DE102013227129B4 - Verfahren zur Erfassung einer Relativposition, Verfahren zum kabellosen Laden eines Fahrzeugs, Orientierungssignalempfänger und induktive Ladevorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Erfassung einer Relativposition zwischen einer fahrzeugseitigen Empfangsladespule und einer feststehenden Sendeladespule (110), mit den Schritten: Erzeugen eines alternierenden, magnetischen Orientierungsfeldes (100) mit einer dieser Spulen; und Erfassen des Orientierungsfeldes mit mindestens drei Gruppen von unterschiedlich orientierten Sensorspulen (122a–126c), wobei die Gruppen an mindestens drei unterschiedlichen Orten vorgesehen sind, wobei das Orientierungsfeld (100) von den Sensorspulen frequenzselektiv erfasst wird und Ermitteln von jeweiligen Feldrichtungen an den Orten anhand von Orientierungs-Empfangssignalen für die mehreren Gruppen sowie Ermitteln der Relativposition als zwei- oder mehrdimensionale Ortsangabe anhand bekannter räumlicher Beziehungen der Orte und anhand der jeweiligen Feldrichtungen, deren Mehrdeutigkeiten sich auflösen lassen.

Description

  • Die Erfindung betrifft das Gebiet der kabellosen Aufladung von Batterien in Fahrzeugen.
  • Bei Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen, bei denen eine Batterie zur Traktionsleistungserzeugung verwendet wird, sowie bei Kraftfahrzeugen, bei denen eine Bordnetzbatterie zum Betrieb notwendig ist, besteht oftmals die Notwendigkeit, elektrische Leistung von einer externen Leistungsquelle an das Fahrzeug zu übertragen. Es sind bereits kabelgebundene Lösungen (sogenannte Plug-In-Lösungen) bekannt, bei denen ein elektrischer Steckkontakt und eine zugehörige Zuleitung verwendet wird, um eine externe, stationäre Leistungsquelle mit dem Fahrzeug zu verbinden, um dessen Batterie aufzuladen. Ferner sind komfortablere Lösungen bekannt, bei denen die elektrische Leistung von einer stationären Spule (im Weiteren: Sendeladespule) an eine fahrzeugseitige Spule durch ein alternierendes Magnetfeld übertragen wird, wobei die fahrzeugseitige Spule als Empfangsladespule dient.
  • Aus der allgemeinen Betrachtung von Streufeldverlusten bei diesem kabellosen Übertragungssystem ergibt sich der Wunsch, den Wirkungsgrad beim Übertragen der Leistung so hoch wie möglich zu gestalten, wobei dies bedeutet, dass das Streufeld so gering wie möglich ausfallen sollte.
  • In der Druckschrift US 2012/0 262 002 A1 ist eine Positionierungsvorrichtung beschrieben, die einen Magnetfeldsensor mit drei Resonanzkreisen und zugehörigen Spulen aufweist, wobei die Spulen um eine flache Scheibe gewickelt sind und zueinander orthogonal ausgerichtet sind. Die Positionierungsvorrichtung ermittelt die Position des Fahrzeugs anhand des Magnetfeldsensors.
  • In der Druckschrift EP 1 061 631 A1 ist eine Spulenposition-Erfassungseinrichtung beschrieben, bei der drei einzelne Sensorspulen an unterschiedlichen Orten einer Ladestation angeordnet sind.
  • In der Druckschrift US 2010/0 289 496 A1 ist ein Ortungssystem einer Horizontalbohrvorrichtung beschrieben, wobei ein Sender an der Bohrvorrichtungmittelsmehrerer Multi-Antennenvorrichtungen geortet wird. Die Multi-Antennenvorrichtungen sind jeweils triaxial ausgestaltet, wobei die Gesamtfeldstärke aller Antennen einer Multi-Antennenvorrichtung als Eingangsgröße zur Ortung dient.
  • In der Druckschrift US 6 865 455 B1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung von Anomalien im statischen Erdmagnetfeld beschrieben. Es werden mehrere triaxiale Magnetometer zur statischen Felderfassung verwendet, die etwa als Fluxgate-Magnetometer, Riesenmagnetowiderstandsvorrichtung, supraleitende Quanteninterferenzvorrichtung, oder Hall-Sensor mit erhöhter Sensitivität verwendet werden.
  • Diese Vorkehrungen zur Orientierung an einem Magnetfeld bringen Probleme bei der Signalauswertung mit sich, so dass eine Positionserfassung nicht immer präzise bzw. eindeutig ist.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Herangehensweise aufzuzeigen, mit der sich auf einfach Weise die Relativpositionierung zwischen Sendeladespule und Empfangsladespule sicher erfassen lässt, um diese Spulen zu einander ausrichten zu können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verfahren und die Vorrichtungen der unabhängigen Ansprüche. Weitere Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche. Zudem sind in der Beschreibung zahlreiche Hinweise gegeben, in welcher Weise die Verfahren und die Vorrichtungen ausgebildet sein können.
  • Es wurde erkannt, dass eine Relativposition zwischen einer Empfangsladespule und einer Sendeladespule auf einfache und sichere Weise durch Betrachtung eines magnetischen Orientierungsfeldes erfasst werden kann, indem eine Sensorart verwendet wird, die nur wechselnde Magnetfelder erfassen kann und von statischen Magnetfeldern unbeeinflusst bleibt. Dadurch, dass zum Erfassen des Orientierungsfelds eine Sensorart verwendet wird, die von statischen Magnetfeldern unbeeinflusst bleibt, wird das zur Erfassung verwendete Signal von statischen Magnetfeldern nicht gestört, die insbesondere in Gebäuden mit Stahlbetonwänden oder in Stellplätzen aus Stahl (beispielsweise Multiplex-Garagen) auftreten. Es kommt daher nicht zu Verzerrungen des Signals aufgrund von Nichtlinearitäten oder aufgrund des Übersteuerns eines Magnetfeldsensors, wodurch die Präzision der Orientierung erhöht wird.
  • Als Sensorart werden daher Spulen verwendet, die von stationären Magnetfeldern grundsätzlich unbeeinflusst bleiben, so dass durch die Verwendung einer Spule zur Erfassung des Orientierungsfelds per se eine Frequenzselektivität im Sinne eines Hochpasses bzw. eines Bandpasses auftritt. Es ist vorgesehen, dass das Orientierungsfeld von einer Spule frequenzselektiv erfasst wird, wobei die Spule insbesondere durch die Einbindung in einem Resonanzkreis oder durch einen der Spule nachgeschalteten (analogen oder digitalen) Filter nur einen Anteil des Wechselsignalspektrums erfasst. Daher kann das Orientierungsfeld eine Frequenzkomponente aufweisen, die in dem Frequenzspektrum liegt, welches von der frequenzselektiven Spule erfasst wird, so dass auch störende Wechselsignalkomponenten bei der Erfassung des Orientierungsfeldes im Wesentlichen unberücksichtigt bleiben. Mit anderen Worten kann der empfindliche Frequenzbereich (Durchlassbereich) bzw. die Resonanzfrequenz der frequenzselektiven Spule an das Spektrum beziehungsweise an die Frequenzkomponenten oder an die Frequenz des Orientierungsfeldes angepasst werden.
  • Ferner ist vorgesehen, dass neben einer Sendeladespule und einer Empfangsladespule mehrere Gruppen von Sensorspulen zur Erfassung des Orientierungsfeldes verwendet werden. Da es eine inhärente Eigenschaft einer Spule wie einer Sensorspule ist, nur von magnetischen Wechselfeldern angeregt zu werden und von statischen Magnetfeldern unbeeinflusst zu bleiben, ergibt sich alleine durch die Verwendung einer Sensorspule eine Störunempfindlichkeit gegen statische Magnetfelder, wie sie etwa in Stahlbetongebäuden oder auf Stahlstellplätzen (bspw. von Multiplexgaragen) auftreten.
  • Ein weiterer Vorteil ist es, dass die zur Erfassung des Orientierungsfeldes verwendeten Spulen, nämlich die Sensorspulen, unabhängig von den Anforderungen der Sendeladespule und der Empfangsladespule ausgestaltet werden, wobei sich insbesondere durch Ausgestaltung der Sensorspulen mit einer Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche der Sendespule oder der Empfangsspule eine geringere Größe ergibt. Durch die geringere Größe ergibt sich ein geringerer Platzbedarf und ferner wird eine geringere Beeinflussung durch magnetische Störfelder erreicht. Die Sensorspulen können eine Induktivität aufweisen, die größer ist als die Induktivität der Sendeladespule und/oder der Empfangsladespule. Die Induktivität der Sensorspulen ist vorzugsweise mindestens 2×, 5×, 10×, 50× oder 100× größer als die Induktivität der Sende- und/oder Empfangsladespule, um eine hohe Sensitivität bei großer Entfernung zum Zentrum des Orientierungsfelds zu ermöglichen. Vorzugsweise ist daher eine (einstellbare) Dämpfung für das Empfangssignal der Sensorspulen vorgesehen, um bei geringeren Entfernungen und daher bei hohen erfassten Orientierungsfeldstärken Signalverarbeitungskomponenten (wie Filter, Verstärker o. ä.), die den Sensorspulen nachgeschaltet sind, nicht zu überlasten. Zudem können die Sensorspulen an einem anderen Ort als die Empfangsspule am Fahrzeug platziert werden, wobei mehrere Sensorspulen an verschiedenen Orten des Fahrzeugs platziert werden, um das Orientierungsfeld effektiv erfassen zu können. So könnten beispielsweise die Sensoren an der Peripherie des Fahrzeugs anbracht werden und somit besonders früh und sensitiv das Messsignal erfassen können. Gleichzeitig dient die inhärente Eigenschaft einer Spule, von stationären Magnetfeldern im Wesentlichen unbeeinflusst zu bleiben, der Störsicherheit gegenüber stationären Magnetfeldern, wie sie durch Stahlkomponenten in Gebäuden oder durch Gleichstromladevorrichtungen erzeugt werden können.
  • Es wird ein Verfahren zur Erfassung einer Relativposition zwischen einer fahrzeugseitigen Empfangsladespule und einer feststehenden (d. h. stationären) Sendeladespule beschrieben. Die fahrzeugseitige Empfangsladespule ist vorzugsweise an oder in einer Unterseite des Fahrzeugs befestigt. Hierbei kann die Empfangsladespule direkt befestigt sein oder über einen Positionierungsmechanismus mit dem Fahrzeug verbunden sein. Die stationäre Sendeladespule ist fest oder über eine Positionierungseinrichtung mit dem Fussboden eines Stellplatzes verbunden, kann jedoch auch auf dem Fussboden beziehungsweise auf dem Stellplatz aufgelegt sein. Als feststehende bzw. stationäre Sendeladespule werden Sendeladespulen bezeichnet, die nicht vom Fahrzeug mitgeführt werden, sondern die sich üblicherweise auf oder zumindest teilweise in einem Fussboden befinden, über dem das Fahrzeug positioniert werden kann. Als Fussboden werden hierbei ein Betonboden, Asphaltboden oder ein Stahlbetonboden eines Gebäudes (einer Garage) bezeichnet sowie ferner ein Metallboden eines Stellplatzes, insbesondere einer Multiplex-Garage beziehungsweise eines Parklifts. Die Empfangsladespule und/oder die Sendeladespule können jeweils als eine einzige Spule vorgesehen sein oder als eine Spule mit mehreren Spulenabschnitten, die zueinander versetzt sein können. Insbesondere können die Empfangsladespule und/oder die Sendeladespule einen Magnetkern umfassen. Die Empfangsladespule und/oder die Sendeladespule kann ferner mit einer Leistungsansteuerschaltung ausgestattet sein.
  • Ein alternierendes, magnetisches Orientierungsfeld wird mit einer dieser Spulen erzeugt, insbesondere mit der Sendeladespule. Das Orientierungsfeld kann hinsichtlich Frequenz und/oder Feldstärke einem Ladefeld entsprechen, mit dem die Sendeladespule Leistung an die Empfangsladespule in einem Lademodus überträgt. Vorzugsweise weicht jedoch die Leistung, die Frequenz und/oder die Feldform des Orientierungsfelds von der des Ladefelds ab. Insbesondere hat das Orientierungsfeld eine geringere Feldstärke bzw. Leistung als das Ladefeld. Die Feldstärke oder die Leistung des Orientierungsfelds beträgt insbesondere nicht mehr als 50%, 20%, 10% oder vorzugsweise 1%, 0,5% oder 0,1% der Feldstärke oder der Leistung des Ladefelds. Beispielsweise kann das Orientierungsfeld mittels einer Leistung von nicht mehr als 50, 20, 10, 5 oder 2 Watt erzeugt werden. Das Ladefeld kann mit einer Leistung von mindestens 1 kW, mindestens 2 kW, mindestens 3 kW oder mindestens 5 kW betrieben werden (diese Leistung gibt die von der Sendeladespule zu der Empfangsladespule übertragene Leistung an).
  • Das Orientierungsfeld wird mit den Sensorspulen als mindestens eine zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule erfasst. Zur Erfassung werden somit Spulen verwendet, die so angeschlossen sind, dass ein in den Spulen erzeugtes Orientierungs-Empfangssignal abgegriffen werden kann oder einer Empfangseinrichtung (bzw. dessen Eingang) zugeführt wird. Die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule kann in einer zur vorliegenden Lösung alternativen Vorrichtung eine Empfangsladespule sein, die einen Abgriff aufweist, welcher mit einer Empfangseinrichtung verbunden ist, welche das von der Spule erzeugte Signal in Hinblick auf die Relativposition zwischen Empfangsladespule und Sendeladespule verarbeitet. Diese Empfangseinheit unterscheidet sich von einer Leistungsschaltung, die zur Übertragung von Leistung von der Empfangsladespule zu einer Batterie oder zu einem Bordnetz dient. Weiterhin kann in einer zur vorliegenden Lösung alternativen Vorrichtung die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule die Sendeladespule sein, welche während des Erfassens des Orientierungsfelds vorzugsweise nicht mit Strom beaufschlagt wird.
  • Insbesondere kann die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule eine Sensorspule sein, die weder identisch mit der Sendeladespule noch identisch mit der Empfangsladespule ist.
  • Es kann daher das Orientierungsfeld mittels der Sendeladespule erzeugt werden, während das Orientierungsfeld mittels der Empfangsladespule oder (mindestens) einer Sensorspule erfasst wird. Ferner kann das Orientierungsfeld mittels der Empfangsladespule erzeugt werden, während die Sendeladespule oder die Sensorspule das Orientierungsfeld erfasst. Darüber hinaus ist es möglich, dass eine Spule wie die Sensorspule zur Erzeugung des Orientierungsfelds verwendet wird, während die Sendeladespule und/oder die Empfangsladespule das Orientierungsfeld erfassen. In dem zuletzt genannten Fall kann die zur Erzeugung des Orientierungsfelds verwendete Spule ausgebildet sein wie eine Sensorspule und kann ferner fahrzeugseitig oder stationär vorgesehen sein.
  • Das Orientierungsfeld wird von der Spule, die zur induktiven Anregung vorgesehen ist, frequenzselektiv erfasst. Wie bereits bemerkt, erfasst die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule nur einen Teil des Frequenzspektrums des Magnetfelds, um dadurch Steuereinflüsse durch Wechselmagnetfelder abzublocken. Hierzu kann die Spule selbst in einer frequenzselektiven Empfangsschaltung vorgesehen sein oder ein Filter kann der Spule nachgeschaltet sein, der frequenzselektiv ist. Möglichkeiten zur frequenzselektiven Ausgestaltung der Spule beziehungsweise zur frequenzselektiven Erfassung durch die Spule sind der Beschreibung und insbesondere der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
  • Schließlich wird die Relativposition anhand des Orientierungsfelds ermittelt, welches von der Spule erfasst wird, welche zur induktiven Anregung vorgesehen ist. Es ist vorgesehen, dass die Relativposition anhand eines Orientierungs-Empfangssignals ermittelt wird, das von der zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule abgegeben wird. Insbesondere wird die Relativposition anhand eines Orientierungs-Empfangssignals ermittelt, welches von dem Orientierungsfeld in der Spule induziert wird, die zur induktiven Anregung vorgesehen ist. Weitere Details zur Ermittlung der Relativposition anhand des Orientierungs-Empfangssignals sind weiter unten gegeben. Als Relativposition wird insbesondere der Abstand zwischen Sendeladespule und Empfangsladespule bezeichnet, der mit einer Richtungsinformation verknüpft sein kann, etwa ein Winkel oder ein Koordinatentupel oder ein Vektor.
