CN105539193B - 一种电动汽车无线充电定位对准装置和控制方法 - Google Patents

一种电动汽车无线充电定位对准装置和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电动汽车无线充电定位对准装置和控制方法，该定位对准装置包括无线接收装置、无线发射装置、橡胶定位器、摄像头和微控制器MCU；无线接收装置安装于电动汽车前端车牌与车身之间；通过橡胶定位器对电动汽车无线充电距离进行定位，通过激光发射装置成像无线发射线圈的参考位置，通过摄像头采集无线发射线圈和无线接收线圈的参考点信息,通过比较发射线圈校准点和接收线圈校准点的坐标位置，控制无线发射线圈进行二维位置调节，实现对电动汽车无线充电的精定位，避免多线圈成本高及存在对准盲区等问题,提高了对准精确性和对准效率。

Description

一种电动汽车无线充电定位对准装置和控制方法
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，具体的说，涉及一种电动汽车无线充电定位对准装置和控制方法。
背景技术
在现代社会中，人们对环保和节约石化能源的意识不断加强，电动汽车逐步替代传统能源汽车的趋势也愈加明显。由于电动汽车的充电时间较长，一般慢充需要6-8个小时，并且需要驾驶人员自己操作充电的过程。由于电动汽车充电过程中存在高压和大电流，对人身安全本身存在潜在的危险性。在阴雨天的户外充电中，由于漏电可能导致的安全性问题则更加突出。另外，由于电动汽车的电池巡航里程还有限，因此充电的频率较高，每次开始充电和充电完成都需要人为插拔充电插头，这些都会使用户感觉非常不方便。随着电能无线传输技术的不断发展成熟，无线充电系统能够输出的功率不断提升，无线供电的效率也在不断提高，相对于传统有线供电来说，其便利性和安全性等优势表现的越来越突出。因此，无线充电在电动汽车上的应用将会是未来的必然发展潮流和趋势。
目前现有的电动汽车无线充电方案基本上都采用电磁感应方式，一般具有一个电能发射线圈和一个电能接收线圈。在能量传输过程中，发射线圈和接收线圈的相对距离和偏移都会对系统的传输效率产生一定的影响。电动汽车接收电能的线圈一般安装在汽车的底部。且因不同车型地盘高度不一样，接收线圈和发射线圈的相对位置也会存在偏差。当发射线圈和接收线圈中心位置相对对准时，整个无线电能传输系统可以获得最大效率，这一点对于电动汽车等大功率无线电能传输系统的能效要求非常重要。
为了解决无线充电的对准问题，行业一般采用两种方法：一是采用驾驶员通过泊车系统的帮助，使车上的接收线圈和地上的发射线圈对准。这种方法需要特殊的视觉对准系统，并且司机每次充电进行对准的行为也十分繁琐，使用非常不方便，并且也增加了车辆本身的成本；另一种方法是增加发射端线圈的个数，发射端的线圈是多个线圈构成的线圈组，系统可以根据电动汽车的泊车位置，让最靠近接收线圈的发射线圈工作，从而实现一定程度的对准。但是，这种方法需要大幅度增加线圈的个数，会导致成本急剧增加，并且由于线圈没有覆盖到的地方，还会有盲区存在，这种方法也存在相当的局限性。
且上述两种对准方式均是将设置于车体底部的无线发射线圈与设置于地面上的无线发射线圈进行定位对准，通过控制无线发射线圈移动或无线发射线圈移动进行对向定位，该设置方式和对准方法亦是行业中惯用的手段。
如中国专利号CN104977944公开一种电动汽车无线充电发射接收自动对准系统，该对准系统的无线接收装置设于电动汽车下部，无线发射装置设于停车区域的地面，通过视觉图像采集来进行定位，电机驱动装置控制无线接收装置左右移动，实现无线充电定位。但是，图像采集定位方法需要有固定的参考点，对于电动汽车等车型尺寸和停放位置不固定的应用，这种方法在实现上还是具有很大的局限性。
又如中国专利号CN104701958公开的电动汽车自动无线充电收发系统，将无线发射线圈安装于地面，无线接收线圈安装车底，通过控制无线充电发射装置的平面移动，实现发射线圈与接收线圈中心对齐。在此过程中，由于采用基于定位标签反馈的脉冲信号来实现定位和对准，对准能够实现的精度较低。另外，由于需要地面预留较大的空间，用于安装发射线圈，且发射线圈安装于地面上，容易被车轮碾压破坏，不适于长期使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车无线充电定位对准装置和控制方法，将无线充电接收线圈安装于车牌与车身之间，通过一种简单的视觉识别方法，获得无线发射线圈和无线接收线圈的位置信息并控制无线发射线圈移动实现对充电装置的识别对准，提高了对准精确性和对准效率。
