本發(fā)明涉及無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于無線電能充電位置區(qū)域的選擇方法。

背景技術(shù)：

非接觸供電是利用磁場耦合實(shí)現(xiàn)“無線供電”，即采用原副邊完全分離的非接觸式變壓器，通過高頻磁場的耦合傳輸電能，使得在能量傳遞過程中原邊(供電側(cè))和副邊(用電側(cè))無物理連接。與傳統(tǒng)的接觸式供電相比，非接觸供電使用方便安全、不易漏電，無火花及觸電危險，無積塵和接觸損耗，無機(jī)械磨損和相應(yīng)的維護(hù)問題，可適應(yīng)多種惡劣天氣和環(huán)境，便于實(shí)現(xiàn)自動供電，具有良好的應(yīng)用前景，目前已被廣泛應(yīng)用于電動汽車充電技術(shù)中。

在現(xiàn)有技術(shù)中，電動汽車上安裝有非接觸式變壓器的副邊線圈，無線充電系統(tǒng)的停車位上安裝有非接觸式變壓器的原邊線圈。當(dāng)電動汽車?？吭谕＼囄簧系念A(yù)設(shè)充電位置區(qū)域時，原邊線圈和副邊線圈組成松耦合變壓器，原邊線圈發(fā)射的高頻磁場能夠通過電磁感應(yīng)或者電磁振動的方式被副邊線圈接收，進(jìn)而被副邊線圈轉(zhuǎn)換為電能，從而實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸，達(dá)到為電動汽車進(jìn)行無線充電的目的。

由于原、副邊是完全分離的非接觸變壓器，且非接觸式變壓器的原邊線圈一般固定在地面上，副邊線圈安裝在電動汽車上，在使用非接觸變壓器進(jìn)行無線充電時，如果原邊與副邊線圈位置偏移過大，會對無線充電的能力與效率造成較大的影響，因此急需提供一種選擇充電位置區(qū)域的方法，準(zhǔn)確定位電動汽車的位置，并調(diào)整其位置，使其能夠停在合適的充電位置區(qū)域進(jìn)行充電。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于無線電能充電位置區(qū)域的選擇方法，通過確定副邊部分在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置，能夠準(zhǔn)確定位電動汽車的停車位置并計算所需要調(diào)整的距離，并通過無線充電裝置，使電動汽車在充電位置區(qū)域上進(jìn)行充電。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于無線電能充電位置區(qū)域的選擇方法，所述選擇方法，包括：

建立原邊部分坐標(biāo)系；所述原邊部分坐標(biāo)系表示固定在地面上原邊部分中各組分的的位置關(guān)系；所述原邊部分包括：非接觸式變壓器的原邊線圈和三個基站；

確定副邊部分在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置；所述副邊部分表示固定在電動汽車上的副邊部分；所述副邊部分包括：非接觸式變壓器的副邊線圈和無線載波通訊模塊；

判斷所述副邊部分是否處于充電位置區(qū)域；

若是，則開始無線充電；

若否，則將所述副邊部分調(diào)整至充電位置區(qū)域。

可選的，所述建立原邊部分坐標(biāo)系，具體包括：

在已知任意兩個基站之間的距離和原邊線圈位于三個基站中心位置的基礎(chǔ)上，以任意一個基站為原點(diǎn)，建立原邊部分坐標(biāo)系；其中，所述三個基站為A₀、A₁、A₂；所述基站A₀、A₁、A₂各自包括一個無線載波通訊模塊；所述基站A₀、A₁之間的距離為L₀，所述基站A₁、A₂之間的距離為L₁，所述基站A₀、A₂之間的距離為L₂。

