CN213594125U - 无线充电系统对准设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了无线充电系统对准设备，具有地面端、车载端和引导对齐系统，引导对齐系统包括：设置在地面端的信号发射模块和设置在车载端的信号接收模块；信号发射模块至少具有：联通的信号驱动单元和信号发射天线；信号接收模块至少具有：信号处理单元、信号接收天线和磁力计；信号接收天线和磁力计分别联通信号处理单元；信号发射天线和信号接收天线相匹配，用于在工作范围内传输定位电磁信号;磁力计获取车辆所在位置的第一地磁数据，并发送给信号处理单元。本实用新型的无线充电系统对准设备，能够减少环境对引导定位的干扰，结合电磁数据和地磁数据两种数据，合理规划引导方案，高效的完成无线充电的对准作业。

Description

无线充电系统对准设备

技术领域

本实用新型涉及无线充电领域，尤其涉及无线充电系统对准设备。

背景技术

电动汽车在无线充电时，发射线圈与接收线圈需要尽量对准（也可称为对齐）以获得最大的耦合系数，线圈之间更好的耦合可以实现更大的能量传输效率和更低的磁场泄漏。因此电动汽车无线充电系统一般会包括能够对车载线圈（功率接收线圈）与地面线圈（功率发射线圈）的相对位置进行检测的引导对齐（对准）系统，

现有技术中，例如中国专利202010681276.6中使用电磁场的互感系数的变化，来判断是否对齐。

而在复杂的空间环境中，电磁场往往会受到干扰，其实际的互感系数会受到影响，距离电磁场发生源越远则定位精度会越低。同时受到国家相关规范对电磁场发射限值的约束，定位电磁场作用范围较小，而在获得可靠位置数据时驾驶员或泊车系统已没有充分的操作空间和反应时间进行车辆行进路线的调整，无法正确完成的线圈对准动作，使电动汽车无线充电的使用体验大大降低。

实用新型内容

本实用新型提供一种无线充电系统对准设备，作用范围广，不易受环境干扰的无线充电系统对准设备。

无线充电系统对准设备，具有地面端、车载端和引导对齐系统，所述地面端具有联通的第一通信设备和第一存储单元；所述车载端具有第二通信设备；所述引导对齐系统包括：信号发射模块、信号接收模块和第二存储单元；所述第一存储单元和所述第二存储单元分别存有数据库信息；所述信号发射模块至少具有：联通的信号驱动单元和信号发射天线；所述信号接收模块至少具有：信号处理单元，以及分别和所述信号处理单元联通的信号接收天线、磁力计、GPS检测仪；所述信号处理单元还与所述第二通信设备联通；所述信号发射天线和所述信号接收天线相匹配，用于在工作范围内传输定位电磁信号;所述磁力计获取车辆所在位置的第一地磁数据，并发送给所述信号处理单元；所述GPS检测仪获取车辆所在位置的GPS信息，并发送给所述信号处理单元，所述信号处理单元根据所述GPS信息，从所述第二存储单元和所述第二通信设备处，择一的接收所述数据库信息。

优选的，所述引导对齐系统还包括：惯性导航单元，至少具有：加速度传感器、陀螺仪和电子罗盘；所述惯性导航单元向所述信号处理单元发送车辆移动数据，所述车辆移动数据至少包括车辆的加速度、角速度以及位移方向。

优选的，所述信号驱动单元包括：依次联通的信号发生器、驱动电路和发射电路，所述发射电路连接所述信号发射天线；所述信号处理单元包括联通的检测电路和处理器，所述检测电路分别联通所述信号接收天线和磁力计。

优选的，所述信号接收天线集成在所述车载端的功率接收线圈上，或者安装在汽车底部；所述信号发射天线集成在所述地面端的功率发射线圈上，或者安装在地面。

优选的，所述第一地磁数据至少包括磁场强度北分量、磁场强度东分量和磁场强度垂直分量。

优选的，所述引导对齐系统还包括：第一存储单元、第一通信设备和第二通信设备；所述第一存储单元至少存储有地磁数据库，所述第一存储单元与第一通信设备联通，所述第二通信设备与所述信号处理单元联通；第一通信设备和第二通信设备信号联通时，所述地磁数据库的数据，通过所述第一通信设备和所述第二通信设备被发送至所述信号处理单元，以供信号处理单元将所述第一地磁数据与所述地磁数据库比对和匹配。

