CN107571753A - 一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统及其控制方法，实现电动公交车在进站、停靠、出站动态过程中，车载无线充电设备自动对准地面充电线圈组，进行高效率的无线充电。通过高频线圈组的接受和传递信号，由单片机计算分析后控制电机，驱动车载无线充电设备移动，实现无线充电设备自动对准，追求最大效率无线充电，进一步提高续航能力、减少电池携带数量使车身轻量化。同时，通过进出站感应线圈组，由单片机计算分析控制其适时开闭，实现节能环保、提高充电系统安全性。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车无线充电领域，具体涉及一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统及其控制方法。
背景技术
随着科技的发展，环保节能的电动汽车凭借其环境友好、噪音低、能源利用效率高等优势，受到社会越来越多的关注。电动公交车主要是指纯电动公交车，全部使用电能行驶，该类产品噪音小，行驶稳定性高，并且实现零排放。电动公交车是国家863计划提出新一代电动汽车技术作为我国汽车科技创新的主攻方向，计划在“十一五”期间，以电动汽车的产业化技术平台为工作重点，力争取得重大突破，抢占新一代电动汽车产业技术制高点，实现交通能源结构的多元化，维护国家能源安全，减轻汽车排放污染，保障社会可持续发展，提高我国汽车工业的自主创新能力，实现汽车工业的跨越式发展。
针对充电问题，目前已经提出了多种无线电能传输技术，其能有效克服传统供电存在的设备移动灵活性差，环境不美观，容易产生接触火花，供电线暴露等问题，继而消除了传统供电方式存在的安全隐患问题，使整个供电过程更加安全。目前，无线输电大致可分为，电磁感应式，电磁辐射式和电磁共振式；电磁感应式传输距离近，效率低；电磁辐射式传输距离远，传输效率低，传输功率为毫瓦级；磁耦合谐振式可以在几米的范围内实现高效能量传输。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。
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。
基于专利申请号为CN201510822026.9提出了一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统。动态无线充电技术提供了一种减少电池容量、减轻车体重量的解决方案，可以提高能源的有效利用率，减少电动汽车的初始购置成本，可以解决目前无线充电技术仍存在例如传输距离短、距离增大时效率急剧下降等问题，然而，动态无线充电用于初期对于路面线圈的铺设成本过高，对于环境要求苛刻等问题，目前也尚处于研究摸索阶段，所以尚未进入市场。
本发明提出了一种设计简单，控制可靠，低成本，安全性高，性能稳定的基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统及其控制方法，为实现电动公交车的高效率充电提供一种解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统及其控制方法，实现电动公交车在进站、停靠、出站动态过程中，车载无线充电设备自动对准地面充电线圈组，进行高效率的无线充电。通过高频线圈组的接受和传递信号，由单片机计算分析后控制电机，驱动车载无线充电设备移动，实现无线充电设备自动对准，追求最大效率无线充电，进一步提高续航能力、减少电池携带数量使车身轻量化。同时，通过进出站感应线圈组，由单片机计算分析控制其适时开闭，实现节能环保、提高充电系统安全性；
本发明系统的技术方案是：一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统，包括信息交互单元、电子控制单元和执行单元；
所述信息交互单元包括：充电交互模块与对准交互模块；
所述充电交互模块包括：高频信号线圈组和进出站感应线圈组，用于接受车辆进出停靠站的信号；
