CN110058200A - 无线充电车辆的位置引导方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电车辆的位置引导方法及***，涉及车载充电技术。其中，应用于控制单元的方法包括：获取多个超声波发送器发送超声波信号的各个第一时间信息，以及多个超声波接收器收到对应的超声波发送器的超声波信号的各个第二时间信息；根据各个第一时间信息、各个第二时间信息和超声波信号的传播速度，得到每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离；确定固定充电设备的第一坐标值信息和车载充电设备的第二坐标值信息；根据第一坐标值信息和第二坐标值信息，确定固定充电设备和车载充电设备的相对位置，并根据相对位置对无线充电车辆进行位置引导。本发明安装和使用成本较低，可以大大提升测量精度和可靠性。

Description

无线充电车辆的位置引导方法及***

技术领域

本发明涉及车载充电技术，特别是涉及一种无线充电车辆的位置引导方法及***。

背景技术

电动汽车可以很好地解决机动车排放污染和化石能源短缺问题，二电动车发展主要制约因素之一是充电的便利性。但传统的有线充电技术面临诸如操作不方便、安全性较低、用户体验不佳等等的诸多限制。无线充电技术可以使用户完全感受不到电动汽车的充电过程，大大提升电动汽车的使用便利性。

然而，在无线充电过程中，固定充电设备和车载充电设备的相对位置对采用无线充电***进行充电时的传输功率、效率和电磁辐射等有重要影响，需要可靠的位置引导技术，使固定充电设备和车载充电设备的相对位置在预设的位置范围内。现有无线充电车辆一般采用磁场感应、光学图像分析、增加地面辅助停车结构等几种方法进行位置引导，这些方法受安装场地或周边的环境影响很大，测量精度较低、安装成本高、可靠性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无线充电车辆的位置引导方法，该方法对安装场地的要求不高，安装和使用成本较低，可以大大提升测量精度和可靠性。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

第一方面，本发明实施例提供了一种无线充电车辆的位置引导方法，应用于控制单元，包括：

获取多个超声波发送器发送超声波信号的各个第一时间信息，以及多个超声波接收器收到对应的超声波发送器的所述超声波信号的各个第二时间信息；

根据各个所述第一时间信息、各个所述第二时间信息和所述超声波信号的传播速度，得到每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离；

根据预设的坐标系，确定固定充电设备的第一坐标值信息，并根据所述固定充电设备的第一坐标值信息、每个所述超声波信号接收器与对应的超声波发送器之间的距离和超声波信号的发送方向，确定车载充电设备的第二坐标值信息；

根据所述第一坐标值信息和所述第二坐标值信息，确定所述固定充电设备和所述车载充电设备的相对位置，并根据所述相对位置对无线充电车辆进行位置引导。

一种可能的实施方式中，所述根据所述各个第一时间信息、各个所述第二时间信息和所述超声波信号的传播速度，得到每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离的步骤之前，所述方法还包括；

获取温度信息；

根据所述温度信息和温度为零摄氏度时的超声波的传播速度，确定所述超声波信号的传播速度。

一种可能的实施方式中，所述获取多个超声波发送器发送超声波的各个第一时间信息之前，所述方法还包括：

判断所述固定充电设备和所述车载充电设备之间的距离是否小于等于预设的距离阈值；

在所述固定充电设备和所述车载充电设备之间的距离小于等于预设的距离阈值的情况下，控制所述超声波发送器开始发送所述超声波信号。

一种可能的实施方式中，所述获取多个超声波发送器发送超声波的各个第一时间信息之前，所述方法还包括：

在所述超声波发送器和对应的所述超声波接收器之间进行时间同步。

第二方面，本发明实施例还提供一种无线充电车辆的位置引导方法，应用于超声波发送单元，包括：

生成信标编码信息，并将所述信标编码信息加载至所述超声波信号；所述信标编码信息用于标识每个所述超声波发送器；

以预设的时间间隔通过多个超声波发送器发送加载了所述信标编码信息的所述超声波信号；

记录发送所述超声波信号的第一时间信息，并将所述第一时间信息发送给控制单元。

第三方面，本发明实施例还提供一种无线充电车辆的位置引导方法，应用于超声波接收单元，包括：

获取超声波信号中加载的信标编码信息；所述超声波信号为，通过超声波接收器接收的超声波发送器发来的超声波信号；所述信标编码信息用于标识每个所述超声波发送器；

根据所述信标编码信息，判断发送所述超声波信号的超声波发送器，是否为所述超声波接收器对应的超声波发送器；

如果是，记录接收到所述超声波信号的第二时间信息，并将所述第二时间信息发送给控制单元。

第四方面，基于相同的设计构思，本发明实施例还提供一种无线充电车辆的位置引导***，包括：

控制单元、超声波发送单元和超声波接收单元；

所述控制单元分别与所述超声波发送单元和/或所述超声波接收单元连接；

所述控制单元用于获取多个超声波发送器发送超声波信号的各个第一时间信息，以及多个超声波接收器收到对应的超声波发送器的所述超声波信号的各个第二时间信息；根据各个所述第一时间信息、各个所述第二时间信息和所述超声波信号的传播速度，得到每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离；根据预设的坐标系，确定固定充电设备的坐标值信息，并根据所述固定充电设备的坐标值信息和每个所述超声波信号接收器和对应的超声波发送器之间的距离，确定车载充电设备的坐标值信息；根据所述固定充电设备的坐标值信息和所述车载充电设备的坐标值信息，确定所述固定充电设备和所述车载充电设备的相对位置，并根据所述相对位置对无线充电车辆进行位置引导；