优选的，还包括第二存储单元，所述第二存储单元至少存储有地磁数据库，所述第二存储单元与所述信号处理单元联通，以供信号处理单元将所述第一地磁数据与所述地磁数据库比对和匹配。

优选的，所述信号发射天线具有四个，分别设置在功率发射线圈的四角；所述信号接收天线具有两个，设置在功率接收线圈的两侧。

本实用新型的无线充电系统对准设备，能够减少环境对引导定位的干扰，结合电磁数据和地磁数据两种数据，合理规划引导方案，高效的完成无线充电的对准作业。

附图说明

图1为本实用新型无线充电系统对准设备的结构示意图；

图2为本实用新型无线充电系统对准设备所用方法的流程图；

图3为本实用新型无线充电系统对准设备中对区域的划分示意图；

图4为地磁场坐标分量示意图；

图5为本实用新型无线充电系统对准设备工作时的示意图。

附图标记：

信号发射模块1；信号接收模块2；惯性导航单元3；信号驱动单元11；信号发射天线12；信号处理单元21；信号接收天线22；磁力计23；GPS检测仪24；加速度传感器31；陀螺仪32；电子罗盘33；信号发生器111；驱动电路112；发射电路113；检测电路211；处理器212；第一存储单元41；第二存储单元42；第一通信设备51；第二通信设备52；磁场强度北分量Bx；磁场强度东分量By；磁场强度垂直分量Bz；定位区域A；充电区域B；发射线圈所在区域C。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本实用新型公开一种无线充电系统对齐设备。参见图1，具有地面端、车载端和引导对齐系统。地面端是指在无线充电时，能量的发射端，一般包括了供电电源60、地面端工作电路（例如直流变换器61、逆变器62、地面端谐振网络63）、功率发射线圈64。车载端是指无线充电时，能量的接收端，一般包括了功率接收线圈65，车载端工作电路（车载端谐振网络66、例如整流器67、滤波器68）、负载69等。除此以外，地面端还可以包括用于通讯的第一通信设备51，车载端具有第二通信设备52。

引导对齐系统，有一部分设置在地面，有一部分设置在车辆上，如果以安装位置来说，引导对其系统中，一部分设置在地面端，另一部分在车载端。如果将地面端和车载端严格定义为无线电能传输的部件，那引导对齐系统则不属于地面端或车载端，其只能理解为安装于地面，或安装于车辆。

在本申请中，引导对齐系统的目的是实现功率接收线圈与功率发射线圈之间对齐，其不涉及电能的直接传输。无论将他们的理解为是地面端、车载端的一部分，还是仅仅理解为安装于地面或者安装于车辆，都不影响本申请。

为了方便理解，我们定义地面端和车载端，作为安装位置的区分，即不安装在车辆上的零部件，可以理解为设置在地面端；不安装在地面的设备，可以理解为设置在车载端。这里虽然称为车载端，但是并不限定是车辆，任何具有无线充电功能的设备，所搭载的接收端都可以称为车载端。

下面结合对齐的方法，来说明引导对齐系统。

引导对齐系统包括：设置在所述地面端的信号发射模块1、设置在所述车载端的信号接收模块2和第二存储单元42，该第二存储单元42也是在车载端的。对应的底面端具有第一存储单元41，与第一通信设备51联通，从而保证第一存储单元41内存储的数据库，可以通过通信设备，发送给信号接收模块，至少是发送给信号处理单元21。信号处理单元21会根据不同的情况，从第一存储单元41和第二存储单元42中，选择一个提供的数据库。

信号发射模块1至少具有：联通的信号驱动单元11和信号发射天线12。优选的，信号驱动单元11包括：依次联通的信号发生器111、驱动电路112和发射电路113，所述发射电路113连接所述信号发射天线12。

信号接收模块2至少具有：信号处理单元21、信号接收天线22、磁力计23和GPS检测仪；所述信号接收天线22和所述磁力计23分别联通所述信号处理单元21；信号发射天线12和所述信号接收天线22相匹配，用于在工作范围内传输定位电磁信号;所述磁力计23获取车辆所在位置的第一地磁数据，并发送给所述信号处理单元21。优选的，信号处理单元21包括联通的检测电路211和处理器212，所述检测电路211分别联通所述信号接收天线22和磁力计23。检测电路211能够完成对定位电磁信号的检测，并通过处理器212判断其是否有效。

