CN108279672B - 城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统，包括道路子系统和电动车子系统，道路子系统包括铺设于路面下的地面平面定子线圈阵列；电动车子系统包括布设于电动车主体底盘上的车载永磁体阵列。本发明中，电动车子系统和道路子系统则构成永磁平面无刷电机，行驶的电动车子系统和道路子系统分别构成永磁平面无刷电机的动子和定子线圈，利用车载永磁体阵列和地面平面定子线圈阵列的直接电磁作用，产生使电动车主体前进的牵引力和制动力，完全不需借助车轮与地面的摩擦力。因此，本发明具有出力密度高、低热耗、高精度、响应速度快、灵敏度高、随动性好以及体积小等优点，可实现城市道路系统的无人化和超低能耗。

Description

城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统

技术领域

本发明属于智能无人驾驶公共交通技术领域，尤其涉及城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统。

背景技术

目前，城市还没有具有点到点运输能力的智能公共交通系统。大部分选择乘坐公交和地铁等公共交通运输工具出行的市民，大多需要步行一段距离才能到达公共交通站点或步行最后一段距离才能到达目的地，中间浪费大量时间。在北上广乘坐公共交通运输工具出行的上班族，平均单程上班时间近一个小时，平均行驶里程却不到20公里，并且还要在第一公里和最后一公里步行，运输效率极为低下。另外，公交和地铁等公共交通运输工具均存在着等车时间长、拥挤不堪、运输速度低、能耗高、环境污染等问题，唯一能完成点到点运输的出租车和私家汽车又处于饱和状态。预计到2015年，北京城市人口有可能突破2000万，机动车有可能达到700万辆。按照这样的发展速度，北京城市中心区的拥堵状况将会非常严重。如果按照现有的使用状况，城市路网最大容量仅能够承担670万辆，当达到700万辆时，城市中心区拥堵指数将会达到9.5％以上，路网平均速度将会低于15公里。当前的路网拥堵状况五环以里平均速度23.2公里，如果按照这样的形势发展下去，路网实际上是承担不起的。另外，运输一个人到达目的地的同时，也要把一辆两吨重的汽车运达目的地，单车运输效率低下，能耗居高不下，造成大量交通拥挤和交通事故。同时，还遭遇停车难的问题，其总体运输能力依然达不到当前城市发展需要。并且大量汽车排放的尾气已经造成城市空气严重污染，PM值常常爆表。普通车辆需要驾驶人员，而无法满足未来无人驾驶需要，经常有人醉驾酒驾造成各种安全隐患，单靠目前的限行、限购、公交低票价、增加道路宽度和长度等措施均不能满足当前城市对快速清洁高效交通运输能力的需要，因此急需一种清洁、节能、大运力和具有点到点智能运输能力的城市交通运输系统。

电动车由于使用电能作为能源，清洁无污染，符合城市发展的环保需求。目前，电动车由轨道形成通电回路供能、架空电线供能和蓄电池供能等三种供能方式，而太阳能电动车和风能电动车等其他形式的能源目前仍不适合城市交通系统。而发展潜力最好的蓄电池电动车其发展仍有两大制约性瓶颈问题：一是一次充电续行里程短，几乎每天都要对蓄电池充电，既浪费电力资源又给使用者增添麻烦；二是铅酸电池等电池技术使用寿命只有一年多，假如每辆车使用寿命为10年，至少要更换5次蓄电池，也给环境带来污染。而免充电的有轨电动车需要固定的轨道，无轨电动车需要带高压电的架空线路，只适合公交车使用，不便个人单独使用，同时也存在安全隐患，且还会影响市容市貌。而利用新兴的太阳能风能等新能源技术的电动车受天气和道路等因素的影响不能全面推广使用，因此必须提出新的电车设计方案以满足以上所述要求。

目前，新能源电动车发展比较快，也是国家支持和鼓励发展的行业，但电动车系统用减速器等传动装置传递到车轮，再通过车轮与地面的摩擦力获得动力，这些动力传递机构存在摩擦、侧隙、变形等一系列问题，中间能量损耗较大，并不节能。

