FAHRZEUGVERBINDUNGSVORRICHTUNG UND FAHRZEUG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen

Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen

Ladeinfrastruktur. Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeugverbindungsvorrichtung zur elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeugverbindungsvorrichtung.

Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, wie Plug-in-Hybridfahrzeugen und reinen Elektrofahrzeugen müssen die Batterien der Fahrzeuge regelmäßig, am besten nach jeder Fahrt, aufgeladen werden. Hierzu wird das Fahrzeug mittels eines Fahrzeugverbindungssystems mit der Ladeinfrastruktur verbunden.

Bekannt sind beispielsweise Fahrzeugverbindungssysteme mit einer Kontakteinheit der Ladeinfrastruktur, die am Boden vorgesehen ist. Diese am Boden angeordnete Bodenkontakteinheit wird mittels einer verfahrbaren Fahrzeugkontakteinheit, die sich aus dem Unterboden des Fahrzeugs nach unten bewegen kann, physisch kontaktiert. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung des Fahrzeugs mit der Ladeinfrastruktur ermöglicht.

Diese Fahrzeugverbindungssysteme benötigen physischen Kontakt zwischen den Elektroden der Fahrzeugkontakteinheit und den Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit. Bei diesen Systemen treten Probleme dadurch auf, dass die Fahrzeugkontakteinheit nicht korrekt auf den Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit aufliegt, beispielsweise aufgrund von verschmutzten, verdeckten oder beschädigten Kontaktflächen, und hierdurch ein Ladungstransfer zwischen Ladeinfrastruktur und Fahrzeug nicht oder nicht effizient erfolgen kann. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Fahrzeugverbindungsvorrichtung bereitzustellen, die eine elektrische Verbindung der am Fahrzeug angeordneten Kontakteinheit mit einer am Boden angeordneten Kontakteinheit der Ladeinfrastruktur mit hoher Qualität und geringen Verlusten bereitstellen können. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeugverbindungsvorrichtung bereitzustellen.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, das eine Fahrzeugbatterie hat, mit einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur vorgesehen. Die Ladeinfrastruktur weist mehrere elektrische Kontaktflächen auf, von denen zumindest zwei für das Laden der Fahrzeugbatterie durch die Fahrzeugkontakteinheit berührt werden müssen. Das Verfahren umfasst den Schritt, dass zumindest eine der elektrischen Kontaktflächen und/oder zumindest eine die elektrischen Kontaktflächen umgebenden Isolationsfläche für die Herstellung einer elektrischen Verbindung mithilfe mindestens einer Kamera am Fahrzeug erfasst wird. Somit werden die elektrischen Kontaktflächen sowie deren Position direkt bzw. indirekt über die umgebende Isolationsfläche erfasst. Das bedeutet, dass die elektrischen Kontaktflächen gezielt angesteuert werden können, wodurch eine elektrische Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit mit der Bodenkontakteinheit mit hoher Qualität und geringen Verlusten gewährleistet werden kann.

Unter einer Kamera wird im Rahmen dieser Erfindung jedes optische Erkennungsmittel verstanden, wie z.B. eine CCD-Kamera, ein Array aus Fotodioden oder dergleichen.

Alternativ kann das Erfassen der elektrischen Kontaktflächen auch indirekt über das Erfassen von Markierungen erfolgen, die im Nahbereich (ca. 2 - 5m entfernt) einer entsprechenden Bodenkontakteinheit vorgesehen sind und auf die Position der elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit schließen lassen. Auf diese Weise kann die Bodenkontakteinheit auch dann erfasst werden, wenn diese beispielsweise vollständig von Laubblättern verdeckt ist.

Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt umfassen, dass mithilfe mindestens einer Kamera am Fahrzeug ermittelt wird, welche elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit für die elektrische Verbindung geeignet sind. Eine elektrische Kontaktfläche gilt hierbei als für die elektrische Verbindung geeignet, wenn sie entweder frei liegt, d.h. nicht verdeckt und insbesondere nicht verschmutzt ist, oder lediglich geringfügig verschmutzt ist, sodass bei einer Kontaktierung eine elektrische Verbindung mit keinen oder nur geringen Leistungsverlusten herstellbar ist. Insbesondere gilt eine elektrische Kontaktfläche ferner nur dann als für die elektrische Verbindung geeignet, wenn sie keine mechanische Beschädigung aufweist, die die elektrische Verbindung wesentlich beeinträchtigt. Weist das Fahrzeug und/oder die Fahrzeugkontakteinheit eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Reinigungsfunktion auf, kann auch eine stärker verschmutzte oder sogar vollständig verdeckte elektrische Kontaktfläche als für die elektrische Verbindung geeignet gelten. Beispiele für entfernbare Verschmutzungen bzw. Objekte, die elektrische Kontaktflächen verdecken können, sind Flüssigkeiten, insbesondere Wasser oder Öl, Salzkrusten, Blütenstaub, Reifenabrieb, Bremsstaub, Rollsplit, Laub sowie Papier. Um zu ermitteln, welche elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit für die elektrische Verbindung geeignet sind, können insbesondere die Bilddaten der Kamera mit einem oder mehreren Referenzbildern verglichen werden. Ferner müssen nicht alle elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit im Blickfeld der Kamera liegen. Es kann auch ausreichen, nur einen Abschnitt der Bodenkontakteinheit zu observieren. In diesem Schritt wird somit ermittelt, welche elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit aufgrund ihrer Position, Anordnung und/oder Beschaffenheit prinzipiell für die elektrische Verbindung geeignet sind und welche nicht. In Schritt b) des Verfahrens kann ferner mithilfe der mindestens einen Kamera am Fahrzeug ermittelt werden, welche Kontaktflächen für die elektrische Verbindung freiliegen und/oder ob eine Verschmutzung der Bodenkontakteinheit einem sicheren Ladevorgang entgegen steht. Eine elektrische Kontaktfläche gilt hierbei als für die elektrische Verbindung freiliegend, wenn sie nicht verdeckt und insbesondere nicht verschmutzt oder lediglich geringfügig verschmutzt ist, sodass bei einer Kontaktierung eine elektrische Verbindung mit keinen oder nur geringen Leistungsverlusten herstellbar ist.

Außerdem können bestimmte Verschmutzungen einem sicheren Ladevorgang entgegenstehen. Solche Verschmutzungen würden dazu führen, sofern trotz dieser Verschmutzungen ein Ladevorgang durchgeführt werden würde, dass nur ein schlechter oder gar unzureichender elektrischer Kontakt zwischen der verschmutzten Kontaktfläche und der entsprechenden Elektrode erreicht werden kann und/oder dass die Verschmutzung, z.B. eine Wasserlache, zwei Kontaktflächen miteinander elektrisch verbindet, sodass sich Kriechströme zwischen den betroffenen Kontaktflächen ausbilden oder gar ein Kurzschluss entsteht, die bzw. der ein sicheres Laden verhindert.

Um zu ermitteln, welche elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit für die elektrische Verbindung freiliegen, können auch hier insbesondere die Bilddaten der mindestens einen Kamera mit einem oder mehreren Referenzbildern verglichen werden. Auf diese Weise werden die elektrischen Kontaktflächen identifiziert, die direkt für eine elektrische Verbindung mit hoher Qualität und geringen Verlusten bereitstehen.

Zusätzlich oder alternativ kann in Schritt b) des Verfahrens mithilfe der mindestens einen Kamera am Fahrzeug ermittelt werden, welche elektrischen Kontaktflächen für die elektrische Verbindung nicht freiliegen und eine Verschmutzung aufweisen, die insbesondere reinigbar ist. Hierzu zählen auch elektrische Kontaktflächen, die nicht direkt von mindestens einen Kamera erfasst werden kann, beispielsweise weil sie vollständig von einem Laubblatt verdeckt sind. Welche Art von Verschmutzung als reinigbar zählt, hängt grundsätzlich von der Reinigungseinrichtung bzw. der Reinigungsfunktion des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugkontakteinheit ab.