所述高频信号线圈组包括：车前电磁线圈和车尾电磁线圈；
所述车前电磁线圈安装在公交车前部，用于产生高频电磁场向地面发射信号，为进站感应线圈提供磁场激励，使进站感应线圈产生感应电流，作为车辆进站的信号；
所述车尾电磁线圈安装在公交车尾部，用于产生高频电磁场向地面发射信号，为出站感应线圈提供磁场激励，使出站感应线圈产生感应电流，作为车辆出站的信号；
所述进出站感应线圈组包括：进站感应线圈和出站感应线圈；
所述进站感应线圈布置在公交车停靠站的进站区域处，用于接收车前电磁线圈发射的信号，作为启动地面的无线充电初级线圈电路的启动信号；
所述出站感应线圈布置在公交车停靠站的出站区域处，用于接收车尾电磁线圈发射的信号，作为关闭地面的无线充电初级线圈电路的关闭信号；
所述对准交互模块包括：地面充电线圈组和磁场比较线圈组；用于充电设备的对准定位；
所述地面充电线圈组铺设在地面，用于为电动公交车无线充电提供电能，同时为磁场比较线圈组提供磁场激励，使磁场比较线圈组产生感应电流；
所述磁场比较线圈组包括：两个前端磁场比较线圈和两个后端磁场比较线圈；磁场比较线圈为高灵敏度的感应线圈，用于与地面充电线圈产生感应电流，作为车载无线充电接收板的位置信号；两个前端磁场比较线圈a、b对称安装在车载无线充电接收板前端两侧，两个后端磁场比较线圈c、d对称安装在车载无线充电接收板后端两侧；
所述电子控制单元包括：停靠站控制单元和车载控制单元；
所述停靠站控制单元以80C55单片机为主体，安装在停靠站处，用于判断电动公交车是否进站、多辆电动公交车是否全部出站，完成对地面的无线充电初级线圈电路开闭的控制，主要包括整流输入模块a、计数比较模块和输出模块a；
所述整流输入模块a用于接收信息交互单元中进出站感应线圈组电磁感应效应产生的电信号并整流，并将电信号信息传递给计数比较模块；
所述计数比较模块用来接收整流输入模块a传递的电信号，并将进、出站感应线圈的电信号分别计数，再将计数结果进行比较；最后将比较结果以电信号的形式传递给输出模块a；
所述输出模块a用于接收计数比较模块传递的电信号，将电子控制单元分析计算的综合信息通过单片机I/O端口以电信号的形式传输到执行单元，实现电子控制单元的控制作用；
所述车载控制单元以80C55单片机为主体，安装在公交车上，用于判断车载无线充电接收板的位置，完成对车载无线充电接收板自动对准的控制，进而追求最大效率无线充电，主要包括整流输入模块b、运算比较模块和输出模块b；
所述整流输入模块b用于接收信息交互单元中磁场比较线圈组电磁感应效应产生的电信号并整流，将整流后的电信号传递给运算比较模块；
所述运算比较模块用于接收整流输入模块b传递的电信号，将磁场比较线圈的电信号大小进行运算比较，判断车辆位置，决定电机如何运动，并将结果以电信号的形式传递给输出模块b；
所述输出模块b用于接收运算比较模块传递的电信号，将电子控制单元分析计算的综合信息通过单片机I/O端口以电信号的形式传输到执行单元，实现电子控制单元的控制作用；
所述执行单元包括：地面充电控制机构和车载平面运动机构；
所述地面充电控制机构，用于接受电子控制单元的电信号，对地面无线充电初级发射区进行控制，控制其适时开闭，实现节能环保、提高安全性的目的；
进一步，所述地面充电控制机构，主要通过继电开关实现线路的开闭，通过单片机I/O端口输出的电信号控制继电开关，实现地面无线充电初级发射区的适时开闭；
所述车载平面运动机构，用于接受电子控制单元的电信号，驱动车载无线充电设备在活动范围内移动；
所述活动范围，位于车辆前桥与后桥之间；
进一步，所述车载平面运动机构，主要通过单片机I/O端口输出的电信号控制继电开关，进而控制横向电机与纵向电机正反转，带动车载无线充电接收板在横向丝杆与纵向丝杆上移动，当车载无线充电设备和地面充电线圈组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。实现无线充电设备自动对准，提高公交车无线充电效率，追求最大效率无线充电，进一步提高续航能力、减少电池携带数量使车身轻量化；