可選的，所述確定副邊部分的在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置，具體包括：

獲取副邊部分與各基站之間的有效距離；

根據(jù)所述有效距離，確定副邊部分的在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置。

可選的，所述獲取副邊部分與各基站之間的有效距離，包括：

設(shè)置所述副邊部分和所述各基站中的無線載波通訊模塊信號發(fā)射頻率；

根據(jù)所述無線載波通訊模塊信號發(fā)射頻率，獲取信號的飛行時間；

將所述飛行時間乘以信號傳播速率，進(jìn)而依次獲取副邊部分與各基站之間的有效距離。

可選的，所述獲取副邊部分與各基站之間的有效距離，進(jìn)一步包括：

設(shè)置副邊部分上的無線載波通訊模塊信號發(fā)射方式為廣播方式；所述副邊部分上的無線載波通訊模塊向各基站分配時間節(jié)點(diǎn)，設(shè)置各基站的回應(yīng)時間，并各基站接收廣播幀后，重新進(jìn)入接收狀態(tài)，等待所述副邊部分上的無線載波通訊模塊發(fā)送請求幀；

所述副邊部分上的無線載波通訊模塊發(fā)送請求幀后，進(jìn)入接收狀態(tài)，等待各基站回應(yīng)信號；

各基站依據(jù)通信前分配的所述回應(yīng)時間，依序向所述副邊部分發(fā)出回應(yīng)幀；發(fā)送成功后，各基站進(jìn)入接收狀態(tài)，等待所述副邊部分發(fā)出終止信號；

所述副邊部分接收完各基站回應(yīng)幀后，將各關(guān)鍵幀時間戳打包形成終止幀，以廣播方式發(fā)送給相應(yīng)的基站；各基站在接收標(biāo)簽終止幀后，解析幀包中的有效數(shù)據(jù)，獲取副邊部分與各基站之間的有效距離。

可選的，所述確定副邊部分的在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置，具體包括：

以各基站坐標(biāo)為圓心，所述副邊部分與各基站之間的有效距離為半徑，確定三個圓；

利用所述確定三個圓的交點(diǎn)，確定副邊部分的在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置。

可選的，判斷所述副邊部分是否處于充電位置區(qū)域，具體包括：

設(shè)置抗偏移的閾值；所述閾值表示在原邊部分坐標(biāo)系上，所述原邊線圈與所述副邊部分偏移的最小距離；

根據(jù)所述副邊部分的在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置，計算所述副邊部分與所述原邊線圈之間的實(shí)際距離；

比較所述閾值和所述實(shí)際距離，判斷所述副邊部分是否處于充電位置區(qū)域。

可選的，所述開始無線充電，具體包括：

若所述實(shí)際距離小于或者等于所述閾值，則所述副邊部分處于充電位置區(qū)域，開始無線充電。

可選的，所述調(diào)整所述副邊部分，具體包括：

若所述實(shí)際距離大于所述閾值，則所述副邊部分不處于充電位置區(qū)域，計算所述副邊部分所需調(diào)整的距離；

根據(jù)所述距離，將所述副邊部分調(diào)整至充電位置區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明提供了一種基于無線電能充電位置區(qū)域的選擇方法，首先建立原邊部分坐標(biāo)系，然后確定副邊部分在原邊部分坐標(biāo)系上的位置，并判斷所述副邊部分是否處于充電位置區(qū)域，若是，則開始無線充電；若否，則調(diào)整副邊部分，直至將所述副邊部分調(diào)整至充電位置區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確定位副邊部分位置，進(jìn)而準(zhǔn)確定位電動汽車的位置；并根據(jù)計算出所需要調(diào)整副邊部分的距離，調(diào)整電動汽車的位置，使電動汽車能夠停在充電位置區(qū)域進(jìn)行充電，提高無線充電裝置的充電能力與效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于無線電能充電位置區(qū)域的選擇方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的原邊部分各組分的位置關(guān)系圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的標(biāo)簽與單個基站之間的測量有效距離示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的確定副邊部分位置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種基于無線電能充電位置區(qū)域的選擇方法，通過確定副邊部分在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置，能夠準(zhǔn)確定位電動汽車的停車位置并計算所需要調(diào)整的距離，并通過無線充電裝置，使電動汽車在充電位置區(qū)域上進(jìn)行充電。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一

