本發(fā)明涉及一種用于在充電站和車輛之間建立通信的方法和相應系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

具有電驅(qū)動裝置的車輛通常包括電池，在其中可存儲用于使車輛電機運行的電能?？捎晒╇娋W(wǎng)絡為車輛電池充電。為此電池與供電網(wǎng)絡耦合，以便將電能從供電網(wǎng)絡輸入到車輛電池中。該耦合可有線(如通過充電電纜)和/或無線(如借助充電站和車輛之間的感應耦合)地進行。

一種用于為車輛電池自動、無線、感應充電的方法在于，從地面到車輛底部通過在車輛離地間隙120上的磁感應將電能傳輸?shù)诫姵刂小＿@例如在圖1中示出。圖1尤其是示出具有電能蓄能器103(如具有可充電電池103)的車輛100。該車輛100包括在車輛底部中的所謂次級線圈，該次級線圈通過未示出的阻抗匹配和整流器101與蓄能器103連接。次級線圈通常是所謂的“無線電力傳輸”(wpt)車輛單元102的一部分。

wpt車輛單元102的次級線圈可定位在初級線圈上方，初級線圈例如安裝在車庫地面上。初級線圈通常是所謂wpt地面單元111的一部分。初級線圈與電源110(在本文中也稱為充電單元110)連接。電源110可包括射頻發(fā)生器，其在wpt地面單元111的初級線圈中產(chǎn)生ac電流(交流電)，由此通過感應產(chǎn)生磁場。該磁場在本文中也稱為電磁充電場。所述電磁充電場可具有預定義的充電場頻率范圍。該充電場頻率范圍可處于lf(低頻)范圍中、如80－90khz中(尤其是85khz)。

當在離地間隙120上在wpt地面單元111的初級線圈和wpt車輛單元102的次級線圈之間存在足夠的磁耦合時，通過該磁場在次級線圈中感應出相應電壓并因此也感應出電流。在wpt車輛單元102的次級線圈中的感應電流由整流器101整流并存儲在蓄能器103(如電池)中。因此電能可無線地從電源110傳輸向車輛100的蓄能器103。充電過程在車輛100中可通過充電控制器105(也稱為wpt控制器105)來控制。為此充電控制器105可構(gòu)造用于例如無線地與充電單元110(如暗線箱)或與wpt地面單元111進行通信。

為了通過電磁充電場進行高效的能量傳輸，通常要求wpt車輛單元102相對準確地定位在wpt地面單元111上方。該定位可通過確定車輛100相對于wpt地面單元111的位置來輔助。此外，為了高效的充電過程，希望以高效(即盡可能無需車輛100的駕駛員干預)且快速的方式在車輛100的充電控制器105和充電單元110之間建立通信連接，以便例如開始用于充電過程的充電通信。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文所涉及的技術(shù)任務是尤其是在存在多個可能的wpt地面單元111或多個充電單元110時高效且快速地建立這種通信連接。

所述任務通過獨立權(quán)利要求來解決。此外，有利的實施方式在從屬權(quán)利要求中給出。

根據(jù)一方面描述一種用于在車輛的車輛通信單元和充電站的充電站通信單元之間建立無線通信連接的方法。充電站尤其可以是用于無線地(特別是用于感應)和/或非接觸式(如借助由機械手操作的充電電纜)為車輛的電能蓄能器充電的充電站。充電站可包括用于感應能量傳輸?shù)膚pt地面單元。通信單元可構(gòu)造用于建立無線lan(局域網(wǎng))連接(如根據(jù)ieee802.11)。為此充電站通信單元尤其是可包括無線lan接入點。

該方法包括借助車輛的lf發(fā)射單元發(fā)出低頻(lf)請求信號。在此所述lf請求信號指示關(guān)于車輛的標識符。尤其是lf請求信號可包含關(guān)于發(fā)出該lf請求信號的車輛身份的信息。lf請求信號可包括車輛的無鑰匙訪問功能的和/或無鑰匙發(fā)動機啟動功能的請求信號。lf發(fā)射單元和lf請求信號的發(fā)射頻率可介于20－140khz的lf頻率范圍中。