本发明的方法的技术方案为：一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统控制方法，具体控制过程如下：
阶段1，电动公交车未进站时，车载无线充电接收板调整到预定位置，保证电动公交车驶入充电区域后立即进行充电，将充电时间最大化；
阶段2，电动公交车进站时，进站感应线圈接收到车前电磁线圈的电磁场信号后，电子控制单元进行计数，记录下驶入电动公交车的数量i；当i＞1时启动地面的无线充电电路，开始无线充电；
阶段3，电动公交车进站停靠后，车辆与停靠站存在不同位置关系：情况1车辆位置距停靠站较远；情况2车辆位置距停靠站较近；情况3车辆位置距停靠站适中；情况4车辆正在车站或车辆位置距停靠站较前；
情况1，电动公交车行驶或停靠偏于停靠站外侧，车载无线充电接收板位于地面充电线圈组外侧，无线充电设备未对准；此时，磁场比较线圈a和磁场比较线圈b接收到大小不同的感应电流Ia和Ib；此时Ia＞Ib，横向电机需带动车载无线充电接收板向内侧运动；位置改变，感应电流Ia和Ib随之改变，当实时感应电流Ia＝Ib时，横向电机停止运动，实现充电设备自动对准；
情况2，电动公交车行驶或停靠偏于停靠站内侧，车载无线充电接收板位于地面充电线圈组内侧，无线充电设备未对准；此时，磁场比较线圈a和磁场比较线圈b接收到大小不同的感应电流Ia和Ib；此时Ia＜Ib，横向电机需带动车载无线充电接收板向外侧运动；位置改变，感应电流Ia和Ib随之改变，当实时感应电流Ia＝Ib时，横向电机停止运动，实现充电设备自动对准；
情况3，电动公交车行驶或停靠适中，车辆距停靠站适中，车载无线充电接收板与地面充电线圈组重合，无线充电设备对准；情况3是情况1和情况2最终调节结果；情况1、2和3组成一个动态调节过程；位置改变，通过比较实时感应电流Ia和Ib的大小，判断位置关系及电机下一步运动情况，形成闭环控制；
情况4，电动公交车正在驶离停靠站或停靠在停靠站较前方，车载无线充电接收板超出地面充电线圈组最前端；此时，磁场比较线圈a和磁场比较线圈b无法接收到或接收到微弱的感应电流Ia＝Ib≈0，而磁场比较线圈c和磁场比较线圈d的感应电流Ic＝Id≠0，纵向电机需带动车载无线充电接收板向后运动；位置改变，当实时感应电流Ia＝Ib＞0时，表明车载无线充电接收板重新与地面充电线圈组重合，纵向电机停止运动；最终车载无线充电接收板在活动范围最后端停止；
阶段4，电动公交车驶出停靠站，出站感应线圈接收到车尾电磁线圈的电磁场信号后，电子控制单元进行计数，记录下驶出电动公交车的数量j；比较驶入电动公交车数量i与驶出电动公交车的数量j，若i＝j，关闭地面的无线充电电路，结束无线充电；
(注：本发明说明书中以车辆前进方向为“前”；以靠近停靠站为“内”；以远离停靠站为“外”；由于本发明是电动公交车停靠过程的动态无线充电，故不考虑车辆偏离过大的情况；)
本发明的有益效果：
本发明适用于各类型电动公交车自动对准无线充电，不限制于车型与停靠站形状；目的实现电动公交车在进站、停靠、出站动态过程中，车载无线充电设备自动对准地面充电线圈组，进行高效率的无线充电；
通过高频线圈组的接受和传递信号，由单片机计算分析后控制电机，驱动车载无线充电设备移动，有较高的灵活性，减小驾驶员操作难度，实现无线充电设备自动对准，提高无线充电效率；
通过进出站感应线圈组，由单片机计算分析控制其适时开闭，实现节能环保、提高充电系统安全性；
附图说明
图1为本发明结构示意图；(a)为车底部充电设备及机械结构示意图；(b)为电动公交车停靠过程示意图；
图2为本发明磁场比较线圈组示意图；
图3为本发明动态无线充电自动对准过程示意图；
图4为本发明电子控制系统示意图；
图1中，1、前桥；2、后桥；3、车前电磁线圈；4、车尾电磁线圈；5、活动范围；6、横向丝杆；7、横向电机；8、纵向丝杆；9、车载无线充电接收板；10、纵向电机；11、进站感应线圈；12、地面充电线圈组(初级线圈)；13、出站感应线圈；
图2中，901、磁场比较线圈a；902、磁场比较线圈b；903、磁场比较线圈c；904、磁场比较线圈d；
