Basis des aktuellen Lenkwinkels eine Ist-Trajektorie 502 des Fahrzeugs 100 zu ermitteln und auf dem Bildschirm 134 anzuzeigen. Dadurch wird des dem Fahrer ermöglicht, die Ist-Trajektorie 502 (insbesondere den Lenkwinkel) derart anzupassen, dass sich die Ist-Trajektorie 502 der Soll-Trajektorie 501 annähert. Somit wird der Fahrer bei der Positionierung des Fahrzeugs 100 unterstützt.
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6 zeigt eine weitere Möglichkeit, mit der der Fahrer bei einem Positionierungsvorgang unterstützt werden kann. Wie bereits oben dargelegt, können sowohl die Position der Sekundärspule 102 des Fahrzeugs 100 als auch die Position der Bodeneinheit 111 kontinuierlich durch Symbole 601, 602 auf dem Bildschirm 134 angezeigt werden, auch wenn die Bodeneinheit 111 nicht mehr von den Umgebungssensoren 131, 132 erfasst wird. Das ermöglicht es, dem Fahrer die angezeigten Symbole 601, 602 in Deckung zu bringen, und so die Sekundärspule 102 präzise über der Primärspule 111 zu positionieren. Die angezeigten Symbole 601, 602 können in Abhängigkeit von der Qualität der Positionierung verändert werden, um den Fahrer über den Fortschritt der Positionierung zu informieren. Beispielsweise kann die Farbe der Symbole 601, 602 verändert werden (z. B. grün, gelb, rot), um die Qualität der Positionierung darzustellen. In dem in 6 dargestellten Beispiel zeigt ein grünes Symbol 603 eine ausreichend präzise Überdeckung von Primärspule 111 und Sekundärspule 102 an. Eine derartige Darstellung ermöglicht es dem Fahrer auch ohne Anzeige einer Soll-Trajektorie 501 das Fahrzeug 100 präzise zu positionieren. Mit anderen Worten, die in 6 gezeigte Darstellung ermöglicht es, auch ohne Soll-Trajektorie 501 das Fahrzeug 100 zu positionieren. Dazu wird die „Top-View”-Darstellung mit den während der Anfahrt erfassten Bildern unter dem Fahrzeug 100 fortgesetzt. Dem Fahrer wird in einer durchsichtigen Silhouette des Fahrzeugs die Lage der Sekundärspule 102 angezeigt. Die Lage der Sekundärspule 102 kann dann mit dem Bild 602 der Primärspule 111 in Übereinstimmung gebracht werden.
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Es sind weitere Ausgestaltungen des oben beschriebenen Positionierungsverfahrens möglich. Beispielsweise kann eine permanente Überwachung der Fahrzeugumgebung (anhand der Umgebungssensoren 131, 132) während des Ladevorgangs herangezogen werden, um zu erkennen, dass ein Tier (z. B. eine Katze) unter das Fahrzeug 100 läuft. Dadurch kann die Sicherheit des Ladevorgangs erhöht werden. Insbesondere könnte in solchen Fällen die Ladeleistung reduziert werden, um eine Gefährdung des Tieres durch hohe Feldstärken zu reduzieren.
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Das beschriebene Positionierungsverfahren kann mit einer automatischen Parkassistenzfunktion kombiniert werden. Insbesondere kann auf Basis der Referenzpunkte 401, 402, 403 und/oder der Referenzobjekte 111, 201, 202 sowie auf Basis der Ausgangsposition des Fahrzeugs 100 eine automatische Parkfunktion verwendet werden, um das Fahrzeug 100 (z. B. gemäß der Soll-Trajektorie 501) über der Bodeneinheit 111 zu positionieren.
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Die Steuereinheit 133 kann eingerichtet sein, bei wiederholtem Anfahren einer Ladestation Referenzpunkte 401, 402, 403 zu erlernen. Dadurch kann eine Primärspule 111 auch dann angefahren werden, wenn die Primärspule 111 nicht sichtbar ist, z. B. wenn die Primärspule 111 durch eine Schneedecke verdeckt ist. Außerdem kann dadurch die Präzision der Positionierung kontinuierlich verbessert werden.
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Wie oben dargelegt, können weitere Referenzpunkt 402, 403 verwendet werden, um den Positionierungsvorgang zu unterstützen. Die Referenzpunkte 402, 403 können sich auch oberhalb der Grundebene (z > 0) befinden. Die Referenzpunkte 402, 403 können sowohl durch Anlernen, als auch durch Erkennen eines für die Ladestation typischen Musters 411 erzeugt werden. Desweiteren können alternative Referenzpunkte verwendet werden, um auch vollständig verborgene (z. B. im Boden eingelassene) Primärspulen 111 anzufahren.
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In diesem Dokument wurden ein Verfahren und eine Vorrichtung (Steuereinheit) beschrieben, die den Fahrer eines Fahrzeugs 100 bei der Positionierung des Fahrzeugs 100 über einer Bodeneinheit 111 unterstützen. Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen die Verwendung von bereits im Fahrzeug 100 vorhandenen Komponenten 131, 132 zur Positionierung. Dadurch können das Verfahren und die Vorrichtung kostengünstig (z. B. durch Software) implementiert werden. Insbesondere sind die Kameras 131 zur Rundumsicht bereits heute optimal in Fahrzeugen 100 integriert (z. B. an verschmutzungsarmen Positionen), so dass diese Eigenschaften mit genutzt werden können. Die Anzeige der Sollposition kann in einer bekannten Darstellung, z. B. Top- oder Rear-View Darstellung, erfolgen. Es ist somit für die Bereitstellung der beschriebenen Positionierungsfunktion keine neue Darstellungsform erforderlich, und die beschriebene Positionierungsfunktion lässt sich im Rahmen einer konsistenten Oberfläche mit anderen Fahrerassistenzfunktionen implementieren. Desweiteren sind mögliche Fehler im optischen System (z. B. eine Verschmutzung einer Kamera 131) im dargestellten Bild für den Fahrer schlüssig erkennbar, und führen daher nicht zu einer Fehlpositionierung des Fahrzeugs. Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren ermöglicht somit eine zuverlässige Positionierung des Fahrzeugs.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
