DE102021100705B3

DE102021100705B3 - Vorrichtung zum automatisierten Positionieren eines Ladesteckers

Info

Publication number: DE102021100705B3
Application number: DE102021100705.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Finsinger; Andreas Albrecht; Frank Schubert
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2041-01-15
Also published as: WO2022152865A1; US20240067018A1; CN116829404A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm (14) einer Bodenstation (100) angeordneten Ladesteckers (10) in eine Buchse (12) einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit (200) eines Elektrofahrzeugs (210). Die Vorrichtung (1) umfasst ein Steuergerät (22), das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Bewegung des bewegbaren Arms (14) und/oder des Ladesteckers (10) zu steuern, und eine mit dem Steuergerät (22) kommunizierende Sensoreinrichtung (16) zur Detektion der Positionierung des Ladesteckers (10) relativ zur Buchse (12). Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm (14) einer Bodenstation (100) angeordneten Ladesteckers (10) in eine Buchse (12) einer Fahrzeugeinheit (200) eines Elektrofahrzeugs (210). Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen der Schritte des Verfahrens.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm einer Bodenstation angeordneten Ladesteckers in eine Buchse einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit einer mobilen ladbaren Einheit, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, wobei ein Steuergerät vorgesehen ist, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Bewegung des bewegbaren Arms und/oder des Ladesteckers zu steuern, und eine mit dem Steuergerät kommunizierende magnetische Sensoreinrichtung zur Detektion der Positionierung des Ladesteckers relativ zur Buchse vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm einer Bodenstation angeordneten Ladesteckers in eine Buchse einer Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen der Schritte des Verfahrens.
Stand der Technik
Bei der Verwendung von mit Batterien betriebenen Elektrofahrzeugen ist es notwendig, die im Elektrofahrzeug aufgenommenen Batterien, welche zur Versorgung des elektrischen Antriebs des Elektrofahrzeugs vorgesehen sind, zu laden.
In herkömmlichen Elektrofahrzeugen wird das Laden der Batterie darüber gelöst, dass das Elektrofahrzeug an einer Ladesäule oder einer Wallbox abgestellt wird und dann der Benutzer eine Verbindung zwischen der Ladesäule oder der Wallbox und dem Elektrofahrzeug durch ein händisch durchgeführtes Einstecken eines entsprechenden Ladesteckers herstellt. Danach kann der eigentliche Ladevorgang gestartet werden.
Um den Vorgang des Verbindens des Elektrofahrzeugs zu automatisieren, und um auf diese Weise dann Zeit und Mühen des Benutzers einzusparen und den Komfort zu erhöhen, sind unterschiedliche Vorrichtungen zum automatisierten Verbinden von Elektrofahrzeugen mit Ladevorrichtung bekannt.
Für die automatisierte Verbindung von Elektrofahrzeugen mit Ladevorrichtungen sind Roboterarme mit angebrachten Steckern bekannt, die ein automatisiertes Positionieren des Steckers in einer Steckdose eines Elektrofahrzeugs ermöglichen und den Ladevorgang dadurch automatisiert starten. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass bei derartigen Roboterarmen die Feinpositionierung des Steckers anfällig für Verschmutzung ist. Häufig werden zum automatisierten Positionieren optischen und akustischen Sensoren verwendet, die eine hohe Signalqualität erfordern, um einwandfrei zu funktionieren. Darüber hinaus fallen gerade bei optischen Sensoren ein hoher Rechenaufwand für die Bildbearbeitung sowie hohe Kosten für die Hardwarekomponenten an. Im Ergebnis ist im praktischen Einsatz von Roboterarmen häufig eine zusätzliche Benutzerinteraktion notwendig, um den Ladevorgang erfolgreich zu starten.
Die DE 10 2017 218 226 A1 zeigt den Oberbegriff, und offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur selbstständigen Ausbildung einer elektrischen leitenden Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer stationären Ladestation, wobei eine Fehlausrichtung zwischen einer Kontaktvorrichtung des Fahrzeugs relativ zu einer Ladekontakteinheit sensorisch erfasst und mittels eines Antriebs ausgeglichen werden kann.
Darstellung der Erfindung
Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm einer Bodenstation angeordneten Ladesteckers in eine Buchse einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs bereitzustellen, die einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm einer Bodenstation angeordneten Ladesteckers in eine Buchse einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellungen sowie der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm einer Bodenstation angeordneten Ladesteckers in eine Buchse einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen, wobei ein Steuergerät vorgesehen ist, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Bewegung des bewegbaren Arms und/oder des Ladesteckers zu steuern, und eine mit dem Steuergerät kommunizierende Sensoreinrichtung zur Detektion der Positionierung des Ladesteckers relativ zur Buchse vorgesehen ist.
Dabei ist die Sensoreinrichtung so ausgebildet und eingerichtet, dass eine Ausrichtung des Ladesteckers relativ zu der Buchse detektierbar ist. Weiterhin ist das Steuergerät dazu ausgebildet und eingerichtet, auf Grundlage der detektierten Ausrichtung eine automatisierte Positionierung des Ladesteckers relativ zu der Buchse vorzunehmen. Die Detektion beruht auf einer Bestimmung des Abstands des Ladesteckers zur Buchse.
Erfindungsgemäß umfasst die magnetische Sensoreinrichtung mindestens zwei Magnete und mindestens zwei analoge Hallsensoren, wobei die Magnete und die Hallsensoren bevorzugt so angeordnet sind, dass eine vorab definierte Position des Ladesteckers relativ zur Buchse mittels der magnetischen Sensoreinrichtung ein Magnet-Hallsensor-Paar detektierbar ist. Die Bodenstation kann beispielsweise ganz oder teilweise im Boden einer Fahrbahn oder einer Abstellfläche eingebettet oder auf der Fahrbahn oder der Abstellfläche angeordnet sein und der bewegbare Arm der Bodenstation kann aus der Bodenstation heraus innerhalb eines vorgesehenen Bewegungsradius verfahren werden. Unter der „darüber angeordneten Fahrzeugeinheit“ des Elektrofahrzeugs ist in diesem Fall eine Fahrzeugeinheit zu verstehen, die in einem Elektrofahrzeug angeordnet ist, welches über der Bodenstation positioniert ist, insbesondere geparkt ist.