  • Weiterhin kann die mindestens eine zur induktiven Anregung vorgesehene Spule in einem Resonanzkreis vorgesehen sein. Hierbei kann beispielsweise (mindestens) ein Kondensator parallel oder seriell zu der Spule geschaltet sein. Der Resonanzkreis weist eine Resonanzfrequenz auf, die einer Frequenz des Orientierungsfeldes entspricht. Vorzugsweise liegt die Resonanzfrequenz in einem Spektrum des Orientierungsfeldes, welches mindestens 30, 50, 80, 70, oder 90% der Feldstärke beziehungsweise Leistung des Orientierungsfeldes umfasst. Die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises entspricht einer Frequenz oder Frequenzkomponente des Orientierungsfeldes, die mindestens 20%, 50%, 80%, 90% oder 95% der Gesamtfeldstärke oder Gesamtleistung des Orientierungsfeldes ausmacht. Die Resonanzfrequenz ist somit auf die Grundfrequenz des Orientierungsfeldes abgestimmt.
  • Alternativ oder in Kombination zu der Ausbildung eines Resonanzkreises wird das Orientierungs-Empfangssignal, welches von dem Orientierungsfeld in der betreffenden Spule induziert wird, durch einen Filter geleitet. Dieser Filter weist einen Durchlassfrequenzbereich auf, in den die Frequenz beziehungsweise das Frequenzspektrum des Orientierungsfeldes liegt. Hierbei fällt mindestens 50, 80, 90 oder 95% der Leistung des Orientierungs-Empfangssignals in den Durchlassfrequenzbereich. Der Durchlassfrequenzbereich ist begrenzt von Grenzfrequenzen, an denen die Durchlassfunktion des Filters auf die Hälfte, ein Zehntel, ein Hundertstel oder ein Tausendstel des Maximums der Durchlassfunktion abgefallen ist.
  • Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass das Orientierungsfeld frequenzkodiert ist, wobei das Orientierungsfeld erfasst wird mittels einer Erfassungseinrichtung, deren frequenzselektive Sensitivität auf die Frequenz des Orientierungsfeldes angepasst ist. Weiterhin ist es möglich, dass zur Abtrennung des Orientierungsfelds von Störsignalen das Orientierungsfeld amplituden-, phasen- oder frequenzmoduliert ist. Weiterhin kann das Orientierungsfeld mit einem Code, insbesondere einem ternären oder binären Code, gefaltet sein. Hierbei wird das Orientierungs-Empfangssignal gemäß der Amplituden-, Frequenz- oder Codemodulation empfangen. Es können etwa Matched-Filter, Phasenregelkreise oder Korrelationsempfänger zum Erfassen beziehungsweise Verarbeiten des Orientierungsfeldes verwendet werden. Insbesondere kann das Orientierungsfeld phasenmoduliert, wobei das Orientierungs-Empfangssignal mit einem PSK-Empfänger (PSK: Phase Shift Keying, Phasenmodulation) erfasst wird, oder das Orientierungsfeld kann mit einem OFDM-Signal moduliert sein (OFDM: orthogonales Frequenzmultiplexverfahren). Zum Erfassen des Orientierungsfeldes werden die entsprechenden Phasenmodulations- oder OFDM-Empfangsverfahren angewendet.
  • Die Modulation des Orientierungsfeldes (Amplituden-, Frequenz-, Phasen-, Code- und/oder OFDM-Modulation) kann individuell sein und insbesondere Informationen über die Identität der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt (bspw. die Sendeladespule), über die Leistung der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt, über den Dienstleister, der die Sendeladespule, oder das daran angeschlossene Versorgungsnetz betreibt, über die Ladungsart, über eine Kommunikationsart zur Kommunikation zwischen Fahrzeug und Steuereinheit, die der Sendeladespule vorgeschalten ist, und/oder über die Position der Ladespule innerhalb des Stellplatzes umfassen. Insbesondere kann die Modulation Information über die aktuelle Relativposition zwischen Sendespule und Empfangsspule wiedergeben.
  • Die Relativposition wird ermittelt anhand der Amplitude des Orientierungs-Empfangssignals beziehungsweise anhand der Amplituden der Orientierungs-Empfangssignale, falls mehrere zur induktiven Anregung vorgesehene Spulen verwendet werden. Hierbei werden insbesondere Verhältnisse von Orientierungs-Empfangssignalen von mehreren, zum Empfang des Orientierungsfelds eingerichteten Spulen (insbesondere die Sensorspule) verwendet, um die Relativposition zu bestimmen. Diese Spulen sind vorzugsweise mit einem Abstand zueinander vorgesehen.
  • Die Relativposition kann ferner durch eine Feldrichtung ermittelt werden, die sich aus mehreren Orientierungs-Empfangssignalen ergibt oder kann ermittelt werden anhand einer Kombination der Amplituden (d. h. der Signalstärke) der Orientierungs-Empfangssignale bei der Verwendung von mehreren Spulen, die zur induktiven Anregung vorgesehen sind. Die Feldrichtung wird ermittelt durch Orientierungs-Empfangssignale mehrerer zur induktiven Anregung vorgesehenen Spulen, die zueinander geneigt sind bzw. die unterschiedlich orientiert sind. Diese Spulen sind vorzugsweise am gleichen Ort vorgesehen. Es können mehrere Gruppen von unterschiedlich orientierten Spulen vorgesehen sein, in denen ein Orientierungs-Empfangssignalerzeugt wird, wobei die Gruppen an unterschiedlichen Orten vorgesehen sind. Anhand der bekannten räumlichen Beziehungen der Orte und anhand der jeweiligen Feldrichtungen, die anhand der Orientierungs-Empfangssignale für mehrere Gruppen ermittelt werden, kann die Relativposition als zwei- oder mehrdimensionale Ortsangabe ermittelt werden.
  • Etwaige zusätzliche Informationen durch Modulation des Orientierungsfelds werden vorzugsweise zusätzlich zur beschriebenen Ermittlung der Relativposition verwendet. Insbesondere ist vorgesehen, bei der Ermittlung der Relativposition die Leistung des Orientierungs-Empfangssignals oder von mehreren Orientierungs-Empfangssignalen auszuwerten. Hierzu können die Momentanleistungen zueinander ins Verhältnis oder normiert werden oder es werden erfasste Leistungswerte des Orientierungs-Empfangssignals verwendet, die im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt aufgenommen wurden. Diese werden mittels einer Abbildung auf die Relativposition abgebildet, wobei die Abbildung mehrere Verhältnisse von Leistungs- oder Amplitudenwerten der Orientierungs-Empfangssignale zur jeweiligen Relativposition zuordnet. Die Abbildung kann eine mathematische Abbildung in Form einer Formel sein, oder kann als eine Look-up-Tabelle vorgesehen sein. Hierbei können die Orientierungs-Empfangssignale (normiert und/oder als Verhältnisse von Empfangssignalen) mit Einträgen einer Look-up-Tabelle verglichen werden, um insbesondere die am besten passenden Einträge zu ermitteln. Hierbei bildet die Look-up-Tabelle Signalstärkewerte oder Verhältnisse hiervon jeweils auf eine Relativposition ab, so dass anhand der Look-up-Tabelle ausgehend von den Orientierungs-Empfangssignalen die Relativposition bestimmt werden kann.
  • Alternativ wird die Feldrichtung anhand der Orientierungs-Empfangssignale ermittelt. Eine Abbildung, insbesondere implementiert durch eine Funktion oder durch eine Look-up-Tabelle bildet die Richtung (gegebenenfalls auch die Leistung) auf Positionen relativ zu dem Orientierungsfeld und insbesondere zum Zentrum des Orientierungsfelds ab. Die Funktion bzw. die Look-up-Tabelle kann Triangulations-Zusammenhänge wiedergeben, wobei mehrere Richtungen des Orientierungsfelds an unterschiedlichen Orten gemäß einem Triangulationsverfahren zur Berechnung einer Relativposition verwendet werden. Die Ermittlung der Relativposition anhand des mindestens einen Orientierungs-Empfangssignals wird insbesondere mittels der Figuren näher erläutert.
  • Gemäß einer Möglichkeit wird das Orientierungsfeld von der Sendeladespule erzeugt, wobei die mindestens eine zur induktiven Anregung vorgesehene Spule fahrzeugseitig das Orientierungsfeld erfasst. Hierbei ist die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule die Empfangsspule oder mindestens eine Sensorspule. Eine weitere Möglichkeit ist es, dass das Orientierungsfeld von der fahrzeugseitigen Empfangsspule erzeugt wird. Hierbei erfasst die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule in feststehender Position (das heißt stationär) das Orientierungsfeld. Bei dieser Möglichkeit ist die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule die Sendespule oder ist mindestens eine stationäre Sensorspule. Die stationäre Sensorspule kann auf dem Fussboden des Stellplatzes oder zumindest teilweise in dem Fussboden vorgesehen sein. Bei der zuletzt genannten Möglichkeit werden vorzugsweise Positionsdaten, Feldstärkedaten oder Amplitudendaten von der zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule an das Fahrzeug übertragen. Hierbei kann ein Kommunikationsmodul vorgesehen sein, das der zur Anregung vorgesehenen Spule nachgeschaltet, oder das einer Positionsberechnungseinrichtung nachgeschaltet ist, welche mit der Spule, vorzugsweise über eine Empfangseinrichtung, verbunden ist. Die letztgenannte Möglichkeit hat den Vorteil, dass bei der Verwendung von mindestens einer Sensorspule diese nicht am Fahrzeug angeordnet sein muss, sondern außerhalb des Fahrzeugs und insbesondere stationär vorgesehen sein kann. Die erstgenannte Möglichkeit hat wiederum den Vorteil, dass nicht notwendigerweise eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und einer stationären Einheit erforderlich ist.
  • Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule, in Form der fahrzeugseitigen Empfangsspule oder in Form mindestens einer Sensorspule direkt oder über eine Positionsberechnungseinrichtung mit einer Kommunikationseinrichtung verbunden ist. Über die Kommunikationseinrichtung werden speziell die Leistungs- oder Amplitudendaten des Orientierungs-Empfangssignals oder eine bereits ermittelte Relativposition von dem Fahrzeug an die stationäre Spule übertragen. Die stationäre Spule kann hierbei an einem Positionierungsmechanismus angeordnet sein, der zur optimalen Ausrichtung der Empfangsladespule zur Sendeladespule die Sendeladespule gemäß der Relativposition oder gemäß dem Orientierungs-Empfangssignal bewegt. Das Kommunikationsmodul kann ein Nahfeld-Kommunikationsmodul (ausgebildet gemäß einem NFC-Standard), mobilfunkfähiges Kommunikationsmodul (insbesondere ein GSM-, UMTS-, EDGE-, GPRS-, HSCSD- oder LTE-Kommunikationsmodul), ein WLAN-Kommunikationsmodul, ein Bluetooth-Kommunikationsmodul oder ein DECT-Kommunikationsmodul sein. Ferner kann das Kommunikationsmodul auf einem proprietären Kommunikationsstandard basieren. Das Kommunikationsmodul kann ferner ein Funkmodul oder ein Modul zur optischen Datenübertragung sein.
  • Zur Erfassung des Orientierungsfelds werden mehrere Gruppen von Sensorspulen verwendet, die fahrzeugseitig oder stationär angebracht sind. Die Sensorspule bildet hierbei die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule. Alternativ kann das Orientierungsfeld mittels der Sendeladespule oder mittels der Empfangsladespule erfasst werden. Hierbei bilden die Sendeladespule oder die Empfangsladespule die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule. Insbesondere kann nur ein Abschnitt der Sendeladespule oder der Empfangsladespule zur Erfassung des Orientierungsfeldes verwendet werden, wobei die betreffende Spule vorzugsweise einen entsprechenden Wicklungsabgriff aufweist.
  • Vorzugsweise werden mehrere fahrzeugseitige oder feststehende (das heißt stationäre) Sensorspulen zur Erfassung des Orientierungsfeldes verwendet. Diese sind insbesondere an einer Unterseite des Fahrzeugs verteilt vorzugsweise in einem Abstand von mindestens 5, 10, 20, 50, 100 oder 120 Zentimetern.
  • Es sind insbesondere drei oder vier Sensorspulen an der Unterseite des Fahrzeugs oder als stationäre Sendespulen vorgesehen sein, um das Orientierungsfeld mit mehreren Sensorspulen zu erfassen. Die Sensorspulen können zueinander wie erwähnt beabstandet sein und/oder können unterschiedlich orientiert (d. h. zueinander geneigt) sein. Wird das Orientierungsfeld mit mehreren Sensorspulen erfasst, die örtlich verteilt sind, so kann die Relativposition präzise erfasst werden. In einer Ausführungsform werden ein oder mehrere Sensorspulen verwendet, die insbesondere als Array oder als Matrix angeordnet sind, und die zueinander beabstandet sind. Hierbei können die Sensorspulen die gleichen oder unterschiedlichen Orientierungen aufweisen. Die Sensorspulen können mit gleichen Abständen im Array oder in der Matrix angeordnet werden. Die Abstände zwischen den Sensorspulen müssen jedoch nicht notwendigerweise gleich sein. Es sind unregelmäßige oder asymmetrische örtliche Verteilungen der Sensorspulen möglich. Die Abstände bzw. die Position der Sensorspulen werden bei der Ermittlung der Relativposition berücksichtigt. Ferner kann die asymmetrische oder unregelmäßige örtliche Verteilung der Sensorspulen zur Plausibilisierung verwendet werden, insbesondere wenn die Anzahl der Sensorspulen die Dimension der Relativposition übersteigt und dadurch redundante Ermittlungen der Relativposition möglich sind. Diese werden insbesondere verwendet, um Plausibilisierungen zu Ortsbestimmungen durchzuführen und insbesondere, um eine nicht-eindeutige Triangulierung aufzulösen und durch Auswertung der redundanten Sensorspulen (bzw. deren Signale) aufzulösen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden mehrere unterschiedlich ausgerichtete Sensorspulen verwendet, die insbesondere am gleichen Ort lokalisiert sein können. Diese Sensorspulen werden als Gruppe bezeichnet. Es werden mehrere Gruppen vorgesehen, die insbesondere an unterschiedlichen Orten lokalisiert sind. Beispielsweise können drei zueinander orthogonale Spulen als Sensorspulen verwendet werden, deren Mittelpunkte im Wesentlichen (d. h. mit einer Abweichung von vorzugsweise weniger als 10 cm, 5 cm, 2 cm oder 1 cm) übereinstimmen. Unterschiedlich orientierte Sensorspulen (vorzugsweise N = 3 Sensorspulen oder ein ganzzahliges Vielfaches von N) können zueinander angeordnet sein, dass sich deren Achsen, die jeweils abschnittsweise durch eine (gedachte) Kugel mit einem Durchmesser mit weniger als 5, 2 oder 1 cm laufen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Sensorspulen in Gruppen aufgeteilt sind, wobei jede Gruppe drei unterschiedlich orientierte Spulen, vorzugsweise wie oben angegeben, umfasst. Das Orientierungs-Empfangssignal ist hierbei mehrdimensional bzw. es liegen mehrere Orientierungs-Empfangssignale vor. Das mehrdimensionale Orientierungs-Empfangssignal bzw. die Orientierungs-Empfangssignale umfasst bzw. umfassen alle einzelnen Empfangssignale aller Sensorspulen, wobei die Signale vorzugsweise gemäß der örtlichen Gruppierung gruppiert sind. Es werden vorzugsweise 2, 3 oder 4 Gruppen von derartigen Sensorspulen verwendet. Die Gruppen haben insbesondere einen Abstand zueinander von mindestens 10 cm, 20 cm, 50 cm, 100 cm oder 120 cm. Dies ermöglicht, dass anhand jeder Gruppe von Spulen der Richtungsverlauf des Orientierungsfeldes (d. h. die Feldrichtung) erfasst wird, insbesondere indem die einzelnen Leistungswerte der Spulen einer Gruppe (oder Amplitudenwerte) als Richtungsvektor betrachtet werden, der die Richtung des Orientierungsfeldes für den Ort der jeweiligen Gruppe angibt. Werden mehrere derartige Gruppen verwendet, die jeweils eine Orientierungsfeldrichtung abgeben (wenn auch zwei- oder mehrdeutig), kann durch Triangulation die Position der Sensorspule gegenüber dem Orientierungsfeld erfasst werden. Falls die Positionierung beziehungsweise die Orientierungsfeldrichtung zweideutig ist, kann durch eine redundant vorliegende Gruppe und/oder durch einen Signalstärkevergleich von Spulen unterschiedlicher Gruppen die eindeutige Relativposition ermittelt werden. Hierbei kann beispielsweise eine kombinierte Gesamtleistung aller Orientierungs-Empfangssignale einer Gruppe von Spulen kombiniert werden (beispielsweise durch einfache Addition der Argumente oder durch Betragsbildung, insbesondere durch ermitteln der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Argumente, d. h. der Leistungen oder Amplituden), um so zu ermitteln, welche der Gruppen näher an dem Zentrum des Orientierungsfelds liegt. Hierbei können die Signalstärken verglichen werden, wobei die näher an dem Zentrum liegende Gruppe eine größere Signalstärke beziehungsweise Amplitude hat.