图3中，情况1车辆位置距停靠站较远，无线充电设备未对准(偏外侧)；情况2车辆位置距停靠站较近，无线充电设备未对准(偏内侧)；情况3车辆位置距停靠站适中，无线充电设备已对准；情况4车辆正在车站或车辆位置距停靠站较前，无线充电设备未对准；
具体实施方式
下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1所示一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统，包括信息交互单元、电子控制单元和执行单元；
所述信息交互单元包括：充电交互模块与对准交互模块；
所述充电交互模块包括：高频信号线圈组和进出站感应线圈13，用于接受车辆进出停靠站的信号；高频信号线圈组包括：车前电磁线圈3和车尾电磁线圈4；车前电磁线圈3安装在公交车前部，用于向地面发射电磁场信号，为进站感应线圈11提供磁场激励，使进站感应线圈11产生感应电流，作为车辆进站的信号；车尾电磁线圈4安装在公交车尾部，用于向地面发射电磁场信号，为出站感应线圈13提供磁场激励，使出站感应线圈13产生感应电流，作为车辆出站的信号；进出站感应线圈13组包括：进站感应线圈11和出站感应线圈13；进站感应线圈11布置在公交车停靠站的进站区域处，用于接收车前电磁线圈3发射的电磁场信号，作为启动地面的无线充电初级线圈电路的启动信号；出站感应线圈13布置在公交车停靠站的出站区域处，用于接收车尾电磁线圈4发射的电磁场信号，作为关闭地面的无线充电初级线圈电路的关闭信号；
所述对准交互模块包括：地面充电线圈组12和磁场比较线圈组；地面充电线圈组12铺设在地面，用于为电动公交车无线充电提供电能，同时为磁场比较线圈组提供磁场激励，使磁场比较线圈组产生感应电流；磁场比较线圈组包括：两个前端磁场比较线圈和两个后端磁场比较线圈；磁场比较线圈为高灵敏度的感应线圈，用于与地面充电线圈产生感应电流，作为车载无线充电接收板9的位置信号；两个前端磁场比较线圈a901、b对称安装在车载无线充电接收板9前端两侧，两个后端磁场比较线圈c903、d对称安装在车载无线充电接收板9后端两侧；
所述电子控制单元包括：停靠站控制单元和车载控制单元；
所述停靠站控制单元以80C55单片机为主体，安装在停靠站处，用于判断电动公交车是否进站、多辆电动公交车是否全部出站，完成对地面的无线充电初级线圈电路开闭的控制，主要包括整流输入模块a、计数比较模块和输出模块a；整流输入模块a用于接收信息交互单元中进出站感应线圈13组电磁感应效应产生的电信号并整流，并将电信号信息传递给计数比较模块；计数比较模块用来接收整流输入模块a传递的电信号，并将进、出站感应线圈13的电信号分别计数，再将计数结果进行比较；最后将比较结果以电信号的形式传递给输出模块a；输出模块a用于接收计数比较模块传递的电信号，将电子控制单元分析计算的综合信息通过单片机I/O端口以电信号的形式传输到执行单元，实现电子控制单元的控制作用；
所述车载控制单元以80C55单片机为主体，安装在公交车上，用于判断车载无线充电接收板9的位置，完成对车载无线充电接收板9自动对准的控制，进而追求最大效率无线充电，主要包括整流输入模块b、运算比较模块和输出模块b；整流输入模块b用于接收信息交互单元中磁场比较线圈组电磁感应效应产生的电信号并整流，将整流后的电信号传递给运算比较模块；运算比较模块用于接收整流输入模块b传递的电信号，将磁场比较线圈的电信号大小进行运算比较，判断车辆位置，决定电机如何运动，并将结果以电信号的形式传递给输出模块b；输出模块b用于接收运算比较模块传递的电信号，将电子控制单元分析计算的综合信息通过单片机I/O端口以电信号的形式传输到执行单元，实现电子控制单元的控制作用；
所述执行单元包括：地面充电控制机构和车载平面运动机构；
所述地面充电控制机构，用于接受电子控制单元的电信号，对地面无线充电初级发射区进行控制，控制其适时开闭，实现节能环保、提高安全性的目的；进一步，所述地面充电控制机构，主要通过继电开关实现线路的开闭，通过单片机I/O端口输出的电信号控制继电开关，实现地面无线充电初级发射区的适时开闭；