Gleichwohl kann die Bodenstation beispielsweise ganz oder teilweise in einer Wand- oder Deckenstruktur eingebettet sein und der bewegbare Arm kann aus der Wand- oder Deckenstruktur heraus verfahren werden. Der Begriff „Bodenstation“ kann daher im Sinne der vorliegenden Offenbarung auch generischer als „Basisstation“ verstanden werden. Entsprechend ist die Formulierung „darüber angeordnet“ aus Sicht der Bodenstation zu verstehen.
Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist die Ebene der Bodenstation als die X-Y-Ebene und die Normalenrichtung dieser Ebene als die Z-Richtung definiert.
Des Weiteren kann im Sinne der vorliegenden Offenbarung unter der Ausrichtung des Ladesteckers eine Positionsangabe verstanden werden, die zusätzlich einen Winkel um die Z-Achse in einer zur X-Y-Ebene parallelen Ebene beinhaltet. Befindet sich die Bodenstation etwa im Boden oder an einer Deckenstruktur, kann folglich die Ausrichtung einer Position entsprechen, die einerseits eine Relativposition zwischen Ladestecker und Buchse enthält und andererseits einen Anfahrtswinkel enthält, in dem das Elektrofahrzeug eingeparkt wurde.
Insbesondere kann die detektierte Ausrichtung in diesem Fall einen Rückschluss zulassen, ob das Elektrofahrzeug vorwärts oder rückwärts bezüglich der Bodenstation eingeparkt wurde. Mit anderen Worten kann durch die detektierte Ausrichtung sichergestellt werden, dass eine kollisionsfreie und sichere Kontaktierung des Ladesteckers in der Buchse erreicht wird, unabhängig davon, wie das Fahrzeug bezüglich der Bodenstation eingeparkt wurde.
Unter einer Sensoreinrichtung kann im Sinne der vorliegenden Offenbarung grundsätzlich jedes Sensor-Empfänger Pärchen verstanden werden, das einen ausreichend präzisen Rückschluss über den Abstand zwischen Sensor und Empfänger zulässt.
Dabei kommt es zunächst nicht darauf an, den Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger genau zu quantifizieren, sondern eine dynamische Bestimmung dahingehend, dass im Betrieb erkannt werden kann, ob sich Sensor und Empfänger voneinander entfernen oder sich aufeinander zu bewegen oder im gleichen Abstand zueinander verfahren werden, kann zunächst ausreichen. Eine genaue Quantifizierung des Abstandes ist aber ebenfalls möglich.
Dadurch, dass die Sensoreinrichtung so ausgebildet und eingerichtet ist, dass eine Ausrichtung des Ladesteckers relativ zu der Buchse detektierbar ist, kann die Vorrichtung mittels der Sensoreinrichtung alle Positionsdaten detektieren, die für ein automatisiertes Positionieren des Ladesteckers in der Buchse notwendig sind.
Dadurch, dass das Steuergerät der Vorrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, auf Grundlage der detektierten Ausrichtung eine automatisierte Positionierung des Ladesteckers relativ zu der Buchse vorzunehmen, kann gezielt die zuvor detektierte Ausrichtung herangezogen werden, um die Positionierung automatisiert vorzunehmen. Mithin kann dadurch eine zuverlässige automatisierte Positionierung eines an einem bewegbaren Arm einer Bodenstation angeordneten Ladesteckers in einer Buchse einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeug schnell und bei beliebiger Ausrichtung der Buchse relativ zum Ladestecker sicher erfolgen. Gleichwohl kann die automatisierte Positionierung eines an einem bewegbaren Arm einer Bodenstation angeordneten Ladesteckers dadurch erfolgen, dass die Bodenstation entsprechend verfahren wird. In diesem Fall kann der bewegbare Arm relativ zur Bodenstation raumstarr oder bewegbar sein.
Die automatisierte Positionierung kann dabei translatorische und/oder rotatorische Bewegungsrichtungen aufweisen. Translatorische Bewegungen können ein- zwei- und dreidimensionale Vektoren aufweisen. Rotatorische Bewegungen können im und/oder gegen den Uhrzeigersinn erfolgen. Die rotatorischen Bewegung kann um eine Hauptachse, insbesondere die Z-Achse herum erfolgen. Grundsätzlich kann die rotatorische Bewegung auch um eine beliebige Achse herum erfolgen. Insbesondere können rotatorische und translatorische Bewegungen auch überlagert erfolgen, beispielsweise in Form einer Einschraubbewegung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Sensoreinrichtung eine magnetische Sensoreinrichtung. Unter einer magnetischen Sensoreinrichtung kann im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine Sensoreinrichtung verstanden werden, die unter Ausnutzung von Magnetfeldern eine Identifizierung und/oder eine Aussage über den relativen räumlichen Abstand zwischen einem Sensor und einem Empfänger zulässt. Genauer gesagt kann durch Detektion und Auswertung der Feldstärken von Magnetfeldern eine Aussage über den relativen räumlichen Abstand zwischen Sensor und Empfänger getroffen werden.
Beispielsweise kann unter einer magnetischen Sensoreinrichtung im Sinne der vorliegenden Offenbarung ein im Idealfall analoger Magnetsensor, z.B. ein analoger Hallsensor verstanden werden. Derartige Einrichtungen detektieren statische oder veränderliche Feldstärken von Magnetfeldern. Durch die Verwendung einer magnetischen Sensoreinrichtung kann eine berührungslose und verschleißfreie Positionserfassung erfolgen. Ferner können damit auch Magnetfelder durch verschiedene Materialien wie beispielsweise Kunststoff, Holz oder sogar nichtmagnetisierbare Metalle wie Buntmetall, Aluminium und Edelstahl hindurch detektiert werden. Dadurch kann eine schützende Hülle um die Sensorik angebracht werden, wodurch die Lebensdauer der Vorrichtung erheblich verbessert wird. Darüber hinaus sind magnetische Sensoreinrichtungen besonders robust, weisen eine lange Einsatzzeit auf und sind unempfindlich gegen Schmutz. Magnetischen Sensoreinrichtungen sind in der Lage, wechselnde Magnetfelder zu detektieren. Über ein magnetisches „Signal“, welches in der Fahrzeugeinheit z.B. mit durchströmten Spulen generiert wird, kann die erste Grobpositionierung der Vorrichtung sehr schnell automatisch realisiert werden.
