CN105490393A - 一种车用无线传输系统及传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车用无线传输系统及传输方法，包括电源、发射模块及至少一个接收模块，电源向发射模块供应电能，每一接收模块连接一汽车环境检测装置，发射模块包括一发射线圈及主微控制单元，每一接收模块包括一接收线圈及次微控制单元；发射线圈谐振产生一磁场，并通过磁场将电能传输至接收线圈；接收线圈通过磁场耦合接收电能；主微控制单元产生一控制信号，并通过AM调制将控制信号加载至电能，电能携控制信号一同传输至接收线圈；次微控制单元通过AM解调分离控制信号，接收线圈将分离后的电能及控制信号传输至汽车环境检测装置。采用上述技术方案后，彻底摒弃了有线传输的传统模式，利用无线的接插件同时传输能量及控制信号。

Description

一种车用无线传输系统及传输方法

技术领域

本发明涉及车辆能量传输领域，尤其涉及一种车用无线传输系统及传输方法。

背景技术

汽车接插件是目前汽车市场上普遍使用的一种部件。它的作用非常单纯：在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间，架起沟通的桥梁，使电流流通，使电路实现预定的功能，从而控制车身的设备动作。然而，由于接插件的硬件接口不同，使用场合限制以及存在使用寿命问题所带来的安全隐患大大限制了其相关产业的发展。汽车有线接插件在自身设计以及应用方面存在以下不足：

1.硬件接口种类繁多，不同汽车产品对接插件有不同的标准要求，造成了有线接插件在物理层面各不统一，这对汽车相关产品的设计和生产方面带来了麻烦即不得不考虑有线接插件在物理面的形状尺寸；

2.使用场合存在很多限制，有线接插件存在导线连接部分，然而某些汽车部件需要非常良好的密封，或者某些汽车部件的安装位置不方便连接线的走线，这对汽车相关部件的设计安装以及走线问题是比较大的挑战；

存在使用寿命问题，有线接插件存在导线部分的连接，在和汽车运动机械部分的连接方面，随着汽车机械部件的运动，机械部件会带动导线的拉伸和缩放，这会降低接插件部分的连接可靠性，甚至带来安全隐患问题。

因此，已逐渐开发出了无线信号传输或能量传输的传输方式，但无论是哪种传输方式，仍无法完全摆脱有线传输能量或信号的媒介。

因此，需要一种新型的连接车内导线及各部件的传输方式。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种车用无线传输系统，彻底摒弃了有线传输的传统模式，利用无线的接插件同时传输能量及控制信号。

本发明公开了一种车用无线传输系统，包括电源、发射模块及至少一个接收模块，所述电源向所述发射模块供应电能，每一所述接收模块连接一汽车环境检测装置，所述发射模块包括一发射线圈及主微控制单元，每一所述接收模块包括一接收线圈及次微控制单元；所述发射线圈谐振产生一磁场，并通过所述磁场将所述电能传输至所述接收线圈；所述接收线圈通过磁场耦合接收所述电能；所述主微控制单元产生一控制信号，并通过AM调制将所述控制信号加载至所述电能，所述电能携所述控制信号一同传输至所述接收线圈；所述次微控制单元通过AM解调分离所述控制信号，所述接收线圈将分离后的电能及控制信号传输至所述汽车环境检测装置。

优选地，所述汽车环境检测装置为温度传感器、雨量传感器、胎压传感器、阳光传感器、雷达检测装置，超声波检测装置，红外检测装置中的一种或多种。

优选地，所述发射线圈与连接有所述温度传感器的接收线圈的距离为60cm。

优选地，所述发射线圈与连接有所述雨量传感器的接收线圈的距离为55cm。

优选地，每一接收线圈与所述发射线圈的中心线的偏移角小于等于30°。

优选地，所述接收模块还包括：负载调制电路，所述发射模块还包括：负载解调电路，所述负载调制电路将所述汽车环境检测装置的状态信息从所述接收线圈反馈至所述发射线圈；所述负载解调电路将所述汽车环境检测装置的状态信息解调并发送至所述主微控制单元。

优选地，所述接收模块包括波形解析单元，解析所述控制信号并将解析后的控制信号发送至对应的汽车环境检测装置。

优选地，所述波形解析单元为硬件门控或IC芯片。

本发明还公开了一种车用无线传输系统的传输方法，所述传输系统包括发射模块及至少一个接收模块，包括以下步骤：S1：所述发射模块谐振产生一磁场，通过所述磁场将电能传输至接收模块；S2：所述发射模块通过AM调制将控制信号加载至所述电能上，使所述接收模块同时接收所述电能及控制信号；S3：所述接收模块通过AM解调分离所述电能及控制信号，并将所述电能及控制信号传输至与所述接收模块连接的汽车环境检测装置。

优选地，还包括以下步骤：S4：所述接收模块通过负载调制将所述汽车环境检测装置的状态信息从所述接收线圈反馈至所述发射线圈；S5：所述发射模块通过负载调制将所述汽车环境检测装置的状态信息接收并解调。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.无线传输模式采用空间磁场传输，稳定性好。

