用于对准车辆充电导轨与受电弓的定位装置、以及车辆充电导轨对准受电弓的定位方法与流程

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种用于对准车辆充电导轨与受电弓的定位模块、以及车辆充电导轨对准受电弓的定位方法。

背景技术：

现有技术中，对电动汽车进行充电的方式包括插枪式和受电弓两种方式。采用受电弓方式的充电桩，需要将受电弓安装在充电桩顶部，当汽车需要充电时，停在充电桩的对应位置处，通过控制受电弓下降，与汽车顶部的电极板或充电导轨接触进行充电。该方式可以实现大功率、大电流传输，可以作为电动大巴车的一种主要充电方式。

但这种充电方式要求受电弓的位置与汽车顶部充电导轨的位置相匹配。否则，受电弓下降后将无法与汽车的充电导轨接触，从而无法实现充电，甚至发生危险。现有技术中只能依靠驾驶员的经验和多次观察并挪动汽车的方式实现上下位置的对准，这是一种费力耗时的方式，效率低下。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于对准车辆充电导轨与受电弓的定位装置、以及车辆自动将充电导轨对准受电弓的定位方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对准车辆充电导轨与受电弓的定位装置，包括设置在受电弓上的定位模块以及设置在车辆上的车载模块；所述车载模块包括车辆控制单元以及车载无线信息收发单元，所述定位模块包括多个定位锚节点，每个定位锚节点包括锚节点控制单元以及锚节点无线信息收发单元；所述锚节点无线信息收发单元用于根据所述控制单元的指令，选择向外部发射标识符信息和交互定位信息中的任意一种；以及用于将接收到的外部的控制信息发送至所述锚节点控制单元，并根据所述锚节点控制单元的反馈指令选择向外部发送之信息；所述车载无线信息收发单元用于根据所述锚节点无线信息收发单元发出的标识符信息来选定受电弓，以及用于根据交互定位信息来确定车辆与受电弓的相对位置；所述车辆控制单元用于根据车载无线信息收发单元计算出的车辆与受电弓的相对位置，并将车辆的充电状态反馈至车载无线信息收发单元。

可选的，所述标识符信息包括受电弓标识符、定位锚节点标识符、以及定位锚节点位置坐标。

可选的，所述控制信息选自于受电弓资源占用的信息、导引完成的信息、以及受电弓资源释放的信息中的任意一个。

可选的，所述车辆控制单元将受电弓资源占用的信息通过所述车载无线信息收发单元发送至所述锚节点无线信息收发单元，并进一步发送至所述锚节点控制单元，所述锚节点控制单元收到所述受电弓资源占用的控制信息后，反馈给所述锚节点无线信息收发单元停止发送标识符信息的指令，以及开始发送交互定位信息的指令。

可选的，所述车辆控制单元将导引完成的信息通过所述车载无线信息收发单元发送至所述锚节点无线信息收发单元，并进一步发送至所述锚节点控制单元，所述锚节点控制单元收到所述导引完成的控制信息后，反馈给所述锚节点无线信息收发单元停止发送交互定位信息的指令。

可选的，所述车辆控制单元将受电弓资源释放的信息通过所述车载无线信息收发单元发送至所述锚节点无线信息收发单元，并进一步发送至所述锚节点控制单元，所述锚节点控制单元收到所述受电弓资源释放的信息后，反馈给所述锚节点无线信息收发单元重启发送标识符信息的指令。

本发明还提供了一种车辆对准受电弓的定位方法，包括如下步骤：获取环境中由多组定位锚节点各自独立发出的广播信息，所述广播信息包含本定位锚节点的标识符信息，每一组锚节点对应于一个受电弓；选择一组锚节点所对应的受电弓作为目标受电弓；向被选中的该组锚节点发出关闭广播的信息，并同时发起与该组锚节点进行交互式测距的信息；根据测距结果调整车辆至被选受电弓的充电区域并开始充电。

可选的，在调整车辆至被选受电弓的充电区域的步骤中，反复发起测距请求，用以修正车辆位置。

可选的，在车辆导引完成时，实施如下步骤：向被选中的该组锚节点发出停止进行交互式测距的指令。

可选的，在受电弓资源释放后，实施如下步骤：向被选中的该组锚节点发出重启广播的指令。

可选的，所述标识符信息包括受电弓标识符、定位锚节点标识符、以及定位锚节点位置坐标。

可选的，所述选择目标受电弓的步骤，选择方式为如下两种中的任意一种：根据用户的指令选择；以及根据广播信息的强度选择具有最强广播信息的一组锚节点所对应的受电弓。

上述技术方案中的定位模块和车载模块的工作只是与车辆充电导轨和受电弓相互交换信息，都不会涉及到对车辆和受电弓内部结构的改造，因此可很方便地与现有的充电系统整合，同时也可与电动汽车的辅助驾驶系统整合。定位模块和车载模块都是独立工作的，不存在组网的工作状态，因此拆装或者维修某一模块，不会对其他模块产生影响。定位模块和车载模块之间的通信可以通过超宽带(uwb：ultrawideband)等短距离通信协议，或者自定义的专用通信协议实施，装置的工作和信息交互不依赖数据网络，可以在偏远山区等无网络环境下正常工作，且保密性强，不易被干扰和入侵。