发明内容

目前，选择公共交通运输工具出行，大多需要多次换乘，且大多需要步行一段距离才能到达公共交通站点或步行最后一段距离才能到达目的地，出行效率低下，且不能实现点对点的运输服务。虽然出租车和私家车可以实现点对点的运输服务，但存在单车运输效率低、能耗居高不下、易造成交通拥挤和交通事故、停车困难等问题，并且大量排放的尾气造成城市空气严重污染，选择出租车和私家车出行不符合现代人的绿色出行理念。而且，出租车和私家车需要驾驶人员，难以满足未来无人驾驶需要，且存在醉驾酒驾等造成的各种安全隐患。电动车由于使用电能作为能源，清洁无污染，符合城市发展的环保需求，但电动车存在电池续航能力差、寿命短等问题。以上几种交通运输工具已经无法满足当前城市发展对新型交通运输能力的需要。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用平面电机驱动的、新型的城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统。

本发明城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统，包括道路子系统和电动车子系统，其中：

道路子系统包括霍尔传感器阵列、地面平面定子线圈阵列、地面无线收发器、地面控制器、霍尔信号处理器和MOS功率驱动模块；

所述霍尔传感器阵列和所述地面平面定子线圈阵列设于路面下，所述地面平面定子线圈阵列通交流电，所述霍尔传感器阵列、所述霍尔信号处理器、所述地面控制器依次信号连接；所述地面平面定子线圈阵列、所述MOS功率驱动模块、所述地面控制器依次信号连接；所述地面无线收发器连接所述地面控制器；

所述霍尔传感器阵列用来检测电动车主体的位置，所述霍尔信号处理器对位置信息进行处理后发送给所述地面控制器；所述地面控制器用来根据反馈的位置信息以及预设的行驶路线，通过所述MOS功率驱动模块控制所述霍尔传感器阵列的通断电以及通电电流大小，从而控制电动车主体的速度及姿态；

电动车子系统包括电动车主体、车载永磁体阵列、车载控制器和车载无线收发器；

所述车载永磁体阵列布设于所述电动车主体底盘上；所述车载控制器和所述车载无线收发器安装于所述电动车主体上；所述车载无线收发器连接所述车载控制器；所述车载无线收发器以无线通信方式连接所述地面无线收发器。

进一步的，所述电动车子系统还包括车载供电感应线圈和电源，所述车载供电感应线圈和所述电源安装于所述电动车主体上，且所述电源、所述车载供电感应线圈、所述车载控制器依次电连接。

进一步的，所述道路子系统中，每个一段距离，在道路面上布设一地面控制器和一MOS功率驱动模块。

进一步的，所述地面控制器还连接设于道路的路灯系统的控制器，用来控制路灯系统的亮灭。

本发明城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统是一种清洁环保、节能、大运力、以及具有点到点智能运输能力的城市交通运输系统。本发明将无轨直线电机技术和数字智能技术结合，更具体的，使用平面电机将电磁能转换为平面定位运动，从而驱动电动车运动，这种驱动方法具有出力密度高、低热耗、高精度等特点。另外，由于摒弃了传统电动车系统中的减速器等中间动力转换装置，故可以实现控制对象和平面电机的一体化，因而具有响应速度快、灵敏度高、随动性好以及体积小等优点，从而可实现城市道路系统的无人化和超低能耗。

本发明具有如下特点和有益效果：

(1)优良的动力性能和爬坡能力

采用类似直线电机的平面电机牵引技术，具有优良的动力性能和爬坡能力，车轮仅起承载的作用，电车的牵引力不受车轮与地面之间豁着条件的影响，所以能获得优良的动力性能和爬坡能力；

(2)高度智能化

由于平面电机驱动的车辆具有比传统车辆更强的加减速性能，车辆动力系统受地面控制器控制，能实现车辆自动驾驶，具有更高的车速和加速度以及位置控制精度，因此更易实现城市高密度自动驾驶的运行模式，大大提高道路客运量；