地面端具有信号发射天线12能够发射定位电磁信号等内容，车载端具有信号接收天线22，能够与信号发射天线12匹配，接收上述内容。车载端还具有磁力计23，能够获取车辆所在处的地磁数据，为了区分将车辆所在处的地磁数据称为第一地磁数据。在一些实施例中，还有通信设备，通信设备用于地面端和车载端通信，地磁数据库和电磁数据库可以通过该通信设备传递。

上述定位电磁信号是一种电磁波（电磁场）。信号发射天线12，向空间激励发射出用于引导对齐所需的定位电磁信号。定位电磁信号是一个数字调制的电磁波（电磁场），一般可以在极低频和低频的国际电联无线电频带(低频和甚低频，即由3 kHz至300 kHz)内工作。发出的定位电磁信号加载了信号发射天线12的信息，信息是由01构成的二进制编码，例如以高电平和低电平来区分0和1。加载信息包括了信号发射天线12的ID编号（例如下文会提到发射天线的数量，从而每个都需要独立的编号）和信号初始发射强度等，接收天线根据ID编号确定测量出的信号强度所对应的信号发射天线12。

第一地磁数据至少包括磁场强度北分量Bx、磁场强度东分量By和磁场强度垂直分量Bz。下文提到的任何地磁数据，在没有特别说明时，都是至少包括这三个分量的。

下面结合图2，对无线充电对准引导方法进行说明，以下简称对准方法（或对齐方法），包括接收判断步骤S1、粗引导步骤和细引导步骤。本文中，对齐或者对准，一般表达了相同的含义，即为使功率发射线圈和功率接收线圈处于对齐或对准状态，保证较大的工作效率。

接收判断步骤S1为：判断是否接收到定位电磁信号，这里一般是通过信号处理单元21进行判断，当然以可以是设置独立的判断单元，专门判断是否收到定位电磁信号，是则进入细引导步骤，否则进入粗引导步骤。定位电磁信号是指地面端的信号发射天线12发送的用于引导车辆对准的信号。该定位电磁信号一般是专用的信号，有特殊的信道或编码规则，能够让接收端判断是否为该定位电磁信号，而不会被其他电磁信号干扰。也可以是信号发射天线12和信号接收天线22之间通过互相通信，以验证该信号。

粗引导步骤，分为检测步骤S21、预判步骤S22和两个对比步骤——第一对比步骤S231和第二对比步骤S232，在一些优选的实施例中，可能还存在数据库获取步骤S20，该步骤在检测步骤S21之前，用于获取地磁数据库。

检测步骤S21：获取车辆所在处的第一地磁数据，第一地磁数据可以简单的表述为[Bx1，By1，Bz1]。这里一般是使用磁力计23完成第一地磁数据的获取。

预判步骤S22：获取GPS坐标，并判断对应GPS坐标是否有存储的地磁数据库；如果是则进入第一对比步骤S231，如果否则进入第二对比步骤S232。这里判断是否有存储的地磁数据库，是指判断第二存储单元42内是否有对应GPS坐标的地磁数据库。

第一对比步骤S231：第一地磁数据与地磁数据库对比和匹配，此时使用的地磁数据库是存储的地磁数据库，也就是第二存储单元42内存储的地磁数据库。获取车辆所在处的坐标，并引导车辆至充电区域，所述充电区域为能够接收到所述定位电磁信号的区域。

第二对比步骤S232：通过通信设备从地面端获取地磁数据库，并将第一地磁数据与从地面端获取的地磁数据库对比和匹配，获取车辆所在处的坐标，并引导车辆至充电区域，所述充电区域为能够接收到所述定位电磁信号的区域；同时，将从地面获取的地磁数据库与GPS坐标一一对应，并存储在第二存储单元42内。

即第二对比步骤S232中，使用的第一存储单元41内数据，并且，会将该数据备份存储在第二存储单元42内。以供之后再来到该地点使用。

以上两个比对步骤中的对比的工作通过信号处理单元21完成。综上第一对比步骤S231和第二对比步骤S232的区别是，使用的地磁数据库的来源不同，一个是存储的，一个是从地面端获取的，且从地面端获取地磁数据库后，还会进行备份存储，从而，再次来到该GPS坐标时，可以直接使用存储的地磁数据库，以提高效率。

从上可知，两个存储的地磁数据库都有能力传送到信号处理单元21，信号处理单元21会择一的选择使用，在判断第二存储单元42内具有对应GPS位置的地磁数据库时，可以不进行第一存储单元41通过通信设备向信号处理单元21提供数据的动作，避免重复提供。