首先，本發(fā)明采用非接觸式變壓器裝置為電動汽車進(jìn)行無線充電，在進(jìn)行無線充電之前，先要定位電動汽車的停車位置，然后調(diào)整電動汽車的停車位置，使其停在充電位置區(qū)域，而目前的無線定位技術(shù)有很多，包括WIFI、RFID、超聲波和藍(lán)牙等，各種定位技術(shù)特點(diǎn)如表1所示。從表1中看出，大多數(shù)定位裝置其定位實(shí)現(xiàn)均存在一個共性問題——定位精度是米級水平，而電動汽車所用的非接觸式變壓器的定位一般精度需要控制在厘米級。正是這一問題的存在，限制了無線定位技術(shù)在非接觸式變壓器的定位中的應(yīng)用。

表1無線定位技術(shù)特點(diǎn)

從表1得出UWB(無線載波通訊)技術(shù)的定位精度控制在厘米級，所述本發(fā)明采用了UWB模塊。另外，UWB技術(shù)是一種利用亞納秒級超窄脈沖的無載波通信技術(shù)。相對于其他定位技術(shù)，技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

(1)通信距離遠(yuǎn)，能實(shí)現(xiàn)百米范圍內(nèi)有效通信，滿足室內(nèi)定位需要

(2)高數(shù)據(jù)傳輸速率，10米范圍內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到百M(fèi)bit/s，甚至到達(dá)Gbit/s

(3)抗干擾能力強(qiáng)，多徑分辨能力強(qiáng)

(4)功耗小，發(fā)射功率在級別

(5)時間分辨率高，時間區(qū)分度在亞納秒級別

且UWB定位技術(shù)在理論上可以將誤差控制在cm級別，實(shí)際應(yīng)用中能控制誤差在10cm。相對于其他定位技術(shù)，使用UWB技術(shù)進(jìn)行定位可以獲得更高的定位精度和定位穩(wěn)定性，因此，在本發(fā)明中，原邊部分和副邊部分都設(shè)置UWB模塊

圖1為基于無線電能充電位置區(qū)域的選擇方法流程圖，如圖1所示，所述選擇方法，包括：

步驟101：建立原邊部分坐標(biāo)系；所述原邊部分坐標(biāo)系表示固定在地面上原邊部分中各組分的的位置關(guān)系；所述原邊部分坐標(biāo)系是在已知任意兩個基站之間的距離和原邊線圈位于三個基站中心位置的基礎(chǔ)上，以任意一個基站為原點(diǎn)，建立原邊部分坐標(biāo)系。

如圖2所示，所述原邊部分包括：非接觸式變壓器的原邊線圈和三個基站；三個基站分別為A₀、A₁、A₂；原邊線圈位于三個基站的中心位置；所述基站A₀、A₁之間的距離為L₀，所述基站A₁、A₂之間的距離為L₁，所述基站A₀、A₂之間的距離為L₂；所述基站A₀、A₁、A₂各自包括一個無線載波通訊模塊。

步驟102：確定副邊部分在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置；所述副邊部分表示固定在電動汽車上的副邊部分；所述副邊部分包括：非接觸式變壓器的副邊線圈和無線載波通訊模塊。其中，確定副邊部分在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置，具體包括：

第一步：獲取副邊部分與各基站之間的有效距離，包括：如圖3所示；

設(shè)置所述副邊部分和所述各基站中的無線載波通訊模塊信號發(fā)射頻率；

根據(jù)所述無線載波通訊模塊信號發(fā)射頻率，獲取信號的飛行時間；

將所述飛行時間乘以信號傳播速率，進(jìn)而依次獲取副邊部分與各基站之間的有效距離。

進(jìn)一步包括：

設(shè)置副邊部分上的無線載波通訊模塊信號發(fā)射方式為廣播方式；所述副邊部分上的無線載波通訊模塊向各基站分配時間節(jié)點(diǎn)，設(shè)置各基站的回應(yīng)時間，并各基站接收廣播幀后，重新進(jìn)入接收狀態(tài)，等待所述副邊部分上的無線載波通訊模塊發(fā)送請求幀；

所述副邊部分上的無線載波通訊模塊發(fā)送請求幀后，進(jìn)入接收狀態(tài)，等待各基站回應(yīng)信號；

各基站依據(jù)通信前分配的所述回應(yīng)時間，依序向所述副邊部分發(fā)出回應(yīng)幀；發(fā)送成功后，各基站進(jìn)入接收狀態(tài)，等待所述副邊部分發(fā)出終止信號；

