用于将车辆定位在充电站的系统和方法与流程

1.本发明涉及一种用于将车辆定位在充电站的系统和方法。本发明进一步涉及一种包括用于执行该方法的程序代码装置的计算机程序。


背景技术：

2.车辆通常包括用于推进车辆的发动机。发动机可以通过各种方式被提供动力，诸如通过内燃机中的液体或气体燃料，或者通过电机或电动机中的电力。此外，存在混合动力解决方案，其中，车辆由内燃机和电机两者推进。以任一种方式，可以使用电池为电机提供动力，该电池需要周期性地被充电。
3.对电池充电的一种常见解决方案是通过由电线连接到电源，诸如例如电网的插头。通常，车辆停放在提供这种充电能力的停车/充电点，并且驾驶员或其他人手动将电力发射器插入电力接收器，例如车辆的插口，插口与电池电连通，从而能够对电池充电。对电池充电的另一种解决方案是通过无线充电系统。无线充电系统通常包括具有被配置为发射电磁辐射的电力发射线圈或传输线圈的充电站。无线充电系统通常进一步包括电力接收线圈，该电力接收线圈优选地布置在车辆上并与电池电连通，并且被配置为接收用于对电池充电的所发射的电磁辐射。
4.当车辆接近充电点时，车辆将被定位以便能够通过充电能力进行充电。例如，可以提供道路中的标记或充电点末端处的物理停靠点，以将车辆引导到能够充电的位置，或者至少足够接近以能够微调充电装置的定位。然而，车辆的这种定位辅助具有局限性，因为例如标记或物理停靠点是相同的，而不管车辆的特性如何。
5.因此，在产业中有改进车辆在充电点的定位的需要。


技术实现要素：

6.本公开的目的是至少在一定程度上减轻上面关于已知的车辆定位辅助所讨论的缺点，并且改进用于将车辆定位在充电站的系统。
7.根据本发明的至少第一方面，提供了一种用于将车辆定位在充电站的系统。该系统包括：
[0008]-无线通信装置，该无线通信装置包括第一通信设备，该第一通信设备被配置为通过无线协议与第二通信设备无线通信，
[0009]-车辆定位装置，该车辆定位装置包括被配置为发射检测信号的发射天线和被配置为接收检测信号的接收天线，发射天线和接收天线中的一个被布置在车辆上，并且另一个被布置在充电站上，
[0010]
其中，发射天线对检测信号的发射和/或接收天线对检测信号的检测被控制，以确定发射天线与接收天线之间的角度，该角度被用于将车辆引导到充电站的预定位置，并且其中，第一通信设备包括车辆定位装置的发射天线或接收天线。
[0011]
由此，提供了一种用于能够将车辆有效定位在充电站的有效但简单的系统。因此，
可以改进车辆的充电过程。特别地，通过利用通常安装在充电站和/或车辆中的通信装置，诸如第一通信设备的现有设备可以被用于车辆定位装置的至少一部分。因此，能够减少或最小化用于将车辆定位在充电站的组件或至少附加组件的数量。此外，通过至少利用第一通信设备确定发射天线与接收天线之间的角度，能够以直接的方式确定车辆相对于充电站的位置。此外，对于不同类型的车辆或不同的车辆特性，诸如不同尺寸的车辆，能够以期望的方式实现车辆在充电站的定位。
[0012]
应当理解，当陈述控制由发射天线对检测信号的发射和/或由接收天线对检测信号的检测以确定发射天线与接收天线之间的角度时，通常车辆定位装置被配置为实现这种由发射天线对检测信号的控制和/或由接收天线对检测信号的检测。
[0013]
根据至少一个示例实施例，车辆包括电机和被配置为向电机提供动力的电池。车辆可以被称为电动车辆，并且可以例如是全电动车辆或混合动力车辆。因此，电机优选地是牵引电机，其被配置为至少部分地有助于推进车辆。换句话说，电机例如经由齿轮箱被耦合到驱动轴，该驱动轴被配置为将运动传递到车辆的推进装置，诸如车轮。车辆被配置为由充电站充电，例如经由电缆、包括充电站上的电力发射器和车辆上的电力接收器的电力传导装置、或诸如例如感应充电的无线充电装置。例如，根据至少一个示例实施例，充电站可以包括可移动臂，该可移动臂包括电力发射器并且被配置为移动以便接触车辆的一部分，诸如车辆的车顶。相应地，车辆的电力接收器可以被布置在车辆的车顶上并且被布置为例如接触轨。具有可移动臂和安装在车顶的接触轨的这种充电配置可以被称为经由受电弓的导电静电充电。通过充电，可以例如使用直流电对被配置为向电机提供动力的电池充电。
[0014]
无线通信装置可以基于任何无线通信技术，例如wi-fi、zigbee、蓝牙或无线电。例如，无线通信装置是使用利用各种频率，包括但不限于2.4ghz、5ghz、6ghz和60ghz频带，的ieee 802.11的通信协议的wi-fi装置。如果使用另一种无线通信技术，则使用适当的通信协议。通信协议定义了通信的规则、语法、语义和同步以及可能的错误恢复方法。通信协议可以由硬件、软件或两者的组合来实现。因此，本发明的无线通信装置将明确定义的格式用于在第一与第二通信设备之间交换通信。
[0015]
根据至少一个示例实施例，用于与第二通信设备进行无线通信的第一通信设备的天线被用作发射天线或接收天线，这取决于第一通信设备中包括发射天线和接收天线中的哪一个。由此，可以甚至进一步减少系统的组件的数量。
[0016]