  • Es können Verhältnisse von Signalstärken der Orientierungs-Empfangssignale gebildet werden, wobei dies insbesondere Orientierungs-Empfangssignale von Spulen betrifft, deren Orientierungsrichtung im Wesentlichen senkrecht oder mindestens um 45° geneigt zur Längsachse der Spule ist, die das Orientierungsfeld erzeugt. Die Feldkomponenten des Orientierungsfeldes, für die derartig ausgerichtete sensitiver sind als andere Feldkomponenten, schwanken stärker als Feldkomponenten parallel zu dieser Längsachse, wobei insbesondere die Verhältnisse stark von dem Abstand zum Zentrum des Orientierungsfelds schwanken. Die Abhängigkeit zwischen Feldstärke von Spulen, die mindestens 45° zur Längsachse der orientierungsfelderzeugenden Spule haben, und dem Abstand zu der orientierungsfelderzeugenden Spule umfasst insbesondere lokale Minima oder Maxima. Insbesondere das Verhältnis hängt gemäß einer nicht monotonen Abhängigkeit von dem Abstand ab. Es kann der Verlauf der Signalstärken oder der Verhältnisse abhängig vom Weg oder von der Zeit ermittelt werden, wobei dieser Verlauf mit einem vorgegebenen Verlauf (ermittelt anhand des Orientierungsfeldes) verglichen werden kann. Ergibt der Vergleich eine hohe Übereinstimmung an einer bestimmten Koordinate, so wird ermittelt, dass sich das Fahrzeug bzw. die Sensorspulen an dieser Koordinate befindet.
  • Ferner können die Signalstärken der Orientierungs-Empfangssignale verwendet werden, um Abstände oder Abstandslinien zu den jeweiligen Spulen zu ermitteln. Es kann eine Abbildung (etwa als Funktion oder Look-up-Tabelle) vorgesehen sein, die Signalstärken auf einen Abstand oder eine Abstandslinie abbildet. Allgemein sind die Signalstärken gemäß einer monoton fallenden Funktion mit den Abständen verknüpft, d. h. je größer die Signalstärke, desto geringer ist der Abstand. Anhand der Position der Spulen zueinander kann so ein Schnittpunkt ermittelt werden, an dem sich der Ursprung des Orientierungsfelds befindet. Wird der Schnittpunkt mehrdeutig ermittelt, so können Verhältnisse der Signalstärken gebildet werden, um diese Mehrdeutigkeit aufzulösen. Es können somit mehrere Spulen, insbesondere 3, 4 oder mehr Sensorspulen an unterschiedlichen Positionen vorliegen, wobei eine Abbildung vorgesehen ist, die die Signalstärke auf eine Abstandslinie (eine „Iso-Signalstärkelinie”) abbildet. Es werden ein Schnittpunkt oder mehrere Schnittpunkte der Abstandslinien der Sensorspulen gebildet, wobei bei mehreren Schnittpunkten Signalstärken unterschiedlich positionierter (und/oder orientierter) Spulen verglichen werden, um darauf zu schließen, welcher Schnittpunkt der zutreffende Schnittpunkt ist. Der Schnittpunkt kennzeichnet den Ursprung des Orientierungsfelds. Die Relativposition ergibt sich aus der räumlichen Beziehung zwischen Ursprung und Position der Sensorspulen. Vorzugsweise sind die an unterschiedlichen Orten vorgesehenen Spulen unterschiedlich orientiert bzw. zueinander geneigt. Da jede Spule eine anisotrope (d. h. von einem Kugelstrahler abweichende) Richtcharakteristik aufweist, sind die Abstandslinien keine Kreise, sondern haben einen vorgegebenen Verlauf, etwa in Form einer Acht. Die Richtcharakteristik ist gekennzeichnet durch eine hohe Empfindlichkeit in einer Richtung, die etwa der Längsrichtung der Spule entspricht, und durch eine abnehmende Empfindlichkeit mit zunehmender Winkelabweichung zu der Längsrichtung, beispielsweise darstellbar als Kosinusfunktion. Die Richtcharakteristik hat ein Minimum der Empfindlichkeit bei einer Richtung, die einer Querachse der Spule entspricht bzw. in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse. Es ergibt sich bei der zeichnerischen Darstellung der Richtcharakteristik die Form einer Acht mit einer Einschnürung bei einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Spule. Bei gleicher Signalstärke des Orientierungsfeld-Empfangssignalsergeben sich ein großer (maximaler) Abstand in Längsrichtung der Spule und ein minimaler Abstand senkrecht hierzu mit einem Verlauf, wie er für die Richtcharakteristik beschrieben wurde. Eine Abbildung der Signalstärke auf den Abstand entspricht dieser anisotropen Richtcharakteristik. Vorzugsweise sind mehrere oder alle Spulen auf einen Bereich zwischen den Spulen gerichtet. Um zu vermeiden, dass die geringe Empfindlichkeit der Spulen bei Feldverläufen senkrecht zu der Längsachse der Spule zu Mehrdeutigkeiten führt, sind mindestens zwei, vorzugsweise 3 oder alle Spulen zueinander geneigt bzw. zueinander unterschiedlich orientiert. Bei mehr als zwei Sensorspulen schneiden sich die Längsachsen von mehr als zwei dieser Sensorspulen nicht im gleichen Punkt; vorzugsweise beträgt der Mindestabstand zwischen zwei Schnittpunkten unterschiedlicher Sensorspulentupel mindestens 10, 20, 50 oder 100 cm. Dies betrifft insbesondere eine Betrachtung in einer Ebene, wobei die Längsachsen auf die gleiche Ebene projiziert werden, oder wobei die Längsachsen im Wesentlichen in der gleichen Ebene verlaufen (etwa mit einer maximalen Winkelabweichung von nicht mehr als 30°, 15°, 10° oder 5°).
  • Zudem können mehrere Spulengruppen (vorzugsweise 2, 3, 4 oder mehr) an unterschiedlichen Positionen vorgesehen sein. Die Spulengruppen weisen jeweils unterschiedliche orientierte Sensorspulen auf, vorzugsweise 3 unterschiedlich orientierte Sensorspulen, die insbesondere zueinander im Wesentlichen senkrecht orientiert sind. Es kann für mehrere Gruppen der Gesamtsignalstärkewert aller Orientierungs-Empfangssignale aller Spulen für die betreffende Gruppe gebildet werden, etwa durch Addition oder Betragbildung der betreffenden Signalstärkewerte. Als Betragbildung wird beispielsweise die Ermittlung der Quadratwurzel der Quadrate der einzelnen Argumente bezeichnet, wobei die Argumente die Leistung oder die Amplitude darstellen. Aus dem Gesamtsignalstärkewert wird mittels einer vorgegebenen Abbildung der Gesamtsignalstärkewert auf einen Abstand (oder auf eine Abstandslinie) abgebildet. Es kann von einer isotropen Richtcharakteristik für jede Gruppe ausgegangen werden. In diesem Fall ist die Abbildung der Gesamtsignalstärke auf den Abstand eine eindimensionale Funktion. Es können ferner die Gesamtsignalstärken unterschiedlicher Gruppen verwendet werden, um Mehrdeutigkeiten bei der Schnittpunktbildung aller Abstandslinien der Gruppen auszulösen. Ferner kann jeweils von einer anisotropen Richtcharakteristik der Gruppen ausgegangen werden, wobei die einzelnen Signalstärken der Spulen jeder Gruppe mittels einer Abbildung auf eine Abstandslinie (pro Gruppe) abgebildet werden, die diese anisotrope Richtcharakteristik wiedergibt. Es wird der Schnittpunkt oder es werden mehrere mögliche Schnittpunkte der Abstandslinien der Gruppen gebildet. Ferner können Gesamtsignalstärken für die jeweiligen Gruppen gebildet werden, die verglichen werden, um weitere Positionsinformation zu erhalten, und um insbesondere aus mehreren Schnittpunkten den zutreffenden Schnittpunkt zu bestimmen.
  • Mittels der Empfangssignale der Spulen einer Gruppe kann der räumliche Verlauf des Orientierungsfelds, d. h. der Verlauf der Feldlinien, an der Stelle der Gruppe erfasst werden. Insbesondere wenn die Spulen orthogonal zueinander ausgerichtet sind, ergeben sich durch die jeweiligen Empfangssignale der Sensorspulen die Koordinaten des Vektors, der das Orientierungsfeld darstellt. Bevorzugt ist das Orientierungsfeld radialsymmetrisch, jedoch sind die beschriebenen Messprinzipien auch auf unsymmetrische Felder anwendbar. Insbesondere wird das Verfahren in einem Bereich des Orientierungsfeldes verwendet, in dem dieses im Wesentlichen radial verlaufende Feldlinien aufweist, die sich an einem Punkt treffen. Dieser Punkt ist das Zentrum (d. h. der Ursprung) des Orientierungsfeldes und üblicherweise die Mitte der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt. Der Abschnitt, in dem das Orientierungsfeld im Wesentlichen ein Radialfeld ist, (und insbesondere radialsymmetrisch ist), liegt im Nahfeldbereich des Orientierungsfeldes. In diesem Abschnitt entspricht die Richtung des Orientierungsfeldes erfasst durch eine Gruppe von Spulen der Richtung, in der die Spule liegt, welche das Orientierungsfeld erzeugt, bzw. in der Richtung, in der die Mitte der Spule bzw. das Zentrum des Orientierungsfelds liegt. Vorzugsweise wird diese Richtung von drei oder vier oder auch mehr Gruppen von Spulen erfasst, wobei die Gruppen an unterschiedlichen Orten vorliegen. Auf diese Weise kann durch Ermittlung eines Bereichs, auf den alle Richtungen ausgehend von den jeweiligen Gruppen von Spulen laufen, die Position des Zentrums des Orientierungsfelds bzw. die Position der Spule, welche das Orientierungsfeld erzeugt, relativ zu den Gruppen von Spulen ermittelt werden. Vereinfacht gesagt treffen sich alle Linien, die die jeweiligen Richtungen der Gruppen wiedergeben und die durch die jeweiligen Gruppen laufen, an den gleichen Punkt, wobei dieser Schnittpunkt das Zentrum des Orientierungsfelds bzw. die Mitte der Spule darstellt, welche das Orientierungsfeld erzeugt. Es können Korrekturfunktionen vorgesehen sein, die Abweichungen des Orientierungsfelds von einem Radialfeld berücksichtigen, um die einzelnen Richtungen die von den einzelnen Gruppen ermittelt wurden, zu korrigieren. Ferner kann ein Orientierungsfeldverlauf hinterlegt sein, in dem für eine Vielzahl von verschiedenen Punkten die Richtung und/oder die Stärke des Orientierungsfelds hinterlegt sind. Dadurch kann der Vergleich von den Gruppen erfassten Richtungen bzw. Stärken die wahrscheinlichste Relativposition ermittelt werden.
  • Es können (gezielt) nicht-symmetrische Orientierungsfelder benutzt werden, wodurch eine Sensorspule bzw. eine Sensorspulengruppe eingespart werden kann, in dem zumindest eine der (verbleibenden) Spulen oder Spulengruppen den Gradienten des Orientierungsfelds erfassen. Die Orientierungsinformation, die der (räumliche) Gradient wiedergibt, fließt in die Ermittlung der Relativposition mit ein. Die Triangulierung könnte beispielsweise anstatt mittels mindestens drei Sensoren oder Sensorgruppen dann mit ein oder zwei Sensoren oder Sensorgruppen durchgeführt werden, wobei der Gradient und insbesondere dessen Änderung des (räumlichen) Gradients des Orientierungsfeldes berücksichtigt wird. Insbesondere wird die Änderung des Gradienten als sphärische Ableitung 2. Ordnung vom Feld nach den Raumrichtungen (x/y/z) bzw. nach dem Raumwinkel (d. h. nach rho/theta) hierbei betrachtet. Insbesondere wird der Gradient des Orientierungsfeldes bei der Ermittlung der Relativposition berücksichtigt, und/oder vorzugsweise eine oder mehrere Ableitungen n-ter Ordnung mit n = 1, 2, 3 oder mehr, besonders bevorzugt mit n = 2.
  • Ein hinterlegter (nicht veränderlicher) Orientierungsfeldverlauf kann als Normmaß verwendet werden, mit dem nur verglichen wird, oder der hinterlegte Orientierungsfeldverlauf kann veränderlich hinterlegt sein, um eine Korrektur zu ermöglichen, die als Kalibration betrachtet werden kann. Hierdurch ist eine Kalibration an individuelle Orientierungsfelder und/oder Sensorspulen möglich.
  • Vorzugsweise wird das Orientierungsfeld mit mehreren Sensorspulen pro Gruppe und mit mehreren Gruppen erfasst, die an unterschiedlichen Orten liegen. Die Spulen jeder Gruppe können in gleicher Weise ausgestaltet sein, und sich nur durch ihre Orientierung unterscheiden. Die Spulen können um einen Kern gewickelt sein, wobei der Kern insbesondere ein ferromagnetisches Material umfasst, um die Sensitivität der Spulen zu erhöhen. Wenn sich die Spulen einer Gruppe hinsichtlich Windungszahl, Querschnittsfläche, Querschnittsform oder für diese Spule wirkende Permeabilität unterscheiden, können die einzelnen Empfangssignale der Spulen dahingehend korrigiert werden, so dass jede Spule bei gleicher Feldstärke das gleiche Empfangssignal erzeugt. Für den Fall, dass Spulen um einen gemeinsamen Kern gewickelt sind, kann eine formbedingte (oder materialbedingte) Anisotropie der Sensitivität der Spulen korrigiert werden durch Berücksichtigung der unterschiedlichen Permeabilitätszahlen für die unterschiedlichen Richtungen. Dadurch können auch Anisotropien kompensiert werden, die sich durch die Form des Kerns ergeben. Der Kern kann insbesondere würfelförmig sein oder auch kugelförmig sein. Darüber hinaus kann der Kern auch eine zylindrische Form oder eine Quaderform aufweisen, wobei die sich ergebenden unterschiedlichen Sensitivitäten der unterschiedlich orientierten Spulen (d. h. die sich durch die Form ergebenden Anisotropien) kompensiert werden können. Es kann eine Abbildung vorgesehen sein, die diese Anisotropie wiedergibt, und die Signalstärken der Orientierungs-Empfangssignale auf Abstände bzw. Abstandslinien abbildet.
  • Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Empfangssignale gedämpft werden, etwa wenn der Signalpegel einer oder mehrerer Empfangssignale aufgrund der Annäherung der betreffenden Spule an das Zentrum des Orientierungsfelds einen bestimmten Wert überschreitet. Es können ein oder mehrere Dämpfungsglieder vorgesehen sein, mit denen die Empfangssignale (oder Gesamt-Empfangssignale) gedämpft werden. Die Dämpfungsglieder sind vorzugsweise einstellbar. Mit anderen Worten ist die Dämpfung einstellbar, vorzugsweise (stufenlos) schaltbar, wobei insbesondere für alle Spulen einer Gruppe der gleiche Dämpfungsfaktor vorgesehen wird. Die Dämpfung kann insbesondere zweistufig sein, wobei eine erste Dämpfung eine analoge Dämpfung sein kann, die das von der Spule gelieferte analoge Signal betrifft, während eine nachgeschaltete Dämpfung eine Digitaldämpfung sein kann, die ein digitales Signal betrifft, welches sich durch Analog/Digital-Wandlung des gedämpften analogen Signals ergibt. Es können daher zwei Dämpfungsglieder vorgesehen sein. Alternativ kann die Dämpfung für die Eingangsspulen unterschiedlich sein, wobei diese Unterschiede bei der Erfassung der Richtung anhand der Empfangssignale der Spulen berücksichtigt werden. Für jedes Orientierungsfeld-Empfangssignal bzw. für jedes Gesamt-Empfangssignal kann ein Dämpfungsglied oder können zwei (oder mehr) Dämpfungsglieder vorgesehen sein. Alternativ werden ein, zwei oder mehr als zwei Dämpfungsglieder verwendet, die mehrere Signale dämpfen, vorzugsweise mit dem gleichen (einstellbaren) Dämpfungsfaktor oder mit Dämpfungsfaktoren, deren Verhältnis zueinander konstant ist.