所述副邊部分接收完各基站回應(yīng)幀后，將各關(guān)鍵幀時間戳打包形成終止幀，以廣播方式發(fā)送給相應(yīng)的基站；各基站在接收標(biāo)簽終止幀后，解析幀包中的有效數(shù)據(jù)，獲取副邊部分與各基站之間的有效距離。

第二步：根據(jù)所述獲取副邊部分與各基站之間的有效距離，確定副邊部分的在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置，具體包括：

以各基站坐標(biāo)為圓心，所述副邊部分與各基站之間的有效距離為半徑，確定三個圓；利用所述確定三個圓的交點(diǎn)，確定副邊部分的在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置。如圖4所示，從理論基礎(chǔ)上，確定副邊部分的在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置，由于副邊部分與三個基站A₀、A₁、A₂之間的距離r₀、r₁、r₂以及任意兩個基站之間的距離L₀、L₁、L₂均為已知，從而可以確定出副邊部分在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置。

另外，從實(shí)際操作過程上確定電動汽車的停車位置，其具體實(shí)施方案為：以原邊部分的三個基站A₀、A₁、A₂中的A₀基站作為通信基站，A₀上的UWB模塊與原邊部分中的還包括的原邊控制器通過SPI進(jìn)行通訊；A₀接收到副邊部分與三個基站A₀、A₁、A₂之間的距離r₀、r₁、r₂，并將距離值通過SPI通訊傳遞到原邊控制器中；由于任意兩個基站之間的距離L₀、L₁、L₂是確定且已知的，充電位置區(qū)域也是確定且已知的，原邊控制器通過副邊部分與三個基站A₀、A₁、A₂之間的距離r₀、r₁、r₂以及任意兩個基站之間的距離L₀、L₁、L₂，計算確定出副邊部分的位置，進(jìn)而確定電動汽車的停車位置。

步驟103：判斷所述副邊部分是否處于充電位置區(qū)域，具體包括：

設(shè)置抗偏移的閾值；所述閾值表示在原邊部分坐標(biāo)系上，所述原邊線圈與所述副邊部分偏移的最小距離；

根據(jù)所述副邊部分的在所述原邊部分坐標(biāo)系上的位置，計算所述副邊部分與所述原邊線圈之間的實(shí)際距離；

原邊控制器將計算出所述副邊部分與所述原邊線圈之間的實(shí)際距離與所述閾值進(jìn)行比較，判斷所述副邊部分是否處于充電位置區(qū)域。

步驟104：開始無線充電；具體包括：若計算出所述副邊部分與所述原邊線圈之間的實(shí)際距離小于或者等于所述閾值，則原邊控制器將副邊部分處于充電位置區(qū)域的信息通過SPI通訊傳回到通信基站A₀上的UWB模塊中并進(jìn)行廣播。

副邊部分上的UWB模塊與副邊控制器通過SPI進(jìn)行通訊。副邊部分接收到通信基站A₀傳回的電動汽車處于充電位置區(qū)域的信息通過SPI通訊傳遞到副邊控制器中，副邊控制器會將停車位置正確的信息通過總線傳遞到整車控制器中，然后通過整車控制器將停車正確的信息顯示在電動汽車駕駛室的顯示屏上，提示駕駛員可以開始無線充電。

步驟105：將所述副邊部分調(diào)整至充電位置區(qū)域，具體包括：

若所述實(shí)際距離大于所述閾值，則所述副邊部分不處于充電位置區(qū)域，計算所述副邊部分所需調(diào)整的距離，即計算電動汽車距離充電位置區(qū)域需要調(diào)整的距離，然后原邊控制器將電動汽車不處于充電位置區(qū)域和需要調(diào)整的距離通過SPI通訊傳回到通信基站A₀上的UWB模塊中并進(jìn)行廣播

