CN109927581B - 一种汽车无线充电二进制定位***及其定位方法 - Google Patents

一种汽车无线充电二进制定位***及其定位方法 Download PDF

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Abstract

一种汽车无线充电二进制定位***及其定位方法，包括：定位探针、多组二进制开关电路、步进单元、中央控制单元以及框线标识；所述中央控制单元用于对定位探针发送开启命令，并接收二进制开关电路发出的高电平和/或低电平电信号，通过预存二进制码的对应坐标比较，进而控制步进单元走位对准接收线圈并开启无线充电；所述中央控制单元默认设定，接收到高电平电信号为二进制编码1，接收到低电平电信号为二进制编码0；该发明采用MCU接收二进制编码，通过唯一确定的二进制编码对应唯一的坐标值，简化了无线定位需要多个处理器分别监控不同检测单元的不足，一组MCU单元，即可通过二进制编码的数值不同，做出合理的无线定位。

Description

一种汽车无线充电二进制定位***及其定位方法
技术领域
本发明涉及电动汽车无线充电技术领域，尤其是一种汽车无线充电二进制定位***及其定位方法，通过不同的二进制编码记忆不同的坐标位置，达到无线充电的精确定位。
背景技术
从有线到无线，是消费电子产业发展的必然趋势，也是移动互联网时代的自然需求，更是电动汽车行业发展的必然趋势；虽然无线充电技术在各国都取得很大的进步，但是目前无线充电的效率偏低，远远达不到有线充电的工作效率；对电动汽车产业，是改变整个行业发展前景的重大发明；电动汽车无线充电没有外露的连接器，彻底避免漏电、跑电等安全隐患；采用无线充电，可以将电源和变压器隐蔽在地下，让汽车在停车处或街边特殊的充电点充电；汽车无线充电技术采用电磁耦合原理，这对电源工程师来说，电磁感应通过发射线圈和接收线圈之间传输电力，是最接近实用化的一种充电方式；当发射线圈中有交变电流通过时，发射线圈与接收线圈之间产生交替变化的磁束，由此在接收线圈端产生随磁束变化的感应电动势，再通过接收线圈端子对外输出交变电流；
但电磁感应的无线充电技术对无线充电时，发射与接收线圈位置的位置正对要求较高，如果发生较高的偏差度，将会极大降低无线充电效率，同时浪费大量的电能；而且较大的对位偏差大于行业标准的统一认识时，也会被否决而无法达到量化生产的目的；
为了克服现有技术有关发射线圈与接收线圈定位的偏差度问题，技术人员设计了各种解决方案：
1、通过来回的移动汽车，使得汽车底盘与发射线圈达到接近正对；(该方案对驾驶人员要求较高，而且非常费时费力，不适合非专业人士操作)
2、采用高精度GPS实现对位引导技术：例如公开号为：CN206277969U的一种具有辅助定位功能的电动汽车无线充电***，该***通过辅助GPS定位***，复杂的反馈单元设计，达到定位的要求，但是其未考虑到车底加装GPS的成本，通信设备的复杂，以及可能存在的车底信号屏蔽不准的不足，该方案在实时上存在较大的技术难度；
3、还有诸如辅助线圈的通讯位置信号定位，需要安装较多的调频***，发出多个频段信号，实现对位，设备太复杂；
4、光学图像分析定位，对采样摄像头的品质要求较高，而且图像分析需要较大的算法设计，实施并不简单；
5、加装位置传感器，通过测距传感，确定接收线圈位置，然后调动发射线圈对准校正，该方法因为接收线圈本身体积较大，存在水平与纵向测距存在原始误差而不具备实用性；
上述现有设计的对位解决方案，要么费时费力，精确度低，要么投入较大，操作控制复杂，维护不易，不易推广，鉴于此，发明人通过计算机二进制的编码唯一性，结合简易的结构设计与硬件电路设计，实现了精确度高，投入低，工作安全可靠的一种全新的汽车无线定位***及方法；
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种汽车无线充电二进制定位***及其定位方法，通过硬件结构的电路设计，采用二进制的编码与坐标对应，每组二进制编码只对应一个固定坐标记忆，结合二进制编码的触发结构，巧妙的解决了现有电动汽车充电定位***的复杂设计与投资，该***投入低，容易推广，维护方便，适合快速量产；