  • Es ist vorgesehen, dass anhand der Spulen die Richtungen des Orientierungsfeldes an unterschiedlichen Orten erfasst werden. Anhand dieser Richtungen wird ermittelt (entweder durch Triangulation, durch Auswertung der einzelnen Signalstärken zur Abstandserfassung oder durch Vergleich mit Werten, die das Orientierungsfeld wiedergeben), an welchem Ort sich das Zentrum oder ein anderer Bezugspunkt des Orientierungsfelds befindet. Daher wird zunächst erfasst, wo dieser Bezugspunkt des Orientierungsfelds relativ zu den Spulen liegt. Anhand der örtlichen Beziehung zwischen Bezugspunkt des Orientierungsfelds und Spulen bzw. Spulengruppen wird daraufhin die Relativposition zwischen Empfangsladespule und Sendeladespule ermittelt, unter Berücksichtigung der bekannten räumlichen Beziehung zwischen den Sensorspulen und der Spule, die zur induktiven Anregung vorgesehen ist. Da bekannt ist, an welcher Stelle die Spulen angeordnet sind, d. h. die Stelle, an denen die Spulen am Fahrzeug oder am Boden angeordnet sind, lässt sich anhand der räumlichen Beziehung zwischen Sensorspule und Orientierungsfeld die Relativposition zwischen Empfangsladespule und Sendeladespule ohne weiteres ermitteln.
  • Die so erfasste Relativposition kann als ein Signal abgegeben werden, beispielsweise ein Signal, welches die Relativposition als Koordinatenwerte wiedergibt, vorzugsweise in digitaler Form. Diese Relativposition kann beispielsweise angezeigt werden, so dass der Fahrer die Möglichkeit erhält, das Fahrzeug korrekt zu positionieren. Hierbei kann dem Fahrer die Relativposition angegeben werden, wobei alternativ oder in Kombination hierzu Richtungsangaben und/oder Wegangaben abgegeben werden können, welche angeben, in welche Richtung das Fahrzeug zu positionieren ist um die Sendeladespule zur Empfangsladespule anzuordnen.
  • Zudem kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug automatisch korrekt positioniert wird, wobei die Relativposition als eine Eingabegröße eines Regelkreises dient, innerhalb dessen eine Bewegung (Richtung und/oder Wegstrecke) des Fahrzeugs, der Sendeladespule oder der Empfangsladespule gesteuert wird. Insbesondere kann die Empfangsladespule zu der Sendeladespule ausgerichtet werden durch Bewegung des Fahrzeugs und/oder durch Ansteuern eines Positionierungsmechanismus der Empfangsladespule und/oder der Sendeladespule.
  • Es wird ferner ein Verfahren zum kabellosen Laden des Fahrzeugs beschrieben, welche das Verfahren zur Erfassung der Relativposition umfasst, wie es hier offenbart ist. Das Fahrzeug, die Empfangsladespule und/oder die Sendeladespule werden gemäß einer vorgegebenen optimalen Relativposition ausgerichtet. Die optimale Relativposition entspricht der Position, in der die Empfangsladespule eine optimale Kopplung mit der Sendeladespule aufweist. Insbesondere ist die optimale Relativposition zwischen Empfangsladespule und Sendeladespule diejenige, bei der die Empfangsladespule und die Sendeladespule zueinander vollständig ausgerichtet sind, beispielsweise eine Position, bei der diese beiden Spulen entlang der gleichen Achse angeordnet sind bzw. bei der der Abstand zwischen Empfangsladespule und Sendeladespule minimal ist bzw bei der die empfangene Leistung am größten ist. Die Relativposition wird während des Ausrichtens wiederholt ermittelt, insbesondere mittels des hier beschriebenen Verfahrens. Dadurch kann das Fahrzeug, die Sendeladespule und/oder die Empfangsladespule gemäß der optimalen Relativposition ausgerichtet werden. Hierbei können wie bereits bemerkt die beiden Ladespulen mittels eines steuerbaren Positionierungsmechanismus zueinander in die optimale Relativposition geführt werden. Das Ausrichten kann in zwei Schritten erfolgen, die sich überlappen können oder die nacheinander ausgeführt werden, wobei einer der Schritte umfasst das Fahrzeug auszurichten, und ein anderer Schritt umfasst, mittels des Positionierungsmechanismus zumindest eine der Ladespulen auszurichten.
  • Das Verfahren zum kabellosen Laden des Fahrzeugs sieht ferner vor, elektrische Leistung über ein alternierendes, magnetisches Ladefeld von der Sendeladespule an die Empfangsladespule zu übertragen. Dies wird insbesondere ausgeführt, nachdem die optimale Relativposition erreicht wurde, wobei vorzugsweise erst bei Erreichen der optimalen Relativposition das Ladefeld erzeugt wird. Das Ladefeld weist hierbei eine deutlich höhere Leistung bzw. Feldstärke als das Orientierungsfeld auf, wobei das Ladefeld beispielsweise um den Faktor von mindestens 10, 100, 1000 oder 10000 stärker als das Orientierungsfeld sein kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum kabellosen Laden kann vorgesehen sein, dass das Orientierungsfeld und das Ladefeld mit der Sendeladespule erzeugt wird. Hierbei erzeugt vorzugsweise die Sendeladespule das Orientierungsfeld auf einem ersten Leistungsniveau, bis die mindestens eine zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule (insbesondere die Sensorspule) beginnt, das Orientierungsfeld zu erfassen. Insbesondere beginnt die zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule damit, das Orientierungsfeld zu erfassen, wenn das Empfangssignal der zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule ein Signal/Rausch-Verhältnis hat, das über einem vorbestimmten Niveau liegt, oder bei dem dieses Empfangssignal über einem vorbestimmten Niveau liegt.
  • Das Leistungsniveau des Orientierungsfelds kann ferner abhängig von einem erfassten Abstand zwischen der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt und der Spule, die das Orientierungsfeld empfängt, eingestellt werden. Der Abstand ergibt sich unmittelbar aus der Relativposition. Hierbei kann das Leistungsniveau mit abnehmendem Abstand verringert werden.
  • Bei einem Abstand unterhalb eines vorgegebenen Mindestabstands wird vorzugsweise die Leistung konstant gehalten werden, um eine hohe Auflösung in Spulennähe zu garantieren.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Leistungsniveau des Orientierungsfelds mit einem Regelungsziel geregelt wird, gemäß dem die Stärke des Orientierungs-Empfangssignals, einer Kombination mehrerer Orientierungs-Empfangssignale, oder eines Gesamt-Orientierungs-Empfangssignals in einem vorgegebenen Intervall oder auf einem vorgegebenen Soll-Leistungswert liegt.
  • Die Sendeladespule bzw. die Spule, welche das Orientierungsfeld erzeugt, wird mit einer geringeren Leistung als das erste Leistungsniveau betrieben, während das Ausrichten stattfindet und nachdem die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule begonnen hat, das Orientierungsfeld zu erfassen. Es sei bemerkt, dass das Orientierungsfeld auch von einer anderen Spule auf dem ersten Leistungsniveau erzeugt werden kann.
  • Ferner ist vorgesehen, dass das Ladefeld von der Sendeladespule auf einem zweiten Leistungsniveau erzeugt wird, das über dem ersten Niveau liegt, wenn die optimale Relativposition durch das Ausrichten erreicht ist. Insbesondere wird das Ladefeld auf dem zweiten Leistungsniveau erzeugt, wenn die Sendeladespule zur Empfangsladespule vollständig ausgerichtet ist. Mit anderen Worten wird das Ladefeld erst dann erzeugt, wenn das Ausrichten beendet ist. Die Leistung, mit der das Orientierungsfeld erzeugt wird, während das Ausrichten stattfindet, ist geringer als das erste Leistungsniveau, mit dem das Orientierungsfeld erzeugt wird, bevor die zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule das Orientierungsfeld erfasst hat. Das erste Leistungsniveau kann um einen Faktor von mindestens 2, 5, 10 oder 100 größer sein als die geringere Leistung, mit der das Orientierungsfeld während des Ausrichtens bzw. nach dem Beginn des Erfassens des Orientierungsfelds erzeugt wird. Mittels der unterschiedlichen Leistungsniveaus des Orientierungsfelds und mittels der unterschiedlichen Leistungen des Orientierungsfelds gegenüber dem Ladefeld werden Störeinflüsse, die durch das Verfahren erzeugt werden, minimiert.
  • Das Orientierungsfeld kann mit einer größeren räumlichen Streuung erzeugt werden, als das Ladefeld. Insbesondere kann das Orientierungsfeld von der gleichen Spule erzeugt werden wie das Ladefeld. Die größere räumliche Streuung setzt sich beispielsweise durch unterschiedliches Anordnen des Kerns oder eines anderen magnetischen Körpers erreichen. Hierbei hat der Kern oder der magnetische Körper bei der Erzeugung des Orientierungsfelds eine andere Position relativ zu der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt, als bei der Erzeugung des Ladefelds. Durch die größere räumliche Streuung kann das Verfahren auch bei großem Abstand zwischen der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt, und der Spule, die zur induktiven Anregung (durch das Orientierungsfeld) vorgesehen ist, durchgeführt werden.
  • Hierbei kann allgemein die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule als Spule bezeichnet werden, die das Orientierungsfeld empfängt. Hierbei können ein oder mehrere Spulen das Orientierungsfeld empfangen.
  • Ein weiterer Aspekt des hier beschriebenen Verfahrens ist die Fremdkörpererkennung. Fremdkörper können erfasst werden durch Erfassung des Orientierungsfelds, da das Orientierungsfeld durch Fremdkörper, d. h. insbesondere magnetische Fremdkörper, gestört wird. Diese Störung kann anhand des Orientierungs-Empfangssignals wie es hier beschrieben ist erfasst werden. Insbesondere können Fremdkörper erfasst werden mittels der Schritte, die im Rahmen des Verfahrens zur Erfassung der Relativposition ausgeführt werden, sowie im Rahmen des Verfahrens zum kabellosen Laden. Es ist vorgesehen, dass während des Erfassens des Orientierungsfeldes, während des Ausrichtens und/oder während des Ladens die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule, d. h. insbesondere die Sensorspule ein Signal abgibt, insbesondere das Empfangssignal, welches auf Diskontinuitäten untersucht wird. Derartige Diskontinuitäten sind beispielsweise lokale Minima oder Maxima oder allgemein Abweichungen von einer zu erwartenden zeitlichen oder räumlichen Verteilung des Orientierungsfeldes bzw. eines Signals, dass das Orientierungsfeld bzw. das Ladefeld wiedergibt. Beispielsweise anhand der Empfangssignale der Sensorspulen bzw. Gruppen von Sensorspulen kann eine lokale Richtungsänderung des Orientierungsfelds erfasst werden, welche auf einen Fremdkörper hinweist. Dies betrifft eine zeitlich begrenzte (und somit lokale) Änderung der Richtung, wie sie von einer Sensorgruppe erfasst wird, eine Signalstärke, wie sie von zumindest einer Sensorspule erfasst wird, oder einer erfassten Relativposition. Weicht beispielsweise während dem Ausrichten des Fahrzeugs bzw. der Empfangs- oder Sendeladespule die Relativposition kurz ab, so kann ein Fremdkörper ermittelt werden. Ferner kann während des Ausrichtens eine neue Relativposition bestimmt werden, die sich alleine durch das Ausrichten ergibt, wobei eine Abweichung dieser neuen Relativposition gegenüber einer neuen, erfassten Relativposition dazu führt, dass ein Fremdkörper detektiert wird.
  • Wenn mit anderen Worten sich die erfasste Relativposition nicht gemäß der Ausrichtung des Fahrzeugs ändert, so kann davon ausgegangen werden, dass die Ursache hierfür ein Fremdkörper ist, der das Orientierungsfeldstört. Anhand der Ausrichtungsrichtung und des Ausrichtungswegs kann ein Verlauf der Relativposition über die Zeit bzw. über den Weg erstellt werden, da Richtung und Weg des Ausrichtens und zudem die Bewegung des Ausrichtens bekannt sind. Bei einer Abweichung der erfassten Relativposition gegenüber diesem Verlauf, die über einen vorgegebenen Mindestabweichungsgrenzwert hinausgeht, kann somit festgestellt werden, dass ein Fremdkörper vorliegt. Zudem kann das erfasste Orientierungsfeld mit einem zu erwartenden Orientierungsfeld, welches beispielsweise hinterlegt ist, verglichen werden, wobei bei einer Abweichung, die über einer Mindestabweichungsgrenze liegt, ein Fremdkörper festgestellt wird. Der Verlauf des Orientierungsfelds wird hierbei erfasst anhand von einer oder mehreren Sendespulen, die insbesondere räumlich verteilt sein können, und die dadurch in der Lage sind, Richtungen und Stärke des Orientierungsfelds an bestimmten Punkten zu erfassen. Weicht die Richtung und/oder die Stärke stärker ab, als durch eine Mindestabweichungsgrenze vorgegeben ist, dann wird ein Fremdkörper detektiert. Insbesondere kann mittels verteilter Spulen an mehreren Punkten die Richtung des Orientierungsfelds erfasst werden, wobei bei einem radial symmetrischen Orientierungsfeld die Feldrichtungen bei Abwesenheit eines Fremdkörpers im Wesentlichen zum gleichen Punkt zeigen, nämlich zum Zentrum des Orientierungsfelds. Werden beispielsweise mindestens drei räumlich verteilte Sensorspulen oder Gruppen hiervon verwendet, so kann jede Spule oder Gruppe eine Richtung vorgeben, in der das Zentrum des Orientierungsfelds vermutet wird. Fallen diese stark auseinander, d. h. besteht eine Abweichung, die über einer Mindestabweichungsgrenze liegt, so kann ebenso daraus geschlossen werden, dass ein Fremdkörper vorliegt.
  • Darüber hinaus können die erfassten Verzerrungen des Orientierungsfeldes verwendet werden, um nicht nur das Vorliegen eines Fremdkörpers, sondern auch um dessen Position zumindest ungefähr zu bestimmen. Ferner können die Verzerrungen bzw. Diskontinuitäten verwendet werden, um die Größe oder Art des Objekts zu bestimmen.
  • Anstatt oder in Kombination mit einer Fremdkörpererfassung können auch die Sensorspulen gegeneinander kalibriert werden, wenn zwar ein Signal abgegeben wird, dass ein Fremdkörper vorliegen würde, jedoch gemäß Benutzereingabe oder Eingabe eines zusätzlichen Fremdkörpersensors kein Fremdkörper vorliegt. Dadurch können die Sensorspulen gegenseitig kalibriert werden, so dass diese die gleiche Sensitivität aufweisen. Ferner können dadurch Verzerrungen im Orientierungsfeld kompensiert werden, die nicht von Fremdkörpern verursacht werden. Falls Daten hinterlegt sind, die ein Soll-Orientierungsfeld (oder ein Soll-Empfangssignal) charakterisieren, um mittels Vergleich mit gemessenen Empfangssignalen Fremdkörper zu detektieren, so können diese Daten an die erfassten Verzerrungen angepasst werden, die nicht durch Fremdkörper verursacht werden. Wie bereits bemerkt ist hierzu erforderlich, dass durch externe Eingabe (mittels Benutzer oder mittels zusätzlichem Fremdkörpersensor, etwa eine Kamera, ein Ultraschallsensor oder ein Radarsensor) eingegeben wird, ob ein Fremdkörper vorliegt, oder nicht, um bei nicht vorliegendem Fremdkörper darauf schließen zu können, dass die Verzerrung nicht von einem Fremdkörper verursacht wird, sondern durch nicht kalibrierte Sensorspulen oder Verzerrungsursachen hervorgerufen wird, die nicht fremdkörperbezogen sind. Auf vergleichbare Weise kann ein Fehler in der Bestimmung der Relativposition ermittelt werden, wenn durch Benutzereingabe oder durch eine andere externe Eingabe (eines zusätzlichen Positionssensors, der beispielsweise eine Kamera, ein Ultraschallsensor, ein Radarsensor oder ein optischer Positionssensor sein kann) die tatsächliche Relativposition erfasst wird. Der Fehler ergibt sich durch Vergleich der Benutzereingabe oder externen Eingabe mit der mittels Verfahren erfassten Relativposition. Der Fehler wird vorzugsweise bei Erfassungen der Relativposition berücksichtigt, um den Fehler in der Positionserfassung zumindest teilweise zu kompensieren.