Als nicht reinigbar gelten Verschmutzung, die beispielsweise aufgrund ihrer Masse, Konsistenz und/oder adhäsiven Eigenschaften nicht oder nicht effizient von der Reinigungseinrichtung bzw. der Reinigungsfunktion des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugkontakteinheit entfernt werden können.

Hierzu zählen insbesondere Objekte mit einer Masse von mehr als 10g, wie größere Steine, sowie Kaugummi und Kot. Mechanische Beschädigungen der elektrischen Kontaktflächen, die die elektrische Verbindung wesentlich beeinträchtigen, können ebenfalls als nicht entfernbare Verschmutzung zählen. Auf diese Weise werden die elektrischen Kontaktflächen ermittelt, die für eine elektrische Verbindung prinzipiell bereitstehen, jedoch zuvor eine Reinigung erfordern. Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt, dass ein Bereich der Bodenkontakteinheit ausgewählt wird, der zur elektrischen Verbindung angesteuert werden soll. Der Bereich weist dabei einen Verbund an freiliegenden Kontaktflächen auf, mittels dem die elektrische Verbindung hergestellt werden kann. Der Verbund entspricht insbesondere genau der Anzahl von elektrischen Kontaktflächen in genau der Anordnung, die zum Herstellen einer elektrischen Verbindung erforderlich sind. Vorzugsweise besteht der Bereich aus dem Verbund. Hierdurch wird eine sichere elektrische Verbindung mit hoher Qualität gewährleistet. Ferner kann das Verfahren den Schritt umfassen, dass ein Bereich der Bodenkontakteinheit ausgewählt wird, der zur elektrischen Verbindung angesteuert werden soll. Der Bereich weist dabei zumindest eine Kontaktfläche auf, die nicht zum Herstellen einer elektrischen Verbindung freiliegt. Insbesondere entspricht der Bereich genau der Anzahl von elektrischen Kontaktflächen in genau der Anordnung, die zum Herstellen einer elektrischen Verbindung erforderlich sind. Bei der Auswahl werden ausschließlich elektrische Kontaktflächen mit einbezogen, die geeignet sind sowie freiliegen oder als reinigbar gelten. Das bedeutet, dass stark beschädigte oder schwer verschmutzte elektrische Kontaktflächen nicht Teil des Bereichs der Bodenkontakteinheit sind, der zur elektrischen Verbindung angesteuert werden soll. Somit können auch Bereiche mit verschmutzten aber reinigbaren elektrischen Kontaktflächen zum Herstellen einer elektrischen Verbindung genutzt werden, wodurch das Herstellen der elektrischen Verbindung nicht nur einfacher und schneller erfolgen kann, sondern auch Bodenkontakteinheiten zum Herstellen einer elektrischen Verbindung nutzbar sind, die sonst nicht nutzbar wären, weil sie keinen entsprechenden Verbund an freiliegenden Kontaktflächen aufweisen, mittels dem eine elektrische Verbindung hergestellt werden kann.

Nach dem Auswählen des Bereichs kann es vorgesehen sein, dass die Fahrzeugkontakteinheit nach unten gegen die Bodenkontakteinheit gefahren wird, um die elektrische Verbindung herzustellen. Hierbei wird die elektrische Verbindung insbesondere in dem ausgewählten Bereich hergestellt, sodass eine elektrische Verbindung mit hoher Qualität und geringen Verlusten sichergestellt ist. In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Durchführen eines vollautomatischen Reinigungsschritts. Insbesondere wird im Anschluss an den Reinigungsschritt Schritt b) durchgeführt, um erneut zu ermitteln, welche elektrischen Kontaktflächen nach der Reinigung für die elektrische Verbindung geeignet sind. Durch die Reinigung können Verschmutzungen entfernt und elektrische Kontaktflächen freigelegt werden, die dann zum Herstellen einer elektrischen Verbindung bereitstehen. Es können mehrere Reinigungsschritte vorgesehen sein, insbesondere wenn die Reinigung nicht erfolgreich war, beispielsweise bei starken Verschmutzungen, die einen größeren Reinigungsaufwand erfordern.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Fahrzeug nach Auswählen des Bereichs selbsttätig steuernd verfahren wird oder optische Lenksignale im Innenraum für den Fahrer zur manuellen Lenkung der Fahrzeugs ausgegeben werden, um die Fahrzeugkontakteinheit in eine Position zu bringen, in der sie an die ausgewählten Kontaktflächen ankoppelbar ist. Auf diese Weise kann das zum Ankoppeln erforderliche Manöver des Fahrzeugs für den Fahrer erleichtert oder übernommen werden, wodurch der Komfort erhöht wird und ein sicheres Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit gewährleistet werden kann. Zur Durchführung des Schritts a) und/oder b) kann eine Unterbodenkamera und/oder eine Frontkamera und/oder Heckkamera des Fahrzeugs verwendet werden. Die Unterbodenkamera hat den Vorteil, dass die Bodenkontakteinheit bzw. die elektrischen Kontaktflächen auch dann erfasst werden können, wenn sich das Fahrzeug über der Bodenkontakteinheit befindet. Ferner kann vorgesehen sein, erst nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit eine bestimmte Anzahl von elektrischen Kontaktflächen, insbesondere im ausgewählten Bereich, elektrisch zuzuschalten. Vorzugsweise werden hierbei nur die elektrischen Kontaktflächen zugeschaltet, die für den Ladungstransfer erforderlich sind.

Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch eine Fahrzeugverbindungsvorrichtung zur elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, das eine Fahrzeugbatterie hat, mit einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur vorgesehen. Die Bodenkontakteinheit weist mehrere elektrische Kontaktflächen auf, von denen zumindest zwei für das Laden der Fahrzeugbatterie durch die Fahrzeugkontakteinheit berührt werden müssen. Die Fahrzeugverbindungsvorrichtung umfasst die Fahrzeugkontakteinheit, zumindest eine Kamera sowie eine mit der Kamera gekoppelte Steuerung. Ferner ist die Fahrzeugverbindungsvorrichtung insbesondere zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Die Steuerung ist derart ausgebildet, dass sie mittels der zumindest einen Kamera freiliegende elektrische Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit ermitteln kann. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Bilddaten der Kamera mit einem oder mehreren Referenzbildern verglichen werden. Damit können freiliegende Kontaktflächen gezielt zur elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit mit der Bodenkontakteinheit angesteuert und eine elektrische Verbindung mit hoher Qualität und geringen Verlusten beim Laden der Fahrzeugbatterie bereitgestellt werden.

Die Fahrzeugverbindungsvorrichtung kann eine Reinigungseinrichtung umfassen, die zum Freilegen bzw. Reinigen der elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit zumindest im ausgewählten Bereich vorgesehen ist. Der ausgewählte Bereich ist dabei der Bereich, der zur elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit mit der Bodenkontakteinheit vorgesehen ist. Mittels der Reinigungseinrichtung können elektrische Kontaktflächen gereinigt bzw. freigelegt werden, indem Verschmutzungen und/oder Fremdkörper entfernt werden. Hierdurch kann die Qualität der elektrischen Verbindung verbessert und es können somit Leistungsverluste verringert werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung für eine Positionierhilfe, mittels der das Fahrzeug relativ zu einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur selbsttätig lenkend positioniert werden kann, so ausgebildet, dass sie optische, in der Steuerung als Referenz hinterlegte Merkmale an der Bodenkontakteinheit erfassen kann. Zusätzlich oder alternativ können optische Merkmale erfasst werden, die im Nahbereich, d.h. bis zu 3m entfernt, von der Bodenkontakteinheit vorgesehen sind, beispielsweise auf dem Parkplatz bzw. der Parkplatzbegrenzung der Bodenkontakteinheit. Diese Merkmale, die beispielsweise Markierungen oder Codes sind, sind zur Orientierung vorgesehen und erleichtern die Navigation sowie das Erfassen der Bodenkontakteinheit und/oder der elektrischen Kontaktflächen.

Die elektrischen Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit können hierzu ein optisches Merkmal für die Positionierhilfe bilden, beispielsweise aufgrund ihrer Anordnung, ihrer Form und/oder Markierungen, die direkt auf den elektrischen Kontaktflächen vorgesehen sind, wie Kerben. Da die elektrischen Kontaktflächen meist aus einem widerstandsfähigen metallischen Werkstoff bestehen, kann auf diese Weise das Merkmal dauerhaft bereitgestellt werden.