Der Hallsensor ist dabei bevorzugt ein analoger Hallsensor, der ein analoges Signal ausgibt, das einer Feldstärke eines Magnetfelds entspricht. Der Magnet kann im einfachsten Fall ein Permanentmagnet sein. Beispielsweise kann die analoge Ausgabe beispielsweise eine Spannung oder eine Stromstärke sein, die einer Feldstärke, etwa angegeben in Tesla, entspricht. Damit fungiert der Hallsensor als ein Näherungssensor, mit Hilfe dessen der räumliche Abstand, also sowohl in der X-Y-Ebene als auch in z-Achsenrichtung zwischen Magnet und Hallsensor bestimmt werden kann. Gleichwohl wird der Ladestecker zum Detektieren der Position primär in einer zweidimensionalen Ebene, der X-Y-Ebene, verfahren.
Bevorzugt kann der Magnet auch ein Elektromagnet sein, bei dem die magnetische Feldstärke durch Stromänderung verändert werden kann, wodurch jedem Magneten ein spezifisches Signal aufgeprägt werden kann, wodurch der individuelle Magnet eindeutig erkannt werden kann bzw. von anderen Magneten unterscheidbar ist.
Werden mehr als zwei Magnete verwendet, sind dafür vorzugsweise Elektromagnete zu verwenden, die in geeigneter Weise und zu geeigneter Zeit definiert angesteuert werden, um ein eindeutig zum Elektromagneten erzeugtes Magnetfeld zu generieren.
Magnete und Hallsensoren sind im Sinne der vorliegenden Offenbarung als Komponenten der magnetischen Sensoreinrichtung zu verstehen. Mithin umfasst die magnetische Sensoreinrichtung zumindest einen Näherungssensor, der aus einem Magnet und einem komplementären Hallsensor gebildet sein kann. Dabei muss nicht stets ein spezieller Magnet einem speziellen Hallsensor zugeordnet sein. Vielmehr kann ein Näherungssensor aus der Kombination aus einem beliebigen Magneten mit einem beliebigen Hallsensor gebildet werden. Unter einem Magneten kann im Sinne der vorliegenden Offenbarung etwa einen Permanentmagnet verstanden werden oder ein Magnet resultierend aus einer beliebig geformten stromdurchflossenen Spule. Ein Vorteil des elektrisch generierten Magnetfeldes ist, dass sowohl die Magnetfeldstärke als auch die Orientierung geändert werden können.
Gelangt ein Magnetfeld eines Magneten in eine ausreichend geringe Nähe eines Hallsensors, wird die Feldstärke des Magnetfelds mittels des Magnetfeldsensors detektiert. Dies kann etwa eintreten, wenn ein Ladestecker relativ zur Buchse in eine vorab definierte Position im Sinne der vorliegenden Offenbarung gebracht wird. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist unter einer vorab definierten Position ein Bereich von Positionen zu verstehen, innerhalb dem ein Magnet von einem einen Hallsensor/Magnetfeldsensor detektiert werden kann. Dieser Fall wird im Sinne der vorliegenden Offenbarung als das Detektieren eines Magnet-Hallsensor-Paars mittels der magnetischen Sensoreinrichtung bezeichnet.
Das Detektieren eines Magnet-Hallsensor-Paars mittels der magnetischen Sensoreinrichtung ist ferner als eine Detektion der räumlichen Position dieses Magnet-Hallsensor-Paars zu verstehen. Das räumliche Bezugssystem kann ein absolutes oder ein relatives Bezugssystem sein. Das Bezugssystem kann ein- zwei- oder dreidimensional sein. Beispielsweise kann das Detektieren eines Magnet-Hallsensor-Paars mittels der magnetischen Sensoreinrichtung das Detektieren einer dreidimensionalen Koordinate in einem kartesischem X-Y-Z Koordinatensystem umfassen. Gleichwohl sind auch andere Koordinatensysteme denkbar.
Die Magnete und die Hallsensoren sind in gleicher Anzahl entweder am Ladestecker oder an der Buchse angeordnet. Damit ist gemeint, dass die Gesamtmenge von Komponenten, die sowohl Magnete als auch Hallsensoren umfasst, hälftig auf Ladestecker und Buchse aufzuteilen ist. Die Komponenten-mäßige Aufteilung auf Ladestecker und Buchse ist jedoch für die Funktion der vorliegenden Offenbarung grundsätzlich unerheblich.
Dadurch, dass die Magnete und die Hallsensoren zu gleichen Anteilen am Ladestecker und an der Buchse angeordnet sind, können mehrere verschiedene Magnet-Hallsensor-Paare detektiert werden, wodurch auf Basis der Positionen weitere Erkenntnisse bezüglich der räumlichen Position des Ladesteckers relativ zur Buchse getroffen werden können.
Vorteilhaft bei der Verwendung von Hallsensoren ist, dass diese kontaktlos arbeiten und daher keine Reibung und dadurch keinen Verschleiß aufweisen. Hallsensoren sind kostengünstig und gegenüber Witterungseinflüssen unabhängig. Darüber hinaus sind Hallsensoren geeignet, zuverlässig Signale zu generieren, ohne dass eine Kalibrierung der erhobenen Signale notwendig ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind genau zwei Magnete am Ladestecker und genau zwei Hallsensoren an der Buchse angeordnet. Durch die Anordnung der Magnete am Ladestecker müssen am bewegbaren Arm und am Ladestecker keine Kabel geführt werden, wodurch die Komplexität und Gewicht des bewegten Arms weiter reduziert wird. Die Magnete sind jeweils voneinander beabstandet angeordnet und in unterschiedlicher Nord-Süd Ausrichtung und die Hallsensoren sind ebenfalls voneinander beabstandet angeordnet. Dadurch können bei geeignetem Verfahren des Ladesteckers relativ zur Buchse genau vier verschiedene Magnet-Hallsensor-Paare mittels der magnetischen Sensoreinrichtung detektiert werden, wodurch die relative Position zwischen Ladestecker und Buchse genau ermittelt werden kann.
Dadurch, dass genau zwei Magnete und genau zwei Hallsensoren vorhanden sind, kann die Detektion der Ausrichtung des Ladesteckers relativ zu der Buchse eindeutig erzielt werden. Eine Detektion kann dabei etwa so erfolgen, dass mittels translatorischen Verfahrens und rotatorischen Bewegens des bewegbaren Arms in der X-Y-Ebene relative Positionsdaten des Ladesteckers zur Buchse detektiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Magnete in einem ersten Abstand zueinander angeordnet und die Hallsensoren in einem zweiten Abstand zueinander angeordnet, wobei vorzugsweise der erste Abstand dem zweiten Abstand entspricht.