該方法還包括通過充電站的lf接收單元接收lf請求信號。充電站的lf接收單元可與具有無鑰匙訪問功能和/或無鑰匙發(fā)動機啟動功能的車輛鑰匙的接收單元構(gòu)造相同。通常lf請求信號僅具有極為有限的有效范圍(如5、4或3米或更小)。因此從通過充電站的lf接收單元對lf請求信號的接收可推導出該車輛位于充電站周圍(該周圍相應于lf請求信號的有效范圍)的有限范圍內(nèi)。

此外，該方法還包括通過充電站通信單元在廣播消息中發(fā)出關(guān)于標識符的信息。廣播消息可周期性地(如每秒10次)通過充電站通信單元被發(fā)出，以便指示該充電站通信單元處于其能夠建立通信連接的有效范圍內(nèi)。除了關(guān)于車輛標識符的信息外，廣播消息也可包括用于識別進行發(fā)射的充電站通信單元(如wlanssid)的信息。廣播消息尤其是可包括無線lan信標消息或信標消息。關(guān)于車輛標識符的信息可設(shè)置在信標消息的供應商擴展部分中。

該方法還包括通過車輛通信單元接收廣播消息。車輛通信單元或車輛于是可檢驗廣播消息是否包含關(guān)于標識符的信息。當確定廣播消息包含關(guān)于標識符的信息時，(必要時僅在此情況下才)可在車輛通信單元和充電站通信單元之間建立無線通信連接。尤其是可通過車輛通信單元發(fā)出用于在車輛通信單元和充電站通信單元之間建立無線通信連接的請求。

將關(guān)于標識符的信息插入廣播消息中允許車輛以節(jié)約成本和時間的方式確定哪個充電站緊鄰車輛。此外在充電站和車輛之間能夠快速建立通信連接(以便進行例如用于充電過程的充電通信)。

該方法還可包括通過車輛通信單元接收相應多個充電站的相應多個充電站通信單元的多個廣播消息。例如在停車場上或車庫中充電站可位于相鄰的停車位上。在這種情況下，lf請求信號有可能被多個充電站的多個充電站通信單元接收。此外，在此情況下車輛通信單元可接收不同充電站通信單元的多個廣播消息，在此一個或多個廣播消息可包含關(guān)于車輛標識符的信息。

該方法還可包括確定多個廣播消息中的包含關(guān)于標識符的信息的一個或多個廣播消息。此外，可從多個充電站通信單元中確定已發(fā)出所確定的所述一個或多個廣播消息的一個或多個充電站通信單元。因此可確定與車輛的距離小于或等于lf請求信號的有效范圍的一個或多個充電站。

此外，該方法還可包括選擇所確定的一個或多個充電站通信單元之一以用于建立無線通信連接。該選擇例如可通過車輛乘客手動進行。為此可輸出關(guān)于相應于所確定的所述一個或多個充電站通信單元的一個或多個充電站的信息，使得車輛乘客可選擇一個適合的充電站。必要時可生成視覺輸出，通過該視覺輸出識別所選擇的充電站通信單元的充電站，以便更簡單地定位在所選擇的充電站上。

充電站通信單元的廣播消息還可包括關(guān)于通過該充電站通信單元接收到的lf請求信號的信號強度的信息?；谛盘枏姸壤缈纱_定車輛和充電站之間的相對位置和/或距離?？筛鶕?jù)lf請求信號的信號強度選擇充電站通信單元以用于建立無線通信連接。尤其是可選擇車輛可以有利方式駛達的充電站。

該方法還可包括確定關(guān)于車輛軌跡的信息。尤其是可確定車輛的行駛方向和/或轉(zhuǎn)向角度。(必要時也)可根據(jù)關(guān)于車輛軌跡的信息選擇充電站通信單元以用于建立無線通信連接。由此可進一步改善“可駛達的”充電站的選擇。

根據(jù)另一方面描述一種用于為車輛的電能蓄能器充電的充電站。所述充電站包括lf接收單元，其構(gòu)造用于接收在充電站周圍的車輛的lf發(fā)射單元的低頻請求信號、即lf請求信號。在此充電站周圍通常由lf請求信號的有效范圍限定。所述lf請求信號包括關(guān)于車輛的標識符(或id)。

充電站還包括充電站通信單元，其構(gòu)造用于在廣播消息中發(fā)出關(guān)于標識符的信息。充電站通信單元還構(gòu)造用于基于車輛的車輛通信單元的請求在車輛通信單元和充電站通信單元建立無線通信連接。