Alternativ oder zusätzlich kann das optische Merkmal auch eine Reflektion und/oder die Stärke der Reflektion des Lichtes einer Beleuchtungsvorrichtung der Fahrzeugkontakteinheit an den Kontaktflächen umfassen. Beispielsweise können die Kontaktflächen anhand ihrer stärkeren Reflektion im Vergleich zur Reflektion der Isolationsfläche erkannt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugverbindungsvorrichtung zur elektrischen Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur. Die Fahrzeugverbindungsvorrichtung ist hierbei insbesondere eine erfindungsgemäße Fahrzeugverbindungsvorrichtung. Das Fahrzeug umfasst ferner eine Unterbodenkamera zum optischen Erfassen der Bodenkontakteinheit. Die Unterbodenkamera ist eine Kamera, die den Boden unter dem Fahrzeug einsieht und insbesondere an der Fahrzeugunterseite angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Fahrzeugkontakteinheit ebenfalls im Sichtfeld der Unterbodenkamera, insbesondere im ausgefahrenen Zustand der Fahrzeugkontakteinheit. Ferner ist eine Überwachung der Bodenkontakteinheit beim Laden möglich, beispielsweise um eine Schutzreaktion einzuleiten, wenn ein Tier die Bodenkontakteinheit betritt und/oder die Fahrzeugkontakteinheit berührt oder verschiebt. Eine Schutzreaktion kann zum Beispiel darin bestehen, ein akustisches Signal abzugeben, um das Tier zu vertreiben, oder die Spannung der elektrischen Kontaktflächen zu reduzieren bzw. abzuschalten. Auf diese Weise können die elektrischen Kontakte genauer angesteuert und die Sicherheit erhöht werden. Weist das Fahrzeug und/oder die Fahrzeugkontakteinheit eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Reinigungsfunktion auf, kann die Unterbodenkamera ferner das Ergebnis eines Reinigungsschritts ermitteln, ohne dass hierzu das Fahrzeug bewegt werden muss.

In einer alternativen Ausführungsform weist das Fahrzeug eine Schutzeinrichtung auf, die die Linse der Unterbodenkamera verdeckt, insbesondere zum Schutz vor Verschmutzung und/oder Beschädigung. Die Schutzeinrichtung ist derart ausgebildet bzw. wird derart gesteuert, dass sie die Linse freigibt, wenn ein Verfahren zur elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit mit einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur eingeleitet wird. Nachdem die Verbindung hergestellt wurde oder nach Abschluss des Ladevorgangs, wird die Linse wieder verdeckt. Hierdurch wird die Linse bzw. die Kamera in der Zeit geschützt, in der sie nicht verwendet wird, wodurch Funktionsfehler vermieden werden, wie eine fehlerhafte Erfassung von freiliegenden elektrischen Kontaktflächen aufgrund einer verschmutzten oder verkratzten Linse. Das Fahrzeug kann ferner eine Beleuchtungseinrichtung aufweisen, die zur Beleuchtung des Aufnahmebereichs der Unterbodenkamera vorgesehen ist, um die Qualität der Bilddaten und damit die Detektionsfähigkeit zu verbessern. Die Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere Licht in einem speziellen Wellenlängenbereich wie UV bereitstellen, das entsprechend gestaltete Markierungen besonders gut detektierbar macht und somit die Fähigkeiten zur Erfassung der Markierung bzw. zur Ermittlung der elektrischen Kontaktflächen zusätzlich verbessern. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst beispielsweise eine oder mehrere LEDs.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Fahrzeug eine elektronische Steuerung zur autonomen Lenkung haben. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung eine Positionierhilfe bereitstellen, mittels der das Fahrzeug relativ zu einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur selbsttätig lenkend positioniert werden kann. Ferner kann die Steuerung zusätzlich oder alternativ mit einer optischen Richtungsanzeige im Fahrzeuginneren verbunden sein, die anzeigen kann, wohin der Fahrer das Fahrzeug lenken soll, sodass eine elektrische Verbindung einer Fahrzeugkontakteinheit des Fahrzeugs mit der Bodenkontakteinheit herstellbar ist. Weist die Fahrzeugverbindungsvorrichtung eine Steuerung auf, kann diese Steuerung identisch zur Steuerung der Fahrzeugverbindungsvorrichtung sein. Auf diese Weise kann der Fahrer bei einem Ankoppelmanöver durch die Steuerung unterstützt werden oder die Steuerung übernimmt das Manövrieren des Fahrzeugs zum Herstellen einer elektrischen Verbindung selbstständig. Hierdurch wird der Komfort für den Fahrer erhöht sowie sichergestellt, dass die elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit korrekt hergestellt werden kann.

Zum Bereitstellen einer genaueren Positionierhilfe können weitere Sensoren bzw. Einrichtungen wie GPS, WLAN, Ultraschall oder NFC vorgesehen sein. Ferner können bei der Positionierhilfe der Radeinschlag und die Raddrehzahl von einem oder mehreren Rädern des Fahrzeugs berücksichtigt werden.

Denkbar ist es auch, dass in der Bodenkontakteinheit wenigstens eine Spule und/oder wenigstens ein Funksender an wenigstens einem vorbestimmten Punkt angeordnet ist und die Fahrzeugkontakteinheit einen entsprechenden Empfänger für elektromagnetische Signale und/oder Funksignale aufweist. Anhand der vom Empfänger empfangenen Signale, die von der Spule bzw. dem Funksender erzeugt wurden, kann die Position der Fahrzeugkontakteinheit relativ zur Bodenkontakteinheit, zum Beispiel mittels Triangulation, bestimmt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Fahrzeugverbindungsvorrichtung,

Figur 2 eine stark vereinfachte und schematische Schnittansicht der Fahrzeugkontakteinheit der Fahrzeugverbindungsvorrichtung nach Figur 1 , die Figuren 3a und 3b Schnittansichten der Fahrzeugkontakteinheit im Bereich einer Elektrode in verschiedenen Ausführungsformen zur federnden Halterung der Elektrode,

Figur 3c eine vergrößerte Ansicht einer einzelnen Elektrode mit einem Schleifaktuator, die Figuren 4a und 4b stark vereinfachte schematische Schnittansichten der Fahrzeugverbindungsvorrichtung gemäß Figur 1 im Längs- bzw. Querschnitt, die Figuren 5a bis 5c verschiedene Schritte während des Herstellens der elektrischen Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit mit einer Bodenkontakteinheit,

Figur 6 in einer schematischen Darstellung weitere Einrichtungen des Fahrzeugs aus Figur 1 ,

Figur 7 in einer perspektivischen Ansicht eine Bodenkontakteinheit mit verschiedenen Verschmutzungen, - Figur 8 in einer Draufsicht eine Bodenkontakteinheit mit verschiedenen optischen Merkmalen zur Orientierung, und

Figur 9 in einer Draufsicht einen Parkplatz mit verschiedenen optischen Merkmalen zur Orientierung.

In Figur 1 ist ein Fahrzeug 10 dargestellt, beispielsweise ein batteriebetriebenes Fahrzeug oder ein Plug-in-Hybridfahrzeug, das auf oder über einer Bodenkontakteinheit 12 mit Kontaktflächen 13 einer elektrischen Ladeinfrastruktur (nicht gezeigt) abgestellt ist.

Die elektrische Ladeinfrastruktur dient dazu, die Batterien des Fahrzeugs 10, insbesondere nach einer Fahrt, wieder aufzuladen. Am Unterboden des Fahrzeugs 10 ist eine Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 befestigt, die das Fahrzeug 10 mit der Ladeinfrastruktur, genauer gesagt die eine Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 elektrisch verbinden kann.

Die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 weist neben der Fahrzeugkontakteinheit 16 einen Kontaktierungsaktuator 18 und einen Schleifaktuator 20 (Figur 3c) auf.

