一种用于四探测线圈无线充电定位系统的定位方法

摘要

本发明提出了一种用于四探测线圈无线充电定位系统的定位方法，用于四探测线圈结构的无线充电定位系统，通过计算待定位点距网格化参照点的接近程度从而实现定位工作，而该接近程度使用模糊数学理论中的隶属度函数模型进行描述。定位精度由隶属度函数的选择和网格化参照点的密度决定，可以实现无线充电系统对接收线圈的高精度定位。

权利要求

1.一种用于四探测线圈无线充电定位系统的定位方法，其特征在于：该定位方法是基于四线圈定位系统实现的，所述的四线圈定位系统包括四个小型探测线圈，所述的四个小型探测线圈布置在与接收线圈同高度的平面，四个小型探测线圈的中心连线交汇于接收线圈中心，且探测线圈与接收线圈的相对位置固定；所述的定位方法包括如下步骤：

1)、将定位范围内的空间划分为若干网格；

2)、在每个网格化参照点测量记录四个探测线圈的感应电压有效值并将该信息存储于存储设备中；

3)、定位工作开始后读取当前位置的四个线圈感应电压有效值，记u1,u2,u3,u4；

4)、利用四个探测线圈的全部感应电压信息来表征当前位置与参照点位置的变化，如下式所示：ΔU＝|up1-ur1|+|up2-ur2|+|up3-ur3|+|up4-ur4|其中，up1,up2,up3,up4为当前位置四个探测线圈感应电压值，ur1,ur2,ur3,ur4为某个参照点所储存的感应电压值；

4)、利用隶属度函数模型和ΔU描述当前点和参照点的接近程度，定义：其中，ΔU如上所述，为四个探测线圈的感应电压与某个参照点所储存电压的差的绝对值之和；

5)、计算每个参照点与当前点的接近程度，形成矩阵：

6)、寻找矩阵Δ中最小的四个元素，并按下式计算当前位置，完成定位工作：其中，(xa,ya),(xb,yb),(xc,yc),(xd,yd)是对应δ位置的坐标。

说明书

一种用于四探测线圈无线充电定位系统的定位方法

技术领域:

[0001] 本发明用于无线电能传输领域，具体为一种用于四探测线圈无线充电定位系统的定位方法，该算法应用于四探测线圈无线充电定位装置，实现对接收线圈的定位工作。背景技术：

[0002] 随着人类科技的进步与发展，人类社会对电能的需求也日益提高，电能传输技术也随之蓬勃发展。近几年来，无线电能传输技术以其较高的安全性和便捷性赢得人们的青睐，众多研究者对其展开了研究，并将其基本理论应用于实践，推出了可以市场化应用的无线充电产品。

[0003] 然而，在无线充电系统的工作过程中，接收线圈的位置直接影响着系统的工作性能。当接收线圈与发射线圈未对准时，接收线圈与发射线圈间的互感系数会显著下降，从而影响系统的传输功率、传输效率，增大系统的损耗，对系统的可靠性和稳定性产生不利的影响。尤其是在电动汽车无线充电的应用场景中，由于驾驶员停车时的行为具有不确定性，很难保证每次停车时将发射线圈与接收线圈对准。因此，需要设计合理的无线充电定位装置，能检测发射线圈与接收线圈的相对位置并反馈至操作者或处理器，从而调整二者的相对位置以实现高效无线电能传输。

[0004] 目前，四探测线圈定位方案是一种较为合理的无线电能传输定位方案，但针对该方案的定位算法研究不多，系统定位精度不高。因此，针对该装置展开定位算法的研究，可以有效地提高定位精度，实现简单快捷可行的无线充电系统定位方案。发明内容：

[0005] 本发明的目的是为了解决上述问题，发明目的：本发明针对四探测线圈无线充电定位系统提出了一种用于四探测线圈无线充电定位装置的定位方法，通过事先测量的参数结合模糊数学理论中的隶属度函数模型，描述待测位置与参照位置的接近程度，从而实现对待测位置的定位工作。

[0006] 为了达到上述目的，本发明采用的方法是：一种用于四探测线圈无线充电定位系统的定位方法，该定位方法是基于四线圈定位系统置实现的，所述的四线圈定位装置包括四个小型探测线圈，所述的四个小型探测线圈布置在在与接收线圈同高度的平面，四个平衡线圈的中心连线交汇于接收线圈中心，且探测线圈与接收线圈的相对位置固定；所述的定位方法包括如下步骤：