本发明的技术方案是：一种电动汽车无线充电定位对准装置，该定位对准装置包括无线接收装置、无线发射装置、橡胶定位器、摄像头和微控制器MCU；无线接收装置安装于电动汽车前端车牌与车身之间；无线接收装置包括无线接收线圈和接收线圈校准点P接收；橡胶定位器安装于电动汽车前轮停止处的地面；摄像头固定于停车位中心线的前方，摄像头对准无线接收装置的无线接收线圈；无线发射装置与微控制器MCU连接，无线发射装置包括无线发射线圈和激光发射装置，无线发射线圈与无线接收线圈对向安装，激光发射装置安装于无线发射装置与无线接收装置相对处，激光发射装置向无线接收装置发射激光束的位置坐标为发射线圈校准点P发射，摄像头捕捉发射线圈校准点P发射，将获取的发射线圈校准点P发射和接收射线圈校准点P接收的位置坐标交由微控制器MCU处理。
本发明还公开一种电动汽车无线充电定位对准控制方法，包括以下控制步骤：
步骤一：橡胶定位器确定无线接收装置和无线发射装置的充电距离；
步骤二：激光发射装置向待充电电动汽车的无线接收线圈处发射激光束，摄像头获取发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)和接收线圈校准点P接收(x接收，y接收)的位置坐标，并交由微控制器MCU处理；
步骤三：判断发射线圈校准点P发射的坐标信息和接收线圈校准点P接收的坐标信息是否符合充电标准；
步骤四：若发射线圈校准点P发射的坐标信息与接收线圈校准点P接收的坐标信息符合坐标偏差要求，则开始对电动汽车充电；
步骤五：若发射线圈校准点P发射的坐标信息与接收线圈校准点P接收的坐标信息不一致，则根据接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射的坐标偏差，控制无线发射线圈移动相应的偏差坐标距离，对电动汽车充电。
优选的是，所述步骤五中，若发射线圈校准点P发射的坐标信息与接收线圈校准点P接收的坐标信息不一致，则判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射是否存在横向坐标偏差；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射存在横向坐标偏差，则控制无线发射线圈201左移或右移|x接收-x发射|个坐标距离；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射不存在横向坐标偏差，判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射是否存在纵向坐标偏差；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射不存在纵向坐标偏差，则开始对电动汽车充电；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射存在纵向坐标偏差，则控制无线发射线圈上移或下移|y接收-y发射|个坐标距离，对电动汽车充电。
优选的是，所述步骤五中，若发射线圈校准点P发射的坐标信息与接收线圈校准点P接收的坐标信息不一致，则判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射是否存在纵向坐标偏差；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射存在纵向坐标偏差，则控制无线发射线圈上移或下移|y接收-y发射|个坐标距离；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射不存在纵向坐标偏差；判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射是否存在横向坐标偏差；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射存在横向坐标偏差，则控制无线发射线圈左移或右移|x接收-x发射|个坐标距离，对电动汽车充电；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射不存在横向坐标偏差，则开始对电动汽车充电。
本发明与现有技术相比的有益效果为：
1)适用于各类型电动汽车定位对准充电，通过橡胶定位器对电动汽车无线充电距离进行定位，可以很容易实现充电距离的定位，将3D定位变为2D定位，降低了系统设计的复杂度和成本；通过摄像头和激光束成像，采集无线发射线圈和无线接收线圈的2D位置信息，对电动汽车无线充电进行精细校准，提高了对准精确性和效率。
2)通过比较发射线圈校准点和接收线圈校准点的坐标位置，控制无线发射线圈进行二维位置调节，实现对电动汽车无线充电的精定位，避免多线圈成本高及存在对准盲区等问题；
