本发明涉及电动汽车充电管理技术领域，涉及一种电动汽车无线充电的自适应系统及方法。
背景技术
目前，随着经济的发展，环境问题日益严重，全球变暖，我国大部分地区雾霾严重，日常生活环境恶化，因此促进经济发展方式转变，建设源节约型、环境友好型社会，获得可持续发展动力，我国政府正在大力加强节能减排工作；环保问题是广大民众关注的焦点，其中电动汽车的推广与运用成为减低污染排放、绿色出行的焦点，也是政府重点发展的方向；代表更环保理念的新能源汽车发展迅速，特别是依赖电池的电动汽车更是目前新能源汽车的主流方案；
但是，目前电动汽车的推广情况不容乐观，目前电池技术无法实现较大突破，由此带来的例如电池膨胀、高重量、高成本、长时间的充电周期、续航里程短等不利因素；需要重点提出的是，电动汽车配套的基础设施特别是充电桩的缺乏、以及充电站建设的滞后，致使消费者对电动汽车的购买使用存在里程焦虑；为了解决快速充电问题，充电桩的输出电流越来越大，充电线缆相应也加粗，操作充电设施对使用者来说难度相应提高；
为了解决用户的续航焦虑，便于更好的推广电动汽车，各个汽车厂商除了增加电池容量，还有更重要的方面是提高充电效率，提高充电电压，增大充电电流，缩短充电过程；而无线充电技术可以最终解决电池问题，可避免上述不利因素；
近几十年来，电动汽车的无线充电技术得到了广泛研究；现有技术中电动汽车的无线充电方式为将车停在无线充电发射端，与安装于电动汽车的接收端进行充电，由于发射端和接收端存在一定间隙，导致能量传输效率远低于其他充电方式；同时，电动汽车在行进的过程中进行无线充电也存在间隙问题，传输效率低；在充电站充了电续航时间较短。
鉴于此，为解决现有技术缺陷，提供一种电动汽车无线充电的自适应系统方法成为本领域亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种电动汽车无线充电的自适应系统方法，充电效率高，且保证了电动汽车续航时间。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种电动汽车无线充电的自适应系统，其不同之处在于，其包括：
发射单元，所述发射单元设于地面，用于发射电力；
接收单元，所述接收单元用于接收电力并测量接收功率强度值和其距发射单元的高度值；
位置调整单元，所述位置调整单元一端连接于汽车，另一端安装有所述接收单元，用于调整接收单元和发射单元的相对位置；
极值运算单元，所述极值运算单元根据接收单元的接收功率强度值和接收单元距发射单元的高度值来获得接收单元的期望位置；
逆向运动单元，所述逆向运动单元用于将接收单元的期望位置转换成位置调整单元的期望位置参数；
驱动单元，所述驱动单元根据位置调整单元的期望位置参数驱动位置调整单元运动从而使接收单元调整到期望位置。
按以上方案，所述发射单元为位于停车场车位下方或设于道路上的发射线圈。
按以上方案，所述接收单元包括设于汽车底部用于测量接收功率强度值的接收线圈和设于接收线圈底部用于测量接收线圈距发射线圈高度值的传感器。
按以上方案，所述位置调整单元为一端连接于汽车底部且另一端连接于接收线圈顶部的机械臂；所述机械臂具有立体的三个可调自由度，具体表示为：所述机械臂绕轴线z可旋转、绕轴线x可旋转，所述机械臂的长度可伸缩；所述接收线圈的期望位置表示为(x,y,z)，机械臂的期望位置参数表示为(θ1,θ2,l)，逆向运动单元中将期望位置转换成期望位置参数的公式为：
θ1＝f1(x,y,z)＝tan-1(y,x)；
θ2＝f2(x,y,z)＝tan-1(xcosθ1+ysinθ1,z)；
l＝f3(x,y,z)＝sinθ2(xcosθ1+ysinθ1)+zcosθ2；
其中，θ1为绕轴线z的旋转角度，θ2为绕轴线x的旋转角度，l为机械臂完成伸缩后的长度。