对应上述从两个来源获取数据库，即上述第一存储单元41和第二存储单元42中分别存储了地磁数据库，进行第一对比步骤S231则信号处理单元21则从第二存储单元42获取数据库信息，而进行第二比对步骤S232则信号处理单元21从第二通信单元52处，获取第一存储单元41内的数据库。

上述第一通信设备51和第二通信设备52，可以是原本地面端和车载端，在无线充电中，本身就具有的零部件，他们除了用于无线充电的通信外，还可以兼顾上述数据库的发送。

在一些实施例中，第一存储单元41内的数据库，还可以通过信号发射天线12发射，将电磁数据库发送到信号接收天线22，最终供信号处理单元21使用。这种方式中，第一存储单元41会与信号驱动单元11连接，向其提供对应的数据，最终驱动发射天线12将其发送。

另外一些实施例中，电磁数据库和地磁数据库可以直接设置在车载端，通过第二存储单元42，存储这些数据库，然后所述第二存储单元42与所述信号处理单元21联通，以供信号处理单元21将所述第一地磁数与所述地磁数据库比对和匹配。

第一存储单元41和第二存储单元42可以同时设置，例如车辆去过的地方，通过第一存储单元41发送出的数据库，在车载端接收后，可以存放到第二存储单元42，之后再来到该地方，就可以直接从第二存储单元42调用数据库，可以进一步提高效率。图1中同时示出了第一存储单元41和第二存储单元42。

也就是说，通过第二通信设备52接收到的电磁数据库和/或地磁数据库，以及通过信号接收天线22接收到的电磁数据库，除了供号处理单元21使用外，还由第二存储单元42备份存储。除此以外，第二存储单元42也可使用其他方式获取这些数据库，例如可以将各地的数据库集中收集，并可以供用户自行下载，并保存到第二存储单元。

还包括更新步骤S4，在预判步骤S22判断存储有地磁数据库时，从地面端获取地磁数据库，并与存储的地磁数据库比较，如果比较结果有差异，则更新存储的地磁数据库。一般的，可以在数据库中加入版本编号，每次更新地磁数据库，都对版本号进行更新，比较时仅比对版本编号，就能确定是否需要更新存储。

这样，使用版本编号进行判断，能够迅速的知晓其是否为更新的地磁数据库，该判断时间更短，即使需要更新，也不影响后续步骤的时效。一般的，在需要更新时，则可以直接用从地面端获取的地磁数据库与第一地磁数据比对。一般更新步骤S4在预判步骤S22后进行。

上述地磁数据库，无论是那种方式获得的，其所包含的内容是相同的。即第一对比步骤S231和第二对比步骤S232中所使用的地磁数据库仅是来源不同，并且我们默认他们所包含的数据是一致的。因此，本申请中，提到的地磁数据库并不会对他们的来源加以区分，说明书中对地磁数据库的说明，也同样可以等效到第一对比步骤S231和第二对比步骤S232中。例如下文提到如何建立地磁数据库，该建立方式适用于上述两个比对步骤。

地磁数据库内，具有任意位置处的坐标数据与地磁数据的集合组，也就是说任意位置处的坐标数据，和地磁数据都是已获取的，并且二者一一对应，通过任意坐标可以获取对应位置的地磁数据，同样的，通过地磁数据的特征，可以对应得到作为信息。

地磁数据库内的地磁数据，同样是至少包括磁场强度北分量Bx、磁场强度东分量By和磁场强度垂直分量Bz三个分量，简单表述包括[Bx0，By0，Bz0]。

对比步骤S22即将第一地磁数据与地磁数据库中的地磁数据比较，第一地磁数据中的各分量，与地磁数据库中集合组的一个地磁数据一致时（或在允许误差范围内时），则可以推断出此时车辆所在位置。因为在实际中，可能各分量的检测结果存在误差，因此Bx0，By0，Bz0这三个分量可以是范围值，Bx1，By1，Bz1分为位于对应的范围值内即可以判断位置。

通过上述，得到车辆所在位置后，就可以通过将车辆引导至充电区域。因为地磁数据库中包括各位置的集合组，必然知晓功率发射线圈所在位置，从而可以实现将车辆引导至对应位置。