也就是说，除了在车辆定位装置中被用于确定发射天线和接收天线之间的所述角度之外，取决于第一通信设备中包括发射天线和接收天线中的哪一个，发射天线或接收天线还可以被用于使用所述无线协议与第二通信设备进行无线通信。可替代地，除了被用于通过所述无线协议与第二通信设备进行无线通信的辅助发射或接收天线之外，发射或接收天线存在于第一通信设备中，取决于第一通信设备中包括发射和接收天线中的哪一个。因此，取决于第一通信设备中包括发射天线和接收天线中的哪一个，发射天线或接收天线可以在车辆定位装置中被用于确定发射天线与接收天线之间的所述角度，而不被配置为通过所述无线协议与第二通信设备无线通信。
[0017]
根据至少一个示例实施例，发射天线及接收天线被配置为借助于无线协议彼此无线通信。例如，无线协议与用于第一通信设备和第二通信设备之间的无线通信的无线协议相同。因此，无线协议可以基于任何无线通信技术，例如wi-fi、zigbee、蓝牙或无线电。优选
地，wi-fi被使用。然而，应当理解，下面描述的天线功能独立于或至少可适当地独立于用于发射天线和接收天线的无线协议，该天线功能与被配置为形成具有主瓣的辐射图案的天线元件阵列相关，其中，该天线元件阵列被布置为形成能够改变主瓣的形状的方向性天线。
[0018]
由车辆定位装置确定的发射天线与接收天线之间的角度可以被称为所确定的角度。
[0019]
根据至少一个示例实施例，角度借助于极坐标来确定。由此，可以有利地确定从发射天线延伸到接收天线的几何矢量的角度以及方向。因此，根据至少一个示例实施例，所确定的角度包括发射天线与接收天线之间的方向。根据至少一个示例实施例，发射天线对检测信号的发射和/或接收天线对检测信号的检测被控制，以确定发射天线与接收天线之间的角度和方向。
[0020]
根据至少一个示例实施例，所确定的角度相对于三维空间被确定。即，三维空间中的发射天线与接收天线之间的角度被确定。因此，当在三维空间中分离发射天线和接收天线时，存在从发射天线延伸到接收天线的几何矢量。可以例如根据iso 80000-2:2019相对于球面坐标系来定义这种几何矢量。因此，车辆定位装置可以被配置为相对于这种球面坐标系确定角度。由此，从发射天线延伸到接收天线的几何矢量的角度以及方向可以由车辆定位装置确定。
[0021]
从发射天线延伸到接收天线的几何矢量可以被称为(参考球面坐标系)从发射天线到接收天线的径向距离。换句话说，参考三维空间中的坐标系的x轴、y轴和z轴，所确定的角度可以根据从z轴测量的极角以及其在参考平面(xy平面)上的正交投影的方位角来确定，该参考平面通过原点(即发射或接收天线)并且与z方向正交，从该平面上的固定参考方向测量方位角。径向距离可以被称为半径或径向坐标。极角可以被称为余纬度、天顶角、法线角或倾斜角。因此，通过所确定的角度，并且知道从发射天线到接收天线的径向距离或z方向上的距离，可以确定xy平面中发射天线与接收天线之间的距离。此外，通过所确定的角度(即，极角和方位角两者)，已知xy平面中的这种距离的方向，便于将车辆引导到预定位置。因此，在本技术中，所确定的角度有时被简称为“角度”或“角度和方向”。
[0022]
根据至少一个示例实施例，发射天线被布置在充电站上，并且接收天线被布置在车辆上。根据至少一个示例实施例，第一通信设备被布置在充电站上。因此，包括发射天线的第一通信设备可以被布置在充电站上。根据至少一个示例实施例，接收天线不被包括在第二通信设备中。根据至少一个可替代的示例实施例，发射天线被布置在车辆上，并且接收天线被布置在充电站上。根据至少一个示例实施例，第一通信设备被布置在车辆上。因此，包括接收天线的第一通信设备可以被布置在车辆上。根据至少一个示例实施例，发射天线不被包括在第二通信设备中。可替代地，第一通信设备被布置在车辆上，并且包括发射天线或发射天线。
[0023]
根据至少一个示例实施例，充电站包括充电桩，例如被配置为使用例如受电弓对车辆进行日常充电的充电桩。因此，充电桩可以是几米高，诸如例如高于3m或高于4.5m。例如，包括发射或接收天线的第一通信设备被布置在充电站的顶部。对于这样的示例，车辆的发射或接收天线优选地被布置在车辆的车顶上。
[0024]
根据至少一个示例实施例，通过改变发射或检测(例如，发射或检测的方向)来控制发射天线对检测信号的发射和/或接收天线对检测信号的检测，其中，可以通过确定检测
信号相对于发射或检测的方向(或方向的改变)的信号强度来确定发射天线与接收天线之间的角度和方向。即，从发射天线延伸到接收天线的几何矢量的角度和方向可以由如前所述的车辆定位装置通过确定检测信号相对于发射或检测的方向(或方向变化)的信号强度来确定。
[0025]
根据至少一个示例实施例，发射天线被配置为扫描其周围环境以检测或识别与发射天线兼容的接收天线。这种检测或识别可以例如通过信标信号来实现。即，发射天线可以被配置为发射信标信号。一旦接收天线检测到信标，或者以其他方式被识别，就可以发起对发射天线与接收天线之间的角度和方向的确定。
[0026]
根据至少一个示例实施例，预定位置是能够在充电站对车辆充电的期望位置。例如，车辆定位装置被配置为将车辆定位在充电站的预定位置的至少20cm内或至少10cm内。因此，车辆定位装置被配置为将车辆定位在相对于充电站的充电位置，或者至少足够靠近充电位置，以能够微调充电装置的定位(诸如，相对于车辆的电力接收器微调充电站的电力发射器的定位，以发起车辆的充电)。例如，车辆定位装置被配置为例如通过充电站的电力发射器远离车辆的电力接收器(即充电站的发射器对于车辆的电力接收器是检测不到的)，将车辆从车辆远离充电位置的不可充电位置引导到充电位置。
