DE102021201215A1

DE102021201215A1 - Method for communication between a charging or refueling device and a vehicle

Info

Publication number: DE102021201215A1
Application number: DE102021201215.9A
Authority: DE
Inventors: Holger Denz; Thomas Keller; Christian Zimmermann; Dennis Grewe; Henning Bien; Andreas Kneer; Peter Engel; Stephan Ludwig; Alkis Hodzic; Philip Wette; Fabien Chmielowiec
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einer Lade- oder Betankungseinrichtung und einem Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend die Schritte des Aufbauens einer Kommunikationsbereitschaft des Fahrzeugs und der Lade- oder Betankungseinrichtung als gegenseitige Kommunikationspartner durch Aussenden mindestens einer Koppelanfrage zwischen der Lade- oder Betankungseinrichtung und dem Fahrzeug, des gegenseitigen Identifizierens des jeweiligen Kommunikationspartners, und des Koppelns der Kommunikationspartner mittels einer Signalverbindung, über die Daten übertragen werden, wobei das Aussenden und/oder das Identifizieren und/oder das Übertragen von Daten mittels akustischer Signale erfolgt.

A method for communication between a charging or refueling device and a vehicle is proposed, comprising the steps of establishing a communication readiness of the vehicle and the charging or refueling device as mutual communication partners by sending at least one coupling request between the charging or refueling device and the vehicle, the mutual identification of the respective communication partner, and the coupling of the communication partners by means of a signal connection via which data is transmitted, with the transmission and/or identification and/or transmission of data taking place by means of acoustic signals.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einer Lade- oder Betankungseinrichtung und einem Fahrzeug und ein System zur Kommunikation zwischen einer Lade- oder Betankungseinrichtung und einem Fahrzeug.The present invention relates to a method for communication between a charging or refueling device and a vehicle and a system for communication between a charging or refueling device and a vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Bei der beschleunigten Betankung von Fahrzeugen mit z.B. Wasserstoffgas muss die Thermodynamik des Betankungsvorgangs berücksichtigt und damit der Betankungsvorgang geschlossen geregelt werden. Dabei dürfen aus Gründen der Sicherheit für den Tankbehälter festgelegte Werte für Maximaltemperatur und Maximaldruck nicht überschritten werden. Die dafür notwendige Übertragung von Daten vom Fahrzeug zu einer entsprechenden Wasserstoff-Betankungseinrichtung mithilfe von bekannten Verfahren des Stands der Technik weist vielfache Nachteile auf. Eine bestehende unidirektionale Infrarotverbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Betankungseinrichtung kann durch Kratzer auf einer Sende-/Empfangs-Optik sowie durch Eisbildung um Tankrüssel/-stutzen stark beeinträchtigt werden und ist deshalb in der Praxis von Ausfällen betroffen, sodass ein beschleunigtes Betanken nicht möglich ist. Eine uni-direktionale Verbindung erlaubt keinen Rückkanal von der Betankungseinrichtung zu dem Fahrzeug, sodass kein Abgleich bestehender Tankverfahren möglich ist, und sich nicht auf das für das tatsächliche Betankungseinrichtungen-Fahrzeug-Paar optimale Verfahren geeinigt werden kann. Metallische Kontakte einer drahtgebundenen Kommunikation, insbesondere in der Nähe der Tankkupplung, sollen vermieden werden, weil durch den Funkenschlag bei Kontakt eine Entzündung des Wasserstoffgases eintreten könnte. Hier ist eine drahtlose, funkbasierte Kommunikation vorzuziehen. Jede Funkkommunikation stellt aufgrund der Rundfunkeigenschaft des Funkmediums Luft weitere Herausforderungen an die Anwendung, da es eines auslösenden Ereignisses zur Aktivierung des Gesamtvorgangs erfordert, eine Funkverbindung so zuverlässig Daten übertragen muss, dass die funktionale und allgemeine Sicherheit des Betankungsvorgangs hinreichend garantiert werden kann. Dritte, die sich aufgrund der Funkwellenreichweite nicht in direkter räumlicher Nähe zum Fahrzeug-Betankungseinrichtungen-Paar befinden müssen, dürfen den Ablauf weder stören noch manipulieren können. Weiterhin können sich alle Fahrzeuge und Lade- oder Betankungseinrichtungen innerhalb der Funkreichweite, d.h. alle die sich an einer Tankstelle befinden, gegenseitig empfangen. Die zusammengehörenden Fahrzeug-Tankstellenpaare müssen daher identifiziert werden.During the accelerated refueling of vehicles with e.g. For reasons of safety, the maximum temperature and maximum pressure specified for the tank container must not be exceeded. The necessary transmission of data from the vehicle to a corresponding hydrogen refueling device using known methods from the prior art has many disadvantages. An existing unidirectional infrared connection between a vehicle and a refueling facility can be severely impaired by scratches on a transmit/receive optics and by ice formation around the tank nozzle/stub and is therefore affected by failures in practice, so that accelerated refueling is not possible. A unidirectional connection does not allow a return channel from the refueling facility to the vehicle, so that it is not possible to compare existing refueling procedures and it is not possible to agree on the optimum procedure for the actual refueling facility-vehicle pair. Metallic contacts of wired communication, especially in the vicinity of the tank coupling, should be avoided because sparks could ignite the hydrogen gas on contact. Wireless, radio-based communication is preferable here. All radio communication poses further challenges to the application due to the broadcasting properties of the radio medium air, as it requires a triggering event to activate the overall process, a radio connection must transmit data so reliably that the functional and general safety of the refueling process can be sufficiently guaranteed. Third parties who, due to the radio wave range, do not have to be in the immediate vicinity of the vehicle-refueling facility pair must not be able to disrupt or manipulate the process. Furthermore, all vehicles and charging or refueling devices within the radio range, i.e. all those who are at a gas station, can receive each other. The vehicle-petrol station pairs that belong together must therefore be identified.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Es ist folglich die Aufgabe der Erfindung, eine sichere, bidirektionale Kommunikationsverbindung zwischen einer Lade- oder Betankungseinrichtung und einem Fahrzeug zu erreichen.It is consequently the object of the invention to achieve a secure, bidirectional communication connection between a charging or refueling device and a vehicle.

