阅读说明：本技术 车辆充电系统物体检测系统和方法 (Vehicle charging system object detection system and method ) 是由 马特乌什·扎德罗兹尼 克里斯托弗·W·贝尔 于 2019-08-12 设计创作，主要内容包括：本公开提供“车辆充电系统物体检测系统和方法”。一种车辆包括充电板,所述充电板被配置为当定位在充电区域时接收用于电池的电荷。所述车辆还包括相机系统和控制器,所述控制器被编程为当所述充电板接近所述充电区域时使所述相机系统在多个变址位置中的每一个处捕获校准图像。所述控制器还被编程为使所述相机系统针对所述变址位置的至少一个捕获当前图像,并且响应于所述当前图像与所述校准图像中的对应一个之间的差异超过像素方差阈值,防止启动充电程序。(The present disclosure provides a vehicle charging system object detection system and method. A vehicle includes a charging pad configured to receive charge for a battery when positioned in a charging area. The vehicle also includes a camera system and a controller programmed to cause the camera system to capture a calibration image at each of a plurality of indexed positions as the charging pad approaches the charging area. The controller is further programmed to cause the camera system to capture a current image for at least one of the indexed positions and prevent initiation of a charging procedure in response to a difference between the current image and a corresponding one of the calibration images exceeding a pixel variance threshold.)

车辆充电系统物体检测系统和方法

技术领域

本公开涉及对车辆电池进行再充电。

背景技术

随着车辆推进和电池技术的进步，带有电动存储装置的电动化车辆的充电方法已经越来越普遍。感应充电对于车辆用户来说可能是方便的，因为不需要在充电源和电池之间有直接的物理连接。然而，初级感应充电板和次级感应充电板之间的充电间隙可能允许外物进入充电场。

发明内容

一种车辆包括充电板，所述充电板被配置为当定位在充电区域时接收用于电池的电荷。所述车辆还包括相机系统和控制器，所述控制器被编程为当所述充电板接近所述充电区域时使所述相机系统在多个变址位置中的每一个处捕获校准图像。所述控制器还被编程为使所述相机系统针对变址位置的至少一个捕获当前图像，并且响应于所述当前图像与所述校准图像中的对应一个之间的差异超过像素方差阈值而防止启动充电程序。

车辆电池充电系统包括车辆充电线圈和相机系统，所述相机系统被配置为在相对于初级充电线圈的多个位置处捕获所述初级充电线圈的校准图像。所述车辆电池充电系统还包括控制器，所述控制器被配置为响应于当前图像与所述校准图像中的对应一个之间的差异小于像素方差阈值而允许在所述车辆充电线圈处从所述初级充电线圈接收电荷。

车辆电池充电方法包括使相机变址通过在视野内具有初级充电板的多个位置以及在所述多个位置中的每一个处捕获校准图像。所述方法还包括在启动充电程序之前捕获对应于所述校准图像的至少一个的当前图像。所述方法还包括响应于所述校准图像与当前图像之间的差异超过检测阈值而输出物体检测信号。

附图说明

图1是停靠在充电站的车辆的示意图。

图2是布置用于物体检测的相机系统的示意图。

图3是用于管理感应充电的算法的流程图，包括检测充电区域附近的外物。

图4是表示基于相机的物体检测系统的视野的第一图像。

图5是表示基于相机的物体检测系统的视野的第二图像。

图6是布置用于物体检测的替代示例性相机系统的示意图。

具体实施方式

本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制；某些特征可能会被放大或最小化，以显示特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为教导本领域的技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。可以使用任何数量的技术(无论当前是否已知)来实现本公开的原理。如本领域普通技术人员应理解，参考附图的任何一个示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文描述的系统、设备和方法进行修改、添加或省略。所示特征的此类变化可以为典型应用提供其他代表性实施例，并且与本公开的教导一致。例如，系统和设备的部件可以是集成的或分离的。此外，本文公开的系统和设备的操作可以由更多、更少或其他部件来执行，并且所描述的方法可以包括更多、更少或其他步骤。另外，可以以任何合适的顺序执行方法的步骤。

并非旨在任何所附权利要求或权利要求要素来调用35U.S.C.112(f)，除非在特定权利要求中明确使用“用于......的手段”或“用于......的步骤”的词语。

车辆可以仅通过电池电力(例如，BEV)以及通过包括电池电力的动力源的组合来提供动力。例如，可以设想混合动力电动车辆(HEV)，其中动力传动系统由电池和内燃发动机两者提供动力。在这些配置中，电池是可再充电的，并且电池充电器提供功率以在放电后恢复电池。

