一种基于无线电能充电位置区域的选择方法与流程

本发明涉及无线电能传输技术领域，特别是涉及一种基于无线电能充电位置区域的选择方法。

背景技术：

非接触供电是利用磁场耦合实现“无线供电”，即采用原副边完全分离的非接触式变压器，通过高频磁场的耦合传输电能，使得在能量传递过程中原边(供电侧)和副边(用电侧)无物理连接。与传统的接触式供电相比，非接触供电使用方便安全、不易漏电，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问题，可适应多种恶劣天气和环境，便于实现自动供电，具有良好的应用前景，目前已被广泛应用于电动汽车充电技术中。

在现有技术中，电动汽车上安装有非接触式变压器的副边线圈，无线充电系统的停车位上安装有非接触式变压器的原边线圈。当电动汽车停靠在停车位上的预设充电位置区域时，原边线圈和副边线圈组成松耦合变压器，原边线圈发射的高频磁场能够通过电磁感应或者电磁振动的方式被副边线圈接收，进而被副边线圈转换为电能，从而实现电能的无线传输，达到为电动汽车进行无线充电的目的。

由于原、副边是完全分离的非接触变压器，且非接触式变压器的原边线圈一般固定在地面上，副边线圈安装在电动汽车上，在使用非接触变压器进行无线充电时，如果原边与副边线圈位置偏移过大，会对无线充电的能力与效率造成较大的影响，因此急需提供一种选择充电位置区域的方法，准确定位电动汽车的位置，并调整其位置，使其能够停在合适的充电位置区域进行充电。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于无线电能充电位置区域的选择方法，通过确定副边部分在所述原边部分坐标系上的位置，能够准确定位电动汽车的停车位置并计算所需要调整的距离，并通过无线充电装置，使电动汽车在充电位置区域上进行充电。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于无线电能充电位置区域的选择方法，所述选择方法，包括：

建立原边部分坐标系；所述原边部分坐标系表示固定在地面上原边部分中各组分的的位置关系；所述原边部分包括：非接触式变压器的原边线圈和三个基站；

确定副边部分在所述原边部分坐标系上的位置；所述副边部分表示固定在电动汽车上的副边部分；所述副边部分包括：非接触式变压器的副边线圈和无线载波通讯模块；

判断所述副边部分是否处于充电位置区域；

若是，则开始无线充电；

若否，则将所述副边部分调整至充电位置区域。

可选的，所述建立原边部分坐标系，具体包括：

在已知任意两个基站之间的距离和原边线圈位于三个基站中心位置的基础上，以任意一个基站为原点，建立原边部分坐标系；其中，所述三个基站为A₀、A₁、A₂；所述基站A₀、A₁、A₂各自包括一个无线载波通讯模块；所述基站A₀、A₁之间的距离为L₀，所述基站A₁、A₂之间的距离为L₁，所述基站A₀、A₂之间的距离为L₂。

可选的，所述确定副边部分的在所述原边部分坐标系上的位置，具体包括：

获取副边部分与各基站之间的有效距离；

根据所述有效距离，确定副边部分的在所述原边部分坐标系上的位置。

可选的，所述获取副边部分与各基站之间的有效距离，包括：

设置所述副边部分和所述各基站中的无线载波通讯模块信号发射频率；

根据所述无线载波通讯模块信号发射频率，获取信号的飞行时间；

将所述飞行时间乘以信号传播速率，进而依次获取副边部分与各基站之间的有效距离。

可选的，所述获取副边部分与各基站之间的有效距离，进一步包括：

设置副边部分上的无线载波通讯模块信号发射方式为广播方式；所述副边部分上的无线载波通讯模块向各基站分配时间节点，设置各基站的回应时间，并各基站接收广播帧后，重新进入接收状态，等待所述副边部分上的无线载波通讯模块发送请求帧；

所述副边部分上的无线载波通讯模块发送请求帧后，进入接收状态，等待各基站回应信号；

各基站依据通信前分配的所述回应时间，依序向所述副边部分发出回应帧；发送成功后，各基站进入接收状态，等待所述副边部分发出终止信号；

所述副边部分接收完各基站回应帧后，将各关键帧时间戳打包形成终止帧，以广播方式发送给相应的基站；各基站在接收标签终止帧后，解析帧包中的有效数据，获取副边部分与各基站之间的有效距离。