3)将无线接收装置安装于电动汽车前端车牌与车身之间，一方面车牌区域的识别定位较容易；另一方面便于司机观察与判断充电状况；避免对电动汽车底部改装和加装，同时可适用于不同底盘高度的电动汽车充电；
附图说明
图1为本发明定位对准装置结构示意图(一)；
图2为本发明定位对准装置结构示意图(二)；
图3为停车位与摄像头位置关系示意图；
图4为定位对准控制过程流程图。
图中，无线接收装置1；无线发射装置2；橡胶定位器3；摄像头4；
无线接收线圈101；接收线圈校准点P接收；
无线发射线圈201；激光发射装置202；发射线圈校准点P发射。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
参见图1～3，本发明公开一种电动汽车无线充电定位对准装置，该定位对准装置包括无线接收装置1、无线发射装置2、橡胶定位器3、摄像头4和微控制器MCU。
无线接收装置1包括无线接收线圈101和接收线圈校准点P接收。P接收一般可以是车牌自身表面的参考圆点标识，参考圆点标识一般用于交通高速摄像头拍照对焦使用，无线接收线圈101的形状与车牌形状一致，便于改造和后装。无线接收线圈101安装于电动汽车前端与车牌之间位置，车牌材质采用非金属材质。接收线圈校准点P接收(x接收，y接收)设置于车牌前端，用于作为无线接收线圈101位置校准的参考点。
橡胶定位器3安装于电动汽车停车位前轮停止处的地面，橡胶定位器3一方面实现对电动汽车无线充电距离的精确定位，即当车体靠近无线发射装置2时，通过橡胶定位器3限定无线发射装置2与无线接收装置1的距离，方便司机将车体停靠在距离无线发射装置2前方指定位置处，另一方面可防止电动汽车撞击充电桩，对无线充电装置起到一定的保护作用。通过橡胶定位器对电动汽车无线充电距离进行定位，将3D定位变为2D定位，降低了系统设计的复杂度和成本。
参见图3，摄像头4固定于停车位中心线的前方，摄像头4对准无线接收装置1的无线接收线圈1，即摄像头4对准电动汽车车牌，摄像头4不随无线接收装置1和无线发射装置2移动。
无线发射装置2竖向安装于充电桩上方，无线发射装置2与微控制器MCU连接，无线发射装置2包括无线发射线圈201和激光发射装置202。
参见图2，无线发射线圈201与无线接收线圈101对向安装，激光发射装置202安装于无线发射装置2与无线接收装置1相对处，并沿着无线发射线圈平面的法线方向。激光发射装置202向无线接收装置1发射激光束，激光束在无线接收线圈101的位置坐标作为发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)，并通过摄像头4捕捉发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)，将获取的发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)和接收线圈校准点P接收(x接收，y接收)的位置坐标交由微控制器MCU处理。
参见图4，上述电动汽车无线充电定位对准装置的控制方法为：
步骤一：橡胶定位器3确定无线接收装置1和无线发射装置2的充电距离D，充电距离D作为无线充电距离的定位距离；
步骤二：激光发射装置202向待充电电动汽车的车牌处发射激光束，即向待充电电动汽车的无线接收线圈101处发射激光束，同时位于停车位中心线前方的摄像头4捕捉激光束，获取发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)和接收线圈校准点P接收(x接收，y接收)的位置坐标，并交由微控制器MCU处理；
步骤三：微控制器MCU判断获取的发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)的坐标信息和接收线圈校准点P接收(x接收，y接收)的坐标信息是否符合充电标准；
步骤四：若发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)的坐标信息与接收线圈校准点P接收(x接收，y接收)的坐标信息一致或符合坐标偏差要求，则开始对电动汽车充电；
步骤五：若发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)的坐标信息和接收线圈校准点P接收(x接收，y接收)的坐标信息不一致或不符合坐标偏差要求，则判断接收线圈校准点P接收横向坐标x接收是否大于等于发射线圈校准点P发射横向坐标x发射，即判断x接收≥x发射；
步骤六：若接收线圈校准点P接收横向坐标x接收小于发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)横向坐标x发射，即x接收＜x发射，则控制无线发射线圈201左移x发射-x接收个坐标距离，进入步骤十；