Dies wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.This is achieved by a method having the features of independent claim 1. Advantageous embodiments and developments can be found in the dependent claims and the following description.

Es wird ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einer Lade- oder Betankungseinrichtung und einem Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend die Schritte des Aufbauens einer Kommunikationsbereitschaft des Fahrzeugs und der Lade- oder Betankungseinrichtung als gegenseitige Kommunikationspartner durch Aussenden mindestens einer Koppelanfrage zwischen der Lade- oder Betankungseinrichtung und dem Fahrzeug, des gegenseitigen Identifizierens des jeweiligen Kommunikationspartners, und des Koppelns der Kommunikationspartner mittels einer Signalverbindung, über die Daten übertragen werden, wobei das Aussenden und/oder das Identifizieren und/oder das Übertragen von Daten mittels akustischer Signale erfolgt.A method for communication between a charging or refueling device and a vehicle is proposed, comprising the steps of establishing a communication readiness of the vehicle and the charging or refueling device as mutual communication partners by sending at least one coupling request between the charging or refueling device and the vehicle, the mutual identification of the respective communication partner, and the coupling of the communication partners by means of a signal connection via which data is transmitted, with the transmission and/or identification and/or transmission of data taking place by means of acoustic signals.

Ein Kernaspekt der Erfindung besteht darin, dass ein akustischer Signalgeber zumindest Teile der Kommunikation zwischen der Lade- oder Betankungseinrichtung und dem Fahrzeug durchführt. Damit können gezielt Signale von zumindest einem der beiden Kommunikationspartner an den anderen gesandt werden, die unabhängig von einer drahtlosen Infrastruktur, wie etwa einem drahtlosen Netzwerk oder anderen auf Funksendeverfahren basierenden Verbindungssystemen sind. Eine Voraussetzung zur Durchführung des Verfahrens liegt in der Verwendung eines Senders in Form eines akustischen Signalgebers, der gezielt akustische Signale aussendet und Informationen derart aufmoduliert, dass ein Datenstrom damit übertragen werden kann. Die Modulation kann beispielsweise in Amplitude, Frequenz, Zeit-/Phasenversatz oder einer Kombination der vorherigen Möglichkeiten auf mindestens einem sinusförmigen Trägersignal erfolgen. Alternativ oder zusätzlich dazu können (periodische) Signalpulse einzeln in Amplitude, Periode, Pulsdauer/-Weite, Pulsposition innerhalb einer Periode oder Kombinationen dieser moduliert werden. Prinzipiell können analoge Modulationsverfahren verwendet werden, wobei digitale Modulationsverfahren zweckmäßiger sein könnten. Gleichermaßen ist ein entsprechender Empfänger vorgesehen, der in der Lage ist, diese Signale zu empfangen. Die Kommunikation kann prinzipiell in beide Richtungen erfolgen, wobei ein Sender einen akustischen Signalgenerator besitzt und ein Empfänger einen darauf abgestimmten Sensor, mit welchem er die Signale aufnehmen kann. Der Sender und der Empfänger sind dabei bevorzugt mit einer Steuereinheit gekoppelt, die dazu ausgebildet ist, entsprechende Signale zu bilden, um sie auszusenden oder empfangene Signale zu demodulieren.A core aspect of the invention is that an acoustic signal transmitter carries out at least parts of the communication between the charging or refueling device and the vehicle. In this way, signals can be sent in a targeted manner from at least one of the two communication partners to the other, which are independent of a wireless infrastructure, such as a wireless network or other connection systems based on radio transmission methods. A prerequisite for carrying out the method is the use of a transmitter in the form of an acoustic signal generator that emits acoustic signals in a targeted manner and modulates information in such a way that a data stream can be transmitted with it. The modulation can take place, for example, in amplitude, frequency, time/phase offset or a combination of the previous options on at least one sinusoidal carrier signal. As an alternative or in addition to this, (periodic) signal pulses can be modulated individually in terms of amplitude, period, pulse duration/width, pulse position within a period or combinations of these. In principle, analog modulation methods can be used, with digital modulation methods being more expedient. Likewise, a corresponding receiver capable of receiving these signals is provided. In principle, communication can take place in both directions, with a transmitter has an acoustic signal generator and a receiver has a matching sensor with which it can record the signals. In this case, the transmitter and the receiver are preferably coupled to a control unit which is designed to form corresponding signals in order to transmit them or to demodulate received signals.

Die mindestens eine Koppelanfrage könnte als ein Signal verstanden werden, welches von einem der Kommunikationspartner an den jeweils anderen Kommunikationspartner gesandt wird. Der andere Kommunikationspartner kann daraufhin ebenso eine Bereitschaft zur Kopplung aufbauen. Die Kommunikationspartner können hierzu eindeutig identifiziert werden, sodass eine definierte und bevorzugt bidirektionale Kommunikation zwischen zwei eindeutig identifizierten Kommunikationspartnern aufgebaut wird. Es kann sich etwa um eine Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Lade- oder Betankungseinrichtung handeln, die sich im Zeitpunkt der Koppelanfrage direkt nebeneinander befinden und zum Durchführen eines Betankungsvorgangs vorgesehen sind.The at least one coupling request could be understood as a signal which is sent from one of the communication partners to the respective other communication partner. The other communication partner can then also establish a readiness for coupling. For this purpose, the communication partners can be clearly identified, so that a defined and preferably bidirectional communication is established between two clearly identified communication partners. It can be about a communication between the vehicle and the charging or refueling device, which are located directly next to each other at the time of the coupling request and are provided for carrying out a refueling process.