所述车载平面运动机构，用于接受电子控制单元的电信号，驱动车载无线充电设备在活动范围5内移动；所述活动范围5，位于车辆前桥1与后桥2之间；进一步，所述车载平面运动机构，主要通过单片机I/O端口输出的电信号控制继电开关，进而控制横向电机7与纵向电机10正反转，带动车载无线充电接收板9在横向丝杆6与纵向丝杆8上移动，当车载无线充电设备和地面充电线圈组12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。实现无线充电设备自动对准，提高公交车无线充电效率，追求最大效率无线充电，进一步提高续航能力、减少电池携带数量使车身轻量化；
图2所示磁场比较线圈组包括：两个前端磁场比较线圈和两个后端磁场比较线圈；磁场比较线圈为高灵敏度的感应线圈，用于与地面充电线圈产生感应电流，作为车载无线充电接收板9的位置信号；两个前端磁场比较线圈a901、磁场比较线圈b 902对称安装在车载无线充电接收板9前端两侧，两个后端磁场比较线圈c 903、磁场比较线圈d904对称安装在车载无线充电接收板9后端两侧；
图3所示动态无线充电自动对准过程，情况1，电动公交车行驶或停靠偏于停靠站外侧，车载无线充电接收板9位于地面充电线圈组12外侧，无线充电设备未对准；此时，磁场比较线圈a901和磁场比较线圈b902接收到大小不同的感应电流Ia和Ib；此时Ia＞Ib，横向电机7需带动车载无线充电接收板9向内侧运动；位置改变，感应电流Ia和Ib随之改变，当实时感应电流Ia＝Ib时，横向电机7停止运动，实现充电设备自动对准；
情况2，电动公交车行驶或停靠偏于停靠站内侧，车载无线充电接收板9位于地面充电线圈组12内侧，无线充电设备未对准；此时，磁场比较线圈a901和磁场比较线圈b902接收到大小不同的感应电流Ia和Ib；此时Ia＜Ib，横向电机7需带动车载无线充电接收板9向外侧运动；位置改变，感应电流Ia和Ib随之改变，当实时感应电流Ia＝Ib时，横向电机7停止运动，实现充电设备自动对准；
情况3，电动公交车行驶或停靠适中，车辆距停靠站适中，车载无线充电接收板9与地面充电线圈组12重合，无线充电设备对准；情况3是情况1和情况2最终调节结果；情况1、2和3组成一个动态调节过程；位置改变，通过比较实时感应电流Ia和Ib的大小，判断位置关系及电机下一步运动情况，形成闭环控制；
情况4，电动公交车正在驶离停靠站或停靠在停靠站较前方，车载无线充电接收板9超出地面充电线圈组12最前端；此时，磁场比较线圈a901和磁场比较线圈b902无法接收到或接收到微弱的感应电流Ia＝Ib≈0，而磁场比较线圈c903和磁场比较线圈d904的感应电流Ic＝Id≠0，纵向电机10需带动车载无线充电接收板9向后运动；位置改变，当实时感应电流Ia＝Ib＞0时，表明车载无线充电接收板9重新与地面充电线圈组12重合，纵向电机10停止运动；最终车载无线充电接收板9在活动范围5最后端停止；
一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统控制方法的具体控制方法如下：
阶段1，电动公交车未进站时，车载无线充电接收板9调整到预定位置，车载无线充电接收板9中轴线与车辆中轴线重合，同时车载无线充电接收板9位于活动范围最前端，保证电动公交车驶入充电区域后立即进行充电，将充电时间最大化；
阶段2，电动公交车进站时，车前电磁线圈3向地面持续发射电磁场信号，当进站感应线圈11接收到电磁场信号后，电子控制单元进行计数，记录下单次供电后接收到电磁场信号的次数，即驶入电动公交车的数量i；当i＞1时启动地面的无线充电电路，开始给地面充电线圈组12供电，开始无线充电；通过进站感应线圈11组接收到的电磁信号，由单片机计算分析控制其适时开启，实现节能环保、提高充电系统安全性；
阶段3，电动公交车进站停靠后，车辆与停靠站存在不同位置关系：情况1车辆位置距停靠站较远，无线充电设备未对准(偏外侧)；情况2车辆位置距停靠站较近，无线充电设备未对准(偏内侧)；情况3车辆位置距停靠站适中，无线充电设备已对准；情况4车辆正在车站或车辆位置距停靠站较前，无线充电设备未对准；
