基于三線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置及定位方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于三線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置及定位方法，其中的定位裝置包括：安裝在電動(dòng)車底盤上的三個(gè)相同的圓形定位線圈，三個(gè)定位線圈的圓心形成一個(gè)等腰直角三角形，等腰直角三角形的兩條直角邊的長度等于兩根通電導(dǎo)軌之間的寬度；初始時(shí)刻時(shí)，位于等腰直角三角形直角頂點(diǎn)的定位線圈的圓心正對一根通電導(dǎo)軌，另外兩個(gè)定位線圈的圓心分別向兩根通電導(dǎo)軌的同側(cè)偏移預(yù)設(shè)的距離，與直角頂點(diǎn)正對的通電導(dǎo)軌與其偏移角度最小的直角邊在水平方向上形成的夾角α。本發(fā)明通過分析三個(gè)定位線圈的拾取電壓的變化趨勢能更好的使電動(dòng)車與通電導(dǎo)軌對中，從而達(dá)到最強(qiáng)能量，同時(shí)能夠精確判斷出電動(dòng)車的偏移方向及偏移程度。
【專利說明】
基于Ξ線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置及定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電動(dòng)車無線供電技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，設(shè)及一種基于Ξ線圈的無線 供電電動(dòng)車定位裝置及定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 與傳統(tǒng)汽車相比，電動(dòng)汽車具有環(huán)保、效率高、維修方便、噪音低、維護(hù)成本低等絕 對優(yōu)勢。但同時(shí)，相比于傳統(tǒng)汽車技術(shù)，電動(dòng)汽車的技術(shù)特別是供電技術(shù)方面還并不完善。 無線供電技術(shù)作為一種新型電力傳輸技術(shù)，它的應(yīng)用不僅可W增加充電的安全性和可靠 性，當(dāng)發(fā)射功率足夠大時(shí)，甚至可W讓電動(dòng)車脫離裡電池，實(shí)現(xiàn)全程在線供電。
[0003] 然而無線供電電動(dòng)車并非像交通軌道車一樣只能在給定軌道上運(yùn)行，它允許有一 定的偏移自由度，當(dāng)電動(dòng)車偏移供電導(dǎo)軌的偏移角度在允許范圍內(nèi)仍可正常工作，當(dāng)偏移 角度太大將會降低電能的傳輸能力。人工駕駛電動(dòng)車在行進(jìn)過程中一般采用導(dǎo)軌式發(fā)射裝 置。當(dāng)電動(dòng)車沿著導(dǎo)軌運(yùn)行時(shí)，就可W從導(dǎo)軌上獲取持續(xù)的電能，從而可W大大減小電池的 容量，甚至完全取消電池。
[0004] 基于此，設(shè)計(jì)一套合理的電動(dòng)車位置檢測系統(tǒng)可W為駕駛員實(shí)時(shí)提供電動(dòng)車偏離 軌道的狀態(tài)，從而使得電動(dòng)車更好地運(yùn)行在預(yù)設(shè)軌道上、穩(wěn)定地拾取電能。目前已有的電動(dòng) 車定位引導(dǎo)方式有激光引導(dǎo)、慣性引導(dǎo)、視覺引導(dǎo)、電磁引導(dǎo)、超聲定位等等。激光引導(dǎo)是利 用激光掃描器識別設(shè)置在電動(dòng)車活動(dòng)范圍內(nèi)的若干個(gè)定位標(biāo)志來確定其坐標(biāo)位置，其缺點(diǎn) 是抗光干擾能力較差;慣性引導(dǎo)針是通過在路徑上每隔一段距離設(shè)置一對磁釘，由磁柵尺 檢測進(jìn)行位置檢測與校準(zhǔn)，其缺點(diǎn)是抗震動(dòng)能力差;視覺引導(dǎo)是通過電動(dòng)車在行進(jìn)過程中 攝像頭實(shí)時(shí)獲取前方參考物的位置進(jìn)行電動(dòng)車的位置分析，其缺點(diǎn)是成本較為昂貴;超聲 定位是利用超聲波檢測法實(shí)現(xiàn)放電點(diǎn)的定位，但其缺點(diǎn)是超聲波受多徑效應(yīng)和非視距傳播 影響很大。此外，由于無線供電電動(dòng)車在行駛過程中始終處于一個(gè)高磁場的環(huán)境當(dāng)中，額外 增加附件會受到磁場的影響且無法充分利用已有資源，相比之下電磁引導(dǎo)在無線供電電動(dòng) 車定位方面應(yīng)用較多，其原理是通過設(shè)置在車身上的電磁傳感器感受到周圍磁場的強(qiáng)弱來 進(jìn)行位置檢測。
[0005] 對于電磁引導(dǎo)定位方式，已有的設(shè)計(jì)針對的均為單根導(dǎo)軌通過電磁引導(dǎo)的方式進(jìn) 行路徑選擇，無法解決實(shí)際情況中駕駛員駕駛電動(dòng)車在雙導(dǎo)軌發(fā)射線圈上行駛時(shí)定位的問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于Ξ線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置 及定位方法，W解決無線供電電動(dòng)車在通電導(dǎo)軌上運(yùn)行時(shí)偏移角度的大小會影響電能傳輸 能力的問題。
[0007] 本發(fā)明提供一種基于Ξ線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置，包括安裝在無線供電電 動(dòng)車底盤上的Ξ個(gè)相同的圓形的定位線圈，Ξ個(gè)定位線圈的圓屯、形成一個(gè)等腰直角Ξ角 形，等腰直角Ξ角形的兩條直角邊的長度等于兩根通電導(dǎo)軌之間的寬度；其中，初始時(shí)刻 時(shí)，位于等腰直角Ξ角形直角頂點(diǎn)的定位線圈的圓屯、正對一根通電導(dǎo)軌，另外兩個(gè)定位線 圈的圓屯、分別向兩根通電導(dǎo)軌的同側(cè)偏移預(yù)設(shè)的距離，與直角頂點(diǎn)正對的通電導(dǎo)軌與其偏 移角度最小的直角邊在水平方向上形成的夾角α的取值范圍為：
[000引0<a《amax，i
才，從無線供電電動(dòng)車的前后方向看，使位于前方的兩 個(gè)定位線圈在初始時(shí)刻的拾取電壓達(dá)到最大，另一個(gè)定位線圈在初始時(shí)刻的拾取電壓為 零；
[0009] 其中，d為兩根通電導(dǎo)軌之間的寬度，h為Ξ個(gè)定位線圈構(gòu)成的平面到所述兩根通 電導(dǎo)軌所在平面的距離。
[0010] 本發(fā)明還提供一種基于Ξ線圈的無線供電電動(dòng)車定位方法，利用基于Ξ線圈的無 線供電電動(dòng)車定位裝置對無線供電電動(dòng)車進(jìn)行定位，基于Ξ線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝 置中的Ξ個(gè)定位線圈分別為第一定位線圈、第二定位線圈和第Ξ定位線圈，兩根通電導(dǎo)軌 分別為第一通電導(dǎo)軌和第二通電導(dǎo)軌，第一通電導(dǎo)軌相對于無線供電電動(dòng)車的行駛方向位 于第二通電導(dǎo)軌的左側(cè)，初始時(shí)刻時(shí)，第一定位線圈的圓屯、正對第一通電導(dǎo)軌，從無線供電 電動(dòng)車的前后方向看，第Ξ定位線圈位于第一定位線圈的后側(cè)，該定位方法具體包括：
