一种电动汽车动态调节无线充电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种电动汽车动态调节无线充电系统及其控制方法，通过传感器收集信息，由单片机控制二级剪型升降机构，调节无线充电车载接收板与地面的气隙，实现电动汽车在行驶过程中动态调节无线充电，提高无线充电效率；本发明专利技术主要由信息采集单元、电子控制单元、执行单元构成，通过信息采集单元采集车辆行驶信息和地面路况及充电线圈磁场信息，在电子控制单元的运算，控制执行单元完成电动汽车行驶过程中充电机构的动态调节，实现在保证安全行驶的前提下减小无线充电气隙，提高无线充电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车动态调节无线充电系统及其控制方法
本专利技术属于电动汽车无线充电领域，具体涉及一种电动汽车动态调节无线充电系统及其控制方法。
技术介绍
由于石油资源枯竭、大气污染、全球气温上升等因素，发展新能源技术已成为我国经济可持续发展迫切需要解决的问题。作为解决这些问题的一个手段，新能源汽车在近年得到充分发展，对于新能源汽车的改进和完善也成为了未来汽车工业的发展方向。然而，在电动汽车的快速发展的同时，许多问题也一一出现。例如车载电池的能量密度难以与汽油相比，所以电动汽车就需要配备庞大笨重的电池组对车辆进行供能，有限的续航成为了电动汽车发展的一大制约因素。无线充电技术是目前比较新颖的一种电能传输方式，它是以电磁场为媒介实现电能传递，与接触式充电相比有着使用方便、安全、无触点危险等优点。专利申请号为CN201510822026.9提出了一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统。动态无线充电技术提供了一种减少电池容量、减轻车体重量的解决方案，可以提高能源的有效利用率，减少电动汽车的初始购置成本，可以解决目前无线充电技术仍存在例如传输距离短、距离增大时效率急剧下降等问题，然而，动态无线充电用于初期对于路面线圈的铺设成本过高，对于环境要求苛刻等问题，目前也尚处于研究摸索阶段，所以尚未进入市场。基于专利申请号为CN201510822026.9而提出的动态调节无线充电系统的构想。本专利技术提出了一种设计简单，控制可靠，低成本，安全性高，性能稳定的电动汽车动态调节无线充电装置，为实现电动汽车的高效率动态无线充电控制提供一种解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电动汽车动态调节无线充电系统及其控制方法，实现电动汽车在行驶过程中动态调节无线充电，通过传感器收集信息，由单片机控制二级剪型升降机构，调节无线充电车载接收板与地面的气隙，实现电动汽车在行驶过程中动态调节无线充电，提高无线充电效率。本专利技术系统的技术方案是：一种电动汽车动态调节无线充电系统，包括信息采集单元、电子控制单元和执行单元；所述信息采集单元包括：磁场传感器、雷达传感器、距离传感器和OBD车速端口；磁场传感器安装在车底盘前部，用于采集行驶路面无线充电线圈电磁信息；雷达传感器斜向下安装在车底盘前部，用于检测行驶路面是否存在障碍物；距离传感器安装在无线充电车载接收板下端，用于测量无线充电车载接收板与地面距离；磁场传感器安装在车底盘前部，用于采集行驶路面无线充电线圈电磁场信息；汽车车速通过OBD车速端口读取；所述电子控制单元以80C55单片机为主体，主要包括输入模块、运算模块、充电控制模块、避障模块、升降控制模块和输出模块；所述输入模块用于接收信息采集单元提供的车速信号、各传感器采集到的信号，并将原始信号信息传递给运算模块；所述运算模块根据输入模块传递的各类信号，在单片机中算出行驶路面上的电磁场信息、是否有障碍物、无线充电车载接收板与地面距离，并将这些数据传递给充电控制模块、升降控制模块和避障模块；所述充电控制模块根据运算模块的计算的行驶路面上的电磁场信息，判断是否驶入可动态无线充电区域，车载充电装置是否开启，并向升降控制模块发出信号；所述避障模块根据运算模块计算的车速、障碍物数据以及无线充电车载接收板与地面距离，确定避障方案：充电装置何时升高及升高可用的最大时间；充电装置何时下降再次减小无线充电气隙提高无线充电效率，实现动态调节下高效率动态无线充电，并向升降控制模块发出信号；所述升降控制模块根据充电控制模块和避障模块传递的信号，综合分析决定升降机构是否工作，实现减小无线充电气隙提高无线充电效率，并向输出模块发出控制指令；所述输出模块将电子控制单元分析计算的综合信息以单片机I/O端口电信号的形式传输到执行单元，实现电信号的控制；所述执行单元用于实现充电线路的开闭和二级剪型升降机构的升降调节。