Dadurch kann eine Position des Steckers relativ zur Buchse gefunden werden, in der ein Mittelpunkt des Steckers zusammen mit den beiden Hallsensoren ein gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck ausbildet. In dieser Position kann beispielsweise durch Rotieren des Steckers gewährleistet werden, dass beide Magnete über beide Hallsensoren bewegbar sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Magnete eine entgegengesetzte Polarität zueinander auf, wobei die Hallsensoren bipolare analoge Hallsensoren sind. Unter einer entgegengesetzten Polarität der Magnete ist gemeint, dass ein Magnet ein Nordpol-Magnet (+) und der andere Magnet ein Südpol-Magnet (-) ist. Bipolare Hallsensoren erzeugen je nach Polarität des anliegenden Magnetfelds ein positives oder negatives Ausgangssignal. Das Ausgangssignal kann eine Spannung relativ zur Magnetfeldstärke sein, eine Frequenz oder ein Duty Cycle eines PWM - Signals. Des Weiteren können die Werte der Feldstärke auch digital ausgegeben werden oder in irgendeiner anderen Art. Mithin es ist dadurch möglich, mittels der magnetischen Sensoreinrichtung eindeutig zu detektieren, welcher Magnet an welchem bipolaren Hallsensor gerade ein Magnet-Hallsensor-Paar ausbildet. Durch ein geeignetes Verfahren des Ladesteckers kann durch Detektieren eines weiteren Magnet-Hallsensor-Paares mittels der magnetischen Sensoreinrichtung kann beispielsweise eine Aussage darüber getroffen werden, ob sich die Buchse in einer „normal“ oder in einer „kopfüber“ ausgerichteten Position befindet. Konkret kann dadurch beispielsweise mittels der Vorrichtung festgestellt werden, in welcher Position die Ladebuchse relativ zum Ladestecker steht.
Vorteilhafterweise ist hinter jedem Hallsensor eine metallische Platte zur Verstärkung des Magnetfelds angeordnet. Unter einer metallischen Platte im Sinne der vorliegenden Offenbarung kann beispielsweise eine Eisenplatte verstanden werden. Experimentelle Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass das Vorsehen einer metallischen Platte zu einer Verstärkung des Magnetfelds führt, welches am Hallsensor über einen Magneten induziert werden kann. Dadurch können sowohl die Messgenauigkeit als auch die Sensitivität des Hallsensors erhöht werden beziehungsweise die Hallsensoren bei gleicher Signalstärke kleiner ausgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Ladestecker ein Kopfende auf, wobei bevorzugt die Komponenten der magnetischen Sensoreinrichtung, die am Ladestecker angeordnet sind, symmetrisch zu einem Mittelpunkt des Ladesteckers angeordnet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der bewegbare Arm innerhalb eines vorab definierten, virtuellen Bewegungsraums bewegbar, wobei der vorab definierte, virtuelle Bewegungsraum vorzugsweise einen Querschnitt von 300 x 300 mm aufweist. Das erste Magnet-Hallsensor-Paar kann etwa durch routiniertes oder zufälliges Abfahren des Ladesteckers detektiert werden. Dadurch, dass der bewegbare Arm nur innerhalb eines vorab definierten, virtuellen Bewegungsraums bewegbar ist, kann eine Abtastroutine schneller beendet werden. Der vorab definierte Bewegungsraum kann beispielsweise relativ zur Bodenstation definiert sein. Dadurch kann der Bewegungsraum für den Bediener eines Fahrzeugs gekennzeichnet werden, wodurch der Betrieb der Vorrichtung einfacher und schneller möglich ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Steuergerät zum Steuern des Arms und/oder des Ladesteckers und/oder zur Verarbeitung von Signalen der magnetischen Sensoreinrichtung vorhanden. Dadurch kann eine Detektion eines Magnet-Hallsensor-Paars mittels der magnetischen Sensoreinrichtung als Größe in einem Regelkreis zum automatischen Positionieren des Ladesteckers in der Buchse herangezogen werden. Das Steuergerät kann mehrere Teilgeräte umfassen, die in der Bodenstation und/oder der Fahrzeugeinheit angeordnet sein können.
Vorteilhafterweise weisen die Bodenstation und/oder die Fahrzeugeinheit Kommunikationseinrichtungen zur Datenübertragung auf, wobei die Datenübertragung vorzugsweise eine kabellose Datenübertragung aufweist. Dadurch kann eine Detektion eines Magnet-Hallsensor-Paars mittels der Steuereinheit, die etwa in einem Fahrzeug erfolgt, berührungslos an eine zum Fahrzeug externe Komponente der Vorrichtung übertragen werden. Ferner kann über die Kommunikationseinrichtungen zur Datenübertragung ein Aktivieren der Vorrichtung ermöglicht werden.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm einer Bodenstation angeordneten Ladesteckers in eine Buchse einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird ein Verfahren zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm einer Bodenstation angeordneten Ladesteckers in eine Buchse einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs vorgeschlagen, umfassend die Schritte:

- Detektieren einer Ausrichtung des Ladesteckers relativ zu der Buchse mittels einer magnetischen Sensoreinrichtung; und
- automatisches Positionieren des Ladesteckers mittels eines Steuergeräts auf Grundlage der detektierten Ausrichtung.

Vorteilhaft ist dabei, dass rein über das Detektieren mittels der magnetischen Sensoreinrichtung ausreichend Informationen gesammelt werden können, die eine eindeutige Positionsangabe des Ladesteckers relativ zu der Buchse ermöglichen. Vorteilhaft bei der automatischen Positionierung des Ladesteckers mittels des Steuergeräts auf Grundlage der detektierten Ausrichtung ist, dass die Vorrichtung ohne Mithilfe durch den Bediener den Ladestecker automatisch in eine Buchse positioniert werden kann.
Erfindungsgemäß umfasst der Schritt des Detektierens einen Schritt des Verfahrens des Arms, bis mittels der magnetischen Sensoreinrichtung ausreichend Magnet-Hallsensor-Paare detektiert werden, um eine eindeutige Position des Ladesteckers zur Buchse zu bestimmen, wobei der Schritt des automatischen Positionierens einen Schritt des Verfahrens des Ladesteckers aus der eindeutigen Position in die Buchse umfasst.
