一种充电弓车端电极定位系统及相关装置、方法
阅读说明：本技术 一种充电弓车端电极定位系统及相关装置、方法 (Charging bow vehicle end electrode positioning system and related device and method ) 是由 李修亮 陈建华 高慧安 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种充电弓车端电极定位系统及相关装置、方法,该系统包括：车端子系统,车端子系统包括车端控制器、红外发射器、超声波发射器以及车端通信器,红外发射器、超声波发射器和车端通信器均与车端控制器连接；弓端子系统,弓端子系统包括弓端控制器、红外接收器、三个超声波接收器以及弓端通信器,红外接收器、三个超声波接收器以及弓端通信器均与弓端控制器连接；车端通信器与弓端控制器通信连接。通过在车端设置红外发射器和超声波发射器,并在弓端设置红外接收器和三个超声波接收器,能够利用超声波计算出车端电极的准确坐标位置,从而得到在水平面内的位置偏移量。优选地,通过设置加速度传感器,还能够对车端电极进行姿态测量。(The application provides a bow car end electrode positioning system and relevant device, method charge, and the system includes: the system comprises a vehicle-end subsystem and a vehicle-end subsystem, wherein the vehicle-end subsystem comprises a vehicle-end controller, an infrared transmitter, an ultrasonic transmitter and a vehicle-end communicator, and the infrared transmitter, the ultrasonic transmitter and the vehicle-end communicator are all connected with the vehicle-end controller; the bow end subsystem comprises a bow end controller, an infrared receiver, three ultrasonic receivers and a bow end communicator, and the infrared receiver, the three ultrasonic receivers and the bow end communicator are all connected with the bow end controller; the vehicle-end communicator is in communication connection with the bow-end controller. Through set up infrared transmitter and ultrasonic transmitter at the car end to set up infrared receiver and three ultrasonic receiver at the bow end, can utilize the ultrasonic wave to calculate out the accurate coordinate position of car end electrode, thereby obtain the position offset in the horizontal plane. Preferably, by providing the acceleration sensor, the attitude measurement of the vehicle end electrode can also be performed.)
技术领域
本发明涉及电动汽车充电定位技术，尤其涉及一种充电弓车端电极定位系统及相关装置、方法。
背景技术
随着电动汽车充换电技术的发展，缩短充电时间，实现自动充电成为行业发展的两个主要技术趋势。在一定的电池电量条件下，缩短充电时间意味着增加充电功率。自动充电明显改善用户的充电体验，同时可以避免人直接操作高电压，大电流设备引发的安全隐患。充电弓技术由于在大功率充电和自动充电支持方面的显著优势，受到充电行业越来越广泛的重视，并且随着相关标准的制定和推出，该技术将逐渐得到普及并引领充电行业技术向超高功率，自动化方向的演进。