可选的，所述确定副边部分的在所述原边部分坐标系上的位置，具体包括：

以各基站坐标为圆心，所述副边部分与各基站之间的有效距离为半径，确定三个圆；

利用所述确定三个圆的交点，确定副边部分的在所述原边部分坐标系上的位置。

可选的，判断所述副边部分是否处于充电位置区域，具体包括：

设置抗偏移的阈值；所述阈值表示在原边部分坐标系上，所述原边线圈与所述副边部分偏移的最小距离；

根据所述副边部分的在所述原边部分坐标系上的位置，计算所述副边部分与所述原边线圈之间的实际距离；

比较所述阈值和所述实际距离，判断所述副边部分是否处于充电位置区域。

可选的，所述开始无线充电，具体包括：

若所述实际距离小于或者等于所述阈值，则所述副边部分处于充电位置区域，开始无线充电。

可选的，所述调整所述副边部分，具体包括：

若所述实际距离大于所述阈值，则所述副边部分不处于充电位置区域，计算所述副边部分所需调整的距离；

根据所述距离，将所述副边部分调整至充电位置区域。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种基于无线电能充电位置区域的选择方法，首先建立原边部分坐标系，然后确定副边部分在原边部分坐标系上的位置，并判断所述副边部分是否处于充电位置区域，若是，则开始无线充电；若否，则调整副边部分，直至将所述副边部分调整至充电位置区域，实现了准确定位副边部分位置，进而准确定位电动汽车的位置；并根据计算出所需要调整副边部分的距离，调整电动汽车的位置，使电动汽车能够停在充电位置区域进行充电，提高无线充电装置的充电能力与效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的基于无线电能充电位置区域的选择方法流程图；

图2为本发明实施例的原边部分各组分的位置关系图；

图3为本发明实施例的标签与单个基站之间的测量有效距离示意图；

图4为本发明实施例的确定副边部分位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于无线电能充电位置区域的选择方法，通过确定副边部分在所述原边部分坐标系上的位置，能够准确定位电动汽车的停车位置并计算所需要调整的距离，并通过无线充电装置，使电动汽车在充电位置区域上进行充电。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

首先，本发明采用非接触式变压器装置为电动汽车进行无线充电，在进行无线充电之前，先要定位电动汽车的停车位置，然后调整电动汽车的停车位置，使其停在充电位置区域，而目前的无线定位技术有很多，包括WIFI、RFID、超声波和蓝牙等，各种定位技术特点如表1所示。从表1中看出，大多数定位装置其定位实现均存在一个共性问题——定位精度是米级水平，而电动汽车所用的非接触式变压器的定位一般精度需要控制在厘米级。正是这一问题的存在，限制了无线定位技术在非接触式变压器的定位中的应用。

表1无线定位技术特点

从表1得出UWB(无线载波通讯)技术的定位精度控制在厘米级，所述本发明采用了UWB模块。另外，UWB技术是一种利用亚纳秒级超窄脉冲的无载波通信技术。相对于其他定位技术，技术具有以下优势：

(1)通信距离远，能实现百米范围内有效通信，满足室内定位需要

(2)高数据传输速率，10米范围内数据传输速率达到百Mbit/s，甚至到达Gbit/s

(3)抗干扰能力强，多径分辨能力强

(4)功耗小，发射功率在级别

(5)时间分辨率高，时间区分度在亚纳秒级别

且UWB定位技术在理论上可以将误差控制在cm级别，实际应用中能控制误差在10cm。相对于其他定位技术，使用UWB技术进行定位可以获得更高的定位精度和定位稳定性，因此，在本发明中，原边部分和副边部分都设置UWB模块

图1为基于无线电能充电位置区域的选择方法流程图，如图1所示，所述选择方法，包括：

步骤101：建立原边部分坐标系；所述原边部分坐标系表示固定在地面上原边部分中各组分的的位置关系；所述原边部分坐标系是在已知任意两个基站之间的距离和原边线圈位于三个基站中心位置的基础上，以任意一个基站为原点，建立原边部分坐标系。