Unter einer eindeutigen Position ist im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine Position zu verstehen, die bezüglich eines zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Koordinatensystems eindeutig ist. Dadurch kann der Ladestecker beispielsweise einem fest implementierten Verfahr-Protokoll folgend aus der eindeutigen Position in die Buchse eingefahren werden und damit automatisiert in die Buchse positioniert werden. Mithin kann die eindeutige Position als eine Art Checkpoint verstanden werden. Die eindeutige Position muss dabei nicht allein auf Detektionen von Magnet-Hallsensor-Paaren mittels der magnetischen Sensoreinrichtung beruhen. Alternativ oder ergänzend können weitere Positionsinformationen bereitgestellt werden, die letztlich zur Bestimmung der eindeutigen Position beitragen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Verfahren ferner den Schritt des Berechnens einer Bewegungsfunktion basierend auf einem detektieren Magnet-Hallsensor-Paar auf, wobei die Bewegungsfunktion vorzugsweise eine Kreislinie aufweist. Unter einer Kreislinie kann im Sinne der vorliegenden Offenbarung allgemein eine Kurve oder eine Kurvenschaar verstanden werden, die einen Kreisumfang umfasst. Insbesondere kann darunter ein Kreis verstanden werden, der durch beide Magnete verläuft. In diesem Fall wird auch von einer Ladesteckerkreislinie gesprochen. Alternativ oder ergänzend kann unter einer Kreislinie auch ein Kreis verstanden werden, dessen Mittelpunkt auf einem Hallsensor liegt und dessen Radius dem Abstand der beiden Hallsensoren entspricht. In diesem Fall wird auch von einer Buchsenkreislinie gesprochen. Eine Kreislinie ist im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine berechnete Funktion.
Insbesondere kann die Kreislinie als ein Kreis verstanden werden, auf dem mehrere, beispielsweise zwei, Magnete gegenüberliegend angeordnet sind. Wird also ein Magnet-Hallsensor-Paar mittels der magnetischen Sensoreinrichtung detektiert, kann der Arm beziehungsweise der Ladestecker gezielt so translatorisch verfahren werden, dass der Ladestecker entlang dieses Kreisumfangs über dem detektierten Hallsensor verfahren wird. Je nach Anordnung kann nach Abfahren des halben Kreisumfangs der zweite Magnet mit demselben Hallsensor ein weiteres Magnet-Sensor-Paar ausbilden, das mittels der magnetischen Sensoreinrichtung detektiert wird.
Dadurch können bekannte geometrische Verhältnisse zwischen den einzelnen Sensorkomponenten dazu genutzt werden, aus einem ersten detektierten Magnet-Hallsensor-Paar möglichst effizient zu der eindeutigen Position zu gelangen. Das bedeutet, dass der Arm beziehungsweise der Ladestecker möglichst effizient verfahren werden kann, um eine weitere beziehungsweise alle weiteren erforderlichen Magnet-Hallsensor-Paare mittels der magnetischen Sensoreinrichtung zu detektieren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind am Ladestecker zwei Magnete mit entgegengesetzten Polrichtungen und an der Fahrzeugeinheit zwei bipolare analoge Hallsensoren angeordnet, wobei das Verfahren folgenden Schritte umfasst:

- Verfahren des Arms, bis ein erstes Magnet-Hallsensor-Paar detektiert wird,
- Berechnen einer Kreislinie auf Basis des ersten Magnet-Hallsensor-Paars
- Verfahren des Arms entlang der Kreislinie, bis ein zweites Magnet-Hallsensor-Paar detektiert wird,
- Ermitteln des Mittelpunkts des kreisförmigen Kopfendes,
- Verfahren des Arms, bis ein drittes Magnet-Hallsensor-Paar detektiert wird,
- Ermitteln eines Anfahrtswinkels und Berechnen der Position eines weiteren Magnet-Hallsensor-Paars,
- Verfahren des Arms, bis die berechnete Position des weiteren Magnet-Hallsensor-Paars erreicht ist
- Verifizieren der vorherigen Magnet-Hallsensor-Paare,
- Verfahren des Ladesteckers in eine vorab definierte Einsteckposition und Einfahren des Ladesteckers in die Buchse.

Durch diese Schritte kann die eindeutige Position rein über die Detektion von vier Magnet-Hallsensor-Paaren erfolgen. Dadurch kann eine einfache, robuste und kontaktlose, automatische Positionierung des Ladesteckers in der Buchse erzielt werden.
Bis auf den letzten Teilschritt „Einfahren des Ladesteckers in die Buchse“ kann das Verfahren des Arms beziehungsweise des Ladesteckers rein in einer zweidimensionalen Ebene erfolgen.
Gleichwohl kann das Verfahren des Arms beziehungsweise des Ladesteckers auch dreidimensional erfolgen. Hierzu kann etwa ein Schritt zur Bestimmung einer Änderung einer Signalstärke vorgesehen sein. Dadurch kann ein präziseres Verfahren gewährleistet werden. Dies kann etwa dadurch erfolgen, dass bei Detektion eines Magnet-Hallsensor-Paars mittels der magnetischen Sensoreinrichtung der Ladestecker in z-Richtung verfahren wird, um die Änderung der Signalstärke zu detektieren. Da die Feldstärke exponentiell mit dem relativen Abstand abnimmt, kann die Richtung ermittelt werden, in die der Ladestecker zu verfahren ist, um den Abstand zu verringern. In dem verringerten Abstand kann alsdann die Detektion und das Verfahren wiederholt werden.
Der Ladestecker kann dabei in Bezug auf seine Längsachse rein translatorisch verfahren werden. Gleichwohl kann der Ladestecker auch rotatorisch verfahren werden.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm Produkt mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Entsprechend umfasst das Computerprogramm Produktbefehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinheit diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 15 auszuführen.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 schematisch eine Vorrichtung zusammen mit einer Bodenstation und einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs gemäß dem Stand der Technik in einer Seitenansicht;
2 schematisch die Bodenstation zusammen mit der darüber angeordneten Fahrzeugeinheit des Elektrofahrzeugs aus 1 in einer Draufsicht;
3 eine Detailansicht der Vorrichtung zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm einer Bodenstation angeordneten Ladesteckers in eine Buchse einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs; und
4A bis 4E eine sequenzielle Darstellung der Vorrichtung aus 3 zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum automatisierten Positionieren eines Ladesteckers einer Bodenstation in eine Buchse einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm 14 einer Bodenstation 100 angeordneten Ladesteckers 10 in eine Buchse 12 einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit 200 eines Elektrofahrzeugs 210.
Der Ladestecker 10 kann über einen bewegbaren Arm 14, der in der Bodenstation 100 befestigt ist, automatisiert in der Buchse 12 der Fahrzeugeinheit 200 positioniert werden. Die Fahrzeugeinheit 200 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Teil eines über der Bodeneinheit 100 geparkten Elektrofahrzeugs 210, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Die Bodeneinheit 100 ist in der Bodenebene eingebettet, die der X-Y-Ebene entspricht oder liegt auf dieser auf.