一种汽车无线充电二进制定位***及其定位方法，其中：
一种汽车无线充电二进制定位***，包括：定位探针、多组二进制开关电路、步进单元、中央控制单元以及框线标识；
进一步的，参照图1所示，所述定位探针安装在电动汽车底盘接收线圈的中心点上方，所述发射线圈安装在步进单元上，用于对接收线圈进行无线充电，所述步进单元用于控制发射线圈对准接收线圈，保证高效率的无线充电，所述多组二进制开关电路并列的安装在框线标识内部的地面上；所述中央控制单元用于对定位探针发送开启命令，并接收二进制开关电路发出的高电平和/或低电平电信号，通过预存二进制码的对应坐标比较，进而控制步进单元走位对准接收线圈并开启无线充电；所述中央控制单元默认设定，接收到高电平电信号为二进制编码1，接收到低电平电信号为二进制编码0；
作为一种举例说明，当接收线圈位于汽车前部时，所述多组二进制开关电路并列的安装在框线标识内部中心部偏上方处的地面上；
进一步的，参照图2所示，所述二进制开关电路包括：驱动结构、转换开关、上拉电阻R1、下拉电阻R1′，所述转换开关的固定电位端与所述中央控制单元的I/O端电连接，所述转换开关的一档位与所述上拉电阻R1的一端电连接，所述上拉电阻R1的另一端接高电平，所述转换开关的二档与所述下拉电阻R1′的一端电连接，所述下拉电阻R1′的另一端接地；所述驱动结构用于驱动转换开关换档操作；
进一步的，所述每组二进制开关电路接所述高电平的一端均并联，所述每组二进制开关电路接所述低电平的一端均并联，所述每组二进制开关电路与所述中央控制单元的I/O端电连接的固定电位端均并联；
进一步的，参照图3所示，所述驱动结构包括：一个四周呈方形的支撑框，一个横截面形状大小与支撑框横截面一致的金属活动盖板，所述金属活动盖板通过弹簧结构固定在所述支撑框一侧上部，所述支撑框紧邻该侧的另一侧上方设置有限位结构，将所述金属活动盖板水平的限位在支撑框上方，所述金属活动板呈水平态时，所述金属活动盖板带动所述转换开关的档位开关导通一档，使得所述固定电位端与高电平导通；
进一步的，当所述金属活动盖板在所述定位探针的压力下发生向下偏转时，随即带动转换开关的档位开关导通二档，使得所述固定电位端导通接地；
作为一种举例说明，为了保证所述定位探针能够有效的滑入所述支撑框击发驱动结构，所述支撑框四周上方设置有人字形顶边倒滑结构；
作为一种举例说明，所述高电平为12V或24V直流电；所述接低电平为接地；
进一步的，所述定位探针通过下放探针，触发对应的所述二进制开关电路导通，以此确定接收线圈的中心位置；
作为一种举例说明，参照图4所示，所述定位探针包括：信号开关、电机正反转控制电路、马达电机、探针、牵引绳、卷盘和接触传感器，所述信号开关的一端与所述电机正反转控制电路的一端电连接，所述电机正反转控制电路的另一端与所述马达电机的一端电连接，马达电机整体与接触传感器一端平衡连接，所述接触传感器的另一端与所述电机正反转控制电路的又一端电连接，马达电机的电机轴连接有卷盘，所述牵引绳的一端缠绕在所述卷盘上，所述牵引绳的另一端与所述探针连接；
作为一种举例说明，所述探针为倒圆锥型体；倒圆锥体的自身重力大于所述弹簧结构自身限位弹力；
作为一种举例说明，所述倒圆锥型体直径略大于所述支撑框宽度，保证探针不会整体划入支撑框内部后被卡住；
进一步的，所述支撑框的宽度应小于接收线圈的半径，在11KW无线汽车充电标准中，所述支撑框宽度等于该标准下接收线圈半径值的1/5时，可保证发射线圈与接收线圈在无线充电时的偏移误差，其X(横向)方向的偏差范围不超出：±55mm，Y(纵向)方向的偏差范围不超出±60mm；
作为一种举例说明，电动汽车无线充电的行业标准通常采用11KW，当所述支撑框宽度等于该标准下接收线圈半径值的1/4时，可保证发射线圈与接收线圈在无线充电时的偏移误差，其X方向的偏差范围不超出：±75mm，Y方向的偏差范围不超出±85mm；