上文提到的充电区域，是指能够接收到所述定位电磁信号的区域。

下文还会提到定位区域，该区域是地磁数据库所覆盖的区域，该区域涵盖充电区域。如图所示，定位区域范围一般不小于充电区域，而充电区域不小于功率发射线圈的区域。参见图3，以字母A示出了定位区域，字母B示出了充电区域，字母C示出了发射线圈所在区域。

简而言之，定位区域内具有地磁数据的支持，能够实现粗引导，充电区域内可以收发定位电磁信号，不仅能够实现粗引导还能实现细引导。区域的划分，主要是通过该粗细引导的实现程度设置的。

下面说明细引导步骤。

细引导步骤可以分为接收步骤S31、可信判断步骤S32和对齐步骤S33。接收步骤S31即为接收上述的定位电磁信号。可信判断步骤S32是对接收到的定位电磁信号进行判断，以明确其是否可信，这里也可以是信号处理单元21完成的判断，同样可以设置专门的电磁信号判断单元。如果可信，则进入对齐步骤S33完成引导动作，对齐步骤S33至少根据定位电磁信号完成引导动作。在一些实施例中，还会结合第一地磁数据与地磁数据库的比较结果，完成引导，即同时参考两组不同的数据——定位电磁信号的数据和地磁数据。这样可以提高精确度。具体的引导方式下文会详细说明。如果该信号不可信，则同时进行粗引导步骤，即此时认为定位电磁信号不足以支撑引导动作的完成，则依旧使用粗引导步骤对车辆进行引导。

造成定位电磁信号不可信的原因有很多，例如由于定位电磁信号在传播过程中，会受环境的干扰，如受到信号反射和多径效应的影响，导致在某些位置在一定范围内有较大波动。

上述接收判断步骤S1可以在引导车辆对准的过程中，实时进行，也就是可以时刻判断是否接受到定位电磁信号，一旦为未接收到，可以随时采用粗引导步骤，进行定位，避免因为失去定位电磁信号，导致车辆无法定位，或者使车辆反应滞后，影响后续使用。

粗引导步骤的进行，可以和细引导步骤同步，即在细引导步骤中，可以同时进行粗引导步骤，当然，引导的结果需要统一。一般的是在可信判断步骤S32中发现定位电磁信号不可信时，会靠粗引导步骤的辅助。当然，在可信时，也可以是参考粗引导的结果，以修正最终的引导动作。

粗引导步骤是否实施，并不影响细引导步骤的进行，反之亦然。也就是说，可以没有粗引导步骤，直接进入细引导步骤。只进行粗引导步骤，而不进行细引导步骤，同样也能实现引导定位目的，不过这样引导定位的精度可能有所下降。

下面说如何判断，可信判断步骤S32中，将接收的定位电磁信号与电磁数据库比较，比较结果在误差范围内的为可信，否则为不可信；所述电磁数据库包括充电区域内任意位置处的坐标数据与电磁数据的集合组。

上文提到了电磁数据库和地磁数据库，他们可以都由通讯设备在车载端和地面端之间传递，也可以是地磁数据库由通讯设备传递，电磁数据库由信号发射天线12、信号接收天线22传递。当然，其他可以是直接预制在车辆的存储设备中等等。

上文提及到地磁数据，包括第一地磁数据以及地磁数据库中的地磁数据。这些数据都是基于地磁场而获得的，是自然存在的，而非人为制造的。不过地磁场可能会受到人为影响，例如建筑就会对地磁场产生影响。

在一定范围内地球表面不同区域的地磁场是不同的，而在建筑物及停车场等区域，由于钢筋等铁磁性物质的存在，以及因为电动汽车的移动，停车位区域的地磁场会被这些铁磁性材料所扭曲而形成地磁场强度异常，且这种地磁场的异常会随停车位区域位置的变化而改变，具有长期稳定性，局部特征明显。

可以认为在较长时间内磁场异常值的变化只与空间地理位置相关，因此可以利用这种地磁场强度的差异作为独特的位置识别特征。地面上任意点的地磁场强度都是可以用空间坐标系的形式来进行描述，地磁场具有七个坐标分量，如图4所示，Bx，By 和 Bz 分别表示磁场强度北分量，磁场强度东分量和磁场强度垂直分量。H 代表总水平强度，F 代表磁场的总强度，而 D 和 I 分别代表磁偏角和磁倾角。其中磁场强度北分量Bx、磁场强度东分量By和磁场强度垂直分量Bz是地磁场中可以通过磁力计直接获取的，提取这3个地磁特征值可以方便使用，故而，本申请上述地磁数据都至少包括这三个分量。当然，这并不限制其他四个分量的使用，在一些实施例中，可以使用更多个分量来进行引导定位，这样也会有更精准的定位效果。