参考图1，车辆电池充电系统总体上由附图标记10示出。感应电池充电用于从充电器12向车辆14提供功率以恢复电池。示出了充电站16，其容纳将通过感应充电来充电的车辆14。车辆14停靠在容纳充电器12的充电站16处。可以连接充电器12以接收家用电流，诸如在典型的家庭车库内可用的家用电流。

车辆14包括容纳在设置在车辆14的下侧的感应充电板18内的次级线圈。车辆次级感应充电板18电连接到车辆电池。车辆14还可以包括交流(AC)到直流(DC)功率转换器，以将从充电器12接收的AC功率整流和滤波成待由电池接收的DC功率。充电器12设置在车辆14下方的地板中，并且包括容纳在对应的初级感应充电板20内的初级充电线圈。初级感应充电板20通常是水平的并且定位在距车辆次级感应充电板18一定距离处。初级感应充电板20可以在高度上铰接，以形成合适的间隙，以便于对车辆14进行充电。向初级线圈供应电流，其在初级感应充电板20周围生成电磁场。在一些示例中，充电板的顶表面根据表面的大小和供电时生成的电磁场限定充电区域。当车辆次级感应充电板18与所供电的初级感应充电板20接近时，它通过在所生成的电磁场或充电区域内接收功率。在次级线圈中感应出电流并随后将其传递到车辆电池，从而产生再充电效果。板之间的间隙允许车辆对准的变化，并且还用于适应具有不同行驶高度的备用授权车辆。

车辆14设置有控制器22。尽管它被示出为单个控制器，但是车辆控制器22可以包括用于控制多个车辆系统的多个控制器。例如，车辆控制器22可以是监视任意数量的其他子系统控制器的车辆系统控制器(VSC)。在这方面，VSC的车辆充电控制部分可以是嵌入在VSC自身内的软件，或者它可以是单独的硬件装置。车辆控制器22通常包括任意数量的微处理器、专用集成电路(ASIC)、集成电路(IC)、存储器(例如，FLASH、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)以及软件代码以彼此协作执行车辆操作。车辆控制器22内的微处理器还包括计时器，以用于跟踪时间参考和所选事件之间的运行时间间隔。对指定的间隔进行编程，使得控制器以可选择的时间间隔提供某些命令信号并监测给定的输入。车辆控制器与车辆电池电连通，并接收指示电池充电水平的信号。车辆控制器22还使用公共总线协议(例如，CAN)通过硬线车辆连接与其他控制器通信。控制器22还可以采用无线通信。

充电器12设置有具有无线通信手段的充电器控制器24。充电器控制器24类似地具有嵌入式软件并且可编程以调节由充电器12提供的功率流。充电器控制器24包括的软件还包括计时器，以跟踪指定事件之间的运行时间。在所选条件下，或者在接收到指定指令时，充电器控制器24可以启用、禁用或减少通过充电器12的功率流。充电器12被配置为从车辆控制器22接收指示充电指令的信号。

车辆控制器22被配置为与充电器控制器24无线通信。无线通信可以通过射频识别(RFID)、近场通信(NFC)、蓝牙或其他无线通信技术来实现。在至少一个示例中，所述无线通信用于在启动充电程序之前完成车辆14和充电器12之间的关联程序。关联程序可以包括车辆控制器22向充电器控制器24发送一个或多个信号作为授权程序的一部分。功率输送的授权可能受到许多因素的影响，包括充电区域附近存在外物、额定功率、安全密钥和/或其他认证因素。基于来自充电器控制器24的适当信号，车辆控制器22检测授权充电器的存在，并且可以向充电器控制器24提供启动信号以指示充电系统启动充电程序。初始无线请求和随后的认证响应可以是车辆和充电系统之间的关联“握手”的一部分。

如上参考图1所提及，在车辆次级感应充电板18和初级感应充电板20之间存在间隙。由于间隙的间隔，外物可能进入充电电磁场。本文公开了充电管理系统和方法，其包括检测进入接近充电场的区域的外物，以及随后的响应。

