一种基于无线充电系统的智能定位装置及方法与流程

本发明涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种基于无线充电系统的智能定位装置及方法。

背景技术：

目前，随着十三五规划支持战略性新兴产业发展和新能源汽车国家补贴政策的实施，电动汽车产业蓬勃发展，其中，充电技术是电动汽车发展的关键技术之一，电动汽车充电分为接触式充电和无线充电，无线充电方案是将发射线圈埋入地下，不占据地上空间且无外漏接口，具有运行安全、便捷灵活、维护成本低、建设占地少、用户体验好等优点，收到了越来越多的关注。

在电动汽车无线充电系统中，耦合线圈是实现电能与场能相互转化的元件，发射线圈通常固定于地面，接收线圈安装在电动汽车底盘下方，相距约10cm-15cm，耦合线圈的相对垂直距离和横向偏移都会直接影响充电的性能和效率，尤其是横向偏移，目前电动汽车充电过程中的停靠定位，是由人工驾驶凭肉眼观察来完成，致使定位过程时间长、精度差。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出一种基于无线充电系统的智能定位装置及方法，能够通过视觉摄像头和视觉特征图板计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位，实现了电动汽车无线充电系统的准确定位。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于无线充电系统的智能定位装置，所述无线充电系统包括设置于电动汽车端的接收线圈和设置于充电端的发射线圈，所述智能定位装置包括：视觉摄像头和视觉特征图板，所述视觉摄像头固定在所述接收线圈的中心位置且方向朝下，所述视觉特征图板贴附于所述发射线圈的上表面，所述视觉特征图板上设置有特征图样，当电动汽车进入智能定位模式时，通过视觉摄像头采集所述接收线圈的中心位置正下方预设范围内的特征图样，根据采集到的特征图样计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位。

可选地，所述特征图样为中心放射状条纹，所述特征图样的中心与所述发射线圈的中心位置重合。

可选地，所述根据采集到的特征图样计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位包括：

从所述采集到的特征图样中提取任意两条直线段，进行求交运算得到所述两条直线段的交点，所述交点即为所述发射线圈的中心；

获取所述接收线圈的中心在所述采集到的特征图样中的投影位置；

根据所述投影位置和所述交点计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，所述定位偏差包括距离偏差和方向偏差；

判断所述定位偏差是否在预设的误差范围内，若是，则定位成功，否则，根据所述定位偏差控制电动汽车的角速度与线速度，对电动汽车进行定位偏差矫正。

可选地，所述根据所述投影位置和所述交点计算发射线圈和接收线圈的定位偏差包括：

建立图像坐标系，所述图像坐标系的原点为发射线圈的中心，所述图像坐标系的X轴为电动汽车正前方，所述图像坐标系的Z轴向上，所述图像坐标系的Y轴方向满足右手螺旋法则；

获取投影位置和交点在所述图像坐标系中的坐标，计算投影位置和交点之间的直线距离，也即距离偏差；计算投影位置和交点之间的连线与X轴之间的角度，也即方向偏差。

可选地，所述智能定位装置还包括：LED灯珠，所述LED灯珠设置于所述视觉摄像头的周围，用于增强视场亮度。

作为本发明的另一个方面，提供的一种基于无线充电系统的智能定位方法，所述无线充电系统包括设置于电动汽车端的接收线圈和设置于充电端的发射线圈，所述方法包括：

在所述接收线圈的中心位置设置视觉摄像头，所述视觉摄像头的方向朝下；在所述发射线圈的上表面设置视觉特征图板，所述视觉特征图板上设置有特征图样；

当电动汽车进入智能定位模式时，通过视觉摄像头采集所述接收线圈的中心位置正下方预设范围内的特征图样；

根据采集到的特征图样计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位。

可选地，所述特征图样为中心放射状条纹，所述特征图样的中心与所述发射线圈的中心位置重合。

可选地，所述根据采集到的特征图样计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位包括：

从所述采集到的特征图样中提取任意两条直线段，进行求交运算得到所述两条直线段的交点，所述交点即为所述发射线圈的中心；

获取所述接收线圈的中心在所述采集到的特征图样中的投影位置；

根据所述投影位置和所述交点计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，所述定位偏差包括距离偏差和方向偏差；

