CN109733216A - 一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位*** - Google Patents

一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位*** Download PDF

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Abstract

一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***，包括：无线充电***以及对位***；发射线圈和接收线圈上设置有匹配的电磁耦合机构，实现由供电端到汽车电池的无线能量传递；所述对位***包括：泊车控制器、环境传感器、线圈位置感应单元、车辆执行机构以及交互显示单元；环境传感器用于感知停车位的空间大小，分析车位起始点和终止点，并实时监测车辆周围环境，获取停车位的参数，通过路径跟踪控制使汽车逐步停入带有无线充电发射线圈的车位之内，该***采用车载泊车控制***结合线圈位置感应检测***控制电动汽车自动泊车入库，使车辆在自动泊车的同时实现无线充电线圈的精确对位，本***最优适用于采用静态电磁耦合的电动汽车无线充电***。

Description

一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***
技术领域
本发明专利涉及无线充电技术领域，尤其是一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***。
背景技术
传统的电动汽车常见的充电方式是有线充电，这种充电方式存在使用不便、充电枪易磨损、接触不良以及占用大量土地等问题，无线充电技术可为电动汽车动力电池提供安全便捷的充电，能够解决有线充电技术目前中存在的一些不足；
然而，现有的无线充电***的地面发射线圈和车载接收线圈的对位准确性存在较大的设计不足，对无线充电所传输能量的功率、效率和电磁辐射有很大影响，线圈对位如仅通过驾驶人员的人工操作实现非常困难，会极大限制无线充电在电动汽车上的使用体验；
另一方面，随着自动泊车、自动驾驶技术的不断发展，将自动泊车与电动汽车无线充电***的定位技术相结合，引入基于磁场低频激励等位置精确定位手段，自动引导电动汽车移动到无线充电***地面线圈对准的位置，实现无线充电***的最大功率和效率传输，能有效解决无线充电停车对位问题，提高电动汽车的用户接受度，对推动电动汽车无线充电技术市场化和电动汽车的普及具有重要意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***,该***采用车载泊车控制***结合线圈位置感应检测***控制电动汽车自动泊车入库，使车辆在自动泊车的同时实现无线充电线圈的精确对位，本***最优适用于采用静态电磁耦合的电动汽车无线充电***。
一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***，包括：无线充电***以及对位***；
进一步的，所述无线充电***包括：发射线圈和接收线圈；所述发射线圈和接收线圈上设置有匹配的电磁耦合机构，实现由供电端到汽车电池的无线能量传递；
进一步的，所述无线充电***的发射线圈通过原级电能变换装置，将工频交流电转换为高频交流电，然后将该高频交流电经谐振补偿后注入到发射线圈，并在发射线圈周围的一定空间范围内产生高频交变磁场；所述接收线圈会捕获到部分高频交变磁场，并产生高频感应电压，次级电能变换装置对该高频交流电压进行变换与调节，满足汽车电池充电的需求；
进一步的，所述对位***包括：泊车控制器、环境传感器、线圈位置感应单元、车辆执行机构以及交互显示单元；
其中，所述环境传感器用于感知停车位的空间大小，分析车位起始点和终止点，并实时监测车辆周围环境，获取感知停车位的参数后，如满足泊车充电要求，则所述泊车控制器规划选择泊车入库的路径，配合档位和车速控制对汽车运动方向进行修正，通过路径跟踪控制使汽车逐步停入带有无线充电发射线圈的车位之内；
进一步的，在泊车入位过程中，如果汽车偏离规划路径，则泊车控制器根据自身具备的路径跟踪控制算法，控制车速和方向盘转角对车辆行驶姿态进行修正，使汽车重新回到正确路径上；
进一步的，所述线圈位置感应单元包括：功率发射线圈与功率接收线圈，通过所述功率接收线圈感应到的磁场信号强度、方向、电流、电压以及阻抗电气参数，自动建立和分析磁场模型，判断所述发射线圈和接收线圈的相互位置；
作为一种举例说明，为进一步提高线圈位置感应单元的精度，所述线圈位置感应单元还可以在功率发射线圈或功率接收线圈上增加辅助线圈，以增大感应磁场的强度；