步骤七：若接收线圈校准点P接收横向坐标x接收大于发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)横向坐标x发射，即判断x接收＞x发射，则判断接收线圈校准点P接收横向坐标x接收是否大于发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)横向坐标x发射，即判断x接收＞x发射：
步骤八：若接收线圈校准点P接收横向坐标x接收大于发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)横向坐标x发射，即x接收＞x发射，则控制无线发射线圈201右移x接收-x发射个坐标距离，进入步骤十；
步骤九：若接收线圈校准点P接收横向坐标x接收等于发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)横向坐标x发射，即x接收＝x发射，则进入步骤十；
步骤十：判断接收线圈校准点P接收纵向坐标y接收是否大于等于发射线圈校准点P发射纵向坐标y发射，即判断y接收≥y发射；
步骤十一：若接收线圈校准点P接收纵向坐标y接收小于发射线圈校准点P发射向坐标y发射，即y接收＜y发射，则控制无线发射线圈201下移y发射-y接收个坐标距离；
步骤十二：若接收线圈校准点P接收纵向坐标y接收大于等于发射线圈校准点P发射纵向坐标x发射，即y接收≥y发射，则判断接收线圈校准点P接收纵向坐标y接收是否大于发射线圈校准点P发射纵向坐标x发射，即判断y接收＞y发射；
步骤十三：若接收线圈校准点P接收纵向坐标y接收等于发射线圈校准点P发射纵向坐标x发射，即判断y接收＝y发射，则开始对电动汽车充电；
步骤十四：若接收线圈校准点P接收纵向坐标y接收大于发射线圈校准点P发射纵向坐标x发射，即判断y接收＞y发射，则控制无线发射线圈201上移y接收-y发射个坐标距离，开始对电动汽车充电。
以上对电动汽车无线充电定位对准控制方法中，待电动汽车停靠完毕后，即电动汽车的前轮与橡胶定位器3卡和后，待充电电动汽车的无线发射装置2与无线接收装置1的距离被限定为D。
开启激光发射装置202，向向待充电电动汽车的车牌处发射激光束，摄像头4捕捉发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)和接收线圈校准点P接收(x接收，y接收)的位置坐标，并交由微控制器MCU处理。微控制器MCU对获取的两个位置坐标进行比较，判断无线接收装置1的位置是否符合充电要求，若两者位置坐标符合充电要求，则对电动汽车开始充电；若两者位置坐标不符合充电要求，则通过控制无线发射装置2上下左右移动，矫正无线接收装置1的位置坐标符合充电要求，实现发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)和接收线圈校准点P接收(x接收，y接收)位置坐标的对准，开始对电动汽车进行无线充电。
在无线发射装置2上下左右移动过程中，摄像头4不仅用于获取发射线圈校准点P发射和接收线圈校准点P接收的位置坐标，且可用于识别待充电电动汽车的车牌号，可方便的对待充电汽车进行相应的充电计费。
微控制器MCU不仅可根据无线接收线圈101和无线发射线圈201的位置偏差信息，发出相应的控制命令控制无线发射线圈201实现上下左右移动，通过控制无线发射线圈201位置的调整来达到校准无线接收线圈101和无线发射线圈201相对位置的目的，不仅避免了多线圈充电装置的成本高、存在对准盲区的问题，且有效解决了电动汽车无线充电时，无线发射装置与无线接收装置对准难、对准精确度不高的问题。
本领域技术人员可以理解，上述控制步骤中，可先判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射的横向坐标偏差，再判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射的纵向坐标偏差；亦或先判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射的纵向坐标偏差，再判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射的横向坐标偏差，即横向坐标偏差与纵向坐标偏差的判断不存在优先级。同样的，在控制无线发射线圈201右移x接收-x发射个坐标距离或控制无线发射线圈201左移x发射-x接收个坐标距离时，左移与右移不存在优先级，以实现无线发射线圈201的横向坐标x发射与无线接收线圈101的横向坐标x接收相等为准。在控制无线发射线圈201下移y发射-y接收个坐标距离或控制无线发射线圈201上移y发射-y接收个坐标距离时，上移与下移不存在优先级，以实现无线发射线圈201的纵向坐标y发射与无线接收线圈101的纵向坐标y接收相等为准。