其中，所述超声波发送单元，包括：发送控制模块、信号调制模块、超声波发生模块和多个超声波发送器；所述发送控制模块用于生成信标编码信息，还用于记录发送所述超声波信号的第一时间信息，并将所述第一时间信息发送给控制单元；所述信号调制模块用于将所述信标编码信息加载至所述超声波信号；所述超声波发生模块用于以预设的时间间隔通过多个超声波发送器发送加载了所述信标编码信息的所述超声波信号；

所述超声波接收单元，包括：接收控制模块和多个超声波接收器；所述接收控制模块，用于获取超声波信号中加载的信标编码信息；还用于根据所述信标编码信息，判断发送所述超声波信号的超声波发送器，是否为所述超声波接收器对应的超声波发送器；如果是，记录接收到所述超声波信号的第二时间信息，并将所述第二时间信息发送给控制单元；所述超声波接收器用于接收超声波发送器发来的超声波信号。

一种可能的实施方式中，所述超声波接收器与所述超声波发送器的个数相同，且每个所述超声波接收器与每个所述超声波发送器一一对应。

一种可能的实施方式中，所述控制单元分别与所述超声波发送单元和/或所述超声波接收单元之间通过无线通信连接。

一种可能的实施方式中，所述***还包括：温度采集单元；

所述温度采集单元与所述控制单元连接；

所述控制单元还用于获取温度信息，并根据所述温度信息和温度为零摄氏度时的超声波的传播速度，确定所述超声波信号的传播速度。

综上所述，本发明使用超声波信号进行位置引导，根据预设的坐标系，确定固定充电设备的第一坐标值信息，根据固定充电设备的第一坐标值信息和每个超声波信号接收器和对应的超声波发送器之间的距离，确定车载充电设备的第二坐标值信息，根据第一坐标值信息和第二坐标值信息，确定固定充电设备和车载充电设备的相对位置，并根据相对位置对无线充电车辆进行位置引导。利用超声波信号进行位置引导，对安装场地的要求不高，安装和使用方便、成本低，可以大大提升测量精度和可靠性，从而极大提高无线充电***在电动汽车上的使用便利性，对推动无线充电技术和电动汽车的普及也具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例一的流程示意图；

图2为本发明实施例二的流程示意图；

图3为本发明实施例三的流程示意图；

图4为本发明实施例四的流程示意图；

图5为本发明实施例五的结构示意图；

图6为一种超声波发送器和超声波接收器的配置方式示例；

图7为本发明实施例可以应用的无线充电***时的***结构示意图。

具体实施方式

在无线充电过程中，固定充电设备和车载充电设备的相对位置对采用无线充电***进行充电时的传输功率、效率和电磁辐射等有重要影响，需要可靠的位置引导技术，使固定充电设备和车载充电设备的相对位置在预设的位置范围内。

现有的无线充电车辆一般采用磁场感应、光学图像分析、增加地面辅助停车结构等几种方法进行位置引导。

磁场感应的原理为：采用原有的充电功率传输线圈或增加辅助线圈，在线圈中通过激励产生低功率磁场或低频磁场，并通过测量磁场强度、磁矢量等参数以获得固定充电设备和车载充电设备中充电功率传输线圈的相对位置。但磁场感应方法受安装场地或周边的环境影响很大，例如，采用地面发射线圈作为固定充电设备时，地面发射线圈的安装场地所含的钢筋等金属物的干扰、停车位内或周边的金属材料物体的干扰、其它停车车辆的干扰等，并且，磁场感应的检测方法作用距离短、测量精度差、响应速度慢，稳定性差，无法适应复杂的实际实施需求。

光学图像分析是通过图像采集设备获取的图像进行位置引导的技术。光学图像分析技术受到环境光线等因数制约，安装和使用成本高、可靠性较低。

增加地面辅助停车结构的位置引导技术操控性较差，不容易和现有的智能泊车***结合，一般只能根据某一种固定的车辆类型设置辅助停车结构，安装和使用成本较高，且对位精度也不高。

有鉴于此，本发明使用超声波信号进行位置引导，与现有技术相比，具有安装和使用方便、成本低、响应速度快、抗电磁干扰能力强、不受光照和烟雾影响等特点，采用通过超声波信号进行位置引导时，在近距离定位时可以实现毫米级精度，完全可以满足无线充电***线圈位置实时检测和对位要求，能够正确引导电动汽车停泊在无线充电***工作的最大功率点或最大效率点，从而极大提高无线充电在电动汽车上的使用便利性，对推动无线充电技术和电动汽车的普及也具有重要意义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的位置引导方法的流程示意图，应用于控制单元，如图1所示，该实施例主要包括：

S101：获取多个超声波发送器发送超声波信号的各个第一时间信息，以及多个超声波接收器收到对应的超声波发送器的所述超声波信号的各个第二时间信息。

这里，为了准确定位和进行位置引导，需要至少两个超声波发送器，超声波接收器的个数与超声波发送器的个数相同，且超声波发送器和超声波接收器之间一一对应。

为了方便实施，每个超声波发送器发送超声波信号的各个第一时间信息可以相同，当然的，在实际实施时，每个超声波发送器发送超声波信号的各个第一时间信息也可以不相同。

由于每个超声波接收器与对应的超声波发送器之间的距离和相对位置不同，每个超声波接收器收到对应的超声波发送器的所述超声波信号的各个第二时间信息可以不相同。

由于利用超声波信息进行位置引导的方法在近距离时表现很好，因此，在获取多个超声波发送器发送超声波的各个第一时间信息之前，可以先判断所述固定充电设备和所述车载充电设备之间的距离是否小于等于预设的距离阈值。具体的，固定充电设备和车载充电设备之间的距离较远，固定充电设备和车载充电设备之间的距离大于预设的距离阈值，例如，固定充电设备和车载充电设备之间的距离大于30米的情况下，可以使用GPS、WIFI、移动网络、车联网等导航定位方式初步引导车辆驶向安装有本发明实施例提供的位置引导***的停车位。在固定充电设备和车载充电设备之间的距离小于等于预设的距离阈值的情况下，再控制超声波发送器开始发送超声波信号。开始使用超声波信号进行无线充电车辆的位置引导。