[0027]
根据至少一个示例实施例，车辆在充电站的定位可以被分成至少两个单独的定位尺度，用于将车辆从第一位置定位到第二位置的宏观尺度，以及用于将车辆或充电装置从第三位置微调定位到第四位置的微观尺度。通常，第一位置与第二位置之间的距离大于1m，或大于2m，或大于5m。例如，第一位置与第二位置之间的距离可以由与发射天线和接收天线之间的检测能力相对应的最大距离界定。车辆通常被(手动地或自主地)驱动了第一位置与第二位置之间的距离。换句话说，通过在驱动方向上移动车辆来实现车辆在第一位置与第二位置之间的重新定位。
[0028]
根据至少一个示例实施例，车辆定位装置被配置为根据宏观尺度定位和微调定位两者，将车辆定位在充电站。根据至少一个示例实施例，车辆定位装置被配置为根据宏观尺度定位，将车辆定位在充电站。根据至少一个示例实施例，车辆定位装置被配置为根据宏观尺度定位而不是微调定位将车辆定位在充电站。这种排除的微调定位可以例如包括相对于无线充电装置的电力发射线圈重新定位电力接收线圈。
[0029]
根据至少一个示例实施例，车辆定位装置被配置为通过将车辆重新定位至少1m、或至少2m、或至少5m来将车辆定位在充电站。
[0030]
根据至少一个示例实施例，发射天线和接收天线中的至少一个包括被配置为形成具有主瓣的辐射图案的天线元件阵列，其中，该天线元件阵列被布置为形成能够改变主瓣的形状的方向性天线。
[0031]
因此，通过利用方向性天线和主瓣的形状，可以例如通过测量检测信号的信号强度并将信号强度与方向性天线的方向变化或主瓣的形状变化进行比较来确定发射天线与接收天线之间的角度和方向。因此，天线元件阵列被配置为通过控制(激活和去激活)天线元件来对辐射图案进行整形以接收或指引检测信号。因此，天线元件阵列中的天线元件是有源可控的。换句话说，车辆定位装置被配置为通过激活天线元件的第一子集来形成辐射图案的第一形状或主瓣的第一形状，并且通过激活天线元件的第二子集来形成辐射图案的第二形状或主瓣的第二形状，第二子集至少部分地不同于第一子集。因此，通过比较辐射图
案或主瓣的第一形状与第二形状之间的检测信号的信号强度，可以如前所述确定发射天线与接收天线之间的角度和方向。通常，两种以上形状的辐射图案或主瓣以及检测信号的对应的信号强度被比较以确定所述角度和方向。
[0032]
根据至少一个示例实施例，天线元件阵列中的天线元件的数量为至少5、或至少7、或至少9。
[0033]
根据至少一个示例实施例，发射天线和接收天线都包括天线元件阵列，其中，天线元件以相同的天线图案或不同的天线图案布置。
[0034]
根据至少一个示例实施例，天线元件阵列被布置在xy平面中，其中，车辆定位装置被配置为通过激活例如x方向和/或y方向的聚焦方向上的天线元件来对主瓣进行整形。
[0035]
因此，可以在由笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴定义的三维空间中定义天线元件阵列。因此，可以至少在xy平面中控制主瓣的形状。xy平面可以例如是水平面。根据至少一个示例实施例，天线元件的聚焦方向是xy平面中的线性方向。通常，当激活聚焦方向上的天线元件时，激活所述方向上的天线元件的子集，而停用天线元件阵列的其他天线元件。当改变聚焦方向时，激活天线元件的另一子集，并且停用天线元件阵列的其他天线元件。天线元件阵列通常形成天线元件的天线图案，例如十字的天线图案。
[0036]
根据至少一个示例实施例，车辆定位装置被配置为在相邻天线元件之间引入相位差。
[0037]
这种相位差例如通过控制到每个天线元件的馈电电流来实现。例如，每个天线元件的馈电电流通过由控制单元控制的移相器。因此，天线元件阵列可以被称为天线元件的相控阵列。
[0038]
根据至少一个示例实施例，车辆定位装置被配置为通过在聚焦方向上激活的相邻天线元件之间引入相位差来实现主瓣的倾斜。
[0039]
因此，通过变更天线元件之间的相位差，可以控制主瓣的辐射图案或形状，并且因此控制发射天线的最大强度的方向或接收天线的灵敏度。通过重复这种变更在不同的聚焦方向上的各种天线元件之间的相位差，即在主瓣四周移动或改变主瓣的方向，并且在这种过程期间测量信号强度，能够确定发射天线相对于接收天线的方向，即发射天线与接收天线之间的角度和方向。
[0040]
换句话说，并且根据至少一个示例实施例，车辆定位装置被配置为检测与不同倾斜(或主瓣的不同形状)有关的检测信号的信号强度，并且基于该信号强度，确定发射天线与接收天线之间的角度(和方向)。
[0041]
因此，根据至少一个示例实施例，车辆定位装置被配置为重复地变更各种天线元件之间的相位差以改变主瓣的方向。
[0042]
由此，主瓣的方向随时间改变或变化。
[0043]
根据至少一个示例实施例，针对车辆的天线(发射天线或接收天线)实现天线元件阵列的相位差。即，车辆定位装置被配置为在车辆的天线的相邻天线元件之间引入相位差。
[0044]
根据至少一个示例实施例，车辆包括接收天线，其中，针对车辆的接收天线实现天线元件阵列的相位差。通过操纵车辆天线的图案(通过变更天线元件之间的相位差)，车辆能够确定接收天线的灵敏度的最大强度的方向，并且因此确定充电站的方向，而没有车辆与充电站之间的任何同步。通常，发射天线然后被配置为发射固定检测信号(或者形成为方