Das Verwenden akustischer Signale für zumindest einen Teil der Kommunikationsvorgänge hat mehrere Vorteile. Zunächst ist die Reichweite der Kommunikation begrenzt, sodass eine Störung von außen reduziert wird. Benötigte Komponenten sind breit und kostengünstig verfügbar oder bereits in Fahrzeugen oder Lade- oder Betankungseinrichtungen verbaut. Sie können deshalb kostengünstig eingesetzt werden. Die sich aus einer Mehrzahl anwesender Fahrzeuge und Lade- oder Betankungseinrichtungen ergebende Mehrdeutigkeit an Fahrzeug-Lade- oder Betankungseinrichtung-Paaren kann durch die Reduktion der Reichweite weitgehend aufgelöst werden. Dadurch können Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllt werden. Die Lade- oder Betankungseinrichtung und das Fahrzeug können sich gegenseitig etwa durch einen eigenständigen akustischen Kommunikationskanal authentifizieren und für den Betankungsvorgang autorisieren. Das ermöglicht beispielsweise automatisierte Betankungsvorgänge und Abrechnungen. Weiterhin werden dadurch Anforderungen an die funktionale Sicherheit dahingehend erfüllt, dass sichergestellt werden kann, dass Fahrzeug und Lade- oder Betankungseinrichtung zueinander kompatibel sind, weil sie beiderseits geforderte, und durch die Kommunikation nachgewiesen zertifizierte Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllen. In allen Fällen werden bevorzugt vor/während/nach dem Betankungsvorgang über eine Funktechnologie diesbezüglich Daten übertragen. Das können z.B. Druck und Temperatur im/in Tankbehälter(n) sein. Entscheidend ist, dass zumindest ein Teil dieser Datenübertragung erhöhte Anforderungen an IT-Sicherheit und funktionale Sicherheit erfüllt.Using audible signals for at least a portion of communications has several advantages. First, the range of communication is limited, so external interference is reduced. The required components are widely and inexpensively available or are already installed in vehicles or charging or refueling systems. They can therefore be used inexpensively. The ambiguity of vehicle-charging or refueling device pairs resulting from a plurality of vehicles and charging or refueling equipment present can be largely resolved by reducing the range. This means that functional safety requirements can be met. The charging or refueling device and the vehicle can mutually authenticate one another, for example by means of an independent acoustic communication channel, and authorize them for the refueling process. This enables, for example, automated refueling processes and billing. Furthermore, functional safety requirements are met in this way in that it can be ensured that the vehicle and the charging or refueling device are compatible with one another because they meet the functional safety requirements required by both parties and certified by communication. In all cases, data relating to this is preferably transmitted before/during/after the refueling process via radio technology. This can be, for example, the pressure and temperature in the tank(s). It is crucial that at least part of this data transmission meets increased requirements for IT security and functional safety.

Die Kommunikation kann weiterhin auch hybrid erfolgen, indem etwa ein Challenge-Response-Verfahren gestartet wird, bei dem die Challenge über einen akustischen Kanal übertragen wird und die Antwort (Response) über den Funkkanal erfolgt, oder umgekehrt. Das Übertragen von Daten könnte auch über eine Funkkommunikation erfolgen, wobei ein Teil der Daten in Form mindestens eines Datums, d.h. einer Informationseinheit, akustisch übertragen wird.The communication can also take place in a hybrid manner, for example by starting a challenge-response method in which the challenge is transmitted via an acoustic channel and the response (response) takes place via the radio channel, or vice versa. Data could also be transmitted via radio communication, with part of the data being transmitted acoustically in the form of at least one datum, i.e. one information unit.

Es ist bevorzugt, wenn das Fahrzeug vor oder bei dem Aufbauen der Kommunikationsbereitschaft in der Nähe der Lade- oder Betankungseinrichtung geparkt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass sich beide Kommunikationspartner in einer gemeinsamen akustische Reichweite befinden.It is preferred if the vehicle is parked in the vicinity of the charging or refueling device before or when the communication readiness is established. This ensures that both communication partners are within a common acoustic range.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Koppeln der Kommunikationspartner das Austauschen eines kryptographischen Schlüssels durch akustische Signale. Aufgrund der geringen akustischen Reichweite kann ein vergleichsweise sicherer Austausch eines kryptographischen Schlüssels erfolgen und damit eine Sicherheit der Funkkommunikation gegenüber Abhören, Manipulation und weiteren Angriffen durch Dritte gewährleistet werden.In a particularly advantageous embodiment, the coupling of the communication partners includes the exchange of a cryptographic key using acoustic signals. Due to the short acoustic range, a cryptographic key can be exchanged in a comparatively secure manner, thus ensuring that the radio communication is secure against eavesdropping, manipulation and further attacks by third parties.

Es ist vorteilhaft, wenn das Koppeln der Kommunikationspartner das Verbinden über eine Funkverbindung umfasst, wobei die Funkverbindung durch den kryptografischen Schlüssel verschlüsselt wird. Hierdurch kann eine deutlich höhere Sicherheit bei der Kommunikation erreicht werden, als bei herkömmlichen Verfahren, die auf einer nicht-akustischen Übertragung eines Schlüssels basieren.It is advantageous if the coupling of the communication partners includes the connection via a radio link, the radio link being encrypted by the cryptographic key. In this way, a significantly higher level of security can be achieved during communication than with conventional methods that are based on non-acoustic transmission of a key.

Die akustischen Signale könnten zudem auf das Übertragen mindestens eines Sicherheitsmerkmals, etwa den o.g. kryptografischen Schlüssel, eingegrenzt werden.The acoustic signals could also be limited to the transmission of at least one security feature, such as the above-mentioned cryptographic key.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Koppeln das Auswählen eines vorgesehenen Kommunikationspartners aus einer Liste möglicher Kommunikationspartner durch die Lade- oder Betankungseinrichtung oder das Fahrzeug umfassen. Sind beispielsweise mehrere Fahrzeuge in der Reichweite der Lade- oder Betankungseinrichtung könnte eine entsprechende Auswahl durch die oder an der Lade- oder Betankungseinrichtung vorgenommen werden. Alternativ dazu könnte dies auch durch das oder an dem Fahrzeug vorgenommen werden.In an advantageous embodiment, the coupling can include the selection of an intended communication partner from a list of possible communication partners by the charging or refueling device or the vehicle. For example, if several vehicles are within range of the charging or refueling device, a corresponding selection could be made by or at the charging or refueling device. Alternatively, this could also be done by or on the vehicle.