S102：根据各个所述第一时间信息、各个所述第二时间信息和所述超声波信号的传播速度，得到每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离。

通过超声波接收器收到对应的超声波发送器的超声波信号的第二时间信息，和对应的超声波发送器发送超声波信号的第一时间信息之差，可得到超声波传输时间T，通过下列公式(1)可以得到每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离：

d＝CT (1)

其中，C为超声波的传播速度。

由于每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离根据各个第一时间信息、各个第二时间信息和超声波信号的传播速度确定，因此，为了计算得到的每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离更加准确，从而更加准确的确定固定充电设备和车载充电设备之间的相对位置，在获取多个超声波发送器发送超声波信号的各个第一时间信息之前，在超声波发送器和对应的超声波接收器之间进行时间同步。

具体的，可以通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式获取超声波发送器和对应的超声波接收器的当前时间信息，可以根据超声波发送器的当前时间对对应的超声波接收器的当前时间进行同步，也可以根据超声波接收器的当前时间对对应的超声波发送器的当前时间进行同步。

由于超声波信号的传播速度容易受到环境温度的影响，因此，在根据所述各个第一时间信息、各个所述第二时间信息和所述超声波信号的传播速度，得到每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离的步骤之前，可以获取温度信息；并根据所述温度信息和温度为零摄氏度时的超声波的传播速度，确定所述超声波信号的传播速度。具体的，可以采用下述公式(2)根据温度信息确定超声波信号的传播速度：

其中，r为气体定压热容与定容热容的比值，在空气中，r的取值为1.40。R为气体普适常量：8.314kg·mol-1·K-1。M为气体分子量，空气的气体分子量为M28.8×10-3kg·mol-1。T为绝对温度，273K+T℃。在空气中，上述公式(2)可以近似为公式(3)：

C＝C0+0.607×T(3)

其中，C0为零度时的超声波速度，C0为332m/s，T为实际温度(℃)。因此，可以利用公式(3)根据温度信息和温度为零摄氏度时的超声波的传播速度，确定超声波信号的传播速度。另外，为进一步提高精度，还可以获取湿度、风速、气压等其它参数，并根据对应的公式计算根据湿度、风速、气压等参数补偿后的超声波信号的传播速度C。

在实际实施过程中，第一时间信息和/或第二时间信息可以分别通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线通信方式发送给控制单元，也可以通过有线通信方式发送给控制单元。

S103：根据预设的坐标系，确定固定充电设备的第一坐标值信息，并根据所述固定充电设备的第一坐标值信息、每个所述超声波信号接收器与对应的超声波发送器之间的距离和超声波信号的发送方向，确定车载充电设备的第二坐标值信息。

这里，预设的坐标系一般根据固定充电设备建立，例如，根据固定在地面的地面发射线圈建立。上述预设的坐标系的原点可以任意设置，例如设在固定充电设备的中点。由于固定充电设备通常为四边形，也可以将预设的坐标系的原点设在固定充电设备的某一角。当然，可以将预设坐标系的原点设在固定充电设备外的某一点，例如对固定在地面的地面发射线圈，可以将预设坐标系的原点设为地面上的某一点。坐标系的横轴和纵轴通常根据预设的坐标系的原点和固定充电设备的边确定。由于固定充电设备通常为四边形，尤其是固定充电设备为长方形的情况下，通常将坐标系的横轴和纵轴设为与固定充电设备的边平行的、经过坐标系的原点的直线。

根据预设的坐标系、以及固定充电设备的位置引导基准点与预设的坐标系原点之间的相对位置，可以确定固定充电设备的第一坐标值信息。在固定充电设备为正方形的情况下，通常采用固定充电设备的四个角作为固定充电设备的位置引导基准点，因此固定充电设备的第一坐标值信息通常为固定充电设备的四个角在预设的坐标系中，相对于预设的坐标系的原点的位置坐标。

上述多个超声波发送器可以安装在固定充电设备一侧，也可以安装在车载充电设备一侧，当上述多个超声波发送器安装在固定充电设备一侧时，对应的超声波接收器安装在车载充电设备一侧，反之亦然。无论上述多个超声波发送器安装在哪一侧，发送超声波信号，并根据各个所述第一时间信息、各个所述第二时间信息和所述超声波信号的传播速度，得到每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离的方法不变。

当上述多个超声波发送器安装在固定充电设备一侧的情况下，根据所述固定充电设备的第一坐标值信息、每个所述超声波信号接收器与对应的超声波发送器之间的距离和超声波信号的发送方向，可以采用下述步骤1-步骤3确定车载充电设备的第二坐标值信息：

步骤1、获得每个超声波发送器与固定充电设备的相对位置，根据每个超声波发送器与固定充电设备的相对位置、以及固定充电设备的第一坐标值信息，确定每个超声波发送器的位置坐标。

步骤2、根据每个超声波发送器的位置坐标、每个超声波信号接收器与对应的超声波发送器之间的距离和超声波信号的发送方向，确定每个超声波信号接收器的位置坐标。

步骤3、根据每个超声波信号接收器的位置坐标、以及每个超声波接收器与车载充电设备的相对位置，确定车载充电设备的第二坐标值信息。

同理，当上述多个超声波接收器安装在固定充电设备一侧的情况下，根据所述固定充电设备的第一坐标值信息、每个所述超声波信号接收器与对应的超声波发送器之间的距离和超声波信号的发送方向，可以采用下述步骤1-步骤3确定车载充电设备的第二坐标值信息：

步骤1、获得每个超声波接收器与固定充电设备的相对位置，根据每个超声波接收器与固定充电设备的相对位置、以及固定充电设备的第一坐标值信息，确定每个超声波接收器的位置坐标。