向性天线或不形成为方向性天线)。即，因为它不随时间变化，发射天线的检测信号的方向是固定的。
[0045]
根据至少一个示例实施例，发射天线与接收天线之间的竖直距离是已知的或预定的。
[0046]
竖直距离这里被定义为三维坐标系的z方向上或沿着z轴的距离。因此，发射天线与接收天线之间的竖直距离可以被称为发射天线与接收天线之间的高度差。通过知道发射天线与接收天线之间的竖直距离(或高度距离)以及发射天线与接收天线之间的角度和方向，可以确定发射天线与接收天线之间的距离(例如，水平距离)。因此，可以确定充电站与车辆之间的距离(例如水平距离)。因此，可以以直接的方式实现将车辆定位在充电站的预定位置。可以例如通过无线通信装置，在充电站与车辆之间传送发射天线和接收天线的各自的竖直位置(或高度位置)来确定发射天线与接收天线之间的竖直距离(或高度距离)。此外，车辆可以预先知道充电站的高度和发射天线或接收天线的高度位置，无论哪个被安装在充电站。通常相对于地面或道路来限定充电站和车辆上的发射天线和接收天线的高度。
[0047]
根据本发明的第二方面，提供了一种用于将车辆定位在充电站的方法，车辆或充电站包括第一通信设备，该第一通信设备被配置为通过无线协议与第二通信设备无线通信。该方法包括：
[0048]-通过布置在车辆或充电站上的发射天线来发射检测信号，
[0049]-通过布置在车辆和充电站中的另一个上的接收天线，从发射天线接收检测信号，
[0050]-由发射天线对检测信号的发射和/或由接收天线对检测信号的检测被控制，以确定发射天线与接收天线之间的角度，
[0051]-至少使用所确定的角度将车辆引导到充电站的预定位置，
[0052]
其中，发射检测信号或接收检测信号包括将第一通信设备用于发射天线或接收天线。
[0053]
本发明的第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面描述的效果和特征。关于本发明的第一方面提到的实施例在很大程度上与本发明的第二方面兼容，其中一些实施例在下面举例说明，通常不重复有益效果。
[0054]
根据至少一个示例实施例，发射天线和接收天线中的至少一个包括天线元件阵列，该天线元件阵列被配置为形成具有主瓣的辐射图案，该天线元件阵列被布置为形成方向性天线，并且该方法包括：
[0055]-通过控制天线元件阵列来改变主瓣的形状。
[0056]
换句话说，控制发射天线对检测信号的发射和/或接收天线对检测信号的检测以确定发射天线与接收天线之间的角度和方向可以包括控制天线元件阵列以改变主瓣的形状。控制发射天线对检测信号的发射和/或接收天线对检测信号的检测通常包括控制发射天线的最大强度的方向或接收天线的最大灵敏度。
[0057]
根据至少一个示例实施例，天线元件阵列被布置在xy平面中，并且该方法包括：
[0058]-通过激活在例如x方向和/或y方向的聚焦方向上的天线元件来对主瓣进行整形。
[0059]
这种整形例如如依照本发明的第一方面所述。
[0060]
根据至少一个示例实施例，该方法包括：
[0061]-在天线元件阵列中的相邻天线元件之间引入相位差。
[0062]
这种相位差可以通过依照本发明的第一方面讨论的移相器来实现。
[0063]
根据至少一个示例实施例，该方法包括：
[0064]-在通过激活聚焦方向上的天线元件来对主瓣进行整形期间，通过引入相邻天线元件之间的相位差来使主瓣倾斜。
[0065]
根据至少一个示例实施例，该方法包括：
[0066]-检测与主瓣的不同倾斜有关的检测信号的信号强度，以及
[0067]-基于所检测的信号强度来确定发射天线与接收天线之间的角度。
[0068]
根据至少一个示例实施例，该方法包括：
[0069]-提供发射天线与接收天线之间的竖直距离的已知或预定值。
[0070]
例如，发射天线与接收天线之间的竖直距离(或参考本发明的第一方面描述的高度差)可以被测量。这种测量可以例如通过激光测量来执行。然而，通常，车辆可以预先知道充电站的高度和发射天线或接收天线的高度位置，无论哪个被安装在充电站。此外，车辆通常知道发射天线或接收天线的高度，无论哪个被安装在车辆中。
[0071]
根据本发明的第三方面，提供了一种包括指令的计算机程序，当该程序在计算机上运行时，该指令使本发明的第一方面的系统执行本发明的第二方面的方法的步骤。
[0072]
根据本发明的第四方面，提供了一种承载计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括指令，当程序产品在计算机上运行时，该指令使本发明的第一方面的系统执行本发明的第二方面的方法的步骤。
[0073]
本发明的第三和第四方面的效果和特征很大程度上类似于上面结合本发明的第一和第二方面描述的效果和特征。关于本发明的第一和第二方面提到的实施例在很大程度上与本发明的第三和第四方面兼容。
[0074]
根据本发明的第五方面，提供了一种被配置为对车辆充电的充电站。充电站可以包括例如依照本发明的第一方面(即，通过包括发射天线和接收天线中的至少一个)将车辆定位在充电站的系统，或者包括依照本发明的第三和第四方面的控制单元，该控制单元包括计算机程序或承载计算机程序的计算机可读介质。
[0075]
根据一个示例实施例，充电站被配置为有助于将车辆定位在充电站，该充电站包括：
