一种感应电压地图构建方法和电动汽车无线充电系统与流程

本发明涉及电动汽车无线充电，具体涉及一种感应电压地图构建方法和电动汽车无线充电系统。

背景技术：

1、无线定位是电动汽车无线充电的一项关键辅助技术，它帮助车载端的电能接收端装置与地面端电能发射装置对齐。电动汽车的无线定位本质上是一种基于人工磁场的定位技术，此定位系统的装置包括发射线圈和接收线圈。无线充电系统对发射线圈通交流电产生交变磁场，由于电磁感应，接收线圈上会产生感应电压，通过测量到的感应电压，接收线圈可以估算其相对于发射线圈的位置和姿态。通常定位发射线圈安装在地面端电能发射装置，定位接收线圈安装在车载端的电能接收端装置，通过估计接收线圈的位置和姿态可以检测电动汽车相对于地面端充电装置的位置和姿态。

2、以图1为例，有单个发射线圈1和接收线圈2。发射线圈1通交流电后会在周围生成磁场，在磁场中的接收线圈2上会产生感应电压，以感应电压幅度的大小和接收线圈面积，线圈中心的三维位置[xyz]及其平面方向角θ有关。通过磁场理论模型，例如磁偶极子模型或毕奥-萨伐尔模型和已知向量u＝[xyzθ]可以计算接收线圈感应电压幅度v(u)＝μf(u)，其中函数f(·)取决于选择的磁场理论模型和其他已知系统设计参数，μ为未知参数磁导率，受到周围介质影响，例如铁氧体，金属材料等等。在电动汽车定位的应用中，x,y表示以地面端电能发射装置为平面的二维位置，z表示车载端电能接收端装置的高度，在安装后为定值。θ表示汽车的姿态，由于司机转向的控制，θ的变化范围不大。所以，x,y是汽车定位应用中需要被估计的主要参数。

3、现有技术中的估算u的方法可以归纳为感应电压理论模型法和感应电压地图查表法：

4、感应电压理论模型法基于一种预设的磁场理论模型，即已知的磁场理论模型f(·)和参考点μ，结合实际测量的电压幅度v，去求解非线性方程而获得参考点u的估计值。解方程的通用算法是迭代最小二乘法，例如高斯牛顿法，梯度下降法，列文伯格-马夸尔特法等。感应电压理论模型法的缺点在于，预设的理论模型和实际的有差距，从而造成定位精度的降低。

5、感应电压地图查表法需要对系统进行校准，在多个已知参考点u上测量实际电压v值，从而建立感应电压地图(参考点u和电压v的一一对应关系)，即构建真实场景中的磁场理论模型f(·)和参考点μ。校准完成后，根据测量的电压v值可以在感应电压地图中匹配最接近的电压v，其对应的参考点u就是估计值。感应电压地图查表法的缺点在于校准需要大量的人力，即需要在多个已知的参考点u上测量电压v，增加系统运营成本。尤其当参考点u的维度高，密集度大的时候，参考点会非常多，而减少参考点则又会导致降低定位精度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种感应电压地图构建方法，解决以上技术问题；

2、本发明的目的还在于，提供一种电动汽车无线充电系统，解决以上技术问题。

3、本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

4、一种感应电压地图构建方法，包括，

5、步骤s1，构建坐标系统和参考点，将所述参考点分为n组参考点集合；

6、步骤s2，在第一组参考点集合中的所述参考点上测量电压值，获得初始电压地图；

7、步骤s3，利用预设的感应电压理论模型和所述初始电压地图估算磁导率，修正所述预设的感应电压理论模型使得计算得到的理论电压值与测量电压值相匹配，获得修正后的感应电压理论模型；

8、步骤s4，计算其余n-1组的所述参考点集合中所述参考点的电压值，获得全部参考点集合的电压地图；

9、步骤s5，将所述全部参考点集合的电压地图从所述参考点集合扩展至姿态角集合，获得构建后的电压地图；

10、其中n为大于1的正整数。

11、优选的，步骤s3中，修正所述预设的感应电压理论模型的方法为，

12、采用所述预设的感应电压理论模型估算磁导率，修正所述预设的感应电压理论模型，使得所述修正后的感应电压理论模型的磁导率估计值满足：在磁导率为时电压价值函数的值最小，所述电压价值函数的表达式为，

