CN105186593A - 一种电动汽车无线充电发射接收自动对准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，其包括建立通讯连接的无线接收装置和无线发射装置；该自动对准系统还包括无线电定位装置和电机定位驱动装置；电机定位驱动装置设于电动汽车底部，且无线接收装置设于该电机定位驱动装置上，并在电机定位驱动装置的驱动下实现前后左右移动；无线电定位装置与电机定位驱动装置建立通讯连接，该无线电定位装置包括无线电测距电路和无线电应答电路，无线电测距电路和无线电应答电路建立通讯连接，当无线电测距电路发射测距无线电信号后，无线电应答电路发射回应信号，无线电测距电路根据接收到的应答信号时间长短来计算位差，进而根据位差来控制电机定位驱动装置进行移动。

Description

一种电动汽车无线充电发射接收自动对准系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车用无线充电系统，具体涉及电动汽车无线充电系统中的发射模块和接收模块自动对准的系统。

背景技术

电动汽车以其节油、环保、高效率的优点，被世界各国科学家和工业界普遍认为是二十一世纪重要的清洁交通工具。其中，电动汽车充电站与充电网络是电动汽车规模化和产业化发展的重要基础设施。

现有的电动汽车充电站中，采用无线充电方式的电动汽车充电时，需要将布置于车底部无线接收板与布置于地面的无线发射板对准，才能保证充电效率的最大化。目前，现有的对准方式是司机控制汽车根据充电站的定位标志来定位对准，或者是根据车载电子指示系统的定位指令移动汽车或控制充电接收板对准无线发射板。无论采用上述哪种方式都是需要驾驶员的人工控制来实现无线发送接收板的对准，这个过程缓慢而低效。

为此，一篇申请号为201110276928.9的发明专利，公开了一种强电磁耦合式电动汽车无线充电装置，其包括市电电源，初级整流滤波器，初级变换器，可分离电磁耦合器的原边线圈，可活动原边线圈支架，可分离电磁耦合器副边线圈，聚磁铁芯，可活动副边线圈支架，次级整流滤波器，充电控制器，蓄电池，电动汽车。把工频交流电输入到初级整流滤波器，从初级整流滤波器输出稳定的直流电，经初级变换器进行高频逆变变换后的高频交流电，该交流电输送至可分离电磁耦合器的原边线圈，可分离电磁耦合器的原边线圈内有聚磁铁芯，分离电磁耦合器的原边线圈通过可活动原边线圈支架可以上下移动与可分离电磁耦合器副边线圈通过可活动副边线圈支架上下移动发生强电磁耦合，这样实现高磁密度的能量传输。该专利采用的是分别能够上下移动的原边线圈装置和副边线圈装置，在移动汽车使车上的副边线圈正好对准到原边线圈上方后，两装置上下移动并将原副边线圈贴近来实现提供电能转换效率的目的；该专利方案的缺点是需要司机移动汽车以实现副边线圈正好对准在原边线圈上才能满足实现该专利目标的前提条件，并且该装置是上下移动，在充电结束后，需要一个时间来保证原边线圈和副边线圈回收到初始位置后汽车才可驶离，增加了汽车整个充电的过程程序和时间，并容易由于司机提早移动汽车而导致原副边线圈装置被刮蹭而损坏。

另有一篇申请号为201080058025.7的发明专利，公开了一种电动汽车用无线充电系统及充电方法，其充电系统包括：电力控制装置，其设置于无线充电所并控制所有无线电力传输装置；设置于停车区域的无线电力传输装置及地面近距离无线通讯模块；无线电力传输装置，其以多个数量设置于停车区域的地面、选择运行随电动汽车的充电信息对向的一部分无线传输面板；以及，在电动汽车的底部安装能够升降的多个无线传输面板，在电动汽车内具备无线电力接收机和无线充电终端及近距离无线通信模块和充电控制器，通过无线充电终端驾驶员的选择实现无线充电的最优化。该专利在车底部布置有多个接收线圈，当车停在充电车位上后由司机选择最优效果的接收板来实现最优化无线充电，该专利在发射机收装置最优定位实现上有以下确定，一是需要司机来人工选择合适的接收板来工作，二是在车底布置多个接收板成本昂贵。

