Verfahren zum autonomen Laden oder Tanken eines Fahrzeugs, autonom ladendes oder tankendes Fahrzeug sowie Lade- oder Tankstation

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum autonomen Laden oder Tanken eines Fahrzeugs. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein autonom fahrendes Fahrzeug handeln, das bei Bedarf selbständig eine Lade- oder Tankstation anfährt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein autonom ladendes oder tankendes Fahrzeug sowie eine Lade- oder Tankstation für ein autonom ladendes oder tankendes Fahrzeug.

Stand der Technik

Autonom oder zumindest teilweise autonom fahrende Fahrzeuge sind bekannt. Sie stellen einen aktuellen Schwerpunkt in der Entwicklung des Güter- und des Personenverkehrs dar. Die Antriebsart autonom fahrender Fahrzeuge ist häufig elektrisch, wobei die benötigte elektrische Energie über eine Batterie bereitgestellt und/oder an Bord des Fahrzeugs, insbesondere mit Hilfe von Brennstoffzellen, erzeugt wird. Alternativ können Kraft- oder Brennstoffe als Energiequelle genutzt werden, die dann in einer Brennkraftmaschine verbrannt werden.

Unabhängig von der Antriebsart müssen demnach Fahrzeuge in gewissen zeitlichen Abständen geladen oder betankt werden, wobei nicht nur die Betankung mit Kraft- oder Brennstoffen, sondern ferner die Betankung mit einem Hilfsstoff, wie beispielsweise einem Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung, erforderlich werden kann. Das Fahrzeug muss daher wiederholt eine geeignete Lade- oder Tankstation anfahren. Insbesondere im Fall eines autonom fahrenden und damit fahrerlosen Fahrzeugs wäre es in diesem Zusammenhang wünschenswert, dass das Fahrzeug den Lade- oder Tankvorgang selbständig durchführen könnte. Mit dieser Aufgabe ist die vorliegende Erfindung befasst Insbesondere sollen ein Verfahren zum autonomen Laden oder Betanken, ein autonom ladendes oder tankendes Fahrzeug sowie eine Lade- oder Tankstation für ein solches Fahrzeug angegeben werden.

Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , das Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie die Ladeoder Tankstation mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Das vorgeschlagene Verfahren zum autonomen Laden oder Tanken eines Fahrzeugs umfasst die Schritte:

(51) Erkennen eines autonom ladenden oder tankenden Fahrzeugs in einer Lade- oder Tankposition an einer Lade- oder Tankstation,

(52) Austausch von Daten zwischen dem Fahrzeug und der Lade- oder Tankstation und Übersetzen der Daten in Steueranweisungen für die Ladeoder Tankstation,

(53) Herstellen einer Verbindung zwischen der Lade- oder Tankstation und dem Fahrzeug, die einen Energie- oder Medientransfer ermöglicht,

(54) Durchführen des Lade- oder Tankvorgangs,

(55) Trennen der den Energie- oder Medientransfer ermöglichenden Verbindung zwischen der Lade- oder Tankstation und dem Fahrzeug.

Das Laden bzw. Tanken des Fahrzeugs kann somit selbständig, insbesondere ohne Eingriff einer Person, durchgeführt werden. Das heißt, dass es sich insbesondere um ein fahrerloses bzw. autonom fahrendes Fahrzeug handeln kann. Ferner bedarf das Laden bzw. Tanken des Fahrzeugs keinen Service- Mitarbeiter, wie beispielsweise einen Tankwart, so dass Personalkosten entfallen. Der Lade- oder Tankvorgang kann rund um die Uhr, das heißt 24 Stunden am Tag und an 7 Tagen der Woche durchgeführt werden, so dass sich die Investitionskosten bereits nach kurzer Zeit amortisiert haben sollten. Sofern das autonom ladende oder tankende Fahrzeug von einem Fahrer gesteuert wird, muss dieser zum Laden oder Tanken nicht aus dem Fahrzeug aussteigen, da dieser Vorgang völlig selbstständig abläuft.