  • Als Diskontinuität wird somit eine zeitliche oder räumliche Diskontinuität verstanden, die sich aus Verzerrungen des Orientierungsfelds ergibt, welche von Fremdkörpern resultieren. Diese Diskontinuitäten spiegeln sich in den genannten Abweichungen bzw. Verzerrung wieder, so dass der Begriff „Diskontinuität” als Äquivalent verwendet werden kann.
  • Zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens, mit dem Fremdkörper erfasst werden können, kann das Verfahren zur Erfassung einer Relativposition sowie auch das Verfahren zum kabellosen Laden eines Fahrzeugs ausgeführt werden. Wird ein Fremdkörper festgestellt, so kann ein entsprechendes Fremdkörpersignal abgegeben werden, insbesondere in Form eines Elektroniksignals, das beispielsweise angezeigt werden kann oder auf andere Weise dem Benutzer mitgeteilt werden kann. Alternativ oder in Kombination hierzu kann das Signal verwendet werden, um beispielsweise das Ausrichten oder das Laden zu steuern. Hierbei kann beispielsweise bei einem erfassten Fremdkörper das Ausrichten (der Sendeladespule und/oder der Empfangsladespule) unterbrochen werden oder es kann das Ladefeld abgestellt werden.
  • Ein weiterer Aspekt ist es, dass die mindestens eine zur Erfassung des Orientierungsfelds vorgesehene Spule auch verwendet werden kann, um das Ladefeld, insbesondere außerhalb der Sende- und Empfangsladespule zu erfassen, um anhand einer Diskontinuität, wie sie oben für das Orientierungsfeld beschrieben ist, Fremdkörper während des Ladens zu detektieren. So können beispielsweise mehrere Sensorspulen verwendet werden, um das Orientierungsfeld zu empfangen, wie es hier beschrieben ist.
  • Diese Orientierungsspulen werden insbesondere verwendet, um während des Ladevorgangs das Ladefeld bzw. dessen Streuung um die Sende- und Empfangsspule herum zu erfassen, um daraus abzuleiten, ob sich in der Nähe der Sende- oder Empfangsspule ein Fremdkörper befindet oder nicht. Mit anderen Worten werden die zur Erfassung der Sensorspulen nach dem Abschalten des Orientierungsfelds und nach dem Anschalten des Ladefelds (oder während des Anschaltens des Ladefelds) verwendet, um anhand von Störungen im Ladefeld Fremdkörper zu detektieren. Die Sensorspulen erfassen somit nicht nur das Orientierungsfeld, sondern auch das Ladefeld. Hierbei kann vorgesehen sein, dass bei der Erfassung des Ladefelds die Sensorspulen gedämpft werden, insbesondere stärker gedämpft werden, als bei der Erfassung des Orientierungsfelds.
  • Ein weiterer Aspekt ist es, dass das Orientierungsfeld mit einem Kennzeichnungssignal moduliert sein kann. Dieses Kennzeichnungssignal dient insbesondere dazu, die Sendeladespule zu identifizieren (und von anderen Sendeladespulen zu unterscheiden). Alternativ oder in Kombination hierzu kann durch die Modulation des Orientierungsfelds die erfasste Relativposition, ein oder mehrere Empfangssignale, die das Orientierungsfeld wiedergeben oder ein Fremdkörpererfassungssignal übertragen werden. Falls mehrere Sendeladespulen im gleichen Raum bzw. an bei einander liegenden Stellplätzen vorgesehen sind, so werden diese vorzugsweise mit unterschiedlichen Kennzeichensignalen moduliert. Dadurch ist es möglich, mehrere Orientierungsfelder, die sich teilweise überlappen können, zu unterscheiden und das Verfahren zur Erfassung der Relativposition nur anhand eines bestimmten, ausgewählten Orientierungsfelds mit einem bestimmten Kennzeichensignal durchzuführen.
  • Das Kennzeichensignal kann ferner auch Leistungsdaten oder Ladearten durch Modulation übertragen, sowie ferner ein Kennzeichen, dass ein Datenübertragungsprotokoll wiedergibt, welches zur weiteren Kommunikation zwischen Fahrzeug und Sendeladespule verwendet werden kann, etwa ein Kennzeichen, dass ein Nahfeldkommunikationsprotokoll, ein mobilfunknetzgeschütztes Kommunikationsprotokoll oder ein drahtlos Übertragungsprotokoll wie WLAN, DECT oder Bluetooth (wie oben beschrieben) wiedergibt. Dadurch kann beispielsweise zunächst anhand des Kennzeichensignals im Orientierungsfeld ermittelt werden, in welcher Weise das Fahrzeug mit der Sendeladespule kommunizieren kann bzw. soll.
  • Zudem kann das Kennzeichensignal Anbieterdaten, d. h. eine Anbieteridentifikation, einen Tarif oder ähnliches kennzeichnen. Auf diese Weise erhält das Orientierungsfeld einen Zusatznutzen, so dass bereits bei der beginnenden Erfassung der Relativposition der Anbieter oder die Maximalleistung der Sendespule vom Fahrzeug erfasst werden kann. Die Sendeladespule kann hierzu eine Kommunikationseinheit und/oder eine Steuereinheit umfassen, die derartige Daten verarbeitet und die Kommunikation mit dem Fahrzeug herstellt.
  • Das Orientierungsfeld kann insbesondere Informationen über aktuelle Betriebszustände der Sendespule (Temperatur, Leistung, Frequenz oder ähnliches) wiedergeben oder auch Daten, die zur Abrechnung dienen, wie der Tarif oder der Anbieter.
  • Das Kennzeichensignal kann auf dem Orientierungsfeld aufmoduliert sein durch Amplitudenmodulation, durch Frequenzmodulation oder durch Code-Multiplex-Modulation, durch Orthogonales Frequenzmultiplexing sowie durch Phasenmodulation. Bevorzugt wird Frequenzmodulation verwendet, bei der als Mittenfrequenz die Hauptfrequenz der Sendeladespule bzw. der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt, verwendet wird. Alternativ kann das Orientierungsfeld auf einem anderen Frequenzkanal moduliert sein, als die Hauptfrequenz (Mittelfrequenz) des Orientierungsfelds, des Ladefelds.
  • Wie eingangs bemerkt ist es durch die Verwendung einer Spule zur Erfassung des Orientierungsfelds möglich, Steuersignale durch stationäre Magnetfelder grundsätzlich abzublocken. Es wird daher auch ein Orientierungssignalempfänger vorgeschlagen, der eine zur induktiven Anregung vorgesehene Spule aufweist. Diese Spule ist in Form einer fahrzeugseitigen oder stationären Sensorspule ausgebildet. Die in dem Orientierungssignalempfänger verwendete mindestens eine Sensorspule kann ausgebildet sein, wie die hier beschriebene mindestens eine Sensorspule. Insbesondere können mehrere Sensorspulen vorgesehen sein, die eine unterschiedliche Orientierung aufweisen und/oder die an unterschiedlichen Orten vorgesehen sind. Insbesondere können unterschiedlich orientierte Sensorspulen jeweils in einer Gruppe gruppiert sein. Die Sensorspulen einer Gruppe sind vorzugsweise am gleichen Ort vorgesehen, während sich die Gruppen der Sensorspulen an unterschiedlichen Orten befinden. Wie bereits bemerkt, kann die mindestens eine Sensorspule fahrzeugseitig vorgesehen sein, insbesondere am Fahrzeugboden, oder kann in einem Boden eines Stellplatzes vorgesehen sein, vorzugsweise in der Nähe der Sendespule. Besonders bevorzugt sind die Sensorspulen um die Sendespule herum angeordnet bzw. die Sendespule ist in einem Bereich zwischen den Sensorspulen vorgesehen, vorzugsweise in der Mitte der Sensorspulengruppen, wenn die Sensorspulen stationär sind (d. h. auf oder im Boden) vorgesehen.
  • Der Orientierungssignalempfänger umfasst ferner eine Empfangseinrichtung mit einem Eingang, der an die Sensorspule angeschlossen ist. Die Empfangseinrichtung kann ferner ein dem Eingang nachgeschaltetes Dämpfungsglied aufweisen, das vorzugsweise einstellbar ist. Die Empfangseinrichtung kann ferner einen Verstärker mit vorzugsweise einstellbarem Verstärkungsfaktor umfassen, der dem Eingang und insbesondere dem Dämpfungsglied nachgeschaltet ist. Es werden weitere Dämpfungsglieder in der Empfangseinrichtung vorgesehen sein, die ebenso vorzugsweise schaltbar sind. Insbesondere kann ein Dämpfungsglied vorgesehen sein, dass dem Eingang direkt nachgeschaltet ist und das analog ausgestaltet ist, während die Empfangseinrichtung ferner ein weiteres Dämpfungsglied aufweist, dass dem erstgenannten Dämpfungsglied nachgeschaltet ist, und das eingerichtet ist, Signale gemäß digital einstellbarer Dämpfungsfaktoren zu dämpfen.
  • Der Eingang ist für den Anschluss mindestens einer Sensorspule ausgestaltet, so dass bei mehreren Sensorspulen der Eingang zum Anschluss von mehreren Sensorspulen ausgestaltet ist. Mit anderen Worten kann der Eingang mehrkanalig sein. Für jeden Kanal bzw. für jede Sendespule können 1, 2 oder mehrere Dämpfungsglieder vorgesehen sein, wobei deren Dämpfungsfaktor entweder gleich ist, oder der Dämpfungsfaktor an die Sensitivität der Spulen angepasst ist, so dass bei unterschiedlich sensitiven Spulen der jeweilige Dämpfungsfaktor die unterschiedliche Sensitivität zumindest teilweise ausgleicht.
  • Bevorzugt ist der Orientierungssignalempfänger frequenzselektiv. Hierbei kann die Empfangseinrichtung frequenzselektiv sein. Die Empfangseinrichtung ist ferner vorzugsweise ausgestaltet, über den Eingang ein Orientierungs- und Empfangssignal von der mindestens einen zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule zu empfangen. Diese Frequenzselektivität ermöglicht es, dass auch magnetische Wechselfelder abgeblockt werden können, die als Störsignal das betreffende Orientierungsfeld überlagern. Während somit durch die Verwendung einer Spule alleine schon statische Magnetfelder abgeblockt werden können wie sie beispielsweise bei Stahlbetongebäuden oder Stahlstellplätzen auftreten können, ermöglicht die frequenzselektive Empfangseinrichtung, dass auch nicht statische Magnetfelder, d. h. Wechselfelder abgeblockt werden können, die ansonsten die Erfassung des Orientierungsfelds stören würden. Dadurch ist es möglich, dass mindestens eine Sensorspule zur Positionserfassung bzw. zum korrekten Ausrichten verwendet werden kann, ohne dass vorhandene Störsignale (insbesondere außerhalb der Frequenz des Orientierungsfelds oder auch stationäre Magnetfelder) diesen Vorgang stören können.
  • Der Orientierungssignalempfänger weist mindestens einen Resonanzkreis auf, der die Sensorspule sowie eine daran angeschlossene Kapazität umfasst. Die daran angeschlossene Kapazität ist insbesondere Teil der frequenzselektiven Empfangseinrichtung, so dass eine Sensorspule, die über den Eingang der Empfangseinrichtung an die Kapazität angeschlossen ist, zusammen mit der Kapazität einen Resonanzkreis bildet. Dadurch, dass die Kapazität Teil der Empfangseinrichtung ist, ist die Empfangseinrichtung frequenzselektiv. Die Kapazität und die Sensorspule können hierbei parallel oder seriell geschaltet sein, wobei der Resonanzkreis ein Serien- oder Parallelresonanzkreis ist, im einfachsten Fall ein LC-Resonanzkreis.
  • Der Resonanzkreis weist eine Mittenfrequenz auf, die vorzugsweise der Hauptfrequenz des Orientierungsfelds entspricht. Insbesondere wird vorzugsweise mindestens 10%, 20%, 50%, 80%, oder 90%, der Leistung des Orientierungsfelds bzw. des Orientierungs-Empfangssignals in einen Frequenzbereich, welchen die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises liegt. Der Frequenzbereich, in dem die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises liegt, entspricht der Resonanzfrequenz mit einer Abweichung von nicht mehr als +/–5%, 2% oder 1% der Frequenz. Mit anderen Worten entspricht die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises im Wesentlichen der Frequenz des Orientierungsfelds. Dies trifft insbesondere für alle Sensorspulen zu, wobei insbesondere Spulen der gleichen Gruppe und/oder der gleichen Orientierung die gleiche Induktivität aufweisen sollten. Um Abweichungen in der Induktivität auszugleichen, können die jeweiligen angeschlossenen Kapazitäten unterschiedlich sein, so dass sich im Wesentlichen die gleiche Resonanzfrequenz ergibt. Insbesondere kann zumindest eine der Kapazitäten einstellbar sein.
  • Der Resonanzkreis weist insbesondere eine Güte von mehr als 100, mehr als 200 oder mehr als 500 auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Resonanzkreis gedämpft und weist ein Dämpfungsglied auf, insbesondere in Form eines Widerstands. Dieser Widerstand kann das hierin beschriebene Dämpfungsglied vorsehen, da dieser Widerstand das Empfangssignal dämpft, in dem er die Güte des Resonanzkreises verringert. Die Dämpfung des Resonanzkreises bzw. der Widerstand kann hierbei einstellbar sein. Der Widerstand kann (bei Parallelschwingkreisen) insbesondere besonders groß oder abgeschaltet werden, wenn die Sensorspule beginnt, das Orientierungsfeld zu erfassen oder bevor das Orientierungsfeld überhaupt erfasst wird. Bei Serienschwingkreisen gilt dies für den Leitwert des Widerstands. Bei weiterer Annäherung an das Zentrum des Orientierungsfelds, d. h. allgemein bei Erhöhung des Empfangssignals, kann der Widerstand zugeschaltet werden bzw. verringert werden um den Schwingkreis, in dem die Sensorspule vorgesehen ist zu dämpfen. (Bei Serienschwingkreisen gilt dies für den Leitwert des Widerstands.) Dadurch kann der Dynamikbereich der Empfangseinrichtung vergrößert werden. Vorzugsweise werden alle Sensorspulen, insbesondere die Sensorspulen der gleichen Gruppe oder die Sensorspulen der gleichen Orientierung, gleich stark gedämpft, so dass bei mehreren Sensorspulen bzw. bei einem mehrkanaligen Eingang der Empfangseinrichtung mehrere Widerstände vorgesehen sein. Insbesondere ist die Dämpfung der Spulen gleicher Orientierung gleich, wobei die Dämpfung von Spulen unterschiedlicher Orientierung unterschiedlich kann, etwa um einen gewünschten (Mindest-)signalpegel für die Spulen gleicher Orientierung zu haben.
  • Vorzugsweise wird in jedem Resonanzkreis ein Widerstand vorgesehen, der gezielt den Schwingkreis dämpft. Der zur Dämpfung vorgesehene Widerstand ist vorzugsweise schaltbar und/oder einstellbar, wobei insbesondere auch digital einstellbare Widerstände oder Widerstandsnetzwerke verwendet werden können. Bei der Erfassung der Stärke des Orientierungsfelds bzw. bei der Auswertung des Empfangssignals wird der Grad der Dämpfung berücksichtigt, um die tatsächliche Stärke des Orientierungsfelds auch erfassen zu können.