另外一篇申请号为201310043965.4的发明专利，公开了一种电动汽车无线充电系统，解决了现有的原边线圈与副边线圈对接匹配难的问题。该电动汽车无线充电系统，包括无线发射板和无线接收板，还包括供电动汽车停泊的支撑平台和用于支撑无线发射板的支撑组件；无线接收板设置于电动汽车的底部且其接收面朝下底面；支撑组件和支撑平台之间至少设有能调节无线发射板高度的位置调节机构。可根据车辆位置快速调整无线发射板的高度，缩短无线发射板与无线接收板的距离，有效降低了由于车辆及无线发射板的位置引起的电量传输损耗，提升了能量传输效率，辐射也相应降低。该专利采用可移动的无线充电发射板来实现发射板与接收板的对准定位以实现提高无线充电传输效能，该专利的缺点是可移动的发射板需要在车位地面进行较大工作量的地面破土工程，并需要挖掘出足够其装置预埋的空间，如采用金属架结构作为支撑面则增加了整个系统的成本，且金属架结构支撑面也存在着金属对电磁波吸收发热的危险可能。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提出一种电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，采用无线电引导定位方式、通过控制步进电机定位系统驱动无线充电接收装置对准无线充电发射装置，无线电引导定位简单方便，配合图像识别定位技术定位准确而快速，并控制步进电机驱动系统可实现无线接收装置与无线充电发射装置的快速定位对准，提高无线充电速度，并解放了驾驶者，让电动汽车无线充电过程更加智能、方便和高效。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的思路是，该发射接收自动对准系统由图像识别自动定位装置和电机定位驱动装置构成，其中，电机定位驱动装置的实现是将无线充电接收装置固定于由步进电机驱动的横纵两条轨道移动系统上，采用无线电测距定位原理，无线接收装置上布置有无线电测距电路，而无线发射装置上的四角每个角上均有一个无线电测距应答点电路，当无线接收装置上的无线电测距电路发射测距无线电信号后，无线发射装置四个角上的应答电路均会发射回应信号，无线电测距电路根据接收到的应答信号时间长短来计算4个点的距离，根据四个定位点距离差来计算接收装置与发射装置的位差，进而根据位差来控制步进电机来实现接收装置与发射装置的精确定位。另外，为了加快定位速度，还同时采用图像识别定位技术来定位，具体是固定于无线充电接收装置上的图像识别自动定位装置根据其对无线充电发射装置的图像采样数据的识别分析计算出充电装置与发射装置的位差，根据位差数据来控制步进电机驱动无线充电接收装置的移动，来实现无线充电接收装置与无线充电发射装置的逐步对准。由于图像识别定位非常精确，而无线电定位技术非常迅速，因此可实现接收装置与发射装置的快速准确定位对准。

具体的，本发明的技术方案是，一种电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，包括设于电动汽车下部的无线接收装置、设于停车区域的地面上的无线发射装置，无线接收装置和无线发射装置在一定距离内建立通讯连接，并自动开始无线电力传输；该自动对准系统还包括无线电定位装置和电机定位驱动装置；所述电机定位驱动装置设于电动汽车底部，且所述无线接收装置设于该电机定位驱动装置上，并在电机定位驱动装置的驱动下实现前后左右移动；所述无线电定位装置与电机定位驱动装置建立有线或者无线通讯连接，该无线电定位装置包括设于无线接收装置的无线电测距电路、设于无线发射装置上的无线电应答电路，无线电测距电路和无线电应答电路建立通讯连接，当无线接收装置上的无线电测距电路发射测距无线电信号后，无线发射装置的无线电应答电路发射回应信号，无线电测距电路根据接收到的应答信号时间长短来计算相应间距，根据该间距来计算无线接收装置与无线发射装置的位差，进而根据位差来控制所述电机定位驱动装置进行移动。

其中，为了保证定位精确，所述无线电应答电路至少设置4个，分别设于无线发射装置四个角的位置处。这样，当无线接收装置上的无线电测距电路发射测距无线电信号后，无线发射装置四个角上的无线电应答电路均会发射回应信号，无线电测距电路根据接收到的应答信号时间长短来计算4个点的距离，根据四个定位点距离差来计算无线接收装置与无线发射装置的位差，进而根据位差来控制电机定位驱动装置进行移动，来实现无线接收装置与无线发射装置的精确定位。

该自动对准系统还包括设于无线接收装置上的图像识别自动定位装置，所述图像识别自动定位装置与电机定位驱动装置建立有线或者无线通讯连接，该图像识别自动定位装置包括采集无线发射装置位置图像的采集单元、对采集单元采集的无线发射装置位置图像进行分析的分析单元、根据分析单元的分析结果进行控制的控制单元，控制单元驱动该电机定位驱动装置进行移动。

更进一步的，为了配合图像识别自动定位装置和无线电定位装置定位，所述无线接收装置上设有自动控制电路，所述图像识别自动定位装置的输出端和无线电定位装置的输出端均电性连接至自动控制电路的输入端，所述自动控制电路的输出端电性连接至电机定位驱动装置的输入端，自动控制电路对接收到的图像识别自动定位装置和无线电定位装置结果进行分析计算，并根据分析计算结果来驱动电机定位驱动装置进行移动。