根據(jù)另一方面描述一種車輛(尤其是道路車輛、如轎車、載貨車或摩托車)。該車輛包括低頻發(fā)射單元、即lf發(fā)射單元，其構(gòu)造用于發(fā)出lf請求信號，所述lf請求信號指示關(guān)于車輛的標識符。此外，車輛還包括車輛通信單元，其構(gòu)造用于接收充電站的充電站通信單元的廣播消息。車輛通信單元還構(gòu)造用于檢驗廣播消息是否包含關(guān)于標識符的信息。此外，車輛通信單元構(gòu)造用于在廣播消息包含關(guān)于標識符的信息時在車輛通信單元和充電站通信單元之間建立無線通信連接。

根據(jù)另一方面描述一種軟件(sw)程序。該sw程序可構(gòu)造用于在一個或多個處理器上(如部分在充電站的處理器上并且部分在車輛的處理器上)實施并且由此用于實施本文所描述的方法。

根據(jù)另一方面描述一種存儲介質(zhì)。該存儲介質(zhì)可包括sw程序，其構(gòu)造用于在處理器上實施并且由此用于實施本文所描述的方法。

應注意，本文中所描述的方法、裝置和系統(tǒng)不僅可單獨使用，而且也可結(jié)合其它本文中所描述的方法、裝置和系統(tǒng)來使用。另外，本文中所描述的方法、裝置和系統(tǒng)的任何方面可以多種方式相互組合。尤其是權(quán)利要求的特征可以多種方式相互組合。

附圖說明

下面借助實施例詳細說明本發(fā)明。附圖如下：

圖1為示例性車輛和示例性充電站的框圖；

圖2a為車輛的示例性組件；

圖2b為車輛鑰匙的示例性組件；

圖3為車輛在wpt地面單元上方的定位過程；

圖4為在存在多個wpt地面單元時車輛的定位過程。

具體實施方式

如開頭所述，本文涉及在車輛100和充電站110之間高效和快速地建立無線通信連接?？捎贸潆娬?10的識別和必要時車輛100在充電站110的wpt地面單元111上方的定位可借助低頻(lf)無線技術(shù)來進行，所述低頻無線技術(shù)例如用于車輛100的無鑰匙訪問功能。

不同車輛制造商提供這種向車輛100的無鑰匙訪問功能(也被稱為“智能鑰匙”)(在寶馬中例如以“舒適進入”(ca)之名)。無鑰匙訪問功能允許駕駛員在不使用鑰匙－鎖原理的情況下打開車門210或起動車輛100的發(fā)動機(參見圖2a)。為了打開車門210，駕駛員抓住門把手211。門把手211上或附近的接近傳感器212檢測該運動。隨后通過車輛100的一個或多個發(fā)射單元201發(fā)出特定lf信號(lf：低頻)。該信號也可稱為請求信號。換句話說，所述一個或多個發(fā)射單元201可構(gòu)造用于發(fā)出(特別是在lf范圍內(nèi)的)電磁場、即請求信號。所述一個或多個發(fā)射單元201的示例性發(fā)射頻率介于20－140khz的頻率范圍內(nèi)(如20khz、124khz、125khz、127khz、133khz或135khz)。

由一個或多個發(fā)射單元201發(fā)出的電磁場包括請求信號。發(fā)出的請求信號可包括多個部分。請求信號的第一部分可設(shè)計用于喚醒駕駛員鑰匙220中的接收單元223、即使其準備好接收進一步的信息(參見圖2b)。請求信號的另一部分可包括用于識別車輛100的信息。由所述一個或多個發(fā)射單元201發(fā)出的請求信號的不同部分可錯時地發(fā)射。

鑰匙220中的接收單元223構(gòu)造用于接收由所述一個或多個發(fā)射單元201發(fā)出的信號或信號部分并且確定信號或信號部分的信號強度或場強。此外，接收單元223可構(gòu)造用于確定已發(fā)出請求信號的發(fā)射單元201的標識符或標志。鑰匙220的鑰匙發(fā)射單元221借助響應信號響應接收到的請求信號。響應信號通常以與請求信號不同的(通常更高的)頻率范圍被傳送。例如響應信號可以433mhz(即在hf(高頻)范圍內(nèi))的響應頻率被傳送。