磁场强度北分量Bx、磁场强度东分量By和磁场强度垂直分量Bz这三个分量简述为[Bx，By，Bz]，[Bx，By，Bz]可以和对应的采集地点形成一一对应的关系，最终可以形成上述地磁数据库中的地磁数据。地磁数据可以作为对应采集地点的“指纹数据”。

上述提到，在对齐步骤S33中，可以使用两组数据进行引导，可以将对应位置处的定位电磁信号强度值、坐标数据与地磁数据三者组合，用于频道，可以称为“混合指纹数据”。

下面介绍地磁数据库的建立方式或者说获取方式。

在定位区域A内选取多个地磁采集点a，获取每个地磁采集点a的坐标数据与地磁数据，并使二者一一对应形成集合组；通过每个地磁采集点的所述集合组，计算出定位区域A内全部位置处的集合组；定位区域A涵盖所述充电区域B。

地磁采集点可以在充电区域B内,如图3中所示，点a即为地磁采集点，这些点一般是事先按照一定间隔选取，并将各个位置的坐标数据和地磁数据组合，形成一一对应的关系，将这二者的组合成为集合组。

以这些地磁采集点为基础，推算出其他各个位置的集合组。例如优选的采用线性插值的方式，计算其他各个位置的集合组。需要阶段的位置一般也是位于定位区域A内。

与地磁数据库类似，电磁数据库在充电区域B内设置多个电磁采集点b，同样将对应位置的坐标数据与电磁数据组合，形成对应的关系。同样可以使用线性插值法，计算其他位置的数据，一般是充电区域B内。电磁数据可以是电磁波的强度、电平值或电压值等中的至少一个。

信号发射天线12可以集成在功率发射线圈上，也可以直接安装在地面上，当然安装在地面时，也应该在功率发射线圈附近。信号接收天线22集成在所述车载端的功率接收线圈上，或者安装在汽车底部，同样安装在地车底部也是在功率接收线圈附近。

在一些实施例中，信号发射天线12和信号接收天线22分别以特定的形式分布，以更好的实现定位引导。例如参见图5，在地面端，设置四个信号发射天线12（无论是集成在功率线圈还是安装在地面均可），图中以P1、P2、P3、P4示出，这四个发射天线12以矩形的方式设置。为了方便理解，我们引入X轴和Y轴，并定义X轴为停车位的纵向方向，Y轴为横向方向，P1、P2、P3、P4这四个信号发射天线12，分别在由XY轴组成的四个象限里。优选的这四个信号发射天线12是在功率发射线圈的四周（四角）。

信号接收天线22设置在车载端，可以设置两个信号接收天线22，以线性分布，图中以V1和V2示出。同样为了方便理解，引入X’轴和Y’轴，以汽车行驶的方向为X’轴，汽车左右方向为Y’轴，这两个信号接收天线22沿Y’轴设置，一般的是在功率接收线圈的两侧。

以上信号发射天线12和信号接收天线22的设置数量和设置位置，是优选的实施方式，并不用于限制本申请，其他能够实现定位的设置位置和数量同样适用于本申请。

下面以一个完整的示例，来说明粗引导步骤和细引导步骤的具体方式。

因为电磁信号强度受到在公共环境内国家规范所允许暴露的磁场强度值的约束。因此信号发射天线12所发射的定位电磁信号，需要在特定范围内才能被接收到，即上述的充电区域B。因此，在车辆未到达该区域内时，采用粗引导步骤。

车辆距离地面线圈较远，接收不到定位电磁信号。在引导过程中，车载端的磁力计23持续对所在位置的地磁场三维数据进行测量，即第一地磁数据，并与地磁数据库进行对比匹配。包括单点位匹配和序列匹配等方式。

车载端还还会具有惯性导航单元3，包括了加速度传感器31、陀螺仪和32电子罗盘33等仪器，用于获取车辆移动数据，包括的车辆的加速度、角速度和位移方向，并由信号处理单元21，或者其他专用的单元，如位置处理单元等运算，通过连续的积分运算等方式，得到车辆的速度、位移以及方向信息等，得到车辆从上一位置前进的距离和方向角，从而可解算出车辆的当前粗略位置和车辆状态。车辆的速度信息，可以直接从车辆上的速度传感器获取，不用额外的设置传感器。