其中，无线发射装置是固定于地面停车位的固定位置，实现移动定位的是电动汽车上的无线接收装置，本发明之所以选择采用接收装置移动方式而不是发射装置移动方式，其原因是发射装置是布置于停车位地面，如要实现发射装置的移动定位就需要在停车位面上开出一个较大范围的凹陷空间来布置发射装置的移动装置，并且该装置要在保证灵活移动定位的基础上还要有较强的支撑性能，以保证汽车压过该装置时能承受住车体的重量，要实现该方案施工工程量较大，且实现该装置的成本也较大；而采用接收装置移动定位则无上述问题。

其中，图像识别自动定位装置可以固定设置于电动汽车外的某一位置，也可以设置于电动汽车上，本发明中，作为一种优选的方案，该图像识别自动定位装置设于无线接收装置上，采集单元在预设时间间隔内连续采集无线发射装置的位置图像并实时发送给分析单元，分析单元分析每一个无线发射装置的位置图像中无线发射装置与无线接收装置的位差，控制单元根据位差数据来控制电机定位驱动装置来逐步移动，从而带动设于其上的无线接收装置移动到与无线发射装置对准的位置处。

作为一种简单可行的方案，所述电机定位驱动装置包括横纵轨道，无线接收装置可移动的设于该纵横轨道上，并在驱动电机的驱动下在横纵轨道做纵横移动。

其中，图像识别自动定位装置的工作原理是，固定于无线充电接收装置中间的摄像头对停车位地面拍照，利用图像识别技术从所拍摄数据中识别出无线充电发射装置，并将该图片与预存于系统中的标准停车位无线充电发射装置的位置进行对比计算，从而计算出无线充电接收装置与无线充电发射装置的位差，进而利用该位差数据控制驱动电机对电机定位驱动装置进行驱动，进而将无线充电接收装置移动到与无线充电发射装置对准的位置，从而实现两者的准确对准定位。

为了更好的标识无线充电发射装置利于图像识别，所述无线充电发射装置的周向上还均匀设置有可发光的标志点阵列。由于电动汽车无线充电发射装置是布置于停车位的地面上，这就有可能存在有外来覆盖物会落在充电装置的部分区域而遮挡住部分标识点的问题，本发明采用了均匀分布于无线充电发射装置的标识点阵列，只要有3个标识点未被覆盖，图像识别系统即可根据其拍摄的标识点构成的图形位置与系统预存标准图片对比出位差，进而可实现精确定位；另外在雨天会有发射装置被雨水淹没的问题，本发明的发射装置上的标识点为可发光标识点，在雨天时，发光标识点可透过雨水被图像识别系统识别。

本发明采用的是固定与车底的可移动接收端在自动引导系统的控制下来实现接收线圈与发射线圈的快速自动对准，对准速度快、定位准确，充电结束后无需等待接收线圈复位即可将车驶离停车位，便捷而快速。同时，本发明采用一个接收板（即无线接收装置）在制动定位控制系统的控制下即可实现发射接收板的快速精确定位，司机操作简单，定位高效准确且成本相对较低。另外，本发明采用的是固定位置的发射板（即无线发射装置），定位移动的是车底的接收板，停车位上布置发射板工程量小，基本不需要太大的破土工程即可实现，施工难度低且节省成本。另外，本发明采用无线电引导定位方式与图像识别定位技术相结合，来控制驱动电机驱动无线充电接收装置，进而实现对无线发射板的自动对准，相对于现有的人工控制汽车或控制充电板实现充电接收板与发射板的对准方式，具有对准自动实现、对准定位快速、定位准确的优势。

附图说明

图1为电动汽车无线充电系统结构图；

图2为无线充电接收板结构图；

图3为无线电定位系统原理图；

图4A为电动汽车预存标准发射板位置的照片；

图4B为电动汽车停在停车位上未对准发射板时拍摄的照片；

图5为无线充电发射板平面图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1-图5中，标号代表的部件如下1、电动车；2、无线充电发射板；21、发射板定位发光标识；22、无线电应答电路；3、无线充电接收板；31、无线电定位装置；5、接收板纵向悬挂梁；6、接收板横向悬挂梁；7、横向移动步进电机；8、纵向移动步进电机；9、步进电机横向移动轨道；10、步进电机纵向移动轨道。