作为一种举例说明，当所述二进制开关电路设置的越多，支撑框的宽度设置越小，无线充电时，发射线圈与接收线圈对位误差越小，反之对位误差越大；
作为一种举例说明，所述接触传感器采用机械式平衡开关；
进一步的，所述二进制开关电路用于接收所述定位探针的定位信号，进而导通后，向所述中央控制单元发送高电平和/或低电平信号；
进一步的，所述步进单元包括：横向电机、纵向电机以及各自配备的导轨；
进一步的，所述中央控制单元采用MCU处理器；
作为一种举例说明，所述框线标志为普通的停车场车位划线；
一种汽车无线充电定位***的定位方法，包括：
步骤一、待充电用户将车辆按照框线标识，依靠视觉初步定位停靠在其内；
进一步的，根据接收线圈的初步位置，对应的安装多组二进制开关电路；
作为一种举例说明，所述二进制开关电路为4组、6组、8组、10组中的一组；
步骤二、用户启动无线充电，中央控制单元发出控制信号，控制定位探针动作，进行一次探针的下放定位；
进一步的，所述中央控制单元发出控制信号后，信号开关开启操作，通过电机正反转控制电路控制马达电机正转放下牵引绳，使得探针下放直至卡在支撑框四周，探针触底后，接触传感器同时感应到探针触底后的马达电机新平衡态，所述接触传感器同步发送信号给所述电机正反转控制电路，控制所述马达电机立即停止下方并反转，带动卷盘反转收回牵引绳与探针；
步骤三、所述探针定位操作后，二进制开关电路在探针的重力下压下导通，中央控制单元的I/O端接收到所述二进制开关电路的高电平和/或低电平信号，按照预设的二进制值对应的固定坐标，找出该次充电坐标；
作为一种举例说明，参照图5所示，当二进制开关电路为16组时，第六组所述二进制开关电路被探针压下导通后，二进制位由全部高电平1111 1111 1111 1111，变为11111011 1111 1111；所述中央控制单元接收到定位二进制编码后，即刻就能对比出该二进制代码所对应的原始预设坐标值；
步骤四、所述中央控制单元向步进单元发出坐标位置信号，通过象限位移调整，控制所述步进单元移动至接收线圈的下方；
作为一种举例说明，参照图6所示，现举例说明步进单元其工作过程如下：中央控制单元接收到二进制信号后，确定预设坐标值为(+△X,+△Y)，发送给步进单元103的坐标位置信号为(+△X,+△Y),表示步进单元的横向电机沿X方向需要正向移动△X，纵向电机沿Y方向需要正向移动△Y；
步骤五、所述步进单元移动至接收线圈的下方停止后，所述中央控制单元控制发射线圈，对接收线圈进行充电作业。
作为一种举例说明，所述二进制开关电路下方设置有导雨槽，方便积水排出；
有益效果：
该发明采用MCU接收二进制编码，通过唯一确定的二进制编码对应唯一的坐标值，简化了无线定位需要多个处理器分别监控不同检测单元的不足，一组处理器单元，即可通过二进制编码的数值不同，做出合理的无线定位；
该发明结构简单，硬件电路设计成本低廉，定位性价比极高，适合推广；
该发明工作安全可靠，后期维护与前期安装方便简洁。
附图说明
图1是本发明一种汽车无线充电二进制定位***之充电状态示意图
图2是本发明一种汽车无线充电二进制定位***之二进制开关电路结构示意图
图3是本发明一种汽车无线充电二进制定位***之驱动结构示意图
图4是本发明一种汽车无线充电二进制定位***之定位探针结构示意图
图5是本发明一种汽车无线充电二进制定位***之二进制触发效果图
图6是本发明一种汽车无线充电二进制定位***之步进单元校准定位坐标示意图
具体实施方式
下面，参考附图1至图6所示，一种汽车无线充电二进制定位***及其定位方法，其中：
一种汽车无线充电二进制定位***，包括：定位探针101、多组二进制开关电路102、步进单元103、中央控制单元104以及框线标识；
