CN105048590B - 一种用于无线充电***的车辆对准装置及对准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无线充电***的车辆对准装置及对准方法，所述装置包括汽车端装置与基站端装置，所述基站端装置包括基站端控制器、基站端通信模块、雷达模块、第一运动控制模块、第二运动控制模块和能量发射天线；所述汽车端装置包括汽车端控制器、汽车端通信模块、定位模块和能量接收模块；本发明解决了移动车辆无线充电过程中，发射装置和接收装置的实时对准问题。使能量能够准确，最大效率的被车辆接收。本发明基于GPS的粗定位和基于雷达的精准定位是本发明的核心部分，根据雷达采集到的车辆的实时位置信息和速度信息，处理器控制发射天线实时转动，始终保持发射天线和接收天线的一致性。
Description
技术领域
本发明属于汽车无线充电技术领域，具体涉及一种用于无线充电***的车辆对准装置及对准方法。
背景技术
随着全球城市化的发展，汽车数量的不断激增，环境污染的加剧，电动汽车提供了一种新的解决环境污染的思路。电动汽车开始走进人们的生活，而电动汽车的充电方式一直是制约电动汽车普及的因素之一。电能的供给和补充以及充电方式成为了一个重要的影响因素。采用无线充电的方式对电动汽车的发展有着积极的推动作用。
目前已有的电动汽车无线充电技术都是固定地点的充电，通过电磁感应的方式对准线圈进行近距离的充电，并且是1对1的模式。这样的充电模式限制车辆在充电过程中的移动，需要时间等待。如果对移动车辆进行实时充电，则需要对车辆进行实时的定位跟踪。
发明内容
本发明的目的是在道路上装有无线充电基站，能够对一定范围内的移动车辆进行实时无线充电。解决的问题是无线充电基站上的发射能量装置实时跟踪对准汽车的无线能量接收装置。达到移动车辆的实时充电。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于无线充电***的车辆对准装置，包括汽车端装置与基站端装置，所述基站端装置包括基站端控制器、基站端通信模块、雷达模块、第一运动控制模块、第二运动控制模块和能量发射天线；所述汽车端装置包括汽车端控制器、汽车端通信模块、定位模块和能量接收模块；
所述基站端控制器分别与基站端通信模块、雷达模块、第一运动控制模块、第二运动控制模块和能量发射天线信号连接，用于控制各个模块工作；
所述基站端通信模块用于和电动车进行通信，用于获取电动车充电参数信息，并将获取的信息传输给基站端控制器；
所述第一运动控制模块控制雷达模块转动，所述第二运动控制模块控制能量发射天线转动；
所述汽车端控制器分别与汽车端通信模块、定位模块和能量接收模块信号连接；
所述汽车端通信模块用于和基站通信，接收基站发送的数据，并将汽车端的数据发送给基站。
进一步地，所述基站端装置还包括信息匹配模块和ID数据库，所述ID数据库由需要充电的电动车ID信息注册形成，在收到电动车ID信息后，信息匹配模块调取数据库中的信息，进行ID信息匹配，确定收到的ID信息为注册ID后可进行充电，并在确认匹配时发送匹配成功信息给电动车。
一种利用上述装置进行车辆对准的方法，包括以下步骤：
(1)当电池电量小于阀值时，汽车端通信模块发送车辆信息和请求充电信号给基站；所述车辆信息为汽车ID、电池电量信息；
(2)基站端控制器通过基站端通信模块接收该信号，并确认充电请求；具体包括以下子步骤：
(2.1)基站端控制器通过基站端通信模块获取ID信息并识别ID信息；
(2.2)完成ID信息匹配，并发送匹配成功信息给电动车；
(2.3)车辆通过汽车端通信模块接收匹配成功信息，并发送充电信息给塔基；所述充电信息包括充电电压参数、充电电流参数、电池电量等；
(2.4)基站端控制器通过基站端通信模块接收确认充电请求；
(3)汽车端控制器通过汽车端通信模块接收确认信号，并将定位模块的位置信息和车速信息通过汽车通信模块发送给基站，同时开启能量接收装置；
所述位置信息为模块中的定位坐标值，所述车速信息为当前车速，通过UART将数据实时传给汽车端控制器；
所述汽车端通信模块将汽车端控制器获取的汽车位置信息以及速度信息发送给无线充电基站；
(4)基站端控制器根据位置信息判断车辆是否处于能量发射有效范围内；如果是，则基站运动控制模块驱动雷达模块转动，使雷达模块朝向车辆，进行雷达定位；所述雷达定位流程包括：
(4.1)基站端控制器根据车辆方向与大致距离计算雷达模块的初始仰角值；所述车辆的方向与距离由基站端控制器根据获得的位置信息计算获得；所述仰角值为唯一可以确定雷达模块转动角度的值；
(4.2)第一运动控制模块将雷达模块转至该仰角值，