Die Durchführung des Verfahrens setzt ein Fahrzeug voraus, das zum autonomen Laden oder Tanken geeignet bzw. dazu eingerichtet ist. Sofern dies der Fall ist, erhält vorzugsweise das Fahrzeug eine Kennung, die beim Anfahren der Lade- oder Tankstation von dieser erfasst bzw. erkannt wird. Anstelle einer separaten Kennung kann auch eine elektronische Schnittstelle, über welche das Fahrzeug mit der Lade- oder Tankstation kommunizieren kann, zur Identifizierung des Fahrzeugs genutzt werden. Über die elektronische Schnittstelle können dann auch weitere Daten an die Lade- oder Tankstation übermittelt werden, die zur Durchführung des Lade- bzw. Tankvorgangs benötigt werden, beispielsweise Angaben zur Art und Menge des Kraft- oder Brennstoffs oder Informationen über einen bestimmten Steckertyp. Ferner können Daten zur Lokalisierung des Tankstutzens oder der Steckeraufnahme übermittelt werden. Alternativ oder ergänzend können Passermarken zur Lokalisierung verwendet werden.

Die Durchführung des Verfahrens setzt zudem eine Lade- oder Tankstation voraus, die zum autonomen Laden oder Tanken eines Fahrzeugs geeignet ist. Analog dem Fahrzeug muss auch die Lade- oder Tankstation eine elektronische Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Fahrzeug aufweisen. Darüber hinaus benötigt die Lade- oder Tankstation eine standardisierte Schnittstelle für den Energie- oder Medientransfer von der Lade- oder Tankstation zum Fahrzeug, beispielsweise in Form eines Steckers oder eines Zapfventils. Die Standardisierung der Schnittstelle soll die Kompatibilität mit einer entsprechenden Schnittstelle des Fahrzeugs, beispielsweise in Form einer Steckeraufnahme oder eines Tankstutzens, sicherstellen. Eine derartige standardisierte Schnittstelle ist am Fahrzeug in der Regel bereits vorhanden. Es kann aber auch eine völlig neue Schnittstelle geschaffen werden, die dann den Standard für autonomes Laden oder Tanken bildet.

Die elektronische Schnittstelle kann sowohl drahtlos, beispielsweise über WLAN, Bluetooth, einen Mobilfunkstandard oder einen anderen Standard, oder durch einen direkten elektrischen Kontakt, beispielsweise mittels eines Steckers, erfolgen. Mit dem Datenaustausch über die elektronische Schnittstelle ist es in der Regel nicht getan. Denn die Daten müssen erst in entsprechende Steueranweisungen für die Lade- oder Tankstation übersetzt werden, um den eigentlichen Lade- bzw. Tankvorgang zu starten. Ferner muss eine Verbindung zwischen der Lade- oder Tankstation und dem Fahrzeug hergestellt werden, die den Energie- oder Medientransfer von der Lade- oder Tankstation ans Fahrzeug ermöglicht. Je nach Antriebsart des Fahrzeugs wird dann über die hergestellte Verbindung elektrische Energie übertragen oder ein Medium, insbesondere ein Kraft- oder Brennstoff, an das Fahrzeug übergeben. Die Verbindung kann daher insbesondere über einen Steckkontakt oder ein Tankventil und einen Tankstutzen hergestellt sein. Ist die Verbindung hergestellt, kann das Fahrzeug, insbesondere ein Energiespeicher oder Tank des Fahrzeugs, geladen bzw. betankt werden. Ist der Lade- bzw. Tankvorgang beendet wird die Verbindung wieder getrennt.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem der Schritte S1 bis S5 desvorgeschlagenen Verfahrens ein optisches Überwachungs- und/oder Kontrollsystem, umfassend mindestens eine Kamera und/oder einen Sensor, eingesetzt wird bzw. werden. Mit Hilfe des optischen Überwachungs- und/oder Kontrollsystems kann insbesondere der Lade- bzw. Tankvorgang überwacht werden. Ferner kann das System zur Erkennung eines autonom ladenden oder tankenden Fahrzeugs und/oder zur Erkennung und/oder Lokalisierung der standardisierten Schnittstelle des Fahrzeugs genutzt werden. Bei der Herstellung der den Energie- oder Medientransfer ermöglichenden Verbindung zwischen der Lade- oder Tankstation und dem Fahrzeug können mit Hilfe des Überwachungs- und/oder Kontrollsystems die Abläufe überwacht und/oder kontrolliert werden. Sofern das Überwachungs- und/oder Kontrollsystem einen Sensor umfasst, können auch Messungen zur Positionskontrolle, beispielweise mittels LIDAR oder Ultraschall, vorgenommen werden.