作为一种举例说明，为进一步提高线圈位置感应单元的精度，还可通过增加功率传输以外的辅助电磁激励发射***来实现；
作为一种举例说明，所述辅助线圈包括：发送TX和接收RX线圈，分别安装在功率发射线圈和功率接收线圈上，或功率发射线圈附近的地面和功率接收线圈附近的汽车底部；
作为一种举例说明，当汽车停车进入车位时，车载接收线圈接近地面发射线圈时，功率发射电路或辅助激励电磁激励发射***发送电磁场信号，通过辅助线圈的接收RX线圈接收到包括信号强度、方向、电流、电压、阻抗电气参数，再通过所述泊车控制器自动建立和分析磁场模型以及各辅助接收线圈的位置关系，提取的特征数据经综合计算后，判断发射线圈和接收线圈的相互位置；
进一步的，所述泊车控制器除具备常规的泊车控制算法以外，针对自动泊车时对位不同类型停车位和环境状况，基于人工智能和深度学习算法，利用大量样本训练建立和存储磁场模型的数据库，构建线圈对位的环境感知和辨识模型，具备学习功能；
一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***的充电方法，包括：
步骤一、在停车对位过程中自动分析和输出泊车过程中的车辆运动和线圈对位之间的几何参数；
步骤二、基于模糊控制等非光滑控制理论的路径跟踪控制方法，在汽车停入车位后结合线圈对位控制车辆移动和车速，保证汽车完成入位的同时实现无线充电线圈之间的精确对位；
步骤三、无线充电线圈对位***的设计包括了人机交互子***，可安装在手机App、汽车中控台、平板电脑等界面设备上，可实时显示车辆的运动轨迹，以及车载线圈、地面线圈的位置和偏差值，人机交互***与汽车整车控制器通过CAN总线等通道实时通讯、交互信息；
步骤四、电磁激励发射***发送的电磁场信号耦合加载了如曼彻斯特编码等同步配对信号，当线圈对位控制器根据接收线圈感应的磁场信号强度、方向及电流、电压、阻抗等电气参数判断汽车在停车位内前后、左右的偏差符合设定限值，同时检测车载和地面编码配对成功，无线充电线圈对位***在交互界面上***发出“泊车对位完成”的提示，并发送允许开始无线充电的信号至地面和车载控制器，开始无线充电的流程；
作为一种举例说明，所述环境传感器包括：超声波雷达、毫米波雷达、摄像头、里程计；
步骤五、电动汽车电量低时需要无线充电前首先要检测带有发射端的车位，泊车***在检测到有效车位后进行路径规划，并通过智能驾驶***或通过辅助驾驶***配合泊车***或驾驶员进行车速控制及控制方向盘转向，实现停车泊位的运动控制。
作为一种举例说明，线圈位置感应***通过功率发射线圈或辅助电磁激励线圈发射产生小功率的低频电磁场信号，根据接收线圈感应的磁场信号强度、方向及电流、电压、阻抗等电气参数，通过自动建立和分析磁场模型判断发射线圈和接收线圈的相互位置；
作为一种举例说明，通过在电磁感应的原理进行车载和地面线圈位置的侦测，并结合泊车控制的传感器，将复合信息融合进行线圈位置识别、路径规划和精度控制，实现无线充电的对位；
作为一种举例说明，针对自动泊车对位时不同类型停车位和环境状况，本专利设计通过人工智能和深度学习算法，建立和存储磁场模型的数据库，构建线圈对位的环境感知和辨识模型，并在泊车对位中自动分析和输出泊车过程中的车辆运动和线圈对位之间的几何参数，实现汽车完成入位的同时实现无线充电线圈之间的精确对位；
作为一种举例说明，该***设计了汽车与手机APP等界面实时监控车辆运动状态和线圈位置，通过如曼彻斯特编码等同步信号在线圈对位的同时实现无线充电线圈的配对，发起充电流程。
有益效果：
该***利用车载泊车控制器控制电动汽车自动泊车入库，通过在线圈或加装辅助线圈以及磁场低频激励对地面线圈进行精确位置侦测，根据发射和接收线圈之间的偏差规划泊车路径，引导车辆在自动泊车的同时实现无线充电线圈的精确对位。
附图说明
图1是本发明一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***之优选实施例辅助线圈的发送TX和接收RX线圈安装效果示意图
图2是本发明一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***之工作状态参考图
具体实施方式
下面，参考附图1至图2所示，一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***，包括：无线充电***以及对位***；
进一步的，所述无线充电***包括：发射线圈和接收线圈；所述发射线圈和接收线圈上设置有匹配的电磁耦合机构，实现由供电端到汽车电池的无线能量传递；