In der Vorrichtung 1 ist ein Steuergerät 22 vorgesehen, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Bewegung des bewegbaren Arms 14 und/oder des Ladesteckers 10 zu steuern. In der Vorrichtung 1 ist weiterhin eine Sensoreinrichtung 16 vorgesehen, die als eine magnetische Sensoreinrichtung 16 ausgeführt ist und die mit dem Steuergerät 22 zur Detektion der Positionierung des Ladesteckers 10 relativ zu der Buchse 12 kommuniziert.
Die magnetische Sensoreinrichtung 16 ist dabei so ausgebildet und eingerichtet, dass eine Ausrichtung des Ladesteckers 10 relativ zu der Buchse 12 detektierbar ist.
2 zeigt schematisch die Bodenstation 100 zusammen mit der darüber angeordneten Fahrzeugeinheit 200 des Elektrofahrzeugs 210 aus 1 in einer Draufsicht. Wie aus dem abgebildeten Koordinatensystem zu erkennen ist, entspricht die Draufsicht einer Sicht auf die X-Y-Ebene. In dem in 2 abgebildeten Fall entspricht die Ausrichtung einem um die Z-Achse ausgebildeten Anfahrtswinkel α, der dem Einparkwinkel beziehungsweise der Orientierung des Elektrofahrzeugs 210 (beliebig positioniert) entspricht. Mit anderen Worten also dem Anfahrtswinkel α zwischen der Längsachse L der Bodeneinheit 200 und der Längsachse S der Fahrzeugeinheit 100. Die Bodeneinheit 100 ist gestrichelt dargestellt.
3 zeigt eine Detailansicht der Vorrichtung 1 zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm 14 einer Bodenstation 100 angeordneten Ladesteckers 10 in eine Buchse 12 einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit 200 eines Elektrofahrzeugs 210. Wie aus einem Vergleich der in 2 und in 3 angegebenen Koordinatensystemen ersichtlich ist, handelt es sich hierbei um eine Ansicht von unten, also einer Ansicht, die der Ansicht aus 2 gegenüber liegt.
In der Vorrichtung 1 ist ein Steuergerät 22 vorgesehen, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Bewegung des bewegbaren Arms 14 und/oder des Ladesteckers 10 zu steuern. Ferner ist eine mit dem Steuergerät 22 kommunizierende magnetische Sensoreinrichtung 16 zur Detektion der Positionierung des Ladesteckers 10 relativ zu der Buchse 12 vorgesehen.
Die magnetische Sensoreinrichtung 16 ist dabei so ausgebildet und eingerichtet, dass eine Ausrichtung des Ladesteckers 10 absolut zu der Buchse 12 detektierbar ist. Das Steuergerät 22 ist ferner dazu ausgebildet und eingerichtet, auf Grundlage der detektierten Ausrichtung eine automatisierte Positionierung des Ladesteckers 10 relativ zu der Buchse 12 vorzunehmen.
Die magnetische Sensoreinrichtung 16 umfasst dabei zwei Magnete 16A und zwei Hallsensoren 16B. Die Magnete 16A und die Hallsensoren 16B sind dabei so angeordnet, dass in einer vorab definierten Position des Ladesteckers 10 relativ zur Buchse 12 mittels der magnetischen Sensoreinrichtung 16 ein Magnet-Hallsensor-Paar detektierbar ist. In der gezeigten Darstellung in 2 wird kein Magnet-Hallsensor-Paar ausgebildet, da sich der Ladestecker 10 relativ zur Buchse 12 nicht in einer vorab definierten Position gemäß der Definition der vorliegenden Offenbarung befindet. Mit anderen Worten ist der Ladestecker 10 relativ zur Buchse 12 zu weit entfernt, um ein Magnet-Hallsensor-Paar auszubilden.
Die Magnete 16A und die Hallsensoren 16B sind dabei zu gleichen Anteilen am Ladestecker 10 und an der Buchse 12 angeordnet. Konkret sind zwei Magnete 16A am Ladestecker 10 und zwei Hallsensoren 16B an der Buchse 12 angeordnet. Die Magnete 16A sind darüber hinaus in einem ersten Abstand D zueinander angeordnet und die Hallsensoren 16B sind in einem zweiten Abstand D* zueinander angeordnet. Mit den Hallsensoren 16B ist die geometrische Position der Buchse eindeutig bestimmbar. Sowohl der Magnet als auch die Hallsensoren können sich am Arm bzw. in der Fahrzeugeinheit befinden.
Das Steuergerät 22 muss nicht von außen zugänglich sein. Das Steuergerät 22 kann auch als Steuerelektronik verstanden werden und ist vorzugsweise in dem Bauteil verbaut, in dem die Hallsensoren 16B angeordnet sind. Sind also die Hallsensoren 16B, wie in 3 gezeigt, in der Fahrzeugeinheit 200 angeordnet, ist das Steuergerät 22 vorzugsweise ebenfalls in der Fahrzeugeinheit 200 angeordnet.
Die Magnete 16A⁺, 16A^- weisen eine entgegengesetzte Polarität, magnetisch Nord (+), und magnetisch Süd (-), zueinander auf, was in 2 durch die Symbole „+“ und „-“ gekennzeichnet ist. Die Hallsensoren 16B sind bipolare Hallsensoren und werden gemäß der Abbildung in 2 als ein erster Hallsensor 16B₁ und ein zweiter Hallsensor 16B₂ offenbart. Dadurch kann an jedem Hallsensor 16B₁ und 16B₂ über die magnetische Sensoreinrichtung 16 festgestellt werden, welcher der beiden Magneten 16A⁺ oder 16A^- gerade ein Magnet-Hallsensor-Paar ausbildet. Aufgrund der in 2 offenbarten Merkmale der Vorrichtung 1 sind genau vier verschiedene Magnet-Hallsensor-Paare möglich.
Hinter den beiden Hallsensoren 16B ist eine metallische ferromagnetische Platte 18 zur Verstärkung des Magnetfelds angeordnet. Die metallische ferromagnetische Platte 18 kann als Eisenplatte ausgeführt werden. Der Ladestecker 10 weist vorteilsweise ein kreisförmiges Kopfende 11 auf, wobei die beiden Magnete 16A⁺, 16A, die am Ladestecker 10 angeordnet sind, zu einem Mittelpunkt 20 des Ladesteckers 10 symmetrisch angeordnet sein sollten.