按以上方案，所述极值运算单元中设有低通滤波器和用于滤除低频干扰噪声的高通滤波器。
一种电动汽车无线充电的自适应方法，其不同之处在于，所述方法包括如下步骤：
步骤a：测量接收单元的接收功率强度值和其距发射单元的高度值；
步骤b：将接收单元移动到期望位置；
步骤c：测量移动后接收单元的接收功率强度值和其距发射单元的高度值，判断移动后接收单元的接收功率强度值相比于移动前接收单元的接收功率强度值，其增加的接收功率强度值是否超过预设限值，若超过，则跳转回步骤b，若不超过，则执行步骤d；
步骤d：接收单元接收发射单元发射的电力实现接收单元与发射单元的电力传输。
按以上方案，所述步骤a具体为：接收单元中的接收线圈测量接收功率强度值，根据接收功率强度值估算发射单元的位置；设于接收线圈底部的传感器测量接收单元距发射单元的高度值。
按以上方案，所述步骤b的具体步骤为：
步骤b1：将接收单元的接收功率强度值和其距发射单元的高度值发送至极值运算单元计算得出接收单元接收功率强度值增加的期望位置；
步骤b2：通过逆向运动单元将接收单元的期望位置转换成位置调整单元的期望位置参数；步骤b3：驱动单元根据位置调整单元的期望位置参数驱动位置调整单元移动从而使接收单元移动。
按以上方案，所述步骤b1具体步骤为：首先，接收单元测量的接收功率被发送到高通滤波器，高通滤波器滤除低频干扰噪声并输出信号；然后，信号经本地载波解调并经过低通滤波器输出接收单元的期望位置。
按以上方案，所述预设限值为电动汽车充电需求功率的3％～5％。
由上述方案，本发明的有益特点为：本发明将配备有多个传感器的自适应机械臂被安装在车辆的起落架上，该起落架通过机械臂承载着接收线圈；在其运行过程中实时通过功率及方位信息反馈接收线圈运行轨迹，将接收线圈准确对应发射线圈正上方，同时调节两者之间空间距离，使得无线充电效率达到最大化，同时解决了电磁干扰的问题，使得电能传输效率大幅提高，充电时间显著减少；同时，在车辆运行在具备无线充电道路时，电动车辆在行驶过程中通过无线方式充电，并且电池可以随之缩小，不需要等待充电的等待时间，也可通过接收到功率信息反馈给车辆，使之沿着最佳前进轨迹，达到最优的充电过程，使电动汽车在行进的过程中持续续航，保证了续航时间。
附图说明
图1为本发明实施例自适应系统的整体结构示意图；
图2为本发明实施例自适应系统中机械臂的结构示意图；
图3为本发明实施例自适应系统的自适应过程图；
图4为本发明实施例自适应系统的安装示意图；
图5为本发明实施例自适应系统与汽车内部器件的连接示意图；
其中：1-发射线圈、2-接收线圈、3-机械臂、4-极值运算单元、5-逆向运动单元、6-驱动单元、7-地面。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参考图1至图5，本发明为一种电动汽车无线充电的自适应系统及方法，所述自适应系统特征在于，该系统包括：发射单元、接收单元、位置调整单元、极值运算单元4、逆向运动单元5和驱动单元6，所述发射单元设于地面7用于发射电力，所述接收单元用于接收电力并测量接收功率强度值和其距发射单元的高度值，所述位置调整单元连一端连接于汽车，另一端安装有所述接收单元用于调整接收单元和发射单元的相对位置，使接收单元到达接收功率增加的期望位置，所述极值运算单元根据接收单元的接收功率强度值和接收单元距发射单元的高度值来获得接收单元的期望位置，所述逆向运动单元用于将接收单元的期望位置转换成位置调整单元的期望位置参数，所述驱动单元根据位置调整单元的期望位置参数驱动位置调整单元运动从而使接收单元调整到期望位置。