In einer vorteilhaften Ausführungsform können die Kommunikationspartner eine einzusetzende Kommunikationstechnologie basierend auf den akustischen Signalen auswählen. Nach der Annäherung des Fahrzeugs an die Lade- oder Betankungseinrichtung könnte beispielsweise von der Lade- und Betankungseinrichtung mittels eines akustischen Signals ein Befehl zur Auswahl einer bestimmten Funk-Kommunikationsinfrastruktur, einer Kommunikationstechnologie oder eines Kommunikationsverfahrens ausgesandt werden.In an advantageous embodiment, the communication partners can select a communication technology to be used based on the acoustic signals. After the vehicle approaches the loading or refueling point For example, the charging and refueling device could use an acoustic signal to send out a command to select a specific radio communication infrastructure, a communication technology or a communication method.

In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Signalverbindung zumindest temporär mittels akustischer Signale. Wird die Signalverbindung primär über Funk realisiert, kann durch gezielte Einwirkung ein Jamming- oder Denial-of-Service-Angriff auf die Funkkommunikation vorgenommen werden. Es könnte dann vorteilhaft sein, wenn die Lade- oder Betankungseinrichtung und das Fahrzeug zumindest rudimentär über akustische Signale miteinander kommunizieren und dadurch einen behelfsmäßigen Systembetrieb aufrechterhalten können. Dieser könnte etwa zum Übergehen in einen sicheren oder sichereren Zustand genutzt werden. Es ist zudem auch denkbar, die akustische Signalverbindung als zweiten, unabhängigen Kommunikationskanal für eine bestimmte Zeit aufrechtzuerhalten, um die Diversität der Kommunikation zu erhöhen. Über diesen Kommunikationskanal könnten etwa Signale übertragen werden, die zur Gewährleistung der funktionalen Sicherheit hilfreich sind, beispielsweise ein Totmann-Signal, ein Keep-Alive-Ping oder ähnliches.In a further advantageous embodiment, the signal connection takes place at least temporarily by means of acoustic signals. If the signal connection is primarily implemented via radio, a jamming or denial-of-service attack on the radio communication can be carried out through targeted influence. It could then be advantageous if the charging or refueling device and the vehicle can communicate with one another at least rudimentarily via acoustic signals and thus be able to maintain makeshift system operation. This could be used, for example, to transition to a safe or safer state. It is also conceivable to maintain the acoustic signal connection as a second, independent communication channel for a specific time in order to increase the diversity of communication. Signals that are helpful for ensuring functional safety, for example a dead man's signal, a keep-alive ping or similar, could be transmitted via this communication channel.

Es ist bevorzugt, wenn das Aussenden akustischer Signale durch eine Hupe, mindestens einen Ultraschall-Abstandssensor oder ein AVAS-Warngerät erfolgt. Es können folglich bereits im Fahrzeug verbaute Komponenten, wie eine Hupe, Ultraschall-Abstandssensoren oder AVAS-Warngeräte bei Elektrofahrzeugen für diesen Zweck verwendet werden. Damit ist zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine hardwareseitige Modifikation des Fahrzeugs notwendig und es könnte insbesondere durch ein Software-Update realisierbar sein. Die Kosten zur Realisierung des Verfahrens können dadurch erheblich gesenkt und großflächig zur Verfügung gestellt werden.It is preferred if the acoustic signals are emitted by a horn, at least one ultrasonic distance sensor or an AVAS warning device. Consequently, components already installed in the vehicle, such as a horn, ultrasonic distance sensors or AVAS warning devices in electric vehicles, can be used for this purpose. This means that no hardware modification of the vehicle is necessary to implement the method according to the invention, and it could be implemented in particular by means of a software update. As a result, the costs for implementing the method can be significantly reduced and made available over a large area.

Bevorzugt sind die akustischen Signale bidirektional übertragbar. Damit kann eine bidirektionale Übertragung von Daten oder Parametern gemäß vorheriger Beschreibung erfolgen. Sowohl die Lade- oder Betankungseinrichtung als auch das Fahrzeug sollten dazu Kommunikationseinrichtungen eines Senders bzw. The acoustic signals can preferably be transmitted bidirectionally. This means that data or parameters can be transmitted bidirectionally in accordance with the previous description. Both the charging or refueling device and the vehicle should have communication devices from a transmitter or

Empfängers besitzen. Diese können, müssen jedoch nicht auf den gleichen Prinzipien beruhen. So könnte das Fahrzeug beispielsweise akustische Signale per Hupe im hörbaren Bereich senden, jedoch im Ultraschallbereich beispielsweise mit Parksensoren von der Lade- oder Betankungseinrichtung empfangen.own receiver. These can, but do not have to, be based on the same principles. For example, the vehicle could send acoustic signals by horn in the audible range, but receive them in the ultrasonic range, for example with parking sensors from the charging or refueling device.

Bevorzugt sendet mindestens einer der Kommunikationspartner periodische akustische Signale aus und der jeweils andere Kommunikationspartner überprüft diese kontinuierlich und generiert bei Abweichung von erwarteten Signalen ein Abbruchsignal zum Abbrechen des Betankungsvorgangs. Damit kann sichergestellt werden, dass bei der Betankung beide Kommunikationspartner ordnungsgemäß in Betrieb sind und die Kommunikation zwischen ihnen funktional sicher erfolgt. Dies ist eine Art Totmann-Schaltung, welche bei der beschleunigten Betankung eines Fahrzeugs mit Wasserstoff eine sinnvolle Sicherheitsfunktion ist, da ein Abbruch der beschleunigten Betankung bei Ausbleiben der Kommunikation automatisch erfolgen kann.At least one of the communication partners preferably emits periodic acoustic signals and the other communication partner in each case checks these continuously and, if there is a deviation from the expected signals, generates a termination signal to terminate the refueling process. It can thus be ensured that both communication partners are properly in operation during refueling and that the communication between them is functionally safe. This is a kind of dead man's switch, which is a sensible safety function when fueling a vehicle with hydrogen in an accelerated manner, since accelerated fueling can be aborted automatically if communication fails.

