CN108725210A - 地面供电系统和电动车辆的组件 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种组件，所述组件包含使用导电性能的类型的地面水平供电系统(10)和电动车辆(1)，所述地面水平供电系统包含设置在道路(2)上的导电轨道(11、12、13)，所述电动车辆(1)从其在所述道路上移动的所述轨道捕获电能，其特征在于，所述供电系统(10)包含地面水平天线(52.i)，所述地面水平天线被配置成具有沿着所述道路的纵轴(X)的恒定的辐射图并且发射定位信号，并且其特征在于，所述电动车辆(1)包含车载天线(171、172)和车载模块(175)，所述车载模块连接到所述车载天线，并且能够从由所述车载天线捕获的所述定位信号来确定所述车载天线的中心(C1、C2)相对于所述纵轴(X)的横向位置。

Description

地面供电系统和电动车辆的组件
技术领域
本发明涉及电动车辆。
背景技术
车辆制造商、尤其是电动车辆制造商的一般趋势是转向销售全自主车辆，或者至少销售提供高级驾驶辅助的车辆。
此外，依靠申请人在用于导引式电动车辆(即，被强制沿着轨道移动的车辆(尤其是沿着铁路轨道移动的电车))的使用导电性能的类型的地面水平供电系统领域中的经验，申请人已经开发出用于非导引式电动车辆的使用导电性能的类型的地面水平供电系统。例如可以参考法国专利申请号14 52525。
本发明因此旨在通过改进地面水平供电系统和能够与此类系统协作的电动车辆来对前述趋势作出响应。
发明内容
本发明因此涉及一种由地面水平供电系统和电动车辆构成的组件，所述地面水平供电系统是使用导电性能的类型并且包含设置在道路中的导电轨道，并且所述电动车辆能够在所述电动车辆在所述道路上移动时从所述导电轨道捕获电能，其特征在于，所述地面水平供电系统包含地面水平装置，所述地面水平装置包含埋入所述道路中的地面水平天线，所述地面水平天线被配置成具有沿着道路的纵轴的基本上恒定的辐射图并且能够发射定位信号，并且其特征在于，所述电动车辆包含车载装置，所述车载装置包含车载天线和车载模块，所述车载模块连接到所述车载天线，并且能够从由所述车载天线捕获的所述定位信号来确定车载天线的中心相对于道路的纵轴的横向位置，车载收发器模块连接到电动车辆的车载计算机(150)并且向所述车载计算机(150)发送所述横向位置，所述车载计算机使用所述横向位置作为输入数据来驱动所述电动车辆。
根据特定实施例，所述组件包含单独考虑或者根据任何技术上可能的组合的以下特征中的一者或多者：
-所述组件包含：一对供电轨道，所述一对供电轨道包含能够引向供应电压的所谓的相位导电轨道，以及用于反向电流的所谓的中性导电轨道，所述中性轨道平行于所述相位轨道而延伸，并且所述相位轨道是由沿着道路的纵轴端到端地设置的多个段构成，每个段与其相邻的段电绝缘；以及电压源，所述电压源能够传送供应电压。
-所述电动车辆包含电流捕获装置，所述电流捕获装置包含能够在地面水平供电系统的导电轨道上进行滑动接触的集电靴。
-所述车载装置的所述车载天线安装在所述集电靴上。
-所述车载装置包含安装在所述电动车辆的前方的前方车载天线，以及安装在所述电动车辆的后方的后方车载天线，所述车载模块能够确定所述前方车载天线和后方车载天线中的每一者的几何中心相对于道路的纵轴的横向位置，并且向车载计算机发送所述横向位置以确定所述电动车辆的纵轴相对于道路的纵轴的位置。
-所述定位信号是连续无线电信号。
-所述电动车辆包含用于发射存在信号的车载装置，并且所述地面水平供电系统包含用于接收所述存在信号的地面水平装置。
-所述车载装置是收发器装置，所述收发器装置能够通过接收从地面发射的位置信号而具有横向定位功能，并且通过向地面发射存在信号而具有用于检测车辆的存在的功能。
-所述地面水平装置是收发器装置，所述收发器装置能够通过发射既定用于车载装置的位置信号而具有横向定位功能，并且通过检测从车载装置发射的合适的存在信号而具有存在的检测功能。
所述电动车辆是无人驾驶类型，车载计算机操纵所述电动车辆，或者所述电动车辆是具有驾驶员的类型，车载计算机对电动车辆提供驾驶辅助。
附图说明