[0011] 分別采集第一定位線圈的電壓Ua、第二定位線圈的電壓Ub和第Ξ定位線圈的電壓 Uc;
[0012] 當(dāng)Ub-A《Ua《Ub+A且Uc《A時(shí)，無線供電電動(dòng)車未偏移兩根通電導(dǎo)軌；
[0013] 當(dāng)Ua[i]+A《Ua[i-n]或Ub[i-n]-A《ub[i]《Ub[i-n]+A 或Uc[i]>Uc[i-n]+A 時(shí)，無線供電電動(dòng)車向兩根通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移；
[0014] 當(dāng) Ua[i]+A《ua[i-n]或 Ub[i]>Ub[i-n]+A 或 Uc[i]>Uc[i-n]+A 時(shí)，無線供電電 動(dòng)車向兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移；
[0015] 在電動(dòng)車相對于兩根通電導(dǎo)軌發(fā)生偏移時(shí)，定義Ξ個(gè)偏移等級，分別為：Emin偏移 角度較小、Emid偏移角度略大和Emax偏移角度較大，且Ξ個(gè)偏移角度均小于90° ; W及，
[0016] 當(dāng)Ua[i]+A《Ua[i-n]且時(shí)，無線供電電動(dòng)車向兩根通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移的 程度為Emin;
[0017] 當(dāng)叫-Δ《Ua《叫+ Δ且Uc> A時(shí)，無線供電電動(dòng)車向兩根通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移的程 度為￡mid ;
[001引當(dāng)Ua《A且ub[i-n]-A《ub[i]《Ub[i-n]+A時(shí)，無線供電電動(dòng)車向兩根通電導(dǎo)軌 的一側(cè)偏移的程度為εmax ;
[0019] 當(dāng)Ub[i]+A《ub[i-n]且Ub《A時(shí)，無線供電電動(dòng)車向兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移 的程度為Emin;
[0020] 當(dāng)Ub[i]>Ub[i-n] + Δ且Ub[i]>ub[i+n]+ Δ時(shí)，無線供電電動(dòng)車向兩根通電導(dǎo)軌的 另一側(cè)偏移的程度為Emid;
[0021] 當(dāng)時(shí)，無線供電電動(dòng)車向兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移的程度為Emax;
[0022] 其中，Δ為第一定位線圈、第二定位線圈和第Ξ定位線圈的實(shí)際合成電壓Δ U與理 論合成電壓A U0的偏差，通過反復(fù)迭代的方式對Δ進(jìn)行優(yōu)化，從而使無線供電電動(dòng)車定位 裝置達(dá)到更高的精度。
[0023] 本發(fā)明還提供一種無線供電電動(dòng)車的位置檢測系統(tǒng)，包括前述的基于Ξ線圈的無 線供電電動(dòng)車定位裝置、電壓放大裝置、整流裝置和控制板，其中，基于Ξ線圈的無線供電 電動(dòng)車定位裝置用于拾取無線供電電動(dòng)車的定位數(shù)據(jù)；電壓放大裝置用于放大所述定位數(shù) 據(jù);整流裝置用于整流放大后的定位數(shù)據(jù);控制板用于根據(jù)整流后的定位數(shù)據(jù)控制無線供 電電動(dòng)車的偏移。
[0024] 本發(fā)明提供的基于Ξ線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置及定位方法，具有穩(wěn)定性 強(qiáng)、靈敏度高、成本較低、實(shí)用性高等優(yōu)點(diǎn)，通過分析拾取的Ξ個(gè)定位線圈的電壓的變化趨 勢，能更好的使無線供電電動(dòng)車與通電導(dǎo)軌對中，從而達(dá)到最強(qiáng)能量，同時(shí)能夠精確判斷出 電動(dòng)車的偏移方向及偏移程度。
[0025] 為了實(shí)現(xiàn)上述W及相關(guān)目的，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面包括后面將詳細(xì)說明并在 權(quán)利要求中特別指出的特征。下面的說明W及附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的某些示例性方面。 然而，運(yùn)些方面指示的僅僅是可使用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些方式。此外，本發(fā)明 旨在包括所有運(yùn)些方面W及它們的等同物。
【附圖說明】
[0026] 通過參考W下結(jié)合附圖的說明及權(quán)利要求書的內(nèi)容，并且隨著對本發(fā)明的更全面 理解，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將更加明白及易于理解。在附圖中：
[0027] 圖la和圖化為中間型拾取電壓的變化趨勢圖；
[0028] 圖2為雙線圈拾取電壓的變化趨勢圖；
[0029] 圖3a-圖3c為本發(fā)明實(shí)施例的雙通電導(dǎo)軌與空間中某點(diǎn)P的示意圖；
[0030] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的Ξ定位線圈的擺放位置圖；
[0031] 圖5a-圖5c為本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)車直線行走時(shí)的電壓變化圖；
[0032] 圖6為圖5a-圖5c的電壓合成圖；
[0033] 圖7為合成電壓與偏移角度的關(guān)系圖；
[0034] 圖8為電動(dòng)車定位裝置的定位模型圖；
[0035] 圖9為橋式整流電路的電路圖；
[0036] 圖10為Lf353P型號的差分放大電路的電路圖。
[0037] 在所有附圖中相同的標(biāo)號指示相似或相應(yīng)的特征或功能。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 在下面的描述中，出于說明的目的，為了提供對一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的全面理解，闡 述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，很明顯，也可W在沒有運(yùn)些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)運(yùn)些實(shí)施例。 在其它例子中，為了便于描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備W方框圖的形式示出。