实施例1

参见图1-图3，本发明的电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，包括设于电动汽车下部的可自动定位的无线充电接收板3、设于停车区域的地面上的无线充电发射板2、设于无线充电接收板3上的无线电定位装置31、以及步进电机定位驱动装置，无线充电发射板2设于步进电机定位驱动装置上。其中，无线电定位装置31包括设于无线充电接收板3的无线电测距电路（在无线电定位装置31内实现）、设于无线发射装置上的无线电应答电路22，无线电测距电路和无线电应答电路建立通讯连接，当无线接收装置上的无线电测距电路发射测距无线电信号后，无线发射装置的无线电应答电路发射回应信号，无线电测距电路根据接收到的应答信号时间长短来计算相应间距，根据该间距来计算无线接收装置与无线发射装置的位差，进而根据位差来控制所述电机定位驱动装置进行移动。

参见图2，电机定位驱动装置和无线电定位装置31都与无线充电接收板3连接。其中，电机定位驱动装置包括横纵悬挂梁（由接收板纵向悬挂梁5和接收板横向悬挂梁6实现），无线充电发射板2可移动的设于该横纵悬挂梁上，并在步进电机（横向移动步进电机7和纵向移动步进电机8）的驱动下在横纵悬挂梁上做纵横移动。

本实施例中，参见图3，无线充电接收板3上布置有无线电测距电路，而无线充电发射板2上的四角每个角上均有一个无线电测距应答点电路(A、B、C、D四个位置)，当无线充电接收板3上的无线电测距电路发射测距无线电信号后，无线充电发射板2四个角上的应答电路均会发射回应信号，无线电测距电路根据接收到的应答信号时间长短来计算4个点的距离，根据四个定位点距离差来计算接收板与发射板的位差，进而根据位差来控制无线充电接收板3位移步进电机来实现接收板与发射板的精确定位。也就是说，电机定位驱动装置的实现是将无线充电接收板3固定于由步进电机驱动的横纵两条轨道（步进电机横向移动轨道9和步进电机纵向移动轨道10）移动系统上，然后固定于无线充电接收板3上的无线电定位装置31根据其对无线充电发射板2的应答信号时间长短来计算相应间距，根据该间距来计算无线接收装置与无线发射装置的位差，根据位差数据来控制步进电机驱动无线充电接收板3的移动，来实现无线充电接收板3与无线充电发射板2的逐步对准，由于无线电定位快速且不易受到外界自然环境干扰，因此可实现接收板与发射板的快速定位对准。

实施例2

本实施例中，该自动对准系统除了包括实施例1中的无线电定位装置31，还包括设于无线接收装置上的图像识别自动定位装置11（参见图2）；同时，为了方便控制无线电定位装置31和图像识别自动定位装置11，无线接收装置上设有自动控制电路，图像识别自动定位装置的输出端和无线电定位装置31的输出端均电性连接至自动控制电路的输入端，自动控制电路的输出端电性连接至电机定位驱动装置的输入端，自动控制电路对接收到的图像识别自动定位装置和无线电定位装置31结果进行分析计算，并根据分析结果来驱动电机定位驱动装置进行移动。也就是说，电机定位驱动装置的实现是将无线充电接收板3固定于由步进电机驱动的横纵两条轨道移动系统上；然后固定于无线充电接收板3上的无线电定位装置31根据其对无线充电发射板2的多个应答信号时间长短来计算位差，同时，同样固定于无线充电接收板3上的图像识别自动定位装置根据其对无线充电发射板2的图像采样数据的识别分析计算出充电板与发射板的位差；然后自动控制电路比较两个位差数据，并根据预设算法（例如求平均算法、求方差作为调整参数然后再求和算法等等，当然也可以是其他算法）输出比较结果，根据比较结果来控制步进电机驱动无线充电接收板3的移动，来实现无线充电接收板3与无线充电发射板2的逐步对准。本发明同时使用无线电定位装置31和图像识别定位技术进行校准，校准更为准确而迅速，可实现接收板与发射板的快速准确定位对准。

图4A为电动汽车预存标准发射板位置拍摄的照片，图4B为电动汽车停在停车位上未对准发射板时拍摄的照片，图4B中的虚线框为发射板的标准位置，实际拍摄照片图4B中发射板与虚框的位差即为图像识别自动定位装置需要的数据，根据该数据来控制接收板位移位差方位、距离来实现接收、发射板的对准。