Der bewegbare Arm 14 ist innerhalb eines vorab definierten, virtuellen Bewegungsraums (nicht dargestellt) frei bewegbar. Die Vorrichtung 1 weist darüber hinaus ein Steuergerät 22 zur Verarbeitung von Signalen aus der magnetischen Sensoreinrichtung 16 auf.
Mit der Vorrichtung 1 aus 3 ist es grundsätzlich möglich, maximal vier unterschiedliche Magnet-Hallsensor-Paaren 17 mittels der magnetischen Sensoreinrichtung 16 zu detektieren. Die vier unterschiedlichen Magnet-Hallsensor-Paare 17_I-IV ergeben sich insbesondere daraus, dass zwei voneinander beabstandete Hallsensoren 16B₁, 16B₂ vorhanden sind, und daraus, dass die zwei vorhandenen, voneinander beabstandeten Magneten 16A⁺ und 16A^- eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Auf Grundlage dieser vier unterschiedlichen Magnet-Hallsensor-Paare 17 kann eine eindeutige relative Position des Steckers 10 zur Buchse 12 innerhalb einer zweidimensionalen Ebene ermittelt werden als auch die Ausrichtung der Steckerrotationsposition zum Anfahrtswinkel a.
Die 4A bis 4E zeigen eine sequenzielle Darstellung der Vorrichtung aus 3 zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm 14 einer Bodenstation 100 angeordneten Ladesteckers 10 in eine Buchse 12 einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit 200 eines Elektrofahrzeugs 210. Die Ausrichtung des Ladesteckers 10 relativ zu der Buchse 12 sowie die Ansicht auf die Vorrichtung ist identisch zu 3.
Das in den 4A bis 4D offenbarte Verfahren zeigt dabei einzelne beispielhafte Teilschritte eines Verfahrensschritts des Detektierens S100 einer Ausrichtung des Ladesteckers 10 relativ zu der Buchse 12. In der 4E ist ein Verfahrensschritt des automatischen Positionierens S200 des Ladesteckers 10 auf Grundlage der in Schritt S100 detektierten Ausrichtung gezeigt. 4A zeigt einen Schritt S1 eines Verfahrens des Arms 14, in dem ein erstes Magnet-Hallsensor-Paar 17_I detektiert wird. Schritt S1 ist ein Teilschritt des Detektierschritts S100. Der Schritt S1 kann beispielsweise ein zufälliges oder systematisches Verfahren des Arms 14 entlang eine Ebene umfassen, die innerhalb des Bewegungsraums des Arms 14 liegt. Das Verfahren des Arms 14 kann rein translatorisch in der X-Y-Ebene erfolgen.
In dem in 4A gezeigten Fall besteht das erste Magnet-Hallsensor-Paar 17_I aus dem Südpol-Magnet 16A^- und dem ersten Hallsensoren 16B₁. Auf der Basis des ersten Magnet-Hallsensor-Paares 17_I wird in einem Berechnungsschritt S10 eine Kreislinie berechnet. In dem Fall kann die Kreislinie als eine Ladesteckerkreislinie verstanden werden, die durch die beiden Magneten 16A verläuft.
4B zeigt das Ergebnis eines Schritts S2, gemäß dem der Arm 14 entlang der Ladesteckerkreislinie in der X-Y-Ebene translatorisch verfahren wurde, bis ein zweites Magnet-Hallsensor-Paar 17_II mittels der magnetischen Sensoreinrichtung 16 detektiert wurde. Die translatorische Verschiebung erfolgte dadurch, dass der Ladestecker 10 entlang seiner Ladesteckerkreislinie K1 über dem Hallsensor 16B₁ translatorisch verschoben wurde, bis das zweite Magnet 16A⁺ direkt über demselben Hallsensor 16B₁ positioniert ist. Schritt S2 ist ein Teilschritt des Detektierschritts S100.
In dem in 4B gezeigten Fall besteht das zweite Magnet-Hallsensor-Paar 17_II also aus dem Nordpol-Magnet 16A⁺ und dem ersten Hallsensoren 16B₁. Nunmehr wurden für den ersten Hallsensoren 16B₁ beide Magnete 16A⁺ und 16A^- detektiert. Der Ermittlungsschritt S20 ist ein Teilschritt des Detektierschritts S100. Auf Basis dieser Daten kann die Mittelpunkt 20 des kreisförmigen Kopfes 11 in einem Ermittlungschritt S20 ermittelt werden. Darüber hinaus ist nun bekannt, dass der weitere, noch unbekannte Hallsensor 16B₂ auf einem Kreis um den ersten Hallsensor 16B₁ mit dem Radius D* liegen muss.
4C zeigt das Ergebnis eines Schritts S3, gemäß dem ein Verfahren des Arms 14 erfolgte, bis ein drittes Magnet-Hallsensor-Paar 17_III mittels der magnetischen Sensoreinrichtung 16 detektiert wurde. Das Verfahren des Arms 14 zur Detektion des dritten Magnet-Hallsensor-Paars 17_III kann dadurch erfolgen, dass der Arm 14 rein translatorisch entlang einer Buchsenkreislinie K2 verfahren wird, die dem Kreis um den ersten Hallsensor 16B₁ mit dem Radius D* entspricht. Die Buchsenkreislinie K2 ist ein Kreis, der durch die beiden Hallsensoren 16B₁ und 16B₂ verläuft. Genauer gesagt kann der Arm 14 so entlang der Buchsenkreislinie K2 verschoben werden, dass einer der beiden Magneten entlang der Buchsenkreislinie K2 translatorisch verschoben werden. Schritt S3 ist ein Teilschritt des Detektierschritts S100.
In dem in 4C gezeigten Fall besteht das dritte Magnet-Hallsensor-Paar 17_III nun aus dem Nordpol-Magnet 16A⁺ und dem zweiten Hallsensoren 16B₂. Auf Basis dieser Daten kann ein Anfahrtswinkel α (nicht abgebildet) in einem Ermittlungsschritt S30 sowie die Position des verbleibenden Magnet-Hallsensor-Paares 17_IV berechnet werden.
4D zeigt das Ergebnis eines Schritts S4, gemäß dem ein Verfahrens des Arms 14 erfolgte, bis die berechnete Position des verbleibenden Magnet-Hallsensor-Paares 17 erreicht wurde. In einem Verifizierungsschritt S40 kann überprüft werden, ob die ermittelten Daten mit den vorherigen Magnet-Hallsensor-Paaren 17_I-III übereinstimmen. Schritt S4 ist ein Teilschritt des Detektierschritts S100.