步骤2、根据每个超声波接收器的位置坐标、每个超声波信号发送器与对应的超声波接收器之间的距离和超声波信号的发送方向，确定每个超声波信号发送器的位置坐标。

步骤3、根据每个超声波信号发送器的位置坐标、以及每个超声波发送器与车载充电设备的相对位置，确定车载充电设备的第二坐标值信息。

一般的，车载充电设备也是正方形，因此，车载充电设备的第二坐标值信息通常也是车载充电设备的四个角相对于预设的坐标系的原点的坐标值。

S104：根据所述第一坐标值信息和所述第二坐标值信息，确定所述固定充电设备和所述车载充电设备的相对位置，并根据所述相对位置对无线充电车辆进行位置引导。

这里，也可以使用任一种超声波定位技术中常用的测距和位置算法确定固定充电设备和车载充电设备的相对位置，包括但不限于：到达时间(Time of Arrival，TOA)、到达时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)、到达角度(Angle-of-Arrival，AOA)、信号强度(Received Signal Strength Indication，RSSI)和飞行时间(Time of flight，TOF)等算法，为获得更高的定位精度，也可以组合使用这些方法。位置引导过程中，除了获取第一时间信息和第二时间信息以外，还可包括测距和位置算法所必要的其他信息，例如速度、角度、强度、相位、环境温度、脉冲数量等信息。

具体的，可以将固定充电设备和车载充电设备的相对位置直接显示给驾驶人员，也可以根据固定充电设备和车载充电设备的相对位置，生成并给驾驶人员提供包括行进方向、相对距离等的位置引导信息。

实施例二

如图2所示，为本发明实施例二提供的位置引导方法的流程示意图，应用于超声波发送单元，该实施例主要包括：

S201：生成信标编码信息，并将所述信标编码信息加载至所述超声波信号；所述信标编码信息用于标识每个所述超声波发送器。

可以采用任一种常用的信标编码方式生成信标编码信息，例如，可以采用一个预设长度的二进制字符串作为信标编码信息。并通过信号调制，将信标编码信息加载至超声波信号，每个超声波发送器的信标编码信息不同。

这里，每次定位时可以生成不同的信标编码信息，并将生成的信标编码信息通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式发送给控制单元，再由控制单元发送给对应的超声波接收单元，以便超声波接收单元根据信标编码信息，确定收到的超声波信号是否是对应的超声波发送单元发来的。也可以直接将生成的信标编码信息通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式发送给超声波接收单元。

S202：以预设的时间间隔通过多个超声波发送器发送加载了所述信标编码信息的所述超声波信号。

上述超声波信号发送预设的时间间隔通主要根据车辆的移动速度和需求的定位精度确定，例如可以按照导航定位等方式得到的粗略距离计算得出。在一种可能的实施方式中，由于在将车辆停放至装置有无线充电***的停车位，进行车载充电设备和固定充电设备的位置对准的过程中，车辆的行驶速度不快，因此，预设的时间间隔主要需要满足定位精度，假设进行位置引导时，车辆速度是100mm/s，要获得mm级的实时精度，就要以小于0.01秒为预设的时间间隔，以小于0.01秒1次的频率发送超声波信号。

S203：记录发送所述超声波信号的第一时间信息，并将所述第一时间信息发送给控制单元。

具体的，可以通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式将第一时间信息发送给控制单元。

实施例三

如图3所示，为本发明实施例三提供的位置引导方法的流程示意图，应用于超声波接收单元，该实施例主要包括：

S301：获取超声波信号中加载的信标编码信息；所述超声波信号为，通过超声波接收器接收的超声波发送器发来的超声波信号；所述信标编码信息用于标识每个所述超声波发送器。

在获取超声波信号中加载的信标编码信息之前，可以通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式获得对应的超声波发送器的信标编码信息。

S302：根据所述信标编码信息，判断发送所述超声波信号的超声波发送器，是否为所述超声波接收器对应的超声波发送器。

具体的，根据超声波信号中加载的信标编码信息和对应的超声波发送器的信标编码信息进行判断，通过判断超声波信号中加载的信标编码信息和对应的超声波发送器的信标编码信息是否相同，判断发送所述超声波信号的超声波发送器是否为所述超声波接收器对应的超声波发送器。

S303：如果是，记录接收到所述超声波信号的第二时间信息，并将所述第二时间信息发送给控制单元。

具体的，可以通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式将第二时间信息发送给控制单元。

如果否，不记录本次接收到所述超声波信号的第二时间信息，继续接收超声波信号，并回到获取超声波信号中加载的信标编码信息的步骤。

实施例四

如图4所示，为本发明实施例四提供的位置引导方法实际应用时的流程示意图，本发明实施例四提供的位置引导方法以超声波发送器安装在车辆侧为例，包括：

S401：将多个超声波发送器和多个超声波接收器进行时间同步。

控制单元可以通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式获取超声波发送器和对应的超声波接收器的当前时间信息，可以根据超声波发送器的当前时间对对应的超声波接收器的当前时间进行同步，也可以根据超声波接收器的当前时间对对应的超声波发送器的当前时间进行同步。

S402：控制单元发出指令通过多个超声波发送器发送超声波信号。

控制单元向超声波发送单元中的发送控制模块发出发送超声波信号的指令，发送控制模块接收到上述发送超声波信号的指令后，为每个超声波发送器生成不同的信标编码信息，并通过信号调制模块在每个超声波发送器待发送的超声波信号的脉冲序列中通过信号调制模块的调制过程加载各自对应的信标编码信息，之后经超声波发生模块激励发射出携带有各自对应的信标编码信息的超声波信号。为了准确进行为位置引导，超声波接收器和超声波发送器需要一一对应。例如，在图6所示的示例中，超声波发送器50240和超声波接收器50320，超声波发送器50241和超声波接收器50321之间一一对应。因此，为超声波发送器50240和超声波发送器50241生成不同的信标编码信息。