判断所述定位偏差是否在预设的误差范围内，若是，则定位成功，否则，根据所述定位偏差控制电动汽车的角速度与线速度，对电动汽车进行定位偏差矫正。

可选地，所述根据所述投影位置和所述交点计算发射线圈和接收线圈的定位偏差包括：

建立图像坐标系，所述图像坐标系的原点为发射线圈的中心，所述图像坐标系的X轴为电动汽车正前方，所述图像坐标系的Z轴向上，所述图像坐标系的Y轴方向满足右手螺旋法则；

获取投影位置和交点在所述图像坐标系中的坐标，计算投影位置和交点之间的直线距离，也即距离偏差；计算投影位置和交点之间的连线与X轴之间的角度，也即方向偏差。

可选地，所述智能定位装置还包括：LED灯珠，所述LED灯珠设置于所述视觉摄像头的周围，用于增强视场亮度。

本发明提出的一种基于无线充电系统的智能定位装置及方法，所述无线充电系统包括设置于电动汽车端的接收线圈和设置于充电端的发射线圈，所述智能定位装置包括：视觉摄像头和视觉特征图板，所述视觉摄像头固定在所述接收线圈的中心位置且方向朝下，所述视觉特征图板贴附于所述发射线圈的上表面，所述视觉特征图板上设置有特征图样，当电动汽车进入智能定位模式时，通过视觉摄像头采集所述接收线圈的中心位置正下方预设范围内的特征图样，根据采集到的特征图样计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位，，能够通过视觉摄像头和视觉特征图板计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位，实现了电动汽车无线充电系统的准确定位。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于无线充电系统的智能定位装置中视觉摄像头的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种基于无线充电系统的智能定位装置中视觉特征图板的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的定位偏差算法示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种基于无线充电系统的智能定位方法流程图；

图5为本发明实施例二提供的另一种基于无线充电系统的智能定位方法流程图。

其中，附图标记为：1-视觉摄像头，2-LED灯珠，3-视觉特征图板，4-特征图样，5-接收线圈，6-发射线圈。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。

实施例一

如图1及图2所示，在本实施例中，一种基于无线充电系统的智能定位装置，所述无线充电系统包括设置于电动汽车端的接收线圈5和设置于充电端的发射线圈6，所述智能定位装置包括：视觉摄像头1和视觉特征图板3，所述视觉摄像头固定在所述接收线圈的中心位置且方向朝下，所述视觉特征图板贴附于所述发射线圈的上表面，所述视觉特征图板上设置有特征图样4，当电动汽车进入智能定位模式时，通过视觉摄像头采集所述接收线圈的中心位置正下方预设范围内的特征图样，根据采集到的特征图样计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位。

在本实施例中，能够通过视觉摄像头和视觉特征图板计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位，实现了电动汽车无线充电系统的准确定位。

在本实施例中，电动汽车的无线充电系统包括电动汽车端和充电端，充电端主要包括发射线圈，发射线圈一般设置在充电桩附近的地面上，电动汽车的底盘下方设置有接收线圈，二者形成耦合线圈进行充电，电动汽车在导航模式下，按照规划路径行驶至目标充电座。由于导航精度受限，发射线圈与接收线圈一般不能精确对准，此时导航系统进入智能定位模式，本案中的视觉摄像头和视觉特征图板分别设置于接收线圈和发射线圈上，为了便于理解，分别以图1及图2来表示，在充电时，接收线圈和发射线圈在竖直方向上完全对齐时，充电效率最高，本案就是通过调整接收线圈的中心和发射线圈的中心之间的距离来进行定位。