进一步的，参照图1所示，所述定位探针101安装在电动汽车底盘接收线圈106的中心点上方，所述发射线圈107安装在步进单元103上，用于对接收线圈106进行无线充电，所述步进单元103用于控制发射线圈107对准接收线圈106，保证高效率的无线充电，所述多组二进制开关电路102并列的安装在框线标识内部的地面上；所述中央控制单元104用于对定位探针101发送开启命令，并接收二进制开关电路102发出的高电平和/或低电平电信号，通过预存二进制码的对应坐标比较，进而控制步进单元103走位对准接收线圈106并开启无线充电；所述中央控制单元104默认设定，接收到高电平电信号为二进制编码1，接收到低电平电信号为二进制编码0；
作为一种举例说明，当接收线圈106位于汽车前部时，所述多组二进制开关电路102并列的安装在框线标识内部中心部偏上方处的地面上；
进一步的，参照图2所示，所述二进制开关电路102包括：驱动结构201、转换开关202、上拉电阻R1、下拉电阻R1′，所述转换开关202的固定电位端与所述中央控制单元104的I/O端电连接，所述转换开关202的一档位与所述上拉电阻R1的一端电连接，所述上拉电阻R1的另一端接高电平，所述转换开关202的二档与所述下拉电阻R1′的一端电连接，所述下拉电阻R1′的另一端接地；所述驱动结构201用于驱动转换开关202换档操作；
进一步的，所述每组二进制开关电路102接所述高电平的一端均并联，所述每组二进制开关电路102接所述低电平的一端均并联，所述每组二进制开关电路102与所述中央控制单元104的I/O端电连接的固定电位端均并联；
进一步的，参照图3所示，所述驱动结构201包括：一个四周呈方形的支撑框301，一个横截面形状大小与支撑框301横截面一致的金属活动盖板302，所述金属活动盖板302通过弹簧结构303固定在所述支撑框301一侧上部，所述支撑框301紧邻该侧的另一侧上方设置有限位结构304，将所述金属活动盖板302水平的限位在支撑框301上方，所述金属活动板302呈水平态时，所述金属活动盖板302带动所述转换开关202的档位开关导通一档，使得所述固定电位端与高电平导通；
进一步的，当所述金属活动盖板在所述定位探针的压力下发生向下偏转时，随即带动转换开关202的档位开关导通二档，使得所述固定电位端导通接地；
作为一种举例说明，为了保证所述定位探针101能够有效的滑入所述支撑框击发驱动结构201，所述支撑框301四周上方设置有人字形顶边倒滑结构；
作为一种举例说明，所述高电平为12V或24V直流电；所述接低电平为接地；
进一步的，所述定位探针101通过下放探针404，触发对应的所述二进制开关电路102导通，以此确定接收线圈106的中心位置；
作为一种举例说明，参照图4所示，所述定位探针101包括：信号开关401、电机正反转控制电路402、马达电机403、探针404、牵引绳405、卷盘406和接触传感器407，所述信号开关401的一端与所述电机正反转控制电路402的一端电连接，所述电机正反转控制电路402的另一端与所述马达电机403的一端电连接，马达电机403整体与接触传感器407一端平衡连接，所述接触传感器407的另一端与所述电机正反转控制电路402的又一端电连接，马达电机403的电机轴连接有卷盘406，所述牵引绳405的一端缠绕在所述卷盘406上，所述牵引绳405的另一端与所述探针404连接；
作为一种举例说明，所述探针404为倒圆锥型体；倒圆锥体的自身重力大于所述弹簧结构303自身限位弹力；
作为一种举例说明，所述倒圆锥型体直径略大于所述支撑框301宽度，保证探针404不会整体划入支撑框301内部后被卡住；
进一步的，所述支撑框301的宽度应小于接收线圈106的半径，在11KW无线汽车充电标准中，所述支撑框301宽度等于该标准下接收线圈半径值的1/5时，可保证发射线圈107与接收线圈106在无线充电时的偏移误差，其X(横向)方向的偏差范围不超出：±55mm，Y(纵向)方向的偏差范围不超出±60mm；
作为一种举例说明，电动汽车无线充电的行业标准通常采用11KW，当所述支撑框301宽度等于该标准下接收线圈106半径值的1/4时，可保证发射线圈107与接收线圈106在无线充电时的偏移误差，其X方向的偏差范围不超出：±75mm，Y方向的偏差范围不超出±85mm；