(4.3)雷达模块发射雷达信号；所述雷达信号可以间断或者不间断对发射；
(4.4)雷达模块在指定时间内接收到反射信号，基站端控制器根据时间差或频率相位差计算运动车辆与基站的实际距离以及速度值；如果没有在指定时间内接收到反射信号，通过基站端通信模块再次获取车辆位置信息和车速信息，并重复步骤4.1、4.2、4.3、4.4；
(4.5)基站端控制器根据此时的车辆与基站实际距离以及速度值实时计算该时刻的雷达模块的仰角值，并控制第一运动控制模块转动雷达模块至该仰角值；重复步骤4.3、4.4、4.5，实现雷达模块对运动车辆的定位跟踪；
(5)第二运动控制模块根据雷达模块对车辆的定位结果将能量发射天线朝向小车位置，对小车进行充电。
相对于现有技术，本发明具有的有益效果是：解决了移动车辆无线充电过程中，发射装置和接收装置的实时对准问题。使能量能够准确，最大效率的被车辆接收。本发明基于GPS的粗定位和基于雷达的精准定位是本发明的核心部分，根据雷达采集到的车辆的实时位置信息和速度信息，处理器控制发射天线实时转动，始终保持发射天线和接收天线的一致性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意框图；
图2是雷达定位的流程图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种用于无线充电***的车辆对准装置，包括汽车端装置与基站端装置，所述基站端装置包括基站端控制器、基站端通信模块、雷达模块、第一运动控制模块、第二运动控制模块和能量发射天线；所述汽车端装置包括汽车端控制器、汽车端通信模块、定位模块和能量接收模块；
所述基站端控制器分别与基站端通信模块、雷达模块、第一运动控制模块和第二运动控制模块信号连接，用于控制各个模块工作，计算相关数据，例如雷达模块的仰角值；所述基站端控制器还连接有能量发射天线；所述基站端控制器可以采用TI公司的TMS320FC6713DSP处理器，满足***定位的实时性；
所述基站端通信模块用于和电动车进行通信，用于获取电动车充电参数信息，例如充电电压参数、充电电流参数、电池电量信息、电动车ID信息等，并将获取的信息传输给基站端控制器；
所述第一运动控制模块控制雷达模块转动，所述第二运动控制模块控制能量发射天线转动；
所述汽车端控制器分别与汽车端通信模块、定位模块和能量接收模块信号连接，所述汽车端控制器可以选择STM32F103VET6作为主控芯片；
所述汽车端通信模块用于和基站通信，接收基站发送的数据，并将汽车端的数据发送给基站；
所述汽车端装置与基站端装置的通信方式采用无线通信，所述无线通信模块采用SIM900A，支持双频GSM/GPRS。
工作过程：
(1)当电池电量小于阀值时，汽车端通信模块发送车辆信息和请求充电信号给基站；所述车辆信息为汽车ID、电池电量信息；
(2)基站端控制器通过基站端通信模块接收该信号，并确认充电请求；具体包括以下子步骤：
(2.1)基站端控制器通过基站端通信模块获取ID信息并识别ID信息；
(2.2)完成ID信息匹配，并发送匹配成功信息给电动车；
本实施例中，基站端装置还包括信息匹配模块和ID数据库，所述ID数据库由需要充电的电动车ID信息注册形成，位于塔基后端服务器，在收到电动车ID信息后，信息匹配模块调取数据库中的信息，进行ID信息匹配，确定收到的ID信息为注册ID后可进行充电，并在确认匹配时发送匹配成功信息给电动车。
(2.3)车辆获取匹配成功信息，发送充电信息给塔基
车辆通过汽车端通信模块接收匹配成功信息，并发送充电信息给塔基；所述充电信息包括充电电压参数、充电电流参数、电池电量等；
(2.4)基站端控制器通过基站端通信模块接收确认充电请求。
(3)汽车端控制器通过汽车端通信模块接收确认信号，并将定位模块的位置信息和车速信息通过汽车通信模块发送给基站，同时，开启能量接收装置；
所述定位模块为采用基于UM220-III北斗/GPS双***模块，所述位置信息为模块中的定位坐标值，所述车速信息为当前车速，通过UART将数据实时传给汽车端控制器，即主控芯片STM32；
无线通信模块采用SIM900A,支持双频GSM/GPRS，将stm32获取的汽车位置信息以及速度信息发送给无线充电基站；
(4)基站端控制器根据位置信息判断车辆是否处于能量发射有效范围内；如果是，则基站运动控制模块驱动雷达模块转动，使雷达模块朝向车辆，进行雷达定位。如图2所示，所述雷达定位流程包括:
(4.1)基站端控制器根据车辆方向与大致距离计算雷达模块的初始仰角值；所述车辆的方向与距离由基站端控制器根据获得的位置信息计算获得；所述仰角值为唯一可以确定雷达模块转动角度的值，如雷达模块中天线在空间的坐标值；
