ES2955420T3 - Alineación de vehículos previa a la carga inalámbrica - Google Patents

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Bruce Richard Long
Andrew W Daga
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InductEV Inc
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Abstract

Un sistema de alineación de vehículos está adaptado para alinear un vehículo con una bobina de inducción de potencia inalámbrica para carga inalámbrica mediante el uso de inducción de resonancia magnética. El sistema incluye una línea de transmisión dispuesta en el espacio de estacionamiento para guiar el vehículo hacia la bobina de inducción de energía inalámbrica para su carga. La línea de transmisión pierde una señal que tiene una frecuencia operativa que se detecta para alinear el vehículo de izquierda a derecha en el espacio de estacionamiento cuando el vehículo está alineado para cargarse mediante la bobina de inducción de energía inalámbrica. Al menos dos antenas montadas en vehículos montadas en lados opuestos de la línea de transmisión cuando el vehículo está alineado en el espacio de estacionamiento detectan la frecuencia operativa de la línea de transmisión, y el circuito de procesamiento de señales detecta una fase de señal relativa entre las señales detectadas por las antenas. Las diferencias de fase relativas entre las señales detectadas desde las antenas son representativas de la alineación del vehículo con respecto a la bobina de inducción de potencia inalámbrica y la plaza de aparcamiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Alineación de vehículos previa a la carga inalámbrica
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES DE PATENTE RELACIONADAS
Esta solicitud de patente reivindica el beneficio de prioridad para la Solicitud de Patente de Estados Unidos No. De Serie 16/030,036, presentada el 9 de julio de 2018.
CAMPO TÉCNICO
Esta solicitud de patente describe un sistema de alineación de vehículos en lo que respecta a la carga inalámbrica mediante el uso de inducción resonante magnética.
ANTECEDENTES
La carga inalámbrica por inducción resonante utiliza un transformador de núcleo de aire que consta de dos bobinas concéntricas desplazadas a lo largo de un eje común de las bobinas. El coeficiente de acoplamiento del transformador y la eficiencia de transferencia de energía inalámbrica se degradan si las bobinas primaria y secundaria no están alineadas axialmente. Para la carga inalámbrica de vehículos, esto significa que se debe tomar alguna medida preventiva para que la posición de estacionamiento del vehículo sea precisa y repetible a fin de garantizar la alineación axial de las bobinas.
El documento US 2017/111088 A1 describe un método para garantizar la alineación del campo magnético en un sistema inalámbrico de carga de energía para vehículos eléctricos (EV). El método incluye: transmitir una primera señal a través de una primera antena y una segunda señal a través de una segunda antena, donde cada una de las señales primera y segunda incluye un identificador de la antena, y la primera antena y la segunda antena son antenas utilizadas para un sistema de llave inteligente (SMK) instalado en el EV; recibir una señal de respuesta en respuesta a la primera señal y a la segunda señal desde un transpondedor situado en una ubicación correspondiente a una bobina primaria del sistema de carga inalámbrico; y estimar una posición de la bobina primaria en base a una intensidad de señal recibida de la primera señal y a una intensidad de señal recibida de la segunda señal, que están incluidas en la señal de respuesta recibida.
El documento US 8513915 B2 también se refiere a la alineación de un vehículo para facilitar la carga inductiva. Una lógica está configurada para ejecutarse en un sistema de control. La lógica está configurada para definir una primera orientación para una primera antena y una segunda antena, que están dispuestas en el vehículo. La lógica también está configurada para definir una segunda orientación que especifica una ubicación de un dispositivo de carga del vehículo dispuesto en el vehículo en relación con la primera y la segunda antena. La lógica está configurada además para determinar una ubicación de un dispositivo de carga inductivo en relación con el vehículo mediante la realización de análisis de triangulación utilizando datos de las orientaciones primera y segunda en conjunto con señales recibidas de las antenas primera y segunda. La lógica también está configurada para calcular una dirección a la ubicación utilizando valores de tensión de las señales, de modo que el movimiento del vehículo en la dirección acerca el dispositivo de carga del vehículo al dispositivo de carga inductivo.
