一種電動汽車動態調節無線充電系統及其控制方法技術方案

本發明專利技術提供一種電動汽車動態調節無線充電系統及其控制方法，通過傳感器收集信息，由單片機控制二級剪型升降機構，調節無線充電車載接收板與地面的氣隙，實現電動汽車在行駛過程中動態調節無線充電，提高無線充電效率；本發明專利技術主要由信息采集單元、電子控制單元、執行單元構成，通過信息采集單元采集車輛行駛信息和地面路況及充電線圈磁場信息，在電子控制單元的運算，控制執行單元完成電動汽車行駛過程中充電機構的動態調節，實現在保證安全行駛的前提下減小無線充電氣隙，提高無線充電效率。

【技術實現步驟摘要】
一種電動汽車動態調節無線充電系統及其控制方法
本專利技術屬于電動汽車無線充電領域，具體涉及一種電動汽車動態調節無線充電系統及其控制方法。
技術介紹
由于石油資源枯竭、大氣污染、全球氣溫上升等因素，發展新能源技術已成為我國經濟可持續發展迫切需要解決的問題。作為解決這些問題的一個手段，新能源汽車在近年得到充分發展，對于新能源汽車的改進和完善也成為了未來汽車工業的發展方向。然而，在電動汽車的快速發展的同時，許多問題也一一出現。例如車載電池的能量密度難以與汽油相比，所以電動汽車就需要配備龐大笨重的電池組對車輛進行供能，有限的續航成為了電動汽車發展的一大制約因素。無線充電技術是目前比較新穎的一種電能傳輸方式，它是以電磁場為媒介實現電能傳遞，與接觸式充電相比有著使用方便、安全、無觸點危險等優點。專利申請號為CN201510822026.9提出了一種分段發射式電動汽車在線動態無線供電系統。動態無線充電技術提供了一種減少電池容量、減輕車體重量的解決方案，可以提高能源的有效利用率，減少電動汽車的初始購置成本，可以解決目前無線充電技術仍存在例如傳輸距離短、距離增大時效率急劇下降等問題，然而，動態無線充電用于初期對于路面線圈的鋪設成本過高，對于環境要求苛刻等問題，目前也尚處于研究摸索階段，所以尚未進入市場。基于專利申請號為CN201510822026.9而提出的動態調節無線充電系統的構想。本專利技術提出了一種設計簡單，控制可靠，低成本，安全性高，性能穩定的電動汽車動態調節無線充電裝置，為實現電動汽車的高效率動態無線充電控制提供一種解決方案。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種電動汽車動態調節無線充電系統及其控制方法，實現電動汽車在行駛過程中動態調節無線充電，通過傳感器收集信息，由單片機控制二級剪型升降機構，調節無線充電車載接收板與地面的氣隙，實現電動汽車在行駛過程中動態調節無線充電，提高無線充電效率。本專利技術系統的技術方案是：一種電動汽車動態調節無線充電系統，包括信息采集單元、電子控制單元和執行單元；所述信息采集單元包括：磁場傳感器、雷達傳感器、距離傳感器和OBD車速端口；磁場傳感器安裝在車底盤前部，用于采集行駛路面無線充電線圈電磁信息；雷達傳感器斜向下安裝在車底盤前部，用于檢測行駛路面是否存在障礙物；距離傳感器安裝在無線充電車載接收板下端，用于測量無線充電車載接收板與地面距離；磁場傳感器安裝在車底盤前部，用于采集行駛路面無線充電線圈電磁場信息；汽車車速通過OBD車速端口讀取；所述電子控制單元以80C55單片機為主體，主要包括輸入模塊、運算模塊、充電控制模塊、避障模塊、升降控制模塊和輸出模塊；所述輸入模塊用于接收信息采集單元提供的車速信號、各傳感器采集到的信號，并將原始信號信息傳遞給運算模塊；所述運算模塊根據輸入模塊傳遞的各類信號，在單片機中算出行駛路面上的電磁場信息、是否有障礙物、無線充電車載接收板與地面距離，并將這些數據傳遞給充電控制模塊、升降控制模塊和避障模塊；所述充電控制模塊根據運算模塊的計算的行駛路面上的電磁場信息，判斷是否駛入可動態無線充電區域，車載充電裝置是否開啟，并向升降控制模塊發出信號；所述避障模塊根據運算模塊計算的車速、障礙物數據以及無線充電車載接收板與地面距離，確定避障方案：充電裝置何時升高及升高可用的最大時間；充電裝置何時下降再次減小無線充電氣隙提高無線充電效率，實現動態調節下高效率動態無線充電，并向升降控制模塊發出信號；所述升降控制模塊根據充電控制模塊和避障模塊傳遞的信號，綜合分析決定升降機構是否工作，實現減小無線充電氣隙提高無線充電效率，并向輸出模塊發出控制指令；所述輸出模塊將電子控制單元分析計算的綜合信息以單片機I/O端口電信號的形式傳輸到執行單元，實現電信號的控制；所述執行單元用于實現充電線路的開閉和二級剪型升降機構的升降調節。進一步，所述執行機構由充電線路開關和二級剪型升降機構組成，接收電子控制單元的指令完成相應動作；所述充電線路開關是在單片機控制下，通過單片機I/O端口輸出電平信號在三級管的開關作用下控制繼電器，形成以繼電器控制無線充電設備的電路，執行指令；所述二級剪型升降機構是由單片機控制下的電動推桿驅動的剪型升降結構組成，通過單片機I/O端口輸出高低電平的電信號在三級管的開關作用下控制繼電器，在繼電器控制下驅動電動推桿水平伸長或縮短，再由剪型機構將水平方向長度變化轉化為豎直運方向的高度變化，完成無線充電車載接收板的升降，實現動態調節。