Verfahren zur Durchführung wenigstens eines Energieversorgungsvorgangs zwischen einer Energieversorgungseinheit und wenigstens einem mit Energie zu versorgenden

Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung wenigstens eines

Energieversorgungsvorgangs zwischen einer Energieversorgungseinheit und wenigstens einem mit Energie zu versorgenden Kraftfahrzeug mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug und eine Energieversorgungseinheit zur Durchführung des Verfahrens.

Aus den Dokumenten WO 2013/041 133 A1 sowie DE 10 2009 006 982 A1 sind ein

Verfahren sowie eine Energieversorgungseinheit gemäß den Merkmalen vom Oberbegriff der Ansprüche 1 und 10 bekannt.

Konkret wird bei der WO 2013/041 133 A1 eine auf einer Schiene verfahrbare

Energieversorgungseinheit (Ladeeinheit) offenbart, welche eine Vielzahl von Parkplätzen eines Abstellplatzes anfahren und geparkte Elektrofahrzeuge mit elektrischem Strom versorgen kann.

Die verfahrbare Ladeeinheit ist mit einer Bilderfassungseinrichtung in Form einer Kamera ausgerüstet, welche zur Erkennung einer Position einer Energieversorgungs-Schnittstelle (Ladeschnittstelle) eines aufzuladenden Kraftfahrzeugs dient. Zur Vereinfachung der Bilderkennung wird vorgeschlagen, die Ladeschnittstelle mit geeigneten visuellen

Merkmalen, beispielsweise Lampen, Markierungen oder Reflektoren zu versehen.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Ladeeinheit mittels eines Roboterarms auf mehrere Ladekabel zugreifen kann, welche am Kopfende der Parkplätze vom Abstellplatz angeordnet sind. Der Roboter entnimmt jeweils nach dem Anfahren eines Parkplatzes das Ladekabel, indem er einen zugehörigen Ladestecker von einer Aufhängung abgreift und anschließend in die Ladeschnittstelle des aufzuladenden Kraftfahrzeugs steckt. Um den Ladevorgang zwischen einem aufzuladenden Elektrofahrzeug und der Ladeeinheit zu synchronisieren ist zumindest eine Bestätigung des Ladevorgangs durch den Fahrzeugführer erforderlich. Daher wird eine Kommunikation des Kraftfahrzeugs mit der Ladeeinheit über eine

Kommunikationseinrichtung, beispielsweise über einen WLAN-Port ermöglicht. In der DE 10 2009 006 982 A1 ist eine Energieversorgungseinheit bekannt, welche mit einem mehrgelenkigen Roboterarm ausgestattet ist, der zum Positionieren und Anschließen eines Ladesteckers an eine Ladebuchse eines aufzuladenden Kraftfahrzeugs dient.

Zusätzlich weist die Energieversorgungseinheit eine Detektoreinheit zur Positionsermittlung der Ladebuchse vom Kraftfahrzeug auf. Die Detektoreinheit erkennt die Position der Ladebuchse des Kraftfahrzeugs auf Basis von optischen oder geometrischen Merkmalen der Ladebuchse.

Ferner ist an der Energieversorgungseinheit eine Kommunikationseinrichtung angeordnet, welche zum Empfangen von Informationen des Kraftfahrzeugs und eines Ladereglers ausgebildet ist. Der Laderegler dient zum Initiieren eines Beginns oder eines Abbruchs eines Ladevorgangs auf Basis des Ladezustands vom Kraftfahrzeug.

Es wird auch vorgeschlagen, die Detektoreinheit zur Ermittlung der Position der Ladebuchse auf Basis eines RFID-Chips auszubilden (RFID = Radio Frequency Identification).

Schließlich wird in der DE 10 2012 216 980 A1 eine Roboterladestation zum Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs beschrieben. Dabei ist der Roboter an einem Standrohr beweglich befestigt, welches mit einer Basisplatte gekoppelt ist.

Der Roboter enthält ein Greiforgan mit einem elektrischen Stecker, welcher zur Kopplung mit einer fahrzeugseitigen Ladedose dient.

Zur Anwesenheitserfassung eines aufzuladenden Kraftfahrzeugs ist in der Basisplatte ein Sensor vorhanden, welcher optische, akustische oder auch RFID-basierte Erfassungsmittel verwendet.

Der Arm des Roboters enthält in der Nähe des Steckers ferner eine Kamera um die Position einer fahrzeugseitigen Ladedose zu erfassen und das Greiforgan des Roboters somit genau zur fahrzeugseitigen Ladedose bewegen zu können. Es wird auch vorgeschlagen, mehrere Kameras zu verwenden, um eine stereoskopische Ansicht des Kraftfahrzeugs und/oder dessen Ladedose bereitstellen zu können.