Der Kontaktierungsaktuator 18 kann einen Faltenbalg 22 mit einem Innenraum 24 und einem Basisabschnitt 26 sowie eine Druckluftquelle 27, wie einen Kompressor 28, umfassen. Im Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 oder in einem Luftzufuhrkanal zum Faltenbalg 22 kann zudem eine Heizwendel 29 vorgesehen sein, die die Luft im Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 aufheizt.

Die Druckluftquelle 27 steht mit dem Innenraum 24 in fluidischer Verbindung, sodass die Druckluftquelle 27 den Faltenbalg 22 aufblasen kann. Ein fahrzeugseitiges erstes Ende des Faltenbalgs 22 ist mittels des Basisabschnitts 26 am Fahrzeug 10, insbesondere am Unterboden des Fahrzeugs, befestigt. An dem vom Fahrzeug 10 abgewandten zweiten Ende des Faltenbalgs 22 ist die Fahrzeugkontakteinheit 16 befestigt.

Die Fahrzeugkontakteinheit 16 ist in Figur 2 dargestellt und weist einen Sockel 30, beispielsweise in Form einer Platte, insbesondere einer kreisförmigen Platte auf, die das zweite Ende des Faltenbalgs 22 verschließt. Die Platte ist insbesondere aus Kunststoff.

An der dem Fahrzeug 10 abgewandten Vorderseite des Sockels 30, also der der Bodenkontakteinheit 12 zugewandten Seite des Sockels 30, weist der Sockel 30 einen Kontaktierungsbereich 32 auf, in dem wenigstens zwei Elektroden 34 angeordnet sind.

Im Sockel 30 ist zudem ein Luftauslass 36 vorgesehen, der einerseits aus dem Innenraum 24 gespeist wird und andererseits im Kontaktierungsbereich 32 mündet. Der Luftauslass 36 kann auch als Luftdüse ausgeführt sein. Beispielsweise mündet der Luftauslass 36 zwischen zwei Elektroden 34 und im Mittelpunkt des Sockels 30, also zentral und im Bereich der Mitte des Kontaktierungsbereiches 32. Dadurch ist der Luftauslass 36 in einen Bereich vor dem Kontaktierungsbereich 32, also in einen Bereich zwischen Sockel 30 und Bodenkontakteinheit 12 gerichtet. Der Luftauslass 36 ist mittels eines steuerbaren Ventils 38, das als Drossel ausgebildet sein kann, mit dem Innenraum 24 verbunden, sodass Luft aus dem Innenraum 24 bei Bedarf aus dem Luftauslass 36 geblasen werden kann.

Zudem weist der Sockel 30 eine Dichtlippe 40 auf, die am Außenumfang des Sockels 30 vorgesehen ist und die den Sockel 30 und den Kontaktierungsbereich 32 geschlossen umläuft. Wie in Figur 3a zu erkennen, sind die Elektroden 34 im Sockel 30 federnd in je einem Hohlraum 41 des Sockels 30 gelagert.

Die Elektroden 34 sind als Stifte ausgeführt und weisen eine Kontaktspitze 42, einen Grundkörper 44 und eine Schulter 46 auf, die zwischen dem Grundkörper 44 und der Kontaktspitze 42 angeordnet ist.

Die Schulter 46 und Teile des Grundkörpers 44 sind im Hohlraum 41 angeordnet, wohingegen sich die Kontaktspitze 42 im Kontaktierungsbereich 32 aus dem Hohlraum 41 heraus erstreckt und gegenüber der Vorderseite des Sockels 30 vorsteht. Im Hohlraum 41 ist außerdem eine Feder 50 vorgesehen, die einerseits an der dem Kontaktierungsbereich 32 abgewandten Wand des Hohlraumes 41 und andererseits an der Schulter 46 anliegt.

Die Feder 50 ist eine Druckfeder, sodass sie die Schulter 46 und damit die gesamte Elektrode 34 in Richtung zum Kontaktierungsbereich 32 mit einer Kraft beaufschlagt.

Denkbar ist auch, wie in Figur 3b dargestellt, dass die Feder 50 eine Blattfeder ist, die an dem der Kontaktspitze 42 abgewandten Ende des Grundkörpers 44 angreift.

In Figur 3c ist der Schleifaktuator 20 der ersten Ausführungsform gezeigt, der an jeder der Elektroden 34 vorgesehen ist. Der Schleifaktuator 20 weist drei Magneten auf. Zwei der drei Magneten sind Elektromagneten 52, d. h. schaltbar, und im Sockel 30 an der jeweiligen Elektrode 34 auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrode 34 angeordnet.

Der dritte Magnet ist ein Permanentmagnet 54, der in der Elektrode 34 so vorgesehen ist, dass er zwischen den beiden Elektromagneten 52 liegt.

Werden nun die beiden Elektromagnete 52 so betrieben, dass sie entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, wird der Permanentmagnet 54 innerhalb der Elektrode 34 von einem der Elektromagneten 52 angezogen und vom anderen abgestoßen. Dadurch bewegt sich die Elektrode 34 seitlich, d. h. quer zu ihrer Längserstreckung in einer Schleifrichtung Rs. Wenn dann die Polaritäten der Elektromagneten 52 umgekehrt werden, wird die Elektrode 34 in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Dadurch kann die Elektrode 34 durch schnelles Umschalten der Elektromagnete 52 seitlich hin und her bewegt werden. In Figur 4 ist eine Führungsvorrichtung 56 des Kontaktierungsaktuators 18 dargestellt, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in Figur 1 nicht gezeigt ist. Andererseits wurde in Figur 4 auf die Darstellung des Luftauslasses 36 und des Kompressors 28 verzichtet. Die Führungsvorrichtung 56 weist einen Rücksteilantrieb 58 und Zugelemente 60 auf. Der Rücksteilantrieb 58 hat eine gegenüber dem Fahrzeug 10 drehbar gelagerte Spindel 59, Zugelemente 60 und eine Spiralfeder 61 .

Die Spiralfeder 61 ist mit ihrem einen Ende an der Spindel 59 befestigt und mit ihrem anderen Ende am Fahrzeug 10 fixiert, sodass die Spiralfeder 61 die Spindel 59 mit einem Drehmoment beaufschlagen kann. Denkbar ist auch, dass anstelle oder zusätzlich zur Spiralfeder 61 ein elektromotorischer Antrieb 61 ', wie ein Elektromotor, zur Rotation der Spindel 59 vorgesehen ist. In Figur 4a ist ein solcher als Elektromotor ausgeführter elektromotorischer Antrieb 61 ' gestrichelt dargestellt.

Die Zugelemente 60 können Bänder, Schnüre oder Seile sein und sind mit einem Ende ebenfalls an der Spindel 59 befestigt, sodass die Zugelemente 60 bei einer Rotation der Spindel 59 auf die Spindel 59 aufgerollt werden.

Das andere Ende jedes der Zugelemente 60 ist an einem Verbindungspunkt 62 mit dem Sockel 30 verbunden.

In der gezeigten Ausführungsform sind, wie in Figur 4b zu erkennen, drei Zugelemente 60 vorgesehen, die an jeweils einem Verbindungspunkt 62 mit dem Sockel 30 verbunden sind.

Die Verbindungspunkte 62 sind in einem gleichseitigen Dreieck angeordnet, dessen Mittelpunkt gleichzeitig der Mittelpunkt des Sockels 30 ist.

Die Zugelemente 60 laufen von den Verbindungspunkten 62 im Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 senkrecht von Sockel 30 aus in Richtung des Basisabschnittes 26. Mittels Umlenkrollen 64, die im Innenraum 24 vorgesehen sein können, werden die Zugelemente 60 umgelenkt und dann zur Spindel 59 hin geführt.

Die Länge der Zugelemente 60 ist dabei derart gewählt, dass die drei Verbindungspunkte 62 und damit der Sockel 30 stets horizontal ausgerichtet sind. Somit ist der Sockel 30 immer parallel zur Bodenkontakteinheit 12.

Zur Arretierung der Fahrzeugkontakteinheit 16 in ihrer eingefahrenen Position sind zudem in der Mitte des Sockels 30 im Innenraum 24 und auf der entgegengesetzten Seite am Basisabschnitt 26 ein erstes Arretierelement 66 und ein zweites Arretierelement 68 vorgesehen, die in der ersten gezeigten Ausführungsform als Rasthaken ausgeführt sind.