Vorteilhafterweise wird eine geeignete Lade- oder Tankposition des Fahrzeugs mit Hilfe eines elektronischen Leitsystems gefunden. Beispielsweise kann mit Hilfe des Leitsystems dem Fahrzeug eine geeignete und vorzugsweise freie Lade- oder Tankstation zugewiesen werden, so dass keine Wartezeit anfällt. Das Leitsystem kann dabei ein Koordinatensystem und/oder GPS-Daten eines Navigationssystems des Fahrzeugs nutzen. Vorzugsweise wird das Leitsystem bei Anfahrt eines autonom ladenden oder tankenden Fahrzeugs an die Lade- oder Tankstation automatisch aktiviert. Das Erreichen der zugewiesenen Ladeoder Tankposition kann wiederum mit Hilfe des optischen Überwachungs- und/oder Kontrollsystems überwacht werden.

Befindet sich das Fahrzeug in der ihm zugewiesenen oder zumindest in einer geeigneten Lade- oder Tankposition, wird vorzugsweise im nächsten Schritt die den Energie- oder Medientransfer ermöglichende Verbindung zwischen der Lade- oder Tankstation und dem Fahrzeug hergestellt, und zwar weiterhin vorzugsweise mit Hilfe eines Roboters, insbesondere eines Roboterarms. Dieser führt den Stecker zur Steckeraufnahme oder das Tankventil zum Tankstutzen und ersetzt damit den Tankwart. Je nach Zugänglichkeit der zur Herstellung der Verbindung erforderlichen standardisierten Schnittstelle, kann zuvor mit Hilfe des Roboters eine Schutzkappe, eine Verschlussklappe und/oder ein Tankschloss geöffnet werden, die dann nach dem Lade- oder Tankvorgang mit Hilfe des Roboters wieder geschlossen wird. Alternativ oder ergänzend kann die Verbindung zwischen der Lade- oder Tankstation und dem Fahrzeug auch mit Hilfe mindestens einer mechanischen Komponente, wie beispielsweise einem Förderband, einer Linearführung, einem mechanischen Greifer, einem Sauger oder dergleichen hergestellt werden. Sofern ein Roboter eingesetzt wird, kann dieser einen oder mehrere Arme aufweisen und/oder eine oder mehrere Ladeoder Tankstationen bedienen.

Das Öffnen und Schließen einer Schutzkappe, einer Verschlussklappe und/oder eines Tankschlosses kann auch durch das Fahrzeug selbst vorgenommen werden. Vorzugsweise erhält es hierzu ein Signal, das anzeigt, dass das Fahrzeug eine Lade- oder Tankposition erreicht hat. Das selbsttätige Öffnen und Schließen durch das Fahrzeug hat den Vorteil, dass eine Manipulation von außen erschwert wird, die von einer Beschädigung des Fahrzeugs bis hin zum Kraftstoffdiebstahl reichen kann.

Öffnet das Fahrzeug die Schutzkappe, die Verschlussklappe und/oder das Tankschloss selbsttätig, muss die standardisierte Schnittstelle des Fahrzeugs für den Energie- oder Medientransfer von der Lade- oder Tankstation nur noch lokalisiert werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Passermarken oder Passerstrukturen erfolgen, die im Bereich der Schnittstelle angeordnet sind. Geeignete Passerstrukturen können beispielsweise Stifte oder Winkel sein. Deren Position kann mit Hilfe des optischen Überwachungs- und/oder Kontrollsystems erfasst werden, das hierzu bevorzugt mindestens eine Kamera umfasst.

Wie bereits erwähnt muss die den Energie- oder Medientransfer ermöglichende Verbindung nicht zwingend über bereits standardisierte Schnittstellen hergestellt werden, sondern es können für das autonome Laden oder Tanken auch neue Schnittstellen und damit neue Standards geschaffen werden. Als Beispiel wird auf die bereits standardisierten Schnittstellen bei der Luftbetankung von Flugzeugen verwiesen. Das heißt, dass auch das Fahrzeug eine bewegliche, beispielsweise ausfahrbare, Schnittstelle zur Verbindung mit der Schnittstelle der Lade- oder Tankstation aufweisen kann. Das Ausfahren könnte teleskopisch oder mittels eines beweglichen Arms realisiert werden. Alternativ oder ergänzend kann die Schnittstelle der Lade- oder Tankstation an einem teleskopierbaren und/oder beweglichen Arm angeordnet sein, um die notwendige Verbindung herzustellen.

Bevorzugt wird nach dem Durchführen des Lade- oder Tankvorgangs, ein Bezahlvorgang ausgeführt. Zum Bezahlen werden vorzugsweise Daten über eine elektronische Schnittstelle zwischen der Lade- oder Tankstation und dem Fahrzeug ausgetauscht. Bei den Daten kann es sich beispielsweise um Bankverbindungsdaten, einer Kreditkartennummer oder Daten eines Online- Bezahldienstes handeln. Es kann auch ein eigenes Zahlsystem für diesen Vorgang geschaffen werden.