Energieversorgungs-Schnittstellen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise Tankstutzen oder auch Ladedosen von Elektro- oder Hybridfahrzeugen sind im Allgemeinen aus einem dunklen oder gar schwarzen Kunststoff gefertigt. Das Erkennen einer solchen

fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle mit Bilderfassungsgeräten zum Zwecke deren Positionsermittlung hat sich in der Vergangenheit als schwierig und somit als große Herausforderung erwiesen.

Der Erfindung liegt vor dem genannten Stand der Technik daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Durchführung eines Energieversorgungsvorgangs zwischen einer Energieversorgungseinheit und einem mit Energie zu versorgenden Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem die Positionsermittlung einer fahrzeugseitigen Energieversorgungs- Schnittstelle verbessert werden kann.

Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein geeignetes Kraftfahrzeug und eine geeignete Energieversorgungseinheit zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Vorliegende Aufgaben werden durch die Merkmale von Patentanspruch 1 , 7 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung geht zunächst von einem Verfahren zur Durchführung eines

Energieversorgungsvorgangs zwischen einer Energieversorgungseinheit und einem mit Energie zu versorgenden Kraftfahrzeug aus. Dabei wird eine Position einer fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle ermittelt und es erfolgt eine automatisierte Kopplung zwischen der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle und einer

Energieversorgungs-Schnittstelle der Energieversorgungseinheit. Die automatisierte

Kopplung wird dadurch bewerkstelligt, dass die Energieversorgungs-Schnittstelle der Energieversorgungseinheit durch einen Roboter zur fahrzeugseitigen Energieversorgungs- Schnittstelle bewegt und mit dieser gekoppelt wird.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass von wenigstens einem am Roboter angeordneten, Licht detektierenden Bauteil die emittierte Lichtstrahlung wenigstens eines am Kraftfahrzeug befindlichen Lasers detektiert und dadurch die Position des Lasers ermittelt wird. Von der Position des Lasers wird auf die Position der fahrzeugseitigen

Energieversorgungs-Schnittstelle geschlossen.

Auf diese Weise wird die Grundlage für eine deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeit einer Positionserkennung der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle gelegt.

Ist die Position des Lasers bekannt, so kann der Roboter daraus auch auf die Position der Energieversorgungs-Schnittstelle schließen. Denn die Energieversorgungs-Schnittstelle und der Laser befinden sich in einer definierten und somit bekannten relativen Lage zueinander.

Es ist ausdrücklich darauf hinzuweisen, dass es sich bei dem Begriff "Energie" nicht nur um elektrische Energie in Form von Strom, sondern auch um chemische Energie in Form von flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff (z. B. Benzin, Diesel, Gas, Wasserstoff) handeln kann.

Dementsprechend weit ist auch der Begriff "Energieversorgungseinheit" zu verstehen, welche beispielsweise in der Art einer Ladestation für elektrischen Strom, einer Zapfsäule für Kraftstoff oder dergleichen ausgebildet sein kann. Eine Kombination solcher Ausbildungen ist vor dem Hintergrund hybrider Fahrzeuge durchaus denkbar.

Des Weiteren kann der Roboter als Baueinheit in die Energieversorgungseinheit baulich integriert sein, muss es aber nicht. Der Roboter kann auch als separat ansteuerbare

Bewegungseinrichtung für die Energieversorgungs-Schnittstelle der

Energieversorgungseinheit ausgebildet sein. Im Übrigen ist unter„Roboter" im Sinne der Erfindung jede Einrichtung zu verstehen, die geeignet ist, eine Energieversorgungs- Schnittstelle der Energieversorgungseinheit zu bewegen und mit einer Energieversorgungs- Schnittstelle eines Kraftfahrzeugs zu koppeln. In konkreter Ausprägung kann als Roboter daher bereits ein einfacher Aktuator, aber auch ein komplexer Industrieroboter mit mehreren Freiheitsgraden verstanden werden.

Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung sendet der Laser derart Lichtstrahlen aus, dass auf einer parallel zu einer Flächenerstreckung des Lasers liegenden Projektionsfläche ein Projektionsmuster mit wenigstens zwei sich kreuzenden Linien erzeugt wird. Zwischen den sich kreuzenden Linien liegt im Vollwinkel (also in einem Winkel von 360° betrachtet) immer ein gleicher Winkelabstand (Winkel) vor. Dabei bewegt der Roboter das Licht detektierende Bauteil in einer Ebene auf einer vorgegebenen Bahn derart, dass das Licht detektierende Bauteil die Lichtstrahlen des Lasers an mehreren Durchfahrtpunkten der Bahn durchfährt. Zusätzlich wird der zeitliche Abstand der Durchfahrten gemessen.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass anhand des zeitlichen Abstands der Durchfahrten am besten auf den Kreuzungspunkt der sich kreuzenden Linien geschlossen werden kann. Der Kreuzungspunkt stellt die Projektion des Lasermittelpunktes auf eine Ebene dar, die durch die vorgegebene Bahn des Roboters aufgespannt wird.