Dabei ist das zweite Arretierelement 68, also der Rasthaken am Basisabschnitt 26, schwenkbar gelagert und kann aus seiner senkrechten Position verschwenkt werden.

In den Figuren 5a bis c sind verschiedene Schritte während der Kontaktierung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 dargestellt.

Mithilfe des Kontaktierungsaktuators 18 kann die Fahrzeugkontakteinheit 16 zur Bodenkontakteinheit 12 hin und von ihr weg bewegt werden. Die Bewegungsrichtung verläuft dabei senkrecht zur Bodenkontakteinheit 12 und senkrecht zum Kontaktierungsbereich 32 und wird im Folgenden Kontaktierungsrichtung R _K genannt.

Denkbar ist selbstverständlich auch, dass die Fahrzeugkontakteinheit 16 durch den Kontaktierungsaktuator 18 nicht nur in Kontaktierungsrichtung R _K bewegt wird, sondern beim Absenken der Fahrzeugkontakteinheit 16 gleichzeitig eine Bewegungskomponente in eine andere Richtung hinzukommen kann. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Kontaktierungsaktuator 18 ein Schwenkarm ist.

Befindet sich die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 in ihrer eingefahrenen Position, d. h. dass die Fahrzeugkontakteinheit 16 nahe an den Basisabschnitt 26 herangezogen ist, ist der Faltenbalg 22 zusammengeschoben und die Arretierhaken, d. h. das erste Arretierelement 66 und das zweite Arretierelement 68, greifen ineinander ein. Die Arretierelemente 66, 68 halten damit den Faltenbalg 22 in seiner zusammengeschobenen Position.

Wird nun das Fahrzeug 10 oberhalb einer Bodenkontakteinheit 12 abgestellt, soll das Fahrzeug geladen werden. Hierzu wird die Fahrzeugkontakteinheit 16 abgesenkt, also zur Bodenkontakteinheit 12 hin bewegt.

Zunächst wird das zweite Arretierelement 68 verschwenkt, sodass der Faltenbalg 22 freigegeben wird und aufgeblasen werden kann.

Dann wird die Druckluftquelle 27, hier also der Kompressor 28, aktiviert und führt dem Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 Druckluft zu. Der Faltenbalg 22 wird durch die Druckluft aufgeblasen und gestreckt, wodurch die Fahrzeugkontakteinheit 16 zur Bodenkontakteinheit 12 in Kontaktierungsrichtung RK bewegt wird.

Dabei werden die Zugelemente 60 von der Spindel 59 gleichmäßig abgerollt, sodass die horizontale Ausrichtung des Sockels 30 der Fahrzeugkontakteinheit 16 auch während der Bewegung erhalten bleibt. Gleichzeitig wird die Spiralfeder 61 durch die Rotation der Spindel 59 gespannt, sodass die Spiralfeder 61 die Spindel 59 mit einem Drehmoment entgegen der Abrollrichtung der Zugelemente 60 beaufschlagt.

Die Fahrzeugkontakteinheit 16 wird zunächst soweit heruntergelassen, bis sich ein Spalt 70 zwischen dem Sockel 30 und der Bodenkontakteinheit 12 ausgebildet hat. Zu diesem Zeitpunkt berühren die Elektroden 34 noch nicht die Kontaktflächen 13 der Bodenkontakteinheit 12. In dieser Stellung wird die Bodenkontakteinheit 12 freigeblasen.

Das Freiblasen ist in Figur 5a veranschaulicht. Zum Freiblasen wird das Ventil 38 des Luftauslasses 36 geöffnet, sodass die Druckluft aus dem Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 entweichen kann. Da der Luftauslass 36 in den Bereich vor dem Kontaktierungsbereich 32 gerichtet ist, in dem sich nun die Bodenkontakteinheit 12 befindet, trifft der Luftstrom aus dem Luftauslass 36 auf die Bodenkontakteinheit 12. Selbstverständlich können auch mehrere Luftauslässe 36 vorgesehen sein, aus denen Druckluft aus dem Innenraum 24 strömen kann, um die Bodenkontakteinheit freizublasen. Denkbar ist auch, dass die einzelnen Luftauslässe 36 separat oder in Gruppen geöffnet oder geschlossen werden können.

Die auf die Bodenkontakteinheit 12 auftreffende Luft strömt dann mit hoher Geschwindigkeit radial nach außen durch den Spalt 70. Dabei werden durch den starken Luftstrom reinigbare Verschmutzungen wie Dreck, Laub oder Flüssigkeit, die sich auf der Bodenkontakteinheit 12 befunden haben, ebenfalls nach außen befördert. Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt oder bereits vorhandener Schnee- oder Eisschicht wird die Heizung 29 betätigt, sodass die Schnee- oder Eisschicht entfernt und die Kontakte getrocknet werden.

Durch den stetigen Luftstrom wird ermöglicht, dass die Bodenkontakteinheit 12 in dem Bereich, der nun dem Kontaktierungsbereich 32 der Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 gegenüberliegt, freigeblasen wird, sodass die Kontaktflächen 13 in diesem Bereich frei von Verschmutzungen wie Dreck, Laub oder Flüssigkeit sind.

Gleichzeitig bildet sich durch die Druckluft ein Luftkissen im Spalt 70 aus, wodurch die Fahrzeugkontakteinheit 16 leichter gegenüber der Bodenkontakteinheit 12 verschoben werden kann, was eine laterale Ausrichtung der Fahrzeugkontakteinheit 16 an der Bodenkontakteinheit 12 erleichtert. Nachdem die Bodenkontakteinheit 12 freigeblasen wurde, wird die Fahrzeugkontakteinheit 16 weiter abgesenkt, d. h. in Richtung zur Bodenkontakteinheit 12 hin bewegt. Dabei kann weiterhin Luft aus dem Luftauslass 36 ausströmen.

Beim Absenken verkleinert sich der Spalt 70 und die Dichtlippe 40 und die Elektroden 34 kommen schließlich mit der Bodenkontakteinheit 12 in Berührung. Durch die Führungsvorrichtung 56 ist gewährleistet, dass die Fahrzeugkontakteinheit 16 parallel zur Bodenkontakteinheit 12 ist, sodass stets sichergestellt ist, dass alle Elektroden 34 auf der Bodenkontakteinheit 12 aufliegen. Die ausgefahrene Ladeposition der Fahrzeugkontakteinheit 16 ist erreicht. In dieser Position verschließt die Dichtlippe 40 den Spalt 70 in radialer Richtung, sodass kein Dreck, Laub oder Flüssigkeit zurück in den Spalt 70 gelangen kann.

Denkbar ist auch, dass keine Dichtlippe 40 vorgesehen ist. In diesem Fall kann durch permanent erhöhten Luftdruck innerhalb des Spaltes 70 verhindert werden, dass keine Verunreinigungen zurück in den Spalt 70 gelangen.

Außerdem kann die Spindel 59 oder die Spiralfeder 61 blockiert werden, sodass keine Zugkraft auf die Zugelemente 60 wirkt, die die Fahrzeugkontakteinheit 16 aus der Ladeposition nach oben zieht. Dadurch kann die Leistung der Druckluftquelle 27, hier also des Kompressors 28, beim Laden verringert werden.

Wenn nun die Elektroden 34 mit den Kontaktflächen 13 der Bodenkontakteinheit 12 in Berührung gekommen sind, werden die Kontaktflächen 13, wie in Figur 5b angedeutet, freigerieben oder -geschliffen, um eine Oxidschicht, die sich auf den Kontaktflächen 13 und/oder den Elektroden 34 gebildet haben könnte, zu entfernen.