所述发射单元为发射线圈1，当车辆停放在配有无线充电系统的停车场时，会进行固定充电，所述发射线圈1位于停车场车位下方或设于道路上，发射线圈1埋于地面7沥青或安装于地面7上，一般情况下，停车场充电系统仅提供位于车位下方的发射线圈1；发射线圈1也可能设于具备无线充电覆盖的道路上。
所述接收单元包括设于汽车底部用于测量接收功率强度值的接收线圈2和设于接收线圈2底部用于测量接收线圈2距发射线圈1高度值的传感器；假设汽车停在电力发送器上，并不知道电力发送器也就是发射线圈1在何处，此时需要接收线圈2来测量接收功率来估计发射线圈1的位置，同时，所述传感器为超声波传感器，放置于接受线圈底部的多个超声波传感器测量接收线圈2距发射线圈1的高度，在发明实施例中，发射线圈1埋于地面7沥青，因此，传感器测量的是接收线圈2距发射线圈1的高度值。
所述位置调整单元为一端安装于汽车底部且另一端连接于接收线圈2顶部的机械臂3，所述接收线圈2设于机械臂3末端，机械臂3用于调整接收线圈2与发射线圈1相对位置，机械臂3具有立体的可调自由度来实现接收线圈2与发射线圈1相对位置的调整，可调自由度为三个，具体表示为：机械臂3绕轴线z可旋转、绕轴线x可旋转，所述机械臂3的长度可伸缩。
所述接收单元通过机械臂3安装于汽车的起落架上。
极值运算单元4、逆向运动单元5、驱动单元6三者配合控制机械臂3移动从而定位接收线圈2到接收功率增加的期望位置，调整机械臂3使机械臂3上的接收线圈2准确对应发射线圈1正上方，同时调节接收线圈2与发射线圈1两者之间的距离，使机械臂3达到最佳能量传输效率的最佳姿态；
本发明实施例中接收线圈的期望位置为贴合于发射线圈正上方的位置；在本发明实施例中自适应系统的自适应方法步骤为：
步骤a：测量接收单元的接收功率强度值和其距发射单元的高度值，其具体步骤为：接收单元中的接收线圈2测量接收功率强度值，根据接收功率强度值估算发射线圈1的位置；设于接收线圈2底部的传感器测量接收线圈2距发射线圈1的高度值；
步骤b：将接收单元调整到期望位置；其具体步骤为：
步骤b1：将接收单元的接收功率强度值和其距发射单元的高度值发送至极值运算单元计算得出接收单元接收功率强度值增加的期望位置；
步骤b2：通过逆向运动单元将接收单元的期望位置转换成位置调整单元的期望位置参数；步骤b3：驱动单元根据位置调整单元的期望位置参数驱动位置调整单元移动从而使接收单元移动。
步骤c：测量移动后接收单元的接收功率强度值和其距发射单元的高度值，判断移动后接收单元的接收功率强度值相比于移动前接收单元的接收功率强度值，其增加的接收功率强度值是否超过预设限值，若超过，则跳转回步骤b，若不超过，则执行步骤d；
步骤d：接收单元接收发射单元发射的电力实现接收单元与发射单元的电力传输。
当系统启动时，接收线圈2及其超声波传感器，可以探测到接收线圈2距发射线圈1的高度值、接收功率和发射线圈1的位置，在接收功率强度值和接收线圈2距发射线圈1的高度值被发送到极值运算单元4后，极值运算单元4得出接收线圈2的具体移动轨迹以使接收功率增加，极值运算单元4的输出位置是接收线圈2中心位于当前位置附近的新的并且接收功率增加的期望位置，此时则需要将期望位置参数转化成配合于机械臂3的期望位置参数，由于机械臂3具有三个自由度，因此期望位置在逆向运动单元5中被转换为两个期望角度和一个期望长度，驱动单元6驱动机械臂3实现期望角度和期望长度的调整；当调整到一个新的位置，并且接收功率增加，极值运算单元4再次确定向哪个方向移动以再次增加接收功率，该回路将持续直到接收线圈2的中心落地贴合于发射线圈1，理想情况下接收线圈2处于发射线圈1中心的顶部；