进一步的，所述无线充电***的发射线圈通过原级电能变换装置，将工频交流电转换为高频交流电，然后将该高频交流电经谐振补偿后注入到发射线圈，并在发射线圈周围的一定空间范围内产生高频交变磁场；所述接收线圈会捕获到部分高频交变磁场，并产生高频感应电压，次级电能变换装置对该高频交流电压进行变换与调节，满足汽车电池充电的需求；
进一步的，所述对位***包括：泊车控制器、环境传感器、线圈位置感应单元、车辆执行机构以及交互显示单元；
其中，所述环境传感器用于感知停车位的空间大小，分析车位起始点和终止点，并实时监测车辆周围环境，获取感知停车位的参数后，如满足泊车充电要求，则所述泊车控制器规划选择泊车入库的路径，配合档位和车速控制对汽车运动方向进行修正，通过路径跟踪控制使汽车逐步停入带有无线充电发射线圈的车位之内；
进一步的，在泊车入位过程中，如果汽车偏离规划路径，则泊车控制器根据自身具备的路径跟踪控制算法，控制车速和方向盘转角对车辆行驶姿态进行修正，使汽车重新回到正确路径上；
进一步的，所述线圈位置感应单元包括：功率发射线圈与功率接收线圈，通过所述功率接收线圈感应到的磁场信号强度、方向、电流、电压以及阻抗电气参数，自动建立和分析磁场模型，判断所述发射线圈和接收线圈的相互位置；
作为一种举例说明，为进一步提高线圈位置感应单元的精度，所述线圈位置感应单元还可以在功率发射线圈或功率接收线圈上增加辅助线圈，以增大感应磁场的强度；
作为一种举例说明，为进一步提高线圈位置感应单元的精度，还可通过增加功率传输以外的辅助电磁激励发射***来实现；
作为一种举例说明，所述辅助线圈包括：发送TX101和接收RX102线圈，分别安装在功率发射线圈和功率接收线圈上，或功率发射线圈附近的地面和功率接收线圈附近的汽车底部；
作为一种举例说明，当汽车停车进入车位时，车载接收线圈接近地面发射线圈时，功率发射电路或辅助激励电磁激励发射***发送电磁场信号，通过辅助线圈的接收RX线圈接收到包括信号强度、方向、电流、电压、阻抗电气参数，再通过所述泊车控制器自动建立和分析磁场模型以及各辅助接收线圈的位置关系，提取的特征数据经综合计算后，判断发射线圈和接收线圈的相互位置；
进一步的，所述泊车控制器除具备常规的泊车控制算法以外，针对自动泊车时对位不同类型停车位和环境状况，基于人工智能和深度学习算法，利用大量样本训练建立和存储磁场模型的数据库，构建线圈对位的环境感知和辨识模型，具备学习功能；
一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***的充电方法，包括：
1、在停车对位过程中自动分析和输出泊车过程中的车辆运动和线圈对位之间的几何参数；
2、基于模糊控制等非光滑控制理论的路径跟踪控制方法，在汽车停入车位后结合线圈对位控制车辆移动和车速，保证汽车完成入位的同时实现无线充电线圈之间的精确对位；
3、无线充电线圈对位***的设计包括了人机交互子***，可安装在手机App、汽车中控台、平板电脑等界面设备上，可实时显示车辆的运动轨迹，以及车载线圈、地面线圈的位置和偏差值，人机交互***与汽车整车控制器通过CAN总线等通道实时通讯、交互信息；
4、电磁激励发射***发送的电磁场信号耦合加载了如曼彻斯特编码等同步配对信号，当线圈对位控制器根据接收线圈感应的磁场信号强度、方向及电流、电压、阻抗等电气参数判断汽车在停车位内前后、左右的偏差符合设定限值，同时检测车载和地面编码配对成功，无线充电线圈对位***在交互界面上***发出“泊车对位完成”的提示，并发送允许开始无线充电的信号至地面和车载控制器，开始无线充电的流程；
作为一种举例说明，所述环境传感器包括：超声波雷达、毫米波雷达、摄像头、里程计；
5、电动汽车电量低时需要无线充电前首先要检测带有发射端的车位，泊车***在检测到有效车位后进行路径规划，并通过智能驾驶***或通过辅助驾驶***配合泊车***或驾驶员进行车速控制及控制方向盘转向，实现停车泊位的运动控制。
该***利用车载泊车控制器控制电动汽车自动泊车入库，通过在线圈或加装辅助线圈以及磁场低频激励对地面线圈进行精确位置侦测，根据发射和接收线圈之间的偏差规划泊车路径，引导车辆在自动泊车的同时实现无线充电线圈的精确对位。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***，其特征在于，包括：无线充电***以及对位***；
所述无线充电***包括：发射线圈和接收线圈；所述发射线圈和接收线圈上设置有匹配的电磁耦合机构，实现由供电端到汽车电池的无线能量传递；所述无线充电***的发射线圈通过原级电能变换装置，将工频交流电转换为高频交流电，然后将该高频交流电经谐振补偿后注入到发射线圈，并在发射线圈周围的一定空间范围内产生高频交变磁场；所述接收线圈会捕获到部分高频交变磁场，并产生高频感应电压，次级电能变换装置对该高频交流电压进行变换与调节，满足汽车电池充电的需求；