(4.2)第一运动控制模块将雷达模块转至该仰角值，
(4.3)雷达模块发射雷达信号；所述雷达信号可以间断或者不间断对发射；
(4.4)雷达模块在指定时间内接收到反射信号，基站端控制器根据时间差或频率相位差计算运动车辆与基站的实际距离以及速度值；如果没有在指定时间内接收到反射信号，通过基站端通信模块再次获取车辆位置信息和车速信息，并重复步骤4.1、4.2、4.3、4.4；
(4.5)基站端控制器根据此时的车辆与基站实际距离以及速度值实时计算该时刻的雷达模块的仰角值，并控制第一运动控制模块转动雷达模块至该仰角值；重复步骤4.3、4.4、4.5，实现雷达模块对运动车辆的定位跟踪；
(5)第二运动控制模块根据雷达模块对车辆的定位结果将能量发射天线朝向小车位置，对小车进行充电；
所述能量发射天线通过高能定向电磁波为小车充电。
相对于现有技术，本发明具有的有益效果是：通过GPS的粗定位和基于雷达的精准定位解决了移动车辆无线充电过程中，发射装置和接收装置的实时对准问题。使能量能够准确，最大效率的被车辆接收。本发明基于是本发明的核心部分，根据雷达采集到的车辆的实时位置信息和速度信息，处理器控制发射天线实时转动，始终保持发射天线和接收天线的一致性。
Claims (1)
1.一种用于无线充电***的车辆对准方法，该方法在车辆对准装置上实现，所述车辆对准装置包括汽车端装置与基站端装置，所述基站端装置包括基站端控制器、基站端通信模块、雷达模块、第一运动控制模块、第二运动控制模块和能量发射天线；所述汽车端装置包括汽车端控制器、汽车端通信模块、定位模块和能量接收模块；
所述基站端控制器分别与基站端通信模块、雷达模块、第一运动控制模块、第二运动控制模块和能量发射天线信号连接，用于控制各个模块工作；
所述基站端通信模块用于和车辆进行通信，用于获取车辆充电参数信息，并将获取的信息传输给基站端控制器；
所述第一运动控制模块控制雷达模块转动，所述第二运动控制模块控制能量发射天线转动；
所述汽车端控制器分别与汽车端通信模块、定位模块和能量接收模块信号连接；
所述汽车端通信模块用于和基站通信，接收基站发送的数据，并将汽车端的数据发送给基站；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)当电池电量小于阀值时，汽车端通信模块发送车辆信息和请求充电信号给基站；所述车辆信息为汽车ID、电池电量信息；
(2)基站端控制器通过基站端通信模块接收该信号，并确认充电请求；具体包括以下子步骤：
(2.1)基站端控制器通过基站端通信模块获取ID信息并识别ID信息；
(2.2)完成ID信息匹配，并发送匹配成功信息给车辆；
(2.3)车辆通过汽车端通信模块接收匹配成功信息，并发送充电信息给基站；所述充电信息包括充电电压参数、充电电流参数、电池电量；
(2.4)基站端控制器通过基站端通信模块接收确认充电请求；
(3)汽车端控制器通过汽车端通信模块接收确认信号，并将定位模块的位置信息和车速信息通过汽车端通信模块发送给基站，同时开启能量接收装置；
所述位置信息为定位模块中的定位坐标值，所述车速信息为当前车速，通过UART将数据实时传给汽车端控制器；
所述汽车端通信模块将汽车端控制器获取的汽车位置信息以及速度信息发送给基站；
(4)基站端控制器根据位置信息判断车辆是否处于能量发射有效范围内；如果是，则基站运动控制模块驱动雷达模块转动，使雷达模块朝向车辆，进行雷达定位；所述雷达定位流程包括：
(4.1)基站端控制器根据车辆方向与大致距离计算雷达模块的初始仰角值；所述车辆的方向与距离由基站端控制器根据获得的位置信息计算获得；所述仰角值为唯一能够确定雷达模块转动角度的值；
(4.2)第一运动控制模块将雷达模块转至该仰角值，
(4.3)雷达模块发射雷达信号；所述雷达信号能够间断或者不间断发射；
(4.4)雷达模块在指定时间内接收到反射信号，基站端控制器根据时间差或频率相位差计算运动车辆与基站的实际距离以及速度值；如果没有在指定时间内接收到反射信号，通过基站端通信模块再次获取车辆位置信息和车速信息，并重复步骤(4.1)、(4.2)、(4.3)、(4.4)；
(4.5)基站端控制器根据此时的车辆与基站实际距离以及速度值实时计算该时刻的雷达模块的仰角值，并控制第一运动控制模块转动雷达模块至该仰角值；重复步骤(4.3)、(4.4)、(4.5)，实现雷达模块对运动车辆的定位跟踪；
(5)第二运动控制模块根据雷达模块对车辆的定位结果将能量发射天线朝向车辆位置，对车辆进行充电。
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