進一步，當執行單元接收到指令時，單片機的I/O端口輸出高電平，在NPN三極管的作用下接通繼電器線圈電路，使繼電器具有磁效應吸合常開開關，接通外部執行電路；反之，單片機的I/O端口輸出低電平，在NPN三極管的作用下斷開繼電器線圈電路，繼電器吸合狀態下的常開開關斷開，從而斷開外部執行電路。外部執行電路開閉，完成相應的動作實現動態調節。進一步，所述二級剪型升降機構的上端固定并安裝在車底盤上，二級剪型升降機構的下端連接無線充電車載接收板，上下端連接方式為右側采用固定鉸鏈，左側采用滑塊，并安裝在滑塊槽內，上端滑塊與固定鉸鏈之間用電動推桿連接。本專利技術的方法的技術方案為：一種電動汽車動態調節無線充電系統控制方法，具體控制過程如下：情況1，當電磁傳感器采集到車輛行駛路面有電磁信息，經過電子控制單元分析后判斷車輛即將進入無線充電區域，輸出模塊下達指令開啟充電設備；在傳感器檢測無障礙物時，下降二級剪型升降機構，使無線充電車載接收板靠近地面，通過減少一級線圈和二級線圈之間的間隙的方式提高無線充電的充電效率；情況2，當傳感器采集到障礙物信息，經過電子控制單元分析后判斷有障礙物進入傳感器監測范圍內，電動推桿的速度為定值，升降機構上升的所需時間應為定值t，障礙物從被檢測處到無線充電車載接收板下方所經歷的時間為t1；升降機構至少要在時間t1內上升避障。得到指令后單片機的P21端口輸出高電平，KA1常開開關閉合，電機正轉電動推桿縮短，實現充電裝置上升從而避開障礙物；情況3，當傳感器不再采集到障礙物信息，經過電子控制單元分析后判斷障礙物離開傳感器監測范圍，升降機構在確保障礙物遠離充電裝置后，即在障礙物信號消失時間t2后，保持單片機的P21端口輸出高電平不變，P22端口開始輸出高電平，KA2常開開關閉合，電機反轉電動推桿縮短，使充電裝置下降，躲避障礙物后再次減小無線充電接收板和一級線圈之間的氣隙提高無線充電效率；情況4，當升降機構下降時，距離傳感器檢測到無線充電車載接收板與地面距離為h，預設一個安全距離h0，當h0＞h時，電動推桿繼續工作升降機構繼續下降；當h0≤h時，電動推桿立即停止工作并自鎖升降機構停止下降。車的載重不同、行車的顛簸等會對h造成改變，通過距離傳感器的上述調節實現對避障動態調節過程的修正控制，構成閉環控制系統；情況5，當電磁傳感器采集不到車輛行駛路面有電磁信息或電磁信號較弱，經過電子控制單元分析后判斷車輛駛出無線充電區域，輸出模塊下達指令關閉充電設備，并升高二級剪型升降機構，抬升無線充電車載接收板。進一步，所述情況2和情況3中避障過程動態調節的具體過程為：當傳感器采集到障礙物信息時，說明檢測到有障礙物進入傳感器監測范圍內，升降機構立即上升避障，由于電動推桿的速度為定值，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電動汽車動態調節無線充電系統，其特征在于，包括信息采集單元、電子控制單元和執行單元；所述信息采集單元包括：磁場傳感器、雷達傳感器、距離傳感器和OBD車速端口；磁場傳感器安裝在車底盤前部，用于采集行駛路面無線充電線圈電磁信息；雷達傳感器斜向下安裝在車底盤前部，用于檢測行駛路面是否存在障礙物；距離傳感器安裝在無線充電車載接收板下端，用于測量無線充電車載接收板與地面距離；磁場傳感器安裝在車底盤前部，用于采集行駛路面無線充電線圈電磁場信息；汽車車速通過OBD車速端口讀取；所述電子控制單元以80C55單片機為主體，主要包括輸入模塊、運算模塊、充電控制模塊、避障模塊、升降控制模塊和輸出模塊；所述輸入模塊用于接收信息采集單元提供的車速信號、各傳感器采集到的信號，并將原始信號信息傳遞給運算模塊；所述運算模塊根據輸入模塊傳遞的各類信號，在單片機中算出行駛路面上的電磁場信息、是否有障礙物、無線充電車載接收板與地面距離，并將這些數據傳遞給充電控制模塊、升降控制模塊和避障模塊；所述充電控制模塊根據運算模塊的計算的行駛路面上的電磁場信息，判斷是否駛入可動態無線充電區域，車載充電裝置是否開啟，并向升降控制模塊發出信號；所述避障模塊根據運算模塊計算的車速、障礙物數據以及無線充電車載接收板與地面距離，確定避障方案：充電裝置何時升高及升高可用的最大時間；充電裝置何時下降再次減小無線充電氣隙提高無線充電效率，實現動態調節下高效率動態無線充電，并向升降控制模塊發出信號；所述升降控制模塊根據充電控制模塊和避障模塊傳遞的信號，綜合分析決定升降機構是否工作，實現減小無線充電氣隙提高無線充電效率，并向輸出模塊發出控制指令；所述輸出模塊將電子控制單元分析計算的綜合信息以單片機I/O端口電信號的形式傳輸到執行單元，實現電信號的控制；所述執行單元用于實現充電線路的開閉和二級剪型升降機構的升降調節。...