如图1所示，在本实施例中，所述智能定位装置还包括：LED灯珠2，所述LED灯珠设置于所述视觉摄像头的周围，用于增强视场亮度。

在本实施例中，所述LED灯珠的数量为4个，均匀设置于视觉摄像头的周围。

作为另一种实施例，所述LED灯珠的数量可以根据灯珠功率大小及用户喜好自由调整。

在本实施例中，所述特征图样为中心放射状条纹，所述特征图样的中心与所述发射线圈的中心位置重合，所有特征图样中的任意两条直线段的交点都位于特征图样的中心。

如图2所示，在本实施例中，所述特征图样的外围为圆形，在圆形的内部包括若干条等分线段，所有等分线段的所在的直线皆相交于特征图样的中心，为了便于将特征图样划分的更详细，将特征图样上的若干条等分线段按照距离特征图样中心的距离分为内圆、内环、中环和外环四部分，其中，内圆部分距离特征图样中心的距离最近，包括4条从特征图样中心向外延伸的等分线段，将内圆等分成4份；内环部分紧邻所述内圆部分，包括24条等分线段，将内环等分成24份，所述24条等分线段的两端分别从内圆的外边缘连接到内环的外边缘；中环部分紧邻所述内环部分，包括36条等分线段，将中环等分成36份，所述36条等分线段的两端分别从内环的外边缘连接到中环的外边缘；外环部分紧邻所述中环部分，包括72条等分线段，将外环等分成72份，所述72条等分线段的两端分别从中环的外边缘连接到外环的外边缘。

作为另一种实施例，还可以对特征图样进行更详细的划分，以便于更准确地进行定位。

在本实施例中，所述根据采集到的特征图样计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位包括：

从所述采集到的特征图样中提取任意两条直线段，进行求交运算得到所述两条直线段的交点，所述交点即为所述发射线圈的中心；

获取所述接收线圈的中心在所述采集到的特征图样中的投影位置；

根据所述投影位置和所述交点计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，所述定位偏差包括距离偏差和方向偏差；

判断所述定位偏差是否在预设的误差范围内，若是，则定位成功，否则，根据所述定位偏差控制电动汽车的角速度与线速度，对电动汽车进行定位偏差矫正。

在本实施例中，所述根据所述投影位置和所述交点计算发射线圈和接收线圈的定位偏差包括：

建立图像坐标系，所述图像坐标系的原点为发射线圈的中心，所述图像坐标系的X轴为电动汽车正前方，所述图像坐标系的Z轴向上，所述图像坐标系的Y轴方向满足右手螺旋法则；

获取投影位置和交点在所述图像坐标系中的坐标，计算投影位置和交点之间的直线距离，也即距离偏差；计算投影位置和交点之间的连线与X轴之间的角度，也即方向偏差。

在本实施例中，由于视觉摄像头视野的局限性或出于采样方便的原因，视觉摄像头只采集其正下方预设范围内的特征图样，如图3所示，视觉摄像头采集时的采集图像如图中矩形框内所标示，只包含l1和l2两条线段，而矩形框的中点Oc即为接收线圈的中心，根据这两条线段的交点即可获取发射线圈的中心Od，Oc和Od之间的距离d即为接收线圈的中心与发射线圈的中心连线在水平面上的投影，依此距离d就可以精确计算接收线圈的中心与发射线圈的中心之间的距离，再计算接收线圈的中心与发射线圈的中心连线与X轴之间的角度α即可获得方向偏差。

作为另一种实施例，所述视觉特征图板由发射线圈表面来代替，也即将所述特征图像直接刻画在发射线圈的表面，也可以实现本方案。

实施例二

如图4所示，在本实施例中，一种基于无线充电系统的智能定位方法，所述无线充电系统包括设置于电动汽车端的接收线圈和设置于充电端的发射线圈，所述方法包括：

S10、在所述接收线圈的中心位置设置视觉摄像头，所述视觉摄像头的方向朝下；在所述发射线圈的上表面设置视觉特征图板，所述视觉特征图板上设置有特征图样；

S20、当电动汽车进入智能定位模式时，通过视觉摄像头采集所述接收线圈的中心位置正下方预设范围内的特征图样；

S30、根据采集到的特征图样计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位。

在本实施例中，能够通过视觉摄像头和视觉特征图板计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，并根据所述定位偏差对电动汽车进行智能定位，实现了电动汽车无线充电系统的准确定位。