图2是与上面刚刚描述的感应充电系统结合使用的相机系统100的示意图。相机系统100接近停车地点设置，以检测充电板120附近的物体。相机系统100可以包括壳体102以保护内部相机部件。相机系统100还包括相机104，所述相机104可变址并且布置成捕获充电板120的图像。相机104可以安装到变址机构106，所述变址机构106布置成垂直调节相机104的位置。根据一些示例，变址机构106包括轨道部分108，所述轨道部分108为相机104定义多个不同位置。在更具体的示例中，变址机构106被配置为在多个不同的垂直站之间使相机104变址。轨道部分108允许相机位置移动到最上地点110和最下地点112之间的多个位置中的任何位置。如图2所示，相机104定位在中间地点114。相机104还布置成具有捕获充电板120的图像的视野116。当相机104的垂直位置改变时，调节视野116以保持指向充电板120。如下面更详细讨论的，相机系统100适于光学地检测充电板120附近的外物118的存在。虽然图2的示例描绘了相机位置的垂直变址，但是应理解，改变相机在其他方向上的位置也可能是合适的。具体地，轨道部分可以布置成在各个方向上水平移动、倾斜和/或枢转，或者适当地进行任何数量的预定路径。

车辆控制器被配置为从相机系统100接收输出信号，并且使用这些数据来增强提供给充电器的指令。相机系统监测感应板附近的区域，以防止外物侵入充电场。如上所述，充电系统被配置为当在初级感应充电板附近检测到外物时禁用充电。

可以在充电启动之前以及在充电程序期间激活相机系统以进行监测。如果在感应充电板附近检测到物体，则从相机系统100输出指示物体存在的检测信号。如果在感应充电板附近没有检测到物体，则相机系统100可以输出表示充电板附近没有外物的清除信号。充电器控制器被配置为如果从相机系统100中的任一个接收到检测信号则禁用电流。一旦禁用充电，则相机系统100可以继续监测充电板附近的区域。如果从物体检测系统接收到随后的清除信号，则车辆控制器22可编程以使恢复信号传输到充电器控制器24。监测恢复命令可以伴随指令以恢复先前通过物体检测禁用的电池充电程序。

一旦在充电板附近清除了物体并且不再检测到，则电池充电系统10被配置为恢复先前禁用的充电程序。从相机系统100发送的检测信号可以再次用作控制由充电器12执行的充电程序的手段。如上所提及，由于物体检测，相机系统可以在中断充电程序期间保持激活。一旦不再检测到外物，就从相机系统100输出清除信号。充电器控制器24响应于清除信号而使充电程序恢复。因此，提示充电器12经由感应充电板20对电池恢复充电。

车辆控制器22还被配置为使得生成多个警报信号。返回参考图1，车辆14在乘客舱内设置有用户显示器26。用户显示器26用作操作员的警报机构。控制器22可以使得生成许多不同的车载显示消息。例如，生成显示警报，其向操作员通知检测到的物体和/或禁用充电程序。车辆喇叭是另外的警报机构，其能够响应于所检测物体接近充电场而提供外部可听警报信号。喇叭警报脉冲持续时间和重复模式可以被设定为唯一的，以将障碍物检测事件与引起喇叭脉冲的其他事件区分开。

参考图3，示出了检测充电板附近的物体的方法300。在步骤302处，在多个不同的相机位置处捕获校准图像。根据一些示例，初始校准程序包括在一系列变址位置中的每一个(诸如位置₁到位置_最大)处捕获图像。所捕获图像中的每一个存储在存储器中以供以后检索。根据一些示例，多个变址位置与初始化程序相关地储存。

在步骤304处，充电器控制器接收物体检测检查的提示。在一些示例中，在即将到来的充电循环开始之前生成物体检测检查提示。在其他情况下，在充电循环期间以周期性间隔生成物体检测提示。在另外的示例中，在安装充电系统时提供用于物体检测扫描的提示作为校准程序的一部分。

充电控制器可以存储在位置_最小和位置_最大之间的X个预定位置。在步骤306处，X的值被设定为X＝1，对应于第一预定位置。在步骤308处，将相机调节到位置_X，其在初始情况下是位置₁。在步骤310处，经由位置_X处的相机捕获图像。充电控制器还被编程为调用对应于当前位置(位置_X)的存储的校准图像中的至少一个。在步骤312处，充电控制器将与位置_X相关联的当前图像和与位置_X相关联的存储的校准图像进行比较。在替代的示例中，相机系统被布置为针对一个或多个相机位置以预定时间间隔捕获图像。也就是说，如果对于特定相机位置的较晚的图像和较早的图像之间存在足够的差异，则系统可以被配置为输出物体检测信号。较早的图像可以是在初始化程序期间捕获的参考图像，或者可以是较早时间拍摄的可以进行比较的图像。