Dies reicht für eine ordnungsgemäße Kopplung der Energieversorgungs-Schnittstellen allerdings nur aus, wenn der Energieversorgungseinheit auch die Ausrichtung (Orientierung) des Lasers bekannt ist. Unter„Ausrichtung" wird eine Flächenerstreckung des Lasers senkrecht zu seinen ausgesendeten Lichtstrahlen verstanden. Die Flächenerstreckung des Lasers und diejenige der Energieversorgungs-Schnittstelle befinden sich dabei idealerweise in derselben Ebene, verlaufen zumindest jedoch parallel zueinander. Sobald der Kreuzungspunkt der sich kreuzenden Linien ermittelt wurde, kann mit bekannten Verfahren der Koordinaten-Transformation auch auf die Position eines Bezugspunktes der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle geschlossen werden. Denn die relative Lage der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle relativ zum Laser ist bekannt.

Es hat sich hierbei als sehr zweckmäßig erwiesen, wenn der Laser ein solches

Projektionsmuster erzeugt, bei dem sich genau zwei Linien in einem Winkel von 90 Grad kreuzen. Ein solches Projektionsmuster ist mit handelsüblichen Lasern kostengünstig realisierbar.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Bahn eine Kreisbahn. Hierdurch lässt sich der Steuer- und Auswertealgorithmus für das Auswerten der Durchfahrten des Lichts reduzieren.

Ein Beitrag zur schnellen und einfachen Ermittlung der Position der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle kann dadurch geleistet werden, wenn in einer anderen Weiterbildung des Verfahrens der Roboter das Licht detektierende Bauteil auf der vorgegebenen Bahn nur in einer solchen Ebene bewegt, welche parallel zur

Flächenerstreckung des Lasers liegt und eine Korrekturbewegung ausführt, wenn der zeitliche Abstand der gemessenen Durchfahrtpunkte ungleich ist. Zudem wird in diesem Fall das Licht detektierende Bauteil erneut auf der Bahn in der besagten Ebene bewegt. Eine Korrekturbewegung und eine erneute Bewegung des Licht detektierenden Bauteils auf der Bahn werden so oft durchgeführt, bis der zeitliche Abstand der gemessenen

Durchfahrtpunkte gleich oder zumindest in etwa gleich ist.

Falls der Energieversorgungseinheit die Ausrichtung des Lasers nicht bekannt sein sollte, so hat sich folgende Verfahrensweise als zuverlässig und zweckmäßig erwiesen:

Der Roboter bewegt das Licht detektierende Bauteil von einer ersten Raumposition aus auf der vorgegebenen Bahn. Anschließend bewegt der Roboter das Licht detektierende Bauteil aus wenigstens einer weiteren Raumposition auf der vorgegebenen Bahn. Dabei wird aus den jeweils ermittelten zeitlichen Abständen der gemessenen Durchfahrtpunkte jeweils auf einen in der Ebene der vorgegebenen Bahn liegenden Kreuzungspunkt der sich kreuzenden Linien des Lasers geschlossen. Aus den berechneten Kreuzungspunkten der sich kreuzenden Linien wird ein zum Laser weisender Richtungsvektor gebildet bzw. errechnet. Wiederum kann dann mit bekannten Verfahren der Koordinaten-Transformation auch auf die Position eines Bezugspunktes der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle geschlossen werden.

Um ohne die geschilderte Zeitbetrachtung zu einem Richtungsvektor zu gelangen, ist es alternativ jedoch auch möglich, wenn beim Durchfahren der Kreisbahnen jeweils die

Positionen der Durchfahrtpunkte gespeichert werden. In den genannten

Koordinatensystemen ist die Ist-Position des am Roboter angeordneten, Licht detektierenden Bauteils nämlich zu jeder Zeit bekannt. Nun kann der Kreuzungspunkt der Strecken jeweils zweier gegenüberliegender Durchfahrtpunkte berechnet werden. Entsprechend kann für einen anderen Abstand zur fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle dieser Vorgang wiederholt und analog ein weiterer Kreuzungspunkt gebildet werden. Aus den Kreuzungspunkten kann wiederum der auf den Laser weisende Richtungsvektor gebildet werden.

Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass an diesem wenigstens ein Laser in der Nähe einer Energieversorgungs-Schnittstelle angeordnet ist, dessen Licht in Richtung einer Flächennormalen der Energieversorgungs-Schnittstelle emittierbar ist. Hierdurch wird die Grundvoraussetzung zur Durchführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen.

Das Kraftfahrzeug kann dadurch weitergebildet sein, dass durch das emittierbare Licht des Lasers auf einer Projektionsfläche wenigstens zwei sich kreuzende Linien erzeugbar sind, wobei zwischen den Linien im Vollwinkel immer ein gleicher Winkelabstand (Winkel) vorliegt.

Gemäß einer anderen Ausbildung des Erfindungsgedankens kreuzen sich zwei Linien in einem Winkelabstand von 90°. Auf diese Weise kann ein guter Kompromiss zwischen Aufwand und Messgenauigkeit erzielt werden. Der Einsatz eines handelsüblichen

Kreuzlinien-Lasers ist somit möglich.

Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Energieversorgungseinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese weist wenigstens einen Roboter zum Bewegen wenigstens einer Energieversorgungs-Schnittstelle der Energieversorgungseinheit zu einer Energieversorgungs-Schnittstelle eines Kraftfahrzeugs auf.

Die Energieversorgungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass am Roboter wenigstens ein Licht detektierendes Bauteil angeordnet und dazu ausgebildet ist, Licht von einem Laser eines Kraftfahrzeugs zu detektieren. Dabei ist der Roboter durch eine Steuereinheit auf einer vorgegebenen Bahn durch das Licht des Lasers bewegbar.

Die Energieversorgungseinheit ist derart ausgebildet, dass zeitliche Abstände von durch das Licht detektierende Bauteil erfassten Lichtimpulsen erfassbar und in Abhängigkeit dieser zeitlichen Abstände von der Steuereinheit die Ausführung einer Korrekturbewegung des Roboters und eine erneute Bewegung des Roboters auf einer vorgegebenen Bahn generierbar ist. Dabei ist von der Energieversorgungseinheit aufgrund der zeitlichen

Abstände die Position des Lasers ableitbar.

Zusätzlich oder alternativ ist denkbar, dass der Roboter an wenigstens zwei Raumpositionen auf einer vorgegebenen Bahn durch das Licht des Lasers bewegbar und die

Energieversorgungseinheit derart ausgebildet ist, dass aus den jeweiligen Zeitabständen der erfassten Lichtimpulse ein Richtungsvektor ableitbar ist, der auf die Position des Lasers zeigt.

In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Energieversorgungseinheit ist der Roboter an wenigstens zwei Raumpositionen auf einer vorgegebenen Bahn durch das Licht des Lasers bewegbar und die Energieversorgungseinheit ist derart ausgebildet, dass jeweils ein Kreuzungspunkt berechenbar ist, der sich aus der Kreuzung von Strecken gemessener Durchfahrtpunkte ergibt und aus den berechneten Kreuzungspunkten ist wiederum ein zum Laser weisender Richtungsvektor ableitbar.

Das Licht detektierende Bauteil ist zweckmäßigerweise als Fotodiode ausgebildet. Eine Fotodiode ist ein bewährtes und ausgereiftes Bauteil, wodurch die Zuverlässigkeit des Verfahrens unterstützt werden kann.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der Figuren in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, vergleichbare oder funktional gleiche Bauteile, wobei entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.

Es zeigen, jeweils schematisch

Fig. 1 eine Energieversorgungseinheit von oben in der Vogelperspektive, Fig. 2 die Einzeldarstellung einer fahrzeugseitigen Energieversorgungs-

Schnittstelle gemäß Ansicht II aus Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Ansicht auf die Energieversorgungs-Schnittstelle gemäß Ansicht III aus

Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung eines durch den Laser auf eine Projektionsfläche

projizierbares Projektionsmuster, wobei beispielhaft zwei denkbare

Ausgangspositionen eines Roboter-Bezugspunktes für die Durchführung einer Kreisbahn dargestellt sind,

Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Generierung von Spannungssignalen in Abhängigkeit der Ausgangsposition des Roboter-Bezugspunktes,

Fig. 6 ein Ablaufplan zur Verdeutlichung des Verfahrensablaufs,

Fig. 7 eine Darstellung einer etwas anderen Ausbildung des Verfahrens und

Fig. 8 ein Ablaufplan zur Verdeutlichung des veränderten Verfahrensablaufs.

In der Fig. 1 ist eine Energieversorgungseinheit 1 ersichtlich. Konkret ist die

Energieversorgungseinheit 1 als von Elektrofahrzeugen anfahrbarer Abstellplatz zur elektrischen Aufladung der Elektrofahrzeuge ausgebildet.

Vor der Energieversorgungseinheit 1 sind zwei Parkplatz-Markierungen 12 ersichtlich, innerhalb derer aufzuladende Kraftfahrzeuge geparkt werden können.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können aufzuladende Kraftfahrzeuge mittels eines induktiven Leitsystems LS automatisch innerhalb der Parkplatz-Markierungen geparkt und zur Aufladung freigegeben werden.

Die Energieversorgungseinheit 1 weist zwei identisch aufgebaute Ladestationen 10 auf, zwischen denen ein Roboter 1 1 zur Bedienung beider Ladestationen 10 angeordnet ist. Eine davon abweichende Anzahl von Ladestationen, ebenso eine davon abweichende Anzahl von Robotern ist denkbar. Der Roboter 1 1 ist als mehrarmiger und mehrgelenkiger Industrieroboter ausgebildet. Er weist eine Greifeinrichtung 109 auf, mit der er eine Energieversorgungs-Schnittstelle 100 einer Ladestation 10 in Form eines Ladesteckers ergreifen und bewegen kann (vergleiche Doppelpfeile).