Mittels der Schleifaktuatoren 20 werden die Elektroden 34, wie zu Figur 3c beschrieben, in ihrer Querrichtung bewegt. Die Bewegungsrichtung, die im Folgenden als Schleifrichtung R _s bezeichnet wird, verläuft parallel zur Vorderseite des Sockels 30 und der Oberfläche der Kontaktflächen 13 sowie quer zur Kontaktierungsrichtung RK. Die Elektroden 34 werden also entlang der Kontaktflächen 13 bewegt und schleifen damit über die Kontaktflächen 13, d. h. eine etwaige Oxidschicht wird entfernt, sodass eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 34 und den Kontaktflächen 13 mit einem sehr geringen Widerstand realisiert ist.

Auf diese Weise ist das Fahrzeug 10 nun mit der Ladeinfrastruktur elektrisch verbunden und kann geladen werden.

Beim Laden fließen durch die Elektroden 34 elektrischer Strom, der zur Erwärmung der Elektroden 34 und damit zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstandes innerhalb der Elektroden 34 und zur thermischen Belastung der Elektroden 34 sowie der umliegenden Bauteile führt. Um die Elektroden 34 zu kühlen, kann während des gesamten Ladevorgangs das Ventil 38 des Luftauslasses 36 geöffnet sein, sodass ein stetiger Luftstrom durch den Spalt 70 strömt, der die Elektroden 34 kühlt. Auf diese Weise werden Verluste beim Laden des Fahrzeugs 10 verringert und höhere Ladeleistungen realisiert.

Ist das Fahrzeug 10 vollständig geladen oder soll das Fahrzeug 10 bewegt werden, muss die Fahrzeugkontakteinheit 16 eingefahren werden.

Hierzu wird zunächst die Druckluft aus dem Innenraum 24 des Faltenbalgs 22 herausgelassen und die Druckluftquelle 27 wird deaktiviert, hier also der Kompressor 28 abgeschaltet. Der Druck aus dem Innenraum 24 kann entweder mittels des Luftauslasses 36 und/oder durch ein weiteres Ventil (nicht gezeigt) am Faltenbalg 22 ausgelassen werden.

Daraufhin wird der Rücksteilantrieb 58 aktiviert. Hierzu wird die Sperre der Spindel 59 oder der Spiralfelder 61 gelöst, sodass die Spiralfeder 61 die Spindel 59 mit einem Drehmoment entgegen der Drehrichtung bei Abrollen beaufschlagt. Das Drehmoment führt zu einer Rotation der Spindel 59, sodass auf die Zugelemente 60 eine Zugkraft wirkt, die die Zugelemente 60 zur Spindel 59 hin zieht.

Sofern ein elektromotorischer Antrieb 61 ' der Spindel 59 vorgesehen ist, kann die Spindel 59 natürlich auch durch diesen angetrieben bzw. die Spiralfeder 61 durch diesen unterstützt werden. Die Zugelemente 60 werden dadurch auf die Spindel 59 aufgerollt, wodurch der Sockel 30 gleichmäßig nach oben von der Bodenkontakteinheit 12 wegbewegt und der Faltenbalg 22 zusammengeschoben wird. Alternativ hierzu kann das technische System der Druckluftquelle 27 zur Erzeugung des Überdrucks auch in einen Unterdruckmodus umgeschaltet werden, sodass es den Faltenbalg 22 entleert und sich dieser zusammenzieht.

Wenn der Faltenbalg 22 seine zusammengeschobene Position erreicht hat, rasten die beiden Arretierelemente 66, 68 ineinander ein und halten den Faltenbalg 22 in dieser Position.

Die Fahrzeugkontakteinheit 16 ist nun sicher am Unterboden des Fahrzeugs 10 verstaut und das Fahrzeug 10 kann gefahrlos bewegt werden. Nachdem zuvor die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 mit ihrer Reinigungseinrichtung, in Form des Luftauslasses 36 bzw. der Druckluftquelle 27, detailliert beschrieben wurde, wird im Folgenden beschrieben, wie das Fahrzeug 10 bzw. die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 relativ zur Bodenkontakteinheit 12 positioniert wird, um die elektrische Verbindung zwischen der Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 und der Bodenkontakteinheit 12 herzustellen.

Hierzu umfasst das Fahrzeug 10 eine Steuerung 72 sowie eine Unterbodenkamera 74, eine Frontkamera 76, eine Heckkamera 78 und zwei Flankenkameras 80 (siehe Figur 6), wobei in Figur 6 lediglich eine Flankenkamera 80 dargestellt ist.

Die Steuerung 72 wird durch den Bordcomputer des Fahrzeugs 10 gebildet der gleichzeitig auch die Steuerung 72 der Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 bildet. In einer alternativen Ausführungsform können für das Fahrzeug 10 und die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 separate Steuerungen vorgesehen sein, die vorzugsweise miteinander kommunikativ in Verbindung stehen.

Die Kameras 74, 76, 78, 80 sind mit der Steuerung 72 gekoppelt und liefern Bilddaten, die von der Steuerung 72 ausgewertet werden können, beispielsweise um die elektrischen Kontaktflächen 13 einer Bodenkontakteinheit 12 zu ermitteln und/oder ein autonomes Fahren zu ermöglichen, auch bei höheren Geschwindigkeiten.

Die Blickfelder 82 der Unterbodenkamera 74, der Frontkamera 76 und der Heckkamera 78 sind in Figur 6 durch gepunktete Linien dargestellt und weisen entsprechend zum Grund unter dem Fahrzeug 10 sowie zum Bereich vor und hinter dem Fahrzeug 10. Die Blickfelder der Flankenkameras 80 weisen zu den Bereichen seitlich neben dem Fahrzeug 10, sind in Figur 6 jedoch nicht dargestellt.

Die Unterbodenkamera 74 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel hinter der Fahrzeugkontakteinheit 16, d.h. näher zum Heck des Fahrzeugs 10, angeordnet. Die Fahrzeugkontakteinheit 16 liegt hierbei zumindest in der ausgefahrenen Ladeposition (in Figur 6 strichliniert dargestellt) im Blickfeld 82 der Unterbodenkamera 74, sodass die Unterbodenkamera 74 insbesondere den Bereich einsehen kann, der zur Herstellung einer elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 vorgesehen ist. In einer alternativen Ausführungsform können weniger oder mehr Kameras 74, 76, 78 80 für das Fahrzeug 10 bzw. die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 vorgesehen sein. Ferner können Kameras 74, 76, 78 80 mit sich überschneidenden Blickfeldern 82 vorgesehen sein, die denselben Bereich aus verschiedenen Perspektiven aufnehmen. Auf diese Weise können mehr Informationen zur Auswertung bereitgestellt werden, wodurch Bildanalysen erleichtert werden. Ferner verbessert sich durch die Redundanz die Funktionssicherheit.

Eine Beleuchtungseinrichtung 84 ist zwischen der Unterbodenkamera 74 und der Fahrzeugkontakteinheit 16 am Unterboden des Fahrzeugs 10 angebracht und dazu eingerichtet, zumindest abschnittsweise den Bereich zu beleuchten, der im Blickfeld der Unterbodenkamera 74 liegt, um die Bildqualität der Aufnahmen der Unterbodenkamera 74 zu erhöhen und damit eine Auswertung der Bilddaten zu erleichtern. Die Beleuchtungseinrichtung 84 umfasst ein Leuchtmittel (nicht dargestellt), beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden, eine Gasentladungs- oder Glühlampe.

Um die Unterbodenkamera 74 zu schützen, ist am Unterboden des Fahrzeugs 10 eine Schutzeinrichtung in Form einer Schutzklappe 86 vorgesehen. Die Schutzklappe 86 oder Schutzkappe ist hierzu zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position verstellbar. In der geschlossenen Position (siehe Figur 6) schirmt die Schutzklappe 86 die Unterbodenkamera 74 gegenüber der Fahrzeugumgebung ab, sodass insbesondere die Linse der Unterbodenkamera 74 verdeckt ist und beispielsweise nicht durch Steinschlag beschädigt oder Dreck verschmutzt werden kann. In der offenen Position (in Figur 6 strichliniert dargestellt) ist die Unterbodenkamera 74 freigegeben, sodass das Blickfeld der Unterbodenkamera 74 im Wesentlichen nicht durch die Schutzklappe 86 eingeschränkt wird und insbesondere der Bereich einsehbar ist, der zur Herstellung einer elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 vorgesehen ist.