如圖2a所示，車輛100通常包括多個發(fā)射單元201。這些發(fā)射單元201可設(shè)置在車輛100中的不同位置上。所述多個發(fā)射單元201中的每個發(fā)射單元201都可發(fā)出請求信號(如信號脈沖)。這些請求信號可在時間上彼此錯開并且必要時可具有預定義的順序。替代或附加地，請求信號可具有單義的標志，由該標志可知請求信號由哪個發(fā)射單元201發(fā)出。鑰匙220和/或車輛100的接收單元204可借助該標志和/或順序?qū)⒄埱笮盘柗謩e單義地與多個發(fā)射單元201中的一個發(fā)射單元201相關(guān)聯(lián)。因此可確定各個請求信號的相應信號強度并且因此也可確定發(fā)射單元201與接收單元223之間的相應距離。由于發(fā)射單元201位于車輛100中的不同位置上，因此對于相應多個發(fā)射單元201產(chǎn)生多個距離。借助三角測量法可確定車輛100和接收單元223之間的相對距離。必要時也可確定車輛100關(guān)于接收單元223的定向。

如上所述，用于相對于車輛100定位鑰匙220的方法可以類似方式對于車輛100在地面單元111上方的定位而調(diào)整。為此地面單元111可設(shè)有一個或多個接收單元323(類似于鑰匙220的接收單元223)以用于接近的車輛100的發(fā)射單元201的請求信號。這在圖3中示出。圖3尤其是示出接近地面單元111的車輛100。該車輛100應這樣定位，使得地面單元111和車輛單元102之間的距離盡可能小。

圖3所示地面單元111包括兩個用于車輛100的發(fā)射單元201的請求信號的接收單元323。通過使用位于地面單元111的相應多個不同位置上的多個接收單元323，可提高車輛100相對于地面單元111位置確定的精度。但原則上一個唯一的接收單元323就足以用于確定車輛100相對于地面單元111的位置和/或旋轉(zhuǎn)(尤其是當車輛100具有多個發(fā)射單元201時)。在一種替代方案中，車輛100可具有一個唯一的發(fā)射單元201。在此情況下可借助多個接收單元323檢測多個信號強度來確定位置。

車輛100的控制器202可構(gòu)造用于導入用于定位車輛100的方法。尤其是該控制器202可引起車輛100的發(fā)射單元201發(fā)出請求信號。例如車輛100的駕駛員可引起定位過程的啟動(例如通過按壓車輛100中的按鍵或通過菜單選擇)。

地面單元111的一個或多個接收單元323構(gòu)造用于接收請求信號并且確定接收到的請求信號的信號強度并且發(fā)送回車輛100。為此可使用另一通信方法。車輛100尤其是可包括通信單元350，該通信單元構(gòu)造用于與地面單元111或充電單元110的相應通信單元351進行通信。通信單元350、351為此可使用無線通信方法(如wlan或藍牙)。通過通信單元350、351，充電單元110可與車輛100通信。尤其是所確定的信號強度可通過通信單元351、350(如通過wlan)傳送給車輛100。使用通信單元350、351來提供從充電單元110到車輛100的返回通道是有利的，因為如此可省卻在充電單元110中安裝鑰匙發(fā)射單元221。通信單元351、350通常也為充電通信所需，以便實施充電過程。

車輛100的控制器202構(gòu)造用于借助請求信號的信號強度確定車輛100的各個發(fā)射單元201和地面單元111的各個接收單元323之間的距離。然后可由這些距離(如通過使用三角測量法)確定車輛100相對于地面單元111的位置和/或車輛100相對于地面單元111的旋轉(zhuǎn)。

尤其是在公共充電裝置中，可能存在多個相鄰的充電站110，其具有相應的wpt地面單元111。在這種情況下不容易確保車輛100的通信單元350開始與多個充電站110中的車輛100應定位于其中的充電站110的通信單元351的通信連接。這種情況例如在圖4中示出。圖4尤其是示出兩個與地面單元111相鄰的wpt地面單元411，其具有用于車輛100的發(fā)射單元201的請求信號的接收單元423和用于與車輛100的通信單元350進行通信的通信單元451。

如上所述，車輛100的發(fā)射單元201(又稱為lf發(fā)射單元201)構(gòu)造用于發(fā)出包含車輛100和/或發(fā)射單元201的標志的請求信號。該請求信號尤其是可由第一地面單元111或第一充電站110的lf接收單元323接收和分析。