Konkret kann der Roboter 1 1 mittels der Greifeinrichtung 109 den Ladestecker 100 mitsamt einem Ladekabel 101 aus der Ladestation 10 herausziehen. Das Ladekabel 101 ist aufwickelbar in einem Aufbewahrungsraum 102 der Ladestation 10 gehalten. Ein aufzuladendes Kraftfahrzeug (Elektrofahrzeug) K1 kann auf Grund des Leitsystems LS mit einer Toleranz von etwa fünf Zentimetern innerhalb der Parkplatz-Markierung 12 geparkt werden.

Zur Durchführung eines Aufladevorgangs wird von der Greifeinrichtung 109 des Roboters 1 1 der Ladestecker 100 ergriffen, zu einer fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle 2 des aufzuladenden Kraftfahrzeugs K1 in Form einer Ladedose bewegt (vgl. Position 100') und mit dieser gekoppelt. Mit K2 ist ein zweites, durch die Energieversorgungseinheit 1 ebenfalls zu versorgendes Kraftfahrzeug beziffert, welches baugleich mit K1 ausgebildet ist.

Damit eine solche Kopplung reibungslos möglich ist, muss jedoch zuvor der Roboter 1 1 die genaue Position der Ladedose 2 kennen.

Dazu ist die Greifeinrichtung 109 mit einem Licht detektierenden Bauteil 1 10 in Form einer Fotodiode ausgestattet. Das Kraftfahrzeug K1 weist demgegenüber im Bereich seiner Ladedose 2 einen Laser 4 auf. Der Laser 4 ist im Ausführungsbeispiel als handelsüblicher Kreuzlinien-Laser ausgebildet.

Eine den Roboter 1 1 steuernde Steuereinheit 108 steuert den Roboter 1 1 derart an, dass er zunächst mit einer bestimmten Toleranz über den Laser 4 gefahren wird.

Mit K01 sind ein Koordinatensystem der Energieversorgungseinheit 1 , mit K02 ein

Koordinatensystem des Roboters 1 1 und mit K03 ein solches des Kraftfahrzeugs K1 beziffert.

Sind Lagekoordinaten eines interessierenden Punktes innerhalb eines dieser

Koordinatensysteme bekannt, so kann eine Auswerte- und Recheneinheit 107 der

Ladestation 10 auf Grund bekannter Verfahren der Koordinatentransformation auch auf die relative Lage eines solchen Punktes relativ zu jedem der anderen Koordinatensysteme schließen. Sind also beispielsweise die Lagekoordinaten eines Mittelpunktes des Lasers 4 bekannt, kann auch auf einen beliebigen Bezugspunkt der Ladedose 2 geschlossen werden.

Anhand von Fig. 2 soll nun der Bereich der Ladedose 2 näher erläutert werden. Die

Ladedose 2 weist elektrische Kontakte 21 für einen Wechselstrom- und elektrische Kontakte 22 für einen Gleichstromanschluss auf. Mit 20 ist ein mittiger Bezugspunkt beziffert, der bspw. ein Erdungskontakt der Ladedose 2 sein kann. Die Ladedose 2 weist eine

Flächenerstreckung F auf und ist mitsamt dem Laser 4 mittels einer schwenkbaren

Abdeckung 9 abdeckbar.

Es ist erkennbar, dass im näheren Bereich der eigentlichen Ladedose 2 der bereits erwähnte Laser 4 angeordnet ist. Der Laser 4 weist einen Mittelpunkt 40 auf und ist in der Lage, Lichtstrahlen L in Form von sich kreuzenden Strahlenlinien L1 und L2 auszusenden. Die Strahlenlinien L1 und L2 kreuzen sich in einem Winkel α von 90 Grad. Insbesondere sendet der Laser 4 Lichtstrahlen L in Richtung bzw. parallel zu einer Flächennormalen FN der Flächenerstreckung F aus (vgl. auch Fig. 3). Der Laser 4 weist eine Flächenerstreckung auf, die mit der Flächenerstreckung F in einer Ebene liegt. Zumindest sind die

Flächenerstreckungen vom Laser 4 und der Ladedose 2 parallel zueinander ausgerichtet.

Anhand der Fig. 4 wird nun erläutert, wie der Roboter 1 1 nach dem Heranfahren an den Laser 4 ermitteln kann, ob er sich mit einem definierten Bezugspunkt M -senkrecht zur Flächenerstreckung F betrachtet- auf einem Kreuzungspunkt K der sich kreuzenden

Strahlenlinien L1 , L2 befindet oder nicht. Dabei ist zu bedenken, dass der Kreuzungspunkt K dem auf eine Projektionsebene projizierten Mittelpunkt 40 des Lasers 4 entspricht, wobei die Projektionsebene parallel zur Flächenerstreckung F verläuft.

Der Bezugspunkt M kann beispielsweise ein Punkt der am Roboter 1 1 befindlichen

Fotodiode 1 10 sein.