S403：记录发送所述超声波信号的第一时间信息，并在超声波发送单元和超声波接收单元之间同步信标编码信息。

发送控制模块记录发送所述超声波信号的第一时间信息，将第一时间信息发送给控制单元。并且，发送控制模块在为每个超声波发送器生成不同的信标编码信息的同时，将各个超声波发送器对应的信标编码信息发送给控制单元，并由控制单元传递给超声波接收单元。或者，发送控制模块也可以各个超声波发送器对应的信标编码信息直接发送给超声波接收单元。实现在超声波发送单元和超声波接收单元之间同步信标编码信息。

S404：超声波接收单元接收超声波信号，并判断超声波接收器接收到的超声波信号是否是对应的超声波发送器发送来的。

超声波接收器接收到加载了信标编码信息的超声波信号的同时，记录接收到超声波信号的第二时间信息，并开始采集上述超声波信号，超声波接收器接收到超声波信号经过信号放大电路、滤波电路、增益控制电路后送至接收控制模块，通过接收控制模块解码超声波信号中的信标编码信息。通过信标编码信息判断每个超声波接收器接收到的超声波信号是否是对应的超声波发送器发送来的。

例如，在图6所示的示例中，通过信标编码信息确定：超声波接收器50320接收到的超声波信号是超声波发送器50240发来的；超声波接收器50321接收到的超声波信号是超声波发送器50241发来的。

S405：如果是，将记录的第二时间信息发送给控制单元。

接收控制模块确认接收到每个超声波接收器接收到的超声波信号是否是对应的超声波发送器发送来的之后，将接收到超声波信号的第二时间信息发送给控制单元。

S406：确定每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离。

例如，在图6所示的示例中，控制单元分别获得了超声波发送器50240发送超声波信号的第一时间信息t1，超声波接收器50320接收到超声波信号的第二时间信息t2；超声波发送器50241发送超声波信号的第一时间信息t3，超声波接收器50321接收到超声波信号的第二时间信息t4。

根据超声波接收器收到对应的超声波发送器的超声波信号的第二时间信息，和对应的超声波发送器发送超声波信号的第一时间信息之差，可得到超声波传输时间T。

例如，在图6所示的示例中，可以得到超声波发送器50240发送超声波信号的第一时间信息t1和超声波接收器50320接收到超声波信号的第二时间信息t2之差T1；以及，超声波发送器50241发送超声波信号的第一时间信息t3和超声波接收器50321接收到超声波信号的第二时间信息t4之差T2。

并根据公式(1)确定超声波发送器50240和对应的超声波接收器50320之间的距离d1，并通过同样的方式同时得到超声波发送器50241到超声波接收器50321的距离d2。

S407：确定固定充电设备和车载充电设备的相对位置。

例如，在图6所示的示例中，将超声波接收器50320和超声波接收器50321的连线确定为固定基线，将超声波发送器50240和超声波发送器50241的连线确定为车载基线。由2个距离参数d1、d2，以及2条基线固定基线、车载基线，可以根据预设的坐标系，得到固定充电设备和车载充电设备的四角坐标，并且经过定位算法可以得出固定充电设备和车载充电设备的相对位置。本发明实施例仅为实施方式的举例，在实际实施时，可以使用任一种常用的定位、测距或位置算法确定固定充电设备和车载充电设备的相对位置，包括但不限于：TOA、TDOA、AOA、RSSI和TOF等中的至少一种。为获得更高的定位精度，也可以组合使用上述这些方法。在位置引导过程中，在控制单元、超声波发送单元和超声波接收单元之间，通过无线或有线通信传递的信息除信标编码信息和时间信息以外，还可包括测距和位置算法所必要的信息，如速度、角度、强度、相位、环境温度、脉冲数量等。在多个超声波发送器和多个超声波接收器安装之后，地面基线和车载基线的长度是固定的，地面基线和车载基线的长度可以作为已知节点的长度数据，在位置求解时对算法进行校准。

图6所示的示例中给出了安装两对超声波传感器的情况，本发明实施例对超声波传感器的对数不加限制，在安装两对以上的超声波传感器的情况下可以获得更多的参数，超声波传感器之间的固定位置坐标和长度信息也可以增加已知节点的数据数量，从而进一步提高位置算法的精度。

S408：基于固定充电设备和车载充电设备的相对位置对无线充电车辆进行位置引导。

基于相同的设计构思，本发明实施例还提供一种无线充电车辆的位置引导***。

实施例五

如图5所示，本发明实施例还提供一种无线充电车辆的位置引导***500，包括：

控制单元501、超声波发送单元502和超声波接收单元503；

控制单元501分别与超声波发送单元502和/或超声波接收单元503连接。

超声波发送单元502包括：发送控制模块5021、信号调制模块5022、超声波发生模块5023和多个超声波发送器5024；所述发送控制模块5021用于生成信标编码信息，还用于记录发送所述超声波信号的第一时间信息，并将所述第一时间信息发送给控制单元501；所述信号调制模块5022用于将所述信标编码信息加载至所述超声波信号；所述超声波发生模块5023用于以预设的时间间隔通过多个超声波发送器5024发送加载了所述信标编码信息的所述超声波信号。

超声波接收单元503，包括：接收控制模块5031和多个超声波接收器5032。所述接收控制模块5031，用于获取超声波信号中加载的信标编码信息；还用于根据所述信标编码信息，判断发送所述超声波信号的超声波发送器5024，是否为所述超声波接收器对应的超声波发送器5024；如果是，记录接收到所述超声波信号的第二时间信息，并将所述第二时间信息发送给控制单元501；所述超声波接收器5032用于接收超声波发送器5024发来的超声波信号。