Der Bezahlung geht vorzugsweise eine Aufforderung zur Bezahlung voraus. Zugleich kann das Fahrzeug durch Aufrechterhalten der Verbindung für den Energie- oder Medientransfer am Wegfahren gehindert werden, bis der Bezahlvorgang abgeschlossen ist.

Des Weiteren wird ein autonom ladendes oder tankendes Fahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Das Fahrzeug weist auf: einen Energiespeicher, beispielsweise in Form einer Batterie oder eines Tanks, einen über eine Leitung mit dem Energiespeicher verbundene, standardisierte Schnittstelle, beispielsweise in Form einer Steckeraufnahme oder eines Tankstutzens, die vorzugsweise von außen zugänglich und/oder mit Hilfe von Passermarken und/oder -Strukturen lokalisierbar ist, eine elektronische Schnittstelle für die Kommunikation des Fahrzeugs mit einer Lade- oder Tankstation.

Ein wesentliches Merkmal des autonom ladenden oder tankenden Fahrzeugs stellt die elektronische Schnittstelle zur Kommunikation mit einer Lade- oder Tankstation dar. Über diese kann sich das Fahrzeug als ein autonom ladendes oder tankendes Fahrzeug zu erkennen geben. Ferner kann es Informationen über die Art und/oder Menge der benötigten Energie bzw. des benötigten Mediums an die Lade- oder Tankstation übermitteln. Diese können dann in Steueranweisungen übersetzt werden, welche die Lade- oder Tankstation veranlassen, den Lade- oder Tankvorgang einzuleiten.

Zum Laden oder Tanken wird eine einen Energie- oder Medientransfer ermöglichende Verbindung zwischen der Lade- oder Tankstation und dem Fahrzeug benötigt. Hierzu weist das Fahrzeug eine standardisierte Schnittstelle auf, beispielsweise in Form einer Steckeraufnahme oder eines Tankstutzens. Es kann aber auch eine neue Schnittstelle sein, die einen neuen Standard für das autonome Laden oder Tanken darstellt. Vorteilhafterweise ist die Schnittstelle von außen zugänglich, so dass die notwendige Verbindung mit der Lade- oder Tankstation herstellbar ist. Ferner muss die Schnittstelle lokalisierbar bzw. auffindbar sein, wobei an der Schnittstelle angeordnete Passermarken und/oder - Strukturen hilfreich sein können. Die Lade- oder Tankstation weist dann entsprechende Mittel zur Erkennung der Passermarken und/oder -Strukturen auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Fahrzeug eine Kennung auf, die das Fahrzeug als autonom ladendes oder tankendes Fahrzeug gegenüber der Lade- oder Tankstation ausweist. Die Kennung kann beispielsweise in einem RFID-Transponder gespeichert sein, der von der Ladeoder Tankstation ausgelesen werden kann.

Darüber hinaus wird eine Lade- oder Tankstation für ein autonom ladendes oder tankendes Fahrzeug, das heißt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Die Lade- oder Tankstation weist auf: eine standardisierte Schnittstelle für den Energie- oder Medientransfer von der Lade- oder Tankstation zum Fahrzeug, beispielsweise in Form eines Steckers oder eines Zapfventils, eine elektronische Schnittstelle für die Kommunikation der Lade- oder Tankstation mit dem Fahrzeug.

Über die standardisierte Schnittstelle kann die für den Energie- oder Medientransfer notwendige Verbindung zum Fahrzeug hergestellt werden. Dabei muss es sich nicht um einen bereits festgelegten Standard handeln, sondern es kann auch ein völlig neuer Standard speziell für autonomes Laden oder Tanken sein. Über die elektronische Schnittstelle erfolgt der notwendige Datenaustausch mit dem Fahrzeug. Insbesondere können über die elektronische Schnittstelle Informationen über das Fahrzeug, die Antriebsart, die benötigte Energie bzw. das benötigte Medium empfangen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die standardisierte Schnittstelle an einem beweglichen Arm, insbesondere an einem Roboterarm, angeordnet. Zur Herstellung der den Energie- oder Medientransfer ermöglichenden Verbindung der Lade- oder Tankstation mit dem Fahrzeug kann dann die Schnittstelle an die entsprechende Schnittstelle des Fahrzeugs herangeführt werden. Handelt es sich bei der standardisierten Schnittstelle beispielsweise um einen Stecker, kann dieser in eine entsprechende Steckeraufnahme des Fahrzeugs eingesteckt werden. Die Lade- oder Tankstation kann auch mehrere bewegliche Arme aufweisen, so dass mehrere Fahrzeuge gleichzeitig geladen oder betankt werden können.