如图2所示，所述原边部分包括：非接触式变压器的原边线圈和三个基站；三个基站分别为A₀、A₁、A₂；原边线圈位于三个基站的中心位置；所述基站A₀、A₁之间的距离为L₀，所述基站A₁、A₂之间的距离为L₁，所述基站A₀、A₂之间的距离为L₂；所述基站A₀、A₁、A₂各自包括一个无线载波通讯模块。

步骤102：确定副边部分在所述原边部分坐标系上的位置；所述副边部分表示固定在电动汽车上的副边部分；所述副边部分包括：非接触式变压器的副边线圈和无线载波通讯模块。其中，确定副边部分在所述原边部分坐标系上的位置，具体包括：

第一步：获取副边部分与各基站之间的有效距离，包括：如图3所示；

设置所述副边部分和所述各基站中的无线载波通讯模块信号发射频率；

根据所述无线载波通讯模块信号发射频率，获取信号的飞行时间；

将所述飞行时间乘以信号传播速率，进而依次获取副边部分与各基站之间的有效距离。

进一步包括：

设置副边部分上的无线载波通讯模块信号发射方式为广播方式；所述副边部分上的无线载波通讯模块向各基站分配时间节点，设置各基站的回应时间，并各基站接收广播帧后，重新进入接收状态，等待所述副边部分上的无线载波通讯模块发送请求帧；

所述副边部分上的无线载波通讯模块发送请求帧后，进入接收状态，等待各基站回应信号；

各基站依据通信前分配的所述回应时间，依序向所述副边部分发出回应帧；发送成功后，各基站进入接收状态，等待所述副边部分发出终止信号；

所述副边部分接收完各基站回应帧后，将各关键帧时间戳打包形成终止帧，以广播方式发送给相应的基站；各基站在接收标签终止帧后，解析帧包中的有效数据，获取副边部分与各基站之间的有效距离。

第二步：根据所述获取副边部分与各基站之间的有效距离，确定副边部分的在所述原边部分坐标系上的位置，具体包括：

以各基站坐标为圆心，所述副边部分与各基站之间的有效距离为半径，确定三个圆；利用所述确定三个圆的交点，确定副边部分的在所述原边部分坐标系上的位置。如图4所示，从理论基础上，确定副边部分的在所述原边部分坐标系上的位置，由于副边部分与三个基站A₀、A₁、A₂之间的距离r₀、r₁、r₂以及任意两个基站之间的距离L₀、L₁、L₂均为已知，从而可以确定出副边部分在所述原边部分坐标系上的位置。

另外，从实际操作过程上确定电动汽车的停车位置，其具体实施方案为：以原边部分的三个基站A₀、A₁、A₂中的A₀基站作为通信基站，A₀上的UWB模块与原边部分中的还包括的原边控制器通过SPI进行通讯；A₀接收到副边部分与三个基站A₀、A₁、A₂之间的距离r₀、r₁、r₂，并将距离值通过SPI通讯传递到原边控制器中；由于任意两个基站之间的距离L₀、L₁、L₂是确定且已知的，充电位置区域也是确定且已知的，原边控制器通过副边部分与三个基站A₀、A₁、A₂之间的距离r₀、r₁、r₂以及任意两个基站之间的距离L₀、L₁、L₂，计算确定出副边部分的位置，进而确定电动汽车的停车位置。

步骤103：判断所述副边部分是否处于充电位置区域，具体包括：

设置抗偏移的阈值；所述阈值表示在原边部分坐标系上，所述原边线圈与所述副边部分偏移的最小距离；

根据所述副边部分的在所述原边部分坐标系上的位置，计算所述副边部分与所述原边线圈之间的实际距离；

原边控制器将计算出所述副边部分与所述原边线圈之间的实际距离与所述阈值进行比较，判断所述副边部分是否处于充电位置区域。

步骤104：开始无线充电；具体包括：若计算出所述副边部分与所述原边线圈之间的实际距离小于或者等于所述阈值，则原边控制器将副边部分处于充电位置区域的信息通过SPI通讯传回到通信基站A₀上的UWB模块中并进行广播。