目前充电弓主要采用单自由度升降方案，结构简单，可靠性非常高，但由于无法进行水平方向的调整，降弓之前需要判断车辆(车端电极)是否移动到位，如果有偏差或者偏转，禁止降弓，否则存在电极无法匹配接触或者接触不良引发过热起火的风险。这些偏差主要有充电弓电极对接时在水平面内的中心位移偏移、水平面内的角度(方位角)偏差、翻滚角度偏差、俯仰角度偏差。故充电弓车端电极的定位成为充电弓产品开发和应用过程中的一项关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够对车端充电电极精确定位的充电弓车端电极定位系统及相关装置、方法。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
根据本发明的一方面，提供了一种充电弓车端电极定位系统，包括：车端子系统，所述车端子系统包括车端控制器、红外发射器、超声波发射器以及车端通信器，所述红外发射器、超声波发射器和车端通信器均与所述车端控制器连接；弓端子系统，所述弓端子系统包括弓端控制器、红外接收器、三个超声波接收器以及弓端通信器，所述红外接收器、三个超声波接收器以及弓端通信器均与所述弓端控制器连接；所述车端通信器与所述弓端控制器通信连接。
在一实施例中，所述车端子系统还包括用于进行姿态测量的微电子机械系统传感器，所述微电子机械系统传感器与所述车端控制器连接。
在一实施例中，所述微电子机械系统传感器为加速度传感器。
在一实施例中，所述姿态测量包括姿态角测量和方位角测量。
在一实施例中，所述车端通信器和弓端通信器均为CAN-WIFI模块。
根据本发明的第二方面，提供了一种电动汽车，包括车端子系统，所述车端子系统包括车端控制器、红外发射器、超声波发射器以及车端通信器，所述红外发射器、超声波发射器和车端通信器均与所述车端控制器连接，所述车端通信器用于与弓端子系统通信连接。
在一实施例中，所述车端子系统还包括加速度传感器，所述加速度传感器与所述车端控制器连接。
根据本发明的第三方面，提供了一种充电弓，包括弓端子系统，所述弓端子系统包括弓端控制器、红外接收器、三个超声波接收器以及弓端通信器，所述红外接收器、三个超声波接收器以及弓端通信器均与所述弓端控制器连接，所述弓端通信器用于与车端子系统通信连接。
根据本发明的第四方面，提供了一种充电弓车端电极定位方法，包括：车端控制器发送读取数据命令，同步控制红外发射器和超声波发射器工作；车端控制器接收到数据后通过车端通信器将数据以无线的方式发送给弓端子系统；弓端通信器接收到数据后传给弓端控制器，弓端控制器同步控制红外接收器和超声波接收器工作，根据得到的数据计算出车端中心点到三个接收器的距离，解算出车端电极的中心三维坐标位置；弓端控制器将中心三维坐标位置通过弓端通信器传回给车端子系统。
在一实施例中，该方法还包括：车端控制器读取加速度传感器的加速度数据和地磁场数据；车端控制器接收到数据后通过车端通信器将数据以无线的方式发送给弓端子系统；弓端通信器读取加速度传感器的加速度数据和地磁场数据，解算车端电极的姿态角度；弓端控制器将姿态角度通过弓端通信器传回给车端子系统。
本发明实施例的有益效果是：通过在车端设置红外发射器和超声波发射器，并在弓端设置红外接收器和三个超声波接收器，能够利用超声波并基于一发三收的方式得到车端电极的准确坐标位置，从而得到充电弓电极对接时在水平面内的位置偏移量。优选地，通过设置加速度传感器，还能够对车端电极进行姿态测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1是本申请实施例的系统结构框图；
图2是本申请实施例的弓端超声波接收示意图；
图3是本申请实施例中坐标轴方向示意图；
图4是本申请实施例中车辆无倾斜时重力加速度示意图；
图5是本申请实施例中车辆倾斜时的重力加速度投影示意图；
图6是本申请实施例中磁场三维坐标轴方向示意图；
图7是本申请实施例中地磁场的投影示意图；
图8是本申请实施例中的方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
如图1所示，本申请实施例提供了一种充电弓车端电极定位系统，包括车端子系统1和弓端子系统2。车端子系统包括车端控制器12、红外发射器13、超声波发射器14以及车端CAN-WIFI15，红外发射器13、超声波发射器14和车端CAN-WIFI15均与车端控制器12连接。