在步骤314处，所述方法包括基于图像比较计算物体是否存在于充电板附近。如果在步骤314处没有检测到物体，则所述方法包括变址到具有存储的校准图像的下一个预定位置。在步骤318处，所述方法包括确定相机是否已经前进到可用范围的最大位置，位置_最大。如果在步骤318处还没有达到最大位置，则所述方法包括在步骤320处将X的值设定为下一个可用位置地点。也就是说，X的值前进了1个增量等于X+1。所述方法还包括返回步骤308，以根据更新的X值将相机位置前进到下一个位置。

类似于上面讨论的步骤，所述方法包括在步骤310处捕获与更新的位置_X相关联的当前图像，然后在步骤312处将图像和与更新的位置_X相关联的校准图像进行比较。如果在步骤314处再一次没有检测到物体，则所述方法包括使相机位置递增地前进通过预定相机位置的剩余可用范围。一旦所有位置都已穷尽且没有检测到物体，则X的值已达到最大值。如果在步骤318处X等于最大值，则所述方法包括在步骤322处传送清除信号。清除信号可以被发送到充电系统，并且可以用作开始充电循环的授权的一部分。在一些替代的示例中，清除信号包括一个或多个视觉指示符以通知用户充电板清除。

如果在步骤314处通过任何位置处的图像比较检测到物体，则所述方法包括在步骤316处生成物体检测信号。可以响应于针对至少一个位置的校准图像和对应的当前图像之间的差异超过检测阈值来生成物体检测信号。检测信号可以类似地发送到充电系统，并且用作授权程序的一部分，以防止在检测到物体处于充电板附近时启动充电程序。在一些其他示例中，检测信号包括一个或多个视觉指示符以通知用户充电板被阻挡。在更具体的示例中，在停车地点的区域中显示灯指示器以通知用户充电板的状态。在其他具体示例中，检测信号被发送到进入的车辆，并且在用户显示器处设置视觉指示符以通知驾驶员充电板的状态。

参考图4和图5，提供了示例性图像比较。图4表示给定相机位置的数字校准图像400。校准图像400包括在相机的视野内的充电板420。如图4的图像所描绘，充电板420处于清除状态，在板的附近没有障碍物或其他物体。

图5表示图像比较分析的输出。图5包括比较图像500，其在视觉上表示校准图像400与充电板420上的障碍物的稍后捕获的数字图像的比较。根据一些示例，在校准图像和稍后捕获的当前图像之间执行逐像素比较。对于那些由于比较而没有展现出差异的像素，将较暗的阴影应用于比较图像500。相反，对于那些展示相对于校准图像的大于差异阈值的差异的像素，将较浅的颜色应用于比较图像500以突出显示外物的存在。在图5的示例中，外物518(蜂窝电话)在图像中突出显示。如果在比较图像中突出显示的像素的数量大于像素计数阈值，则可以如上所讨论生成物体检测信号。在另外的示例中，充电器控制器可以被编程为响应于物体检测信号在用户显示器处输出包括充电区域的比较图像。用户显示器可以是上面讨论的车辆用户显示器，或者可替代地是位于其他地方(诸如安装在停车场附近)以通知用户的显示器。

参考图6，第二示例性相机系统600安装到与充电系统10兼容的电动化车辆602。相机系统600设置在车辆602的前端，以检测充电板120附近的物体。相机系统600包括至少一个相机604，其布置成当车辆在充电系统10处停靠时捕获充电板120的图像。当车辆接近最终充电位置时，相机通过多个不同的水平站前进。车辆可以存储预定的第一位置610，在所述预定的第一位置610处，相机系统600可以获取第一图像。车辆还可以存储预定的第二位置612，在所述预定的第二位置612处，充电板120在相机604的视野616的外部。可以确定第一位置610和第二位置612中的每一个并将其存储为校准初始化程序的一部分。类似于上面讨论的示例，校准图像被存储并且与第一位置610和第二位置612之间的多个位置中的每一个相关联。如图6所示，相机604被描绘为定位在中间地点614。