[0039] W下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0040] 需要說明的是，本發(fā)明所設(shè)及的無線供電電動(dòng)車(為了方便表述，W下簡稱為電動(dòng) 車)的能量發(fā)射裝置是雙通電導(dǎo)軌式發(fā)射裝置。兩個(gè)通電導(dǎo)軌平行設(shè)置，電動(dòng)車在兩個(gè)通電 導(dǎo)軌的正上方沿著兩個(gè)通電導(dǎo)軌運(yùn)行時(shí)，就可W從兩個(gè)通電導(dǎo)軌上獲取持續(xù)的電能。因此， 檢測電動(dòng)車的位置的目的在于判斷電動(dòng)車是否偏離通電導(dǎo)軌，一旦電動(dòng)車偏離通電導(dǎo)軌， 電能的傳輸能力將會下降。本發(fā)明可W告知駕駛員，電動(dòng)車偏離的方向和程度，從而使駕駛 員能更好的控制電動(dòng)車與通電導(dǎo)軌的對中，從而達(dá)到最強(qiáng)能量，從而使電動(dòng)車穩(wěn)定的拾取 電能。
[0041] 本發(fā)明提供的基于Ξ線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置包括Ξ個(gè)相同的圓形定位 線圈，運(yùn)Ξ個(gè)定位線圈可W安裝在電動(dòng)車底盤下方，Ξ個(gè)定位線圈的圓屯、形成一個(gè)等腰直 角Ξ角形，該等腰直角Ξ角形的兩條直角邊的長度等于兩根通電導(dǎo)軌之間的寬度。其中，有 一個(gè)定位線圈位于其中一根通電導(dǎo)軌的正上方，另外兩個(gè)定位線圈分別向通電導(dǎo)軌的同側(cè) 偏移預(yù)設(shè)的距離，且，兩個(gè)定位線圈中的一個(gè)位于另外兩個(gè)定位線圈的后部位置(相對于電 動(dòng)車的行駛方向），Ξ個(gè)定位線圈形成一個(gè)等腰直角Ξ角形，初始時(shí)刻時(shí)，位于等腰直角Ξ 角形直角頂點(diǎn)的定位線圈的圓屯、正對一根通電導(dǎo)軌，與直角頂點(diǎn)正對的通電導(dǎo)軌與其偏移 角度最小的直角邊在水平方向上形成的夾角α的取值范圍為：
[0042] 0<a《ama:
計(jì)，從無線供電電動(dòng)車的前后方向看，使位于前方的兩 個(gè)定位線圈在初始時(shí)刻的拾取電壓達(dá)到最大，另一個(gè)定位線圈在初始時(shí)刻的拾取電壓為 零；
[0043] 其中，d為兩根通電導(dǎo)軌之間的寬度，h為Ξ個(gè)定位線圈構(gòu)成的平面到所述兩根通 電導(dǎo)軌所在平面的距離。
[0044] 在運(yùn)一偏移角度的限定下，相對于電動(dòng)車的行駛方向，設(shè)置在前方的兩個(gè)定位線 圈的初始時(shí)刻拾取電壓相同且達(dá)到最大，而設(shè)置在后方的定位線圈（即第Ξ個(gè)定位線圈）的 拾取電壓極小，約等于零。
[0045] 只要α角在〇<a《amax內(nèi)，第Ξ個(gè)線圈的拾取電壓極小約等于0，α角不在〇<a《amax 范圍內(nèi)時(shí)，第Ξ個(gè)線圈的拾取電壓不等于0,即第Ξ個(gè)線圈的拾取電壓從無到有并逐漸變 大。
[0046] Ξ個(gè)定位線圈擺放在電動(dòng)車的底盤上，在擺放完成后Ξ個(gè)定位線圈的位置相對于 電動(dòng)車是固定的，且Ξ個(gè)定位線圈擺放的位置為初始時(shí)刻的擺放位置，當(dāng)電動(dòng)車相對于通 電導(dǎo)軌發(fā)生偏移時(shí)，Ξ個(gè)定位線圈也會隨著電動(dòng)車相對于通電導(dǎo)軌發(fā)生偏移，當(dāng)Ξ個(gè)定位 線圈相對于通電導(dǎo)軌發(fā)生偏移時(shí)，位于通電導(dǎo)軌正上方的定位線圈會偏移通電導(dǎo)軌的正上 方，其他兩個(gè)定位線圈也會相對于通電導(dǎo)軌發(fā)生位置變化，從而引起α角的變化，只要α角不 在0<a《amax范圍內(nèi)，且第一定位線圈和第二定位線圈的拾取電壓不相等，認(rèn)為電動(dòng)車相對 于通電導(dǎo)軌發(fā)生了偏移。
[0047] 下面首先對本發(fā)明采用Ξ個(gè)定位線圈的緣由做出說明。
[0048] 如果定位裝置采用單個(gè)定位線圈，則有兩種放置方法，分別為中間型和邊緣型，中 間型放置方法是將定位線圈放置在兩根通電導(dǎo)軌的中屯、線上方，而邊緣型放置方法是將定 位線圈放置在兩根通電導(dǎo)軌中一根通電導(dǎo)軌的正上方，兩種放置方法拾取的定位線圈的壓 力的變化趨勢分別如圖la和圖lb所示，分析圖la可知，電動(dòng)車左右移動(dòng)時(shí)電壓的變化趨勢 基本一致，因此，中間型放置方法存在的問題是，無法通過電壓的變化趨勢判斷出電動(dòng)車的 偏移方向；分析圖化可知，電動(dòng)車在偏移過程中出現(xiàn)過多次峰值，并且每個(gè)峰值左右的變化 趨勢都相同，因此，邊緣型放置方法存在的問題是，雖然能判斷出電動(dòng)車的偏移方向，但無 法判斷出電動(dòng)車是否沿通電導(dǎo)軌直線行走。綜上所述，本發(fā)明的電動(dòng)車定位裝置不采用單 個(gè)定位線圈對電動(dòng)車進(jìn)行定位。
[0049] 如果定位裝置采集雙定位線圈，由于兩個(gè)定位線圈分別置于兩根通電導(dǎo)軌的邊緣 的上方時(shí)，電動(dòng)車左右偏移時(shí)所拾取的電壓的變化情況有著顯著的不同，所W采用將兩個(gè) 定位線圈對稱放置于兩根通電導(dǎo)軌的正上方的電動(dòng)車的底盤處。分析圖2可知，在電動(dòng)車左 右偏移的過程中，第一個(gè)定位線圈的電壓Ua與第二個(gè)定位線圈的電壓Ub不止一次相等，并 且，在電動(dòng)車沿直線行走時(shí)不僅Ua = Ub，同時(shí)兩個(gè)定位線圈的拾取電壓值都達(dá)到最大值，但 由于峰值左右的波動(dòng)并不大，在實(shí)際過程中，采集到的數(shù)據(jù)也具有在一定范圍內(nèi)的波動(dòng)，因 此，很難判斷出峰值，也就無法判斷出電動(dòng)車是否沿直線行走，運(yùn)是雙定位線圈存在的一大 問題。此外，雙定位線圈可供設(shè)置電動(dòng)車偏移角度的特殊點(diǎn)較為有限，成為雙定位線圈的另 一大問題。綜上所述，本發(fā)明的電動(dòng)車定位裝置不采用雙定位線圈對電動(dòng)車進(jìn)行定位。
[0050] 綜合考慮上述單個(gè)定位線圈和雙定位線圈所存在問題，本發(fā)明提供的電動(dòng)車定位 裝置采用Ξ個(gè)定位圈對電動(dòng)車進(jìn)行定位。由于形狀、大小、電感值不同的定位線圈切割磁場 產(chǎn)生的感應(yīng)電壓不同，為了盡可能的減小其他因素對定位線圈的干擾，本發(fā)明選用了 Ξ個(gè) 形狀、大小、電感值完全相同的圓形定位線圈。采用Ξ個(gè)定位線圈對電動(dòng)車進(jìn)行定位的優(yōu)點(diǎn) 在于，根據(jù)Ξ個(gè)定位線圈特殊的位置，在初始時(shí)刻，其中一個(gè)定位線圈（稱之為第Ξ定位線 圈）的拾取電壓幾乎為零，而另外兩個(gè)定位線圈的拾取電壓基本相同，在電動(dòng)車發(fā)生偏移 時(shí)，第Ξ定位線圈的拾取電壓會從無到有，并且持續(xù)不斷的增大，直到達(dá)到峰值。由此可W 判斷出，當(dāng)?shù)讦ㄎ痪€圈具有拾取電壓時(shí)，電動(dòng)車發(fā)生偏移，而第Ξ定位線圈的拾取電壓為 零時(shí)，且另外兩個(gè)定位線圈電壓相同并達(dá)到最大時(shí)，電動(dòng)車沿通電導(dǎo)軌直線行走。而選取圓 形的定位線圈主要是考慮定位線圈感應(yīng)到的磁場應(yīng)該均勻，只有圓形的定位線圈在哪個(gè)角 度感應(yīng)到的磁場都是均勻的。
