[发明专利]电动汽车无线充电线圈引导对准装置及对准方法

权利要求书

1.电动汽车无线充电线圈引导对准方法，其特征在于，

基于电动汽车无线充电线圈引导对准装置实施，所述电动汽车无线充电线圈引导对准装置包括：地面发射设备、车载接收设备、图像定位系统、磁场激励系统以及磁阻传感器组；

所述地面发射设备安装在停车位内，并与供电电网电连接；所述车载接收设备设置在电动汽车底部，并与车载动力电池电连接；

所述地面发射设备包括：地面通信控制单元、发射端功率变换器、发射端谐振网络和发射线圈；所述发射线圈内部设置有用于激励磁场用的发射线圈绕组；

所述车载接收设备包括：车载通信控制单元、接收端谐振网络、接收端功率变换器和接收线圈；所述接收线圈内设置有接收磁场用的接收线圈绕组；

所述图像定位系统用于构建图像像素的坐标系，引导电动汽车对准发射线圈；

所述磁场激励系统设置于所述发射线圈的旁侧，由所述供电电网供电；用于向发射线圈上方空间激励发射出用于引导对准用的电磁场；所述磁场激励系统包括：信号发生器、放大发射电路和发射天线；其中，激励产生电磁场时由信号发生器产生正弦信号，并将正弦信号送入到所述放大发射电路中进行功率放大，放大处理后的正弦信号驱动发射天线，其电磁场强度的发生值在设计时应符合公共区域无线充电时国家规范所允许的电磁场强度值；

所述磁阻传感器组安装在所述接收线圈的四个角上，用于检测所述磁场激励系统发射的电磁场分布在停车位区域各点的磁感应强度；

所述图像定位系统包括：环视相机和图像处理单元；其中，所述环视相机包括：多组安装在车身四周的摄像头，分别用于采集车辆前、后、左和右四个方向的图像；在得到车身周围的环视影像后，多组所述摄像头将采集到的图像传送给图像处理单元，进行图像处理、扭曲校正和图像缝合处理后，获得一个车辆周围环境的全景俯视画面；

所述发射天线直接采用所述发射线圈的发射线圈绕组充当；

所述磁阻传感器组包括：12个安装在所述接收线圈四个角的磁阻传感器，每个角安装3个；

所述每个角在X’、Y’及Z’三轴方向均各自安装一个磁阻传感器；安装在X’轴方向的四个磁阻传感器，其磁场敏感方向为-X’方向，与线圈引导对准时汽车的行进方向相对；安装在Y’轴方向的四个磁阻传感器，其磁场敏感方向与线圈引导对准时汽车的行进方向垂直，且位于接收线圈两侧的磁阻传感器，其磁场敏感方向的设置互为相反并分别朝向汽车的车身一侧；位于所述接收线圈左侧安装的Y’轴方向的磁阻传感器的磁场敏感方向为-Y’方向，位于所述接收线圈右侧安装的Y’轴方向的磁阻传感器的磁场敏感方向为+Y’方向；安装在Z’轴方向的四个磁阻传感器为直立安装，即与所述接收线圈垂直；该四个磁阻传感器的磁场敏感方向为+Z’方向，与接收线圈绕组的轴方向同向，并指向车底；

所述电动汽车无线充电线圈引导对准方法为：

步骤一、当待充电汽车靠近或进入可无线充电的停车位时，电动汽车打开车载通信控制单元，建立与地面通信控制单元的通信；

步骤二、所述地面通信控制单元发送确认指令给所述车载通信控制单元，开始引导对准操作，并发送停车位信息、磁场定位标定值和配对校验编码值给车载通信控制单元；所述磁场定位标定值包括：允许的偏差范围内对应的磁场磁感应强度B_z1，和线圈完全对准时对应的磁场磁感应强度B_z0；

步骤三、引导电动汽车对准作业时，所述地面通信控制单元控制磁场激励系统产生电磁场；所述电磁场的发射分为二个周期执行，第一个周期内电磁信号不发射信号；第二个周期由发射线圈向上方空间发射电磁场；第一个周期，磁阻传感器组测量到的是环境磁场的磁感应强度；第二个周期，将磁阻传感器组测量到的环境磁场的磁感应强度减去第一个周期的环境磁场的磁感应强度，即可得到所述发射线圈发出的电磁场在所在位置分布的磁场磁感应强度；步骤四、引导电动汽车的对准作业采用图像定位的方式，由图像定位系统的环视相机摄入停车位的全景俯视画面，图像处理单元经过视角转换，将画面转为灰色图，根据停车位的标志线的颜色和几何特征识别出停车位的标志线，再通过图像处理和校正，重构出停车位外轮廓图像，并根据图像处理单元的分辨率建立以图像像素为单位的图像坐标系；