在实施时，控制单元501可以包括在发送控制模块5021中，也可以包括在接收控制模块5031中，也可以作为一个独立的单元。控制单元501、发送控制模块5021和接收控制模块5031可以实现在一个控制芯片中，例如一个中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制***(Programmable Logic Controller，PLC)或微控制单元(MicrocontrollerUnit；MCU)等常用的控制芯片中。控制单元501也可以与发送控制模块5021或接收控制模块5031实现在相同的控制芯片中。控制单元501、发送控制模块5021和接收控制模块5031也可以均实现在不同的控制芯片中。控制单元501与发送控制模块5021实现在相同的控制芯片中时，可以通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式与接收控制模块5031连接。控制单元501与接收控制模块5031实现在相同的控制芯片中时，可以通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式与发送控制模块5021连接。控制单元501、发送控制模块5021和接收控制模块5031均实现在不同的控制芯片中时，可以通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式分别与发送控制模块5021和接收控制模块5031连接。

无线充电车辆的无线充电***通常包括固定充电设备和车载充电设备，实施时，当超声波发送单元502安装在固定充电设备侧时，超声波接收单元503则安装在车载充电设备侧，反之亦可。超声波发送单元502中的超声波发送器5024或超声波接收单元503的超声波接收器5032可安装在车辆任意位置，并获取超声波发送器5024或超声波接收器5032与车载充电设备的相对位置，超声波发送器5024或超声波接收器5032也可以安装在包括车载充电线圈在内的车载充电设备的任意位置上；超声波发送单元502中的超声波发送器5024或超声波接收单元503的超声波接收器5032也可安装在固定充电设备一侧的任意位置或构件上，并获取超声波发送器5024或超声波接收器5032与固定充电设备的相对位置，也可以安装在包括发射线圈在内的固定充电设备的任意位置上。需要注意的是，在选择超声波发送器5024和超声波接收器5032的安装位置时，超声波发送器5024和超声波接收器5032之间需要在有效的位置引导范围内，例如10米-30米范围内，不能被固定障碍物遮挡，从而保证超声波接收器5032能够有效地接收超声波发送器5024发出的超声波信号，并且超声波信号的强度等参数符合测量距离、确定位置和有效获取数据的要求。

为了有效定位，每一侧的超声波发送器5024或超声波接收器5032至少安装两个，如图6所示，例如，在固定充电设备一侧安装超声波接收器5032的情况下，在车载充电设备一侧安装超声波发送器5024。假如在固定充电设备一侧安装两个超声波接收器5032，分别是超声波接收器50320和超声波接收器50321，将超声波接收器50320和超声波接收器50321的连线确定为固定基线。通常根据固定充电设备定义预设的坐标系，在一种可能的实施方式中，如图6所示，可以将固定充电设备的中心点确定为预设的坐标系的原点；定义其中垂直于固定基线的方向，在图6中是平行于车辆行驶方向的定义为横轴x；平行于固定基线的方向，在图6中是车辆行驶方向中的横向定义为纵轴y。根据固定充电设备与固定基线的相对位置，确定固定充电设备的四角坐标。之后可以在车载充电设备一侧，例如车载充电线圈一侧或车辆的车身后端，安装两个超声波发送器5024，分别是超声波发送器50240和超声波发送器50241，将超声波发送器50240和超声波发送器50241的连线确定为车载基线。根据车载充电设备，例如车载充电线圈，与车载基线的相对位置确定车载充电设备的四角坐标。

为了准确进行为位置引导，超声波接收器和超声波发送器需要一一对应。例如，在图6所示的示例中，超声波发送器50240和超声波接收器50320，超声波发送器50241和超声波接收器50321之间一一对应。

图6中仅为一种可能的实施方式的示例，超声波发送器5024和超声波接收器5032的安装位置、数量，预设的坐标系的原点和坐标轴的设置均不限于图6中的示例。只要保证超声波发送器5024与超声波接收器5032的个数相同，且每个超声波发送器5024与每个超声波接收器5032一一对应。

当电动车辆需要充电时，可由通过GPS、WIFI、移动网络、车联网等导航定位方式初步引导车辆驶向安装有无线充电车辆的位置引导***500的停车位。当车辆进入超声波传感器可工作范围时，如30米范围内时，位置引导***500开始工作。假设控制单元501分别与超声波发送单元502和超声波接收单元503之间通过无线通信连接。当车辆进入超声波传感器可工作范围时，控制单元501在超声波发送单元502和超声波接收单元503两端之间建立起无线通信连接。安装有超声波发送单元502的一侧的所有超声波发送器5024按预设的时间间隔同时生成并发送携带有信标编码信息的超声波信号。超声波信号发送的时间间隔可以按照导航定位等方式得到的粗略距离计算得出，或者直接获取预设的时间间隔数值，如预设的时间间隔为1秒。各超声波接收器5032接收到超声波信号后控制单元501开始计算固定充电设备和车载充电设备的距离和方向，基于预设的坐标系确定固定充电设备和车载充电设备的四角坐标。当超声波接收器5032接收到稳定连续的超声波信号，并且可控制单元501可获得有效连续的时间信息时，例如，超声波接收器5032接收到连续2-5个正确的超声波信号，控制单元501获得连续2-5个有效的时间信息时，控制单元501开始输出距离与位置引导数据。此时，无线充电车辆进入位置引导***500的有效范围。

在一种可能的实施方式中，当车辆进入超声波传感器可工作范围时，超声波信号发送的时间间隔按照导航定位等方式得到的粗略距离计算得出，或者设定一个较大的时间间隔，例如1s。之后，当无线充电车辆进入位置引导***500的有效范围后，位置引导***500逐步缩短超声波信号发送的时间间隔，直至达到满足定位精度所要求的最小时间间隔为止。假设进行位置引导时，车辆速度是100mm/s，要获得mm级的实时精度，就要以小于0.01秒为预设的时间间隔，以小于0.01秒1次的频率发送超声波信号。在另一种可能的实施方式中，超声波信号发送的时间间隔直接根据满足定位精度所要求的最小时间间隔确定。