  • Alternativ oder in Kombination zu einem Resonanzkreis kann ein Filter vorgesehen sein, insbesondere in der frequenzselektiven Empfangseinrichtung. Das Filter weist einen Durchlassbereich auf, in dem des Orientierungsfelds liegt, welches eingerichtet ist, in der Sensorspule das Orientierungs-Empfangssignal zu induzieren. Vorzugsweise fallen in den Durchlassbereich mindestens 50, 80, 90 oder 95% der Leistung des Orientierungsfelds. Der Durchlassbereich kann schmalbandig sein, wenn das Orientierungsfeld im Wesentlichen nur eine Frequenz aufweist, wobei in diesem Fall der Durchlassbereich vorzugsweise mindestens 95 oder 99% des Spektrums des Orientierungsfelds abdeckt. Alternativ kann ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter vorgesehen sein, mit dem sich Störkomponenten von dem Nutzsignal, welches durch das Orientierungsfeld vorgesehen ist, trennen lassen. Insbesondere kann sich der Durchlassbereich des Filters auch an zu erwartenden Störkomponenten orientieren, um einen Durchlassbereich vorzusehen, der mindestens 50, 90 oder 95% der zu erwartenden Störkomponenten abblockt.
  • Das Filter kann ein Filter erster, zweiter oder höherer Ordnung sein, kann analog oder digital ausgestaltet sein, kann insbesondere ein RC-Glied sein, oder kann auch als Schwingquarz oder Oberflächenwellenfilter ausgestaltet sein. Es sei bemerkt, dass der Orientierungssignalempfänger zumindest einen dieser frequenzselektiven Maßnahmen umfasst und vorzugsweise mehrere dieser Komponenten umfasst, um einen möglichst geringen Anteil an Störkomponenten zu erreichen. Insbesondere kann der Orientierungssignalempfänger einen wie hier beschriebenen Resonanzkreis aufweisen sowie einen nachgeschalteten Filter. Zudem kann mindestens ein Dämpfungsglied vorgesehen sein, dass dem Resonanzkreis vor- oder nachgeschaltet sein kann und/oder dem hier beschriebenen Filter vor- oder nachgeschaltet sein kann. Insbesondere kann an dem Resonanzkreis ein Dämpfungsglied in Form eines schaltbaren Widerstands oder veränderlichen Widerstands vorgesehen sein, während sich zwischen dem Resonanzkreis und Filter ein weiteres Dämpfungsglied befindet. Wie bereits bemerkt, kann die Empfangseinrichtung ein- oder mehrteilig sein, vorzugsweise für jede Spule ein Kanal vorgesehen ist. Jeder Kanal umfasst einen Resonanzkreis und/oder einen Filter, und ggf. mindestens ein Dämpfungsglied. Die Kanäle sind vorzugsweise gleichartig aufgebaut (im Hinblick auf Filter, Resonanzkreis und Dämpfungsglied), können jedoch unterschiedlich ausgestaltet sein, um unterschiedliche Sensitivitäten der Spulen zu kompensieren oder gezielt zu erzeugen. Insbesondere können Anisotropien der Spule bzw. des Magnetkerns, um den die Spule gewickelt wird, ausgeglichen werden durch unterschiedliche Dämpfungsfaktoren in den Kanälen. Das Verhältnis der Dämpfungsfaktoren der Kanäle bzw. das Verhältnis der Sensitivitäten der verschiedenen Kanäle bzw. Spulen ist vorzugsweise jedoch konstant.
  • Der Orientierungssignalempfänger ist vorzugsweise mit mehreren Sensorspulen ausgestattet. Diese sind zueinander geneigt angeordnet bzw. unterschiedlich orientiert. Insbesondere können diese zueinander senkrecht angeordnet sein und dadurch ein kartesisches Koordinatensystem mit orthogonalen Achsen bilden. Die Sensorspulen sind vorzugsweise gleichartig ausgestaltet und haben die gleiche Sensitivität. Insbesondere haben die mehreren Sensorspulen vorzugsweise die gleiche Wicklungsanzahl, die gleiche Wicklungsquerschnittsfläche, die gleiche Länge und/oder die gleiche Querschnittsform. Wie bereits bemerkt, können unterschiedliche Induktivitäten bzw. unterschiedliche Sensitivitäten der Sensorspulen durch unterschiedliche Dämpfungsfaktoren bzw. unterschiedliche Filter und Resonanzkreise zumindest teilweise ausgeglichen werden. Die zueinander geneigten Sensorspulen sind vorzugsweise am gleichen Ort vorgesehen. Es können ferner mehrere Sensorspulen vorgesehen sein, die die gleiche Orientierung aufweisen, d. h. die gleich geneigt sind, die jedoch an unterschiedlichen Orten vorgesehen sind. Insbesondere können die Sensorspulen gruppiert vorgesehen sein, wobei in jeder Gruppe mehrere Sensorspulen vorgesehen sind, die zueinander geneigt sind (vorzugsweise 3 Stück, die orthogonal zueinander sind), wobei die Gruppen an unterschiedlichen Orten des Fahrzeugs oder des Bodens des Stellplatzes angeordnet sind. Insbesondere können die Sensorspulen um die Sendespule herum oder um die Empfangsspule herum gruppiert sein. Zueinander geneigte Sensorspulen, insbesondere einer Gruppe, können von derselben Halterung getragen werden. Insbesondere können zueinander geneigte Sensorspulen, insbesondere einer Gruppe, auf demselben Magnetkern gewickelt sein, der insbesondere ein Ferritkern ist. Der Ferritkern kann hierbei insbesondere eine sphärische oder würfelförmige Gestalt aufweisen, wobei bei quaderförmigen oder ellipsenförmigen Kernen die sich ergebende Formanisotropie wie vorangehend bemerkt ausgeglichen werden kann. Die Mitten der zueinander geneigten Sensorspulen sind vorzugsweise im gleichen Raumbereich, der insbesondere eine (gedachte) Kugel oder ein (gedachter) Würfel mit einem Durchmesser bzw. einer Kantenlänge von nicht mehr als 10, 5 oder 2 mm ist. In der gedachten Kugel bzw. in dem gedachten Würfel, in welchem sich die Mitten der zueinander geneigten Sensorspulen befinden, hat vorzugsweise eine Maximalabmessung von nicht mehr als 30, 10, 5 oder 2 Prozent der Maximalabmessung der Größen der Sensorspulen.
  • Für jede Gruppe von Sensorspulen kann eine wie hier beschriebene Empfangseinrichtung vorgesehen sein, an die die Spulen angeschlossen sind. Bei mehreren Gruppen können somit auch mehrere Empfangseinrichtungen vorgesehen sein, um Störungseinflüsse zu minimieren, die sich durch lange Übertragungsleitungen ergeben. Dadurch können die Gruppen einen großen Abstand zueinander aufweisen, ohne dass lange Übertragungsleitungen für das Empfangssignal die Vorrichtung störempfindlich machen. Da jede Empfangseinrichtung das Empfangssignal der Sensorspulen aufbereitet, ergeben sich dadurch geringere Störkomponenten. Es kann eine zentrale Einheit vorgesehen sein, an der alle Empfangseinrichtungen aller Gruppen angeschlossen sind, damit diese die Signale der unterschiedlichen Gruppen auswerten kann.
  • Schließlich wird eine induktive Ladevorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Orientierungssignalempfänger vorgeschlagen, wie er hier beschrieben ist. Die Ladevorrichtung umfasst ferner eine Positionsberechnungseinrichtung, die dem Orientierungssignalempfänger nachgeschaltet ist. Der Positionierungsmechanismus ist eingerichtet, eine Relativposition (allgemein im Sinne einer Richtung, eines Vektors oder eines Abstands) zwischen dem Fahrzeug und einer feststehenden Sendeladespule anhand des Orientierungs-Empfangssignals der Empfangseinrichtung zu ermitteln. Insbesondere ist die Positionsberechnungseinrichtung eingerichtet, das Orientierungs-Empfangssignal der Spulen nach deren Verarbeitung durch die Empfangseinrichtung zu verarbeiten. Da es sich um den gleichen Informationsinhalt handelt, wird nicht zwischen einem Orientierungs-Empfangssignal entschieden, das direkt an den Spulen anliegt, und einem Orientierungs-Empfangssignal, das von der Empfangseinrichtung abgegeben wird, und das einem verarbeiteten (gefilterten oder gedämpften) Empfangssignal direkt an den Sensorspulen entspricht.
  • Die Ladevorrichtung umfasst ferner einen Ausrichtungssignalgenerator, der der Positionsberechnungseinrichtung nachgeschaltet ist. Der Ausrichtungssignalgenerator ist eingerichtet, anhand der Relativposition der Positionsberechnungseinrichtung ein Ausrichtungssignal zu erzeugen.
  • Das Ausrichtungssignal kann in passiver oder aktiver Weise verwendet werden. Daher kann der Ausrichtungssignalgenerator ausgestaltet sein, ein Ausrichtungssignal zu erzeugen, das zur Darstellung mittels einer optischen, akustischen oder haptischen Anzeige geeignet ist. Alternativ oder in Kombination hierzu kann der Ausrichtungssignalgenerator ausgestaltet sein, ein Ausrichtungssignal zu erzeugen, das zur Ansteuerung des Positionierungsmechanismus ausgestaltet ist. Hierbei ist der Positionierungsmechanismus mit einem Aktuator der Empfangsladespule oder der Sendeladespule ausgestattet, und ist eingerichtet, diese Spulen gegenüber dem Fahrzeug (im Falle einer beweglichen Empfangsladespule) oder dem Boden des Stellplatzes (im Falle einer beweglichen Sendeladespule) zu bewegen.
  • Sowohl die Positionsberechnungseinrichtung als auch der Ausrichtungssignalgenerator sind vorzugsweise in Form eines Prozessors in Kombination mit einem entsprechenden ablaufenden Programm ausgestaltet, so dass das Programm zusammen mit dem Prozessor die Funktionen der Positionsberechnungseinrichtung und des Ausrichtungssignalgenerators realisiert. Teile dieser Komponenten können auch fest verdrahtet sein oder als analoge Schaltung vorliegen, wobei jedoch vorzugsweise ein Programm vorgesehen ist, das bei Ablauf auf dem Prozessor die Relativposition zwischen Fahrzeug und Sendeladespule bestimmt, um das Ausrichtungssignal gemäß der Relativposition zu erzeugen.
  • Das optische Signal kann insbesondere auf einer Anzeige angegeben werden beispielsweise in Form von Pfeilen oder ähnlichem. Diese Anzeige kann Teil der Ladevorrichtung sein. Ferner können akustische oder haptische Wandler verwendet werden, um das Ausrichtungssignal darzustellen, wobei der akustische Wandler ein Tonsignal oder ein Sprachsignal abgeben kann und der haptische Wandler insbesondere auf das Lenkrad und/oder auf das Fahr- oder Bremspedal wirkt. Der haptische Wandler kann hierbei beispielsweise eine Gegenkraft erzeugen, falls der Fahrer in eine Richtung lenkt, die nicht dazu führt, dass die Sendeladespule zu der Empfangsladespule optimal ausrichtet.
  • Schließlich kann die induktive Ladevorrichtung eine Fremdkörpererfassungseinrichtung aufweisen. Diese ist vorzugsweise dem Orientierungssignalempfänger nachgeschaltet. Die Fremdkörpererfassungseinrichtung ist eingerichtet, Diskontinuitäten in dem Orientierungs-Empfangssignal der Empfangseinrichtung zu ermitteln. Hierzu können beispielsweise in der Fremdkörpererfassungsvorrichtung Daten gespeichert sein, die das Orientierungsfeld im störungsfreien Fall charakterisieren, um zu ermitteln, wenn das erfasste Orientierungsfeld von diesem hinterlegten Orientierungsfeld abweicht. Hierzu kann die Fremdkörpererfassungseinrichtung einen Speicher aufweisen, in dem die Daten hinterlegt sind. Darüber hinaus kann die Fremdkörpererfassungseinrichtung einen Eingang aufweisen, mit dem diese Wegdaten und/oder Winkeldaten (allgemein: Bewegungsdaten) des Fahrzeugs empfängt, um die Bewegung des Fahrzeugs während des Ausrichtens ermitteln zu können.
  • Eine Detektionseinheit der Fremdkörpererfassungseinrichtung ermittelt, welche Signale oder welche Relativposition aufgrund dieser empfangenen Daten zu erwarten sind. Eine Vergleichseinrichtung der Fremdkörpererfassungseinrichtung ermittelt, ob die so vorausgesagten Daten über die Relativposition bzw. die Feldstärke oder Feldstärken des Orientierungsfelds mit der erfassten Relativposition oder mit dem erfassten Empfangssignal übereinstimmen, oder ob sich hierbei Abweichungen ergeben, die über einer Mindestabweichungsgrenze liegen. Ist dies der Fall, so kann die Fremdkörpererfassungseinrichtung feststellen, dass ein Fremdkörper vorliegt. Anhand der Vergleichervorrichtung ist die Fremdkörpererfassungseinrichtung ausgestaltet, anhand des Orientierungs-Empfangssignals bzw. anhand der erfassten Relativposition eine Abweichung gegenüber einem hinterlegten, ungestörten Orientierungsfeld bzw. gegenüber vorhergesagten Relativpositionen oder Empfangssignalen zu ermitteln.
  • Ein Fehlergenerator, der insbesondere an diese Vergleichseinrichtung angeschlossen ist, ist ausgestaltet, ein Fehlerzustandssignal abzugeben, wenn diese Diskontinuitäten vorliegen. Der Fehlergenerator kann ausgestaltet sein, lediglich anzugeben, dass ein Fremdkörper detektiert wurde, oder kann ausgestaltet sein, ein Signal abzugeben, dass den Fremdkörper charakterisiert, beispielsweise dessen Größe. Der Fehlergenerator umfasst hierbei eine Abbildung, die dem Ergebnissignal der Vergleichseinrichtung ein Kennzeichen des Fremdkörpers (Größe, Art) zuordnet. Der Fehlergenerator kann zudem ausgestaltet sein, nicht nur das Vorliegen eines Fremdkörpers in Form eines Signals abzugeben, sondern auch dessen Position. Hierzu kann der Fehlergenerator mit der Positionsberechnungseinrichtung verbunden sein und/oder kann eine Abbildung aufweisen, die der erfassten Diskontinuität einen Ort zuordnet, an dem diese auftritt.
  • Es sei bemerkt, dass anhand des Verfahrens bereits die Herangehensweise bei der Fremdkörpererfassung dargestellt ist, so dass die hier beschriebene Fremdkörpererfassungseinrichtung gemäß den oben beschriebenen Eigenschaften und Funktionen ausgestaltet sein kann. Dem Fehlergenerator kann eine Anzeige oder ein akustischer Wandler nachgeschaltet sein, der das Fehlersignal dem Benutzer anzeigt, oder es kann auch ein Steuergerät der Sendeladespule nachgeschaltet sein, die bei Empfang eines Fehlerzustandssignals die Ladeleistung verringert oder den Ladevorgang beendet bzw. die Leistungszufuhr zu der Sendeladespule abbricht.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Die 1–3 zeigen jeweils ein Orientierungsfeld und Sensorspulen zur beispielhaften Erläuterung verschiedener Möglichkeiten zur Berechnung einer Relativposition;
  • die 4 und 5 zeigen Anordnungsmöglichkeiten von Sensorspulen und
  • die 6 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild zur Erläuterung von Ausführungsformen eines Orientierungssignalempfängers und einer induktiven Ladevorrichtung.
  • Detaillierte Beschreibung der Figuren
  • Die 1 zeigt ein Orientierungsfeld 100, welches von einer Spule 110 erzeugt wird. Die Spule 110 ist insbesondere eine stationäre Sendeladespule, kann jedoch auch eine fahrzeugseitige Empfangsladespule, die mit einem entsprechenden Stromsignal beaufschlagt wird, durch das das Orientierungsfeld erzeugt wird. Mit durchgezogenen Linien sind ein Fahrzeug 120 sowie daran angeordnete, fahrzeugseitige Sensorspulen 122a bis 126c dargestellt. Falls die Spule 110 als fahrzeugseitige Empfangsladespule vorgesehen ist, sind die Sensorspulen 122a bis 126c stationär.
  • Das Orientierungsfeld 100, das von der Spule 110 ausgeht, ist ein radial verlaufendes Feld und ist insbesondere radialsymmetrisch, wobei in der 1 (sowie auch in den 2 und 3) das Orientierungsfeld 100 nur anhand der Feldkomponenten dargestellt ist, welche sich in der Zeichenebene befinden.