根据解算出当前的理论位置，对该理论位置及其周边位置处的地磁数据库进行快速的比对和匹配，一般的是在理论位置的一定范围内，例如以理论位置为圆心，半径0.5m的范围内进行比对和匹配，相比于全部的地磁数据库比对，具有更高的效率。根据最接近的单点的地磁数据（指纹数据）所关联坐标确定出车辆的当前位置。即，以理论位置为基础，在地磁数据库内圈定一个更精确的范围进行比对匹配，以提高效率

另一类匹配算法是根据车辆的行驶轨迹，获取行驶轨迹上多个位置的地磁场测量值，得到一组地磁场强度的数据序列，将该序列和地磁数据库内的数据序列进行相似程度的比较，当两组地磁序列的相似程度越大、或差异程度越小，可以认为该轨迹匹配成功，位置计算单元根据匹配出的轨迹提取出车辆的当前位置坐标，其中行驶轨迹可由惯性导航单元获得并记录。

这里提到二种方法都需要用到惯性导航，不过惯性导航因为累积误差定位精度不高，一般不单独用于定位，但短距离内可以作为地磁导航的辅助。地磁数据库中的数据非常庞大，如全库搜索过程很长，而且一般可能会有多个坐标的数据和测量值相似，这样通过惯性导航的数据或轨迹来匹配可以排除掉错误的数据。

以上两种匹配的方式是优选的方式，其他能够实现第一电磁数据与地磁数据库对匹配的方式，同样可以用于本申请。

通过以上方式知晓了车辆所在位置的信息，就能获取其与功率发射线圈之间的位置关系，或者知晓与充电区域B之间的关系，就能够实现对车辆的引导，后续无论是给驾驶员做出线路规划，还是完成自动泊车引导，都是本领域技术人员可以知晓的。

当然，地磁数据的定位精度会比定位电磁信号定位的精度低，因为在车辆进入充电区域B后，能够接收到定位电磁信号，就可以引入细引导步骤。

细引导步骤中，每个信号发射天线12均发射定位电磁信号，每个信号接收天线22也都接收定位电磁信号。以上述的设置数量，会形成8组数据，P1-V1、P2-V1、P3-V1、P4-V1、P1-V2、P2-V2、P3-V2、P4-V2。在信号交互过程中，可以从电磁波的电参数中获取信息，例如强度、高低电压等等。在本实施例中，可以对信号强度进行获取。

对上述8组数据进行信号强度的获取，在电磁数据库中匹配对比和匹配。由于定位电磁信号在传播过程中，会受环境的干扰，如受到信号反射和多径效应的影响，导致在某些位置的电磁信号数会在一定范围内有较大波动，当测量得到的信号数据无法匹配或解算结果不可信时，可以继续采用第一地磁数据与地磁数据库对比匹配的方式。

根据上述对比匹配结果，位置计算单元解算出车辆的当前位置坐标，或者说可以在与电磁数据库或地磁数据库的对比中，找出定位电磁信号或第一地磁数据在数据中对应的坐标数据，从而知晓坐标。

由整车的处理器或控制器发出车辆操作指示，使车辆逐步向功率发射线圈靠拢，在x’轴与x轴尽量重合的前提下，使y’轴与y轴也逐步重合。

当车载线圈（功率接收线圈）和车载线圈（功率发射线圈）非常接近时，定位电磁信号受到环境的干扰变小，测量的定位电磁信号强度数据变得更加可靠，此时进入“精确对齐”阶段，也就是细引导步骤。基于信号发射天线12和信号接收天线22都是对称配置，可以在信号发射天线12与信号接收天线22之间选取一定的信号路径，例如V1到P1的信号与V2到P2的信号比较，信号强度之间的差值越小，表示对齐程度越高，当差值为0时表示x’轴与x轴的偏差为0。而当V1到P1的信号、V1到P4的信号以及V2到P2的信号、V2到P3的信号之间的差值越小表示y’轴与y轴的偏差越小。当电动汽车的车载线圈（功率接收线圈）与车载线圈（功率发射线圈）之间的对齐偏差满足系统可工作范围的要求，即已经具备了启动无线充电的条件时，引导对齐过程完成。在完成后，可以通过通信设备或其他方式，确认完成，并停止信号发射天线12发射定位电磁信号。