In der Figur ist mit PF eine (gedachte) Projektionsfläche beziffert, auf die der Laser 4 seine Lichtstrahlen L projiziert. Wie bereits erwähnt, wird ein Projektionsmuster P erzeugt, mit zwei sich in einem Winkel α von 90 Grad kreuzenden Strahlenlinien L1 und L2.

Nach dem Anfahren des Roboters 1 1 an den Laser 4 vollführt der Roboter 1 1 um eine Position seines Bezugspunkt M eine fest vorgegebene Kreisbahn KR. Die Kreisbahn KR liegt parallel zur Flächenerstreckung des Lasers 4 und damit parallel zur Flächenerstreckung F der Ladedose 2. Bei Vollführung der Kreisbahn KR durchfährt die Fotodiode 1 10 die

Lichtstrahlen L bzw. die durch diese gebildeten Strahlenlinien L1 , L2 an fünf Durchfahrtpunkten D1 bis D5. Anstelle der Kreisbahn KR ist auch eine andere, vorgegebene Bahn denkbar, beispielsweise eine elliptische oder auch eine quadratische Bahn.

So startet der Roboter 1 1 beispielsweise bei einem Startpunkt S. Von dort sich in

Pfeilrichtung der Kreisbahn KR weiter bewegend, gelangt er zunächst zum Durchfahrtpunkt D1 und dann nacheinander zu den Durchfahrtpunkten D2 bis D4. Schließlich gelangt er zum Durchfahrtpunkt D5, welcher wieder dem Durchfahrtpunkt D1 entspricht.

In der Fig. 5 ist eine von der Fotodiode 1 10 erzeugbare Spannung U über der Zeit t aufgetragen. Wie aus dieser Figur (oben) deutlich wird, trifft bei jedem Durchfahrtpunkt D1 bis D5 Licht des Lasers 4 auf die Fotodiode 1 10, wobei jeweils eine Spannung U erzeugt wird. Es sind konkret die Spannungssignale U(D1 ), U(D2), U(D3), U(D4) und U(D5) ersichtlich. Zwischen den Durchfahrtpunkten D1 bis D5 liegen jeweils zeitliche Abstände At1 , At2, At3 und At4. Diese zeitlichen Abstände werden über die Auswerte- und Recheneinheit 107 der Ladestation 10 gemessen und ausgewertet.

Sind die zeitlichen Abstände At1 bis At4 gleich, so geht die Auswerte- und Recheneinheit 107 der Ladestation 10 davon aus, dass sich der Bezugspunkt M des Roboters 1 1 lotrecht genau über dem Kreuzungspunkt K der Strahlenlinien L1 , L2 bzw. über dem Mittelpunkt 40 des Lasers 4 befindet.

Die augenblicklichen Positionsdaten des Bezugspunktes M (nötigenfalls in der Auswerte- und Recheneinheit 107 auf einen geeigneten Punkt der Greifeinrichtung 109 und/oder auf den Bezugspunkt 20 der Ladedose 2 transformiert) werden dann in einer Speichereinheit 106 der Ladestation 10 (vgl. Fig. 1 ) gespeichert. Anschließend ergreift der Roboter 1 1 mit seiner Greifeinrichtung 109 den Ladestecker 100 und fährt mit seinem Bezugspunkt M zurück zu den gespeicherten Positionsdaten. Ausgehend von den Positionsdaten vollführt der Roboter 1 1 dann eine Bewegung in Richtung der Ladedose 2, um eine Kopplung zwischen dem Ladestecker 100 und der Ladedose 2 herbeizuführen.

Befindet sich der Roboter 1 1 nach dem Anfahren an den Laser 4 mit seinem Bezugspunkt M nicht genau im Kreuzungspunkt K der Strahlenlinien L1 , L2 des Lasers 4 (vergleiche M' in Fig. 4), sondern in einem Abstand a dazu, so wird analog zum vorher Beschriebenen gleichermaßen die Kreisbahn KR durchfahren. Hierbei werden die Strahlenlinien L1 , L2 an den Durchfahrtpunkten D1 ' bis D5' durchfahren. Bedingt durch die Lageabweichung (Abstand a) werden nunmehr Spannungssignale U(D1 ') bis U(D5') erzeugt und gemessen. Deren zeitliche Abstände At1 -At4 sind unterschiedlich, zumindest jedoch nicht alle gleich (vgl. Fig. 5 unten).

Aufgrund der Unterschiede der zeitlichen Abstände At1 -At4 werden durch die Auswerte- und Recheneinheit 107 mittels eines geeigneten Auswertealgorithmus die Koordinaten für eine Korrekturbewegung KB (vgl. Fig. 4) für den Roboter 1 1 berechnet und an die Steuereinheit 108 übermittelt.