[0076]-无线通信装置，该无线通信装置包括第一通信设备，该第一通信设备被配置为通过无线协议与第二通信设备无线通信，
[0077]-被配置为发射检测信号的发射天线或被配置为接收从发射天线发射的检测信号的接收天线，发射天线或接收天线被配置为与车辆上的对应的接收天线或发射天线交互，
[0078]
其中，由发射天线对检测信号的发射或由接收天线对检测信号的检测被控制，无论哪个被包括在充电站中，以确定充电站上的发射天线或接收天线与车辆上的对应的接收天线或发射天线之间的角度，该角度被用于确定从车辆到充电站的预定位置的距离，并且其中，第一通信设备包括发射天线或接收天线，无论哪个被包括在充电站中。该距离可以被用于将车辆引导到充电站的预定位置。该距离可以被称为路线。
[0079]
因此，充电站被配置用于无线通信，并且可以至少包括第一通信设备，该第一通信设备被配置为通过无线协议与第二通信设备无线通信。此外，充电站至少包括参考本发明的第一方面描述的车辆定位装置的发射天线或接收天线(即，车辆定位装置包括被配置为
发射检测信号的发射天线和被配置为接收检测信号的接收天线)。发射天线对检测信号的发射或接收天线对检测信号的检测被控制，以确定车辆与充电站之间的角度和方向，即对应的一对发射天线与接收天线之间的角度和方向，该角度和方向被用于将车辆引导到充电站的预定位置，如前所述。通常，包括在充电站中的第一通信设备包括发射天线或接收天线，无论哪个被包括在充电站中。
[0080]
根据至少一个示例实施例，充电站包括充电桩，例如被配置为使用例如受电弓对车辆进行日常充电的充电桩。因此，充电桩可以是几米高，诸如例如高于1.5m或高于2m。例如，包括发射或接收天线的第一通信设备被布置在充电站的顶部。
[0081]
根据本发明的第六方面，提供了一种被配置为在充电站充电的车辆。车辆可以包括例如依照本发明的第一方面的用于将车辆定位在充电站的系统(即，通过包括发射天线和接收天线中的至少一个)，或者包括依照本发明的第三和第四方面的控制单元，该控制单元包括计算机程序或承载计算机程序的计算机可读介质。根据至少一个示例实施例，车辆包括参考本发明的第一方面描述的天线元件阵列。例如，天线元件阵列可以被包括在车辆的接收天线中。
[0082]
根据至少一个示例实施例，车辆被配置为被定位在充电站，该车辆包括：
[0083]-无线通信装置，该无线通信装置包括第一通信设备，该第一通信设备被配置为通过无线协议与第二通信设备无线通信，
[0084]-被配置为发射检测信号的发射天线，或者被配置为接收从发射天线发射的检测信号的接收天线，发射天线或接收天线被配置为与充电站上的对应的接收天线或发射天线交互，
[0085]
其中，由发射天线对检测信号的发射或由接收天线对检测信号的检测被控制，无论哪个被包括在车辆中，以确定车辆上的发射天线或接收天线与充电站上的对应的接收天线或发射天线之间的角度，该角度被用于确定从车辆到充电站的预定位置的距离，并且其中，第一通信设备包括发射天线或接收天线，无论哪个被包括在充电站中。该距离可以被用于将车辆引导到充电站的预定位置。该距离可以被称为路线。车辆可以使用导航手动地或自主地被驱动到预定位置。
[0086]
因此，车辆被配置用于无线通信，并且可以至少包括第一通信设备，该第一通信设备被配置为通过无线协议与第二通信设备无线通信。此外，车辆至少包括参考本发明的第一方面描述的车辆定位装置的发射天线或接收天线(即，车辆定位装置包括被配置为发射检测信号的发射天线和被配置为接收检测信号的接收天线)。发射天线对检测信号的发射或接收天线对检测信号的检测被控制，以确定车辆与充电站之间的角度和方向，即对应的一对发射天线与接收天线之间的角度和方向，该角度和方向被用于将车辆引导到充电站的预定位置，如前所述。通常，包括在车辆中的第一通信设备包括发射天线或接收天线，无论哪个被包括在车辆中。
[0087]
本发明的第五和第六方面的效果和特征很大程度上类似于上面结合本发明的其他方面描述的效果和特征。关于本发明的其他方面提到的并且适用于充电站或车辆的实施例在很大程度上与本发明的第五和第六方面兼容。
[0088]
在以下描述和附图中公开和讨论了本公开的其他优点和特征。
附图说明
[0089]
参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
[0090]
在附图中：
[0091]
图1a是根据本发明的示例实施例的充电站、车辆和用于将车辆定位在充电站的系统的示意图；
[0092]
图1b是图1a的充电站、车辆和用于将车辆定位在充电站的系统的立体图；
[0093]
图2是根据本发明的示例性实施例的用于发射天线和接收天线中的至少一个的天线元件阵列的示意性详细立体图；
[0094]
图3a、图3b、图3c和图3d是根据本发明元件的示例实施例的天线元件阵列的示意性详细视图；以及
[0095]
图4是图示根据本发明的示例实施例的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
[0096]