所述对位***包括：泊车控制器、环境传感器、线圈位置感应单元、车辆执行机构以及交互显示单元；其中，所述环境传感器用于感知停车位的空间大小，分析车位起始点和终止点，并实时监测车辆周围环境，获取感知停车位的参数后，如满足泊车充电要求，则所述泊车控制器规划选择泊车入库的路径，配合档位和车速控制对汽车运动方向进行修正，通过路径跟踪控制使汽车逐步停入带有无线充电发射线圈的车位之内；在泊车入位过程中，如果汽车偏离规划路径，则泊车控制器根据自身具备的路径跟踪控制算法，控制车速和方向盘转角对车辆行驶姿态进行修正，使汽车重新回到正确路径上；
所述线圈位置感应单元包括：功率发射线圈与功率接收线圈，通过所述功率接收线圈感应到的磁场信号强度、方向、电流、电压以及阻抗电气参数，自动建立和分析磁场模型，判断所述发射线圈和接收线圈的相互位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***，其特征在于，为进一步提高线圈位置感应单元的精度，所述线圈位置感应单元在功率发射线圈或功率接收线圈上增加辅助线圈，以增大感应磁场的强度。
3.根据权利要求2所述的一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***，其特征在于，为进一步提高线圈位置感应单元的精度，增加功率传输以外的辅助电磁激励发射***来实现。
4.根据权利要求2所述的一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***，其特征在于，所述辅助线圈包括：发送TX和接收RX线圈，分别安装在功率发射线圈和功率接收线圈上或功率发射线圈附近的地面和功率接收线圈附近的汽车底部。
5.根据权利要求4所述的一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***，其特征在于，当汽车停车进入车位时，车载接收线圈接近地面发射线圈时，功率发射电路或辅助激励电磁激励发射***发送电磁场信号，通过辅助线圈的接收RX线圈接收到包括信号强度、方向、电流、电压、阻抗电气参数，再通过所述泊车控制器自动建立和分析磁场模型以及各辅助接收线圈的位置关系，提取的特征数据经综合计算后，判断发射线圈和接收线圈的相互位置。
6.根据权利要求1所述的一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***，其特征在于，所述泊车控制器除具备常规的泊车控制算法以外，针对自动泊车时对位不同类型停车位和环境状况，基于人工智能和深度学习算法，利用大量样本训练建立和存储磁场模型的数据库，构建线圈对位的环境感知和辨识模型，具备学习功能。
7.根据权利要求1、2或6所述的一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***，其特征在于，一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***的充电方法，包括：
步骤一、在停车对位过程中自动分析和输出泊车过程中的车辆运动和线圈对位之间的几何参数；
步骤二、基于模糊控制等非光滑控制理论的路径跟踪控制方法，在汽车停入车位后结合线圈对位控制车辆移动和车速，保证汽车完成入位的同时实现无线充电线圈之间的精确对位；
步骤三、无线充电线圈对位***的设计包括了人机交互子***，可安装在手机App、汽车中控台、平板电脑等界面设备上，可实时显示车辆的运动轨迹，以及车载线圈、地面线圈的位置和偏差值，人机交互***与汽车整车控制器通过CAN总线等通道实时通讯、交互信息；
步骤四、电磁激励发射***发送的电磁场信号耦合加载了如曼彻斯特编码等同步配对信号，当线圈对位控制器根据接收线圈感应的磁场信号强度、方向及电流、电压、阻抗等电气参数判断汽车在停车位内前后、左右的偏差符合设定限值，同时检测车载和地面编码配对成功，无线充电线圈对位***在交互界面上***发出“泊车对位完成”的提示，并发送允许开始无线充电的信号至地面和车载控制器，开始无线充电的流程；
步骤五、电动汽车电量低时需要无线充电前首先要检测带有发射端的车位，泊车***在检测到有效车位后进行路径规划，并通过智能驾驶***或通过辅助驾驶***配合泊车***或驾驶员进行车速控制及控制方向盘转向，实现停车泊位的运动控制。
8.根据权利要求7所述的一种基于自动泊车技术的无线充电线圈对位***，其特征在于，所述环境传感器包括：超声波雷达、毫米波雷达、摄像头、里程计。
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