COMPENDIO
La invención es un sistema de alineación de vehículos y un método para alinear un vehículo como se define en las reivindicaciones adjuntas. Un sistema de alineación de vehículos alinea un vehículo con una bobina de inducción de energía inalámbrica para la carga inalámbrica mediante el uso de inducción resonante magnética. El sistema incluye una línea de transmisión que deja escapar una señal que tiene una frecuencia de funcionamiento y que está dispuesta en un espacio de estacionamiento que contiene la bobina de inducción de energía inalámbrica. La línea de transmisión guía el vehículo hasta la bobina de inducción de energía inalámbrica para la carga. Al menos dos antenas montadas en el vehículo montadas en lados respectivos de, y preferiblemente simétricamente con respecto a, la línea de transmisión cuando el vehículo está alineado en el espacio de estacionamiento detectan la señal que se escapa de la línea de transmisión. Circuitos de procesamiento de señales detectan una fase de señal relativa entre las señales recibidas por las antenas situadas en lados opuestos de la línea de transmisión. Las diferencias de fase relativa entre las señales detectadas por las antenas son representativas de la alineación izquierda-derecha del vehículo con respecto a la línea de transmisión.
En realizaciones de muestra, la línea de transmisión deja escapar una señal a una frecuencia de funcionamiento y está dispuesta a lo largo de o paralela a una línea central del espacio de estacionamiento, pero desplazada con respecto a ella, o se curva a lo largo de una trayectoria para guiar el vehículo hasta la bobina de inducción de energía inalámbrica del espacio de estacionamiento. La línea de transmisión puede comprender una línea de transmisión de impedancia característica de 300 ohmios o un cable coaxial de 50 ó 75 ohmios con ranuras en el apantallamiento exterior del cable coaxial y una resistencia de terminación que está ajustada a una impedancia característica del cable coaxial. En realizaciones de muestra, los circuitos de procesamiento de señales incluyen un receptor de modulación de frecuencia para detección de diferencias de fase relativa entre las señales detectadas por las antenas respectivas según lo determinado por la alineación del espacio de estacionamiento del vehículo, donde las diferencias de fase son inducidas por conmutación secuencial cuando las antenas no están a una misma distancia de la línea de transmisión. Los circuitos de procesamiento de señales también pueden incluir un conmutador de antena que conmuta entre dos o más antenas montadas en el vehículo. Los circuitos de procesamiento de señales pueden incluir además un detector síncrono sensible a los componentes de frecuencia de conmutación de antena presentes en la salida del receptor de modulación de frecuencia, un comparador de tensiones que determina la polaridad del error de alineación a partir de una salida del detector síncrono, y un circuito de valor absoluto que determina la magnitud del error de alineación a partir de la salida del detector síncrono. El sistema también puede incluir medios visibles, audibles o táctiles para indicar al conductor que ajuste la alineación del vehículo en respuesta a la polaridad del error de alineación y a la magnitud del error de alineación. En una realización de muestra, la frecuencia de funcionamiento es la frecuencia ISM de 40,68 MHz o de 13,56 MHz, aunque se pueden usar frecuencias de hasta 61,5 MHz o más dependiendo de las dimensiones del espacio de estacionamiento y la separación de las antenas en el vehículo.
También se proporciona un método para alinear un vehículo con una bobina de inducción de energía inalámbrica para carga inalámbrica mediante el uso de inducción resonante magnética. Una línea de transmisión dispuesta en el espacio de estacionamiento deja escapar una señal que tiene una frecuencia de funcionamiento y está dispuesta en el espacio de estacionamiento para guiar el vehículo hasta la bobina de inducción de energía inalámbrica para la carga. El vehículo se alinea a izquierda o derecha en el espacio de estacionamiento en relación con la línea de transmisión usando al menos dos antenas montadas en el vehículo montadas en lados opuestos de la línea de transmisión cuando el vehículo está alineado en el espacio de estacionamiento. Las antenas detectan la señal que tiene la frecuencia de funcionamiento que se escapa de la línea de transmisión y la alineación del vehículo se ajusta en relación con la bobina de inducción de energía inalámbrica en base a las diferencias de fase relativa entre las señales detectadas por las antenas como representativas de la alineación del vehículo con respecto a la línea de transmisión.
El método también puede incluir conmutar entre dos o más antenas montadas en el vehículo y detectar diferencias de fase relativa entre las señales detectadas por las antenas respectivas, donde las diferencias de fase son inducidas por conmutación secuencial cuando las antenas no están a una misma distancia de la línea de transmisión. La conmutación secuencial incluye un detector síncrono sensible a los componentes de frecuencia de conmutación de antena presentes en la salida del receptor de modulación de frecuencia que conmuta entre las antenas, un comparador de tensiones que determina la polaridad del error de alineación a partir de una salida del detector síncrono, y un circuito de valor absoluto que determina la magnitud del error de alineación a partir de la salida del detector síncrono. El paso de ajuste también puede comprender indicar al conductor que ajuste la alineación del vehículo en respuesta a la polaridad del error de alineación y la magnitud del error de alineación usando medios visibles, audibles o táctiles.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Los rasgos y ventajas beneficiosos anteriores y otros de los sistemas y métodos descritos en este documento se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada en conexión con las figuras adjuntas, de las cuales:
La Figura 1a muestra una representación de un espacio de estacionamiento de vehículos con una bobina de envío inalámbrico de energía por inducción y un sistema de alineación que incluye una línea de transmisión coincidente con la línea central del espacio de estacionamiento.