副边部分上的UWB模块与副边控制器通过SPI进行通讯。副边部分接收到通信基站A₀传回的电动汽车处于充电位置区域的信息通过SPI通讯传递到副边控制器中，副边控制器会将停车位置正确的信息通过总线传递到整车控制器中，然后通过整车控制器将停车正确的信息显示在电动汽车驾驶室的显示屏上，提示驾驶员可以开始无线充电。

步骤105：将所述副边部分调整至充电位置区域，具体包括：

若所述实际距离大于所述阈值，则所述副边部分不处于充电位置区域，计算所述副边部分所需调整的距离，即计算电动汽车距离充电位置区域需要调整的距离，然后原边控制器将电动汽车不处于充电位置区域和需要调整的距离通过SPI通讯传回到通信基站A₀上的UWB模块中并进行广播

副边部分上的UWB模块与副边控制器通过SPI进行通讯。副边部分接收到通信基站A₀传回的电动汽车不处于充电位置区域的信息和需要调整的距离，并通过SPI通讯传递到副边控制器中，副边控制器会将停车位置错误的信息和需要调整的距离通过总线传递到整车控制器中，并通过整车控制器将停车位置错误的信息和需要调整的距离传递并显示在电动汽车驾驶室的显示屏上，提示驾驶员调整停车位置。

本实施例通过建立原边部分坐标系，然后确定副边部分在原边部分坐标系上的位置，并判断所述副边部分是否处于充电位置区域，若是，则开始无线充电；若否，则调整所述副边部分，实现了准确定位副边部分位置，进而准确定位电动汽车的位置，并根据计算出所需要调整副边部分的距离，手动调整电动汽车的位置，使电动汽车能够停在充电位置区域进行充电，提高无线充电装置的充电能力与效率。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上进行改进的。以原边部分的三个基站A₀、A₁、A₂中的A₀基站作为通信基站，A₀上的UWB模块与原边控制器通过SPI进行通讯。A₀接收到副边部分与三个基站A₀、A₁、A₂之间的距离r₀、r₁、r₂，并将距离值通过SPI通讯传递到原边控制器中，由于任意两个基站之间的距离L₀、L₁、L₂是确定且已知的，理想的停车充电位置区域也是确定且已知的，原边控制器通过副边部分与三个基站A₀、A₁、A₂之间的距离r₀、r₁、r₂以及任意两个基站之间的距离L₀、L₁、L₂，计算出副边部分的位置，进而确定电动汽车停车位置，根据确定电动汽车停车位置，判断是否处于充电位置区域区间内并计算电动汽车距离充电位置区域需要调整的距离。原边控制器将判定的结果和需要调整的距离通过SPI通讯传回到通信基站A₀上的UWB模块中并进行广播。副边部分上的UWB模块与副边控制器通过SPI进行通讯。副边部分接收到通信基站A₀传回的停车位置正确与否的判断信息和需要调整的距离，并通过SPI通讯传递到副边控制器中。

如果电动汽车不处于充电位置区域，则副边控制器会将停车位置错误的信息和需要调整的距离通过总线传递到整车控制器中，整车控制器调整的参数，自动泊车。

如果电动汽车处于充电位置区域，副边控制器会将停车位置正确的信息通过总线传递到整车控制器中，并开始进行无线充电。

本实施例通过建立原边部分坐标系，然后确定副边部分在原边部分坐标系上的位置，并判断所述副边部分是否处于充电位置区域，若是，则开始无线充电；若否，则调整副边部分，自动调整至副边部分处于充电位置区域，实现准确定位副边部分位置，进而准确定位电动汽车的位置，并根据计算出所需要调整副边部分的距离，进而实现了自动调整电动汽车的位置，使电动汽车能够停在充电位置区域进行充电，提高无线充电装置的充电能力与效率。

另外，针对本发明，需要说明一点是为了保证充电的安全，只有当原边控制器和副边控制器都接收到电动汽车处于充电位置区域的信息时，电动汽车才会开始进行无线充电。若任一控制器未接收到信息或接收到电动汽车不处于充电位置区域的信息，则不会进行无线充电工作。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。