Das Identifizieren der jeweiligen Kommunikationspartner kann aufgrund der geringen akustischen Reichweite der Signale dadurch erfolgen, dass jede Lade- oder Betankungseinrichtung ein Mikrofon, bevorzugt ein Richtmikrofon, auf einen Tankplatz richtet und dadurch eindeutig das an der Lade- oder Betankungseinrichtung tanken wollende Fahrzeug identifiziert. Das Identifizieren könnte durch Ortung des Fahrzeugs unter Verwendung eines Mikrofon-Arrays in der Umgebung der Lade- oder Betankungseinrichtung erfolgen, beispielsweise durch Verwendung omnidirektionaler Mikrofone an mehreren Lade- oder Betankungseinrichtungen. Durch Multilateration bzw. Multiangulation lässt sich die Position der akustischen Signalquelle des Fahrzeugs orten und zuordnen. Der umgekehrte Fall könnte indes ebenso möglich sein, indem das Fahrzeug mit mehreren, räumlich verteilten Sensoren die betreffende Lade- oder Betankungseinrichtung ortet.Due to the low acoustic range of the signals, the respective communication partners can be identified by directing a microphone, preferably a directional microphone, at each charging or refueling device at a filling station and thereby clearly identifying the vehicle wanting to refuel at the charging or refueling device. The identification could be done by locating the vehicle using a microphone array in the vicinity of the charging or refueling facility, for example by using omnidirectional microphones at multiple charging or refueling facilities. The position of the acoustic signal source of the vehicle can be located and assigned by multilateration or multiangulation. However, the reverse case could also be possible, in that the vehicle uses a plurality of spatially distributed sensors to locate the charging or refueling facility in question.

Weist das Fahrzeug mehrere Signalquellen auf, etwa in Form von Ultraschall-Parksensoren und mehrerer Sensoren in der Umgebung der Lade- oder Betankungseinrichtung, oder umgekehrt, so können Multiple-Input-Multiple-Output-(MIMO-) Prinzipien zur Übertragung verwendet werden, was eine räumlich gerichtete Kommunikation (Beamforming) erlaubt, die von außen schwerer gestört werden kann. Außerdem könnte hierüber eine gegenseitige Ortung zur Identifikation erfolgen.If the vehicle has several signal sources, for example in the form of ultrasonic parking sensors and several sensors in the vicinity of the charging or refueling device, or vice versa, multiple input multiple output (MIMO) principles can be used for transmission, what spatially directed communication (beamforming), which is more difficult to disrupt from the outside. In addition, a mutual location for identification could take place.

Schließlich können akustische Charakteristika, welche für Fahrzeugtypen/- hersteller oder jedes Fahrzeug individuell sind, aufgenommen, gespeichert und verwendet werden, um Fahrzeuge bei einem erneuten Betankungsvorgang zu erkennen und so den Vorgang des Koppelns zu beschleunigen. Außerdem können derartige, physikalisch eindeutige Charakteristika als physikalisch, nicht klonbare Funktion (physical unclonable function, PUF) verwendet werden, um die Kommunikationspartner zu identifizieren oder gemeinsame, symmetrische kryptographische Schlüssel abzuleiten.Finally, acoustic characteristics, which are individual for vehicle types/manufacturers or each vehicle, can be recorded, stored and used in order to recognize vehicles during a refueling process and thus speed up the coupling process. In addition, such physically unique characteristics can be used as a physically unclonable function (PUF) to identify the communication partners or to derive common, symmetric cryptographic keys.

Das Verfahren kann auch das Betanken bzw. Beladen des Fahrzeugs umfassen, um zumindest teilweise den Fahrzeugtank bzw. den Energiespeicher zu füllen. Hierbei kann die Kommunikation gemäß der vorangehenden Beschreibung durchgeführt werden.The method can also include refueling or loading the vehicle in order to at least partially fill the vehicle tank or the energy store. Here, the communication can be carried out according to the previous description.

Während der Betankung oder Beladung könnte weiterhin eine Überwachung mindestens eines Parameters erfolgen, insbesondere über eine Funkkommunikation. Dieser Parameter könnte ein physikalischer Parameter des Wasserstofftanks oder des Energiespeichers sein. Beispielsweise könnte der Beladungs- oder Betankungsvorgang gestoppt werden, wenn signalisiert wird, dass ein Grenzwert eines physikalischen Parameters erreicht oder überschritten wird. Dies könnte eine Temperatur des Energiespeichers oder des Tanks sein, oder ein Druck des Tanks.At least one parameter could also be monitored during refueling or loading, in particular via radio communication. This parameter could be a physical parameter of the hydrogen tank or the energy storage. For example, the loading or refueling process could be stopped when it is signaled that a limit value of a physical parameter is being reached or exceeded. This could be a temperature of the energy storage or the tank, or a pressure of the tank.

Akustische Signale können weiterhin mehrere Informationen übertragen, welche den Belade- oder Betankungsvorgang steuern können. Dies kann einen oder mehrere der folgenden Informationen umfassen:

- Betankungsprotokoll-ID,
- Fahrzeug-ID,
- H2-Tankbehältervolumen oder -typ,
- Betankungskommando und
- maximaler Mengenfluss für H2 zwischen Tanksäule und Fahrzeug.

Acoustic signals can also transmit a variety of information that can control the loading or refueling process. This may include one or more of the following information:

- refueling log ID,
- Vehicle ID,
- H2 tank container volume or type,
- refueling command and
- Maximum flow rate for H2 between the fuel pump and the vehicle.