进一步，所述执行机构由充电线路开关和二级剪型升降机构组成，接收电子控制单元的指令完成相应动作；所述充电线路开关是在单片机控制下，通过单片机I/O端口输出电平信号在三级管的开关作用下控制继电器，形成以继电器控制无线充电设备的电路，执行指令；所述二级剪型升降机构是由单片机控制下的电动推杆驱动的剪型升降结构组成，通过单片机I/O端口输出高低电平的电信号在三级管的开关作用下控制继电器，在继电器控制下驱动电动推杆水平伸长或缩短，再由剪型机构将水平方向长度变化转化为竖直运方向的高度变化，完成无线充电车载接收板的升降，实现动态调节。进一步，当执行单元接收到指令时，单片机的I/O端口输出高电平，在NPN三极管的作用下接通继电器线圈电路，使继电器具有磁效应吸合常开开关，接通外部执行电路；反之，单片机的I/O端口输出低电平，在NPN三极管的作用下断开继电器线圈电路，继电器吸合状态下的常开开关断开，从而断开外部执行电路。外部执行电路开闭，完成相应的动作实现动态调节。进一步，所述二级剪型升降机构的上端固定并安装在车底盘上，二级剪型升降机构的下端连接无线充电车载接收板，上下端连接方式为右侧采用固定铰链，左侧采用滑块，并安装在滑块槽内，上端滑块与固定铰链之间用电动推杆连接。本专利技术的方法的技术方案为：一种电动汽车动态调节无线充电系统控制方法，具体控制过程如下：情况1，当电磁传感器采集到车辆行驶路面有电磁信息，经过电子控制单元分析后判断车辆即将进入无线充电区域，输出模块下达指令开启充电设备；在传感器检测无障碍物时，下降二级剪型升降机构，使无线充电车载接收板靠近地面，通过减少一级线圈和二级线圈之间的间隙的方式提高无线充电的充电效率；情况2，当传感器采集到障碍物信息，经过电子控制单元分析后判断有障碍物进入传感器监测范围内，电动推杆的速度为定值，升降机构上升的所需时间应为定值t，障碍物从被检测处到无线充电车载接收板下方所经历的时间为t1；升降机构至少要在时间t1内上升避障。得到指令后单片机的P21端口输出高电平，KA1常开开关闭合，电机正转电动推杆缩短，实现充电装置上升从而避开障碍物；情况3，当传感器不再采集到障碍物信息，经过电子控制单元分析后判断障碍物离开传感器监测范围，升降机构在确保障碍物远离充电装置后，即在障碍物信号消失时间t2后，保持单片机的P21端口输出高电平不变，P22端口开始输出高电平，KA2常开开关闭合，电机反转电动推杆缩短，使充电装置下降，躲避障碍物后再次减小无线充电接收板和一级线圈之间的气隙提高无线充电效率；情况4，当升降机构下降时，距离传感器检测到无线充电车载接收板与地面距离为h，预设一个安全距离h0，当h0＞h时，电动推杆继续工作升降机构继续下降；当h0≤h时，电动推杆立即停止工作并自锁升降机构停止下降。车的载重不同、行车的颠簸等会对h造成改变，通过距离传感器的上述调节实现对避障动态调节过程的修正控制，构成闭环控制系统；情况5，当电磁传感器采集不到车辆行驶路面有电磁信息或电磁信号较弱，经过电子控制单元分析后判断车辆驶出无线充电区域，输出模块下达指令关闭充电设备，并升高二级剪型升降机构，抬升无线充电车载接收板。进一步，所述情况2和情况3中避障过程动态调节的具体过程为：当传感器采集到障碍物信息时，说明检测到有障碍物进入传感器监测范围内，升降机构立即上升避障，由于电动推杆的速度为定值，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车动态调节无线充电系统，其特征在于，包括信息采集单元、电子控制单元和执行单元；所述信息采集单元包括：磁场传感器、雷达传感器、距离传感器和OBD车速端口；磁场传感器安装在车底盘前部，用于采集行驶路面无线充电线圈电磁信息；雷达传感器斜向下安装在车底盘前部，用于检测行驶路面是否存在障碍物；距离传感器安装在无线充电车载接收板下端，用于测量无线充电车载接收板与地面距离；磁场传感器安装在车底盘前部，用于采集行驶路面无线充电线圈电磁场信息；汽车车速通过OBD车速端口读取；所述电子控制单元以80C55单片机为主体，主要包括输入模块、运算模块、充电控制模块、避障模块、升降控制模块和输出模块；所述输入模块用于接收信息采集单元提供的车速信号、各传感器采集到的信号，并将原始信号信息传递给运算模块；所述运算模块根据输入模块传递的各类信号，在单片机中算出行驶路面上的电磁场信息、是否有障碍物、无线充电车载接收板与地面距离，并将这些数据传递给充电控制模块、升降控制模块和避障模块；所述充电控制模块根据运算模块的计算的行驶路面上的电磁场信息，判断是否驶入可动态无线充电区域，车载充电装置是否开启，并向升降控制模块发出信号；所述避障模块根据运算模块计算的车速、障碍物数据以及无线充电车载接收板与地面距离，确定避障方案：充电装置何时升高及升高可用的最大时间；充电装置何时下降再次减小无线充电气隙提高无线充电效率，实现动态调节下高效率动态无线充电，并向升降控制模块发出信号；所述升降控制模块根据充电控制模块和避障模块传递的信号，综合分析决定升降机构是否工作，实现减小无线充电气隙提高无线充电效率，并向输出模块发出控制指令；所述输出模块将电子控制单元分析计算的综合信息以单片机I/O端口电信号的形式传输到执行单元，实现电信号的控制；所述执行单元用于实现充电线路的开闭和二级剪型升降机构的升降调节。...