在阅读了对一个特定实施例的以下描述之后将更好地理解本发明，仅作为说明而非限制性地提供以下描述并且是参考附图来进行，附图中：
-图1是配备有根据本发明的设备的地面水平供电系统的一个优选实施例的道路的示意性材料透视图说明；
-图2是根据本发明的设备的电动车辆的一个优选实施例的示意性俯视图说明；
-图3是在图1的道路上行进的图2的车辆的后视图；
-图4是在图1的道路上行进的图2的车辆的俯视图；以及
-图5是图1的地面水平供电系统的示意性电说明。
具体实施方式
在图中，将汽车1示出为在并入有地面水平供电系统10的道路2上行进的电动车辆、尤其是非导引式电动车辆的实例。汽车1优选是无人驾驶汽车，即，自主汽车，车载计算机尤其在路径的轴线上的横向导引方面控制所述汽车。替代地，汽车1是具有驾驶员的汽车，车载计算机尤其在路径的轴线上的横向导引方面提供驾驶辅助。
地面水平供电系统10是使用导电性能的类型，即，通过两根导电轨道进行接触安置。所述地面水平供电系统包含位于道路2上的车辆的循环路径的中间的多根导电轨道。
系统10具有与道路2的平坦表面8齐平的多根导电轨道，尤其是供电轨道和保护轨道。更具体来说，系统10包含：
-相位轨道11，意在电连接到电源或接地电位Vterre；
-中性轨道12，意在电连接到电源的负极排以提供牵引电流的返回；
-保护轨道13，意在电连接到接地电位Vterre。
相位轨道11由具有细长、优选矩形形状的多个段11.i(图5)构成，所述多个段在当前考虑的实施例中各自具有10cm的宽度和大于5m的长度。
所述段端到端地定位以构成相位轨道11。
所述段彼此电绝缘。
有利的是，通过使用与用于相位轨道11的段的类型相同类型的段来制成中性轨道12。因此，轨道12由具有小于10cm的宽度和大于5m的长度的多个段12.i(图5)构成。
中性轨道12的连续段彼此连接，以提供电流到电源的返回。
中性轨道12相对于其延伸方向(对应于图中的方向X)在第一侧(例如，右侧)上与相位轨道11平行地铺设。在彼此对面的相位轨道11和中性轨道12的横向边缘相隔约10cm到15cm的第二距离。
例如通过密封在填充沟槽6的混凝土7中的轮廓14的上部面来形成保护轨道13。
举例来说，轮廓14具有I形区段，所述区段的中央核心基本上垂直地定位。保护轨道13的宽度是例如大约5cm。
保护轨道13相对于延伸方向在所述相位轨道11的第二侧上(例如，在左侧上)平行于所述相位轨道而设置，所述第二侧与中性轨道12所处的第一侧相对。
在彼此对面的相位轨道11和保护轨道13的横向边缘相隔约10cm到15cm的第二距离。
保护轨道13的功能是阻止来自相位轨道11的任何泄漏电流，通过中性轨道12阻止朝向第一侧的任何泄漏电流。
在不同轨道的横向尺寸以及它们的相互间距的值的此特定选择的情况下，系统10具有大约45cm的总宽度。
当相位轨道11达到高电位时，通过中性轨道12和/或保护轨道13来收集例如由于道路2上的导电性水高度或穿过地面水平供电系统10的任何其它导电材料的存在而引起的任何泄漏电流。达到高电位的道路2的部分因此不横向地延伸经过系统10的轨道，这使得有可能保证当相位轨道11达到高电位时在此车辆旁边的行人将不会触电。
此外，提供在图3中示意性地示出并且具有参考34的装置来检测中性轨道12或保护轨道13中的泄漏电流的循环并且触发系统的保护。
优选的是，为了促进系统10的轨道的安装，系统10包括载架组件。所述载架组件例如包含支承两个载架轮廓25和26的基座20，所述两个载架轮廓彼此相同，充当用于相位轨道11和中性轨道12的绝缘载架。这些轨道机械地紧固在载架轮廓上，但与载架轮廓电绝缘。
基座20还支承轮廓14。紧固到轮廓14的核心的电缆28被设计成埋入道路2中，以便将保护轨道13定位在接地电位Vterre，并且由于电连续性，将基座20定位在所述接地电位。
基座20具备多个连接杆，所述多个连接杆的高度是可调整的，可以将所述多个连接杆插入到沟槽6的底部中，以便预先定位系统10，使得轨道与道路2的将要产生的表面8齐平，并且相位轨道的中轴线与配备有系统10的行进路径的纵轴重合。
随后，灌注混凝土以便嵌入载架组件。随后密封载架轮廓25和26以及轮廓14。有利的是，使混凝土层的上表面的状态具有适应在道路2上行进的车辆的轮胎的粘附力。