作为一种举例说明，当所述二进制开关电路102设置的越多，支撑框301的宽度设置越小，无线充电时，发射线圈107与接收线圈106对位误差越小，反之对位误差越大；
作为一种举例说明，所述接触传感器407采用机械式平衡开关；
进一步的，所述二进制开关电路102用于接收所述定位探针101的定位信号，进而导通后，向所述中央控制单元104发送高电平和/或低电平信号；
进一步的，所述步进单元103包括：横向电机、纵向电机以及各自配备的导轨108；
进一步的，所述中央控制单元104采用MCU处理器；
作为一种举例说明，所述框线标志为普通的停车场车位划线；
一种汽车无线充电定位***的定位方法，包括：
步骤一、待充电用户将车辆按照框线标识，依靠视觉初步定位停靠在其内；
进一步的，根据接收线圈106的初步位置，对应的安装多组二进制开关电路102；
作为一种举例说明，所述二进制开关电路102为4组、6组、8组、10组中的一组；
步骤二、用户启动无线充电，中央控制单元104发出控制信号，控制定位探针101动作，进行一次探针404的下放定位；
进一步的，所述中央控制单元104发出控制信号后，信号开关401开启操作，通过电机正反转控制电路402控制马达电机403正转放下牵引绳405，使得探针404下放直至卡在支撑框301四周，探针404触底后，接触传感器407同时感应到探针404触底后的马达电机403新平衡态，所述接触传感器407同步发送信号给所述电机正反转控制电路402，控制所述马达电机403立即停止下方并反转，带动卷盘406反转收回牵引绳405与探针404；
步骤三、所述探针404定位操作后，二进制开关电路102在探针404的重力下压下导通，中央控制单元104的I/O端接收到所述二进制开关电路102的高电平和/或低电平信号，按照预设的二进制值对应的固定坐标，找出该次充电坐标；
作为一种举例说明，参照图5所示，当二进制开关电路102为16组时，第六组所述二进制开关电路被探针404压下导通后，二进制位由全部高电平1111 1111 1111 1111，变为1111 1011 1111 1111；所述中央控制单元104接收到定位二进制编码后，即刻就能对比出该二进制代码所对应的原始预设坐标值；
步骤四、所述中央控制单元104向步进单元103发出坐标位置信号，通过象限位移调整，控制所述步进单元103移动至接收线圈106的下方；
作为一种举例说明，参照图6所示，现举例说明步进单元103其工作过程如下：中央控制单元104接收到二进制信号后，确定预设坐标值为(+△X,+△Y)，发送给步进单元103的坐标位置信号为(+△X,+△Y),表示步进单元103的横向电机沿X方向需要正向移动△X，纵向电机沿Y方向需要正向移动△Y；
步骤五、所述步进单元103移动至接收线圈106的下方停止后，所述中央控制单元104控制发射线圈107，对接收线圈106进行充电作业。
作为一种举例说明，所述二进制开关电路102下方设置有导雨槽，方便积水排出；
该发明采用MCU接收二进制编码，通过唯一确定的二进制编码对应唯一的坐标值，简化了无线定位需要多个处理器分别监控不同检测单元的不足，一组MCU单元，即可通过二进制编码的数值不同，做出合理的无线定位；该发明结构简单，硬件电路设计成本低廉，定位性价比极高，适合推广；该发明工作安全可靠，后期维护与前期安装方便简洁。
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 (10)

1.一种汽车无线充电二进制定位***，其特征在于，包括：定位探针、多组二进制开关电路、步进单元、中央控制单元以及框线标识；所述定位探针安装在电动汽车底盘接收线圈的中心点上方，发射线圈安装在步进单元上，用于对接收线圈进行无线充电，所述步进单元用于控制发射线圈对准接收线圈，保证高效率的无线充电，所述多组二进制开关电路并列的安装在框线标识内部的地面上；所述中央控制单元用于对定位探针发送开启命令，并接收二进制开关电路发出的高电平和/或低电平电信号，通过预存二进制码的对应坐标比较，进而控制步进单元走位对准接收线圈并开启无线充电；所述中央控制单元默认设定，接收到高电平电信号为二进制编码1，接收到低电平电信号为二进制编码0；