Nach Ausführung der Korrekturbewegung KB vollführt der Roboter 1 1 erneut die Kreisbahn KR mit den bereits beschriebenen Messungen und Auswertungen. Dies wird so oft wiederholt, bis die zeitlichen Abstände At1 -At4 gleich oder zumindest annähernd gleich sind und darauf geschlossen werden kann, dass sich der Bezugspunkt M im Kreuzungspunkt K der Strahlenlinien L1 , L2 und damit über dem Mittelpunkt 40 des Lasers 4 befindet.

Erst dann wird der bereits geschilderte Kopplungsvorgang zwischen dem Ladestecker 100 und der Ladedose 2 durchgeführt.

Anhand der Figur 6 soll die erläuterte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals kurz zusammengefasst werden:

Es wird hierbei also davon ausgegangen, dass der Energieversorgungseinheit 1 die

Ausrichtung des Lasers 4 bzw. der Ladedose 2 und damit deren Flächenerstreckung F bekannt ist.

So wird in einem Verfahrensschritt V1 zunächst ein automatisches Einparken des

Kraftfahrzeugs K1 innerhalb der Parkplatz-Markierung 12 mit einer Zentimeter-Toleranz von bevorzugt 5 cm durchgeführt. Anschließend wird der Roboter 1 1 an die Ladedose 2 herangefahren und zum Laser 2 vorpositioniert (Verfahrensschritt V2).

In einem Verfahrensschritt V3 wird die Fotodiode 1 10 vom Roboter 1 1 in der parallel zur Flächenerstreckung F verlaufenden Kreisbahn KR bewegt. Dabei werden die Zeitabstände At1 -At4 der erzeugten Spannungsimpulse gemessen und ausgewertet.

Eine Abfrage A1 fragt ab, ob die Zeitabstände At1 -At4 gleich sind oder nicht. Falls nicht, wird in einem Verfahrensschritt V2' die Korrekturbewegung KB erzeugt. Bei Identität der Zeitabstände At1 -At4 werden in einem Verfahrensschritt V4 aus den Positionsdaten des Lasers 4 die Positionsdaten der Ladedose 2 abgeleitet.

Anschließend wird der Ladestecker 100 vom Roboter 1 1 zur Ladedose 2 geführt und mit dieser gekoppelt (Verfahrensschritt V 5).

Nach erfolgter Aufladung wird schließlich in einem Verfahrensschritt V6 der Ladestecker 100 durch den Roboter 1 1 von der Ladedose 2 wieder entkoppelt und zur Ladestation 10 zurückbewegt.

In der Figur 7 ist dargestellt, wie verfahren werden kann, wenn die Ausrichtung des Lasers 4 bzw. die der Ladedose 2 nicht bekannt sind.

So sind die vom Laser 4 ausgehenden, senkrecht aufeinander stehenden Strahlenlinien L1 und L2 perspektivisch im Raum dargestellt. Die Strahlenlinien L1 , L2 kreuzen sich in einer Kreuzungslinie KL.

Der Roboter 1 1 positioniert zunächst seinen bereits erwähnten Bezugspunkt M in der Nähe des Lasers 4. Anschließend vollführt er eine erste Kreisbahn KR1 um den Bezugspunkt M und durchfährt die Strahlenlinien L1 und L2 an den Durchfahrtpunkten D1 bis D5. Hieraus wird in bereits beschriebener Weise auf die Lage eines Kreuzungspunktes KP1 der

Strahlenlinien L1 , L2 in der Ebene der Kreisbahn KR1 geschlossen.

Anschließend wird der Roboter 1 1 an einer weiteren Position (vgl. M') positioniert und der beschriebene Vorgang mit einer zweiten Kreisbahn KR2 wiederholt, wodurch

Durchfahrtpunkte D1 ' bis D5' gebildet werden. Auch hier wird in analoger Weise auf die Lage eines Kreuzungspunktes KP2 der Strahlenlinien L1 , L2 in der Ebene der Kreisbahn KR2 geschlossen.

Danach wird ein durch die Kreuzungspunkte KP1 und KP2 verlaufender Richtungsvektor RV berechnet, welcher der Kreuzungslinie KL der Strahlenlinien L1 , L2 vom Laser 4 entspricht und auf den Mittelpunkt 40 des Lasers 4 weist.

In einer alternativen Verfahrensweise ist es aber auch sehr zweckmäßig, wenn beim

Durchfahren der Kreisbahnen KR1 und KR2 jeweils die Positionen der Durchfahrtpunkte (D1 -D4 bzw. D1 ' bis D4') gespeichert werden. In den genannten Koordinatensystemen ist nämlich die Ist-Position der Greifeinrichtung 109 bzw. der Fotodiode 1 10 vom Roboter 1 1 zu jeder Zeit bekannt. Nun kann der Kreuzungspunkt der Strecken jeweils zweier gegenüberliegender Durchfahrtpunkte (also D1 und D3 sowie D2 und D4) berechnet werden. Dieser entspricht dem Kreuzungspunkt KP1 . Entsprechend kann für einen anderen Abstand zur Ladedose 2 dieser Vorgang wiederholt und der Kreuzungspunkt KP2 durch Berechnung des Kreuzungspunktes der Strecken D1 ' und D3' sowie D2' und D4' gebildet werden. Wie zuvor beschrieben, wird aus den Kreuzungspunkten KP1 und KP2 wiederum der auf den Laser 4 weisende Richtungsvektor RV gebildet.