由相位轨道11和中性轨道12构成的一对供电轨道以及保护轨道13与道路2的表面8齐平。更具体来说，轨道11和12在道路2的表面8上方略微突出，例如突出数毫米的高度，尤其等于2mm。轨道13处于道路2的表面8水平。
三面体XYZ与道路2相关联，使得轴线X与相位轨道11的中轴线(即，车辆在道路2上的行进路径的纵轴)重合；轴线Z对应于与道路2的表面8垂直的方向；以及轴线Y正交于轴线Z、轴线X，平面XY对应于平坦表面8。
在图5中提供供电系统10的电气图。
将系统10细分为多个纵向区段。区段Dj位于相邻区段Dj-1和Dj+1之间。区段Dj对应于相位轨道11的多个段11.i(例如，在图5中是十个)。
区段Dj的多个段11.i中的每个段经由专用的控制开关30.i而电连接到接地电位或由受控区段Dj的各个段11.i共享的供电线34。
供电线34连接到电源35。源35例如是能够将由外部电网36传送的三相电流转换成直流的变电站。源35例如聚集了变压和整流功能。
对于段11.i中的每一者，系统10包含地面水平收发器装置50.i，所述地面水平收发器装置包含连接到地面水平天线52.i的收发器模块51.i。
天线52.i在道路2中循环，以便形成回路，所述回路沿着轴线X的延伸部对应于与其相关联的段11.i的延伸部。
举例来说并且优选的是，天线52.i在于相位轨道11的载架轮廓25的横向边缘中的每一者中提供的纵向通道中循环。
由于地面水平天线52.i的几何条件以及所述地面水平天线在行进路径的中间的实现方式，所述地面水平天线的天线图沿着轴线X是一致的并且相对于平面XZ是对称的。因此，在与平面XY平行的平面中的磁通量的测量值实质上随沿着轴线Y的横向位置而变。
地面水平收发器装置50.i连接到地面水平计算机53.i。此计算机尤其连接到开关30.i以命令对所述开关的打开和闭合。地面水平计算机53.i还通过适当的网络而连接到另一计算机53.j以便交换信息。
汽车1包含主体4和车轮3。
三面体X’Y’Z’传统上与汽车1相关联：轴线X’在纵向方向上、朝向前方定向；轴线Y’在横向方向上、从左到右定向；以及轴线Z’正交于轴线X’和轴线Y’。当汽车1在道路2上行进时，轴线Z’与轴线Z基本上重合。
前方车轮3a和3b例如是导引车轮。它们耦合到转向系统110，从而使得有可能改变车轮的角度来驱动汽车1。
后方车轮3c和3d例如是驱动车轮。它们耦合到电动机120以便推动汽车1。
汽车1包含能够向电动机120施加适当的电力的可再充电电池130。
汽车1包含制动系统，所述制动系统包含在车轮3中的每一者上的制动器5a到5d和用于致动制动器140来使汽车1减慢的装置。
汽车1包含车载计算机150，在汽车1是无人驾驶的情况下，所述车载计算机能够引领汽车1，或者在引领配备有车载计算机的车辆时，所述车载计算机能够提供驾驶辅助。为此，车载计算机150获取多个输入数据；执行适当的计算机程序；使用此输入数据来产生应用于转向系统、制动系统、引擎、电池等的输出命令以引领汽车1。
汽车1配备有捕获装置160，从而使得有可能在汽车1移动期间从地面水平供电系统10收集电力。
在一个简单的实施例中，所述捕获装置包含集电靴162，所述集电靴能够相对于汽车1的主体4沿着轴线Z’移动，以进行降低并且在系统10的供电轨道上保持滑动接触。捕获装置160包含用于移动集电靴162的致动器164。
捕获装置160通过适当的调适构件166而耦合到电池130和电机120，以向电池和/或电动机施加所收集的电力。
在所述图的实施例中，集电靴置于车辆1的后方。
汽车1包含车载收发器装置170，所述车载收发器装置包含优选连接到两个车载天线171和172的收发器模块175。
天线意在当汽车1位于段11.i上方时捕获由地面水平天线52.i发射的电磁定位信号，或者向地面水平天线52.i发送电磁存在信号。
将两个车载天线171和172安装在汽车1上，以便至少彼此纵向(即，沿着轴线X′)分离。优选的是，捕获装置160的集电靴162携载所述天线中的一者。这因此是在图中示出的实施例的后方天线172。置于集电靴上的车载天线具有以下优势：增加对从地面发射的定位信号的检测灵敏度，并且反之亦然，这两个天线之间的距离较小。