附图说明

附图1所示是本发明一具体实施方式所述定位装置的结构示意图。

附图2所示是附图1所示定位装置的使用场景示意图。

附图3所示是本发明一具体实施方式所述方法的实施步骤示意图。

附图4所示是本发明一实施例的信令流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的用于对准车辆充电导轨与受电弓的定位装置、以及车辆充电导轨对准受电弓的定位方法的具体实施方式做详细说明。

首先结合附图给出本发明所述用于对准车辆充电导轨与受电弓的定位装置的具体实施方式。

附图1所示是本具体实施方式所述定位装置的结构示意图，包括设置在受电弓上的定位模块11以及设置在车辆上的车载模块12。其中设置在受电弓上的定位模块11即为本具体实施方式所述的用于对准车辆与受电弓的定位模块。

附图2所示是上述定位装置的使用场景示意图，所述定位模块11被设置在受电弓21上，所述车载模块12被设置在车辆22上。本具体实施方式所示装置适用于采用受电弓充电的车辆，例如大型客车等。在实际应用场景中，应当可以包括多个受电弓21，在大型客车的停车场(例如公交车停车场)内阵列排布，每辆进入该停车场内的车辆都可以安装车载模块12以实现自动充电。车辆22上设置的车载模块12的数量也不限于一个，基于多个车载模块的多个定位信息的矫正与融合，能够提高定位的精度。

继续参考附图1以及附图2所示，所述车载模块12包括车辆控制单元121以及车载无线信息收发单元122，所述定位模块11包括多个定位锚节点，本具体实施方式以4个定位锚节点11a-11d为例，且设置在同一平面上。每个定位锚节点包括锚节点控制单元以及锚节点无线信息收发单元。附图1以定位锚节点11a为例，包括锚节点控制单元111以及锚节点无线信息收发单元112。其他定位锚节点也应当具有相同的结构。

所述锚节点无线信息收发单元112用于根据所述锚节点控制单元111的指令，选择向外部发射标识符信息和交互定位信息中的任意一种；以及用于将接收到的外部的控制信息发送至所述锚节点控制单元111，并根据所述锚节点控制单元111的反馈指令选择向外部发送之信息；所述车载无线信息收发单元122用于根据所述锚节点无线信息收发单元112发出的标识符信息来选定受电弓，以及用于根据交互定位信息来确定车辆与受电弓的相对位置；所述车辆控制单元121用于根据车载无线信息收发单元122计算出的车辆与受电弓的相对位置来控制车辆移动，并将车辆的充电状态反馈至车载无线信息收发单元122。

具体的说，待机状态下，包括受电弓21在内的多个受电弓上的定位模块11始终通过定位锚节点上的锚节点无线信息收发单元112以广播的方式向环境中发射标识符信息，例如可以采用beacon的形式发出广播。所述标识符信息包括但不限于受电弓标识符、定位锚节点标识符、以及定位锚节点位置坐标。所述受电弓标识符是场内不同受电弓之间的区别标识，属于同一个受电弓的锚节点，将发送相同的受电弓标识符。定位锚节点标识符是受电弓上所有锚节点之间的区别标识。定位锚节点位置坐标是至定位锚节点的相对坐标，采用受电弓上的某个点作为坐标原点。

在车辆22进场后需要充电时，车载模块12上的车载无线信息收发单元122开始接收环境中的标识符信息并发送至车辆控制单元121。识别的属于同一个受电弓的锚节点个数超过一定门限(如≥4)，则视为一个有效的受电弓。在预定的一段时间内，电动汽车的标签将能识别多个有效的受电弓。然后，车辆控制单元121将选择其中一个受电弓作为目标，本具体实施方式以选定受电弓21为例进行叙述。定位受电弓的选择可由标签根据预定规则或外部触发条件进行决策。所述预定规则可以是选择信号最强的一组锚节点对应的受电弓作为目标，所述外部触发条件可以是司机或者司乘人员输入命令。