参考图1a和图1b，公开了车辆1，这里体现为重型卡车1，对于该车辆1，用于将车辆1定位在本公开中公开的类型的充电站200的系统100是有益的。然而，系统100也可以在其他类型的车辆中实现，诸如在公共汽车、轻型卡车、乘用车、船舶应用等中，这些车辆需要充电。车辆1是电动车辆，诸如全电动车辆或混合动力车辆，其包括电池10和电机或发动机20，电机或发动机20这里被称为由电池10提供动力的电机。车辆1被配置为由充电站200充电。在图1a和图1b中，充电借助于电力发射器210来实现，电力发射器210被布置在充电站200上并且被配置为将电力传输到车辆1的电力接收器30，但是充电也可以通过无线充电系统(未示出)来实现，诸如包括发射线圈和接收线圈的感应充电系统，其中发射线圈和接收线圈中的一个被布置在车辆1上。图1a和图1b中的车辆1进一步包括车顶5，车顶5包括车辆1的上侧，以及用于推进车辆1的装置，诸如车轮。
[0097]
用于将车辆1定位在充电站200的系统100包括无线通信装置110，该无线通信装置110具有第一通信设备112，该第一通信设备112被配置为通过无线协议116与第二通信设备114无线通信。第二通信设备114可以，但不是必须，被包括在无线通信装置110中。第一通信设备112在图1a和1b中被布置在充电站200上，并且第二通信设备114被图示为车辆1外部的通信设备，但是也可以被布置在车辆1上，或者可以被包括在诸如移动电话的用户携带设备中。可替代地，第一通信设备112可以被布置在车辆1上，并且第二通信设备114被布置在车辆1和充电站200的外部，或者被布置在充电站200上。无线通信装置110可以例如是使用包括但不限于2.4ghz、5ghz、6ghz和60ghz频带的利用各种频率的ieee 802.11的通信协议的wi-fi装置。
[0098]
用于将车辆1定位在充电站200的系统100进一步包括车辆定位装置120，该车辆定位装置120包括被配置为发射检测信号126的发射天线122和被配置为接收检测信号126的接收天线124。检测信号126在图1a中被示意性地图示为箭头，但是也可以被认为是具有特定检测区域的波束。在图1a和图1b中，发射天线122被布置在充电站200上，并且接收天线124被布置在车辆1上。然而，在本发明的范围内也可以设想将发射天线122布置在车辆1上，并且将接收天线124布置在充电站200上。无论位于充电站200上还是位于车辆1上，发射天线122优选地被配置为发送出信标(例如，在所有方向上或在所指引的方向上)，并且接收天
线被配置为扫描其周围环境以检测信标并确定到其的角度，诸如三维空间中的角度。对于发射天线122被配置为(例如，通过包括如下文参考图2所描述的天线阵列)发射方向性信标或检测信号的实施例，接收天线124通常被配置为将某一类型的识别信号发送回到发射天线以验证接收天线124接收到信标(可能包括该识别信号的信号强度以确定发射天线122与接收天线124之间的角度，如下文所述)。当车辆1足够靠近充电站200以使接收天线124能够(通过例如识别信标信号)识别发射天线122的存在时，可以开始车辆1相对于充电站200的定位。
[0099]
在图1a和1b中，第一通信设备112包括发射天线122。车辆定位装置120被配置为使得发射天线122对检测信号126的发射和/或接收天线124对检测信号126的检测被控制，以确定发射天线122与接收天线124之间的角度α。角度α可以被用来将车辆1引导到充电站200的预定位置300，如将参考图4更详细所述。
[0100]
现在将参考图2和图3a、3b、3c和3d描述车辆定位装置或车辆定位装置的至少一部分的实施例。图2示意性地图示了包括五个天线元件420a、420b、420c、420d、420e(通常称为420a-e)的天线元件420的阵列，其可以被用在车辆定位装置的发射天线和接收天线中的至少一个中(诸如，例如，图1a和1b的车辆定位装置120的发射天线122和接收天线124中的至少一个)。天线元件420a-e被布置在相对于笛卡尔坐标系中由x轴、y轴和z轴定义的三维空间的xy平面中。天线元件阵列420被配置为形成具有主瓣450的辐射图案。主瓣450具有在z方向上的主延伸部和xy平面中的宽度或广度。在图2的示例实施例中，五个天线元件420a-e以十字被布置，其中三个天线元件420a、420b、420c被布置在作为x方向的第一线性方向上，并且三个天线元件420a、420d、420e被布置在作为y方向的第二线性方向上(因此，被布置在十字中间的天线元件420a被用作天线元件420a-e的第一线性方向和第二线性方向两者的中间天线元件420a)。
[0101]
天线元件阵列420被布置为形成能够改变主瓣420的方向的方向性天线。更详细地，可以通过激活聚焦方向上的天线元件420a-e来对主瓣450进行整形。例如，可以通过激活第一线性方向(这里为x方向)上的天线元件420a、420b、420c，以第一方式对主瓣450进行整形。这里，主瓣450被整形为在x方向上相对窄并且在y方向上相对宽，即，主瓣450通过在x方向上的有限呼吸(breath)被整形，如图3a和图3b所示。相应地，可以通过激活第二线性方向(这里为y方向)上的天线元件420a、420d、420e，以第二方式对主瓣450进行整形。这里，主瓣450被整形为在y方向上相对较窄并且在x方向上相对较宽，即，主瓣450通过在y方向上的有限呼吸被整形，如图3c和图3d所示。换句话说，车辆定位装置被配置为借助于天线元件阵列420，通过激活聚焦方向，例如，x方向和/或y方向上的天线元件420a-e来对主瓣450整形。应当理解到，图2中所示的天线元件阵列420的配置仅是示例，并且可以使用除了竖直的x方向和y方向之外的其他类型的天线图案和其他聚焦方向来对主瓣450进行整形。