前方车载天线171和后方车载天线172能够允许分别精确地确定它们的中心C1和C2相对于地面水平天线52.i的轴线X的相对位置。举例来说，车载天线由若干匝构成。优选将车载天线安装在汽车1上，使得其几何中心设置在轴线X′上。
通过分析穿过每个天线的即时磁通量，收发器模块175能够在每个时刻并且在较大精度下确定车载天线的中心相对于地面水平天线的轴线X的横向位置，并且因此确定车辆相对于道路的轴线X的位置。
收发器模块175连接到车载计算机150，并且向所述车载计算机发送车载天线的中心的这些相对位置以作为输入数据来引领汽车1，尤其是对汽车1的横向导引。
在从地面朝向车载装置的通信中，地面水平收发器装置50.i在传输方面进行操作，并且车载收发器装置170在接收方面进行操作。
更具体来说，地面水平装置50.i发射定位信号，所述定位信号是例如具有38kHz的特征频率的连续无线电信号。
施加前方天线171和后方天线172中的每一者所收集的信号以作为车载收发器模块175的输入。所述车载收发器模块确定每个车载天线171和172的中心C1和C2相对于轴线X的即时横向位置。模块175将这些即时横向位置发送到车载计算机150，使得所述模块鉴于所述两个车载天线之间的偏差来确定车辆的轴线X′相对于公路的轴线X的位置。车载计算机150尤其能够命令转向构件110以便让轴线X′和轴线X在每个时刻都重合，即，在每个时刻，每个天线的几何中心都位于轴线X上方。
在从车载装置朝向地面的通信中，车载收发器装置170在传输方面进行操作，并且地面水平收发器装置50.i在接收方面进行操作。
更具体来说，车载收发器模块175能够将存在信号施加到两个车载天线171或172中的至少一者，使得此车载天线发射例如具有483kHz的特征频率的连续无线电信号。
优选的是，被选择用来发射存在信号的车载天线是后方天线172。
施加地面水平天线52.i所收集的信号以作为地面水平收发器模块51.i的输入。当存在信号实际上被地面水平收发器装置50.i捕获时，模块51.i向计算机53.i发送指示在对应的段11.i上方存在车辆的消息。当检测到汽车1时，计算机53.i命令闭合开关30.i，使得相位轨道11的段11.i达到供电电位Vs。汽车l的集电靴随后可以从系统10捕获电力。
当地面水平收发器装置50.i未捕获到存在信号时，模块51.i不向计算机53.i发送任何消息，这会使开关30.i保持打开，使得相位轨道11的段11.i达到电位0V。
本领域技术人员可以考虑许多替代方案。
因此，在上文详细描述的实施例中，车载装置和地面水平装置都在接收和传输方面工作，以执行道路上的车辆的定位功能以及车辆的存在的检测功能，从而上方有车辆的段达到供电电位。然而，可以使用两种不同的手段：一方面，地面水平天线专用于发射定位信号并且车载接收天线用于相对于道路的轴线来定位车辆；另一方面，车载天线发射存在信号并且地面水平装置用于接收此存在信号，以便检测车辆的存在并且为轨道的对应段供应电力。
替代地，地面水平天线52.i在于中性轨道12的载架轮廓26的横向边缘中的每一者中或者在保护轨道13的一部分周围提供的纵向通道中循环，或者自由地在相位轨道11与中性轨道之间的第一侧上或者在相位轨道11与保护轨道13之间的第二侧上循环。车载计算机随后必须知晓天线的轴线与道路的轴线之间的横向偏移，以确定车辆相对于道路的轴线的横向位置。
替代地，车载装置仅包含单个天线用于横向定位功能。然而，在单个横向位置的情况下，会失去由第二天线提供的冗余度和额外的位置精度。这是使用两个纵向分离的车载天线的优势。
替代地，集电靴不仅可以垂直移动，而且可以相对于车辆的主体水平移动。因此，如果将车载天线安装在集电靴上，那么在确定车辆相对于车辆正在行进的路径的轴线的横向位置之前，车载计算机必须使用集电靴相对于车辆的主体的即时位置来校正此车载天线的中心的横向位置的测量值。

Claims (10)