位置引导***500的控制单元501的输出数据可以包括：预设的坐标系、以及固定充电设备和车载充电设备的四角坐标。

在一种可能的实施方式中，控制单元501可以将输出数据通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式发送给驾驶人员的手机或车辆中控台等移动终端，在移动终端上显示预设的坐标系、以及固定充电设备和车载充电设备的四角坐标。控制单元501的输出数据也可包括车载充电设备和固定充电设备的位置偏差数据，或前后左右的方向指示信息等，并将位置偏差数据和方向指示信息等发送给移动终端，从而更好地引导驾驶人员将车辆驶向停车位内设置的固定充电设备。当车辆搭载自动泊车***、辅助泊车***或自动驾驶***时，控制单元501可直接通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等无线或有线通信方式将移动终端上显示预设的坐标系、以及固定充电设备和车载充电设备的四角坐标等发送给自动泊车***、辅助泊车***或自动驾驶***，协助自动泊车***、辅助泊车***或自动驾驶***确定停车位置，并实时动态规划泊车路径，将车辆指引或者自动驶入与固定充电设备精确对位的停车位置。

在控制单元501分别与超声波发送单元502和超声波接收单元503之间通过无线通信连接的情况下，控制单元501通过无线通信连接在超声波发送单元502和超声波接收单元503两端传输时间同步信号、信标编码信息和从超声波发送单元502和超声波接收单元503两端获取时间信息等。

控制单元501用于多个超声波发送器5024发送超声波信号的各个第一时间信息，以及多个超声波接收器5032收到对应的超声波发送器5024的超声波信号的各个第二时间信息；根据各个第一时间信息、各个第二时间信息和超声波信号的传播速度，得到每个超声波发送器5024和对应的超声波接收器5032之间的距离；根据预设的坐标系，确定固定充电设备的坐标值信息，并根据固定充电设备的坐标值信息和每个超声波信号接收器和对应的超声波发送器之间的距离，确定车载充电设备的坐标值信息；根据固定充电设备的坐标值信息和车载充电设备的坐标值信息，确定固定充电设备和车载充电设备的相对位置，并根据相对位置对无线充电车辆进行位置引导。

超声波接收单元503通常还包括信号放大模块5033、滤波模块5034和增益控制模块5035，超声波接收器5032接收到超声波信号经过信号放大模块5033、滤波模块5034和增益控制模块5035后送至接收控制模块5031，通过接收控制模块5031对超声波信号中的信标编码信息进行解调制。

由于空气温度对超声波信号的传递速度影响较大，因此，在一种可能的实施方式中，位置引导***500还包括温度采集单元504，温度采集单元504可以配置于控制单元501、超声波发送单元502或超声波接收单元503一侧，温度采集单元504可通过WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、光通信等各种无线或有线通信方式与控制单元501连接，或者温度采集单元504可直接通过连线的方式与控制单元501连接。在位置引导***500进行位置引导时，对温度采集单元504对环境的空气温度进行实时监测，并根据所述温度信息和温度为零摄氏度时的超声波的传播速度，确定超声波信号的传播速度C。为进一步提高精度，位置引导***500包括可以配置湿度、风速、气压等其它参数的测量传感器，并根据对应的公式补偿计算得到确定超声波信号的传播速度C。

在一种可能的实施方式中，在位置引导***500每次对车辆进行位置引导过程中，位置引导***500进行包括超声波强度、角度、传播时间、预设坐标系、以及固定充电设备和所述车载充电设备的四角坐标等信息进行收集，并存储到数据库中。利用数据库中的信息对深度学习等算法进行训练，并在进行位置引导过程中，对实时采集的数据信息与数据库中的数据信息进行比对，找出数据库内存储的最佳匹配的场景，通过深度学习等算法估计出固定充电设备和所述车载充电设备的相对位置，或者通过匹配和校准选取最优的定位测距算法对固定充电设备和所述车载充电设备的相对位置进行计算。

为了提高相对位置确定的精度，优选的，超声波发送器5024为小波束角的超声波发送探头，超声波发送器5024的波束角θ可以根据固定基线或车载基线的长度确定，保证多个超声波发送器5024发送的超声波信号不互相干扰。为了同车辆倒车雷达或自动泊车***所用超声波传感器的常用频段范围不重叠、不干扰，超声波信号的频率通常设计超过100khz，在此基础上可进一步选择指向性好的高频探头，如400khz的超声波传感器作为超声波发送器5024。超声波接收器5032中滤波电路的中心频率与超声波频率相匹配，如同样为400khz。

当车辆搭载了自动泊车***、辅助泊车***或自动驾驶***时，位置引导***500可以和上述自动泊车***、辅助泊车***或自动驾驶***安装在车辆车身上的摄像头、毫米波传感器、激光雷达、红外传感器等定位传感器组合使用、相互交互数据，以进一步提高检测精度。