Hierzu kann die Schutzklappe 86 beispielsweise verschiebbar oder drehbar gelagert sein, sodass die Schutzklappe 86 vor die Unterbodenkamera 74 verschoben bzw. geschwenkt werden kann. Um die Schutzeinrichtung 86 von der geschlossenen Position in die offene Position zu verstellen, ist ein Aktuator (nicht dargestellt) vorgesehen.

Die Schutzeinrichtung 86 wird über die Steuerung 72 angesteuert. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Steuerung 72 derart ausgebildet ist, dass die Schutzeinrichtung 86 nur dann in die offene Position verstellt wird, wenn die Unterbodenkamera 74 zum Erfassen der der Bodenkontakteinheit 12 bzw. der Kontaktflächen 13 verwendet wird, und in allen anderen Zuständen geschlossen bleibt. Beispielsweise kann sich bei Annäherung an eine Bodenkontakteinheit 12 auf weniger als 10 m und bei gleichzeitiger geringer Fahrgeschwindigkeit, wie etwa weniger als 10 km/h, die Unterbodenkamera 74 freigegeben werden. Die Information, dass sich das Fahrzeug 10 in der Nähe einer Bodenkontakteinheit 12 befindet, kann die Steuerung 72 beispielsweise durch drahtlose Kommunikation, wie WLAN, Bluetooth, GPS oder Funk, erkennen.

Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Fahrer mittels einer Eingabe der Steuerung 72 mitteilt, dass ein Andockmanöver, d.h. ein Manöver, bei dem eine elektrische Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit einer Bodenkontakteinheit 12 hergestellt wird, durchgeführt werden soll. Vorzugsweise schließt die Steuerung 72 die Schutzeinrichtung 86 automatisch, wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist oder wenn offensichtlich ist, dass kein Andockmanöver durchgeführt wird, beispielsweise wenn die Fahrgeschwindigkeit 20 km/h überschreitet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Unterbodenkamera 74 geschützt ist, wenn sie nicht in Gebrauch ist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Schutzeinrichtung 86 eine Blende, insbesondere eine Irisblende, sein. In der gezeigten Ausführungsform ist die Schutzeinrichtung 86 am Fahrzeug 10 vorgesehen. Alternativ kann die Schutzeinrichtung 86 direkt an der Unterbodenkamera 74 vorgesehen sein.

Die Steuerung 72 ist derart ausgebildet, dass sie mithilfe der Bilddaten der Kameras 74, 76, 78, 80, verschiedene Analysen durchführen kann, beispielsweise Mustererkennung. Hierzu ist in der Steuerung 72 zumindest ein Referenzbild der Bodenkontakteinheit 12 hinterlegt. Vorzugsweise sind mehrere Referenzbilder der Bodenkontakteinheit 12 in unterschiedlichen Perspektiven und in verschiedenen Zuständen hinterlegt, beispielsweise mit und ohne Verschmutzungen (siehe Figur 7). Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung 72 eine Bildanalysesoftware umfassen, die zur Auswertung der Bilddaten der Kameras 74, 76, 78 80 vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Steuerung 72 die Bodenkontakteinheit 12 einer Ladeinfrastruktur erkennen und die elektrischen Kontaktflächen 13 der Bodenkontakteinheit 12 sowie eine Isolationsfläche 88 (siehe Figur 7) erfassen, die die elektrischen Kontaktflächen 13 umgibt und voneinander elektrisch isoliert.

Ferner kann die Steuerung 72 ermitteln, welche Kontaktflächen 13 freiliegen und damit zur Herstellung einer elektrischen Verbindung direkt geeignet sind.

Die Steuerung 72 kann weiter ermitteln, welche Kontaktflächen 13 nicht freiliegen und damit nicht direkt zur Herstellung einer elektrischen Verbindung geeignet sind. Nicht freiliegende Kontaktflächen 13, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie zumindest teilweise verdeckt sind, beispielsweise weil die Kontaktfläche 13 verschmutzt ist oder von einem Objekt verdeckt wird. Dabei kann die Steuerung 72 zwischen reinigbaren Verschmutzungen, wie Wasserlachen 90 oder Rollsplit, und nicht reinigbaren Verschmutzungen, wie größeren Steinen 91 mit einem Volumen von mehreren cm ³ oder einem Holzklotz 93, unterscheiden. Reinigbare Verschmutzungen sind hierbei ausschließlich Verschmutzungen, die mit der Reinigungseinrichtung der Fahrzeugverbindungseinrichtung 14 entfernt werden können, d.h. insbesondere durch Freiblasen.

Kontaktflächen 13, die beschädigt sind oder vollständig fehlen, kann die Steuerung 72 ebenfalls erkennen und als nicht reinigbare Verschmutzung einstufen und als solche behandeln. Um eine elektrische Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 herzustellen, die zum Laden der Batterie des Fahrzeugs 10 geeignet ist, ist ein Verbund von drei freiliegenden Kontaktflächen 13 erforderlich, wobei jede Kontaktfläche 13 an jede der anderen beiden Kontaktflächen 13 angrenzt, so dass eine Art Dreieck beschrieben wird. In Figur 8 weist der Bereich 92 mindestens einen solchen Verbund auf, während der Bereich 94 keinen solchen Verbund beinhaltet. ln einer alternativen Ausführungsform können sowohl die Anzahl als auch die Positionen der freiliegenden Kontaktflächen 13 des Verbunds, der zur Herstellung einer elektrischen Verbindung erforderlich ist, abweichen. Insbesondere können gemäß einer Ausführungsform hierzu lediglich zwei freiliegende Kontaktflächen 13 erforderlich sein.

Es werden optional bei der Überprüfung der freiliegenden oder reinigbaren Kontaktflächen nur solche Abschnitte der Boderkontakteinheit herangezogen, die von der Fahrzeugkontakteinheit 16 auch erreichbar sind.

Nachdem die Steuerung 72 die freiliegenden Kontaktflächen 13 ermittelt hat, kann sie einen Bereich 92 der Bodenkontakteinheit 12 auswählen, der zur Herstellung der elektrischen Verbindung angesteuert werden soll. Der Bereich 92 kann dabei größer als der erforderliche Verbund an freiliegenden Kontaktflächen 13 sein, um die Abmessungen der Fahrzeugkontakteinheit 16 zu berücksichtigen und auf diese Weise zu gewährleisten, dass die gesamte Fahrzeugkontakteinheit 16 auf der Bodenkontakteinheit 12 parallel anliegt.

Bei der Auswahl des Bereichs der Bodenkontakteinheit 12, der zur Herstellung der elektrischen Verbindung angesteuert werden soll, kann die Steuerung 72 auch nicht freiliegende, aber reinigbare Kontaktflächen 13 mit einbeziehen, d.h. der Bereich kann eine oder mehrere nicht freiliegende aber reinigbare Kontaktfläche 13 umfassen. In diesem Fall wird ein Reinigungsschritt durchgeführt, um die Kontaktfläche 13 freizulegen.

Ein Reinigungsschritt kann auch dann durchgeführt werden, wenn keine Verschmutzung erkannt wurde, d.h. die Steuerung 72 alle Kontaktflächen 13 im zu kontaktierenden Bereich als freiliegend einstuft. Auf diese Weise können nicht erkannte reinigbare Verschmutzungen entfernt werden, wodurch die Qualität der elektrischen Verbindung erhöht werden kann.

Nach jedem Reinigungsschritt kann, ohne dass das Fahrzeug 10 bewegt werden muss, der Erfolg der Reinigung überprüft werden, indem der Zustand der Kontaktflächen 13 mittels der Unterbodenkamera 74 ermittelt wird. Die Steuerung 72 stellt ferner eine Positionierhilfe bereit, die den Fahrer beim Positionieren des Fahrzeugs 10 bzw. der Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 relativ zur Bodenkontakteinheit 12 unterstützt oder das Fahrzeug 10 autonom in diese Position steuert, in der eine elektrische Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 herstellbar ist. Insbesondere dient diese Funktion dazu den Bereich 92 anzusteuern, der zur Herstellung der elektrischen Verbindung angesteuert werden soll. Unterstützt die Positionierhilfe den Fahrer, stellt die Steuerung 72 optische Signale, wie Richtungsangaben, über eine Anzeigeeinrichtung, beispielsweise ein Display, dem Fahrer zur Orientierung bereit.