[0051] 判斷電動(dòng)車是否沿通電導(dǎo)軌直線行走包括兩個(gè)條件，第一個(gè)條件為第Ξ定位線圈 的拾取電壓為零，第二個(gè)條件為另外兩個(gè)定位線圈電壓相同并達(dá)到最大，如果電動(dòng)車沿通 電導(dǎo)軌直線行走，必須滿足運(yùn)兩個(gè)條件，缺一不可。
[0052] 下面對本發(fā)明中Ξ個(gè)定位線圈的擺放位置進(jìn)行說明。
[0053] 首先，設(shè)定如下場景:Ξ個(gè)定位線圈分別為第一定位線圈、第二定位線圈、第Ξ定 位線圈，第一定位線圈、第二定位線圈和第Ξ定位線圈分別安裝在電動(dòng)車的底盤上，第一定 位線圈的圓屯、、第二定位線圈的圓屯、和第Ξ定位線圈的圓屯、所在的位置圍成一個(gè)等腰直角 Ξ角形，第一定位線圈的圓屯、與第二定位線圈的圓屯、之間的距離為等腰直角Ξ角形的第一 直角邊，第一定位線圈的圓屯、與第Ξ定位線圈的圓屯、之間的距離為等腰直角Ξ角形的第二 直角邊。兩根通電導(dǎo)軌分別為第一通電導(dǎo)軌和第二通電導(dǎo)軌，第一通電導(dǎo)軌和第二通電導(dǎo) 軌設(shè)置在電動(dòng)車下方的地面上，第一通電導(dǎo)軌和第二通電導(dǎo)軌所在平面與地面平行，電動(dòng) 車在第一通電導(dǎo)軌和第二通電導(dǎo)軌上行駛，第一通電導(dǎo)軌相對于電動(dòng)車的行駛方向位于第 二通電導(dǎo)軌的左側(cè)。
[0054] 第一定位線圈放置于第一通電導(dǎo)軌的上方，且第一定位線圈的圓屯、正對第一通電 導(dǎo)軌。根據(jù)圖la可知，電動(dòng)車在左右偏移的過程中，處于兩根通電導(dǎo)軌之間時(shí)，電壓的變化 趨勢并不明顯、波動(dòng)范圍較小，因此，第Ξ定位線圈的放置位置仍舊考慮放于第一通電導(dǎo)軌 的上方，并將其放置于第一定位線圈的后側(cè)(從電動(dòng)車的前后方向看），且，第Ξ定位線圈的 圓屯、向第一通電導(dǎo)軌遠(yuǎn)離第二通電導(dǎo)軌的方向偏移預(yù)設(shè)的距離，第二定位線圈放置于第二 通電導(dǎo)軌的上方，且第二定位線圈的圓屯、向第二通電導(dǎo)軌的靠近第一通電導(dǎo)軌的方向偏移 一定的距離，第二定位線圈的圓屯、偏移的距離與第Ξ定位線圈的圓屯、偏移的距離相同?？?慮到定位線圈之間存在一定磁場的干擾，為了盡可能減小干擾，同時(shí)也為了電動(dòng)車在偏移 過程中Ξ個(gè)定位線圈的變化趨勢明顯不同，第Ξ定位線圈距離第一定位線圈不宜太近，因 此，將第Ξ定位線圈放置在一個(gè)特殊位置，使第Ξ定位線圈的圓屯、與第一定位線圈的圓屯、 的距離等于第一通電導(dǎo)軌與第二通電導(dǎo)軌間的寬度d。本發(fā)明中，將第一定位線圈的圓屯、與 第二定位線圈的圓屯、形成的直角邊稱為等腰直角Ξ角形的第一直角邊，將第一定位線圈的 圓屯、與第Ξ定位線圈的圓屯、形成的直角邊稱為等腰直角Ξ角形的第二直角邊。
[0055] 由于第Ξ定位線圈的圓屯、向第一通電導(dǎo)軌遠(yuǎn)離第二通電導(dǎo)軌的方向偏移預(yù)設(shè)的 距離，因此，第二直角邊與第一通電導(dǎo)軌在水平方向上會形成一個(gè)夾角α，夾角α也是第一直 角邊與d在水平方向上形成的夾角。夾角α的取值范圍為〇<α《Umax，該范圍的選取可保證初 始時(shí)刻第一定位線圈的電壓Ua等于第二定位線圈的電壓Ub，且第Ξ定位線圈的電壓Uc等于 零，而在下一時(shí)刻電動(dòng)車發(fā)生偏移時(shí)，第一定位線圈的電壓Ua與第二定位線圈的電壓Ub變化 趨勢不同。由此，避免可W電動(dòng)車在向左或向右偏移時(shí)Ua和Ub的變化趨勢完全相同，如果Ua 和Ub向左或向右偏移時(shí)的變化趨勢完全相同，則不利于電動(dòng)車定位的分析。
[0056] 下面將詳細(xì)說明Umax的計(jì)算過程：
[0057] 通電導(dǎo)軌在空間中某點(diǎn)P產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的表達(dá)式為：
[005引
（1)
[0059] 式（1)中，μ〇為真空磁導(dǎo)率，I為通電導(dǎo)軌的電流強(qiáng)度，r為P點(diǎn)到通電導(dǎo)軌的垂直距 離，Θ?、θ2分別為通電導(dǎo)軌兩端的電流元到P點(diǎn)的位矢之間的夾角。
[0060] 由于在實(shí)際情況中，由于r遠(yuǎn)小于通電導(dǎo)軌的長度，因此Θι = 31-θ2,即COS0廣COS02 = 2c〇S目1，同理可得，cos目3-COS目4 = 2c〇S白3。
[0061 ]分析圖3a-圖3c可得如下公式：
[0062]
掛
[0063] 式(2)中，a為第一定位線圈，b為第二定位線圈，C為第Ξ定位線圈，Bi、B2分別為第 一通電導(dǎo)軌b、第二通電導(dǎo)軌L2在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，P點(diǎn)為第Ξ定位線圈的位置，將P點(diǎn) 選在第Ξ定位線圈的目的在于獲取第Ξ定位線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，ri、n分別為P點(diǎn)到 L2的垂直距離，01、02、03、04分別為^心兩端的電流元至化點(diǎn)的位矢之間的夾角，0為通過定 位線圈的磁通量，&、阮分別為通過第Ξ定位線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bi、B2與第Ξ定位線圈所在 平面的夾角。
[0064] 將Bi、B2代入到0可得：
[00 化]
[0066]當(dāng)0=0時(shí)，定位線圈的感應(yīng)電壓u = 0,即通電導(dǎo)軌邊緣外側(cè)存在感應(yīng)電壓為0的特 殊點(diǎn)。令0二0，πΓ推導(dǎo)出如下公式：
[0069] 在圖3a-圖3c中，Cl為P點(diǎn)在b、L2所在平面的投影到^的距離，d為兩通電導(dǎo)軌間的 寬度，h為P點(diǎn)到^、L2所在平面的距離，h，b分別為b、L2-端的電流元到P點(diǎn)的距離，b為ri 與h的交點(diǎn)到h形成的端點(diǎn)的距離。
[0070] 根據(jù)圖3a-圖3c的幾何關(guān)系，可得到：
[0080] 由于通電導(dǎo)軌的寬度遠(yuǎn)小于長度，且c?d，因巧
'從 而得到：
[0081]
[0082] 第一定位線圈、第二定位線圈和第Ξ定位線圈的擺放位置關(guān)系如圖4所示。
[0083] 需要說明的是，第Ξ定位線圈的圓屯、也可W向第一通電導(dǎo)軌和第二通電導(dǎo)軌之間 偏移，對應(yīng)地，第二定位線圈的圓屯、向第二通電導(dǎo)軌遠(yuǎn)離第一通電導(dǎo)軌的方向偏移，此時(shí)， 第一定位線圈的圓屯、與第Ξ定位線圈的圓屯、形成的直角邊在第一通電導(dǎo)軌和第二通電導(dǎo) 軌之間于第一通電導(dǎo)軌形成夾角α，或者，第Ξ定位線圈位于第一定位線圈的前側(cè)，第Ξ定 位線圈的圓屯、既可w向第一通電導(dǎo)軌原理第二通電導(dǎo)軌的方向偏移又可w向第一通電導(dǎo) 軌和第二通電導(dǎo)軌之間偏移，第二定位線圈的圓屯、作出相應(yīng)位置的調(diào)整，滿足第一定位線 圈的圓屯、、第二定位線圈的圓屯、與第Ξ定位線圈的圓屯、圍成等腰直角Ξ角形，且第一定位 線圈的圓屯、與第Ξ定位線圈的圓屯、形成直角邊與第一通電導(dǎo)軌形成夾角α即可;又或者，第 二定位線圈的圓屯、正對第二通電導(dǎo)軌的上方，第Ξ定位線圈位于第二定位線圈的一側(cè)，此 時(shí)第Ξ定位線圈的四種情況剛好為上述四種情況的鏡像。