La Figura 1b muestra una representación de un aparcamiento para vehículos con espacios de estacionamiento en ángulo, bobinas de envío inalámbrico de energía por inducción, y un sistema de alineación que incluye líneas de transmisión curvadas que ayudan a guiar un vehículo hasta la ubicación adecuada dentro del espacio de estacionamiento para la carga.
La Figura 1c muestra una representación de un autobús que se acerca a un punto de carga inductiva después de un giro donde una larga línea de transmisión curvada del sistema de alineación asegura una trayectoria adecuada para alinearse en la bobina de carga.
La Figura 2a muestra una representación conceptual del aparato para alineación del estacionamiento de vehículos de acuerdo con una realización de muestra.
La Figura 2b muestra una relación representativa entre la diferencia de fase de las antenas del vehículo y la alineación del vehículo.
La Figura 3a muestra una realización de la fuente de radiofrecuencia y línea de transmisión del espacio de estacionamiento implementada como una línea de transmisión balanceada de 300 ohmios.
La Figura 3b muestra una realización alternativa de la fuente de radiofrecuencia y la línea de transmisión del espacio de estacionamiento implementada como un cable coaxial terminado de 50 ó 75 ohmios con ranuras especialmente diseñadas en el conductor exterior o apantallamiento.
La Figura 4 muestra una realización del interruptor de conmutación de antena y los circuitos asociados.
La Figura 5 muestra una realización de los circuitos de procesamiento de señales posteriores al receptor de FM.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES ILUSTRATIVAS
Los sistemas y métodos de la invención pueden entenderse más fácilmente por referencia a la siguiente descripción detallada tomada en conexión con las figuras y ejemplos adjuntos, los cuales forman parte de esta descripción. Debe entenderse que los sistemas y métodos no están limitados a los productos, métodos, condiciones o parámetros específicos descritos y/o mostrados en este documento, y que la terminología utilizada en este documento tiene el propósito de describir realizaciones particulares solo a modo de ejemplo y no pretende ser limitativa. De manera similar, cualquier descripción de un posible mecanismo o modo de acción o motivo de mejora tiene el propósito de ser únicamente ilustrativa, y los sistemas y métodos descritos en este documento no deben estar restringidos por la corrección o incorrección de cualquier dicho mecanismo o modo de acción o motivo de mejora sugerido. A lo largo de este texto, se reconoce que las descripciones se refieren tanto a métodos como a software para implementar dichos métodos.
Se describirá ahora una descripción detallada de realizaciones ilustrativas con referencia a las FIGURAS 1 -5. Aunque esta descripción proporciona un ejemplo detallado de posibles implementaciones de los sistemas y métodos descritos en este documento, se debería tener en cuenta que estos detalles pretenden ser solo a modo de ejemplo y de ninguna manera delimitan el alcance del objeto reivindicado.
La Figura 1a es una representación esquemática de un espacio de estacionamiento 10 para automóviles. La bobina primaria de transferencia de energía inalámbrica 12 se muestra cerca de la parte de cabecera del espacio de estacionamiento 10, aunque la bobina primaria de transferencia de energía inalámbrica 12 también podría ubicarse al pie del espacio de estacionamiento 10 o en cualquier otro lugar dentro de los límites del espacio de estacionamiento. Independientemente de la ubicación de la bobina primaria, el vehículo debe estacionarse dentro de los límites indicados del espacio de estacionamiento 10. Una línea de transmisión 14 enterrada o montada en superficie se extiende a lo largo de la línea central del espacio de estacionamiento. Esta línea de transmisión 14, conectada a una fuente de radiofrecuencia de onda continua de baja potencia 20 (Figura 2), crea un campo de radiofrecuencia localizado utilizado por la electrónica montada en el vehículo para determinar la alineación del vehículo dentro del perímetro del espacio de estacionamiento 10. La línea de transmisión 14 puede variar en longitud y orientación con respecto a la realización corta y recta que se muestra en la Figura 1a o más larga y curvada como se muestra en las Figuras 1b y 1c.
