DE102016205711A1

DE102016205711A1 - Verfahren zum Positionieren eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016205711A1
Application number: DE102016205711.1A
Authority: DE
Inventors: Nikolaos Gortsas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2017-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (70; 90) zum Positionieren eines Kraftfahrzeugs (10) relativ zu einer Ladestation (38), wobei das Kraftfahrzeug (10) einen elektrischen Antrieb (14) und einen elektrischen Energiespeicher (18) aufweist, wobei der elektrische Energiespeicher (18) dazu ausgebildet ist, den elektrischen Antrieb (14) mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder von dem elektrischen Antrieb (14) erzeugte Energie zu speichern, wobei die Ladestation (38) ein erstes Übertragungsglied (54) und das Kraftfahrzeug (10) ein zweites Übertragungsglied (52) aufweist, die zusammen eine Übertragungseinheit bilden, die dazu ausgelegt ist, elektrische Energie von der Ladestation (38) auf das Kraftfahrzeug (10), insbesondere an den Energiespeicher (18), zu übertragen, mit den Schritten: – Bestimmen (94) einer Zielposition (48) des Kraftfahrzeugs (10) relativ zu der Ladestation (38), – Prüfen ob ein fahrzeuggesteuertes Positionieren des Kraftfahrzeugs (10) in diese Zielposition (48) möglich ist (76; 96), – fahrzeuggesteuertes Positionieren (80) des Kraftfahrzeugs (10) in die Zielposition (48), wobei die Übertragungsglieder (52, 54) durch das Positionieren (80) des Kraftfahrzeugs (10) relativ zu der Ladestation (38) zusammengeführt oder getrennt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Ladestation, wobei das Kraftfahrzeug einen elektrischen Antrieb und einen elektrischen Energiespeicher aufweist, wobei der elektrische Energiespeicher dazu ausgebildet ist, den elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder von dem elektrischen Antrieb erzeugte Energie zu speichern.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Positionieren eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Ladestation, mit Erfassungsmitteln zum Erfassen der Umgebung des Kraftfahrzeugs und einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, das Verfahren der oben beschriebenen Art auszuführen.
Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug-Antriebstechnik ist es allgemein bekannt, eine elektrische Maschine als alleinigen Antrieb oder gemeinsam mit einem Antriebsmotor eines anderen Typs (Hybridantrieb) zu verwenden. In derartigen Elektro- oder Hybridfahrzeugen werden typischerweise elektrische Maschinen als Antriebsmotor verwendet, die durch einen elektrischen Energiespeicher, wie z.B. einen Akkumulator, mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei die elektrischen Energiespeicher regelmäßig je nach Ladezustand aufgeladen werden. Dabei dienen Ladestationen dazu, um das Fahrzeug mit elektrischer Energie zu versorgen, indem der Energiespeicher aufgeladen wird.
Es ist ferner allgemein bekannt, eine Ladestation für Kraftfahrzeuge mit einer elektromagnetischen Übertragungseinheit zu realisieren, wobei eine Primärspule der Ladestation in die Nähe einer Sekundärspule bzw. Empfängerspule des Kraftfahrzeugs gebracht wird, um kontaktfrei elektromagnetische Energie auf das Fahrzeug zu übertragen und dadurch den Energiespeicher aufzuladen. Eine derartige Vorrichtung ist bekannt beispielsweise aus der US 2010/0117596 A1 . Aus dieser Druckschrift ist ferner eine Justagevorrichtung für die Sekundärspule bekannt, die die Sekundärspule relativ zur Primärspule ausrichten kann, ohne das Fahrzeug zu bewegen, um die Übertragung der elektromagnetischen Energie zu optimieren.
Aus der US 2009/0040068 A1 ist eine Parkhilfe für ein Kraftfahrzeug bekannt, die einen Fahrer beim Einparken eines Kraftfahrzeugs in eine Ladestation unterstützt, die richtige Position des Fahrzeugs in der Ladestation zu erreichen, um eine optimale Übertragung der elektromagnetischen Energie zu erzielen. Nachteilig dabei ist es, dass der Fahrer verschiedene Informationsquellen berücksichtigen muss und das Fahrzeug durch unpräzise Fahrweise des Fahrers nicht sicher in eine optimale Position innerhalb der Ladestation gebracht wird.
Des Weiteren ist es bekannt, einen Energiespeicher eines Fahrzeugs mittels einer Steckverbindung mit einer Ladestation zu verbinden und die elektrische Energie über ein Kabel zu übertragen. Dabei wird eine Steckverbindung zwischen dem Fahrzeug und einer Gegenstelle hergestellt. Der Vorgang ist an das Betanken von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor angelehnt. Üblicherweise werden jedoch herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor pro Tag höchstens einmal betankt. Im Allgemeinen hält eine Tankfüllung mehrere Tage, so dass dieser Vorgang nicht regelmäßig wiederholt werden muss.
Bei Elektrofahrzeugen ist die Situation anders, da die Reichweite des Energiespeichers meist auf wenige hunderte Kilometer beschränkt ist. Aus diesem Grund müssen elektrisch angetriebene Fahrzeuge gegebenenfalls täglich aufgeladen werden. Dieser Vorgang ist jedoch aufwändig, wenn er regelmäßig ausgeführt werden muss.