[0084] 對于Ξ個(gè)定位線圈不同位置關(guān)系的情況，所采用的電動(dòng)車偏移方向及角度的判斷 方法的公式各不相同，本發(fā)明詳細(xì)說明其中的一種情況。該種情況為圖4所示出的Ξ個(gè)定位 線圈的位置關(guān)系。
[0085] 本發(fā)明還提供一種基于Ξ線圈的無線供電電動(dòng)車定位方法，通過采集上述擺放好 的Ξ個(gè)定位線圈的電壓，分析Ξ個(gè)定位線圈電壓的變化趨勢，來完成與電動(dòng)車的定位，對電 動(dòng)車的定位實(shí)際為判斷電動(dòng)車是否發(fā)生偏移，W及判斷偏移方向和偏移程度。
[0086] 在一個(gè)具體實(shí)施例中，選取α = 5°，能量發(fā)射端選用全橋逆變電路，可W滿足電動(dòng) 車動(dòng)態(tài)無線供電時(shí)所需等級的傳輸功率。選用Arduino yun作為控制器實(shí)現(xiàn)定位算法與控 制目標(biāo)，Arduino具有集成度高、使用方便、源代碼開放等優(yōu)點(diǎn)，其可W簡單的與各式傳感器 及電子元件相連接。實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。
[0087] 表1實(shí)驗(yàn)參數(shù)
[008引
[0089]通過實(shí)驗(yàn)過程采集到的數(shù)據(jù)可W得到圖5a-圖5c所示的Ξ個(gè)定位線圈在直線行 走、向左偏移、向右偏移過程中電壓的變化趨勢。將圖5a-圖5c中的變化趨勢合成為圖6,圖6 為Ξ個(gè)定位線圈的電壓趨勢合成圖。如圖6所示，當(dāng)?shù)谝欢ㄎ痪€圈的拾取電壓Ua與第二定位 線圈的拾取電壓ub相等，且第Ξ定位線圈的拾取電壓uc為0時(shí)，可W判斷出電動(dòng)車沿著通電 導(dǎo)軌直線行走。當(dāng)Ua的變化趨勢減小，化和Uc的變化趨勢增大時(shí)，判斷出電動(dòng)車向右偏移。盡 管Ub增大的趨勢的時(shí)間很短，但只要將采集數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔設(shè)置的足夠短還是可W采集到 增大的Ub。當(dāng)Ua的變化趨勢減小，Uc的變化趨勢增大，叫的變化趨勢波動(dòng)較小時(shí)，判斷出電動(dòng) 車向左偏移，由此可W通過Ξ個(gè)定位線圈拾取電壓的變化趨勢判斷出電動(dòng)車是否偏移及偏 移方向，本發(fā)明中，電動(dòng)車的偏移是指相對于通電導(dǎo)軌的偏移，可將兩根通電導(dǎo)軌看作出一 根較寬的通電導(dǎo)軌，電動(dòng)車向左或向右偏移是指向運(yùn)根寬通電導(dǎo)軌的左側(cè)或右側(cè)偏移，均 W電動(dòng)車的行駛方向作為參照物。
[0090] 在實(shí)際情況中，W直線行走為中屯、線，電動(dòng)車偏離軌道的角度ε達(dá)到90° W上沒有 太大實(shí)際意義。所W，本發(fā)明針對90°范圍內(nèi)定義了 W下幾個(gè)偏移程度的等級：Emin、emid、 Emax。Emin代表偏移的角度較小，Emid代表偏移的角度略大，Emax代表偏移了較大的角度。其具 體的數(shù)值可根據(jù)不同系統(tǒng)的要求進(jìn)行設(shè)定。
[0091] 根據(jù)圖6,結(jié)合實(shí)際情況允許有一定的偏差W確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具體的偏移方向 及偏移角度的判斷方法，如表2所示。其中，Δ為實(shí)際情況中允許存在的偏差，Δ的大小直接 影響了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。A數(shù)值可根據(jù)不同系統(tǒng)的要求進(jìn)行選取和優(yōu)化，若Δ數(shù) 值較小，不利于數(shù)據(jù)的采集，若A數(shù)值較大，定位不夠靈敏，通過反復(fù)迭代的優(yōu)化方式可W 使A越來越小，提高系統(tǒng)精確度。由于數(shù)據(jù)具有波動(dòng)性，兩個(gè)數(shù)據(jù)無法判斷出電壓的變化趨 勢，因而需要選取k個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，k值可W根據(jù)不同的系統(tǒng)進(jìn)行選取，n = 0，l，2,…，k。
[0092] 表2電動(dòng)車偏移方向及偏移度的判斷方法
[0093]
[0094] 需要說明的是，當(dāng)Ub- A《Ua《Ub+ A且Uc《A時(shí)，認(rèn)為電動(dòng)車沿通電導(dǎo)軌直線行 走，在運(yùn)個(gè)角度范圍內(nèi)，電動(dòng)車能夠從通電導(dǎo)軌中獲得最大的電能，當(dāng)不滿足Ub-Δ《Ua《Ub + Δ且Δ時(shí)，認(rèn)為電動(dòng)車在行駛過程中相對于通電導(dǎo)軌發(fā)生了偏移，電動(dòng)車能夠從通電 導(dǎo)軌中獲得的電能就會降低，此時(shí)，電動(dòng)車就需要啟動(dòng)自身的電能儲備來維持電動(dòng)車的運(yùn) 轉(zhuǎn)。為了對表2所示的定位方式進(jìn)行精度分析和矯正，需要定義一些數(shù)學(xué)模型。由于高度并 會不影響電壓的變化趨勢，只會影響電壓幅值的大小，所W數(shù)學(xué)模型可簡化為二維空間的 模型。若W單根導(dǎo)軌作為能量發(fā)射端，偏移導(dǎo)軌的角度為φ，則單個(gè)定位線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢 可表不為：
[0095]
[0096] 其中，Sgn(u)為符號函數(shù)，A為函數(shù)的幅值，與φ成反比。若規(guī)定U為正，則電感與之 為同名端的信號都為正，異名端都為負(fù)。
[0097] 在實(shí)際情況中，通電導(dǎo)軌的長度遠(yuǎn)大于寬度，所W近似可W看做是兩根直導(dǎo)軌，由 于電壓滿足疊加原理，兩根通電導(dǎo)軌對定位線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為U1、U2,定位線圈相對 于兩根導(dǎo)軌的偏移量為巧3、9b，則定位線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢可表示為：
[009引
[0099] 根據(jù)圖4可得到定位模型，如圖8所示，其中^、L2分別代表兩根通電導(dǎo)軌，a、b、c分 別代表第一定位線圈、第二定位線圈、第Ξ定位線圈，0為電動(dòng)車的中屯、點(diǎn)，Lo為電動(dòng)車的長 度，化-恥為各個(gè)定位線圈與兩根通電導(dǎo)軌的夾角，其中的φ?等于電動(dòng)車偏離導(dǎo)軌的角度ε， 根據(jù)定位公式(3)可得到Ξ個(gè)定位線圈感應(yīng)電動(dòng)勢的表達(dá)式：
[0100]
(4)
[0101] 為了對表2中偏移度數(shù)的判定方法的精確度進(jìn)行分析，定義W下角度判斷的數(shù)學(xué) 模型：