Ferner bevorzugt weist die Lade- oder Tankstation ein optisches Überwachungs- und/oder Kontrollsystem auf, das mindestens eine Kamera und/oder einen Sensor umfasst. Mit Hilfe des optischen Überwachungs- und/oder Kontrollsystems kann der gesamte Lade- oder Tankvorgang überwacht werden. Insbesondere kann geprüft werden, ob das Fahrzeug eine geeignete Lade- bzw. Tankposition eingenommen hat, und/oder, ob die für den Energie- oder Medientransfer notwendige Verbindung korrekt hergestellt ist. Das Überwachungs- und/oder Kontrollsystem kann ferner zur Lokalisierung des Fahrzeugs und/oder der standardisierten Schnittstelle des Fahrzeugs eingesetzt werden. Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand der beigefügten Figur näher erläutert Diese zeigt einen bevorzugten Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Figur werden lediglich die wesentlichen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, welche die Schritte S1 bis S5 umfassen. Darüber hinaus können weitere Schritte vorgesehen sein.

Zur Durchführung eines Lade- oder Tankvorgangs muss in Schritt S1 zunächst ein autonom ladendes oder tankendes Fahrzeug in einer Lade- oder Tankposition an einer Lade- oder Tankstation erkannt werden. Sofern das Fahrzeug keine korrekte Lade- oder Tankposition eingenommen hat, muss es ggf. zu einer solchen hingeleitet werden. Hierzu kann ein Leitsystem vorgesehen sein, das automatisch aktiviert wird, wenn ein autonom ladendes oder tankendes Fahrzeug die Lade- oder Tankstation anfährt.

In Schritt S2 tauschen das Fahrzeug und die Lade- oder Tankstation Daten aus, die insbesondere Informationen über die benötigte Energie bzw. das benötigte Medium und/oder die standardisierte Schnittstelle beinhalten können. Sofern diese Informationen für die Zuweisung einer bestimmten Lade- oder Tankstation und/oder eine bestimmte Lade- oder Tankposition benötigt werden, kann Schritt S2 auch vor der Aktivierung des Leitsystems erfolgen. Die vom Fahrzeug an die Lade- oder Tankstation übermittelten Daten werden dann in Steueranweisungen für die Lade- oder Tankstation übersetzt, die den eigentlichen Lade- bzw. Tankvorgang einleiten.

Hierzu wird als erstes eine Verbindung zwischen der Lade- oder Tankstation und dem Fahrzeug hergestellt, die einen Energie- oder Medientransfer ermöglicht. Die Verbindung kann beispielsweise mittels eines Steckers und einer Steckeraufnahme oder einem Tankventil und einem Tankstutzen hergestellt werden. Das Herstellen einer korrekten Verbindung kann mit Hilfe eines optischen Überwachungs- und/oder Kontrollsystems überwacht werden.

Ist die Verbindung hergestellt, kann in Schritt S4 der Lade- oder Tankvorgang durchgeführt werden. Beim Laden wird beispielsweise eine Batterie des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt. Beim Tanken wird ein Tank des Fahrzeugs mit einem Medium befüllt, wobei es sich insbesondere um einen Kraft- oder Brennstoff handeln kann. Das Medium kann aber auch ein Hilfsstoff, beispielsweise ein Reduktionsmittel zur Abgasnachbehandlung, sein. Das Ende des Lade- oder Tankvorgangs kann beliebig festgelegt werden. Es muss nicht zwingend der Zeitpunkt sein, in dem die Batterie vollständig geladen oder der Tank vollständig gefüllt ist. Es kann auch zeitlich und/oder mengenmäßig begrenzter Lade- oder Tankvorgang sein. In diesem Fall signalisiert vorzugsweise die Lade- oder Tankstation dem Fahrzeug, dass der Lade- oder Tankvorgang abgeschlossen ist. Ferner kann die Lade- oder

Tankstation das Fahrzeug auffordern, zu bezahlen.

Nach Abschluss des Lade- oder Tankvorgangs, vorzugsweise nach dem Bezahlen, wird dann in Schritt S5 die den Energie- oder Medientransfer ermöglichende Verbindung zwischen der Lade- oder Tankstation und dem

Fahrzeug wieder getrennt. Das Fahrzeug kann anschließend seine Fahrt wieder aufnehmen.