在选定受电弓后，所述车辆控制单元121将受电弓21资源占用的信息通过所述车载无线信息收发单元122发送至所述锚节点无线信息收发单元112，并进一步发送至所述锚节点控制单元111。所述锚节点控制单元111收到所述受电弓21资源占用的控制信息后，反馈给所述锚节点无线信息收发单元112停止发送标识符信息的指令，以及开始发送交互定位信息的指令。停止发送标识符信息的指令的目的在于使受电弓在被选定后变为静默状态，不再被其他车辆识别为可用的受电弓。发出交互定位信息指令之后，车辆22与受电弓21开始计算彼此距离，由于定位锚节点11a-11d和受电弓21上的充电导轨(未图示)的位置关系固定，车载模块12与车辆的充电极板(未图示)之间的位置关系也是固定的，因此上述测距可精确计算出受电弓21上的充电导轨与车载模块12与车辆的充电极板之间的距离。

上述测距可以在车辆22向受电弓21移动的过程中反复进行。车辆的移动可以是驾驶员操作，对于具有类似自动泊车功能的汽车，车辆22的移动也可以由车辆根据车载模块12计算出的与受电弓21的距离，自行移动至可充电范围。

作为一种可选的方案，车辆22行驶到可充电范围内视为车辆导引完成，所述车辆控制单元121将导引完成的信息通过所述车载无线信息收发单元122发送至所述锚节点无线信息收发单元112，并进一步发送至所述锚节点控制单元111。所述锚节点控制单元111收到所述导引完成的控制信息后，反馈给所述锚节点无线信息收发单元112停止发送交互定位信息的指令。停止发送交互定位信息的指令的优点在于可以避免对其他锚点的无线信号产生干扰。也可以在充电完毕后停止发送交互定位信息的指令。在其他的具体实施方式中，该停止发送交互定位信息的指令也可以是受电弓21在开始充电后自主关闭的。

在完成充电后，车辆将驶离充电桩，并释放占用的受电弓资源。所述车辆控制单元121将受电弓资源释放的信息通过所述车载无线信息收发单元122发送至所述锚节点无线信息收发单元112，并进一步发送至所述锚节点控制单元111，所述锚节点控制单元111收到所述受电弓资源释放的控制信息后，反馈给所述锚节点无线信息收发单元重启发送标识符信息的指令，重新进入待机状态，为下一次定位做准备。在其他的具体实施方式中，该重启的指令也可以是受电弓21在充电完毕后自主重启的。

从上面的叙述可以看出，所述技术方案中的定位模块11和车载模块12的工作只是与车辆22和受电弓21相互交换信息，都不会涉及到对车辆22和受电弓21内部结构的改造，因此可很方便地与现有的充电系统整合，同时也可与电动汽车的辅助驾驶系统整合。定位模块11和车载模块12都是独立工作的，不存在组网的工作状态，因此拆装或者维修某一模块，不会对其他模块产生影响。定位模块11和车载模块12之间的通信可以通过超宽带等短距离通信协议，或者自定义的专用通信协议实施，装置的工作和信息交互不依赖数据网络，可以在偏远山区等无网络环境下正常工作，且保密性强，不易被干扰和入侵。

在上述具体实施方式中，锚节点控制单元111和车载无线信息收发单元122所获得的指令可以不来自于车载模块，而是来自于其他第三方操作者，例如停车场工作人员或司乘人员，车载模块只起到计算距离的作用，这样也可以实现定位和对准。

接下来结合附图给出本发明所述车辆对准受电弓的定位方法的具体实施方式。

附图3所示是本具体实施方式所述方法的实施步骤示意图，包括：步骤s300，获取环境中由多组定位锚节点各自独立发出的广播信息，所述广播信息包含本定位锚节点的标识符信息，每一组锚节点对应于一个受电弓；步骤s310，选择一组锚节点所对应的受电弓作为目标受电弓；步骤s320，向被选中的该组锚节点发出关闭广播的信息，并同时发起与该组锚节点进行交互式测距的信息；步骤s330，根据测距结果导引车辆至被选受电弓的充电区域；步骤s340，车辆导引完成后，向被选中的该组锚节点发出停止进行交互式测距的指令；步骤s350，在车辆充电完毕后，车辆驶离充电桩，并释放占用的受电弓资源，向被选中的该组锚节点发出重启广播的指令。

接下结合附图1和2以及说明书对应部分所示的装置来对上述步骤做具体解释。需要说明的是，借助附图1和2以及说明书对应部分意在更清晰的说明上述步骤，并不意味着上述步骤的实施被限制于附图1和2以及说明书对应部分所示的装置。