[0102]
[010引式(7)中，k為權(quán)重系數(shù)，由偏移度數(shù)的大小決定;其中，
[0104] 當(dāng)電動(dòng)車未偏移兩根通電導(dǎo)軌時(shí)，k = 0;
[0105] 當(dāng)電動(dòng)車相對于兩根通電導(dǎo)軌向左Emin時(shí)
[0106] 當(dāng)電動(dòng)車相對于兩根通電導(dǎo)軌向左Emid時(shí)，
[0107] 當(dāng)電動(dòng)車相對于兩根通電導(dǎo)軌向左Emax時(shí)
；
[0108] 當(dāng)電動(dòng)車相對于兩根通電導(dǎo)軌向右Emin時(shí)
[0109] 當(dāng)電動(dòng)車相對于兩根通電導(dǎo)軌向右Emid時(shí)，
；
[0110] 當(dāng)電動(dòng)車相對于兩根通電導(dǎo)軌向右e"id時(shí)，
[0111] 將公式(4)代入公式(5)中，可得：
[0112]
[0113]還定義W下數(shù)學(xué)模型：
[0114]
[0115] 需要說明的是，Δ為Ξ個(gè)定位線圈理論合成電壓Δυο與實(shí)際合成電壓Au的偏差， 公式(7)用于計(jì)算Δυο,公式(5)用于計(jì)算Au，本發(fā)明通過不斷的計(jì)算Δ，并將每次計(jì)算的 A迭代入到表2的判斷式中，從而不斷地提高對電動(dòng)車定位的精度。根據(jù)公式(5)計(jì)算出的 是幾個(gè)點(diǎn)的理論值，而根據(jù)公式(6)可W得到一條理論曲線。Umaxl和Umax2分別代表電動(dòng)車向 左偏移和向右偏移時(shí)，第一定位線圈、第二定位線圈和第Ξ定位線圈中拾取的最大電壓。
[0116] 在一個(gè)具體實(shí)例中，令emin=15°、emid = 30°、emax=60°。利用公式(7)計(jì)算出理論的 合成電壓Auo,并利用公式(6)及采集到的所有數(shù)據(jù)繪制出Δυο的擬合曲線，根據(jù)表1和公式 (10)計(jì)算出電動(dòng)車向左向右分別偏移15°、30°、60°時(shí)實(shí)際的合成電壓Au。設(shè)定向右偏移角 度為正，向左偏移角度為負(fù)，合成電壓與偏移角度的關(guān)系如圖7所示。由圖7可知，該定位方 式同數(shù)學(xué)計(jì)算模型的擬合曲線吻合度較高，A U0與Au的擬合曲線之間最大偏差A(yù)max = 5.33,該定位方式的精度為：
[0117]
[0118] 在本發(fā)明中，電動(dòng)車相對與通電導(dǎo)軌的偏移分為兩類:旋轉(zhuǎn)偏移和水平偏移。旋轉(zhuǎn) 偏移是指電動(dòng)車圍繞其中屯、點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，水平偏移指電動(dòng)車橫向位移發(fā)生了變化。但在實(shí) 際情況中，電動(dòng)車偏離通電導(dǎo)軌往往是指旋轉(zhuǎn)偏移中包含水平偏移。由圖8可知，當(dāng)電動(dòng)車 只發(fā)生旋轉(zhuǎn)偏移時(shí)，圖中兩個(gè)陰影Ξ角形全等，若同時(shí)發(fā)生水平偏移，則兩個(gè)Ξ角形不全 等，因此可得到電動(dòng)車是否發(fā)生水平偏移的判定式：
[0119]
[0120] 本發(fā)明還提供一種電動(dòng)車位置檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)包括上述基于Ξ線圈的無線 供電電動(dòng)車定位裝置、電壓放大裝置、整流裝置和控制板，基于Ξ線圈的無線供電電動(dòng)車定 位裝置拾取電動(dòng)車的定位數(shù)據(jù)并傳送至整流裝置，電壓放大裝置將定位數(shù)據(jù)進(jìn)行放大后傳 送至整流裝置，整流裝置對放大的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行整流，并將整流后的定位數(shù)據(jù)傳送至控制 板，控制板根據(jù)整流后的定位數(shù)據(jù)控制電動(dòng)車的偏移程度。
[0121] 整流裝置為橋式整流電路，如圖9所示，橋式整流電路包括濾波電容C、電阻R、二極 管D1、二極管D2、二極管D3和二極管D4,其中，二極管D1的輸入端與二極管D3的輸出端連接， 二極管D1的輸出端與二極管D2的輸出端連接，二極管D2的輸入端與二極管D4的輸出端連 接，二極管D4的輸入端與二極管D1的輸入端連接;濾波電容C的一端連接在二極管D1的輸入 端與二極管D3的輸出端之間，另一端連接在二極管D2的輸入端與二極管D4的輸出端之間； 電阻R并聯(lián)在濾波電容C的兩端。
[0122] 電壓放大裝置包括運(yùn)算放大器為Lf353P的差分放大電路，如圖10所示，
[0123] Lf353P的差分放大電路為雙路輸出，具體包括兩個(gè)輸出引腳0UT1和0UT2,四個(gè)輸 入引腳INPUT1A、INPUT1B、INPUT2A、INPUT2B，兩個(gè)電源引腳和兩個(gè)差分放大器A和B;其中，
[0124] 差分放大器A的輸入端接輸入引腳INPUT1A、INPUT1B，輸出端接輸出引腳0UT1;
[01巧]差分放大器B的輸入端接輸入引腳INPUT2A、INPUT2B，輸出端接輸出引腳0UT2; [01%] 兩個(gè)電源引腳分別接+15V和-15V;
[0127]四個(gè)輸入引腳 INPUT1A、INPUT1B、INPUT2A、INPUT2B 分別接有電阻 R;
[012引在輸出引腳0UT1與輸入引腳INPUT1A之間、輸出引腳0UT2與輸入引腳INPUT2A之 間、輸入引腳INPUT 1B與地線之間、輸入引腳INPUT2B與地線之間接有電阻Rf;
[01巧]四個(gè)輸入引腳INPUT1A、INPUT1B、INPUT2A、INPUT2B分別接在定位線圈的兩端，用 于獲取定位線圈的拾取電壓；
[0130] 兩個(gè)輸出引腳0UTU0UT2分別接在橋式整流電路的輸入端，用于將經(jīng)過放大的定 位線圈的拾取電壓輸出給橋式整流電路。
[0131] 此外，由于本發(fā)明需要采集Ξ個(gè)定位線圈的拾取電壓，Ξ個(gè)拾取電壓均需要放大， 而Lf353P電路可W進(jìn)行雙路放大，因此，本發(fā)明需要設(shè)計(jì)兩套Lf353P電路方可實(shí)現(xiàn)Ξ路電 壓的放大。
[0132] 另外，由Rf與R的比值決定電壓放大裝置的放大倍數(shù)，即：
[0133] 電壓放大裝置的放大倍數(shù)W %。 R