位置引导***500也可以和电动汽车无线充电现有的磁场感应方式结合使用，以克服磁场感应方法的对位引导的可靠性差、精度较低和作用范围有限的缺陷。

图7所示，为本发明提供的位置引导***500可以应用于的无线充电***的***框架图，无线充电***包括：包含有地面发射线圈的固定充电设备、以及包含有车载充电线圈的车载充电设备。位置引导***500可应用于适用于采用静态电磁耦合的无线充电***，以交流输入的无线充电***为例，如图7所示，无线充电***包括固定充电设备715和车载充电设备725，图7所示的示例中，固定充电设备安装在地面，因此，固定充电设备715具体包括，地面功率组件714和地面通信控制单元713，其中，地面功率组件714包括地面发射线圈711和地面功率组件712，这里，地面功率组件712也可包括任意的非车载功率组件。车载充电设备725具体包括，车载功率组件724和车载通信控制单元723，其中，车载功率组件724包括车载充电线圈721和车载功率组件722，其中，车载充电线圈721也可称作车载接收线圈。地面通信控制单元713与车载通信控制单元723之间进行无线通信。地面功率电路714从供电电源710处获取电能，并通过车载功率电路724为电池和车载电器设备720供电。电动汽车充电时须对车载充电线圈721和地面发射线圈711准确地定位，并引导车辆行驶至将车载充电线圈721和地面发射线圈711对准的位置。本发明提供的位置引导***500可以安装在固定充电设备715和/或车载充电设备725一侧，从而准确、快速地引导车辆行驶至将车载充电线圈721和地面发射线圈711对准的位置。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线充电车辆的位置引导方法，其特征在于，应用于控制单元，包括：

获取多个超声波发送器发送超声波信号的各个第一时间信息，以及多个超声波接收器收到对应的超声波发送器的所述超声波信号的各个第二时间信息；

根据各个所述第一时间信息、各个所述第二时间信息和所述超声波信号的传播速度，得到每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离；

根据预设的坐标系，确定固定充电设备的第一坐标值信息，并根据所述固定充电设备的第一坐标值信息、每个所述超声波信号接收器与对应的超声波发送器之间的距离和超声波信号的发送方向，确定车载充电设备的第二坐标值信息；

根据所述第一坐标值信息和所述第二坐标值信息，确定所述固定充电设备和所述车载充电设备的相对位置，并根据所述相对位置对无线充电车辆进行位置引导。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述各个第一时间信息、各个所述第二时间信息和所述超声波信号的传播速度，得到每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离的步骤之前，所述方法还包括；

获取温度信息；

根据所述温度信息和温度为零摄氏度时的超声波的传播速度，确定所述超声波信号的传播速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取多个超声波发送器发送超声波的各个第一时间信息之前，所述方法还包括：

判断所述固定充电设备和所述车载充电设备之间的距离是否小于等于预设的距离阈值；

在所述固定充电设备和所述车载充电设备之间的距离小于等于预设的距离阈值的情况下，控制所述超声波发送器开始发送所述超声波信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取多个超声波发送器发送超声波的各个第一时间信息之前，所述方法还包括：

在所述超声波发送器和对应的所述超声波接收器之间进行时间同步。

5.一种无线充电车辆的位置引导方法，其特征在于，应用于超声波发送单元，包括：

生成信标编码信息，并将所述信标编码信息加载至所述超声波信号；所述信标编码信息用于标识每个所述超声波发送器；

以预设的时间间隔通过多个超声波发送器发送加载了所述信标编码信息的所述超声波信号；

记录发送所述超声波信号的第一时间信息，并将所述第一时间信息发送给控制单元。

6.一种无线充电车辆的位置引导方法，其特征在于，应用于超声波接收单元，包括：

获取超声波信号中加载的信标编码信息；所述超声波信号为，通过超声波接收器接收的超声波发送器发来的超声波信号；所述信标编码信息用于标识每个所述超声波发送器；

根据所述信标编码信息，判断发送所述超声波信号的超声波发送器，是否为所述超声波接收器对应的超声波发送器；

如果是，记录接收到所述超声波信号的第二时间信息，并将所述第二时间信息发送给控制单元。

7.一种无线充电车辆的位置引导***，其特征在于，包括：

控制单元、超声波发送单元和超声波接收单元；

所述控制单元分别与所述超声波发送单元和/或所述超声波接收单元连接；

所述控制单元用于获取多个超声波发送器发送超声波信号的各个第一时间信息，以及多个超声波接收器收到对应的超声波发送器的所述超声波信号的各个第二时间信息；根据各个所述第一时间信息、各个所述第二时间信息和所述超声波信号的传播速度，得到每个超声波接收器和对应的超声波发送器之间的距离；根据预设的坐标系，确定固定充电设备的坐标值信息，并根据所述固定充电设备的坐标值信息和每个所述超声波信号接收器和对应的超声波发送器之间的距离，确定车载充电设备的坐标值信息；根据所述固定充电设备的坐标值信息和所述车载充电设备的坐标值信息，确定所述固定充电设备和所述车载充电设备的相对位置，并根据所述相对位置对无线充电车辆进行位置引导；

其中，所述超声波发送单元，包括：发送控制模块、信号调制模块、超声波发生模块和多个超声波发送器；所述发送控制模块用于生成信标编码信息，还用于记录发送所述超声波信号的第一时间信息，并将所述第一时间信息发送给控制单元；所述信号调制模块用于将所述信标编码信息加载至所述超声波信号；所述超声波发生模块用于以预设的时间间隔通过多个超声波发送器发送加载了所述信标编码信息的所述超声波信号；

所述超声波接收单元，包括：接收控制模块和多个超声波接收器；所述接收控制模块，用于获取超声波信号中加载的信标编码信息；还用于根据所述信标编码信息，判断发送所述超声波信号的超声波发送器，是否为所述超声波接收器对应的超声波发送器；如果是，记录接收到所述超声波信号的第二时间信息，并将所述第二时间信息发送给控制单元；所述超声波接收器用于接收超声波发送器发来的超声波信号。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述超声波接收器与所述超声波发送器的个数相同，且每个所述超声波接收器与每个所述超声波发送器一一对应。

9.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述控制单元分别与所述超声波发送单元和/或所述超声波接收单元之间通过无线通信连接。

10.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述***还包括：温度采集单元；

所述温度采集单元与所述控制单元连接；

所述控制单元还用于获取温度信息，并根据所述温度信息和温度为零摄氏度时的超声波的传播速度，确定所述超声波信号的传播速度。