CN104583000A - 在感应充电时的异物识别 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于感应充电的设备，其包括充电单元和车辆，其中充电单元包括初级线圈并且车辆包括次级线圈，以便在充电过程中将电功率从初级线圈传送给次级线圈，车辆包括摄像机系统，车辆包括摄像机控制装置，并且摄像机系统在接近充电单元时和/或在充电过程开始时和/或在充电过程期间拍摄充电单元的至少一个图像，并且摄像机控制装置对所述至少一个拍摄图像进行数字处理，以便识别位于充电单元上的异物。

Description

在感应充电时的异物识别

本发明涉及一种用于感应充电的设备，其包括充电单元和车辆，其中充电单元包括初级线圈并且车辆包括次级线圈，以便在充电过程中将电功率从初级线圈传送给次级线圈。

电动车辆和混合动力车辆大多可以通过电缆连接到外部充电单元上进行充电。较为舒适的是无线充电，其可以通过感应的充电方法实现。由现有技术已知感应的功率传送系统，例如见GB2 347 801A1。感应充电设备由带有初级线圈的位于车辆外部的充电单元和带有次级线圈的车辆单元构成。在感应充电时这两个线圈在空间上彼此对置并且构成传送区域，电磁的传送场基本上位于该传送区域中。

此外，现代的电动车辆和混合动力车辆具有各种不同类型的驾驶员辅助系统。它们是复杂的电子系统，其在车辆使用者操作车辆时对车辆使用者进行支持。示例是基于摄像机的停车辅助系统或轨迹引导辅助系统。

本发明的任务在于提供一种改善的用于感应充电的设备，其包括充电单元和车辆。

上述任务通过根据权利要求1的设备解决。本发明的有利的实施方式和进一步构造由从属权利要求得出。

根据本发明，车辆包括摄像机系统和摄像机控制装置并且摄像机系统在接近充电站时和/或在充电过程开始时和/或在充电过程期间拍摄充电单元的至少一个图像。摄像机控制装置对所述至少一个拍摄图像进行数字处理，以便识别位于充电单元上的异物。

在此“充电过程”特别是理解成这样一个时间段，在该时间段中发生电功率从充电单元到车辆的传送。

概念“接近充电站”包括一个过程，在该过程中车辆在空间上相对于充电单元占据一个针对性的位置，以便实施充电过程。这也可以被车辆辅助系统如停车辅助系统支持。

不失一般性，所有类型的在充电过程中位于传送区域中的通常物体、然而特别是金属物体称为异物。当物体例如位于充电单元上时，这意味着物体也位于传送区域中，从而该物体可通过图像拍摄被捕捉到。摄像机控制装置利用数字的图像处理技术基于拍摄到的图像确定异物在传送区域中的存在。

根据本发明的一个优选的实施方式，充电单元包括充电控制装置，该充电控制装置控制初级线圈。可建立至少单向的从摄像机控制装置至充电控制装置的数据连接。

有利的是，在识别到异物的情况下摄像机控制装置产生识别信号，并且该识别信号经由建立的数据连接可从摄像机控制装置传送至充电控制装置。

在充电控制装置接收到识别信号时，充电控制装置中断或减小从初级线圈至次级线圈的功率传送。

这意味着设备在识别到异物时中断或减小所传送的功率，使得异物处于减弱的传送场中或不处于任何传送场中。为此充电控制装置接收摄像机控制装置的识别信号并且作为初级线圈的推进器关掉位于传送区域中的从初级线圈出发的传送场或减小该传送场的场强度。

根据本发明的优选的实施方式，车辆包括通信单元，识别信号从摄像机控制装置可直接传送给该通信单元并且在由通信单元接收到识别信号时通信单元发出可觉察的警告信号。

通过这种方式例如对于车辆使用者而言给予对识别的异物的可觉察的指示。这例如可以是在驾驶员工作位置的区域内的光学指示或在车辆外部可觉察的声学信号。可觉察的输出也可以包含操作指示，例如对充电单元清除异物的要求。

为了识别异物，在摄像机控制装置中存储充电单元的参考图像，其中没有位于充电单元上的异物或在传送区域内的异物。摄像机控制装置将所述至少一个拍摄图像与参考图像比较，其中拍摄图像与参考图像的偏差意味着识别到异物。

异物的识别也基于拍摄的实际图像与存储的参考图像的比较。优选摄像机控制装置根据分段方法或图案识别方法进行图像比较。

根据本发明的一个方案，摄像机系统和摄像机控制装置是车辆的驾驶员辅助系统的组件。

本发明基于以下的考虑：

对于电气化车辆已知这样的方法，其可以实现对车辆车载供电系统或所包含的存储器进行无接触的、优选感应的充电。

因为在感应充电时的能量传输可能通过在无接触的传输的两方之间的金属材料或导电材料干扰，所以要采取措施，其识别这样的物体或材料并且确保对应措施如中断能量传输。异物的非期望的加热和可能的负面后果因为被成功地避免。