13、

14、其中，μ表示磁导率，u表示所述参考点，u1表示所述第一组参考点集合，表示所述初始电压地图，表示磁导率μ时的理论电压值。

15、优选的，步骤s4中，所述全部参考点集合的电压地图中每一个所述参考点的电压计算方法包括，

16、步骤s41，在所述第一组参考点集合中选取距离待计算电压的所述参考点小于等于设计参数的所有参考点，获得选中参考点；

17、步骤s42，使用所述修正后的感应电压理论模型计算所述选中参考点上的理论电压值；

18、步骤s43，计算每一所述选中参考点上的测量电压值和理论电压值的比值，并计算比值的均值；

19、步骤s44，估算待计算电压的所述参考点的测量电压值，获得所述全部参考点集合的电压地图。

20、优选的，步骤s41中，所述选中参考点的条件公式为，

21、

22、其中，(x,y)表示所述待计算电压的所述参考点的坐标，(x1,y1)表示所述选中参考点的坐标，r表示所述设计参数。

23、优选的，步骤s44中，所述待计算电压的所述参考点u的测量电压值的估算公式为，

24、

25、其中，表示使用所述修正后的感应电压理论模型计算所述参考点u得到的理论电压值，表示步骤s43中获得的所述选中参考点u1的测量电压值和理论电压值的比值的均值；

26、所述选中参考点u1的测量电压值和理论电压值的比值的计算公式为，

27、

28、其中表示所述选中参考点u1的测量电压值，表示所述选中参考点u1的理论电压值。

29、优选的，步骤s5中将所述全部参考点集合的电压地图从所述参考点集合扩展至所述姿态角集合的方法包括，

30、步骤s51，对于所述参考点集合中每一个所述参考点，建立在所述姿态角集合中的对应点；

31、步骤s52，对新建立的所述对应点，使用所述修正后的感应电压理论模型估算所述对应点的测量电压值。

32、优选的，步骤s5中，所述姿态角集合中所述对应点的姿态角θ的取值范围设为θ∈[θmin,θmax]，所述参考点的姿态角为均值

33、

34、其中θmin表示所述姿态角θ的最小值，θmax表示所述姿态角θ的最大值；

35、所述姿态角集合u中所述参考点扩展到所述姿态角集合uθ,m的姿态角θ扩展公式为，

36、

37、其中，m为整数，用以使得姿态角θ满足θ∈[θmin,θmax]，δθ表示姿态角间隔。

38、优选的，步骤s1包括，构建所述参考点u的坐标(x,y)，设置所述参考点u的坐标范围，表达式为，

39、x∈[-xmax,xmax],y∈[-ymax,ymax]

40、其中xmax表示所述参考点u的x坐标极值，ymax表示参考点u的y坐标极值；

41、设定x,y坐标的所述参考点间距分别为δx,δy，所述参考点u的z坐标为定值。

42、优选的，步骤s1还包括，所述参考点被分为n组所述参考点集合，每一组所述参考点集合中所述参考点的取值为：

43、对于第n组参考点集合un，所述参考点的x坐标的取值范围为，

44、[-xmax+(n-1)δx]:nδx:[xmax+(n-1)δx]

45、其中，-xmax+(n-1)δx表示x坐标最小值，xmax+(n-1)δx表示x坐标最大值，nδx表示x坐标间隔；

46、对于第n组参考点集合un，所述参考点的y坐标的取值范围为，

47、[-ymax+(n-1)δy]:nδy:[ymax+(n-1)δy]

48、其中，-ymax+(n-1)δy表示y坐标最小值，ymax+(n-1)δy表示y坐标最大值，nδy表示y坐标间隔。

49、一种电动汽车无线充电系统，包括设置在地面端电能发射装置上的发射线圈和设置在车载端电能接收装置上的接收线圈，还包括，

50、用于计算汽车位置姿态和用于实施所述的感应电压地图构建方法的计算单元；

51、存储单元，连接所述计算单元，用于存储构建后的电压地图。

52、本发明的有益效果：由于采用以上技术方案，本发明提出适用于电动汽车无线充电定位技术的电压地图构建方法，通过人力校准和电压理论模型混合的方式构建感应电压地图，在保障定位精度的同时，降低因校准带来的人力成本等系统运营成本。