Claims (4)

1.一种电动汽车无线充电定位对准装置，其特征在于：该定位对准装置包括无线接收装置、无线发射装置、橡胶定位器、摄像头和微控制器MCU；无线接收装置安装于电动汽车前端车牌与车身之间；无线接收装置包括无线接收线圈和接收线圈校准点P接收；橡胶定位器安装于电动汽车前轮停止处的地面；摄像头固定于停车位中心线的前方，摄像头对准无线接收装置的无线接收线圈；无线发射装置与微控制器MCU连接，无线发射装置包括无线发射线圈和激光发射装置，无线发射线圈与无线接收线圈对向安装，激光发射装置安装于无线发射装置与无线接收装置相对处，激光发射装置向无线接收装置发射激光束的位置坐标为发射线圈校准点P发射，摄像头捕捉发射线圈校准点P发射，将获取的发射线圈校准点P发射和接收线圈校准点P接收的位置坐标交由微控制器MCU处理。
2.一种权利要求1所述的定位对准装置的控制方法，其特征在于包括以下控制步骤：
步骤一：橡胶定位器确定无线接收装置和无线发射装置的充电距离；
步骤二：激光发射装置向待充电电动汽车的无线接收线圈处发射激光束，摄像头获取发射线圈校准点P发射(x发射，y发射)和接收线圈校准点P接收(x接收，y接收)的位置坐标，并交由微控制器MCU处理；
步骤三：判断发射线圈校准点P发射的坐标信息和接收线圈校准点P接收的坐标信息是否符合充电标准；
步骤四：若发射线圈校准点P发射的坐标信息与接收线圈校准点P接收的坐标信息符合坐标偏差要求，则开始对电动汽车充电；
步骤五：若发射线圈校准点P发射的坐标信息与接收线圈校准点P接收的坐标信息不一致，则根据接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射的坐标偏差，控制无线发射线圈移动相应的偏差坐标距离，对电动汽车充电。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步骤五中，
若发射线圈校准点P发射的坐标信息与接收线圈校准点P接收的坐标信息不一致，则判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射是否存在横向坐标偏差；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射存在横向坐标偏差，则控制无线发射线圈左移或右移|x接收-x发射|个坐标距离；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射不存在横向坐标偏差，继续判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射是否存在纵向坐标偏差；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射不存在纵向坐标偏差，则开始对电动汽车充电；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射存在纵向坐标偏差，则控制无线发射线圈上移或下移|y接收-y发射|个坐标距离，对电动汽车充电。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述步骤五中，
若发射线圈校准点P发射的坐标信息与接收线圈校准点P接收的坐标信息不一致，则判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射是否存在纵向坐标偏差；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射存在纵向坐标偏差，则控制无线发射线圈上移或下移|y接收-y发射|个坐标距离；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射不存在纵向坐标偏差；继续判断接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射是否存在横向坐标偏差；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射存在横向坐标偏差，则控制无线发射线圈201左移或右移|x接收-x发射|个坐标距离，对电动汽车充电；
若接收线圈校准点P接收与发射线圈校准点P发射不存在横向坐标偏差，则开始对电动汽车充电。
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