La Figura 1b es una representación de una serie de espacios de estacionamiento 10 en ángulo. La bobina primaria de transferencia de energía inalámbrica 12 se muestra en cada uno de los espacios de estacionamiento en ángulo 10 cerca del extremo de cabecera. Una línea de transmisión 14 enterrada o montada en superficie se extiende dentro del espacio de estacionamiento a lo largo de la línea central y se extiende fuera del espacio de estacionamiento, curvándose hacia el interior del carril de desplazamiento del vehículo a lo largo de una trayectoria para guiar el vehículo hasta la bobina de inducción de energía inalámbrica 12 del espacio de estacionamiento 10. Un vehículo 15 se desplaza en una dirección de derecha a izquierda y recibe la señal de alineación de la línea de transmisión y de una fuente de radiofrecuencia de onda continua de baja potencia 20 (Figura 2) para el espacio apropiado donde está disponible una bobina primaria de carga 12. El vehículo 15 usa la señal de alineación procedente de la línea de transmisión 14 en conjunto con antenas de recepción situadas en el vehículo 15 como se describe más adelante con respecto a la Figura 2.
La Figura 1c es una representación de un autobús 16 que se acerca a una estación de carga inductiva inalámbrica que incluye una bobina de inducción de energía inalámbrica 12 después de completar un giro. Es importante que el autobús 16 esté correctamente alineado en la bobina de inducción de energía inalámbrica 12, y un radio de giro y una ubicación adecuados son fundamentales para lograr la trayectoria correcta. En este ejemplo, la línea de transmisión 14 tiene una longitud de muchas decenas de pies (o de metros) y está incrustada en la calzada 17 con la orientación adecuada para guiar consistentemente el autobús 16 a lo largo de la trayectoria correcta para una alineación adecuada en la bobina de carga 12.
La figura 2a es una representación en diagrama de bloques de la electrónica de alineación. En tierra, hay una fuente de radiofrecuencia 20 y un tramo de línea de transmisión 14. En el vehículo, hay dos pequeñas antenas 22, 24 montadas a la misma distancia a la izquierda y a la derecha de la línea central del vehículo. Los expertos en la técnica apreciarán que las antenas 22, 24 también podrían estar desplazadas (no equidistantes) siempre que el desplazamiento se tenga en cuenta en el desplazamiento de fase detectado. Las antenas 22, 24 están conectadas mediante un cable coaxial 26 a un conmutador de antena 28. El conmutador de antena 28 está controlado por el reloj de conmutación de antena 30 para conectar alternativamente una y otra antena 22, 24 a un receptor de radio de modulación de frecuencia 32 convencional. En una realización de muestra, la señal de conmutación es una onda cuadrada de ciclo de trabajo del 50%.
Cuando las dos antenas receptoras 22, 24 se colocan a la misma distancia de la línea de transmisión 14 como ocurre cuando el vehículo está alineado simétricamente dentro del perímetro del espacio de estacionamiento 10, la acción de conmutación del conmutador de antena 28 no tiene ningún efecto sobre la señal del receptor. La amplitud y la fase de las dos señales de entrada de antena 31 son idénticas y no hay respuesta del receptor 32. Sin embargo, si el vehículo está mal alineado dentro del espacio de estacionamiento 10, las antenas 22, 24 del vehículo ya no son simétricas con respecto a la línea de transmisión 14. La acción de conmutación de antena introduce entonces perturbaciones de fase y amplitud de la señal a la frecuencia de conmutación. La señal procedente de la antena más cercana a la línea de transmisión 14 tendrá mayor amplitud y fase adelantada con respecto a la antena más alejada. El receptor de modulación de frecuencia 32 ignora las perturbaciones de amplitud, pero detecta las perturbaciones de fase, siendo la frecuencia la tasa temporal de cambio de fase, replicando así la señal de conmutación del conmutador de antena en la salida de audio del receptor 34. La réplica de la señal de conmutación de audio del receptor es alterada por el ancho de banda limitado del receptor. Si la frecuencia de la señal de conmutación está por encima de la banda de paso de audio recuperada del receptor, no hay señal de conmutación recuperada. Si la frecuencia de la señal de conmutación está justo por encima de la frecuencia de la banda de paso de audio del receptor inferior, la señal de conmutación recuperada se aproximará a la onda cuadrada de conmutación original, aunque filtrada con un filtro de paso bajo por el límite de la banda de paso de audio superior del receptor. Una frecuencia de señal de conmutación en la mitad superior de la banda de paso de audio del receptor conduce a una señal de audio recuperada en gran parte sinusoidal.