【技術特征摘要】
1.一種電動汽車動態調節無線充電系統，其特征在于，包括信息采集單元、電子控制單元和執行單元；所述信息采集單元包括：磁場傳感器、雷達傳感器、距離傳感器和OBD車速端口；磁場傳感器安裝在車底盤前部，用于采集行駛路面無線充電線圈電磁信息；雷達傳感器斜向下安裝在車底盤前部，用于檢測行駛路面是否存在障礙物；距離傳感器安裝在無線充電車載接收板下端，用于測量無線充電車載接收板與地面距離；磁場傳感器安裝在車底盤前部，用于采集行駛路面無線充電線圈電磁場信息；汽車車速通過OBD車速端口讀取；所述電子控制單元以80C55單片機為主體，主要包括輸入模塊、運算模塊、充電控制模塊、避障模塊、升降控制模塊和輸出模塊；所述輸入模塊用于接收信息采集單元提供的車速信號、各傳感器采集到的信號，并將原始信號信息傳遞給運算模塊；所述運算模塊根據輸入模塊傳遞的各類信號，在單片機中算出行駛路面上的電磁場信息、是否有障礙物、無線充電車載接收板與地面距離，并將這些數據傳遞給充電控制模塊、升降控制模塊和避障模塊；所述充電控制模塊根據運算模塊的計算的行駛路面上的電磁場信息，判斷是否駛入可動態無線充電區域，車載充電裝置是否開啟，并向升降控制模塊發出信號；所述避障模塊根據運算模塊計算的車速、障礙物數據以及無線充電車載接收板與地面距離，確定避障方案：充電裝置何時升高及升高可用的最大時間；充電裝置何時下降再次減小無線充電氣隙提高無線充電效率，實現動態調節下高效率動態無線充電，并向升降控制模塊發出信號；所述升降控制模塊根據充電控制模塊和避障模塊傳遞的信號，綜合分析決定升降機構是否工作，實現減小無線充電氣隙提高無線充電效率，并向輸出模塊發出控制指令；所述輸出模塊將電子控制單元分析計算的綜合信息以單片機I/O端口電信號的形式傳輸到執行單元，實現電信號的控制；所述執行單元用于實現充電線路的開閉和二級剪型升降機構的升降調節。2.根據權利要求1所述的一種電動汽車動態調節無線充電系統，其特征在于，所述執行機構由充電線路開關和二級剪型升降機構組成，接收電子控制單元的指令完成相應動作；所述充電線路開關是在單片機控制下，通過單片機I/O端口輸出電平信號在三級管的開關作用下控制繼電器，形成以繼電器控制無線充電設備的電路，執行指令；所述二級剪型升降機構是由單片機控制下的電動推桿驅動的剪型升降結構組成，通過單片機I/O端口輸出高低電平的電信號在三級管的開關作用下控制繼電器，在繼電器控制下驅動電動推桿水平伸長或縮短，再由剪型機構將水平方向長度變化轉化為豎直運方向的高度變化，完成無線充電車載接收板的升降，實現動態調節。3.根據權利要求2所述的一種電動汽車動態調節無線充電系統，其特征在于，當執行單元接收到指令時，單片機的I/O端口輸出高電平，在NPN三極管的作用下接通繼電器線圈電路，使繼電器具有磁效應吸合常開開關，接通外部執行電路；反之，單片機的I/O端口輸出低電平，在NPN三極管的作用下斷開繼電器線圈電路，繼電器吸合狀態下的常開開關斷開，從而斷開外部執行電路，外部執行電路開閉，完成相應的動...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張健，徐興，劉陽，李瓦崗，耿國慶，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32