2.由于采用电磁谐振技术，无线传输的有效距离可以达到米级，而且在线圈的位置要求上相对比较宽松，并且不需要发送与接收端线圈严格对齐。

3.维护方便，快捷，简单。

4.采取无线的空间磁场传输，不存在有线接插件的线接口，摆脱了有线接插件密集线束的弊端，同时由于没有直接的电气连接，前后级相互隔离，不会出现短路，信号串扰等错误，安全性高。

附图说明

图1为本发明无线传输系统中能量传输流程示意图；

图2为本发明无线传输系统中信号传输流程示意图；

图3为本发明无线传输系统中发射模块能量传输流程示意图；

图4为本发明无线传输系统中接收模块能量传输流程示意图；

图5为本发明一优选实施例中发射线圈与接受线圈设置的位置图；

图6为本发明一优选实施例中发射模块安装位置示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

参阅图1至图4，分别为本发明无线传输系统中能量传输及信号传输流程示意图及发射模块和接收模块内部能量传输流程示意图。本发明中，车用无线传输系统包括有电源、发射模块及至少一个接收模块。电源与发射模块连接，并提供电力至发射模块。而每一接收模块与一汽车环境检测装置如温度传感器或雨量传感器连接，用于将电能或信号直接传送至汽车环境检测装置。为了使发射模块与接收模块间通过无线的方式传输，在发射模块内设置有一发射线圈及主微控制单元，每一接收模块内则设置有接收线圈及次微控制单元。电源发送电力至发射模块后，发射线圈将谐振产生一磁场，通过该磁场，可将发射线圈接收到的电力向外发送至接收线圈，接收线圈通过磁场耦合接收电能，从而完成无线传输能量的过程。电磁耦合谐振技术本质上是依靠磁场传递能量，通过谐振线圈间磁场的耦合，借助发射和接收线圈产生的共振实现能量的无线传输。同时与发射线圈连接的主微控制单元在磁场产生后，采用AM调制将其本身产生的控制信号加载到电能上，利用能量波形作为基波，在电能传输的同时，携带着控制信号一同传输到接收线圈。在接收线圈接收到控制信号后，与接收线圈连接的次微控制单元通过AM解调将控制信号从电能中分离，分离后的电能及控制信号随后被传输至汽车环境检测装置。

在上述实施例中，与接收模块连接的汽车环境检测装置为温度传感器或雨量传感器。可以理解的是，其他汽车环境检测装置如胎压传感器、阳光传感器、车外声音传感器、雷达检测装置，超声波检测装置，红外检测装置等设置在车身上或车体外部检测装置均可适用在本实施例中。由于这些汽车环境检测装置一般设置在车身上或车体外，与车内电源及中央控制单元有线连接时，必然会有部分电线穿过车体或直接裸露在外，造成危险。因此，本发明特别适用于上述汽车环境检测装置。

根据上述实施例中能量及信号的传输方式，在温度传感器和雨量传感器接收到了电能及控制信号，根据控制信号执行相应的操作如：开启、关闭、调温、调速等。为了了解相应的汽车环境检测装置是否已成功执行相应的操作，温度传感器和雨量传感器将把包含执行操作后的状态的状态信息发送至与其连接的次微控制单元，次微控制单元则对该状态信息进行负载调制，以负载调制波的形式从接收线圈反馈至发射线圈。反射线圈接收到该状态信息后，主微控制单元对其进行负载解调，使其显示至用户界面，从而获得在执行了操作后，温度或刮雨器已运行在期望的工作条件下的信息。

由于多个汽车环境检测装置的设置，接收模块的数量也可能为多个。由此，需要对每一控制命令和反馈的状态信息进行删选和分辨，已确认控制命令是否传输至相对应的接收模块上。对此，接收模块包括有波形解析单元，对每一控制信号进行解析。具体地，当发射模块需要发送控制指令至温度传感器，但不希望雨量传感器接收该控制指令时，波形解析单元对携带有该控制指令的能量基波进行分析，当判断出该控制指令是用于控制温度传感器时，仅将该控制信号发送至温度传感器。同理，当控制指令是用于控制雨量传感器时，控制信号将仅被发送至雨量传感器。在未收到控制指令的情况下，接收模块自然不会发送反馈的状态信息至接收模块。波形解析单元可以是硬件门控或IC芯片。当波形解析单元为硬件门控时，用比较器分离出高低电平，然后用硬件逻辑门作数据解析，最后输出控制。而当波形解析单元为IC芯片时，用模拟端口采集信号，解析出数据，然后作相应输出控制。