Como se ilustra con más detalle en la Figura 2a, la salida de audio 34 se envía al detector síncrono 36 para detectar las diferencias de fase entre las respectivas señales de antena, y señales de salida representativas de cualquier desalineación se envían a un comparador de tensiones 38 para determinar la polaridad del error de alineación en base a la cual la señal tiene una fase adelantada o una fase retrasada y a un detector de valor absoluto 40 que determina la magnitud del error de alineación. En realizaciones de muestra, las señales de polaridad del error de alineación y de magnitud del error de alineación se envían a un dispositivo de visualización y otros medios audiovisuales para proporcionar realimentación al conductor para ajustar el vehículo en el espacio de estacionamiento 10 con respecto a la bobina de inducción de energía inalámbrica 12.
La Figura 2b muestra una representación de ejemplo de diferencias de fase entre las respectivas antenas de alineación en función del error de alineación o del desplazamiento con respecto a la línea central.
La frecuencia de funcionamiento máxima del sistema proporcionada por la fuente de radiofrecuencia 20 se establece mediante la separación entre las dos antenas montadas en el vehículo 22, 24 que debe ser menor que la anchura del vehículo. En los Estados Unidos, la anchura media de los espacios de estacionamiento es de aproximadamente nueve pies (2.75 metros). Por lo general, los automóviles no miden más de 8 pies (2.43 metros) de ancho. Para evitar ambigüedad de fase, las dos antenas de detección 22, 24 deben estar separadas no más de A/2 una de otra a la frecuencia de funcionamiento. Para dos antenas de detección separadas por ocho pies (2.43 metros), la frecuencia de funcionamiento máxima del sistema es de aproximadamente 61,5 MHz. Son posibles frecuencias más altas y separaciones entre antenas más estrechas si se puede suponer que el conductor del vehículo entra en el espacio de estacionamiento con un error de alineación inicial inferior a la mitad de la anchura del espacio de estacionamiento. También son posibles frecuencias de funcionamientos más altas con el uso de más de dos antenas montadas en el vehículo, usándose la antena o antenas adicionales para resolver la ambigüedad de fase. Los expertos en la técnica apreciarán que no existe límite inferior en la frecuencia de funcionamiento del sistema, excepto que la relación señal/ruido del error de alineación empeora progresivamente a medida que se reduce la frecuencia de funcionamiento.
El aparato descrito en este documento permite la alineación izquierda-derecha del vehículo con respecto a la línea central del espacio de estacionamiento. La mala alineación izquierda-derecha del vehículo se indica al conductor por medios visibles, audibles o táctiles. Una indicación visual puede ser un indicador iluminado, una visualización gráfica o superposición gráfica generada por software impuesta sobre una imagen de cámara de video. Una indicación audible puede ser un sonido continuo o pulsante o un sintetizador de voz generado por software. La indicación táctil puede ser proporcionada por el volante o el mecanismo de dirección del vehículo, la palanca de cambios, el asiento del conductor o a través del suelo del vehículo o a través de pedales de control del vehículo montados en el suelo. Indicaciones visuales para el conductor o medios técnicos descritos, por ejemplo, en la Solicitud de Patente Provisional de EE.UU. No. 61/862,572, presentada el 6 de agosto de 2013, se pueden usar para indicar y controlar dónde debería detenerse el vehículo alineado para la alineación axial de la bobina en las direcciones de adelante hacia atrás para garantizar que el conductor introduce el vehículo lo suficiente en el espacio de estacionamiento 10 para alinear las bobinas magnéticas para la carga.