  • Die Spule 110 befindet sich im Zentrum eines Koordinatensystems, welches mit x, y und z bezeichnet sind. Von diesem Ursprung gehen zumindest in der x/y-Ebene die Feldlinien strahlenförmig (d. h. radial) aus und erstrecken sich radial von diesem Ursprung weg. Der Ursprung entspricht dem Zentrum der Spule 110.
  • Die Spulen 122a–126c sind in Gruppen 128a–c gruppiert. Jede Gruppe 128a–c umfasst eine Spule 122a, b, c, die in y-Richtung ausgerichtet ist, eine Spule 124a, b, c, die in z-Richtung ausgerichtet ist und eine Spule 126a, b, c, die in x-Richtung ausgerichtet ist. Die Spulen jeder Gruppe sind zueinander unterschiedlich orientiert, so dass sich die Feldrichtung räumlich bestimmen lässt. Hierbei wird in jeder Gruppe 128a, b, c die Feldstärken der Spulen dieser Gruppe in ein Verhältnis zueinander gesetzt, so dass durch jede Gruppe eine Richtung Ra, Rb, Rc ermittelt wird.
  • In 1 ist der vereinfachte Fall einer zweidimensionalen Positionierungserfassung dargestellt, so dass jede Gruppe 128a–c auch nur zwei unterschiedlich orientierte Spulen aufweisen muss, deren Orientierungsrichtungen vorzugsweise nicht im 90°-Winkel zu der Ebene liegt, in der die Richtung berechnet wird. Somit können beispielsweise die Spulen 122a–c und 126a–c verwendet werden, um die Richtung Ra–Rc (in der xy-Ebene) zu ermitteln. Die Richtungen geben in diesem Fall eine zweidimensionale Richtung wieder. Aufgrund der Radialerstreckung des Orientierungsfeldes zeigen alle Richtungen Ra–Rc in das Zentrum der Spule 110, so dass aus zwei (oder vorzugsweise aus drei) Richtungen der Schnittpunkt gebildet wird. Hierbei wird der Schnittpunkt gebildet, in dem jeweils von der Position einer Spulengruppe am Fahrzeug 120 ausgegangen wird, und ausgehend von dieser Ausgangsposition die Richtung Ra–Rc weiter verfolgt wird. Ist wie in 1 dargestellt die Anzahl der Sensorgruppen größer als die Dimension der Positionierung (d. h. die Dimension der Richtung bzw. der Relativposition), so können die Schnittpunkte miteinander verglichen werden. Ferner kann die Position des Ursprungs des Orientierungsfelds als ein Punkt zwischen den Schnittpunkten ermittelt werden.
  • Ergeben sich stark unterschiedliche Schnittpunkte, die insbesondere um mehr als einen vorgegebenen Mindestabstand voneinander abweichen, so kann von einer Feldverzerrung ausgegangen werden, die durch einen Fremdkörper ausgelöst wird. In diesem Fall kann ein Fehlersignal abgegeben werden, welches die Präsenz eines Fremdkörpers im Orientierungsfeld wiedergibt. Die bildet insbesondere die Grundlage für eine Diagnose, d. h. einer Erfassung, ob ein Fremdkörper vorliegt, oder nicht. Ein weiterer Vorteil von 4 statt 3 Sensoren liegt darin, dass man die 3 „besten” Sensoren (d. h. mit dem besten Signal/Rauschverhältnis) aktivieren kann (bzw. deren Signal verwenden kann), abhängig davon, ob das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts an die Orientierungspule heranfährt.
  • Jede Spulengruppe 128a–c gibt nicht nur jeweils eine Richtung Ra–Rc aus. Vielmehr gibt es eine erste Richtung Ra und eine zweite Richtung Ra, welche in diesem Fall an der x-Achse gespiegelt sind, da nur der Winkel zwischen x und y gemessen werden kann nicht aber deren Vorzeichen. Bei den Messergebnissen handelt es nicht um Vektoren, sondern um Geraden, wobei zum besseren Verständnis in den Figuren eine Pfeildarstellung gewählt wurde. Somit weist jeder Sensor 2 verschiedene Geraden auf. Nimmt man nur 2 Sensoren, ergeben sich 2 Schnittpunkte die zwar mithilfe der Feldstärke bzw. der z-Achse evtl. unterschieden werden können. Jedoch kann es in diesem Fall zu einem zweideutigen Ergebnis kommen, das insbesondere durch die hier beschriebenen Vorgehensweisen aufgelöst werden kann. Nimmt man hingegen drei Sensoren, so schneiden sich 3 Geraden nur in einem Punkt. Dieser Punkt kann eindeutig der Sendespule zugewiesen werden.
  • Ferner können Richtungen anhand der Sensorgruppen ermittelt werden, die sich wie Ra'–Rc' darstellen lassen (gestrichelte Pfeile mit gleicher Länge wie Ra–Rc), da die Richtungen mit einer Mehrdeutigkeit von 90° bzw. 180° ermittelt werden. Anhand von redundanten Sensorgruppen oder Sensoren oder anhand der Gradientenbetrachtung wie oben beschrieben lässt sich diese Mehrdeutigkeit auflösen.
  • Die Variation des Orientierungsfelds-Empfangssignals der Spulen 124a–c (die parallel zu der Spule 110 ausgerichtet sind) in Abhängigkeit vom Abstand zum Ursprung des Orientierungsfelds kann aufgrund der Abhängigkeit vom Abstand zum Zentrum der Spule 110 zur weiteren Orientierung verwendet werden. Insbesondere können die Orientierungs-Empfangssignale dieser Spulen wie die anderen Spulen zur Erfassung der Relativposition verwendet werden, oder können zur Auflösung von Mehrdeutigkeiten bei der Ermittlung von Relativpositionen verwendet werden, für die die anderen Spulen (d. h. Spulen nicht parallel zur Spule 110) verwendet werden. Da der Verlauf dieses Orientierungs-Empfangssignals der Spulen 124a, b, c, aufgrund des bekannten Verlaufs des Orientierungsfelds ebenso bekannt ist, kann dieser mit ermittelten Verläufen der Spulen 124a–c verglichen werden, um so auf die Relativposition oder zumindest auf einen Abstand zum Zentrum der Spule 110 rückschließen zu können.
  • Die 2 zeigt ein Orientierungsfeld 200, das dem Orientierungsfeld 100 entspricht. Dieses wird von einer Spule 210 erzeugt, die ebenso der Spule 110 entspricht. Auch die Spulengruppen 228a–c entsprechen vom Aufbau her den Spulengruppen 128a–c, wobei sich jedoch zur besseren Darstellung deren Position von den Positionen der Sensorspulengruppen 128a–c unterscheidet.
  • Jede Spulengruppe 228a–c hat mindestens zwei, vorzugsweise jedoch drei Sensorspulen, die unterschiedlich orientiert sind. Gemäß dem Ansatz, der der 2 zu Grunde liegt, werden anhand einer Gesamtsignalstärke jeder Gruppe 228a–c der Abstand des Zentrums der Spule zu der jeweiligen Gruppe 228a–c berechnet. Aufgrund der Abstände können Linien (bei zweidimensionaler Relativposition) oder Flächen (bei dreidimensionaler Relativposition) erstellt werden, entlang denen das Zentrum der Spule 210 zu erwarten ist. In Mittelpunkt jeder dieser Linien oder Flächen befindet sich eine Spulengruppe.
  • Für jede Spulengruppe 228a–c ist eine Abhängigkeit der Gesamtsignalstärke zu dem Abstand zu dem Zentrum der Spule 210 vorgegeben. Diese Abhängigkeit kann empirisch ermittelt werden oder kann gemäß der Annahme des quadratischen Abfalls der Signalstärke mit zunehmendem Abstand als vereinfachte Näherung vorgesehen werden. Es können andere Abhängigkeiten vorgesehen sein, etwa in Form von Funktionen, die den Zusammenhang zwischen Signalstärke und Abstand genähert wiedergeben, wobei diese Funktionen eine höhere Ordnung als die vereinfachte Näherung aufweisen oder durch mehr Parameter als die vereinfachte Näherung bestimmt sind.
  • Die Gesamtsignalstärke ist anhand eines Balkens 230a–c dargestellt. Je länger der Balken, desto größer ist die Signalstärke, wobei sich in 2 erkennen lässt, dass die Signalstärke 230a–c mit zunehmenden Abstand zum Zentrum der Spule 210 abfällt. Die Spulengruppe 228c liegt am nächsten zum Zentrum der Spule 110, weshalb deren Gesamtsignalstärke 230c größer ist als die Gesamtsignalstärke 230b, welche wiederum größer ist als die Gesamtsignalstärke 230a, welche von der am weitesten entfernten Gruppe 228a stammt.
  • Anhand der 2 ist zu erkennen, dass aufgrund von üblichen Abweichungen die Linien, entlang denen das Zentrum der Spule 210 erwartet wird, nicht exakt durch das Zentrum der Spule 210 laufen.
  • Es ergeben sich mehrere Schnittpunkte zwischen den einzelnen Kreisen (allgemein: geschlossenen Linien die aus Punkten bestehen, die der gleichen Signalstärke zugeordnet sind), wobei das Zentrum in einer Fläche zwischen den zueinander am nächsten liegenden Schnittpunkten gebildet wird. Von den beiden Schnittpunkten zweier Kreise wird derjenige herangezogen, der den geringsten Abstand zu zwei Schnittpunkten eines anderen Kreisepaars hat. Das Zentrum kann als Mitte der so erhaltenen Fläche vorgesehen werden. In der 2 wurde angenommen, dass das Verhältnis von Signalstärke und Abstand nicht richtungsabhängig ist, so dass sich jeweils Kreise ergeben, in denen das Zentrum der Spulengruppe ist.
  • Bei Berücksichtigung der Richtungsabhängigkeit ergeben sich geschlossene Linienformen, die von den Kreisen abweichen, wobei auch diese geschlossenen Linien wie vorangehend beschrieben miteinander geschnitten werden können, wobei die Ausrichtung der Spulengruppe relativ zum Fahrzeug zu berücksichtigen ist. Die Gesamtvollstrecke wird gebildet etwa als Summe aller Feldstärken aller Spulen einer Gruppe. Da die Feldstärke eindeutig mit der Stärke des Orientierungs-Empfangssignals verknüpft ist, sind diese beiden Begriffe zueinander äquivalent.
  • Im Dreidimensionalen werden nicht geschlossene Linien verwendet, sondern geschlossene Flächen, die aus Punkten bestehen, denen die gleiche (Gesamt-)Signalstärke zugeordnet ist. Diese Flächen können als Iso-Signalstärkeflächen bezeichnet werden. Im Zweidimensionalen können die Linien als Iso-Signalstärkelinien bezeichnet werden. Diese Flächen bzw. Linien dienen lediglich der graphischen Darstellung und können auch innerhalb von Berechnungsverfahren als Gleichungssystem wiedergegeben sein. Anstatt von Gesamtsignalstärken einer Spulengruppe können auch Signalstärken einer Sensorspule verwendet werden.
  • Die 3 zeigt eine weitere Variante der Positionsbestimmung, wobei drei unterschiedliche Spulen verwendet werden, die an drei unterschiedlichen Orten vorliegen. Hierbei sind die Spulen 329a–c an unterschiedlichen Orten eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) angeordnet. Da Spulen nur von Magnetfelderanteilen erregt werden können, die senkrecht auf der jeweiligen Spulenfläche stehen, ergeben sich Richtcharakteristiken in Form einer Acht (bzw. Richtcharakteristiken basierend auf: Empfindlichkeit (alpha) = N·cos (alpha) oder = N·cos2 (alpha), wobei alpha der Winkel des Feldes zur Spulenlängsachse ist) und N eine Konstante.
  • Die Stärke des Orientierungs-Empfangssignals hängt bei einer derartigen Konstellation nicht nur von der Richtung, sondern auch vom Abstand ab, so dass bei Empfang einer bestimmten Stärke eines Orientierungs-Empfangssignals durch eine der Spulen 329a–c über eine vorgegebene Abbildung, die die Richtcharakteristik wiedergibt, ermittelt werden kann, auf welcher Linie sich das Zentrum der Spule befindet. Die Spule 229c liegt am nächsten zum Zentrum der Spule 310, welche das Orientierungsfeld 300 erzeugt. Aufgrund der hohen Signalstärke (im Vergleich zu den anderen Spulen) ergibt sich daher, dass der Abstand zwischen Spule 329c und Zentrum besonders gering sein muss. Mit anderen Worten ist die acht-förmige Linie, entlang der das Zentrum des Orientierungsfelds 300 zu erwarten ist, in Hinblick auf ihre Erstreckungsgröße bzw. im Hinblick auf ihre Fläche umso größer, je geringer die Stärke des Orientierungs-Empfangssignals der betreffenden Spule ist. Dieser Zusammenhang kann vorgegeben sein, beispielsweise in Form einer vereinfachten Näherung einer quadratischen Abnahme der Signalstärke mit dem Abstand oder in Form anderer Näherungen oder Abbildungen.
  • Auch in 3 ergeben sich Schnittpunkte, die wie anhand von 2 dargestellt ausgewertet werden können. Wie auch in 2 werden in 3 die Linien, auf denen das Zentrum zu erwarten ist, solange für alle Gruppen oder Spulen gleichmäßig vergrößert, bis sich zwischen zwei verschiedenen Kurven immer zwei Schnittpunkte bilden. Auch in 3 werden die Schnittpunkte einer Restkombination von zwei Linien gebildet, die am nächsten an den Schnittpunkten einer anderen Kombination von Linien ist. Zwischen diesen ausgebildeten Schnittpunkten befindet sich eine Fläche, in der das Zentrum des Orientierungsfelds 300 liegt. Vorzugsweise wird die Mitte des Feldes ermittelt und als Zentrum des Orientierungsfelds erfasst. Aufgrund der bekannten einheitlichen Beziehung zwischen den Spulen (bzw. zwischen den Spulengruppen der 1 und 2) kann dadurch die Relativposition des Fahrzeugs bzw. der Empfangsladespule des Fahrzeugs zu dem Zentrum ermittelt werden.
  • Die 1–3 beschreiben die Spulen, welche das Orientierungsfeld empfangen, als Sensorspulen. Die Spulen, welche das Orientierungsfeld empfangen, können ferner Sensorspulen sowie die Empfangsladespule umfassen, falls die Sendeladespule das Orientierungsfeld erzeugt (= erster Fall). Zudem können die Spulen, welche das Orientierungsfeld empfangen, ferner Sensorspulen sowie die Sendeladespule umfassen, falls die Empfangsladespule (durch Zuführen eines entsprechenden Signals) das Orientierungsfeld erzeugt (= zweiter Fall). Das in der Empfangsladespule (erster Fall) bzw. in der Sendeladespule (zweiter Fall) erzeugte Signal ist ein Orientierungs-Empfangssignal, welches wie ein Signal einer Sensorladespule ausgewertet wird, ggf. einschließlich einer Signalanpassung, die den unterschiedlichen elektromagnetischen Eigenschaften der Sensorspule einerseits und der Sende- oder Empfangsladespule andererseits Rechnung trägt bzw. diese zumindest teilweise kompensiert.
  • Die 4 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Gruppe von Spulen 422–426. Die Spulen 422–426 sind unterschiedlich orientiert, wobei in 4 eine Anordnung dargestellt ist, in der die Spulen 422–426 jeweils zueinander senkrecht ausgebildet sind. Ferner ist zu erkennen, dass die Spulen im Wesentlichen ohne Abstand zueinander angeordnet sind und dass sich ihre Längsachsen in einem Punkt (oder in einem kleinen Bereich) schneiden. Die in 4 dargestellten Spulen sind zylindrisch und weisen insbesondere die gleiche Windungszahl und die gleiche Abmessung auf. Die Spulen einer Gruppe weisen jeweils zueinander vorzugsweise einen Winkel mit einem Betrag von mindestens 45° auf, vorzugsweise mit einem Betrag von mindestens 60°, 70° oder 85°.
  • In der 5 ist eine weitere Gruppe von Sensorspulen dargestellt, welche um einen gemeinsamen Kern 530 gewickelt sind. Der Kern 530 ist würfelförmig, wobei sich die Spulen jeweils über die Kantenmitten erstrecken. Eine erste Spule 522 ist nach oben bzw. unten ausgerichtet, vergleichbar mit der Spule 422 der 4. Eine zweite Spule 524 ist senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet. Eine dritte Spule 526 ist in Links-Rechts-Richtung ausgerichtet, entsprechend der Spule 426 der 4. Die Spulen 522–526 haben vorzugsweise die gleiche Windungszahl. Aufgrund der Würfelform des Kerns 530 haben die Spulen 522–526 auch die gleichen Abmessungen bzw. den gleichen Querschnitt oder Querschnittfläche. Auch die Länge der Spulen ist vorzugsweise gleich.