弓端子系统2包括红外接收器21、第一超声波接收器22、第二超声波接收器23、第三超声波接收器24、弓端CAN-WIFI25以及弓端控制器26，红外接收器21、第一超声波接收器22、第二超声波接收器23、第三超声波接收器24、弓端CAN-WIFI25均与弓端控制器26连接。
车端CAN-WIFI15与弓端CAN-WIFI25通信连接，需要说明的是，车端CAN-WIFI15和弓端CAN-WIFI25也可以为其他类型的无线通信模块，如蓝牙模块等。
本申请实施例利用超声波进行三维坐标位置的测量。具体而言，三维坐标位置的测量是采用″一发三收″结合红外校时的方式进行三维坐标位置的测量。车端子系统1为发送方，由1只红外发送器13和1只超声波发送器14组成，位于车端电极中心点；弓端子系统2为接收端，由1只红外接收器21和3只超声波接收传感器(22、23、24)组成，位于充电弓上。
由于红外发送以光速传播，可以假定认为红外接收的时间就是发送时间。车端的红外发送器13和超声波发送器14同步发送，由于光速比声速快的多(约1000，000倍)，弓端先接收到红外信号，当三个超声波传感器(22、23、24)先后收到超声波时，可确定从车端电极中心到弓端3个参考点的声音传播的时间，分别乘以校准后的声速(考虑环境温度对声速的影响)，即可得到车端电极中心到弓端3个参考点的准确距离a，b，c。
如图2所示，设弓端三个参考点坐标为(0，-d)，(0，d)，已知上述方法测量得到电极中心点，即待求解坐标(x，y，z)到这三个点的距离a，b，c，通过三维坐标下两点之间的距离公式，列方程组：
(x-0)2+(y-(-d))2+(z-0)2＝b2，
(x-0)2+(y-d)2+(z-0)2＝c2，
解方程组，得到电极中心点的三维坐标：
进一步地，为了测量车端电极姿态，车端子系统1还包括用于进行姿态测量的微电子机械系统传感器，微电子机械系统传感器与车端控制器12连接。在本实施例中，微电子机械系统传感器为加速度传感器11。利用加速度传感器得到姿态角(α、β)和方位角度(γ)的测量。
如图3～图5所示，从加速度传感器11中读到的值为gx，gy，gz，分别表示在X/Y/Z轴上的分量。
如果车辆无倾斜，重力与Z轴重合，在XY轴上无投影，
gx＝0，gy＝0，gz≠0。
如果车辆倾斜，重力与Z轴不重合，将在XY轴上形成投影(读到分量值)，
gx≠0，gy≠0，gz≠0
另外，加速度传感器11利用磁场强度传感器采集地磁场在芯片磁场三维坐标上的分量推算γ。
如图6～图7所示，从加速度传感器11读取的地磁场三维坐标的分量为cpx，cpy，cpz，地磁场与车辆正方向的夹角为γ，地磁场与充电弓正方向的夹角为γ0(通过现场校准测定)，由三角关系可知
于是车辆方位角度偏差为；
Δγ＝γ-γ0
通过上述方法，可以准确获知充电弓电极对接时，车端电极在水平面内的中心位移偏移、水平面内的角度(方位角)偏差、翻滚角度偏差、俯仰角度偏差。
基于上述系统，本申请实施例还提供了一种定位方法，如图1和图5所示，包括：车端控制器12发送读取数据命令，同步控制红外发射器13和超声波发射器14工作(a2、a3)，并读取加速度传感器11的加速度数据和地磁场数据(a1)，车端控制器12接收到数据后通过车端CAN-WIFI15将数据以无线的方式发送给弓端(a4、c5)。弓端CAN-WIFI25接收到数据后传给弓端控制器26，弓端控制器26同步控制红外接收器21和超声波接收器(22、23、24)的工作(b1、b2、b3、b4)，得到数据(c1、c2、c3、c4)，计算出车端中心点到三个接收器的距离a，b，c，解算出车端电极的中心三维坐标位置(X，Y，Z坐标)；并通过弓端CAN-WIFI25读取加速度传感器11的加速度数据和地磁场数据，解算车端电极的姿态角度(α、β、γ)(b5、c5)。弓端控制器26将数据通过弓端CAN-WIFI25传回给车端。
综上所述，本发明可以准确定位充电弓车端电极的三维坐标位置和姿态角度。在技术上避免了充电弓电极对接时在水平面内的中心位移偏移、水平面内的角度(方位角)偏差、翻滚角度偏差、俯仰角度偏差问题。
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。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
以上所述仅为本申请的较佳实例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
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