参阅图5及图6，为本发明一优选实施例中发射线圈与接收线圈设置的位置图及发射线圈、接收线圈在车身的位置设置示意图。该实施例中，仍以温度传感器及雨量传感器为汽车环境检测装置。发射线圈和接收线圈处于车身的同一水平面或大致处于同一水平面，各个线圈放置角度和水平面大致垂直和车身大致平行。发射线圈与连接有温度传感器的接收线圈的距离为60cm，或者更加优选地，发射线圈与连接有雨量传感器的接收线圈的距离为55cm。由于采用电磁谐振技术，无线传输的有效距离可以达到米级，因此对于发射线圈及接收线圈而言，可设置位置更加灵活。采用60cm或55cm的配置，在机械设计和安装方面提供很多的便捷和其他可操作性。同时，每一接收线圈和发射线圈中心线的偏移角(图示中为角a和角b)小于等于30°，确保磁场耦合的稳定性，保证能量、信号传输的可靠性。为了同时保证无线供电的安全和可靠性，发射模块与接收模块间无金属障碍物干扰最佳。

因此，在上述实施例中，发射模块单独与一PCB板连接，每一接收模块单独与一汽车环境检测装置绑定在一PCB板上，各部件独立设置，即便有一模块损坏需要替换，将不涉及其他模块。

对于发射模块内发送能量、信息发送接口而言，其由汽车电池供电，由主微控制单元通过半桥驱动调节能量基波，以适应不同接收模块的工作条件。对于接收模块内发送能量、信息发送接口而言，其由前级的能量和后级电容放电供给。

本发明还公开了一种车用无线传输系统的传输方法，具体步骤包括：

S1：由发射模块谐振产生磁场，利用谐振技术将电能向外传输直至同样有电磁耦合接收的接收模块；

S2：同时，发射模块通过AM调制将需要对汽车环境检测装置执行操作的控制指令加载到电能基波上，使得电能基波在传输电能的同时携控制信号传输至接收模块；

S3：接收模块在接收到携带有控制信号的电能基波后，利用AM解调技术将电能与控制信号分离，并将分离后的电能和控制信号传输至与其相连接的汽车环境检测装置。

同时，为了获得执行控制信号指令后的汽车环境检测装置的状态，还包括步骤：

S4：汽车环境检测装置的状态将以状态信息的形式转发到接收模块上，接收模块通过负载调制将该状态信息从接收模块内的接收线圈反馈到发射模块内的发射线圈；

S5：发射模块则以负载解调技术将该状态信息解调，以显示给使用者。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种车用无线传输系统，包括电源、发射模块及至少一个接收模块，所述电源向所述发射模块供应电能，每一所述接收模块连接一汽车环境检测装置，其特征在于，

所述发射模块包括一发射线圈及主微控制单元，每一所述接收模块包括一接收线圈及次微控制单元；

所述发射线圈谐振产生一磁场，并通过所述磁场将所述电能传输至所述接收线圈；

所述接收线圈通过磁场耦合接收所述电能；

所述主微控制单元产生一控制信号，并通过AM调制将所述控制信号加载至所述电能，所述电能携所述控制信号一同传输至所述接收线圈；

所述次微控制单元通过AM解调分离所述控制信号，所述接收线圈将分离后的电能及控制信号传输至所述汽车环境检测装置。

2.如权利要求1所述的车用无线传输系统，其特征在于，

所述汽车环境检测装置为温度传感器、雨量传感器、胎压传感器、阳光传感器、雷达检测装置，超声波检测装置，红外检测装置中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的车用无线传输系统，其特征在于，

所述发射线圈与连接有所述温度传感器的接收线圈的距离为60cm。

4.如权利要求3所述的车用无线传输系统，其特征在于，

所述发射线圈与连接有所述雨量传感器的接收线圈的距离为55cm。

5.如权利要求1所述的车用无线传输系统，其特征在于，

每一所述接收线圈与所述发射线圈的中心线的偏移角小于等于30°。

6.如权利要求1所述的车用无线传输系统，其特征在于，

所述接收模块还包括：负载调制电路，

所述发射模块还包括：负载解调电路，

所述负载调制电路将所述汽车环境检测装置的状态信息从所述接收线圈反馈至所述发射线圈；

所述负载解调电路将所述汽车环境检测装置的状态信息解调并发送至所述主微控制单元。

7.如权利要求1至6任一项所述的车用无线传输系统，其特征在于，

所述接收模块包括波形解析单元，解析所述控制信号并将解析后的控制信号发送至对应的汽车环境检测装置。

8.如权利要求7所述的车用无线传输系统，其特征在于，

所述波形解析单元为硬件门控或IC芯片。

9.一种车用无线传输系统的传输方法，所述传输系统包括发射模块及至少一个接收模块，其特征在于，

包括以下步骤：

S1：所述发射模块谐振产生一磁场，通过所述磁场将电能传输至所述接收模块；

S2：所述发射模块通过AM调制将控制信号加载至所述电能上，使所述接收模块同时接收所述电能及控制信号；

S3：所述接收模块通过AM解调分离所述电能及控制信号，并将所述电能及控制信号传输至与所述接收模块连接的汽车环境检测装置。

10.如权利要求9所述的传输方法，其特征在于，

还包括以下步骤：

S4：所述接收模块通过负载调制将所述汽车环境检测装置的状态信息从所述接收线圈反馈至所述发射线圈；

S5：所述发射模块通过负载调制将所述汽车环境检测装置的状态信息接收并解调。