所述二进制开关电路包括：驱动结构、转换开关、上拉电阻R1、下拉电阻R1′，所述转换开关的固定电位端与所述中央控制单元的I/O端电连接，所述转换开关的一档位与所述上拉电阻R1的一端电连接，所述上拉电阻R1的另一端接高电平，所述转换开关的二档与所述下拉电阻R1′的一端电连接，所述下拉电阻R1′的另一端接地；所述驱动结构用于驱动转换开关换档操作；所述每组二进制开关电路接所述高电平的一端均并联，所述每组二进制开关电路接所述低电平的一端均并联，所述每组二进制开关电路与所述中央控制单元的I/O端电连接的固定电位端均并联。
2.根据权利要求1所述的一种汽车无线充电二进制定位***，其特征在于，所述驱动结构包括：一个四周呈方形的支撑框，一个横截面形状大小与支撑框横截面一致的金属活动盖板，所述金属活动盖板通过弹簧结构固定在所述支撑框一侧上部，所述支撑框紧邻该侧的另一侧上方设置有限位结构，将所述金属活动盖板水平的限位在支撑框上方，所述金属活动板呈水平态时，所述金属活动盖板带动所述转换开关的档位开关导通一档，使得所述固定电位端与高电平导通。
3.根据权利要求2所述的一种汽车无线充电二进制定位***，其特征在于，所述支撑框四周上方设置有人字形顶边倒滑结构。
4.根据权利要求1所述的一种汽车无线充电二进制定位***，其特征在于，所述定位探针包括：信号开关、电机正反转控制电路、马达电机、探针、牵引绳、卷盘和接触传感器，所述信号开关的一端与所述电机正反转控制电路的一端电连接，所述电机正反转控制电路的另一端与所述马达电机的一端电连接，马达电机整体与接触传感器一端平衡连接，所述接触传感器的另一端与所述电机正反转控制电路的又一端电连接，马达电机的电机轴连接有卷盘，所述牵引绳的一端缠绕在所述卷盘上，所述牵引绳的另一端与所述探针连接。
5.根据权利要求4所述的一种汽车无线充电二进制定位***，其特征在于，所述探针为倒圆锥型体；倒圆锥体的自身重力大于弹簧结构自身限位弹力。
6.根据权利要求5所述的一种汽车无线充电二进制定位***，其特征在于，所述倒圆锥型体直径略大于支撑框宽度。
7.根据权利要求1所述的一种汽车无线充电二进制定位***，其特征在于，所述步进单元包括：横向电机、纵向电机以及各自配备的导轨。
8.根据权利要求1所述的一种汽车无线充电二进制定位***，其特征在于，所述中央控制单元采用MCU处理器。
9.一种汽车无线充电定位***的定位方法，其特征在于，包括：
步骤一、待充电用户将车辆按照框线标识，依靠视觉初步定位停靠在其内；
步骤二、用户启动无线充电，中央控制单元发出控制信号，控制定位探针动作，进行一次探针的下放定位；
所述中央控制单元发出控制信号后，信号开关开启操作，通过电机正反转控制电路控制马达电机正转放下牵引绳，使得探针下放直至卡在支撑框四周，探针触底后，接触传感器同时感应到探针触底后的马达电机新平衡态，所述接触传感器同步发送信号给所述电机正反转控制电路，控制所述马达电机立即停止下方并反转，带动卷盘反转收回牵引绳与探针；
步骤三、所述探针定位操作后，二进制开关电路在探针的重力下压下导通，中央控制单元的I/O端接收到所述二进制开关电路的高电平和/或低电平信号，按照预设的二进制值对应的固定坐标，找出该次充电坐标；
步骤四、所述中央控制单元向步进单元发出坐标位置信号，通过象限位移调整，控制所述步进单元移动至接收线圈的下方；
步骤五、所述步进单元移动至接收线圈的下方停止后，所述中央控制单元控制发射线圈，对接收线圈进行充电作业。
10.根据权利要求9所述的一种汽车无线充电定位***的定位方法，其特征在于，所述二进制开关电路下方设置有导雨槽，方便积水排出。
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