  • Eine weitere Ausbildungsform ist eine Spule (z. B eine würfelförmige 3D-Spule) um welche eine weitere zu den einzelnen Spulenebenen geneigte ähnliche würfelförmige 3D-Spule gewickelt ist. Dadurch könnte man eine eindeutige Richtung Ra...Rc gewinnen und könnte somit Sensoren im Vergleich zu einer einfachen 3D-Spule einsparen.
  • Die 6 zeigt Orientierungsspulen 10, die über einen Eingang 11 einer Empfangseinrichtung 2 an die Empfangseinrichtung 2 angeschlossen sind. Die Empfangseinrichtung 2 bildet zusammen mit den Spulen 10 einen Orientierungssignalempfänger 4. Die Empfangseinrichtung 2 umfasst für jede Spule 10 einen Kondensator 12, der parallel zu dem Eingang 11 und somit auch parallel zu der jeweiligen Spule 10 geschaltet ist. Es ergeben sich Resonanzkreise (die auch Schwingkreise genannt werden), welche jeweils von einer Spule 10 und einer daran angeschlossenen Kapazität 12 (12a–c) gebildet werden. Von den Spulen 10 (10a–c) bzw. den sich ergebenden Resonanzkreisen werden Orientierungs-Empfangssignale E (Ea–c) erzeugt, die in der Empfangseinrichtung 2 weiterverarbeitet werden. Vorzugsweise wird für jedes Orientierungs-Empfangssignal ein Kanal vorgesehen, in dem das jeweilige Orientierungs-Empfangssignal verarbeitet wird, wobei zur einfachen Darstellung in 6 nur ein einziger Kanal exemplarisch für alle Kanäle der Orientierungs-Empfangssignale E dargestellt ist. Diese vereinfachte Schreibweise ist durch einen Doppelstrich gekennzeichnet, der den dargestellten Kanal kreuzt („Datenbus-Darstellung”).
  • Die Empfangseinrichtung umfasst ein Dämpfungsglied 20 und ein weiteres Dämpfungsglied 22, die jeweils einstellbar sind, und zwischen denen sich ein Verstärker 24 befindet. Auch der Verstärker 24 kann einstellbar sein. Vorzugsweise ist nur ein dem Verstärker 24 vorgeschaltetes Dämpfungsglied 20 vorgesehen, wenn der Verstärker 24 selbst hinsichtlich des Verstärkungsfaktors einstellbar ist.
  • Ferner können zusätzliche Filter 14 vorgesehen sein, in der vor dem Dämpfungsglied 20, welches sich vor dem Verstärker 24 befindet, zwischen dem Dämpfungsglied 20 und dem Verstärker 24 und/oder zwischen dem Verstärker 24 und dem Dämpfungsglied 22, das dem Verstärker 24 nachgeschaltet ist.
  • Alle Dämpfungsglieder aller Kanäle, die sich an der gleichen Position gegenüber dem jeweiligen Verstärker 24 befinden, werden gemeinsam (d. h. in gleicher Weise) angesteuert. In einer besonders einfachen Ausführungsform wird das Dämpfungsglied 20, welches dem Verstärker 24 vorgeschaltet ist, von einem Widerstand vorgesehen, welcher den jeweiligen Schwingkreis dämpft, der die Spule 10 und den Kondensator 12 umfasst. Der Widerstand kann als Serienwiderstand geschaltet sein oder kann als Parallelwiderstand (wie dargestellt) geschaltet sein. Der Widerstand ist insbesondere schaltbar (d. h. überbrückbar oder abkoppelbar) oder ist wertdiskret oder wertkontinuierlich einstellbar.
  • Das dem Verstärker 24 vorgeschaltete Dämpfungsglied 20 wird derart eingestellt, dass die maximale Signalstärke des Verstärkers 24 nicht überschritten wird. Anstatt des Verstärkers 24 kann auch ein Analog/Digital-Wandler vorgesehen sein (dessen Empfindlichkeit konstant ist oder eingestellt werden kann). Ferner kann das dem Verstärker bzw. dem Wandler 24 nachgeschaltete Dämpfungsglied 22 ein elektronisches Dämpfungsglied bzw. ein schaltbares Widerstandsnetzwerk sein, bei dem die Dämpfung als diskrete Dämpfung eingestellt werden kann.
  • Der Empfangseinrichtung 4 nachgeschaltet ist eine Positionsberechnungseinrichtung, in der die Position der Spulen 10 untereinander, d. h. die räumliche Beziehung zwischen den Spulen 10 zueinander, abgelegt ist, insbesondere in einem Speicher 32. Ferner ist in der Positionsberechnungseinrichtung 30 eine Abbildung vorgesehen (d. h. hinterlegt), die Signalstärken auf Abstände abbildet. Da mit zunehmendem Abstand allgemein die Signalstärke abnimmt bzw. im Nahfeld sich eine von der Spulengeometrie beeinflusste Abhängigkeit zwischen Signalstärke und Abstand ergibt, kann aus der Signalstärke auf den Abstand geschlossen werden. Eine Einheit 36 zur Schnittpunktbildung bzw. zur Auswahl des korrekten Schnittpunkts kann vorgesehen sein, um wie vorangehend beschrieben das Zentrum des Orientierungsfelds zu ermitteln.
  • In einer alternativen Betrachtungsweise umfasst die Positionsberechnungseinrichtung 30 eine Richtungserfassungseinheit 34, die Orientierungs-Empfangssignale von den Gruppen vorgesehenen Spulen zueinander ins Verhältnis setzt, um für jede Gruppe eine Richtung anzugeben. In einem Speicher 32 sind hierbei die räumlichen Beziehungen zwischen den Gruppen von Spulen hinterlegt (als Look-up-Tabelle, Funktion, Funktionsparameter oder ähnliches), so dass eine Kombinationseinrichtung 36 ausgehend von den Positionen der einzelnen Gruppen anhand der Richtungen der Einheit 34 die Geraden gebildet werden können, wobei die Einheit 36 zudem eingerichtet ist, um einen Schnittpunkt zwischen den Geraden zu ermitteln. Dieser Schnittpunkt wird an den Ausgang 38 zur Abgabe der Relativposition abgegeben.
  • Dem Ausgang 38 kann eine Anzeige 40 nachgeschaltet sein, insbesondere eine optische oder graphische Anzeige, um die Relativposition des Fahrzeugs zum Zentrum des Orientierungsfelds darzustellen.
  • Da neben einer passiven Weiterverwendung der Relativposition im Sinne einer Anzeige auch eine aktive Verwendung vorgesehen sein kann, zeigt die 6 einen Positionierungsmechanismus 50 bzw. eine Lenkung und/oder Längssteuerung 52 des Fahrzeugs. Mit dem Positionierungsmechanismus 50 wird die Sendespule oder Empfangsspule ausgerichtet. Alternativ oder in Kombination hierzu kann mittels der (aktiven) Lenkung und der Längssteuerung 52 des Fahrzeugs das Fahrzeug selbst und somit auch die Empfangsladespule über der Sendeladespule ausgerichtet werden.
  • Die 6 zeigt ferner eine Fremdkörpererfassungseinrichtung 60, die ebenso Daten von der Empfangseinrichtung 4 erhält. Diese Orientierungs-Empfangssignale, die von der Empfangseinrichtung an die Fremdkörpererfassungseinrichtung 60 übertragen werden, werden einem Vergleicher 62 zugeführt. Dem Vergleicher 62 wird ferner ein in einem Speicher abgelegter Feldverlauf 64 zugeführt, so dass der Vergleicher 62 den Feldverlauf 64 als Soll-Feldverlauf mit dem Orientierungs-Empfangssignal vergleichen kann, welches das aktuell erfasste Feld wiedergibt. Ergibt sich ein Unterschied (d. h. eine Verzerrung des Orientierungsfelds), der über einer vorgegebenen Mindestgrenze liegt, so wird am Fehlersignalausgang 66 ein entsprechendes Signal abgegeben. Da der Vergleicher 62 das Fehlersignal abgibt, kann dieser auch als Fehlergenerator bezeichnet werden.
  • Eine Bewegungserfassungseinrichtung 70 des Fahrzeugs kann hierbei Daten an die Fremdkörpererfassungseinrichtung liefern, welche die Längsbewegung und/oder die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs wiedergibt. Diese Information kann in der Fremdkörpererfassungseinrichtung 60 verwendet werden, um anhand des gespeicherten Feldverlaufs 64 ermitteln zu können, wie sich die Orientierungs-Empfangssignale gemäß der Bewegung des Fahrzeugs entwickeln sollten, um diese Entwicklung mit den tatsächlichen Orientierungs-Empfangssignalen vergleichen zu können.
  • Weiterhin ist eine Steuerung des Ladefelds 80 vorgesehen, die dem Fehlersignalausgang 66 der Fremdkörpererfassungseinrichtung 60 nachgeschaltet sein kann. Wird von der Fremdkörpererfassungseinrichtung 60 ein Fehlersignal am Fehlersignalausgang 66 abgegeben, so wird dadurch die Steuerung 80 veranlasst, die Leistung der Sendeladespule und somit die Stärke des Ladefelds (oder des Orientierungsfelds) zu verringern oder die Sendeladespule abzustellen. Anstatt der Sendeladespule kann auch die Spule, welche das Orientierungsfeld erzeugt, in der Leistung verringert werden oder kann abgestellt werden. Ergibt sich daher durch den Fremdkörper eine Verzerrung des Orientierungsfelds oder auch des Ladefelds, so kann dies ermittelt werden durch Vergleich der tatsächlich erfassten Orientierungs-Empfangssignale gegenüber einem Soll-Feldverlauf 64, der ebenso als Menge von Soll-Orientierungs-Empfangssignalen (oder als Soll-Orientierungs-Empfangssignal) vorgesehen sein kann. Durch einen Vergleich dieser Daten ergibt sich, ob das Orientierungsfeld oder Ladefeld verzerrt ist, um dann bei einem dadurch ermittelten Fremdkörper über die Steuerung 80 das Ladefeld auszustellen. Alternativ zur vorangehenden Beschreibung der Steuerung 80 kann die Steuerung 80 auch die Steuerung des Orientierungsfelds sein, so dass die Erzeugung des Orientierungsfelds abgebrochen wird, wenn am Fehlersignalausgang ein Fehlersignal abgegeben wird, welches auf einen Fremdkörper hinweist.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Erfassung einer Relativposition zwischen einer fahrzeugseitigen Empfangsladespule und einer feststehenden Sendeladespule (110), mit den Schritten: Erzeugen eines alternierenden, magnetischen Orientierungsfeldes (100) mit einer dieser Spulen; und Erfassen des Orientierungsfeldes mit mindestens drei Gruppen von unterschiedlich orientierten Sensorspulen (122a–126c), wobei die Gruppen an mindestens drei unterschiedlichen Orten vorgesehen sind, wobei das Orientierungsfeld (100) von den Sensorspulen frequenzselektiv erfasst wird und Ermitteln von jeweiligen Feldrichtungen an den Orten anhand von Orientierungs-Empfangssignalen für die mehreren Gruppen sowie Ermitteln der Relativposition als zwei- oder mehrdimensionale Ortsangabe anhand bekannter räumlicher Beziehungen der Orte und anhand der jeweiligen Feldrichtungen, deren Mehrdeutigkeiten sich auflösen lassen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sensorspulen (122a–126c) in Resonanzkreisen (10, 12) vorgesehen sind, deren Resonanzfrequenz einer Frequenz des Orientierungsfeldes entspricht, oder das Orientierungs-Empfangssignal durch einen Filter geleitet wird, der einen Durchlassfrequenzbereich aufweist, in dem die Frequenz des Orientierungsfeldes liegt.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Orientierungsfeld (100) von der Sendeladespule erzeugt wird und die Sensorspulen (122a–126c) fahrzeugseitig das Orientierungsfeld (100) erfassen, oder das Orientierungsfeld (100) von der fahrzeugseitigen Empfangsladespule erzeugt wird und die Sensorspulen (122a–126c) in feststehender Position das Orientierungsfeld (100) erfassen.
  4. Verfahren zum kabellosen Laden eines Fahrzeugs, umfassend: das Verfahren zur Erfassung einer Relativposition nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug, die Empfangsladespule oder die Sendeladespule gemäß einer vorgegebenen optimalen Relativposition ausgerichtet wird, wobei die Relativposition während des Ausrichtens wiederholt ermittelt wird, und elektrische Leistung über ein alternierendes, magnetisches Ladefeld von der Sendeladespule (110) an die Empfangsladespule übertragen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Orientierungsfeld und das Ladefeld mit der Sendeladespule erzeugt wird, wobei – die Sendeladespule (110) das Orientierungsfeld (100) auf einem ersten Leistungsniveau erzeugt, bis die Sensorspulen (122a–126c) beginnen, das Orientierungsfeld zu erfassen; – die Sendeladespule (110) mit einer geringeren Leistung als das erste Leistungsniveau arbeitet, während das Ausrichten stattfindet und nachdem die Sensorspulen (122a–126c) begonnen haben, das Orientierungsfeld (100) zu erfassen; und – das Ladefeld von der Sendeladespule (110) auf einem zweiten Leistungsniveau erzeugt wird, das über dem ersten Niveau liegt, wenn die optimalen Relativposition durch das Ausrichten erreicht ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Orientierungsfeld (100) eine andere räumliche Streuung aufweist als das Ladefeld.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4–6, wobei während des Erfassens, während des Ausrichtens und/oder während des Ladens die Sensorspulen (122a–126c) ein Signal abgeben, das auf Diskontinuitäten untersucht wird, oder das Orientierungs-Empfangssignal auf Diskontinuitäten, und beim Auftreten einer Diskontinuität ein Signal abgegeben wird, welches auf einen Fremdkörper hinweist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Orientierungsfeld (100) mit einem Kennzeichnungssignal moduliert wird, das die Sendeladespule identifiziert.
  9. Induktive Ladevorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Orientierungssignalempfänger (4), der mindestens drei Gruppen von unterschiedlich orientierten Sensorspulen (122a–126c) aufweist, wobei die Gruppen an mindestens drei unterschiedlichen Orten vorgesehen sind, wobei der Orientierungssignalempfänger ferner eine Empfangseinrichtung (2) aufweist, die an die Sensorspulen (10) angeschlossen ist, die Ladevorrichtung ferner umfassend: eine Positionsberechnungseinrichtung (30), die der Empfangseinrichtung (2) nachgeschaltet ist und eingerichtet ist, jeweilige Feldrichtungen an den Orten anhand von Orientierungs-Empfangssignalen für die mehreren Gruppen zu ermitteln, sowie eine Relativposition als zwei- oder mehrdimensionale Ortsangabe zwischen dem Fahrzeug und einer feststehenden Sendeladespule anhand bekannter räumlicher Beziehungen der Orte und anhand der jeweiligen Feldrichtungen, deren Mehrdeutigkeiten sich auflösen lassen, zu ermitteln, und ein Ausrichtungssignalgenerator, der der Positionsberechnungseinrichtung (30) nachgeschaltet ist und eingerichtet ist, anhand der Relativposition der Positionsberechnungseinrichtung (30) ein Ausrichtungssignal zu erzeugen, das zur Darstellung mittels einer optischen Anzeige oder mittels eines akustischen oder haptischen Wandlers ausgestaltet ist, und/oder zur Ansteuerung eines Positionierungsmechanismus (50) der Empfangsladespule oder der Sendeladespule ausgestaltet ist.
  10. Induktive Ladevorrichtung nach Anspruch 9, die ferner eine Fremdkörpererfassungseinrichtung (60) aufweist, die dem Orientierungssignalempfänger (4) nachgeschaltet ist und eingerichtet ist, Diskontinuitäten in dem Orientierungs-Empfangssignal der Empfangseinrichtung zu ermitteln, wobei ein Fehlergenerator der Fremdkörpererfassungseinrichtung (60) eingerichtet ist, ein Fehlerzustandssignal abzugeben, wenn Diskontinuitäten in dem Orientierungs-Empfangssignal vorliegen.
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