4E zeigt das Ergebnis eines Schritts S5, gemäß dem eines Verfahren des Arms 14 beziehungsweise des Ladesteckers 10 in eine vorab definierte Einsteckposition und Einfahren des Ladesteckers 10 in die Buchse 12 erfolgte. Das Einfahren des Ladesteckers 10 in die Buchse 12 erfolgte in einer zur Zeichenebene orthogonalen Richtung. Alle übrigen Bewegungen sind im Sinne dieses Ausführungsbeispiels als zweidimensionale und translatorische Bewegungen in der Zeichenebene zu verstehen. Schritt S5 ist ein Teilschritt des Positionierschritts S200.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Vorrichtung (1) zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm (14) einer Bodenstation (100) angeordneten Ladesteckers (10) in eine Buchse (12) einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit (200) eines Elektrofahrzeugs (210), wobei ein Steuergerät (22) vorgesehen ist, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Bewegung des bewegbaren Arms (14) und/oder des Ladesteckers (10) zu steuern, und eine mit dem Steuergerät (22) kommunizierende Sensoreinrichtung (16) zur Detektion der Positionierung des Ladesteckers (10) relativ zur Buchse (12) vorgesehen ist, wobei die Sensoreinrichtung (16) so ausgebildet und eingerichtet ist, dass eine Ausrichtung des Ladesteckers (10) relativ zu der Buchse (12) detektierbar ist und das Steuergerät (22) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, auf Grundlage der detektierten Ausrichtung eine automatisierte Positionierung des Ladesteckers (10) relativ zu der Buchse (12) vorzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (16) mindestens zwei Magnete (16A) und mindestens zwei Hallsensoren (16B) umfasst, wobei die Magnete (16A) und die Hallsensoren (16B) bevorzugt so angeordnet sind, dass eine vorab definierte Position des Ladesteckers (10) relativ zur Buchse (12) mittels der magnetischen Sensoreinrichtung (16) ein Magnet-Hallsensor-Paar (17) detektierbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (16) eine magnetische Sensoreinrichtung (16) ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Magnete (16A) am Ladestecker (10) und genau zwei Hallsensoren (16B) an der Buchse (12) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (16A) in einem ersten Abstand (D) zueinander angeordnet sind und die Hallsensoren (16B) in einem zweiten Abstand (D*) zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (16A) eine entgegengesetzte Polarität zueinander aufweisen, wobei die Hallsensoren (16B) bipolare, vorzugsweise analoge Hallsensoren sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinter jedem Hallsensor (16B) eine ferromagnetische Platte (18) zur Verstärkung des Magnetfelds angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestecker (10) ein kreisförmiges Kopfende (11) aufweist, wobei bevorzugt die Komponenten der magnetischen Sensoreinrichtung (16), die am Ladestecker (10) angeordnet sind, symmetrisch zu einem Mittelpunkt bzw. dem Drehpunkt (20) des Ladesteckers (20) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegbare Arm (14) innerhalb eines vorab definierten, virtuellen Bewegungsraums bewegbar ist, wobei der vorab definierte, virtuelle Bewegungsraum vorzugsweise einen Querschnitt von 300 x 300 mm aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) zur Verarbeitung von Signalen der magnetischen Sensoreinrichtung (16) ausgebildet und eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenstation (100) und/oder die Fahrzeugeinheit (200) Kommunikationseinrichtungen zur Datenübertragung aufweisen, wobei die Datenübertragung vorzugsweise eine kabellose Datenübertragung aufweist.
Verfahren zum automatisierten Positionieren eines an einem bewegbaren Arm (14) einer Bodenstation (100) angeordneten Ladesteckers (10) in eine Buchse (12) einer darüber angeordneten Fahrzeugeinheit eines Elektrofahrzeugs, umfassend die Schritte: - Detektieren (S100) einer Ausrichtung des Ladesteckers (10) relativ zu der Buchse (12) mittels einer magnetischen Sensoreinrichtung (16); und - automatisches Positionieren (S200) des Ladesteckers (10) mittels eines Steuergeräts (22) auf Grundlage der detektierten Ausrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens (S100) einen Schritt des Verfahrens des Arms (14) umfasst, bis mittels der magnetischen Sensoreinrichtung (16) ausreichend Magnet-Hallsensor-Paare (17) detektiert werden, um eine eindeutige Position des Ladesteckers (10) zur Buchse (12) zu bestimmen, und wobei der Schritt des automatischen Positionierens (S200) einen Schritt des Verfahrens des Ladesteckers (10) aus der eindeutigen Position in die Buchse (12) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens (S100) einen Schritt des Berechnens (S10) einer Bewegungsfunktion umfasst, auf Grundlage eines detektierten Magnet-Hallsensor-Paars (17), wobei die Bewegungsfunktion vorzugsweise eine Kreislinie (K1) aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 12, wobei am Ladestecker (10) zwei Magnete (16) mit entgegengesetzten Polrichtungen und an der Fahrzeugeinheit (200) zwei bipolare analoge Hallsensoren angeordnet sind, umfassend die folgenden Schritte: - Verfahren (S1) des Arms (14), bis ein erstes Magnet-Hallsensor-Paar (17_I) detektiert wird, - Berechnen (S10) einer Kreislinie (K1) auf Basis des ersten Magnet-Hallsensor-Paars (17_I) - Verfahren (S2) des Arms (14) entlang der Kreislinie (K1), bis ein zweites Magnet-Hallsensor-Paar (17_II) detektiert wird, - Ermitteln (S20) des Mittelpunkts (20) des kreisförmigen Kopfendes (11), - Verfahren (S3) des Arms (14), bis ein drittes Magnet-Hallsensor-Paar (17_III) detektiert wird, - Ermitteln (S30) eines Anfahrtswinkels (α) und Berechnen (S32) der Position eines weiteren Magnet-Hallsensor-Paars (17_IV), - Verfahren (S4) des Arms (14), bis die berechnete Position des weiteren Magnet-Hallsensor-Paars (17_IV) erreicht ist - Verifizieren (S40) der vorherigen Magnet-Hallsensor-Paare (17_I-III), - Verfahren (S5) des Ladesteckers (10) in eine vorab definierte Einsteckposition und Einfahren des Ladesteckers (10) in die Buchse (12).
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinheit diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 13 auszuführen.