副邊部分上的UWB模塊與副邊控制器通過SPI進(jìn)行通訊。副邊部分接收到通信基站A₀傳回的電動汽車不處于充電位置區(qū)域的信息和需要調(diào)整的距離，并通過SPI通訊傳遞到副邊控制器中，副邊控制器會將停車位置錯誤的信息和需要調(diào)整的距離通過總線傳遞到整車控制器中，并通過整車控制器將停車位置錯誤的信息和需要調(diào)整的距離傳遞并顯示在電動汽車駕駛室的顯示屏上，提示駕駛員調(diào)整停車位置。

本實(shí)施例通過建立原邊部分坐標(biāo)系，然后確定副邊部分在原邊部分坐標(biāo)系上的位置，并判斷所述副邊部分是否處于充電位置區(qū)域，若是，則開始無線充電；若否，則調(diào)整所述副邊部分，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確定位副邊部分位置，進(jìn)而準(zhǔn)確定位電動汽車的位置，并根據(jù)計算出所需要調(diào)整副邊部分的距離，手動調(diào)整電動汽車的位置，使電動汽車能夠停在充電位置區(qū)域進(jìn)行充電，提高無線充電裝置的充電能力與效率。

實(shí)施例二

本實(shí)施例是在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的。以原邊部分的三個基站A₀、A₁、A₂中的A₀基站作為通信基站，A₀上的UWB模塊與原邊控制器通過SPI進(jìn)行通訊。A₀接收到副邊部分與三個基站A₀、A₁、A₂之間的距離r₀、r₁、r₂，并將距離值通過SPI通訊傳遞到原邊控制器中，由于任意兩個基站之間的距離L₀、L₁、L₂是確定且已知的，理想的停車充電位置區(qū)域也是確定且已知的，原邊控制器通過副邊部分與三個基站A₀、A₁、A₂之間的距離r₀、r₁、r₂以及任意兩個基站之間的距離L₀、L₁、L₂，計算出副邊部分的位置，進(jìn)而確定電動汽車停車位置，根據(jù)確定電動汽車停車位置，判斷是否處于充電位置區(qū)域區(qū)間內(nèi)并計算電動汽車距離充電位置區(qū)域需要調(diào)整的距離。原邊控制器將判定的結(jié)果和需要調(diào)整的距離通過SPI通訊傳回到通信基站A₀上的UWB模塊中并進(jìn)行廣播。副邊部分上的UWB模塊與副邊控制器通過SPI進(jìn)行通訊。副邊部分接收到通信基站A₀傳回的停車位置正確與否的判斷信息和需要調(diào)整的距離，并通過SPI通訊傳遞到副邊控制器中。

如果電動汽車不處于充電位置區(qū)域，則副邊控制器會將停車位置錯誤的信息和需要調(diào)整的距離通過總線傳遞到整車控制器中，整車控制器調(diào)整的參數(shù)，自動泊車。

如果電動汽車處于充電位置區(qū)域，副邊控制器會將停車位置正確的信息通過總線傳遞到整車控制器中，并開始進(jìn)行無線充電。

本實(shí)施例通過建立原邊部分坐標(biāo)系，然后確定副邊部分在原邊部分坐標(biāo)系上的位置，并判斷所述副邊部分是否處于充電位置區(qū)域，若是，則開始無線充電；若否，則調(diào)整副邊部分，自動調(diào)整至副邊部分處于充電位置區(qū)域，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位副邊部分位置，進(jìn)而準(zhǔn)確定位電動汽車的位置，并根據(jù)計算出所需要調(diào)整副邊部分的距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)整電動汽車的位置，使電動汽車能夠停在充電位置區(qū)域進(jìn)行充電，提高無線充電裝置的充電能力與效率。

另外，針對本發(fā)明，需要說明一點(diǎn)是為了保證充電的安全，只有當(dāng)原邊控制器和副邊控制器都接收到電動汽車處于充電位置區(qū)域的信息時，電動汽車才會開始進(jìn)行無線充電。若任一控制器未接收到信息或接收到電動汽車不處于充電位置區(qū)域的信息，則不會進(jìn)行無線充電工作。

本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實(shí)施例公開的系統(tǒng)而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。