根据现有技术已知的监控方法或者是不充分的，因为非常小的或薄壁的导电材料例如小的硬币的过度加热不能可靠地或不能及时地被识别。排除任何可能的由于过度加热异物引起的潜在危险然而具有最高的优先级。这些监控方法具有高的复杂度，而没有能够利用在车辆中存在的技术监控系统(例如驾驶员辅助系统)的协作。因此这些方案是费用高的并且需要大的结构空间，因为需要附加的硬件。

建议一种措施，用于在感应充电时利用车辆的驾驶员辅助系统进行异物识别。

因此可以例如利用在驾驶员辅助系统中整合的传感器装置(例如光学的传感器如单摄像机或立体摄像机)用于在感应充电时识别异物，以用于图像处理技术。这意味着，在待充电的物体即车辆接近初级线圈即能量源时，所存在的传感装置被激活或是激活的。这种激活必要时在接近空间界限时自动化实现或替代地通过手动激活实现。这种传感器装置具有处理图片的能力并且将相应拍摄的图像与在车辆中存储的参考图像进行比较。参考图像给出初级线圈在没有异物时必须具有的特征。在实际图像与参考图像有偏差时得出在初级线圈的区域内有污染物或异物的结论，并且阻止感应充电和/或以相应的操作建议(例如清扫要求)给予系统使用者相应的危险提示。形成图像的方法也可以优选立体地实现，以便识别污染物或异物的尺寸、类型、风险度。

接下来描述本发明的一个优选实施例。由此得出本发明的其它细节、优选实施方式和进一步构造。

在车辆感应充电时电功率从位于车辆外部的充电单元无线地传送给车辆。在规定时间段中传送的能量例如用于将车辆的电化学的蓄能器置于更高的充电状态。

为了充电，车辆特别是具有次级线圈。充电单元基本上包括初级线圈，其产生电磁的交变场，该交变场根据感应原理在次级线圈上感应电压。该感应的电压在车辆中可用作充电电压。电磁交变场也称为传送场。初级线圈被充电单元所包含的充电控制装置运行。

在应用用于感应充电车辆蓄能器的设备时，次级线圈可以整合在车辆的底部区域内。充电单元位于车辆的外部并且可以例如整合到停车场和/或车辆充电场中。

当车辆占据一个充电位置时，在充电单元和车辆之间的功率传送是特别有效的。这意味着车辆如此定位在车辆充电场的区域内，使得就x方向和y方向而言次级线圈被初级线圈非常好地在空间上覆盖。x方向和y方向涉及对于专业人员已知的车辆坐标系统，x轴沿着车辆纵向轴线，y轴沿着车辆横向轴线并且z轴线作为车辆竖直轴线。在充电位置中在充电时位于初级线圈和次级线圈之间的传送场的场区域称为传送区域。不失一般性，初级线圈基本上具有沿着与车辆相关的坐标系统的xy平面的维度。替代地也可以例如具有沿着yz平面的维度。

如果在充电过程中与传送场处于互动作用的物体例如金属件位于传送区域中，该物体在车辆充电场或停车场上位于充电单元的区域内、特别是在充电单元的初级线圈的区域内，那么这导致传送场在金属件的区域内和在金属件的相邻区域内的局部改变。由于集肤效应，在金属物体中的涡流将传送场从其内部挤出。该涡流引起金属件的加热。出于安全原因，这是非期望的并且是应当避免的状态。因此传送区域应当被监测位于传送区域中的物体，其全部被称为异物。

为了监测，从具有驾驶员辅助系统的车辆出发。首先车辆具有基于摄像机的驾驶员辅助系统，例如具有全景摄像机系统，其包含至少一个照相机。

驾驶员辅助摄像机系统配备摄像机控制装置。摄像机系统包括至少一个摄像机。为了监测传送区域，摄像机系统可选地配备附加的摄像机。每个摄像机的特征在于图像捕捉区域。

在接近充电位置时和在占据充电位置时，位于初级线圈和次级线圈之间的传送区域或至少初级线圈或初级线圈的外壳完全位于摄像机系统的至少一个摄像机的图像捕捉区域内。根据一个替代的实施方式，传送区域仅仅部分位于摄像机系统的摄像机的相应的图像捕捉区域内，其中然而摄像机系统的至少两个摄像机的图像捕捉区域共同地完全捕捉所述传送区域或至少所述初级线圈或初级线圈的外壳。

对于所有的实施方式共同的是，在接近充电位置的阶段期间的至少一个时刻或在占据充电位置时，即紧接着充电过程开始之前和/或在充电过程期间，整个传送区域或至少所述初级线圈或初级线圈的外壳经由一个或多个摄像机处于摄像机系统的视角内。

摄像机系统可以从该视角拍摄图像。该图像全部称为充电图像。相应于已经描述的实施方式，一个或多个摄像机参与充电图像的拍摄。在多个摄像机时充电图像由多个分图像共同构成，其中分图像的数量对应于所述多个摄像机的数量。

充电图像在摄像机控制装置中产生或由摄像机系统产生并且传送给摄像机控制装置。在摄像机控制装置中充电图像作为一个或多个数字的图像处理方法的对象，这些方法可由摄像机控制装置实施。