[0007] 1)、将定位范围内的空间划分为若干网格；

[0008] 2)、在每个网格化参照点测量记录四个探测线圈的感应电压有效值并将该信息存储于存储设备中；

[0009] 3)、定位工作开始后读取当前位置的四个线圈感应电压有效值；

[0010] 4)、利用四个探测线圈的全部感应电压信息来表征当前位置与参照点位置的变化，如下式所示：

[0011] ΔU＝|up1-ur1|+|up2-ur2|+|up3-ur3|+|up4-ur4|

[0012] 其中，up1,up2,up3,up4为当前位置四个探测线圈感应电压值，ur1,ur2,ur3,ur4为某个参照点所储存的感应电压值；

[0013] 4)、利用隶属度函数模型和ΔU描述当前点和参照点的接近程度，定义：

[0014]

[0015] 5)、计算每个参照点与当前点的接近程度，形成矩阵：

[0016]

[0017] 6)、寻找矩阵Δ中最小的四个元素，并按下式计算当前位置，完成定位工作：

[0018]

[0019] 其中，(xa,ya),(xb,yb),(xc,yc),(xd,yd)是对应δ位置的坐标。

[0020] 系统工作时，通过将目前位置探测线圈电压值与存储器中存储的电压值进行比较和相关运算，从而实现对当前位置线圈的定位工作。这种定位方法的基本原理是基于互感线圈上的感应电压有效值由发射线圈的电流、线圈间的互感决定，如式(1)所示：

[0021] u＝ωMI                        (1)

[0022] 显然，只需在每一次定位过程中保持发射线圈电流不变，则互感值的变化可由感应电压的变化表征，而互感值得变化又与发射线圈和接收线圈的相对位置有关，故可以通过探测线圈感应电压实现对接收线圈的定位。

[0023] 有益效果：

[0024] 本发明提出了一种用于四探测线圈无线充电定位系统的算法。该算法通过网格化参考点的信息估计当前位置信息，实现简单，定位准确，对于提高无线电能传输系统的工作性能有一定的积极意义。附图说明：

[0025] 图1为四探测线圈无线充电定位系统示意图；

[0026] 图2为四探测线圈无线充电定位系统的俯视图；

[0027] 图3为定位空间的网格示意图；

[0028] 图4为网格化定位算法示意图；

[0029] 图5为定位过程流程图。具体实施方案：

[0030] 下面结合附图对本发明装置的实施方案作进一步具体说明。

[0031] 如图1到图5所示，本发明公开了用于四探测线圈无线充电定位系统的定位方法，该定位方法是基于四线圈定位装置实现的，所述的四线圈定位系统包括四个小型探测线圈，所述的四个小型探测线圈布置在在与接收线圈同高度的平面，四个平衡线圈的中心连线交汇于接收线圈中心，且探测线圈与接收线圈的相对位置固定。

[0032] 四个探测线圈布置在和接收线圈相同高度的平面上，对称分布且与接收线圈相对位置固定，定位过程中利用这四个探测线圈的感应电压值作为定位依据。对于网格中的每一个参照点，获取当接收线圈中心位于该参照点时四个探测线圈的感应电压的有效值，记为u1,u2,u3,u4，并将这些值存储于存储设备中。

[0033] 定位过程开始后，获取当前位置四个感应线圈的电压值。在实际定位工作开始后，接收线圈的中心不可能每次都位于某一个参照点上，因此，需要定义一个变量来描述接收线圈中心距某一个参照点的“接近程度”。而对于发射线圈所建立的空间磁场，其具有一定的对称性，所以单个探测线圈的电压差值信息不能完全表征空间位置的变化，因此，利用四个探测线圈的全部感应电压信息来表征当前位置与参照点位置的，设：

[0034] ΔU＝|up1-ur1|+|up2-ur2|+|up3-ur3|+|up4-ur4|             (2)[0035] 为了已有的参照点坐标计算待定位接收线圈中心的坐标，需要定义一个参数利用ΔU描述接收线圈中心距某个参照点的“接近程度”，在此利用模糊数学理论的隶属度函数进行描述。显然，ΔU越小，接收线圈中心与该参照点的接近程度越大，因此选用偏小型分布的隶属度函数，此处利用正态分布进行描述。当ΔU≤0.01时，可认为接近程度为1，选用正态分布型隶属函数进行描述，定义δ：

[0036]

[0037] 当获取到当前位置下四个探测线圈的电压有效值后，按照式(3)计算当前位置距所有参照点的接近程度，从而获得一个n*n的矩阵：

[0038]

[0039] 对该矩阵中的元素进行操作，遍历矩阵中的各个元素，寻找δ值最大的四个元素，记为δA,δB,δC,δD，即找到距离实际接收线圈位置中心最近的四个参照点，且其对应的坐标已知，记为A(xa,ya),B(xb,yb),C(xc,yc),D(xd,yd)，如附图二所示。

[0040] 此时待定位的接收线圈中心坐标可由这四个点的坐标以及对应的接近程度确定，即接近程度δ越大，其坐标信息所占权重越高。因此，由所得δ的计算得到接收线圈坐标：

[0041]