情况1，电动公交车行驶或停靠偏于停靠站外侧，车辆距停靠站较远，车载无线充电接收板9位于地面充电线圈组12外侧，无线充电设备未对准；此时，磁场比较线圈a901和磁场比较线圈b902接收到大小不同的感应电流Ia和Ib；此时Ia＞Ib，经过电子控制单元比较运算，判断车载无线充电接收板9位于地面充电线圈组12外侧，横向电机7需向内侧运动，再由执行单元具体实现横向电机7向内侧运动，带动车载无线充电接收板9延横向丝杆6运动；位置改变，感应电流Ia和Ib随之改变，实时比较感应电流Ia和Ib的大小，判断位置关系及电机下一步运动情况，形成闭环控制。当实时感应电流Ia＝Ib时，表明无线充电设备对准，横向电机7停止运动，实现充电设备自动对准；
情况2，电动公交车行驶或停靠偏于停靠站内侧，车辆距停靠站较近，车载无线充电接收板9位于地面充电线圈组12内侧，无线充电设备未对准；此时，磁场比较线圈a901和磁场比较线圈b902接收到大小不同的感应电流Ia和Ib；此时Ia＜Ib，经过电子控制单元比较运算，判断车载无线充电接收板9位于地面充电线圈组12内侧，横向电机7需向外侧运动，再由执行单元具体实现横向电机7向外侧运动，带动车载无线充电接收板9延横向丝杆6运动；位置改变，感应电流Ia和Ib随之改变，实时比较感应电流Ia和Ib的大小，判断位置关系及电机下一步运动情况，形成闭环控制。当实时感应电流Ia＝Ib时，表明无线充电设备对准，横向电机7停止运动，实现充电设备自动对准；
情况3，电动公交车行驶或停靠适中，车辆距停靠站适中，车载无线充电接收板9与地面充电线圈组12重合，无线充电设备对准；情况3是情况1和情况2最终调节结果；情况1、2和3组成一个动态调节过程；位置改变，通过比较实时感应电流Ia和Ib的大小，判断位置关系及电机下一步运动情况，形成闭环控制，实现无线充电设备自动对准，提高公交车无线充电效率，追求最大效率无线充电，进一步提高续航能力、减少电池携带数量使车身轻量化；
(注：情况1、2、3中，由于磁场比较线圈对称布置，这里只比较磁场比较线圈a901和磁场比较线圈b902的感应电流，而不再比较磁场比较线圈c903和磁场比较线圈d904的感应电流)
经过情况1、2、3，进入情况4，此时车载无线充电接收板9中轴线与地面充电线圈组12中轴线重合；
情况4，电动公交车正在驶离停靠站或停靠在停靠站较前方，车载无线充电接收板9超出地面充电线圈组12最前端，无线充电设备未对准；此时，磁场比较线圈a901和磁场比较线圈b902无法接收到或接收到微弱的感应电流Ia＝Ib≈0，而磁场比较线圈c903和磁场比较线圈d904的感应电流Ic＝Id≠0，经过电子控制单元比较运算，判断车载无线充电接收板9超出地面充电线圈组12最前端，纵向电机10需向后运动，再由执行单元具体实现纵向电机10向后运动，带动车载无线充电接收板9延纵向丝杆8运动；位置改变，感应电流Ia和Ib随之变大，实时测量感应电流Ia和Ib的大小，判断位置关系及电机下一步运动情况，形成闭环控制，最终车载无线充电接收板9在活动范围5最后端停止；当实时感应电流Ia＝Ib＞0时，表明车载无线充电接收板9重新与地面充电线圈组12重合，纵向电机10停止运动，实现无线充电设备自动对准，提高公交车无线充电效率，追求最大效率无线充电，进一步提高续航能力、减少电池携带数量使车身轻量化；
阶段4，电动公交车驶出停靠站，车尾电磁线圈4向地面持续发射电磁场信号，当出站感应线圈13接收到电磁场信号后，电子控制单元进行计数，记录下单次供电时接收到电磁场信号的次数，即驶出电动公交车的数量j；比较驶入电动公交车数量i与驶出电动公交车的数量j，若i＝j，经过电子控制单元运算，判断停靠站里的电动公交车全部驶出，关闭地面的无线充电电路，停止给地面充电线圈组12供电，结束无线充电；通过出站感应线圈13组接收到的电磁信号，由单片机计算分析控制其适时关闭，实现节能环保、提高充电系统安全性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统，其特征在于，包括信息交互单元、电子控制单元和执行单元；