所述发射线圈和停车位的位置关系是固定的，而接收线圈在电动汽车上的安装位置也是固定的，根据所述环视相机的位置和图像定位系统建立的图像坐标系可以确定所述接收线圈四角与发射线圈四角在X-Y平面的图像像素偏差值；以发射线圈中心(0,0,0)为原点，可以确定接收线圈四角在X-Y平面的图像像素坐标；停车位几何尺寸是已知的，根据停车位的几何尺寸，包括停车位的长度、宽度或者标志线的宽度尺寸值可以获得图像像素对应的实际尺寸值，进而可以确定接收线圈四角在X-Y平面的实际尺寸坐标；

步骤五、所述图像处理单元将获得的接收线圈的四角坐标发送给车载通信控制单元，并在行进过程中由图像定位系统不断更新接收线圈的四角坐标；

当无线充电的引导对准作业是通过驾驶员人工操作时，通过终端显示线圈之间的偏差，并根据线圈间的位置偏差规划，指示线圈对准的停车路径，为驾驶员显示调整行进方向的驾驶指示；所述终端包括手机或车载中控台；所述调整行进方向的驾驶指示包括转向方向或转向角度；

当采用自动泊车时，接收线圈的四角坐标发送给泊车系统，由泊车系统规划自动泊车及实现线圈对准的路径；

通过上述人工操作或由自动泊车系统操纵电动汽车，使电动汽车行进时接收线圈的X’轴和发射线圈的X轴重合，并使电动汽车逐步靠近发射线圈；

步骤六、当电动汽车向发射线圈所在位置逐步靠近时，所述磁阻传感器组接收到磁场激励系统发出的电磁场信号强度逐步增大，由于环视相机的测量可能存在着处理速度的延迟和一些计算偏差，同时外部环境可能存在干扰，当磁场激励系统发出的磁场磁感应强度足以覆盖到全部磁阻传感器时，电动汽车的定位引导作业实时切换为采用磁阻传感器组产生的坐标数据进行引导对准作业；

步骤七、所述车载通信控制单元将连续采集到的磁感应强度，即接收线圈的四角X’Y’Z’三轴方向共4*3个磁感应强度值，磁感应强度的变化产生的电压值送入到车载通信控制单元的模拟量转换电路进行处理，转换为数字信号，获得接收线圈四角三轴方向的磁场磁感应强度，并通过磁场磁感应强度的分布数据模型转换获得接收线圈四角四个三轴坐标；

通过驾驶员人工操作或汽车自动泊车对车辆的调整，将电动汽车行驶至接收线圈的四角位置在X轴和Y轴偏差减小到无线充电系统充电时线圈之间的偏差允许范围内，并尽量精确对准；

步骤八、在最终对准阶段，即所述接收线圈的投影和发射线圈开始重合时，通过采用磁场定位标定值来判断或辅助判断最终对准状态，即根据发射线圈的不同提前标定在允许的线圈偏差范围内Z’轴方向的磁阻传感器对应的磁场磁感应强度值B_z1，以及发射线圈与接收线圈完全对准时在Z’轴方向磁阻传感器对应的磁场磁感应强度B_z0；

当接收线圈四角Z’轴的四个磁阻传感器接收到的磁场磁感应强度均不低于标定值B_z1时，可认为发射线圈和接收线圈对准，位置偏差在充电允许的范围内；当接收线圈四角Z’轴传感器接收到的磁场磁感应强度相等或偏差值最小，且接收到的磁场磁感应强度值均不低于标定值B_z0时，可认为发射线圈和接收线圈完全对准；

步骤九、当所述发射线圈与接收线圈对准后，通过发射线圈激励发送校验电磁场，当四角Z’轴的四个磁阻传感器均收到超过一定强度幅值的电磁信号，将周期长的电磁信号作为1，周期短的电磁信号作为0，由01构成的二进制编码与通过通信发送的配对校验编码值一致时，则校验成功，线圈的引导对准的校验过程已经完成，地面通信控制单元向车载通信控制单元发送信号，确认已具备无线充电条件，开始无线充电作业。