如果摄像机系统包括多个摄像机，那么它们可以位于车辆的不同的构造空间上。摄像机系统和摄像机控制装置构成图像拍摄单元，其此外具有用于在摄像机和摄像机控制装置之间进行数据传输的装置。替代地，摄像机系统和摄像机控制装置可以整合在一个唯一的装置或外壳中。摄像机系统的所述至少一个摄像机可以可选地设计成光学传感器阵列。

数字图像处理的任务在于识别在传送区域中的异物。为此目的在充电控制装置中存储比较图像。比较图像在视角方面对应于充电图像。比较图像不示出任何在传送区域内的异物。图像处理基本上由充电图像与比较图像的比较构成。为此由充电图像减去比较图像。减法结果示出异物。可选地在减法之前附加应用对于技术人员已知的图像校正技术和比较亮度差异的图像后续处理技术，以便能够使得减法结果例如不受充电图像或比较图像中的阴影形成的影响。减法结果全部被称为减法图像。

减法图像此外根据对于本领域普通技术人员已知的像素或分段的阈值方法根据对比差异进行分析。如果减法图像具有可预定的且在摄像机控制装置中可存储的对比差异或者在减法图像中的对比差异超过了这些对比差异，那么这同样意味着识别到异物并且摄像机控制装置产生识别信号。

替代地在减法图像上可以实施分段方法。在此一种以边缘为主导的方法是足够的，其在减法图像中寻找边缘。边缘识别导致识别信号的产生。

替代地或附加地，在充电图像上实施图案识别算法。在此优选例如初级线圈或包围初级线圈的外壳作为存储的对象。在传送区域内存在异物时，由此导致的与存储的物体的偏差使得存储的对象不能被算法识别。因此可以得出存在异物的结论，这导致产生识别信号。

充电图像的图像拍摄在充电过程开始之前和/或在充电过程期间实现。根据一个另外的实施方式，在充电过程开始之前在接近充电位置时即在占据充电位置时和在充电过程期间重复进行拍摄并且因此更新充电图像。在此更新充电图像的时间间隔至少是对于充电图像的图像处理必要的持续时间。通过这种方式传送区域在接近充电位置和在充电过程中永久地被监测，从而例如也可以识别在充电过程中进入传送区域中的物体例如滚动的硬币。

识别信号被摄像机控制装置优选传送给充电控制装置。为此可建立在摄像机控制装置和充电控制装置之间的直接的无线电通信或者可使用在车辆和/或充电单元的另外的各元件之间的无线电通信，以便将由摄像机控制装置发出的识别信号发送给充电控制装置。

如果在车辆接近充电位置时识别信号被充电控制装置接收到，那么充电控制装置禁止感应的充电。即不导入或不启动充电过程。如果识别信号由充电控制装置在业已导入的充电过程中接收到，那么充电控制装置中断充电过程，中断初级线圈的电磁场的产生或者弱化该电磁场的磁场强度。

在充电单元上可以附加地经由充电单元的合适的输出单元例如经由扬声器发出可觉察的警告信号例如声音信号。

根据另外一个实施方式，在车辆中的识别信号可从摄像机控制装置传送给人机接口。人机接口在接收到识别信号之后发出可觉察的警告信号或者发出操作指令。操作指令可以例如包含从传送区域中清除异物。

Claims (9)

1.一种用于感应充电的设备，其包括充电单元和车辆，其中充电单元包括初级线圈并且车辆包括次级线圈，以便在充电过程中将电功率从初级线圈传送至次级线圈，其特征在于，车辆包括摄像机系统，车辆包括摄像机控制装置，并且摄像机系统在车辆接近充电单元时和/或在充电过程开始时和/或在充电过程期间拍摄充电单元的至少一个图像，并且摄像机控制装置对所述至少一个拍摄图像进行数字处理，以便识别位于充电单元上的异物。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，充电单元包括充电控制装置，初级线圈能够被充电控制装置控制，从摄像机控制装置至充电控制装置的至少单向的数据连接能够被建立。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，在识别到异物时摄像机控制装置产生识别信号，该识别信号能够经由建立的数据连接从摄像机控制装置传送给充电控制装置。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，在充电控制装置接收到识别信号时充电控制装置禁止或中断或减小从初级线圈至次级线圈的功率传送。

5.如权利要求3或4所述的设备，其特征在于，充电单元包括信息单元，该信息单元在充电控制装置接收到识别信号时发出可觉察的警告信号。

6.如权利要求3至5中任一项所述的设备，其特征在于，车辆包括通信单元，识别信号能够从摄像机控制装置传送给通信单元；并且在通信单元接收到识别信号时通信单元发出可觉察的警告信号。

7.如上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在摄像机控制装置中存储在充电单元上没有异物的情况下的充电单元的参考图像，摄像机控制装置将所述至少一个拍摄图像与参考图像比较，并且拍摄图像与参考图像的偏差意味着识别到异物。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，摄像机控制装置根据分段方法或根据图案识别方法进行图像比较。

9.如上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，摄像机系统和摄像机控制装置是车辆的驾驶员辅助系统的组件。