Somit kann bereits aufgrund der Bewegung des Roboters 1 1 auf zwei Kreisbahnen KR1 und KR2 auf die Position und Ausrichtung des Lasers 4 und damit der Ladedose 2 geschlossen werden. Abweichend vom Ausführungsbeispiel können auch noch weitere Positionen angefahren und um diese jeweils eine Kreisbahn ausgeführt werden, um noch mehr Daten zur Berechnung des besagten Richtungsvektors zu erhalten.

Abschließend wird die zuletzt geschilderte Ausführungsform des Verfahrens anhand von Fig. 8 kurz zusammengefasst:

So wird in einem Verfahrensschritt V1 zunächst ein automatisches Einparken des

Kraftfahrzeugs K1 innerhalb der Parkplatz-Markierung 12 mit einer Zentimeter-Toleranz von bevorzugt 5 cm durchgeführt. Anschließend wird der Roboter 1 1 an die Ladedose 2 herangefahren und zum Laser 2 in einer ersten Position vorpositioniert (Verfahrensschritt V2).

In einem Verfahrensschritt V3 wird die Fotodiode 1 10 vom Roboter 1 1 in der ersten

Kreisbahn KR1 bewegt. Dabei werden die Zeitabstände At1 -At4 der erzeugten

Spannungsimpulse gemessen und ausgewertet. Dadurch wird auf den Kreuzungspunkt KP1 geschlossen.

In einem Verfahrensschritt V4 wird die Fotodiode 1 10 vom Roboter 1 1 zu einer zweiten Position gefahren und ausgehend davon in der zweiten Kreisbahn KR2 bewegt. Dabei werden wiederum die Zeitabstände At1 -At4 der erzeugten Spannungsimpulse gemessen und ausgewertet. Dadurch wird auf den Kreuzungspunkt KP2 geschlossen.

Anschließend wird der durch die Kreuzungspunkte KP1 und KP2 verlaufende

Richtungsvektor RV berechnet und somit auf die Position des Lasers 4 und damit auch der Ladedose 2 geschlossen (Verfahrensschritt V5). Daraufhin wird der Ladestecker 100 vom Roboter 1 1 zur Ladedose 2 geführt und mit dieser gekoppelt (Verfahrensschritt V 6).

Nach erfolgter Aufladung wird schließlich in einem Verfahrensschritt V7 durch den Roboter 1 1 der Ladestecker 100 von der Ladedose 2 wieder entkoppelt und zur Ladestation 10 zurückbewegt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Energieversorgungseinheit

2 fahrzeugseitige Energieversorgungs-Schnittstelle; Ladedose

4 Laser

9 Abdeckung

10 Ladestation

1 1 Roboter

12 Parkplatz-Markierungen

20 Bezugspunkt der Ladedose

21 ,22 elektrische Kontakte

40 Mittelpunkt des Lasers

100 Energieversorgungs-Schnittstelle einer Ladestation; Ladestecker

101 Ladekabel

102 Aufbewahrungsraum

106 Speichereinheit

107 Auswerte- und Recheneinheit

108 Steuereinheit

109 Greifeinrichtung

1 10 Licht detektierendes Bauteil, Fotodiode a Abstand des Roboter-Bezugspunktes vom Kreuzungspunkt der Strahlenlinien

des Lasers

A1 Abfrage

D1 -D5, D1 '-D5' Durchfahrtpunkte des Licht detektierenden Bauteils durch Lichtstrahlen des Lasers

F Flächenerstreckung der fahrzeugseitigen Energieversorgungs-Schnittstelle bzw. des Lasers

FN Flächennormale zur Flächenerstreckung

K Kreuzungspunkt der Strahlenlinien vom Laser

K1 Kraftfahrzeug

K2 Kraftfahrzeug

KB Korrekturbewegung

KL Kreuzungslinie der Strahlenlinien vom Laser K01 Koordinatensystem der Energieversorgungseinheit

K02 Koordinatensystem des Roboters

K03 Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs

KP1 , KP2 Kreuzungspunkte der Strahlenlinien vom Laser

KR, KR1 . KR2 Kreisbahnen

L Lichtstrahlen

L1 Strahlenlinie

L2 Strahlenlinie

LS induktives Leitsystem

M, M' Bezugspunkt des Roboters

P Projektionsmuster der Lichtstrahlen

PF Projektionsfläche

RV Richtungsvektor

S, S' Startpunkt für die Kreisbahn

t Zeit

U Spannung

U(D1 )-U(D5) bzw. U(D1 ')-U(D5') Spannungssignale V1 -V7 Verfahrensschritte α Winkel

At1 -At4 zeitliche Abstände