所述信息交互单元包括：充电交互模块与对准交互模块；所述充电交互模块包括：高频信号线圈组和进出站感应线圈组，用于接受车辆进出停靠站的信号；所述对准交互模块包括：地面充电线圈组和磁场比较线圈组；用于充电设备的对准定位；
所述电子控制单元包括：停靠站控制单元和车载控制单元；
所述停靠站控制单元以80C55单片机为主体，安装在停靠站处，用于判断电动公交车是否进站、多辆电动公交车是否全部出站，完成对地面的无线充电初级线圈电路开闭的控制，主要包括整流输入模块a、计数比较模块和输出模块a；所述车载控制单元以80C55单片机为主体，安装在公交车上，用于判断车载无线充电接收板的位置，完成对车载无线充电接收板自动对准的控制，进而追求最大效率无线充电，主要包括整流输入模块b、运算比较模块和输出模块b；
所述执行单元包括：地面充电控制机构和车载平面运动机构；
所述地面充电控制机构，用于接受电子控制单元的电信号，对地面无线充电初级发射区进行控制，控制其适时开闭，实现节能环保、提高安全性的目的；所述车载平面运动机构，用于接受电子控制单元的电信号，驱动车载无线充电设备在活动范围内移动。
2.根据权利要求1所述的一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统，其特征在于，所述高频信号线圈组包括：车前电磁线圈和车尾电磁线圈；
所述车前电磁线圈安装在公交车前部，用于产生高频电磁场向地面发射信号，为进站感应线圈提供磁场激励，使进站感应线圈产生感应电流，作为车辆进站的信号；
所述车尾电磁线圈安装在公交车尾部，用于产生高频电磁场向地面发射信号，为出站感应线圈提供磁场激励，使出站感应线圈产生感应电流，作为车辆出站的信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统，其特征在于，所述进出站感应线圈组包括：进站感应线圈和出站感应线圈；
所述进站感应线圈布置在公交车停靠站的进站区域处，用于接收车前电磁线圈发射的信号，作为启动地面的无线充电初级线圈电路的启动信号；
所述出站感应线圈布置在公交车停靠站的出站区域处，用于接收车尾电磁线圈发射的信号，作为关闭地面的无线充电初级线圈电路的关闭信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统，其特征在于，所述地面充电线圈组铺设在地面，用于为电动公交车无线充电提供电能，同时为磁场比较线圈组提供磁场激励，使磁场比较线圈组产生感应电流；
所述磁场比较线圈组包括：两个前端磁场比较线圈和两个后端磁场比较线圈；磁场比较线圈为高灵敏度的感应线圈，用于与地面充电线圈产生感应电流，作为车载无线充电接收板的位置信号；两个前端磁场比较线圈a、b对称安装在车载无线充电接收板前端两侧，两个后端磁场比较线圈c、d对称安装在车载无线充电接收板后端两侧。
5.根据权利要求1所述的一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统，其特征在于，所述整流输入模块a用于接收信息交互单元中进出站感应线圈组电磁感应效应产生的电信号并整流，并将电信号信息传递给计数比较模块；
所述计数比较模块用来接收整流输入模块a传递的电信号，并将进、出站感应线圈的电信号分别计数，再将计数结果进行比较；最后将比较结果以电信号的形式传递给输出模块a；
所述输出模块a用于接收计数比较模块传递的电信号，将电子控制单元分析计算的综合信息通过单片机I/O端口以电信号的形式传输到执行单元，实现电子控制单元的控制作用。
6.根据权利要求1所述的一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统，其特征在于，所述整流输入模块b用于接收信息交互单元中磁场比较线圈组电磁感应效应产生的电信号并整流，将整流后的电信号传递给运算比较模块；
所述运算比较模块用于接收整流输入模块b传递的电信号，将磁场比较线圈的电信号大小进行运算比较，判断车辆位置，决定电机如何运动，并将结果以电信号的形式传递给输出模块；
所述输出模块b用于接收运算比较模块传递的电信号，将电子控制单元分析计算的综合信息通过单片机I/O端口以电信号的形式传输到执行单元，实现电子控制单元的控制作用。