Bei Unterbrechung einer Funkverbindung oder der akustischen Kommunikation könnte vorgesehen sein, das Fahrzeug und/oder die Lade- oder Betankungseinrichtung in einen Modus wechseln zu lassen, bei dem ein sicheres Ersatzlade- oder -betankungsprotokoll ausgeführt wird. Dies kann etwa einen vorgegebenen Massenstrom oder eine vorgegebene Stromstärke umfassen. Aus einem Modus mit sicherem Belade- oder Betankungsprotokoll könnte wieder zurück in einen Schnelllade- oder Schnellbetankungsmodus gewechselt werden, sobald die ausgefallene Funkverbindung oder akustische Kommunikation wiederhergestellt ist.If a radio connection or the acoustic communication is interrupted, it could be provided that the vehicle and/or the charging or refueling device switch to a mode in which a safe alternative charging or refueling protocol is carried out. This can include a specified mass flow or a specified current intensity. A safe loading or refueling protocol mode could be switched back to a fast charging or fast refueling mode once the failed radio link or acoustic communication is restored.

Die Erfindung betrifft ferner ein System zur Kommunikation zwischen einer Lade- oder Betankungseinrichtung und einem Fahrzeug, wobei die Lade- oder Betankungseinrichtung und das Fahrzeug Kommunikationspartner bilden, wobei mindestens einer der Kommunikationspartner mindestens einen akustischen Signalsender und mindestens der andere der Kommunikationspartner einen akustischen Signalempfänger aufweist, wobei die Kommunikationspartner jeweils eine Steuereinheit aufweisen, die mit dem akustischen Signalsender bzw. Signalempfänger gekoppelt sind und dazu ausgebildet sind, über modulierte akustische Signale zumindest eine Koppelanfrage zum Aufbauen einer Kommunikationsbereitschaft, ein gegenseitiges Identifizieren der Kommunikationspartner und/oder ein Übertragen von Daten durchzuführen.The invention also relates to a system for communication between a charging or refueling device and a vehicle, with the charging or refueling device and the vehicle forming communication partners, with at least one of the communication partners having at least one acoustic signal transmitter and at least the other of the communication partners having an acoustic signal receiver. wherein the communication partners each have a control unit that is coupled to the acoustic signal transmitter or signal receiver and is designed to use modulated acoustic signals to carry out at least one coupling request to establish communication readiness, to mutually identify the communication partners and/or to transmit data.

Bevorzugt ist das System dazu ausgebildet, eine Funkverbindung als primäre Datenverbindung und die akustische Signalübertragung zwischen der Lade- oder Betankungseinrichtung und dem Fahrzeug als sekundäre Datenverbindung zu realisieren. Über die sekundäre Datenverbindung kann, wie vorangehend dargelegt, ein Schlüssel zur Realisierung einer sicheren Verbindung ausgetauscht oder eine rudimentäre Kommunikation bei Störung der primären Datenverbindung hergestellt werden.The system is preferably designed to implement a radio connection as the primary data connection and the acoustic signal transmission between the charging or refueling device and the vehicle as a secondary data connection. As explained above, a key for realizing a secure connection can be exchanged via the secondary data connection or rudimentary communication can be established if the primary data connection is disrupted.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention are presented in more detail below together with the description of the preferred exemplary embodiments of the invention with the aid of figures.

Figurenlistecharacter list

Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 eine schematische Ansicht des Systems.

It shows:

1 a schematic view of the method according to the invention.
2 a schematic view of the system.

1 zeigt ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einer Lade- oder Betankungseinrichtung und einem Fahrzeug. Dies kann zu einem Betankungsszenario an einer Tankstelle gehören, an der ein Brennstoffzellenfahrzeug oder ähnliches mit gasförmigem Wasserstoff betankt werden soll. Das Verfahren ist jedoch auf alle Arten von Kraftstoffen (gasförmig, flüssig, kryogen etc.) sowie auf das Laden von Elektrofahrzeugen anwendbar. Außerdem ist es unerheblich, ob das Szenario einen klassischen manuellen Betankungsvorgang mit oder ohne automatisierte Abrechnung betrifft; oder einen automatisierten oder autonomen Betankungsvorgang eines klassischen von einem Fahrer gefahrenen Fahrzeugs, eines (teil-)automatisierten oder autonomen Fahrzeugs betrifft. Außerdem könnte auch ein Betankungsfahrzeug zum Empfängerfahrzeug fahren und dieses betanken. 1 shows a method for communication between a charging or refueling device and a vehicle. This can belong to a refueling scenario at a gas station where a fuel cell vehicle or the like is to be refueled with gaseous hydrogen. However, the method is applicable to all types of fuels (gaseous, liquid, cryogenic, etc.) and to charging electric vehicles. In addition, it is irrelevant whether the scenario relates to a classic manual refueling process with or without automated billing; or relates to an automated or autonomous refueling process of a classic vehicle driven by a driver, a (partially) automated or autonomous vehicle. In addition, a refueling vehicle could drive to the recipient vehicle and refuel it.

Zunächst wird von dem Fahrzeug und der Lade- oder Betankungseinrichtung eine Kommunikationsbereitschaft aufgebaut 2, 4. Dies könnte durch ein Aktivierungssignal initiiert werden, beispielsweise das Entnehmen eines Tankrüssels an der Lade- oder Betankungseinrichtung oder das Öffnen einer Tankklappe an dem Fahrzeug. Es ist sinnvoll, direkt nach dem Aktivieren 2, 4 eine Leckageprüfung 6, 8 vorzunehmen. An dieser Stelle könnte bereits ein Betankungsvorgang verhindert werden, falls eine Leckage feststellbar ist.First, the vehicle and the charging or refueling device are ready to communicate 2, 4. This could be initiated by an activation signal, for example removing a fuel nozzle from the charging or refueling device or opening a fuel filler flap on the vehicle. It makes sense to carry out a leak test 6, 8 immediately after activation 2, 4. At this point, a Betan process can be prevented if a leak is detected.