(3)节能性

由于采用直线电机系统，没有了旋转动力源和机械变速传动系统，简化了机械结构，减轻了车辆重量，提高了能量的有效利用率；

(4)降低振动和噪声

由于直线电机驱动的车辆，没有齿轮传动机构的啮合振动和噪声，其次，车轮也不是驱动轮，没有动力轮对与地面摩擦产生的振动和噪声，有利于环境保护。

(5)良好的安全性和可靠性

由于采用直线电机驱动，节能智能电车系统是典型的非黏着驱动方式，牵引-制动性能发挥不依赖于环境，是一种全天候的运载工具。直线电机驱动的电磁力的分力使车轮与地面之间产生一定的附加压力，有利于提高电车运动的稳定性，因此其安全性指标较高。再加上取消了旋转电机驱动所必须的滚动轴承、传动齿轮，磨耗小，大大提高了车辆运行的可靠性和可维护性，维修工作量较小，维护成本较低，车辆的速度、加速度和位置由地面控制器精确控制，前后车辆不容易产生碰撞，交通秩序智能化，进一步提高十字路口的车辆通行速度。

附图说明

图1为实施例中城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统的结构示意图；

图2为实施例中城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统的车载永磁体阵列和地面平面定子线圈阵列的相互作用示意图；

图3为实施例中城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统的控制系统示意图。

图中：

110-路面，120-路灯单元，130-霍尔传感器阵列，140-地面平面定子线圈阵列，150-地面无线收发器，160-地面控制器，170-霍尔信号处理器，180-MOS功率驱动模块；

210-电动车主体，220-车载永磁体阵列，230-车载控制器，240-车载无线收发器，250-车载供电感应线圈，260-电源，270-车轮。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

下面将结合附图和实施例进一步说明本发明技术方案。

见图1～3所示，本实施例的城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统，由道路子系统和电动车子系统两部分构成。所述道路子系统包括霍尔传感器阵列130、地面平面定子线圈阵列140、地面无线收发器150、地面控制器160、霍尔信号处理器170和MOS功率驱动模块180。所述霍尔传感器阵列130和所述地面平面定子线圈阵列140铺设于路面110下，霍尔传感器阵列130和地面平面定子线圈阵列140构成城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统的定子线圈。所述霍尔传感器阵列130、所述霍尔信号处理器170、所述地面控制器160依次信号连接，所述地面平面定子线圈阵列140、所述MOS功率驱动模块180、所述地面控制器160依次信号连接，所述地面无线收发器150还连接所述地面控制器160。所述霍尔传感器阵列130输出的霍尔信号通过所述霍尔信号处理器170输入所述地面控制器160，所述地面控制器160根据接收的霍尔信号，通过MOS功率驱动模块180来控制地面平面定子线圈阵列140的通断电以及通电电流大小；地面无线收发器150用来与过往的电动车子系统进行通信。本实施例中，地面无线收发器150安装于布设于路面110的路灯单元120上，但地面无线收发器150的安装位置并不限于此。本发明道路子系统中，每隔一段距离在地面布设一地面控制器160和一MOS功率驱动模块180。

所述电动车子系统包括电动车主体210、车载永磁体阵列220、车载控制器230、车载无线收发器240、车载供电感应线圈250和电源260。所述车载永磁体阵列220布设于所述电动车主体210底盘上，所述车载控制器230、所述车载无线收发器240、所述车载供电感应线圈250、所述电源260均安装于所述电动车主体210上，具体安装位置不做限制，其中，车载供电感应线圈250一般安装于电动车主体210中部。所述车载无线收发器240连接所述车载控制器230，所述车载控制器230和所述地面控制器160通过所述车载无线收发器240、所述地面无线收发器150相互通信；所述电源260、所述车载供电感应线圈250、所述车载控制器230依次电连接，所述车载供电感应线圈250用来对所述电源260充电。所述电源260可用来给安装于所述电动车主体210上的人机交互系统等供电；在车轮系统包括无刷电机的情况下，所述电源260还可用来给所述车辆系统供电。

当多个电动车主体210在路面110上行驶时，电动车子系统和道路子系统则构成永磁平面无刷电机，行驶的电动车子系统构成永磁平面无刷电机的动子，道路子系统构成永磁平面无刷电机的定子线圈。利用车载永磁体阵列220和地面平面定子线圈阵列140的直接电磁作用，产生使电动车主体210前进的牵引力和制动力，完全不需借助车轮与地面的摩擦力。电动车子系统上的地面控制器160向地面控制器160发送信号，接收信号的地面控制器160通过MOS功率驱动模块180，控制地面平面定子线圈阵列140的通断电以及通电电流，以控制电动车子系统的前进与否以及前进速度。本发明中，地面平面定子线圈阵列140通交流电。另外，电动车主体210在路面110上行驶时，车载供电感应线圈250和地面平面定子线圈阵列140因磁耦合效果，产生感应电流，从而给所述电源260进行充电。

下面将对本发明城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统的工作过程进行详细说明：

地面控制器160和车载控制器230可相互通信，车载控制器230将电动车主体210的车身姿态信息、目的地以及前进路线等信息，依次通过车载无线收发器240、地面无线收发器150传递给地面控制器160。地面控制器160通过检测霍尔信号处理器170的霍尔信号，来控制地面平面定子线圈阵列140的通断，从而控制电动车子系统的速度加速度。并且，地面控制器160依次通过地面无线收发器150、车载无线收发器240将电动车子系统的速度、加速度和位置信号传递给车载控制器230，并显示给车上人员查看。车上人员通过控制车载控制器230调整巡航参数，并将信号发送给地面控制器160，即可实现电动车的智能无人驾驶导航。

另外，地面控制器160还可以控制路灯系统120的亮灭，具体的，所述地面控制器160连接所述路灯系统120的控制器IO端口，通过控制与路灯连接的继电器的通断，从而控制路灯系统120的亮灭。在车即将出现进入电动车上人的视野时自动亮灯，电动车通过后熄灯，实现无车时熄灭减少光污染和节能的目的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统，其特征是：

包括道路子系统和电动车子系统，其中：

道路子系统包括霍尔传感器阵列、地面平面定子线圈阵列、地面无线收发器、地面控制器、霍尔信号处理器和MOS功率驱动模块；所述道路子系统中，每隔一段距离，在道路面上布设一地面控制器和一MOS功率驱动模块；

所述霍尔传感器阵列和所述地面平面定子线圈阵列设于路面下，所述地面平面定子线圈阵列通交流电，所述霍尔传感器阵列、所述霍尔信号处理器、所述地面控制器依次信号连接；所述地面平面定子线圈阵列、所述MOS功率驱动模块、所述地面控制器依次信号连接；所述地面无线收发器连接所述地面控制器；

所述霍尔传感器阵列用来检测电动车主体的位置，所述霍尔信号处理器对位置信息进行处理后发送给所述地面控制器；所述地面控制器用来根据反馈的位置信息以及预设的行驶路线，通过所述MOS功率驱动模块控制所述地面平面定子线圈阵列的通断电以及通电电流大小，从而控制电动车主体的速度及姿态；

电动车子系统包括电动车主体、车载永磁体阵列、车载控制器和车载无线收发器；

所述车载永磁体阵列布设于所述电动车主体底盘上；所述车载控制器和所述车载无线收发器安装于所述电动车主体上；所述车载无线收发器连接所述车载控制器；所述车载无线收发器以无线通信方式连接所述地面无线收发器；

当多个电动车主体在路面上行驶时，电动车子系统和道路子系统则构成永磁平面无刷电机，行驶的电动车子系统构成永磁平面无刷电机的动子，道路子系统构成永磁平面无刷电机的定子线圈；利用车载永磁体阵列和地面平面定子线圈阵列的直接电磁作用，产生使电动车主体前进的牵引力和制动力；

所述公共交通系统的控制方法为：

电动车子系统上的车载控制器将电动车主体的车身姿态信息、目的地以及前进路线信息，依次通过车载无线收发器、地面无线收发器传递给地面控制器；

地面控制器通过检测霍尔信号处理器的霍尔信号，获得反馈的电动车位置信息，根据反馈的位置信息和预设的行驶路线，通过MOS功率驱动模块来控制地面平面定子线圈阵列的通断电以及通电电流，以控制电动车子系统的行驶。

2.如权利要求1所述的城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统，其特征是：

所述电动车子系统还包括车载供电感应线圈和电源，所述车载供电感应线圈和所述电源安装于所述电动车主体上，且所述电源、所述车载供电感应线圈、所述车载控制器依次电连接。

3.如权利要求1所述的城市直驱式智能无人驾驶公共交通系统，其特征是：

所述地面控制器还连接设于道路的路灯系统的控制器，用来控制路灯系统的亮灭。

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