7.根据权利要求1所述的一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统，其特征在于，所述地面充电控制机构，主要通过继电开关实现线路的开闭，通过单片机I/O端口输出的电信号控制继电开关，实现地面无线充电初级发射区的适时开闭。
8.根据权利要求1所述的一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统，其特征在于，所述车载平面运动机构，主要通过单片机I/O端口输出的电信号控制继电开关，进而控制横向电机与纵向电机正反转，带动车载无线充电接收板在横向丝杆与纵向丝杆上移动，当车载无线充电设备和地面充电线圈组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；实现无线充电设备自动对准，提高公交车无线充电效率，追求最大效率无线充电，进一步提高续航能力、减少电池携带数量使车身轻量化。
9.一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统控制方法，其特征在于，具体控制过程如下：
阶段1，电动公交车未进站时，车载无线充电接收板调整到预定位置，保证电动公交车驶入充电区域后立即进行充电，将充电时间最大化；
阶段2，电动公交车进站时，进站感应线圈接收到车前电磁线圈的电磁场信号后，电子控制单元进行计数，记录下驶入电动公交车的数量i；当i＞1时启动地面的无线充电电路，开始无线充电；
阶段3，电动公交车进站停靠后，车辆与停靠站存在不同位置关系：情况1车辆位置距停靠站较远；情况2车辆位置距停靠站较近；情况3车辆位置距停靠站适中；情况4车辆正在车站或车辆位置距停靠站较前；
阶段4，电动公交车驶出停靠站，出站感应线圈接收到车尾电磁线圈的电磁场信号后，电子控制单元进行计数，记录下驶出电动公交车的数量j；比较驶入电动公交车数量i与驶出电动公交车的数量j，若i＝j，关闭地面的无线充电电路，结束无线充电。
10.根据权利要求9所述的一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统控制方法，其特征在于，所述阶段3具体情况为：
情况1，电动公交车行驶或停靠偏于停靠站外侧，车载无线充电接收板位于地面充电线圈组外侧，无线充电设备未对准；此时，磁场比较线圈a和磁场比较线圈b接收到大小不同的感应电流Ia和Ib；此时Ia＞Ib，横向电机需带动车载无线充电接收板向内侧运动；位置改变，感应电流Ia和Ib随之改变，当实时感应电流Ia＝Ib时，横向电机停止运动，实现充电设备自动对准；
情况2，电动公交车行驶或停靠偏于停靠站内侧，车载无线充电接收板位于地面充电线圈组内侧，无线充电设备未对准；此时，磁场比较线圈a和磁场比较线圈b接收到大小不同的感应电流Ia和Ib；此时Ia＜Ib，横向电机需带动车载无线充电接收板向外侧运动；位置改变，感应电流Ia和Ib随之改变，当实时感应电流Ia＝Ib时，横向电机停止运动，实现充电设备自动对准；
情况3，电动公交车行驶或停靠适中，车辆距停靠站适中，车载无线充电接收板与地面充电线圈组重合，无线充电设备对准；情况3是情况1和情况2最终调节结果；情况1、2和3组成一个动态调节过程；位置改变，通过比较实时感应电流Ia和Ib的大小，判断位置关系及电机下一步运动情况，形成闭环控制；
情况4，电动公交车正在驶离停靠站或停靠在停靠站较前方，车载无线充电接收板超出地面充电线圈组最前端；此时，磁场比较线圈a和磁场比较线圈b无法接收到或接收到微弱的感应电流Ia＝Ib≈0，而磁场比较线圈c和磁场比较线圈d的感应电流Ic＝Id≠0，纵向电机需带动车载无线充电接收板向后运动；位置改变，当实时感应电流Ia＝Ib＞0时，表明车载无线充电接收板重新与地面充电线圈组重合，纵向电机停止运动；最终车载无线充电接收板在活动范围最后端停止。
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