[0134] 需要說明的是，電壓放大裝置中放大倍數(shù)的選擇并不會影響電動(dòng)車偏移方向及偏 移程度的判斷。電動(dòng)車的定位數(shù)據(jù)表現(xiàn)為電動(dòng)車的偏移方向及偏移程度，本發(fā)明在電動(dòng)車 位置檢測系統(tǒng)獲得電動(dòng)車的定位數(shù)據(jù)后，還可W通過不同的方式將電動(dòng)車的偏移方向及偏 移程度告知駕駛員。例如:在駕駛室內(nèi)設(shè)置一個(gè)顯示偏移方向及偏移程度的儀表盤，儀表盤 指針處于儀表盤中間位置時(shí)，表示電動(dòng)車未發(fā)生偏移，儀表盤從中間位置分為左右兩個(gè)區(qū) 域，當(dāng)儀表盤指針處于左側(cè)區(qū)域時(shí)，表示電動(dòng)車向左偏移，將左側(cè)區(qū)域按照儀表盤指針的偏 移角度（即按照電動(dòng)車向左偏移的程度)設(shè)置成不同的顏色，當(dāng)儀表盤指針處于右側(cè)區(qū)域時(shí) 表示電動(dòng)車向右偏移，將右側(cè)區(qū)域按照儀表盤指針的偏移角度（即按照電動(dòng)車向右偏移的 程度)設(shè)置成不同的顏色，由此，可W將電動(dòng)車的偏移方向及偏移程度通過儀表盤直觀地顯 示給駕駛員，供駕駛員參考。又如:在電動(dòng)車內(nèi)設(shè)置一個(gè)語音系統(tǒng)，將電動(dòng)車的偏移方向及 偏移程度通過語音的方式播放給駕駛員。再如:在駕駛室內(nèi)設(shè)置一個(gè)供能指示條，供能指示 條標(biāo)有不同的刻度值，表示電動(dòng)車所獲得的電能大小，通過觀看電能所處的刻度值來判斷 電動(dòng)車是否發(fā)生偏移，在電動(dòng)車未發(fā)生偏移時(shí)，電能應(yīng)處于刻度值最大的位置。本發(fā)明還可 W通過其它的方式將電動(dòng)車的偏移方向及偏移程度通知給駕駛員，并不局限于上述的Ξ個(gè) 例子。
[0135] W上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述W權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于三線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置，其特征在于，包括安裝在無線供電電 動(dòng)車底盤上的三個(gè)相同的圓形的定位線圈，三個(gè)定位線圈的圓心形成一個(gè)等腰直角三角 形，所述等腰直角三角形的兩條直角邊的長度等于所述兩根通電導(dǎo)軌之間的寬度;其中，初 始時(shí)刻時(shí)，位于所述等腰直角三角形直角頂點(diǎn)的定位線圈的圓心正對一根通電導(dǎo)軌，另外 兩個(gè)定位線圈的圓心分別向所述兩根通電導(dǎo)軌的同側(cè)偏移預(yù)設(shè)的距離，與所述直角頂點(diǎn)正 對的通電導(dǎo)軌與其偏移角度最小的直角邊在水平方向上形成的夾角α的取值范圍為：-時(shí)，從所述無線供電電動(dòng)車的前后方向看，使位于前方的兩 個(gè)定位線圈在初始時(shí)刻的拾取電壓達(dá)到最大，另一個(gè)定位線圈在初始時(shí)刻的拾取電壓為 零； 其中，d為兩根通電導(dǎo)軌之間的寬度，h為三個(gè)定位線圈構(gòu)成的平面到所述兩根通電導(dǎo) 軌所在平面的距離。2. 如權(quán)利要求1所述的基于三線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置，其中，所述三個(gè)定位線 圈的形狀、大小、電感值完全相同。3. 如權(quán)利要求1所述的基于三線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置，其中，位于所述等腰直 角三角形直角頂點(diǎn)的定位線圈為第一定位線圈，與所述第一定位線圈的圓心正對的通電導(dǎo) 軌為第一通電導(dǎo)軌，位于所述第一定位線圈的相對于所述無線供電電動(dòng)車的行駛方向的后 側(cè)的定位線圈為第三定位線圈，另外的定位線圈和通電導(dǎo)軌分別為第二定位線圈和第二通 電導(dǎo)軌，所述第一通電導(dǎo)軌相對于所述無線供電電動(dòng)車的行駛方向位于所述第二通電導(dǎo)軌 的左側(cè)，其中， 所述第一通電導(dǎo)軌在空間中P點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度出為：式（1)中，P點(diǎn)為所述第三定位線圈的位置，μ〇為真空磁導(dǎo)率，I為通電導(dǎo)軌的電流強(qiáng)度， η為所述Ρ點(diǎn)到所述第一通電導(dǎo)軌的垂直距離，Θ#ΡΘ2*別為所述第一通電導(dǎo)軌兩端的電流 元到所述Ρ點(diǎn)的位矢之間的夾角； 所述第二通電導(dǎo)軌在所述Ρ點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度Β2為：式(2)中，r2為所述Ρ點(diǎn)到所述第二通電導(dǎo)軌的垂直距離，θ3和θ4分別為所述第二通電導(dǎo) 軌兩端的電流元到所述Ρ點(diǎn)的位矢之間的夾角； 通過所述第三定位線圈的磁通量0為： Φ =BiS sin0i+B2S sin02 (3) 式(3)中，扮和此分別為通過所述第三定位線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度也32與所述第三定位線圈 所在平面的夾角。4. 一種基于三線圈的無線供電電動(dòng)車定位方法，利用權(quán)利要求4所述的基于三線圈的 無線供電電動(dòng)車定位裝置對無線供電電動(dòng)車進(jìn)行定位，所述方法包括： 分別拾取第一定位線圈的電壓1^、第二定位線圈的電壓ub和第三定位線圈的電壓u。，； 當(dāng)Ub-Δ <ua<Ub+A且11。< Δ時(shí)，所述無線供電電動(dòng)車未偏移兩根通電導(dǎo)軌； 當(dāng) ua[i]+A <ua[i_n]或 Ub[i_n]-A <ub[i]<Ub[i-n]+A 或 uc[i]彡 uc[i_n]+A 時(shí)，所述 無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移； 當(dāng)ua[i]+A <ua[i_n]或Ub[i]彡Ub[i_n]+A 或uc[i]彡uc[i_n]+A 時(shí)，所述無線供電電 動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移； 在所述無線供電電動(dòng)車相對于所述兩根通電導(dǎo)軌發(fā)生偏移時(shí)，定義三個(gè)偏移等級，分 別為：emin偏移角度較小、emid偏移角度略大和emax偏移角度較大，且三個(gè)偏移角度均小于 90°;以及， 當(dāng)113[;[]+ Δ <ua[i-n]且ua< Δ時(shí)，所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏 移的程度為Emin; 當(dāng)Ub- Δ <ua<Ub+ Δ且11。> Δ時(shí)，所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移 的程度為Emid; 當(dāng)ua< Δ且ub[i-n]_ Δ <ub[i]<ub[i-n]+Δ時(shí)，所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電 導(dǎo)軌的一側(cè)偏移的程度為εmax ; 當(dāng)Ub[i]+A <ub[i-n]且Ub< Δ時(shí)，所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè) 偏移的程度為Emin; 當(dāng)Ub[i]>Ub[i_n]+ Δ且ub[i]>ub[i+n]+ Δ時(shí)，所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌 的另一側(cè)偏移的程度為Emid; 當(dāng)Ua< △時(shí)，所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移的程度為emax; 其中，A為所述第一定位線圈、所述第二定位線圈和所述第三定位線圈的實(shí)際合成電 壓Δ u與理論合成電壓△ UQ的偏差，通過反復(fù)迭代的方式對△進(jìn)行優(yōu)化。