Las Figuras 3a y 3b ilustran realizaciones de muestra de la línea de transmisión 14. En particular, la Figura 3a muestra la fuente de radiofrecuencia 20 y una línea de transmisión 14 enterrada o montada en superficie que deja escapar una señal a la frecuencia de funcionamiento. En esta realización, una fuente 20 de radiofrecuencia de onda continua de 40,68 MHz y cincuenta ohmios de impedancia proporciona excitación de radiofrecuencia. Se utiliza un nivel de potencia de aproximadamente 1 mW. Se utiliza un transformador de RF de minicircuitos 42, número de modelo ADT 4-6T como balun de ajuste de impedancia. La línea de transmisión 14 se implementa con un tramo de línea de transmisión balanceada de impedancia característica ordinaria de 300 ohmios. Si bien esta línea de transmisión no está diseñada para tener fugas, hay suficientes fugas para ser captadas por las antenas 22, 24 en las realizaciones de muestra. Una resistencia 44 de 300 ohmios remata el extremo de la línea de equilibrio para eliminar reflexiones y ondas estacionarias. La línea de transmisión no tiene por qué estar balanceada; una línea coaxial desbalanceada con fugas sería igualmente adecuada. Alternativamente, se podrían usar igualmente otras impedancias de línea de transmisión, como un cable coaxial de 50 o 75 ohmios con ranuras en el apantallamiento exterior. La Figura 3b representa una línea de transmisión 14' desbalanceada de cable coaxial de 50 ó 75 ohmios con ranuras 43 especialmente diseñadas y una resistencia de terminación 45 que está ajustada a la impedancia característica del cable coaxial.
La Figura 4 muestra los circuitos asociados con las antenas 22, 24, el interruptor de conmutación de antena 28 y el reloj de conmutación 30 de la Figura 2. Las antenas 22, 24 incluyen espirales rectangulares fabricadas sobre una placa de circuito impreso para garantizar la consistencia de antena a antena. El número de vueltas para las espirales rectangulares depende del valor de inductancia deseado para la antena que se hará resonar con capacitancia para lograr la respuesta deseada a la frecuencia de operación. En una configuración de muestra, se usaron espirales rectangulares de diez vueltas para las antenas 22, 24. Las antenas 22, 24 son eléctricamente pequeñas y no son resonantes a la frecuencia de funcionamiento sin el empleo de una capacitancia adicional. Cada antena 22, 24 está conectada a un tramo de cable coaxial 26 de impedancia característica ordinaria de 50 ohmios. Los dos cables 26 tienen la misma longitud cuando las antenas están espaciadas simétricamente con respecto a la línea central del vehículo y cada uno tiene un manguito de ferrita 46 que incluye varias perlas de ferrita deslizado sobre el cable 26 en los extremos conectados a las antenas 22, 24 para que sirvan como baluns y para suprimir las corrientes de RF que, de otro modo, se inducirían en los conductores exteriores del cable. Las corrientes de RF inducidas introducen errores significativos en el sistema y deben suprimirse. En una realización de muestra se usa una frecuencia de operación de 40,68 MHz. Esta frecuencia es casi óptima para esta aplicación y se asigna a nivel nacional e internacional para usos ISM (industriales, científicos y médicos) que incluyen calentamiento por RF, alarmas de movimiento e intrusión sensibles a la frecuencia o a la fase basadas en Doppler, diatermia, cauterización y otros usos no relacionados con las comunicaciones. Las frecuencias ISM se reservan para usos no relacionados con comunicaciones, pero también se pueden usar para comunicaciones si los usuarios están dispuestos a aceptar la posibilidad de interferencia de radio provocada por las aplicaciones ISM primarias. La ventaja de hacer esto es una reducción significativa de las cargas legales de certificación de equipos y de asignación de espectro. Dado que el alcance máximo del sistema de alineación de vehículos descrito en este documento es de unos pocos pies (metros) como máximo, la probabilidad de interferencia de radio provocada por otros usuarios de la frecuencia ISM de 40,68 MHz es bastante remota.
Un oscilador RC 30 compuesto por dos inversores lógicos 48, resistencias R6 y R7 junto con un condensador C6 genera una señal de onda rectangular al doble de la frecuencia de conmutación de antena deseada que luego es dividida por 2 por un circuito biestable D 50, generando así un reloj de conmutación a la frecuencia deseada con un ciclo de trabajo 50-50. Los componentes R1, R3, R4, D1, D2 y L1 constituyen un interruptor 28 de RF de diodo controlado por las salidas del circuito biestable Q y no Q. R2, R5, C4 y C5 ralentizan los bordes anterior y posterior de la forma de onda de control del interruptor, limitando de este modo los transitorios de conmutación. R8, C8 y los inversores lógicos 52 asociados retrasan la señal de control del reloj de conmutación de la antena para compensar el retraso del receptor.