图3示出了自适应系统的自适应过程，测量来自接收线圈2被噪声n(t)污染的接收功率被发送到极值运算单元4中的高通滤波器，滤除了低频干扰噪声，经过高通滤波器的输出信号经本地载波apsin(ωt+β-φp)进行解调，然后将结果发送到低通滤波器中，其输出是对接收功率递增的接收线圈2期望位置的估值，所述接收线圈2的期望位置表示为(x,y,z)，估计的期望位置会使接收功率递增；在逆向运动单元5中将接收线圈2期望位置转换为机械臂3期望位置参数，所述机械臂3的期望位置参数表示为(θ1,θ2,l)，逆向运动单元5中将接收线圈2的期望位置转换成机械臂3的期望位置参数的公式为：
θ1＝f2(x,y,z)＝tan-1(y,x)；
θ2＝f2(x,y,z)＝tan-1(xcosθ1+ysinθ1,z)；
l＝f3(x,y,z)＝sinθ2(xcosθ1+ysinθ1)+zcosθ2；
其中，θ1为绕轴线z的旋转角度(第一期望角度)，θ2为绕轴线x的旋转角度(第二期望角度)，l为机械臂3完成伸缩后的长度(期望长度)；期望位置在逆向运动单元5中被转换成旋转角度θ1、θ2和机械臂3长度l之前，需要使用信号apsin(ωt+β)apsin(ωt+β)进行扰动；
机械臂3的期望位置参数(θ1,θ2,l)转换完成后，发送到驱动单元6以产生两个扭矩τ1和τ2以及朝向l的力f以接近期望位置参数，使得机械臂3被驱动从而使接收线圈2移动到接收线圈2的期望位置，判断移动后接收线圈2的接收功率强度值相比于移动前接收线圈2的接收功率强度值，其增加的接收功率强度值是否超过预设限值，若超过，自适应过程循环运行，若不超过，自适应过程循环停止；接收线圈2的接收功率强度值变化小于预设限值就默认达到最佳状态，所述预设限值为充电需求功率的3％～5％，本发明实施例中，预设限值为充电需求功率的3％；在位置调整过程中，分为两个调整过程，粗调和微调，粗调过程中，有一个粗调限值，本发明实施例中，此粗调限值一般为充电需求功率的80％，达到粗调限值后，说明通过微调可以逼近最佳，上述的预设限值为微调过程中的预设限制，为充电需求功率的3％；位置调整过程中，操纵器将接收线圈2移动到接收功率递增的位置，至此极值寻求循环完成；理想情况下接收线圈2贴合于发射线圈1正上方的位置即接收线圈2的接收功率递增且自适应过程循环完成的位置，接收线圈2贴合于发射线圈1正上方实现发射线圈1和接收线圈2的能量传输；
本发明实施例的自适应系统可实现以下场景：1)在停车场中具备无线充电的停车位进行充电；2)在具备无线充电的道路上行驶时进行充电。
图5示出了本发明实施例自适应系统与汽车内部器件的连接，接收线圈2的控制器控制执行器驱动接收线圈2从发射线圈1接收到电力后，进入电池组，电机获得电池组的电力后转动产生动能带动车辆后轮转动，汽车开始行进；当电池组没电时，接收线圈2对其开始充电；电池组、电机、电机与车轮之间的动能传输均受控制器控制。
本发明实施例的优点为：
1)本发明适用于停车场中具备无线充电的停车位，也适用于具备无线充电的道路，本发明在具备无线充电停车位进行充电时，该自适应系统检测发射线圈1的准确位置，然后通过机械臂3调整承载接收线圈2与发射线圈1相对位置，将接收线圈2定位在发射线圈1上方的正确位置，保证两者准确近距离贴合，使得充电效率大幅提高，接近传统电缆直接充电传输效率，降低用户完成充电等待时间；在具备无线充电覆盖的道路行驶时，该系统可以在车辆行驶状态下充电，不需要等待充电的等待时间，系统会通过感应测算出最优道路行驶轨迹，为驾驶员提供指示最有效驾驶轨迹的信号，提高行驶状态下无线充电传输效率，达到最优的充电过程，提升车辆续航能力；
2)本发明实施例运行过程中实时通过接收功率及方位信息反馈接收线圈2运行轨迹，将接收线圈2准确对应发射线圈1正上方，同时调节两者之间空间距离，也解决了相应的电磁干扰问题，使得无线充电效率达到最大化，充电时间显着减少。
3)本发明实施例促进了电动汽车的普及与推广。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。