完成对齐后，供电电源输出的交流电经直流变换器转换为直流电，直流变换器内部包括滤波电路、整流电路及功率因数调整电路，直流电经过逆变器转换成高频交流电施加在谐振网络上，由地面线圈在上部空间激发形成高频交变磁场，车载线圈经过磁场耦合产生交流电流，再经谐振网络并通过整流器和滤波器后转换为直流电，输出的直流电输入到负载（一般是车载动力电池）为负载充电。在整个充电过程中地面设备和车载设备通过各自的通信控制器交互信息，并根据充电需求调节直流变换器和逆变器的输出，从而获得向车辆传送所需的输出功率。

本申请混合地磁场的数据进行引导定位的优势是减少了环境所造成的数据误差，也无需额外部署任何基础设施，同时地磁数据由于其稳定性好也不需要后期专门的维护。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种无线充电系统对准设备，具有地面端、车载端和引导对齐系统，其特征在于，

所述地面端具有联通的第一通信设备（51）和第一存储单元（41）；

所述车载端具有第二通信设备（52）；

所述引导对齐系统包括：信号发射模块（1）、信号接收模块（2）和第二存储单元（42）；

所述第一存储单元（41）和所述第二存储单元（42）分别存有数据库信息；

所述信号发射模块（1）至少具有：联通的信号驱动单元（11）和信号发射天线（12）；

所述信号接收模块（2）至少具有：信号处理单元（21），以及分别和所述信号处理单元（21）联通的信号接收天线（22）、磁力计（23）、GPS检测仪（24）；所述信号处理单元（21）还与所述第二通信设备（52）联通；

所述信号发射天线（12）和所述信号接收天线（22）相匹配，用于在工作范围内传输定位电磁信号;

所述磁力计（23）获取车辆所在位置的第一地磁数据，并发送给所述信号处理单元（21）；

所述GPS检测仪（24）获取车辆所在位置的GPS信息，并发送给所述信号处理单元（21），所述信号处理单元（21）根据所述GPS信息，从所述第二存储单元（42）和所述第二通信设备（52）处，择一地接收所述数据库信息。

2.根据权利要求1所述的无线充电系统对准设备，其特征在于，

所述引导对齐系统还包括：

惯性导航单元（3），至少具有：加速度传感器（31）、陀螺仪（32）和电子罗盘（33）；

所述惯性导航单元（3）向所述信号处理单元（21）发送车辆移动数据，所述车辆移动数据至少包括车辆的加速度、角速度以及位移方向。

3.根据权利要求1所述的无线充电系统对准设备，其特征在于，

所述信号驱动单元（11）包括：依次联通的信号发生器（111）、驱动电路（112）和发射电路（113），所述发射电路（113）连接所述信号发射天线（12）；

所述信号处理单元（21）包括联通的检测电路（211）和处理器（212），所述检测电路（211）分别联通所述信号接收天线（22）和磁力计（23）。

4.根据权利要求1所述的无线充电系统对准设备，其特征在于，

所述信号接收天线（22）集成在所述车载端的功率接收线圈上，或者安装在汽车底部；

所述信号发射天线（12）集成在所述地面端的功率发射线圈上，或者安装在地面。

5.根据权利要求1所述的无线充电系统对准设备，其特征在于，

所述第一地磁数据至少包括磁场强度北分量（Bx）、磁场强度东分量（By）和磁场强度垂直分量（Bz）。

6.根据权利要求1所述的无线充电系统对准设备，其特征在于，

所述第一存储单元（41）至少存储有地磁数据库，所述第一存储单元（41）与第一通信设备（51）联通，所述第二通信设备（52）与所述信号处理单元（21）联通；

第一通信设备（51）和第二通信设备（52）信号联通时，所述地磁数据库的数据，通过所述第一通信设备（51）和所述第二通信设备（52）被发送至所述信号处理单元（21），以供信号处理单元（21）将所述第一地磁数据与所述地磁数据库比对和匹配。

7.根据权利要求1所述的无线充电系统对准设备，其特征在于，

所述第二存储单元（42）至少存储有地磁数据库，所述第二存储单元（42）与所述信号处理单元（21）联通，以供信号处理单元（21）将所述第一地磁数据与所述地磁数据库比对和匹配。

8.根据权利要求1或4所述的无线充电系统对准设备，其特征在于，

所述信号发射天线（12）具有四个，分别设置在功率发射线圈的四角；

所述信号接收天线（22）具有两个，设置在功率接收线圈的两侧。

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