Um die Relativposition des Fahrzeugs 10 zur Bodenkontakteinheit 12 bzw. den einzelnen Kontaktflächen 13 genauer bestimmen zu können, können an der Bodenkontakteinheit 12 verschiedene Merkmale vorgesehen sein (siehe Figur 8). Die Merkmale können auch das Erfassen der Bodenkontakteinheit 12 bzw. den einzelnen Kontaktflächen 13 erleichtern und/oder zusätzliche Informationen bereitzustellen, beispielsweise die Identifikationsnummer der Bodenkontakteinheit 12. In Figur 8 sind die folgenden Merkmale auf der Bodenkontakteinheit 12 vorgesehen: ein QR-Code 96, verschiedene binäre Strichcodes bzw. Linien 97, 98, 99, 1 10, ein Muster 101 aus äquidistanten Punkten, die um einzelne Kontaktflächen 13 angeordnet sind, drei Dreiecksymbole 102, von denen das mittlere auf das die Mitte der Bodenkontakteinheit 12 ausgerichtet ist, pfeilförmige Markierungen 103, die die Kontur einzelner Kontaktflächen 13 hervorheben, sowie eine Kontaktfläche 104, die sich durch einen von den anderen Kontaktflächen 13 unterscheidenden Kontrast auszeichnet, beispielsweise aufgrund einer bestimmten Farbgebung. Ferner können die Kontaktflächen 13 durch ihre Form, Ausrichtung und/oder Anordnung ein oder mehrere Merkmale bilden. Die Positionierhilfe kann mittels der Merkmale und bei Verwendung einer hochauflösenden Kamera 74, 76, 78 80, insbesondere der Unterbodenkamera 74, die Positionierung des Fahrzeugs 10 relativ zur Bodenkontakteinheit 12 bzw. den einzelnen Kontaktflächen 13 mit einer Genauigkeit von ±40 mm, insbesondere von ±10 mm bereitstellen. Zusätzlich oder alternativ können Merkmale im Nahbereich von ca. 3 m der Bodenkontakteinheit 12 vorgesehen sein, die es der Steuerung 72 erleichtern, die Position bzw. Ausrichtung des Fahrzeugs 10 zu bestimmen oder auf das Vorhandensein einer Bodenkontakteinheit 12 schließen lassen, selbst wenn diese (noch) nicht direkt erkannt wurde, beispielsweise weil sie durch eine Laub- oder Schneeschicht verdeckt ist.

In Figur 9 ist ein Parkplatz 106 mit einer Bodenkontakteinheit 12 gezeigt, der als Stellplatz für das Fahrzeug 10 während des Ladevorgangs vorgesehen ist. Der Parkplatz 106 hat eine Begrenzung 108 in Form einer Bodenmarkierungen, die aus einer Umrandung aus drei parallelen Linien gebildet wird. Dadurch, dass der Abstand der Linien zur Mitte des Parkplatzes 106 abnimmt, wird angezeigt, auf welcher Seite der Begrenzung 108 sich die Bodenkontakteinheit 12 des Parkplatzes 106 befindet. An zwei der Ecken des Parkplatzes 106 sind Sender 1 10 vorgesehen, die ein elektromagnetisches Signal bereitstellen, das von der Steuerung 72 zur Orientierung genutzt werden kann.

Von der Bodenkontakteinheit 12 weglaufend sind mehrere Linien 1 12 innerhalb der Begrenzung 108 vorgesehen, die parallel zu einer Kante der Bodenkontakteinheit 12 verlaufen. Der Abstand der Linien 1 12 zueinander nimmt mit zunehmendem Abstand zur Bodenkontakteinheit 12 zu, sodass aus dem Abstand der Linien 1 12 auf die Distanz zur Bodenkontakteinheit 12 geschlossen werden kann.

Die oben genannten Merkmale sind in der Steuerung 72 als Referenz hinterlegt und können hierdurch von der Steuerung 72 erkannt und gedeutet werden.

Zusammenfassend wird nachfolgend der Ablauf zur Herstellung einer elektrischen Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit einer Bodenkontakteinheit 12 einer elektrischen Ladeinfrastruktur skizziert.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel nähert sich das Fahrzeug 10 einer Bodenkontakteinheit 12, deren räumliche Nähe durch die in einer Karte hinterlegte GPS Position bzw. durch Empfang des drahtlosen Kommunikationssignals, wie WLAN, Bluetooth oder Funk erkannt wird. Im Nahbereich der Bodenkontakteinheit 12 reduziert das Fahrzeug die 10 die Geschwindigkeit auf weniger als 10 km/h und gibt die Unterbodenkamera 74 frei, indem die optionale Schutzeinrichtung 86 geöffnet wird. Die Kameras 74, 76, 78, 80 werden verwendet, um die Position und Ausrichtung der Bodenkontakteinheit 12 zu ermitteln. Hierbei nutzt die Steuerung 72 die Merkmale am Parkplatz 106 und an der Bodenkontakteinheit 12 zur Orientierung. Nachdem die Bodenkontakteinheit 12 erfasst wurde, ermittelt die Steuerung 72 anhand der Bilddaten der Kameras 74, 76, 78, 80, welche Kontaktflächen 13 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung geeignet sind. Nun steuert das Fahrzeug autonom den Bereich mit dem ausgewählten Verbund an Kontaktflächen 13 an bzw. assistiert dem Fahrer dabei. Ist die Position erreicht, in der die Fahrzeugkontakteinheit 16 sich senkrecht über dem ausgewählten Bereich befindet, wird die Fahrzeugkontakteinheit 16 abgesenkt und ein Reinigungsschritt durchgeführt, um Verschmutzungen zu entfernen und die Qualität der elektrischen Verbindung zu verbessern.

Wurde eine starke Verschmutzung in dem ausgewählten Bereich erkannt, wird anschließend die Fahrzeugkontakteinheit 16 wieder angehoben und der Reinigungserfolg mit der Unterbodenkamera 74 überprüft. Je nach Verschmutzung können nun weitere Reinigungsschritte folgen, um die Kontaktflächen 13 freizulegen. Alternativ kann auch ein anderer Bereich auf der Bodenkontakteinheit 12 angesteuert werden. Dies kann entweder dadurch erfolgen, dass die Fahrzeugkontakteinheit 16 auch seitlich verstellt wird und/oder dass das Fahrzeug autonom verfahren wird.

Wurde der Bereich gereinigt oder wurde im ausgewählten Bereich keine Verschmutzung erkannt, wird die Fahrzeugkontakteinheit 16 nach unten gegen die Bodenkontakteinheit 12 gefahren und optional ein Reinigungsschritt durchgeführt. Wenn die der Kontakt zwischen den Elektroden 34 und den Kontaktflächen 13 hergestellt ist, werden die kontaktierten Kontaktflächen 13 zugeschaltet und der Ladevorgang der Fahrzeugbatterie beginnt. Während des Ladevorgangs wird mittels der Unterbodenkamera 74 die Bodenkontakteinheit 12 überwacht, um beispielsweise eine Schutzreaktion einzuleiten, wenn sich ein Tier der Fahrzeugkontakteinheit 16 nähert. Wenn der Ladevorgang beendet ist oder abgebrochen werden soll, werden die kontaktierten Kontaktflächen 13 wieder abgeschaltet und die Fahrzeugkontakteinheit 16 eingefahren. Abschließend wird die Schutzeinrichtung 86 geschlossen, um die Unterbodenkamera 74 abzuschirmen, und das Fahrzeug 10 ist zur Weiterfahrt bereit. Auf diese Weise kann eine elektrische Verbindung der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit der Bodenkontakteinheit 12 der Ladeinfrastruktur mit hoher Qualität und geringen Verlusten bereitgestellt werden.

Die beschriebenen Ausführungen sind lediglich als beispielhafte Ausführungen zu sehen. Selbstverständlich können die beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden.