基于超宽带技术的电动汽车感应充电精确板对线圈对准研究

《IEEE Open Journal of Vehicular Technology》：Toward Precise Pad-to-Coil Alignment in EV Inductive Charging With UWB

　　**摘要：** 在电动汽车（EV）的感应式无线电力传输（WPT）中，发射板与接收线圈的最终对齐至关重要，因为厘米级的横向位移或航向失准会削弱磁耦合、降低传输效率并增加充电时间。因此需要毫米级的平面位置精度和亚度级的航向估计。本文提出了一种经过标定的超宽带（UWB）相对位姿估计框架，融合了飞行时间（ToF）与到达相位差（PDoA）测量。该系统由一个集成于发射板的四单元UWB锚定单元，以及四个固定在车辆接收线圈区域周围的同步UWB模块组成。ToF测量为正确几何盆地中的稳健初始化提供保障，而包裹PDoA测量则为位姿细化提供高分辨力的局部约束。ToF和载波相位测量中的角度及距离相关偏差均通过离线标定并进行在线补偿。由于相位包裹导致ToF+PDoA联合目标函数高度非凸，位姿采用两阶段估计：首先进行基于梯度的ToF初始化，随后在刚体约束下利用粒子滤波进行联合优化。在静态位姿网格仿真中，所提方法的平面位置误差p50/p90为10.97/43.46 mm，航向误差p50/p90为0.38°/1.21°。基于缩小比例车辆模型的硬件实验进一步验证了最终停泊姿态下的感知链路。在200次重复UWB更新中，经偏差补偿后，所提方法实现了p50/p90平面对齐误差2.32/4.23 mm以及p50/p90航向误差0.25°/0.72°。这些结果表明，在受控的比例测试平台上实现了毫米级的最终停泊姿态对齐。