5.如權(quán)利要求4所述的基于三線圈的無線供電電動(dòng)車定位方法，其特征在于， 所述A u的計(jì)算公式為：式(7)中，k為權(quán)重系數(shù)，由偏移度數(shù)的大小決定;其中，當(dāng)所述無線供電電動(dòng)車未偏移所述兩根通電導(dǎo)軌時(shí)，k = 0; 當(dāng)所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移的程度為^ 當(dāng)所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移的程度為^ 當(dāng)所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移的程度為k 當(dāng)所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移的程度為 當(dāng)所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移的程度為 當(dāng)所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移的程度為 所述A UQ的計(jì)算公式為： 2 所述t線供電電動(dòng)車未偏移所述通電導(dǎo)軌t所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移的程度為 (所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的側(cè)偏移的程度為&id ，所述無線供電電動(dòng)車向所述兩拫通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移的程度為'x 所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移的程度為￡_ 所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移的程度為· 所述無線供電電動(dòng)午向所述兩根通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移的程度為 其中，umax#Pumax2分別代表所述無線供電電動(dòng)車向所述兩根通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移和另 一側(cè)偏移時(shí)，所述第一定位線圈、所述第二定位線圈和所述第三定位線圈中拾取的最大電 壓。6. 如權(quán)利要求5所述的基于三線圈的無線供電電動(dòng)車定位方法，其特征在于，在所述無 線供電電動(dòng)車相對于所述通電導(dǎo)軌發(fā)生偏移時(shí)，分為旋轉(zhuǎn)偏移和水平偏移，判斷所述無線 供電電動(dòng)車是否發(fā)生水平偏移的判定式為：所述無線供電電動(dòng)車向所述通電導(dǎo)軌的一側(cè)偏移，未水平偏移 所述無線供電電動(dòng)車向所述通電導(dǎo)軌的另一側(cè)偏移，未水平偏移 其中，L〇為所述無線供電電動(dòng)車的車長，lab為所述兩根通電導(dǎo)軌之間的寬度肩為所述 第一定位線圈與所述兩根通電導(dǎo)軌中第一通電導(dǎo)軌的夾角，色為所述第一定位線圈與所述 兩根通電導(dǎo)軌中第二通電導(dǎo)軌的夾角，約為所述第二定位線圈與所述第一通電導(dǎo)軌的夾 角。7. -種無線供電電動(dòng)車的位置檢測系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的基于三 線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置、電壓放大裝置、整流裝置和控制板，其中， 所述基于三線圈的無線供電電動(dòng)車定位裝置用于拾取無線供電電動(dòng)車的定位數(shù)據(jù)； 所述電壓放大裝置用于放大所述定位數(shù)據(jù)； 所述整流裝置用于整流放大后的定位數(shù)據(jù)； 所述控制板用于根據(jù)整流后的定位數(shù)據(jù)控制無線供電電動(dòng)車的偏移。8. 如權(quán)利要求7所述的電動(dòng)車位置檢測系統(tǒng)，其中， 所述電壓放大裝置包括兩套運(yùn)算放大器為Lf353P型號的差分放大電路，所述Lf353P型 號的差分放大電路包括兩個(gè)輸出引腳（0UTU0UT2)、四個(gè)輸入引腳（INPUT1A、INPUT1B、 INPUT2A、INPUT2B)、兩個(gè)電源引腳和兩個(gè)差分放大器(A、B);其中， 差分放大器(A)的輸入端接輸入引腳(INPUT 1A、INPUT 1B)，輸出端接輸出引腳(OUT 1); 差分放大器(B)的輸入端接輸入引腳(INPUT2A、INPUT2B)，輸出端接輸出引腳(0UT2); 兩個(gè)電源引腳分別接+15V和-15V; 四個(gè)輸入引腳(INPUT ΙΑ、INPUT IB、INPUT2A、INPUT2B)分別接有電阻(R); 在輸出引腳(0UT1)與輸入引腳（INPUT1A)之間、輸出引腳(0UT2)與輸入引腳（INPUT2A) 之間、輸入引腳（INPUT1B)與地線之間、輸入引腳（INPUT2B)與地線之間接有電阻(Rf)。9. 如權(quán)利要求8所述的電動(dòng)車位置檢測系統(tǒng)，其中， 兩個(gè)輸出引腳(OUT 1、0UT2)分別與所述整流裝置的輸入端連接； 四個(gè)輸入引腳(INPUT1A、INPUT1B、INPUT2A、INPUT2B)分別接在定位線圈的兩端。10. 如權(quán)利要求7所述的電動(dòng)車位置檢測系統(tǒng)，其中， 所述整流裝置為橋式整流電路，所述橋式整流電路包括四個(gè)二極管、濾波電容(C)和電 阻(R);其中，四個(gè)二極管分別為二極管(D1)、二極管(D2)、二極管(D3)、二極管(D4)，所述二 極管(D1)的輸入端與所述二極管(D3)的輸出端連接，所述二極管(D1)的輸出端與所述二極 管(D2)的輸出端連接，所述二極管(D2)的輸入端與所述二極管(D4)的輸出端連接，所述二 極管(D4)的輸入端與所述二極管(D1)的輸入端連接;所述濾波電容(C)的一端連接在所述 二極管(D1)的輸入端與所述二極管(D3)的輸出端之間，另一端連接在所述二極管(D2)的輸 入端與所述二極管(D4)的輸出端之間;所述電阻(R)并聯(lián)在所述濾波電容(C)的兩端。
【文檔編號】G01B7/00GK106066148SQ201610353523
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月25日 公開號201610353523.3, CN 106066148 A, CN 106066148A, CN 201610353523, CN-A-106066148, CN106066148 A, CN106066148A, CN201610353523, CN201610353523.3
【發(fā)明人】孫躍, 唐春森, 賈鑫, 王智慧, 戴欣, 朱婉婷, 葉兆虹, 蘇玉剛
【申請人】重慶大學(xué)