CN110281806A - 一种自动驾驶电动汽车的充电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动驾驶电动汽车的充电系统及方法，包括汽车系统模块、充电桩和后台系统；后台系统用于传输汽车系统模块和充电桩之间的数据，并且向汽车系统模块发送充电桩的位置信息；充电桩的充电插头设置在直线运动机构的运动部分；处理器与后台系统和电机连接；汽车系统模块的VMS系统用于向电池电量监测系统、导航系统和后台系统接收和发送数据；电池电量监测系统连接有汽车的电池；导航系统用于根据充电桩的位置信息，调整汽车的位置；充电插座输出端与汽车的电池输入端连接，且与充电插头伸出时的位置对应，充电插座与充电插头的间距不大于直线运动机构的最大运动距离。全程无人工操作，实现了自动驾驶电动汽车的自动充电。

Description

一种自动驾驶电动汽车的充电系统及方法
技术领域
本发明属于自动驾驶汽车领域，涉及一种自动驾驶电动汽车的充电系统及方法。
背景技术
电动汽车作为一种新能源交通工具，是我国的战略性新兴产业，由于其对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，也符合新型能源战略要求。随着智能网联技术的发展，自动驾驶电动汽车广泛应用于港口码头、机场、机械加工和物料装配等行业。目前，电动汽车都采用动力锂离子电池作为能源，不能实现长距离行驶，需间歇性人工充电，目前常用的方式的人工给电池充电，如果采用人工的方式给电池充电，自动驾驶电动汽车就处于非连续的任务环，这必将破坏自动驾驶电动汽车的工作完整性，随着自动驾驶电动汽车越来越广泛的应用，对自动驾驶电动汽车自动化程度和智能化水平有了更高的要求，要求实现自动驾驶电动汽车的自动充电。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种自动驾驶电动汽车的充电系统及方法，实现了自动驾驶电动汽车自动行驶至充电桩处，进行无人工操作的自动充电的需求。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种自动驾驶电动汽车的充电系统，包括汽车系统模块、充电桩和后台系统；
后台系统用于传输汽车系统模块和充电桩之间的数据，并且向汽车系统模块发送充电桩的位置信息；
充电桩包括处理器、充电插头和直线运动机构，充电插头设置在直线运动机构的运动部分，直线运动机构连接有电机；处理器与后台系统和电机连接，处理器用于向后台系统接收和发送数据，向电机发送指令；
汽车系统模块包括VMS系统、电池电量监测系统、导航系统和充电插座；VMS系统与电池电量监测系统、导航系统和后台系统连接，VMS系统用于向电池电量监测系统、导航系统和后台系统接收和发送数据；电池电量监测系统连接有汽车的电池，电池电量监测系统用于检测电池电量，并发送给VMS系统；导航系统用于根据充电桩的位置信息，调整汽车的位置；充电插座输出端与汽车的电池输入端连接，且与充电插头伸出时的位置对应，充电插座与充电插头的间距不大于直线运动机构的最大运动距离。
优选的，充电插头上设置有数据传输插头，数据传输插头与处理器连接，充电插座上设置有与数据传输插头对应的数据接收插座，数据接收插座与VMS系统连接。
优选的，直线运动机构包括皮带和导轨，皮带与导轨滑动连接，电机与皮带连接，用于带动皮带沿导轨滑动，充电插头设置在皮带上。
优选的，导航系统采用激光导航、视觉导航、地面引导线导航或惯性导航。
优选的，充电插座与汽车的电池之间设置有继电器，继电器与VMS系统连接，继电器连通时，充电插座与汽车的电池之间线路连通，继电器断开时，充电插座与汽车的电池之间线路断开。
优选的，充电插座的插孔为锥孔，锥孔的大口端朝充电插头方向。
优选的，充电桩的位置信息为GPS坐标。
优选的，后台系统采用AutoBox系统。
一种基于上述任意一项所述系统的自动驾驶电动汽车充电方法，包括以下步骤；
步骤一，当自动驾驶电动汽车电池电量低于设定的阈值时，电池电量监测系统向VMS系统发送电量不足的信号，VMS系统向后台系统发送充电请求及当前自动驾驶电动汽车的位置；
步骤二，后台系统接收到充电请求后，向导航系统发出与自动驾驶电动汽车的当前位置距离最近的充电桩位置；
步骤三，自动驾驶电动汽车根据步骤二中的充电位置在导航系统的导引下向充电桩移动；
步骤四，导航系统判断自动驾驶电动汽车是否到达充电位置，若是，则进入步骤五；若否，则返回至步骤三；
步骤五，自动驾驶电动汽车行驶到充电位置后，VMS系统通过后台系统向充电桩的处理器发送充电执行指令；
步骤六，处理器给电机发送正转启动指令；
步骤七，电机接收到正转启动指令后带动直线运动机构将充电插头伸出充电桩外部；