参考步骤s300，获取环境中由多组定位锚节点各自独立发出的广播信息，所述广播信息包含本定位锚节点的标识符信息，每一组锚节点对应于一个受电弓。上述广播信息例如可以采用beacon的形式发出广播。所述标识符信息包括但不限于受电弓标识符、定位锚节点标识符、以及定位锚节点位置坐标。所述受电弓标识符是场内不同受电弓之间的区别标识，属于同一个受电弓的锚节点，将发送相同的受电弓标识符。定位锚节点标识符是受电弓上所有锚节点之间的区别标识。定位锚节点位置坐标是至定位锚节点的相对坐标，采用受电弓上的某个点作为坐标原点。

参考步骤s310，选择一组锚节点所对应的受电弓作为目标受电弓。识别的属于同一个受电弓的锚节点个数超过一定门限(如≥4)，则视为一个有效的受电弓。在预定的一段时间内，电动汽车的标签将能识别多个有效的受电弓。定位受电弓的选择可由标签根据预定规则或外部触发条件进行决策。所述预定规则可以是根据广播信息的强度选择具有最强广播信息的一组锚节点所对应的受电弓，所述外部触发条件可以是司机或者司乘人员输入命令。

参考步骤s320，向被选中的该组锚节点发出关闭广播的信息，并同时发起与该组锚节点进行交互式测距的信息。关闭广播的目的在于使受电弓在被选定后变为静默状态，不再被其他车辆识别为可用的受电弓。进行交互式测距后，车辆与受电弓开始计算彼此距离，并进一步精确计算出受电弓上的充电导轨与车辆的充电极板之间的距离。

参考步骤s330，根据测距结果导引车辆至被选受电弓的充电区域。测距可以在车辆向受电弓移动的过程中反复进行。车辆的移动可以是驾驶员操作，对于具有类似自动泊车功能的汽车，车辆的移动也可以由车辆根据车载模块计算出的与受电弓的距离，自行移动至可充电范围。

参考步骤s340，车辆导引完成后，向被选中的该组锚节点发出停止进行交互式测距的指令。停止进行交互式测距的指令也可以是锚节点通过获取充电桩的状态数据来自行停止的。根据外部命令停止的优点在于可以进一步降低对充电桩的硬件改造。

参考步骤s350，充电完毕后，车辆驶离充电桩，并释放占用的受电弓资源，向被选中的该组锚节点发出重启广播的指令。本步骤的目的在于为下一次定位做准备。

从上面的叙述可以看出，所述方法的实施过程中都只是与车辆充电导轨和受电弓相互交换信息，不会涉及到对车辆和受电弓的改造，因此可很方便地与现有的充电系统整合，同时也可与电动汽车的辅助驾驶系统整合。方法的实施不依赖数据网络，可以在偏远山区等无网络环境下正常工作。

为了更进一步明确上述技术方案的实施，接下来给出一个最优的实施例，对上述方案进行揭露。

参考附图4所示是本实施例的信令流程图，包括如下步骤：

(1)锚节点在没有参与定位流程的情况下，周期性地发送beacon信号，信号内容至少包含以下几个部分：(受电弓标识符，锚节点标识符，锚节点位置[x,y,z])。

属于同一个受电弓的锚节点，将发送相同的受电弓标识符。锚节点标识符在同一个受电弓范围内具有唯一性。锚节点的位置根据受电弓的位置决定，一般将受电弓的中心平面位置定为[0,0]。

(2)电动汽车在启动定位流程后，其标签节点不断接收beacon信号，当识别的属于同一个受电弓的锚节点个数超过一定门限(如≥4)，则视为一个有效的受电弓。在预定的一段时间内，电动汽车的标签将能识别多个有效的受电弓。然后，标签节点将选择其中一个受电弓作为定位目标。定位受电弓的选择可由标签根据预定规则或外部触发条件进行决策。

(3)在标签节点选定目标受电弓后，对于检测到的属于该受电弓的每一个锚节点，标签节点启动周期性的ranging测距流程，获得标签节点与每一个锚节点的距离。与此同时，锚节点在收到测距信令后，则停止发送其beacon信令。

(4)根据标签节点与每一个锚节点的距离信息，以及每一个锚节点的位置信息，通过几何运算获得标签节点的平面坐标。由于标签节点和充电导轨的位置关系固定，则可进一步推算出充电导轨的平面坐标[x,y]。

(5)所获得充电导轨和受电弓的相对位置关系可导引电动汽车的运动。上述测距、定位的过程周期性重复，直至电动汽车停靠在预定位置。

(6)电动汽车停靠在预定位置后，标签节点则停止其定位过程。在需要的情况下，标签节点给参与定位的每一个锚节点发送“停止ranging”的信令。

(7)在最终充电结束完成后，电动汽车驶离充电桩后，可以由标签节点或由桩控制器发送“重启beacon”指令给每一个锚节点。此后，这些锚节点再次周期发送beacon信令，为下次定位做准备。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。