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Radiowellen können das kabellose Laden von Elektroautos verbessern
Parken statt Kabelstecken: Eine neue Funktechnik könnte E-Autos künftig helfen, die richtige Position über einer induktiven Ladestation zu finden. Im Labor bestimmte das System die Lage einer Ladespule bei einem verkleinerten Fahrzeugmodell mit einem medianen Fehler von nur 2,32 Millimetern. Ob diese Präzision auch mit echten Autos und während des Ladevorgangs gelingt, ist noch offen.
Suita (Japan). Kabelloses Laden von Elektroautos funktioniert nach dem Prinzip der magnetischen Induktion: Eine Spule im Boden überträgt Energie auf eine Empfangsspule unter dem Fahrzeug. Schon wenige Zentimeter seitlicher Versatz oder eine verdrehte Stellung können die magnetische Kopplung verschlechtern und die mögliche Ladeleistung verringern.
Damit ein Elektroauto beim Parken genau über dem Ladepad zum Stehen kommt, muss es nicht nur den Stellplatz finden, sondern auch seine Position und Ausrichtung unmittelbar vor dem Halt kennen. Kameras können die flache Bodenstation bei Dunkelheit, Schmutz oder unter der Karosserie aus dem Blick verlieren, während magnetische Ortungsverfahren oft erst in unmittelbarer Nähe der Ladespule aussagekräftig sind.
Forscher der Universität Osaka (UOsaka) um Ryotaro Hada haben dafür ein Ortungsverfahren mit Ultrabreitband-Funk (UWB) entwickelt. Vier synchronisierte Funkmodule umgeben die Empfangsspule am Fahrzeug, während eine Einheit mit vier Antennenelementen an der Bodenplatte als Bezugspunkt dient.
Zunächst misst das System die Laufzeit der Funksignale zwischen den Komponenten und grenzt damit die ungefähre Position ein. Anschließend vergleicht ein Rechenverfahren die Phasen der empfangenen Funkwellen, um den seitlichen Versatz und die Drehung des Fahrzeugs genauer zu bestimmen.
Weil Antennen, Kabel und benachbarte Bauteile die Funksignale je nach Abstand und Richtung beeinflussen, muss die Anlage zuvor vermessen und kalibriert werden. Ein sogenannter Partikelfilter verfeinert anschließend die Positionsschätzung, wobei die vier Fahrzeugmodule als eine starre Anordnung ausgewertet werden. An der Entwicklung war auch der japanische Automobilzulieferer Tokai Rika beteiligt.
In einem Labortest bewegte sich ein verkleinertes Fahrzeugmodell unter Anleitung einer Bedienperson auf eine Ladeplatte zu. Die eigentliche Genauigkeitsprüfung erfolgte erst nach dem Anhalten: 200 aufeinanderfolgende UWB-Messungen an derselben festen Endposition wurden mit einer mechanisch vermessenen Referenz verglichen.
Mit Kalibrierung lag der Median des seitlichen Ortungsfehlers bei 2,32 Millimetern, der Median des Richtungsfehlers bei 0,25 Grad. Bei 90 Prozent der Messungen betrugen die Fehler höchstens 4,23 Millimeter beziehungsweise 0,72 Grad. Die Werte beschreiben damit die Präzision der Positionsschätzung im Stillstand, nicht die Abweichung eines selbstständig eingeparkten Autos.
Entscheidend war der Ausgleich systematischer Funkverzerrungen: Ohne die Korrektur winkelabhängiger Phasenfehler stieg der mediane Positionsfehler von 2,32 auf 11,93 Millimeter. In Simulationen über viele verschiedene Positionen lag der Median des Positionsfehlers bei 10,97 Millimetern und der Wert für 90 Prozent der Fälle bei 43,46 Millimetern. Der besonders geringe Fehler des stationären Modellversuchs lässt sich deshalb nicht pauschal auf alle Parkpositionen übertragen.
Die Rechenzeit für eine simulierte Positionsbestimmung lag im Median bei rund 13 Millisekunden, allerdings auf einem leistungsfähigen Desktopcomputer und ohne die Zeit für Funkübertragung oder Fahrzeugsteuerung. Beim praktischen Vorführen lenkte eine Bedienperson das Modell anhand der angezeigten Positionsdaten. Ein automatisch geregeltes Einparken oder Laden wurde nicht erprobt.