Beispielsweise aus DE 102008046215 A1 sind Fahrzeuge bekannt, die in der Lage sind autonom einzuparken und autonom eine Ladestation anzufahren und an die Ladestation anzukoppeln.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein präzises und komfortables Positionieren eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Ladestation und ein definiertes Herstellen bzw. Trennen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation möglich ist.
Die vorliegende Erfindung stellt zur Lösung der oben genannten Aufgabe ein Verfahren zum Positionieren eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Ladestation der eingangs genannten Art bereit, mit den Schritten:

– Bestimmen einer Zielposition des Kraftfahrzeugs relativ zu der Ladestation,
– Prüfen ob ein fahrzeuggesteuertes Positionieren des Kraftfahrzeugs in diese Zielposition möglich ist,
– fahrzeuggesteuertes Positionieren des Kraftfahrzeugs in die Zielposition.

Das Kraftfahrzeug weist einen elektrischen Antrieb und einen elektrischen Energiespeicher auf, wobei der elektrische Energiespeicher dazu ausgebildet ist, den elektrischen Antrieb mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder von dem elektrischen Antrieb erzeugte Energie zu speichern. Die Ladestation weist ein erstes Übertragungsglied und das Kraftfahrzeug weist ein zweites Übertragungsglied auf, die zusammen eine Übertragungseinheit bilden, die dazu ausgelegt ist, elektrische Energie von der Ladestation auf das Kraftfahrzeug, insbesondere an den Energiespeicher, zu übertragen. Die Übertragungsglieder werden durch das Positionieren des Kraftfahrzeugs relativ zu der Ladestation zusammengeführt oder getrennt.
Das Fahrzeug verfügt beispielsweise im Unterboden über eine Anschlussverbindung, die an einer Gegenstelle der Ladestation bei Erreichen der Zielposition automatisch andocken kann. Die besondere Herausforderung besteht in einer präzisen Navigation des Fahrzeugs in die Zielposition, so dass der Anschluss erfolgreich automatisch hergestellt werden kann. Die Fähigkeit des autonomen Einparkens kann so benutzt werden, um das Fahrzeug automatisch an das Stromnetz anzuschließen.
Unter einem fahrzeuggesteuerten Positionieren wird vorliegend ein autonomes Steuern des Fahrzeugantriebs und der Fahrzeuglenkung verstanden, das vorzugsweise durch eine Steuereinheit im Fahrzeug gesteuert wird. Dieses fahrzeuggesteuerte Positionieren schließt jedoch ein Eingreifen des Fahrers nicht aus. Es versteht sich, dass die Schritte des Verfahrens auch in unterschiedlicher Reihenfolge erfolgen können und dass einzelne Schritte oder Schrittfolgen auch mehrfach nacheinander ausgeführt werden können.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass der Anschluss und das Abkoppeln von der Steckdose automatisch ohne Mitwirkung des Fahrers erfolgt. Dadurch kann das Aufladen des Fahrzeugs im Hintergrund treten und damit den Fahrzeughalter entlasten. Die Fahrzeugnutzung wird in den Vordergrund gestellt und der Wartungsaufwand reduziert. Dadurch kann das Produkterlebnis verbessert werden und damit auch dessen Akzeptanz
Ferner wird die oben genannten Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Positionieren des Kraftfahrzeugs relativ zu einer Ladestation, mit Erfassungsmitteln zur Erfassung der Umgebung des Kraftfahrzeugs und einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, das oben genannte Verfahren auszuführen.
Durch die vorliegende Erfindung kann ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt werden, das bzw. die das optimale Positionieren eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Ladestation erleichtert, ohne dass aufwendige Korrekturen der Position nötig sind und ohne dass der Fahrer eine Vielzahl von Informationen und Sensorsignalen beobachten bzw. berücksichtigen muss, um das Fahrzeug in eine optimale Position zu bringen.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein Verfahren bereitgestellt, dass es ermöglicht, das Fahrzeug vollkommen selbständig in die Ladestation einzufahren, wodurch ein komfortables und sicheres Aufladen ermöglicht wird. Vorzugsweise nutzt das Verfahren die vorhandenen Parkassistenzsysteme, um das Fahrzeug entsprechend zu positionieren.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können dabei Synergien der vorhandenen Systeme genutzt werden.
Vorzugsweise wird dabei die Umgebung der Station mittels Erfassungsmitteln erfasst. Dadurch kann die Größe des zur Verfügung stehenden Raumes in der Umgebung der Station gemessen werden und geprüft werden, ob das Kraftfahrzeug in die optimale Position bewegt werden kann bzw. ob der Platz in der Umgebung der Station für die Größe des Fahrzeugs ausreicht. Dazu können vorhandene Erfassungsmittel eines Einparksystems des Kraftfahrzeugs und/oder spezielle gesonderte Erfassungsmittel verwendet werden, um die optimale Position zu ermitteln.