在本实施例中，所述智能定位装置还包括：LED灯珠，所述LED灯珠设置于所述视觉摄像头的周围，用于增强视场亮度。

在本实施例中，所述LED灯珠的数量为4个，均匀设置于视觉摄像头的周围。

作为另一种实施例，所述LED灯珠的数量可以根据灯珠功率大小及用户喜好自由调整。

在本实施例中，所述特征图样为中心放射状条纹，所述特征图样的中心与所述发射线圈的中心位置重合，所有特征图样中的任意两条直线段的交点都位于特征图样的中心。

如图2所示，在本实施例中，所述特征图样的外围为圆形，在圆形的内部包括若干条等分线段，所有等分线段的所在的直线皆相交于特征图样的中心，为了便于将特征图样划分的更详细，将特征图样上的若干条等分线段按照距离特征图样中心的距离分为内圆、内环、中环和外环四部分，其中，内圆部分距离特征图样中心的距离最近，包括4条从特征图样中心向外延伸的等分线段，将内圆等分成4份；内环部分紧邻所述内圆部分，包括24条等分线段，将内环等分成24份，所述24条等分线段的两端分别从内圆的外边缘连接到内环的外边缘；中环部分紧邻所述内环部分，包括36条等分线段，将中环等分成36份，所述36条等分线段的两端分别从内环的外边缘连接到中环的外边缘；外环部分紧邻所述中环部分，包括72条等分线段，将外环等分成72份，所述72条等分线段的两端分别从中环的外边缘连接到外环的外边缘。

作为另一种实施例，还可以对特征图样进行更详细的划分，以便于更准确地进行定位。

如图5所示，在本实施例中，所述步骤S30包括：

S31、从所述采集到的特征图样中提取任意两条直线段，进行求交运算得到所述两条直线段的交点，所述交点即为所述发射线圈的中心；

S32、获取所述接收线圈的中心在所述采集到的特征图样中的投影位置；

S33、根据所述投影位置和所述交点计算发射线圈和接收线圈的定位偏差，所述定位偏差包括距离偏差和方向偏差；

S34、判断所述定位偏差是否在预设的误差范围内，若是，则进入步骤S341、定位成功，否则，进入步骤S35、根据所述定位偏差控制电动汽车的角速度与线速度，对电动汽车进行定位偏差矫正。

在本实施例中，所述定位偏差矫正为周期性矫正，当第一个矫正周期完成后，得到的定位偏差依然没有在预设的误差范围内，可再次进行第二次矫正，循环往复，直至准确定位成功。

在本实施例中，所述根据所述投影位置和所述交点计算发射线圈和接收线圈的定位偏差包括：

建立图像坐标系，所述图像坐标系的原点为发射线圈的中心，所述图像坐标系的X轴为电动汽车正前方，所述图像坐标系的Z轴向上，所述图像坐标系的Y轴方向满足右手螺旋法则；

获取投影位置和交点在所述图像坐标系中的坐标，计算投影位置和交点之间的直线距离，也即距离偏差；计算投影位置和交点之间的连线与X轴之间的角度，也即方向偏差。

在本实施例中，由于视觉摄像头视野的局限性或出于采样方便的原因，视觉摄像头只采集其正下方预设范围内的特征图样，如图3所示，视觉摄像头采集时的采集图像如图中矩形框内所标示，只包含l1和l2两条线段，而矩形框的中点Oc即为接收线圈的中心，根据这两条线段的交点即可获取发射线圈的中心Od，Oc和Od之间的距离d即为接收线圈的中心与发射线圈的中心连线在水平面上的投影，依此距离d就可以精确计算接收线圈的中心与发射线圈的中心之间的距离，再计算接收线圈的中心与发射线圈的中心连线与X轴之间的角度α即可获得方向偏差。

作为另一种实施例，所述视觉特征图板由发射线圈表面来代替，也即将所述特征图像直接刻画在发射线圈的表面，也可以实现本方案。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。