Zumindest einer der Kommunikationspartner kann eine Koppelanfrage aussenden 10, die dann von dem jeweils anderen Kommunikationspartner empfangen wird. Die Kommunikationspartner können sich hierdurch gegenseitig identifizieren 12. Ist die Identifizierung 12 erfolgt, kann eine IT-sichere Verbindung über eine Kopplung 14 der Kommunikationspartner über eine Funkverbindung hergestellt werden. Hierauf kann eine funktional-sichere Verbindung aufgebaut werden 16, über die Daten übertragen werden 18. Das Aussenden 10 der Koppelanfrage kann mittels Abgeben 11 eines akustischen Signals erfolgen.At least one of the communication partners can send out a coupling request 10, which is then received by the respective other communication partner. The communication partners can thus identify each other 12. If the identification 12 has taken place, an IT-secure connection can be established via a coupling 14 of the communication partners via a radio link. A functionally safe connection can then be set up 16, via which data can be transmitted 18. The coupling request can be sent 10 by means of emitting 11 an acoustic signal.

Das Identifizieren 12 kann insbesondere das Auffinden eines Kommunikationspartners bzw. das gegenseitige Finden beider Kommunikationspartner sein. Hierzu ist ebenso denkbar, dass einer oder beide Kommunikationspartner ein bestimmtes akustisches Signal abgeben 13a und auf ein entsprechendes weiteres akustisches Signal empfangen 13b, bevor die Verbindung hergestellt wird. Die betreffenden Signale können etwa jeweils eine Identifikationsnummer (ID) umfassen, die die beiden Kommunikationspartner austauschen, mit der beide jeweils sich gegenseitig finden können. Mithilfe dieser ID oder daraus abgeleiteten Merkmalen können etwa Funksignale an das jeweilige Gegenüber eindeutig identifiziert werden.The identification 12 can in particular be the finding of a communication partner or the mutual finding of both communication partners. It is also conceivable for one or both communication partners to emit a specific acoustic signal 13a and receive a corresponding further acoustic signal 13b before the connection is established. The relevant signals can each include an identification number (ID) that the two communication partners exchange, with which both can find each other. With the help of this ID or characteristics derived from it, radio signals to the respective counterpart can be clearly identified.

Bei der akustischen Übertragung kann zur Kopplung der Kommunikationspartner ein kryptographisches Merkmal übertragen bzw. ausgetauscht werden 20, etwa ein öffentlicher Schlüssel eines asymmetrischen Verschlüsselungsverfahrens. Über die akustische Übertragung kann ebenso ein symmetrischer Schlüssel (Session-Key) ausgehandelt werden, der anschließend für die Verschlüsselung und damit für eine Abhör-/Manipulationssicherung gegenüber unberechtigten Dritten verwendet werden kann. Die Kommunikationspartner sind dadurch über einen von einer Funkverbindung unabhängigen Weg in der Lage, eine Verschlüsselung zu initiieren, um eine IT-sichere Kommunikation aufzubauen.In the case of acoustic transmission, a cryptographic feature can be transmitted or exchanged 20 for coupling the communication partner, for example a public key of an asymmetric encryption method. A symmetrical key (session key) can also be negotiated via the acoustic transmission, which can then be used for encryption and thus for protection against eavesdropping/manipulation by unauthorized third parties. The communication partners are thus able to initiate encryption via a path that is independent of a radio connection in order to establish IT-secure communication.

Die Frequenzlage der akustischen Signale kann im für Menschen hörbaren oder auch im nicht hörbaren (Ultraschall-)Bereich sein. Signalgeber können eine Hupe, ein „Acoustic Vehicle Alerting System“ (AVAS) oder Ultraschall-Erreger einer Ultraschall-Einparkhilfe sein. Die Lade- oder Betankungseinrichtung könnte eine Lautsprecheranlage aufweisen, über die akustische Signale abgegeben werden. Akustische Sensoren könnten etwa (Außen-)Mikrofone der Lade- oder Betankungseinrichtung oder Mikrofone des Fahrzeugs oder Ultraschall-Sensoren einer Ultraschall-Einparkhilfe sein.The frequency position of the acoustic signals can be in the audible or inaudible (ultrasonic) range for humans. Signal generators can be a horn, an "Acoustic Vehicle Alerting System" (AVAS) or ultrasonic exciters of an ultrasonic parking aid. The loading or refueling device could have a loudspeaker system via which acoustic signals are emitted. Acoustic sensors could be (external) microphones of the charging or refueling device or microphones of the vehicle or ultrasonic sensors of an ultrasonic parking aid.

Ist die Funkverbindung von außen gestört, kann eine Datenübertragung über eine akustische Datenverbindung 22 erfolgen. Dabei ist allerdings die zu übertragende Datenrate stark begrenzt, sodass der Einsatz der Datenübertragung über einen akustischen Kanal zweckmäßigerweise auf wenige Zwecke begrenzt werden sollte. Neben dem Identifizieren 12 und dem Übertragen eines kryptographischen Merkmals 20 könnte eine Abfrage 24 erfolgen, welche Betankungsdienste angeboten werden, eine Absprache 26 über das zu verwendende Betankungsprotokoll oder ein Austausch 28 von Betriebsparametern.If the radio connection is disrupted from outside, data can be transmitted via an acoustic data connection 22 . However, the data rate to be transmitted is severely limited, so that the use of data transmission via an acoustic channel should be limited to a few purposes. In addition to the identification 12 and the transmission of a cryptographic feature 20, a query 24 could be made as to which refueling services are offered, an agreement 26 on the refueling protocol to be used, or an exchange 28 of operating parameters.

Jeder der Vorgänge 24 bis 28 könnte auch jeweils eine Datenbankabfrage umfassen. Durch die Verwendung eines Zero-Knowledge-Protokolls können die Kommunikationspartner, z.B. mithilfe der Abfrage einer zentralen, vertrauenswürdigen Datenbank, sich gegenseitig beweisen, dass sie bestimmte für den Betankungsvorgang notwendige, privat gehaltene Eigenschaften besitzen.Each of the processes 24 to 28 could also include a database query. By using a zero-knowledge protocol, the communication partners can prove to each other, e.g. by querying a central, trustworthy database, that they have certain private properties that are necessary for the refueling process.