[0102]
车辆定位装置可以进一步被配置为例如在第一线性方向上引入相邻天线元件420a-e之间的相位差作为天线元件420a、420b、420c之间的相位差。这将使主瓣450在聚焦的方向上倾斜，这里在xz平面中以角度α1倾斜，如图2中的主瓣450的可替代的形式451所示。为了通过可替代形式451进一步阐明主瓣450的倾斜，图3a和3b中示出了主瓣的可替代形式451的示意图，其中示出了主瓣的不同视图。在图3a中，x轴延伸到纸中，远离读者，如圆圈十字所指示，并且在图3b中，y轴延伸到纸中。在图3a和3b中，仅三个有源天线元件420a、
420b、420c由黑线指示(其他天线元件420d、420e是无源的并且这里不可见)。如图3b中特别示出的，主瓣450的替代形式451相对于z轴的角度α1被可视化。相应地，车辆定位装置可以被配置为在第二线性方向上引入相邻天线元件420a-e之间的相位差作为天线元件420a、420d、420e之间的相位差。这将使主瓣450在另一聚焦的方向上倾斜，这里在yz平面中具有角度α2，如图2中的主瓣450的替代形式452所示。为了进一步通过替代形式452阐明主瓣450的倾斜，在图3c和图3d中示出了主瓣450的替代形式452的示意图，其中示出了主瓣的不同视图。在图3c中，y轴远离读者延伸到纸中，如圆圈十字所示，并且在图3d中，x轴延伸到纸中。在图3c和3d中，仅三个有源天线元件420a、420d、420e由黑线指示(其他天线元件420b、420c是无源的并且这里不可见)。特别如图3d所示，主瓣450的替代形式452相对于z轴的角度α2被可视化。
[0103]
车辆定位装置可以进一步被配置为检测与主瓣450的不同倾斜有关的检测信号的信号强度。通过将信号强度与特定倾斜，即，给出最高信号强度的主瓣450的形式451、452，进行比较，能够确定发射天线与接收天线之间的角度。这可以例如通过比较第一线性方向(x方向)上的相邻天线元件420a、420b、420c之间引入的相位差的信号强度以及比较第二线性方向(y方向)上的相邻天线元件420a、420d、420e之间引入的相位差的信号强度来确定x方向和y方向上的角度α的分量(如图2、3a-3d所示的α1和α2)被执行。应当注意到，如果天线元件阵列420被布置在发射天线或接收天线上，则主瓣450及其形状和倾斜同样适用。即，对于发射天线，主瓣450对应于发射的信号，即检测信号，的辐射图案，而对于接收天线，主瓣450对应于检测信号的接收的辐射图案。
[0104]
对于接收天线124包括天线元件阵列420并因此对主瓣450整形的实施例，能够通过检测接收天线124接收最强检测信号的方向(例如，通过如前所述的过程)来直接确定角度α。对于发射天线122包括天线元件阵列420并因此对主瓣450整形的实施例，包括接收天线124在哪个方向上接收最强检测信号的某种辅助信息可以作为反馈被发送回去，或者发射天线122被编程为在特定时间方案下以预定方式对主瓣整形(连同接收天线124的同步检测而能够确定角度α)。
[0105]
回到图1a和图1b，天线元件阵列420被包括在发射天线122和接收天线124中的至少一个中，角度α可以通过参考图2、3a-3d描述的配置来确定。此外，通过知道发射天线122与接收天线124之间的竖直距离z(例如，在图1a和1b的相应笛卡尔坐标系中被描述为z距离)，能够通过所确定的角度α和天线122、124之间的竖直距离来确定车辆1相对于充电站200的位置。发射天线122与接收天线124之间的竖直距离可以例如通过知道充电站200的竖直位置(或高度)并且特别是发射天线122的竖直位置(或高度)并且知道车辆1的车顶5的竖直位置(或高度)并且特别是接收天线124的竖直位置(或高度)来确定。通过知道车辆1相对于充电站200的位置，车辆1可以被引导到期望或预定位置300，以便将车辆1定位在相对于充电站200的充电位置，或者至少足够靠近充电位置，以能够相对于电力接收器30微调电力发射器210的定位，以发起车辆1的充电。例如，可以通过提供给车辆1的驾驶员以使驾驶员能够将车辆1驱动到预定位置300的引导指令来实现将车辆1引导到预定位置300。在充电期间，电力从充电站200发射到车辆1以对电池10充电。
[0106]
转到图1b，示出了相对于三维空间的角度α。即，发射天线与接收天线之间的角度α是三维空间中的角度α。因此，当发射天线和接收天线在三维空间中分离时，存在对应于图
1a的检测信号126的方向的从发射天线延伸到接收天线的几何矢量126'。这样的几何矢量126'可以例如相对于根据iso 80000-2:2019的球面坐标系来定义。因此，车辆定位装置120可以被配置为确定几何矢量126'相对于球面坐标系的角度α以及方向，例如，通过参考图2、3a-3d描述的配置来确定。几何矢量126'可以被称为从发射天线122到接收天线124的径向距离(参考球面坐标系)。换句话说，在xyz坐标系中，所确定的角度α可以根据从z轴测量的极角以及从该平面上的固定参考方向测量的其在参考平面(xy平面)上的正交投影的方位角来确定，该参考平面穿过原点(即发射或接收天线)并且与z方向正交。因此，通过所确定的三维空间中的角度α(即极角和方位角φ)，并且知道从发射天线122到接收天线124的径向距离或z方向上的距离(即发射天线122与接收天线124之间的高度差)，可以确定在xy平面中发射天线122和接收天线124之间的距离，其在图1b中利用水平距离127'指示。由此，便于将车辆1引导到预定位置300。