第一地面單元111的通信單元351可構(gòu)造用于發(fā)出一個或多個信標消息。這種信標消息可以規(guī)則的間隔(如每秒10次)發(fā)射。在信標消息內(nèi)例如可傳送通信單元351的名稱(如ssid、服務集標識符)。通信單元351可以是接入點(ap)、尤其是wlanap。

第一地面單元111的通信單元351可構(gòu)造用于在信標消息范圍內(nèi)發(fā)出關(guān)于lf發(fā)射單元201或車輛100的標志的信息。車輛100的相應通信單元350可從該信標消息中提取該標志并且因此識別第一地面單元111已接收到請求信號。另一方面，相鄰的地面單元411的信標消息通常不包含lf發(fā)射單元201或車輛100的標志。因此，車輛100的通信單元350可單義地識別應與哪個地面單元111建立通信連接。

車輛100因此通過所述一個或多個lf發(fā)射單元201發(fā)出消息(即請求信號)。不同的lf發(fā)射單元201可通過附加的位或子id和/或通過請求信號的時間變化來區(qū)分。地面單元111、411中的一個或多個lf接收單元323、423搜尋這些請求信號。接收至少一個請求信號的地面單元111、411可檢測車輛100的存在并且必要時確定車輛100相對于相應地面單元111、411的相對位置(基于接收到的請求信號的信號強度)。

根據(jù)車輛100的位置和/或根據(jù)請求信號的有效范圍有可能只有一部分可用地面單元111、411可接收請求信號。地面單元111、411可基于接收到的請求信號(必要時以協(xié)作方式)確定：車輛100接近多個地面單元111、411中的哪個地面單元111或車輛100定位于哪個地面單元111上方。被確定的地面單元111隨后可借助充電站通信單元351(尤其是通過wlan連接)發(fā)送關(guān)于一個或多個接收到的請求信號的數(shù)據(jù)。尤其是可發(fā)送車輛100或lf發(fā)射單元201的id。此外可發(fā)送關(guān)于接收到的請求信號的信號強度的信息。發(fā)出的信息可用于周期性的信標消息(如借助所謂的供應商擴展部分)中。必要時可加密所發(fā)出的信息以便加強隱私保護(例如借助隨機數(shù)以及隨機數(shù)和id的哈希值)。

車輛100掃描信標消息。尤其是車輛通信單元350可掃描信標消息。此外，可將包含車輛100和/或lf發(fā)射單元201的id的信標消息過濾出。因此可確定應與哪個地面單元111和相應充電站通信單元351建立充電通信。

可選地，車輛100(即車輛通信單元350)可根據(jù)請求信號的信號強度揀選接收到的信標消息。尤其是有可能多個接收到請求信號的地面單元111、411發(fā)出相應信標消息。這些信標消息可包含關(guān)于接收到的請求信號的信號強度的信息。因此基于信號強度，車輛100(即車輛通信單元350)可選擇車輛100應定位于其上方并且應與之建立充電通信連接的地面單元111。例如車輛100可借助信號強度和/或借助自身的運動向量和/或借助轉(zhuǎn)向角度確定車輛100駛向哪個地面單元111。隨后可與該地面單元111的充電站通信單元351建立連接。

因此，可確定必要時揀選出的可用地面單元111、411列表。車輛100的車輛通信單元350必要時可逐個與可用地面單元111、411列表中的地面單元111、411的充電站通信單元351、451建立通信連接，以便實現(xiàn)定位和/或達成充電過程。一旦識別適合的地面單元111，可中斷對可用地面單元111、411列表中的地面單元的掃描。

所選擇的地面單元111可構(gòu)造用于向車輛100的駕駛員發(fā)出視覺信號(例如通過內(nèi)置燈具)以表明充電過程應借助所選擇的地面單元111來進行。替代或附加地，車輛100可在顯示器上為駕駛員顯示關(guān)于所選擇的地面單元111的信息(或關(guān)于識別的地面單元111、411列表的信息)。

通過在本文中所描述的方法可以節(jié)約成本和時間的方式在車輛100和多個相鄰的充電站110中的一個充電站110之間建立通信連接。所描述的方法可簡單地應用并能建立安全的通信連接。

此外，本發(fā)明不局限于所顯示的實施例。尤其是應注意，說明書和附圖僅應說明所提出的方法、裝置和系統(tǒng)的原理。