Bevorzugt erfolgt das Bestimmen einer Zielposition und/oder das fahrzeuggesteuerte Positionieren auf der Grundlage von Funksignalen oder Satellitensignalen erfolgt. Damit ist ein besonders genaues Positionieren des Fahrzeugs möglich.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Halteposition des Kraftfahrzeugs und/oder eine aktuelle Position des Kraftfahrzeugs während des Positionierens relativ zu der Station geprüft werden. Damit wird fortlaufend sichergestellt, dass die Genaue relative Position des Fahrzeugs zur Ladestation bekannt ist und Abweichungen einer aktuellen Soll- von einer aktuellen Ist-Position unmittelbar korrigiert werden können. Die Halteposition und/oder die aktuelle Position werden bevorzugt fahrzeuggesteuert korrigiert, durch Änderung eines Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs und/oder Änderung der Längsposition des Kraftfahrzeugs und/oder durch Änderung der Querposition des Kraftfahrzeugs.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Ladestation mindestens eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Signalen, beispielsweise Funksignalen oder Ultraschallsignalen auf. Das Fahrzeug weist mindestens eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten Signale auf, wobei die aktuelle Position des Fahrzeugs aus einer Laufzeit der Signale bestimmt wird. Damit kann eine besonders genaue Positionsbestimmung des Fahrzeugs relativ zu der Ladestation erfolgen.
Bevorzugt wird vor oder unmittelbar nach dem Erreichen der Zielposition durch das Kraftfahrzeug das erste Übertragungsglied und/oder das zweite Übertragungsglied von einer Ruheposition in eine Ladeposition oder von einer Ladeposition in eine Ruheposition überführt wird. Dies erfolgt bevorzugt vollautomatisch und kann beispielsweise durch einen entsprechenden Steuerbefehl des Fahrzeugs ausgelöst werden. Dieser Steuerbefehl kann insbesondere drahtlos, z.B. per Funk an die Ladestation übertragen werden, wodurch die Überführung des ersten Übertragungsglieds von einer Ruheposition in eine Ladeposition oder von einer Ladeposition in eine Ruheposition ausgelöst wird. Dazu kann die Ladestation entsprechende Empfangs- und Verarbeitungsmittel aufweisen, die Aktoren zur Überführung des ersten Übertragungsglieds von einer Ruheposition in eine Ladeposition oder von einer Ladeposition in eine Ruheposition ansteuern können. Zusätzlich oder alternativ kann das zweite Übertragungsglied in der beschriebenen Weise von einer Ruheposition in eine Ladeposition oder von einer Ladeposition in eine Ruheposition überführt werden.
Zusätzlich oder alternativ ist denkbar, dass die Ladestation Mittel aufweist, die vor oder unmittelbar nach dem Erreichen der Zielposition durch das Kraftfahrzeug einen entsprechenden Steuerbefehl auslösen, der das erste Übertragungsglied und/oder das zweite Übertragungsglied von einer Ruheposition in eine Ladeposition oder von einer Ladeposition in eine Ruheposition überführt. Dieser Steuerbefehl kann insbesondere drahtlos, z.B. per Funk von der Ladestation an das Fahrzeug übertragen werden.
Durch das Überführen des ersten Übertragungsglieds und/oder des zweiten Übertragungsglieds von einer Ruheposition in eine Ladeposition oder von einer Ladeposition in eine Ruheposition wird bevorzugt eine elektrische Steckverbindung zwischen dem ersten Übertragungsglied und dem zweiten Übertragungsglied hergestellt oder getrennt. Dadurch wird der Ladevorgang kontrolliert gestartet oder beendet.
Bevorzugt wird der Fahrer bei Erreichen der optimalen Position und/oder bei Herstellen oder Trennen der Steckverbindung zwischen dem ersten Übertragungsglied und dem zweiten Übertragungsglied informiert. Die Information kann durch eine visuelle oder akustische Meldung erfolgen.
Es ist von besonderem Vorzug, wenn Objekte, insbesondere andere Fahrzeuge, oder Personen/Tiere, in der Umgebung des Kraftfahrzeugs während des Positionierens erfasst werden. Dadurch können Kollisionen des Fahrzeugs beim fahrzeuggesteuerten Positionieren vermieden werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Positionieren eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Ladestation vorgeschlagen. Diese weist Erfassungsmittel zum Erfassen der Umgebung des Kraftfahrzeugs und einem Steuergerät auf, das dazu ausgebildet ist, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Für den automatischen Anschluss an das Stromnetz und/oder das Internet ist ein genaues Einparken notwendig. Das kann zum einen bei autonomen Fahrzeugen durch eine genaue Bestimmung der Trajektorie zwischen dem Fahrzeug und der Gegenstelle ermöglicht werden. Laufzeitunterschiede von ausgetauschten Funksignalen oder Ultraschallsignalen könnten benutzt werden, um die Gegenstelle genau zu orten. Alternativ kann bei nicht autonomen Fahrzeugen durch die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Gegenstelle dem Fahrer über ein Human-Machine-Interface (HMI, Kombiinstrument) Anweisungen gegeben werden, so dass die mittige Parkposition gefunden wird.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in schematischer Form ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Positionieren des Kraftfahrzeugs relativ zu einer Ladestation;
2a–c drei unterschiedliche Einparksituationen zum Positionieren des Kraftfahrzeugs relativ zu einer Batterieladestation;
3a) zeigt schematisch eine mögliche Ausführung des ersten Übertragungsglieds und 3b) zeigt schematisch eine mögliche Ausführung des zweiten Übertragungsglieds auf, die zusammen eine Übertragungseinheit zum Laden des elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs bilden.
4 zeigt eine schematische Darstellung des Parkplatzes der mit einer Ladestation nach einer Ausführung der Erfindung ausgerüstet ist.
5 eine schematische Darstellung von Aus- und Eingabesignalen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
7 ein detailliertes Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Kraftfahrzeug beispielhaft schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet.
Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 12 auf, der eine elektrische Maschine 14 zur Bereitstellung von Antriebsleistung beinhaltet. Der Antriebsstrang 12 dient zum Antreiben von angetriebenen Rädern 16 des Fahrzeugs 10. Die elektrische Maschine 14 wird über einen elektrischen Energiespeicher 18, wie z.B. einer Batterie mit elektrischer Energie versorgt. Der elektrische Energiespeicher 18 ist verbunden mit einer Ladeeinheit 20, die dazu dient, mit einer Ladestation verbunden zu werden, um elektromagnetische Energie zu empfangen und den elektrischen Energiespeicher 18 auszuladen.
Das Fahrzeug 10 weist ferner eine Steuereinheit 22 auf, die mit Sensoren 24 des Kraftfahrzeugs 10 und der Ladeeinheit 20 verbunden ist. Die Steuereinheit 22 ist ferner verbunden mit einer Antriebssteuereinheit, einer Bremssteuereinheit und einer Lenksteuereinheit, um die gesamte Bewegung des Kraftfahrzeugs 10 selbständig zu steuern. Ferner ist die Steuereinheit 22 mit einem Parkassistenten des Kraftfahrzeugs 10 verbunden, um Synergien der beiden Systeme zu nutzen. Die Steuereinheit 22 empfängt ferner von einem Empfangsmodul 26 Daten zum Positionieren des Kraftfahrzeugs 10. Das Empfangsmodul 26 ist dazu ausgebildet, im Allgemeinen terrestrische Signale 28 und/oder Satellitensignale 30 zu empfangen, um das Kraftfahrzeug 10 entsprechend zu positionieren. Die terrestrischen Signale 28 können beispielsweise von Funksendern 32 bereitgestellt werden und die Satellitensignale 30 können beispielsweise von GPS-Satelliten 34 bereitgestellt werden.
Die Steuereinheit 22 ist ferner über eine HMI-Schnittstelle 36 mit dem Fahrer verbunden, über die der Fahrer beispielsweise ein automatisches Positionieren einleiten oder abbrechen kann.
In 1 ist ferner eine Ladestation schematisch dargestellt und allgemein mit 38 bezeichnet. Die Station 38 weist eine Ladeeinheit 40, die dazu ausgebildet ist die Ladeeinheit 20 des Kraftfahrzeugs 10 mit elektromagnetischer Energie zu versorgen. Dazu umfasst die Ladestation 38 ein erstes Übertragungsglied 54. Das erste Übertragungsglied kann zumindest zwischen einer Ruheposition und einer Ladeposition verstellbar ausgebildet sein und befindet sich in der Darstellung gemäß 1 in einer Ruheposition.
Die Ladeeinheit 20 des Fahrzeugs weist ein zweites Übertragungsglied 52 auf, das in diesem Beispiel zumindest zwischen einer Ruheposition und einer Ladeposition verstellbar ausgebildet ist und sich in der Darstellung gemäß 1 in einer Ruheposition befindet.
Die Ladestation 38 weist ferner einen Signalgeber 42 auf, der ein Positionierungssignal 44 aussendet, das beispielsweise von den Sensoren 24 oder anderen dafür vorgesehenen Empfängern erfasst wird und dazu genutzt wird, das Kraftfahrzeug 10 in eine optimale Position relativ zu der Ladestation 38 zu bewegen.
In 1 ist ferner eine aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 10 gezeigt und mit 46 bezeichnet. Ferner ist in 1 eine optimale Position, also die Zielposition des Kraftfahrzeugs 10 relativ zu der Station 38 gezeigt und mit 48 bezeichnet.
Die Ladeeinheit 40 weist ein erstes elektromagnetisches Übertragungsglied auf, das vorzugsweise als Induktionsspule ausgebildet ist. Die Ladeeinheit 20 weist ein zweites Übertragungsglied auf. Sofern die Ladeeinheit 20 in der Nachbarschaft der Ladeeinheit 40 angeordnet ist, kann von dem ersten Übertragungsglied der Station 38 elektrische Energie auf das zweite Übertragungsglied des Kraftfahrzeugs 10 übertragen werden, um den elektrischen Energiespeicher 18 zu laden.
Die Steuereinheit 20 ist dazu ausgebildet, mit Daten des Empfangsmoduls 26 und der Sensoren 24 die optimale Position, also die Zielposition 48 relativ zu der Station 38 zu erfassen bzw. zu bestimmen und selbständig ohne Steuerung, Lenkung oder dergleichen durch den Fahrer das Fahrzeug 10 an der Zielposition 48 zu positionieren, so dass die aktuelle Position 46 und die Zielposition 48 übereinstimmen.
Das erste Übertragungsglied und das zweite Übertragungsglied werden durch das Positionieren des Kraftfahrzeugs 10 zu der Ladestation 38 zusammengeführt, so dass insbesondere elektrische Energie von der Ladestation zu dem Energiespeicher 18 übertragen werden kann. Dazu können das erste und/oder das zweite Übertragungsglied 54, 52 zunächst, vorzugsweise automatisch und ausgelöst durch einen Steuerbefehl des Fahrzeugs oder der Ladestation von einer Ruheposition in eine Ladeposition verfahren werden. Dies erfolgt entweder nachdem das Fahrzeug 10 die Zielposition 48 erreicht hat oder zeitlich unmittelbar davor. Dazu können das erste und/oder das zweite Übertragungsglied 54, 52 entsprechende Aktoren aufweisen.
Wenn das Fahrzeug seine Zielposition 48 erreicht hat und sich beide Übertragungsglieder 52, 54 in einer Ladeposition befinden, bilden das erste und das zweite Übertragungsglied 54, 52 zusammen eine Übertragungseinheit durch eine Steckverbindung aus über die elektrische Energie übertragen werden kann. Zusätzlich zu elektrischer Energie können über die Steckverbindung auch Daten übertragen werden, insbesondere kann eine Verbindung des Fahrzeugs zu einem Datennetzwerk, z.B. zum Internet oder einem anderen Netzwerk hergestellt werden. Über das Netzwerk können beispielsweise Kartendaten ausgetauscht werden, die für das autonome Fahren verwendet werden können.
Die Steuereinheit 22 ist ferner dazu ausgebildet, zu prüfen, ob die aktuelle Position 46 mit der Zielposition 48 übereinstimmt. Dazu kann das terrestrische Signal 28, das Satellitensignal 30, das Positionssignal 44 verwendet werden.
Sofern festgestellt wird, dass die aktuelle Position 46 mit der Zielposition 48 nicht übereinstimmt, kann die Steuereinheit 22 die aktuelle Position 46 des Kraftfahrzeugs 10 korrigieren. Dies erfolgt vorzugsweise durch Ändern eines Lenkwinkels, Ändern der Längsposition oder Ändern der Querposition des Kraftfahrzeugs 10.
Die Signalgeber 42 sind vorzugsweise elektrische, elektromagnetische, magnetische, mechanische oder optische Signalgeber, die das entsprechende Positionssignal 44 abgeben. Das Fahrzeug 10 ist folglich dazu ausgebildet, autonom bzw. selbständig ohne Eingreifen des Fahrers die Ladeeinheit 20 relativ zu der Ladeeinheit 40 zu positionieren, so dass die Übertragungsglieder 52, 54 durch das Positionieren 80 des Kraftfahrzeugs 10 relativ zu der Ladestation 38 zusammengeführt werden.
In den 2a–c sind unterschiedliche Positionierungsszenarien dargestellt, die einen Positionierungsvorgang des Kraftfahrzeugs 10 relativ zu der Ladestation 38 darstellen.
In 2a ist ein Positionierungsvorgang des Fahrzeugs 10 relativ zu der Ladestation 38 schematisch dargestellt, wobei das Kraftfahrzeug 10 zunächst in einem rechten Winkel zu der optimalen Parkposition relativ zu der Station 38 angeordnet ist. Dabei müssen die Sensoren 24 des Kraftfahrzeugs 10 sowohl die Station 38 erfassen als auch andere Fahrzeuge, die in 2a allgemein mit 49 bezeichnet sind.
In 2b ist eine vergleichbare Situation zum Positionieren des Kraftfahrzeugs 10 dargestellt, wobei das Kraftfahrzeug 10 parallel zu der optimalen Parkposition positioniert ist und demnach im Prinzip vorwärts in die Parklücke einfahren kann.
In 2c ist eine Situation dargestellt, bei der ein seitwärts Einparken in eine Parklücke dargestellt ist. Dabei ist das Kraftfahrzeug 10 parallel zu der optimalen Parkposition relativ zu der Station 38 angeordnet. Das Kraftfahrzeug 10 muss rückwärts in die Parklücke einfahren, um das Kraftfahrzeug 10 in die Zielposition 48 zu bewegen. Für diese Einparkszenarien wird vorzugsweise ein vorhandenes Parkassistenzsystem verwendet.
Das zweite Übertragungsglied 52 des Fahrzeugs ist beispielhaft in 3b) dargestellt. Dieser kann beispielsweise an der Front des Fahrzeugs oder aber am Heck oder wie im Beispiel der 1 in etwa mittig am Unterboden des Fahrzeugs 10 angebracht sein. Das zweite Übertragungsglied 52 weist in diesem Beispiel einen Kolben 64 auf, an dessen Ende ein Stecker 66 angeordnet ist. Das Übertragungsglied 52 ist beispielsweise so ausgebildet, dass es eine vertikale Bewegung des Kolbens ermöglicht, damit eine optimale Höhe des Kolbens eingestellt werden kann, wie durch den Pfeil 69 angedeutet ist. Weiterhin weist der Kolben 64 ein Kugelgelenk 68 auf, durch den der Kolben schwenkbar in vertikaler und lateraler Richtungen ist, so dass auch bei kleinen Ungenauigkeiten beim Einparken die Steckverbindung zu dem ersten Übertragungsglied 54 hergestellt werden kann.
Das erste Übertragungsglied 54 verfügt in diesem Ausführungsbeispiel über einen Aufbau der schematisch in 3a) dargestellt ist. Das erste Übertragungsglied 54 ist sowohl am Boden über ein Gelenk 58 als auch am Hals 59 durch ein Gelenk 51 schwenkbar aufgehängt, wodurch ein etwaiger Impuls beim Herstellen der Verbindung abgefedert werden kann. Wie in 3a) dargestellt kann das erste Übertragungsglied 54 im Bereich des Gegensteckers 56 über einen kegelförmigen Mantel 53 verfügen, der bewirkt, dass ein Stecker 66 des zweiten Übertragungsglieds 52 zu dem Gegenstecker 56 hingeführt werden kann. Ähnliche Anordnungen sind beispielsweise bei der Flugbetankung von Kampfflugzeugen bekannt.
Um eine Beschädigung der Anschlussverbindung bzw. des ersten und/oder des zweiten Übertragungsglieds 52, 54 zu verhindern, sollte die Steckverbindung derart ausgebildet sein, dass sie durch mechanischen Zug zerstörungsfrei gelöst werden kann. Alternativ könnte durch die Steuerungseinheit 22 des Fahrzeugs 10 jeglichen Versuch das Fahrzeug zu bewegen durch die Parkbremse solange unterbinden, bis die Verbindung zwischen dem ersten und/oder des zweiten Übertragungsglieds 52, 54 gelöst ist.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Erfindung in Garagen eingesetzt werden. Auch denkbar ist der Einsatz der Erfindung im Zuge einer großflächigen Einführung von Elektrofahrzeugen in Parkhäusern und an öffentlichen Ladestationen bzw. öffentlichen Parkplätzen. In 4 ist beispielhaft ein Parkplatz 1 dargestellt, der eine Ladestation 38, die nach einer möglichen Ausführung der Erfindung ausgebildet ist, aufweist. Die Ladestation 38 umfasst eine Steuereinheit (nicht dargestellt), die durch einen entsprechenden Steuerbefehl das in diesem Beispiel als Steckdose ausgebildete erste Übertragungsglied 54 ein und ausfahren, also von einer Ruheposition in eine Ladeposition und zurück verbringen kann und die Steckdose öffnen und schließen kann. Weiterhin kann die Steuereinheit insbesondere drahtlos mit dem Fahrzeug 10 kommunizieren und dem Fahrzeug 10 Koordinaten und Informationen zur Verfügung stellen, damit die Steckverbindung möglichst präzise hergestellt werden kann. Die Anschlussstelle für das erste Übertragungsglied 54 ist in diesem Beispiel mittig vorne in dem Parkplatz 1 angeordnet. Dadurch können sowohl Kleine als auch große Fahrzeuge den Mechanismus nutzen. Der Parkplatz weist zudem Stopper 3 auf, welche die Aufgabe haben zu verhindern, dass ein Fahrzeug ungehindert auf die Anschlussstelle der Ladestation 38 auffährt und diese möglicherweise beschädigt. Das Prinzip kann sowohl für das Vorwärts- wie auch das Rückwärtseinparken verwendet werden, abhängig davon wo am Fahrzeug das zweite Übertragungsglied 52 angeordnet ist.
In 5 ist der Datenaustausch der Steuereinheit 22 in einem schematischen Flussdiagramm vereinfacht beispielhaft dargestellt. Das schematische Flussdiagramm ist in 3 allgemein mit 150 bezeichnet.
Die Steuereinheit 22 erhält von dem Satelliten 134 GPS-Daten, die mit 152 bezeichnet sind. Die Steuereinheit 22 erhält ferner vom Parkpilotsensor Positionsdaten 154, vom Lenkwinkelsensor Lenkwinkeldaten 156, von dem Signalgeber 42 der Ladestation Positionsdaten 158 und von der Ladeeinheit 20 Energietransferdaten 160. Auf Grundlage der Daten 152 bis 158 bestimmt die Steuereinheit 122 die Position des Fahrzeugs 10 relativ zu der Ladestation 38 und positioniert das Kraftfahrzeug 10 in die Zielposition 48. Unter Umständen ist zur Erreichung der Zielposition 48 noch eine Korrektur des Fahrzeugs 10 durch Verändern der Längsposition, der Querposition oder lediglich des Lenkwinkels nötig. Um diese Korrektur der aktuellen Position 46 durchzuführen und um die Zielposition 48 zu erreichen, steuert die Steuereinheit 22 über ein Steuersignal 162 den Fahrzeugantrieb 12 an, der entweder das Fahrzeug 10 in eine Vorwärtsrichtung oder eine Rückwärtsrichtung antreibt. Ferner steuert die Steuereinheit 22 zur Korrektur der Fahrzeugposition 46 den Lenkwinkelantrieb mittels eines Steuersignals 164 an. Dadurch ist alleine oder im Zusammenhang mit dem Steuersignal 162 für den Fahrzeugantrieb 12 eine Korrektur der Fahrzeugposition 46 möglich. Die Steuereinheit 22 steuert ferner mittels eines Steuersignals 166 die Bremse des Kraftfahrzeugs 10 an, um das Kraftfahrzeug 10 zum Erreichen der Zielposition 48 entsprechend zu verzögern.
Auf diese Weise kann die Steuereinheit 22 mit den erfassten Eingangssignalen 152 bis 158 die Position des Kraftfahrzeugs 10 bestimmen und über die Steuersignale 62 bis 66 das Kraftfahrzeug 10 in die Zielposition 48 bewegen. Die Steuereinheit kann außerdem Steuersignale an das erste und/oder an das zweite Übertragungsglied 52, 54 senden.
In 6 ist ein Ablaufdiagramm zum Positionieren des Kraftfahrzeugs 10 schematisch und beispielhaft dargestellt und allgemein mit 170 bezeichnet.
Der Positionierungsvorgang wird eingeleitet mit einem Schritt des Messens der Größe der Parklücke, der bei 172 gezeigt ist. Ferner wird die Position des ersten Übertragungsgliedes 42 der Ladeeinheit 40 grob erfasst, wie es bei 174 gezeigt ist. Auf Grundlage der Informationen aus Schritt 172 und 174 wird bei 176 geprüft, ob das Fahrzeug 10 in die Zielposition 48 gebracht werden kann, d.h. ob das zweite Übertragungsglied 54 optimal zum ersten Übertragungsglied 52 angeordnet werden kann. Ist eine Positionierung in die Zielposition 48 nicht möglich, wird bei 178 der Fahrer informiert und der Positionierungsvorgang abgebrochen bzw. nicht eingeleitet. Sofern eine Positionierung des Kraftfahrzeugs 10 in die Zielposition 48 möglich ist, wird die Positionierung eingeleitet, wie es bei 80 gezeigt ist. Der Positionierungsvorgang 80 beinhaltet die Schritte des autonomen Manövrierens des Kraftfahrzeugs 10 in die Parklücke, wie es bei 182 gezeigt ist, die Positionierung relativ zu der Ladeeinheit 40, wie es bei 184 gezeigt ist und eine abschließende Justierung der Ladeeinheit 20 über der Ladeeinheit 40, zur Optimierung der aktuellen Position 46, wie es bei 186 gezeigt ist.
In 7 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch und beispielhaft dargestellt und allgemein mit 90 bezeichnet. Bei 92 wird die Absicht des Fahrers zum Aufladen des Energiespeichers 18 angezeigt. Bei 94 wird die Größe der Parklücke gemessen und die Position des ersten Übertragungsglieds 54 bestimmt. Danach wird bei 96 geprüft, ob ein Positionieren des Kraftfahrzeugs 10 möglich ist. Sofern dies nicht möglich ist, wird bei 98 dies dem Fahrer mitgeteilt. Sofern dies möglich ist, wird bei 100 um Bestätigung des automatischen Positionierens durch den Fahrer ersucht. Diese Bestätigung erfolgt üblicherweise über die HMI-Schnittstelle 36. Die Bestätigung durch den Fahrer mittels der HMI-Schnittstelle 36 erfolgt bei 102. Danach wird bei 104 geprüft, ob die Eingabe des Fahrers erfolgt ist bzw. korrekt erfolgt ist. Sofern die Fahrerbestätigung bei 102 nicht oder nicht korrekt erfolgt ist, wird der automatische Positionierungsvorgang des Fahrzeugs 10 bei 106 abgebrochen. Sofern die Fahrerbestätigung positiv erfolgt ist, wird bei 108 geprüft, ob Hindernisse in der Parklücke erfasst wurden. Sofern bei 108 Hindernisse positiv erfasst wurden, wird bei 110 der automatische Positionierungsvorgang des Fahrzeugs 10 abgebrochen. Sofern keine Hindernisse bei 108 erfasst wurden, wird der Positionierungsvorgang bei 112 fortgesetzt. Der Fahrer hat jederzeit die Möglichkeit, diesen Positionierungsvorgang abzubrechen, wie es durch die Rekursionsschleife 114 angedeutet ist. Sofern über die HMI-Schnittstelle 36 eine entsprechende Abbrucheingabe durch den Fahrer erfolgt (dies kann auch durch Betätigen des Bremspedals erfolgen), wird bei 106 der Positionierungsvorgang abgebrochen. Sofern diese Eingabe nicht erfolgt, wird bei 114 überprüft, ob die Halteposition oder die Zielposition 48 erreicht wurde. Sofern die Zielposition 48 nicht erreicht wurde, wird wiederum geprüft, ob Hindernisse in der Parklücke vorliegen, wie es durch eine Schleife 116 angedeutet ist. Sofern die Zielposition 48 erreicht ist, wird bei 118 das Kraftfahrzeug 10 angehalten und eine entsprechende Rückmeldung an den Fahrer gegeben.
Sofern Hindernisse erfasst werden, kann ein akustisches Warnsignal an den Fahrer gegeben werden oder das Fahrzeug 10 automatisch gestoppt werden. Zusätzlich kann eine visuelle Warnung erfolgen.
Das beschriebene Verfahren kann nach denselben Prinzipien auch zum Ausparken aus einem Parkplatz mit einer Ladestation bei einer hergestellten Ladeverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Übertragungsglied erfolgen. Dabei wird die optimale Position derart durch das Parkassistenzsystem bestimmt, dass z.B. ein möglichst schneller, reibungsloser Ausparkvorgang erfolgt, der das Fahrzeug 10 in eine Position verbringt von der aus es möglichst problemlos wieder am Verkehr teilnehmen kann. Dazu wird zunächst die Ladeverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Übertragungsglied zunächst kontrolliert getrennt. Dazu sendet beispielsweise die Steuereinheit 22 ein Steuersignal an die Ladeeinheit und dann die Ladestation, wodurch eine Trennung der Steckverbindung vorbereitet wird oder beispielsweise durch entsprechende Aktoren aktiv durchgeführt wird. Das erste und/oder das zweite Übertragungsglied werden von einer Ladeposition in eine Ruheposition gebracht, woraufhin der automatische oder durch das Parkassistenzsystem unterstützte Ausparkvorgang in die Zielposition 48 erfolgt.
Die Steuerungseinheit 22 des Fahrzeugs kann beispielsweise selbständig erkennen, wenn beabsichtigt ist, das Fahrzeug auszuparken, also von der Ladestation 38 wegzubewegen. Dazu könnte das Fahrzeug beispielsweise mittels geeigneter Sensoren registrieren, dass sich jemand auf den Fahrersitz gesetzt hat und/oder ein Zündschlüssel eingesteckt wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0117596 A1 [0004]
US 2009/0040068 A1 [0005]
DE 102008046215 A1 [0008]

Claims

Verfahren (70; 90) zum Positionieren eines Kraftfahrzeugs (10) relativ zu einer Ladestation (38), wobei das Kraftfahrzeug (10) einen elektrischen Antrieb (14) und einen elektrischen Energiespeicher (18) aufweist, wobei der elektrische Energiespeicher (18) dazu ausgebildet ist, den elektrischen Antrieb (14) mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder von dem elektrischen Antrieb (14) erzeugte Energie zu speichern, wobei die Ladestation (38) ein erstes Übertragungsglied (54) und das Kraftfahrzeug (10) ein zweites Übertragungsglied (52) aufweist, die zusammen eine Übertragungseinheit bilden, die dazu ausgelegt ist, elektrische Energie von der Ladestation (38) auf das Kraftfahrzeug (10), insbesondere an den Energiespeicher (18), zu übertragen, mit den Schritten: – Bestimmen (94) einer Zielposition (48) des Kraftfahrzeugs (10) relativ zu der Ladestation (38), – Prüfen ob ein fahrzeuggesteuertes Positionieren des Kraftfahrzeugs (10) in diese Zielposition (48) möglich ist (76; 96), – fahrzeuggesteuertes Positionieren (80) des Kraftfahrzeugs (10) in die Zielposition (48), wobei die Übertragungsglieder (52, 54) durch das Positionieren (80) des Kraftfahrzeugs (10) relativ zu der Ladestation (38) zusammengeführt oder getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen (94) einer Zielposition (48) und/oder das fahrzeuggesteuerte Positionieren auf der Grundlage von Funksignalen (28) oder Satellitensignalen (30) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Halteposition des Kraftfahrzeugs (10) und/oder eine aktuelle Position (46) des Kraftfahrzeugs (10) während des Positionierens (80) relativ zu der Station (38) geprüft wird (84).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Halteposition und/oder die aktuelle Position (46) fahrzeuggesteuert korrigiert wird (86) durch Änderung eines Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs (10) und/oder Änderung der Längsposition des Kraftfahrzeugs (10) und/oder durch Änderung der Querposition des Kraftfahrzeugs (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Ladestation (38) mindestens eine Sendeeinrichtung (42) zum Aussenden von Signalen (44) aufweist und das Fahrzeug (10) mindestens eine Empfangsvorrichtung (24) zum Empfangen der von der Sendeeinrichtung ausgesendeten Signale aufweist, wobei die aktuelle Position (46) des) aus einer Laufzeit der Signale (44) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei vor oder unmittelbar nach dem Erreichen der Zielposition (48) durch das Kraftfahrzeug (10) das erste Übertragungsglied (54) und/oder das zweite Übertragungsglied (52) von einer Ruheposition in eine Ladeposition oder von einer Ladeposition in eine Ruheposition überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dass durch das Überführen des ersten Übertragungsglieds (54) und/oder des zweiten Übertragungsglieds (52) von einer Ruheposition in eine Ladeposition oder von einer Ladeposition in eine Ruheposition eine Steckverbindung zwischen dem ersten Übertragungsglied (54) und dem zweiten Übertragungsglied (52) hergestellt oder getrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei bei Erreichen der Zielposition (48) an den Fahrer zurückgemeldet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Umgebung der Ladestation (38) mittels Umfeldsensoren (24) des Fahrzeugs (10) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Objekte, insbesondere andere Kraftfahrzeuge (49), Personen oder Tiere, in der Umgebung des Kraftfahrzeugs (10) während des Positionierens (80) erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche oder 10, wobei notwendige Maßnahmen zum Erreichen der Zielposition (48) vor Einleiten des fahrzeuggesteuerten Positionierens (80) bestimmt werden.
Vorrichtung zum Positionieren eines Kraftfahrzeugs (10) relativ zu einer Ladestation (38), mit Erfassungsmitteln (24) zum Erfassen der Umgebung des Kraftfahrzeugs (10) und einem Steuergerät (22), das dazu ausgebildet ist, das Verfahren (70; 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
Kraftfahrzeug, umfassend einen elektrischen Antrieb (14) und einen elektrischen Energiespeicher (18) aufweist, wobei der elektrische Energiespeicher (18) dazu ausgebildet ist, den elektrischen Antrieb (14) mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder von dem elektrischen Antrieb (14) erzeugte Energie zu speichern, wobei das Kraftfahrzeug (10) ein zweites Übertragungsglied (20) aufweist, das ausgebildet ist zusammen mit einem ersten Übertragungsglied eine Übertragungseinheit bilden, die dazu ausgelegt ist, elektrische Energie von einer Ladestation (38) auf das Kraftfahrzeug (10), insbesondere an den Energiespeicher (18), zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 umfasst.
Ladestation für einen elektrischen Energiespeicher (18) eines Kraftfahrzeugs (10), umfassend ein erstes Übertragungsglied (54) das ausgebildet ist zusammen mit einem zweiten Übertragungsglied (52) eine Übertragungseinheit bilden, die dazu ausgelegt ist, elektrische Energie von einer Ladestation (38) auf das Kraftfahrzeug (10), insbesondere an den Energiespeicher (18), zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.