Weiterhin kann eine Planung 30 des Betankungsvorgangs erfolgen, wobei die gegenseitige Information 32 über den Plan ebenso über den akustischen Kanal erfolgen kann.Furthermore, the refueling process can be planned 30, with mutual information 32 about the plan also being able to be provided via the acoustic channel.

Als eine Art Totmannschaltung kann mindestens einer der Kommunikationspartner periodische akustische Signale aussenden 34 und der jeweils andere Kommunikationspartner diese kontinuierlich überprüfen 36 und bei Abweichung von erwarteten Signalen wird ein Abbruchsignal zum Abbrechen des Betankungsvorgangs generieren 36.As a kind of dead man's switch, at least one of the communication partners can emit periodic acoustic signals 34 and the other communication partner can continuously check these 36 and, if there are deviations from the expected signals, an abort signal is generated to interrupt the refueling process 36.

In 2 wird ein System 39 zur Kommunikation zwischen einer Lade- oder Betankungseinrichtung 40 und einem Fahrzeug 42 gezeigt, wobei die Lade- oder Betankungseinrichtung 40 und das Fahrzeug 42 Kommunikationspartner bilden. Hier weisen beide Kommunikationspartner jeweils einen akustischen Signalsender 44, 46 auf, die dazu ausgebildet sind, ein akustisches Signal auszusenden. Weiterhin weisen beide Kommunikationspartner jeweils einen akustischen Signalempfänger 48, 50 auf. Sowohl die Signalsender 44, 46, als auch die Signalempfänger 48, 50 sind mit einer Steuereinheit 52, 54 gekoppelt. In 2 a system 39 for communication between a charging or refueling device 40 and a vehicle 42 is shown, the charging or refueling device 40 and the vehicle 42 forming communication partners. Here both communication partners each have an acoustic signal transmitter 44, 46 which is designed to emit an acoustic signal. Furthermore, both communication partners each have an acoustic signal receiver 48, 50. Both the signal transmitters 44, 46 and the signal receivers 48, 50 are coupled to a control unit 52, 54.

Die Steuereinheiten 52 und 54 sind dazu ausgebildet, über modulierte akustische Signale zumindest eine Koppelanfrage zum Aufbauen einer Kommunikationsbereitschaft auszusenden und ein gegenseitiges Identifizieren 12 der Kommunikationspartner und/oder ein Übertragen 18 von Daten durchzuführen.The control units 52 and 54 are designed to use modulated acoustic signals to send out at least one coupling request to set up a readiness for communication and to carry out mutual identification 12 of the communication partners and/or transmission 18 of data.

Das System 39 ist exemplarisch dazu ausgebildet, eine Funkverbindung als primäre Datenverbindung und die akustische Signalübertragung zwischen der Lade- oder Betankungseinrichtung 40 und dem Fahrzeug 42 als sekundäre Datenverbindung zu realisieren. Zur Realisierung der Funkverbindung ist in der Lade- oder Betankungseinrichtung 40 eine Datenverbindungseinheit 56 und in dem Fahrzeug 42 eine weitere Datenverbindungseinheit 58 vorgesehen.The system 39 is designed, for example, to use a radio link as the primary data transfer to realize binding and the acoustic signal transmission between the charging or refueling device 40 and the vehicle 42 as a secondary data connection. A data connection unit 56 is provided in the charging or refueling device 40 and a further data connection unit 58 is provided in the vehicle 42 in order to implement the radio connection.

Claims

Method for communication between a charging or refueling device (40) and a vehicle (42), comprising the steps: - Establishing (2, 4) a readiness for communication of the vehicle (42) and the charging or refueling device (40) as mutual communication partners by sending (10) at least one coupling request between the charging or refueling device (40) and the vehicle (42), - Mutual identification (12) of the respective communication partner, and - Coupling (14) the communication partners by means of a signal connection via which data is transmitted (18), the transmission (10) and/or the identification (12) and/or the transmission (18) of data being effected by means of acoustic signals.

procedure after claim 1 , wherein the coupling (14) of the communication partner comprises the exchange (20) of a cryptographic key by means of acoustic signals.

procedure after claim 2 , wherein the coupling (14) of the communication partners comprises connecting via a radio connection, the radio connection being encrypted by the cryptographic key.

Method according to one of the preceding claims, in which the signal connection takes place at least temporarily by means of acoustic signals.

Method according to one of the preceding claims, in which the emission (10) of acoustic signals is effected by a horn, at least one ultrasonic distance sensor or an AVAS warning device.

Method according to one of the preceding claims, in which the acoustic signals can be transmitted bidirectionally.

Method according to one of the preceding claims, wherein the mutual identification (12) of the communication partners comprises the transmission (13a) of an identification number of at least one of the communication transmitters and the reception (13b) by the respective other communication partner.

Method according to one of the preceding claims, wherein at least one of the communication partners emits periodic acoustic signals (34) and the respective other communication partner continuously checks these (36) and if there is a deviation from the expected signals, an abort signal is generated (38) to abort the refueling process.

System (39) for communication between a charging or refueling device (40) and a vehicle (42), wherein the charging or refueling device (40) and the vehicle (42) form communication partners, wherein at least one of the communication partners has at least one acoustic signal transmitter ( 44, 46) and at least the other of the communication partners has an acoustic signal receiver (48, 50), the communication partners each having a control unit (52, 54) which is connected to the acoustic signal transmitter (44, 46) or signal receiver (48, 50 ) are coupled and are designed to use modulated acoustic signals to carry out at least one coupling request for establishing (2, 4) a readiness for communication, mutual identification (12) of the communication partners and/or transmission (18) of data.

system (39) according to claim 9 , wherein the system (39) is designed to implement a radio link as the primary data link and the acoustic signal transmission between the charging or refueling device (40) and the vehicle (42) as a secondary data link.