在随后将车辆602朝向充电系统停靠时，响应于车辆通过第一位置610而激活相机系统600以获取第一当前图像。相机系统600被配置为将第一当前图像与先前存储的与第一位置610相关联的校准图像进行比较。如果没有检测到物体，则相机系统可以输出如上所讨论的清除信号。随着车辆602进一步朝向最终充电位置前进，提示相机系统600捕获对应于先前存储的第二校准图像的第二当前图像。再一次，如果相机系统600没有检测到物体，则继续提供清除信号。相反，如果在相机604的视野616内检测到外物118，则相机系统600输出物体检测信号以通知驾驶员外物118的存在。相机系统600可以被配置为捕获至少一个当前图像作为车辆停靠程序的一部分。另外，相机系统600可以被配置为响应于检测到外物而向充电系统10输出信号，以防止从充电板输送功率。

在接近车辆的最终充电位置时，每当车辆通过具有对应校准图像的预定位置时，相机系统600继续捕获当前图像。一旦车辆602到达第二位置612而没有检测到任何外物，则可以结束物体检测程序，并且最终清除信号输出到充电系统10作为充电授权程序的一部分。

本文中公开的过程、方法或算法可以提供给处理装置、控制器或计算机/由其实现，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，过程、方法或算法可以存储为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令，所述形式包括但不限于永久存储在诸如ROM装置等不可写存储介质上的信息和可改动地存储在诸如软盘、磁带、CD、RAM装置和其他磁性和光学介质等可写存储介质上的信息。过程、方法或算法也可以在软件可执行对象中实现。可替代地，所述过程、方法或算法可以使用合适的硬件部件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置，或硬件、软件和固件部件的组合整体地或部分地实施。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不旨在这些实施例描述由权利要求涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。如前所述，各种实施例的特征可以被组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的另外的实施例。虽然各种实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但是本领域普通技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。为此，就一个或多个特性而言被描述成不如其他实施例或现有技术实现方式期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用而言可能是期望的。

根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：充电板，其被配置为当定位在充电区域时接收用于电池的电荷；相机系统；和控制器，其被编程为当所述充电板接近所述充电区域时使所述相机系统在多个变址位置中的每一个处捕获校准图像，使所述相机系统针对所述变址位置的至少一个捕获当前图像，以及响应于所述当前图像与所述校准图像中的对应一个之间的差异超过像素方差阈值而防止启动充电程序。

根据实施例，所述多个变址位置中的每一个与初始化程序相关地存储。

根据实施例，捕获所述当前图像作为车辆停靠程序的一部分。

根据实施例，所述当前图像与所述对应的校准图像之间的差异是从逐像素比较中导出的。

根据实施例，所述控制器还被编程为在用户显示器处输出包括所述充电区域的比较图像。

根据实施例，所述比较图像包括超过所述像素方差阈值的像素的突出显示。

根据本发明，提供了一种车辆电池充电系统，所述车辆电池充电系统具有：车辆充电线圈；相机系统，其被配置为在相对于初级充电线圈的多个位置处捕获所述初级充电线圈的校准图像；和控制器，其被配置为响应于当前图像与所述校准图像中的对应一个之间的差异小于像素方差阈值而允许在所述车辆充电线圈处从所述初级充电线圈接收电荷。

根据实施例，所述相机系统还被配置为在初始化程序期间启动所述捕获至少一个校准图像。

根据实施例，所述控制器还被配置为响应于所述差异超过所述像素方差阈值而防止在所述车辆充电线圈处接收电荷。

根据实施例，所述控制器还被配置为响应于车辆停靠程序的启动而捕获所述当前图像。

根据实施例，本发明的特征还在于用户显示器，以用于输出从所述当前图像与所述校准图像的所述对应一个的逐像素比较导出的所述初级充电线圈的比较图像。

根据实施例，本发明的特征还在于响应于所述差异超过所述像素方差阈值生成物体检测信号。

根据本发明，一种车辆电池充电方法包括：使相机变址通过在视野内具有初级充电板的多个位置；在所述多个位置中的每个处捕获校准图像；在启动充电程序之前，捕获对应于所述校准图像中的至少一个的当前图像；以及响应于所述校准图像与当前图像之间的差异超过检测阈值而输出物体检测信号。

根据实施例，执行对校准图像的所述捕获作为初始化程序的一部分。

根据实施例，执行对当前图像的所述捕获作为车辆停靠程序的一部分。

根据实施例，本发明的特征还在于响应于所述物体检测信号在用户显示器处输出比较图像，其中所述比较图像指示所述至少一个校准图像与所述对应的当前图像之间的逐像素比较。

根据实施例，本发明的特征还在于突出显示比较图像的展示相对于所述校准图像的差异超过像素方差阈值的像素。

根据实施例，本发明的特征还在于响应于所述物体检测信号而防止启动所述充电程序。