La Figura 5 muestra los circuitos de procesamiento de señales posteriores al receptor. La salida del interruptor de conmutación de antena 28 va a la entrada de antena de un receptor de FM de banda estrecha 32 convencional. El circuito incluye un receptor de escaneo de bolsillo de calidad comercial, un escáner compacto Uniden BC72XLY, pero cualquier implementación de receptor de FM de VHF de banda estrecha, analógico o digital, hardware o software, es aceptable. El error de alineación del vehículo aparece en la salida de audio del receptor como una onda cuadrada de ancho de banda limitado a la frecuencia del reloj de conmutación de la antena. La magnitud de la onda cuadrada indica la magnitud del error de alineación; la polaridad de la onda cuadrada indica la dirección del error de alineación, izquierda o derecha. La detección síncrona produce entonces una tensión de CC con amplitud proporcional al error de alineación y con polaridad que indica la dirección del error de alineación.
Los dos amplificadores operacionales 54 amplifican la señal de audio procedente del receptor de FM con ganancias de uno y menos uno. El circuito integrado 56 contiene tres interruptores CMOS FET de un solo polo y doble tiro (SPDT), uno de los cuales se usa como un rectificador síncrono accionado por la señal de control del interruptor de conmutación de antena retardada. Un filtro de paso bajo 58 compuesto por la resistencia R16 y el condensador C11 sigue al interruptor SPDT 56 eliminando todas las oscilaciones de frecuencia de conmutación dejando una señal de corriente continua con amplitud proporcional a la desalineación del vehículo y polaridad determinada por la dirección del error de alineación del vehículo, a izquierda o derecha de la línea central del espacio de estacionamiento. Un circuito de magnitud absoluta recupera la magnitud del error de desplazamiento del vehículo mientras que un comparador de tensiones determina la polaridad del error.
Los dos amplificadores operacionales 60, 62 se utilizan como un amplificador de búfer de filtro de paso bajo posterior a RC y como un comparador de tensiones de referencia cero, respectivamente. Los componentes asociados con el transistor 64 mantienen la sección del amplificador operacional fuera de la saturación de tensión, evitando así los problemas sutiles que a veces se experimentan cuando se usan amplificadores operacionales en una conexión de bucle abierto como comparadores de tensiones. El comparador de tensiones 38, implementado mediante el amplificador operacional 62, proporciona una señal de nivel lógico que indica la polaridad del error de alineación, izquierda o derecha. Los amplificadores operacionales 66 y los componentes asociados comprenden un detector de valor absoluto 40 que proporciona una representación unipolar de la magnitud del error de alineación independiente de la polaridad de la señal del detector post-síncrono.
En la implementación descrita anteriormente, las antenas duales de captación 22, 24 del vehículo y la línea de transmisión 14 están montadas a lo largo de la línea central del vehículo y la línea central de la plaza de estacionamiento, respectivamente. Las ubicaciones desplazadas que podrían ser necesarias para evitar la parte inferior de la carrocería del vehículo y los obstáculos de las plazas de estacionamiento pueden ajustarse incluyendo la corrección por desplazamiento adecuada en el hardware o software del detector post-síncrono. En la última situación, la corrección por desplazamiento requerida es proporcionada por el enlace de comunicaciones de tierra a vehículo.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de alineación de vehículos para alinear un vehículo (15) con una bobina de inducción de energía inalámbrica (12) del lado de tierra para la carga inalámbrica mediante el uso de inducción resonante magnética, que comprende:
una línea de transmisión (14) configurada para estar dispuesta en al menos uno de:
a lo largo de una línea central de un espacio de estacionamiento (10),
paralela a pero desplazada con respecto a la línea central del espacio de estacionamiento, o
a lo largo de una trayectoria curva
para guiar el vehículo hasta la bobina de inducción de energía inalámbrica (12) para la carga, dejando escapar la línea de transmisión una señal que tiene una frecuencia de funcionamiento;
al menos dos antenas montadas en el vehículo (22, 24) configuradas para ser montadas en lados opuestos de la línea de transmisión (14) cuando el vehículo (15) está alineado en el espacio de estacionamiento (10) o moviéndose a lo largo de la trayectoria curva, detectando dichas antenas dicha señal que tiene dicha frecuencia de funcionamiento que se escapa de la línea de transmisión; y
circuitos de procesamiento de señales (32, 36, 38, 40) configurados para detectar una fase de señal relativa entre las señales detectadas por las antenas en lados opuestos de la línea de transmisión,
donde las diferencias de fase relativa entre las señales detectadas por las antenas (22, 24) son representativas de la alineación izquierda-derecha del vehículo (15) con respecto a la línea de transmisión (14).
2. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la frecuencia de funcionamiento está por debajo de 61,5 MHz y, opcionalmente, es de 40,68 MHz o 13,56 MHz.
3. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las antenas montadas en el vehículo (22, 24) están desplazadas simétricamente con respecto a una línea central del vehículo (15).
4. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los circuitos de procesamiento de señales incluyen un conmutador de antena (28) que conmuta entre dos o más antenas montadas en el vehículo (22, 24).
5. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los circuitos de procesamiento de señales (32) detectan una fase de señal relativa entre las señales detectadas por las antenas (22, 24) en lados opuestos de la línea de transmisión (14) y determina la polaridad del error de alineación y la magnitud del error de alineación cuando las antenas no están equidistantes de la línea de transmisión.
6. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además medios visibles, audibles o táctiles (34) para indicar a un conductor que ajuste la alineación del vehículo con respecto a la línea de transmisión en respuesta a dicha polaridad de error de alineación y dicha magnitud de error de alineación.
7. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una fuente de radiofrecuencia de onda continua que proporciona excitación de radiofrecuencia a la línea de transmisión a un nivel de potencia de aproximadamente 1 mW.
8. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la línea de transmisión comprende una línea de transmisión de impedancia característica de 300 ohmios.
9. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la línea de transmisión comprende un cable coaxial de 50 o 75 ohmios con ranuras en el apantallamiento exterior del cable coaxial y una resistencia de terminación que está ajustada a una impedancia característica del cable coaxial.
10. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los circuitos de procesamiento de señales comprenden:
un receptor de modulación de frecuencia (32) para detección de las diferencias de fase relativa entre las señales detectadas por las respectivas antenas (22, 24), siendo dichas diferencias de fase inducidas por conmutación secuencial cuando las antenas no están a una misma distancia de la línea de transmisión (14), un detector síncrono (36) sensible a los componentes de frecuencia de conmutación de antena presentes en la salida de dicho receptor de modulación de frecuencia (32),
un comparador de tensiones (38) que determina la polaridad del error de alineación a partir de una salida de dicho detector síncrono (36), y
un circuito de valor absoluto (40) que determina la magnitud del error de alineación a partir de dicha salida de dicho detector síncrono (36).
11. Un método para alinear un vehículo con una bobina de inducción de energía inalámbrica en el lado de tierra para carga inalámbrica mediante el uso de inducción resonante magnética, que comprende:
disponer una línea de transmisión en al menos uno de:
a lo largo de una línea central de un espacio de estacionamiento,
paralela a, pero desplazada con respecto a, la línea central del espacio de estacionamiento, o
a lo largo de una trayectoria curva,
donde la línea de transmisión está configurada para dejar escapar una señal que tiene una frecuencia de funcionamiento, estando dispuesta dicha línea de transmisión en el espacio de estacionamiento para guiar el vehículo hasta la bobina de inducción de energía inalámbrica para la carga;
alinear el vehículo a izquierda o derecha en relación con la línea de transmisión para la carga mediante la bobina de inducción de energía inalámbrica, comprendiendo la alineación al menos dos antenas montadas en el vehículo montadas en lados opuestos de la línea de transmisión cuando el vehículo está alineado en el espacio de estacionamiento o moviéndose a lo largo de la trayectoria curva que detectan dicha señal que tiene dicha frecuencia de funcionamiento que se escapa de la línea de transmisión; y
ajustar la alineación del vehículo en relación con la bobina de inducción de energía inalámbrica en base a las diferencias de fase relativa entre las señales detectadas por las antenas como representativas de la alineación izquierda-derecha del vehículo con respecto a la línea de transmisión.
12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la línea de transmisión deja escapar la señal a través de ranuras en el apantallamiento exterior de un cable coaxial de 50 o 75 ohmios.
13. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la frecuencia de funcionamiento está por debajo de 61,5 MHz.
14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la frecuencia de funcionamiento es de 13,56 MHz.
15. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la alineación comprende:
la detección por parte de un receptor de modulación de frecuencia de una fase de señal relativa entre las señales detectadas por las antenas en lados opuestos de la línea de transmisión, siendo dichas diferencias de fase inducidas por conmutación secuencial cuando las antenas no están a una misma distancia de la línea de transmisión, donde dicha conmutación secuencial incluye un detector síncrono sensible a los componentes de frecuencia de conmutación de antena presentes en la salida de dicho receptor de modulación de frecuencia que conmuta entre las antenas,
la determinación por parte de un comparador de tensiones de la polaridad del error de alineación a partir de una salida de dicho detector síncrono, y
la determinación por parte de un circuito de valor absoluto de la magnitud del error de alineación a partir de dicha salida de dicho detector síncrono.
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