其中，无线充电发射板2是固定于地面停车位的固定位置，实现移动定位的是电动汽车上的无线充电接收板3。

图像识别自动定位装置的工作原理是，固定于无线充电接收板3中间的摄像头（CCD图像识别定位系统）对停车位地面拍照，利用图像识别技术从所拍摄数据中识别出无线充电发射板2，并将该图片与预存于系统中的标准停车位无线充电发射板2位置进行对比计算，从而计算出无线充电接收板3与无线充电发射板2的位差，进而利用该位差数据控制步进电机定位驱动系统驱动无线充电接收板3移动到对准无线充电发射板2的位置，实现两者的准确对准定位。

为了更好的标识无线充电发射板2利于图像识别，参见图5，在无线充电发射板2上还均匀布置有标志点阵列，并设置标志点为可发光点。由于电动汽车无线充电发射板2是布置于停车位的地面上，这就有可能存在有外来覆盖物会落在充电板的部分区域而遮挡住部分标识点的问题，本发明采用了均匀分布于无线充电发射板2的标识点阵列，只要有3个标识点未被覆盖即可实现精确定位；另外在雨天会有发射板被雨水淹没的问题，本发明的发射板上的标识点为可发光标识点，在雨天时，发光标识点可透过雨水被图像识别系统识别。

本发明通过上述方案，采用采用无线电定位技术和图像识别定位技术相结合来实现无线充电板定位控制，采用步进电机驱动设有无线充电接收板3的电机定位驱动装置，具有对准自动实现、对准定位快速、定位准确的优势，另外，采用可发光标识点阵列增强无线充电发射板2图像识别的被识别能力，避免无线充电发射板2被遮挡时无法采用图像识别定位的情形的发生。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，包括：设于电动汽车下部的无线接收装置、设于停车区域的地面上的无线发射装置，无线接收装置和无线发射装置在一定距离内建立通讯连接，并自动开始无线电力传输；

该自动对准系统还包括无线电定位装置和电机定位驱动装置；

所述电机定位驱动装置设于电动汽车底部，且所述无线接收装置设于该电机定位驱动装置上，并在电机定位驱动装置的驱动下实现前后左右移动；

所述无线电定位装置与电机定位驱动装置建立有线或者无线通讯连接，该无线电定位装置包括设于无线接收装置的无线电测距电路、设于无线发射装置上的无线电应答电路，无线电测距电路和无线电应答电路建立通讯连接，当无线接收装置上的无线电测距电路发射测距无线电信号后，无线发射装置的无线电应答电路发射回应信号，无线电测距电路根据接收到的应答信号时间长短来计算相应间距，根据该间距来计算无线接收装置与无线发射装置的位差，进而根据位差来控制所述电机定位驱动装置进行移动。

2.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，其特征在于：该自动对准系统还包括设于无线接收装置上的图像识别自动定位装置，所述图像识别自动定位装置与电机定位驱动装置建立有线或者无线通讯连接，该图像识别自动定位装置包括采集无线发射装置位置图像的采集单元、对采集单元采集的无线发射装置位置图像进行分析的分析单元、根据分析单元的分析结果进行控制的控制单元，控制单元驱动该电机定位驱动装置进行移动。

3.根据权利要求2所述的电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，其特征在于：所述图像识别自动定位装置设于无线接收装置上，采集单元在预设时间间隔内连续采集无线发射装置的位置图像并实时发送给分析单元，分析单元分析每一个无线发射装置的位置图像中无线发射装置与无线接收装置的位差，控制单元根据位差数据来控制电机定位驱动装置来逐步移动，从而带动设于其上的无线接收装置移动到与无线发射装置对准的位置处。

4.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，其特征在于：该自动对准系统还包括设于无线接收装置上的图像识别自动定位装置；所述无线接收装置上设有自动控制电路，所述图像识别自动定位装置的输出端和无线电定位装置的输出端均电性连接至自动控制电路的输入端，所述自动控制电路的输出端电性连接至电机定位驱动装置的输入端，自动控制电路对接收到的图像识别自动定位装置和无线电定位装置结果进行分析计算，并根据分析结果来驱动电机定位驱动装置进行移动。

5.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，其特征在于：所述无线电应答电路至少设置4个，分别设于无线发射装置四个角的位置处，当无线接收装置上的无线电测距电路发射测距无线电信号后，无线发射装置四个角上的无线电应答电路均发射回应信号，无线电测距电路根据接收到的应答信号时间长短来计算4个点的距离，根据四个定位点距离差来计算无线接收装置与无线发射装置的位差，进而根据位差来控制电机定位驱动装置进行移动。

6.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，其特征在于：所述电机定位驱动装置包括横纵轨道，无线发射装置可移动的设于该纵横轨道上，并在驱动电机的驱动下在横纵轨道做纵横移动。

7.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，其特征在于：所述无线充电发射装置的周向上还均匀设置有可发光的标志点阵列。