[0107]
根据至少一个示例性实施例，车辆定位装置120进一步包括控制单元，该控制单元被配置为例如通过控制车辆1的驾驶操作并将车辆1驱动到期望位置130来自主地重新定位车辆1。
[0108]
现在将参考图4的流程图描述本发明，图4描述了用于将车辆定位在诸如图1a和1b的车辆1和充电站200的充电站的方法的步骤。因此，还将参考图1a和图1b的系统100以及图2的天线元件阵列420。因此，车辆1或充电站200包括第一通信设备，作为第一通信设备112，其被配置为通过无线协议与第二通信设备无线通信。
[0109]
在第一步骤s10中，由布置在车辆或充电站上的发射天线发射检测信号。例如，充电站200上的发射天线122被用于发射检测信号。
[0110]
在第二步骤s20中，来自发射天线的检测信号由布置在车辆和充电站中的另一个上的接收天线接收。例如，车辆1上的接收天线124被用于接收检测信号。
[0111]
根据至少一个示例实施例，检测信号被(至少最初)发射为信标，并且接收天线被配置为扫描其周围环境，并且在检测或识别信标时，该方法可以(通过使用信标或另一类型的检测信号)继续。
[0112]
步骤s10、s20中的至少一个包括将第一通信设备用于发射天线或接收天线。
[0113]
在第三步骤s30中，发射天线对检测信号的发射和/或接收天线对检测信号的检测被控制，以确定发射天线与接收天线之间的角度。这例如在图1a中被示出为发射天线122与接收天线124之间的角度α，并且在图1b中被示出为三维空间中的角度α(即极角和方位角φ)。因此，所确定的角度通常包括发射天线122与接收天线124之间的方向。
[0114]
如参考图2所述，发射天线和接收天线中的至少一个包括被配置为形成具有主瓣450的辐射图案的天线元件阵列420。因此，在第一子步骤s31至第三步骤s30中，通过控制天线元件阵列来改变主瓣450的形状。因此，天线元件阵列420可以形成方向性天线，针对该方向性天线能够确定发射天线与接收天线之间的角度。
[0115]
例如，天线元件阵列420被布置在xy平面中，如图2所示，并且在第二子步骤s32中，通过激活聚焦方向(例如，x方向和/或y方向)上的天线元件420a-420e来对主瓣450进行整形。
[0116]
例如，在第三子步骤s33中，在天线元件阵列420中的相邻天线元件420a-420e之间引入相位差。可以同时执行第二和第三子步骤s31、s32，以通过在激活聚焦方向的天线元件
420a-420e来对主瓣450进行整形期间，在相邻天线元件420a-420e之间引入相位差来使主瓣450倾斜。
[0117]
在第四子步骤s34中，检测与主瓣450的不同倾斜有关的检测信号的信号强度。可替代地，关于主瓣450的不同整形，检测该检测信号的信号强度。
[0118]
在第五子步骤s35中，基于所检测的信号强度来确定发射天线与接收天线之间的角度。即，基于与主瓣450的不同倾斜或整形有关的所检测的信号强度。
[0119]
因此，所有第一至第五子步骤s31-s35可以是第三步骤s30的子步骤，或者至少在第三步骤s30期间被执行。
[0120]
在第四步骤s40中，提供发射天线与接收天线之间的竖直距离的已知或预定值。例如，测量发射天线与接收天线之间的竖直距离，或者相应的发射天线和接收天线的竖直位置关于某个参考帧已知。发射天线与接收天线之间的竖直距离可以被称为发射天线与接收天线之间的高度差。
[0121]
在第五步骤s50中，至少使用所确定的角度将车辆引导到充电站的预定位置。可以例如通过提供给车辆驾驶员的引导指令，或者通过将车辆自主地驱动到充电站的预定位置来实现引导。如前所述，预定位置可以是可能通过充电站对车辆进行充电的充电位置，或者至少足够靠近这样的充电位置，使得至少可能对充电装置进行微调定位，并且在对充电装置进行这种微调定位之后，可能通过充电站对车辆进行充电。这种微调定位可以例如是感应充电系统的电力发射线圈与电力接收线圈的相对位置的线圈调节。例如，执行使用所确定的发射天线与接收天线之间的角度对车辆的引导以使电力接收线圈进入距电力发射线圈的电磁辐射接收距离内，或者执行使用所确定的发射天线与接收天线之间的角度对车辆的引导以使电力发射器的导体进入电力接收器的导体的可到达距离内。通常，与通过使用所确定的发射天线和接收天线之间的角度引导车辆而推动的车辆的重新定位相比，在这种微调定位期间的车辆的重新定位要小得多(如果发生的话)。
[0122]
应当理解，本发明不限于上述和附图中图示的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。
[0123]
另外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实施所要求保护的发明构思时能够理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实并不指示不能有益地使用这些措施的组合。