1.一种由地面水平供电系统(10)和电动车辆(1)构成的组件，所述地面水平供电系统(10)是使用导电性能的类型并且包含设置在道路(2)中的导电轨道(11、12、13)，并且所述电动车辆(1)能够在所述电动车辆(1)在所述道路(2)上移动时从所述导电轨道捕获电能，其特征在于，所述地面水平供电系统(10)包含地面水平装置(50.i)，所述地面水平装置包含埋入所述道路(2)中的地面水平天线(52.i)，所述地面水平天线被配置成具有沿着所述道路(2)的纵轴(X)的基本上恒定的辐射图并且能够发射定位信号，并且其特征在于，所述电动车辆(1)包含车载装置(170)，所述车载装置包含车载天线(171、172)和车载收发器模块(175)，所述车载收发器模块连接到所述车载天线，并且能够从由所述车载天线捕获的所述定位信号来确定所述车载天线的中心(C1、C2)相对于所述道路(2)的所述纵轴(X)的横向位置，所述车载收发器模块(175)连接到所述电动车辆的车载计算机(150)并且向所述车载计算机(150)发送所述横向位置，所述车载计算机使用所述横向位置作为输入数据来驱动所述电动车辆(1)。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述地面水平供电系统(10)包含：
-一对供电轨道，所述一对供电轨道包含能够达到供应电压(Vs)的所谓的相位导电轨道(11)，以及用于反向电流的所谓的中性导电轨道(12)，所述中性轨道平行于所述相位导电轨道而延伸，并且所述相位导电轨道是由沿着所述道路(2)的所述纵轴(X)而端到端地设置的多个段(11.i)构成，每个段与其相邻的段电绝缘；以及
-电压源(35)，所述电压源能够传送所述供应电压。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的组件，其中，所述电动车辆(1)包含电流捕获装置(160)，所述电流捕获装置包含能够在所述地面水平供电系统(10)的所述导电轨道上进行滑动接触的集电靴(162)。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述车载装置(170)的所述车载天线(172)被安装在所述集电靴(162)上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组件，其中，所述车载装置(170)包含安装在所述电动车辆(1)的前方的前方车载天线(171)，以及安装在所述电动车辆(1)的后方的后方车载天线(172)，所述车载模块(175)能够确定所述前方车载天线和后方车载天线中的每一者的几何中心相对于所述道路的所述纵轴(X)的所述横向位置，并且向所述车载计算机(150)发送所述横向位置以确定所述电动车辆(1)的所述纵轴(X’)相对于所述道路的所述纵轴(X)的位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组件，其中，所述定位信号是连续无线电信号。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的组件，其中，所述电动车辆包含用于发射存在信号的车载装置，并且所述地面水平供电系统(10)包含用于接收所述存在信号的地面水平装置。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述车载装置是收发器装置(170)，所述收发器装置能够通过接收从地面发射的位置信号而具有横向定位功能，并且通过向所述地面发射存在信号而具有检测车辆的存在的功能。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的组件，其中，所述地面水平装置是收发器装置(50.i)，所述收发器装置能够通过发射既定用于车载装置的位置信号而具有横向定位功能，并且通过检测从车载装置发射的合适的存在信号而具有存在的检测功能。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的组件，其中，所述电动车辆是无人驾驶类型，车载计算机操纵所述电动车辆，或者所述电动车辆是具有驾驶员的类型，车载计算机对所述电动车辆提供驾驶辅助。
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