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车动态调节无线充电系统，其特征在于，包括信息采集单元、电子控制单元和执行单元；所述信息采集单元包括：磁场传感器、雷达传感器、距离传感器和OBD车速端口；磁场传感器安装在车底盘前部，用于采集行驶路面无线充电线圈电磁信息；雷达传感器斜向下安装在车底盘前部，用于检测行驶路面是否存在障碍物；距离传感器安装在无线充电车载接收板下端，用于测量无线充电车载接收板与地面距离；磁场传感器安装在车底盘前部，用于采集行驶路面无线充电线圈电磁场信息；汽车车速通过OBD车速端口读取；所述电子控制单元以80C55单片机为主体，主要包括输入模块、运算模块、充电控制模块、避障模块、升降控制模块和输出模块；所述输入模块用于接收信息采集单元提供的车速信号、各传感器采集到的信号，并将原始信号信息传递给运算模块；所述运算模块根据输入模块传递的各类信号，在单片机中算出行驶路面上的电磁场信息、是否有障碍物、无线充电车载接收板与地面距离，并将这些数据传递给充电控制模块、升降控制模块和避障模块；所述充电控制模块根据运算模块的计算的行驶路面上的电磁场信息，判断是否驶入可动态无线充电区域，车载充电装置是否开启，并向升降控制模块发出信号；所述避障模块根据运算模块计算的车速、障碍物数据以及无线充电车载接收板与地面距离，确定避障方案：充电装置何时升高及升高可用的最大时间；充电装置何时下降再次减小无线充电气隙提高无线充电效率，实现动态调节下高效率动态无线充电，并向升降控制模块发出信号；所述升降控制模块根据充电控制模块和避障模块传递的信号，综合分析决定升降机构是否工作，实现减小无线充电气隙提高无线充电效率，并向输出模块发出控制指令；所述输出模块将电子控制单元分析计算的综合信息以单片机I/O端口电信号的形式传输到执行单元，实现电信号的控制；所述执行单元用于实现充电线路的开闭和二级剪型升降机构的升降调节。2.根据权利要求1所述的一种电动汽车动态调节无线充电系统，其特征在于，所述执行机构由充电线路开关和二级剪型升降机构组成，接收电子控制单元的指令完成相应动作；所述充电线路开关是在单片机控制下，通过单片机I/O端口输出电平信号在三级管的开关作用下控制继电器，形成以继电器控制无线充电设备的电路，执行指令；所述二级剪型升降机构是由单片机控制下的电动推杆驱动的剪型升降结构组成，通过单片机I/O端口输出高低电平的电信号在三级管的开关作用下控制继电器，在继电器控制下驱动电动推杆水平伸长或缩短，再由剪型机构将水平方向长度变化转化为竖直运方向的高度变化，完成无线充电车载接收板的升降，实现动态调节。3.根据权利要求2所述的一种电动汽车动态调节无线充电系统，其特征在于，当执行单元接收到指令时，单片机的I/O端口输出高电平，在NPN三极管的作用下接通继电器线圈电路，使继电器具有磁效应吸合常开开关，接通外部执行电路；反之，单片机的I/O端口输出低电平，在NPN三极管的作用下断开继电器线圈电路，继电器吸合状态下的常开开关断开，从而断开外部执行电路，外部执行电路开闭，完成相应的动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，徐兴，刘阳，李瓦岗，耿国庆，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32