步骤八，VMS系统判断充电插头对接是否成功，若是，则进入步骤九；若否，则返回至步骤七；
步骤九，VMS系统通过后台系统给处理器送充电指令，开始充电，处理器给电机发送正转停止指令；
步骤十，电池电量监测系统实时监测电池是否充满电，若是，则进入步骤十一，若否，则返回至步骤九；
步骤十一，电池电量监测系统向VMS系统发送电量已满的信号，VMS系统通过后台系统给处理器发送充电结束指令，充电桩结束充电；
步骤十二，处理器给电机发送反转启动指令；
步骤十三，电机接收到反转启动指令后带动直线运动机构将充电插头收回充电桩内部；
步骤十四，充电插头分离完成后，VMS系统通过后台系统给处理器发送分离确认信号，处理器给电机发送反转停止指令，自动驾驶电动汽车完成充电。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在当自动驾驶电动汽车需要充电时，通过VMS系统告知后台系统，后台系统通过VMS系统给导航系统发送充电桩的位置信息，使自动驾驶电动汽车能够自动行驶至充电位置，充电桩的处理器向电机发送指令，通过直线运动机构将充电插头与充电插座连接，进行充电，充电完成后，充电插头缩回，自动驾驶电动汽车可以继续进行任务，全程无人工操作，实现了自动驾驶电动汽车的自动充电。
进一步，通过充电时数据传输插头与数据接收插座的连接，实现了充电过程中，VMS系统与处理器的直接数据传输。
进一步，通过使用继电器控制充电线路的通断，提高了自动充电的安全系数。
进一步，通过将充电插座的插孔设计为锥孔，提高了充电插头插入的成功率。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
其中：1-后台系统；2-处理器；3-电机；4-VMS系统；5-电池电量监测系统；6-导航系统；7-电池；8-继电器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1所示，本发明所述的自动驾驶电动汽车的充电系统，包括汽车系统模块、充电桩和后台系统1。
后台系统1采用AutoBox系统，用于传输VMS系统4和处理器2之间的数据，并且通过VMS系统4向导航系统6发送充电桩的位置信息。
充电桩包括充电电源、处理器2、充电插头和直线运动机构，充电电源设置在充电桩内部，且输出端与充电插头的输入端连接，直线运动机构设置在充电桩侧面，充电插头设置在直线运动机构的运动部分，直线运动机构的伸缩方向为水平方向，直线运动机构连接有电机3；处理器2与后台系统1和电机3连接，处理器2用于向后台系统1接收和发送数据，并向电机3发送指令。
本实施例优选的直线运动机构包括皮带和导轨，皮带与导轨滑动连接，皮带与电机3输出轴的周面连接，电机3转动后带动皮带沿导轨滑动，充电插头设置在皮带上，实现了带传动，电机3正转，充电插头向充电桩外部移动，电机3反转，充电插头向充电桩内部移动。
汽车系统模块包括VMS系统4、电池电量监测系统5、导航系统6和充电插座；VMS系统4与电池电量监测系统5、导航系统6和后台系统1连接，VMS系统4用于向电池电量监测系统5、导航系统6和后台系统1接收和发送数据；电池电量监测系统5连接有汽车的电池7，电池电量监测系统5用于检测电池7电量，当电池7低于设定阈值，需要充电时，或当电池7电量充满时，发送信号给VMS系统4；导航系统6用于根据充电桩的位置信息，调整汽车的位置，使汽车行驶至充电位置；充电插座设置在汽车周面，充电插座输出端与汽车的电池7输入端连接，且与充电插头设置在同一水平面上，充电插座与充电插头的间距不大于直线运动机构的最大伸缩距离。
充电插头上设置有数据传输插头，数据传输插头与处理器2连接，充电插座上设置有与数据传输插头对应的数据接收插座，数据接收插座与VMS系统4连接。在充电时，使VMS系统4与处理器2能够直接进行数据传输，充电插座的插孔为锥孔，锥孔的大口端朝充电插头方向，方便充电插头的伸入。
充电插座与汽车的电池7之间设置有继电器8，继电器8与VMS系统4连接，当VMS系统4与处理器2数据连接成功时，继电器8连通，充电插座与汽车的电池7之间的充电线路连通，当电池电量监测系统5检测到电池7充满电时，电池电量监测系统5发送信号给VMS系统4，VMS系统4控制继电器8断开，充电插座与汽车的电池7之间线路断开。
导航系统6采用激光导航、视觉导航、地面引导线导航或惯性导航；激光导航是在自动驾驶电动汽车的工作环境中事先布置反射板，利用单身激光进行定位和导航；视觉导航是在自动驾驶电动汽车上安装车载摄像机，通过对车载摄像机采集的图像进行图像识别，从而进行导航；地面引导线导航方式是在地面上铺设磁导引线作为自动驾驶电动汽车的行进路线，自动驾驶电动汽车有机载导引线检测器，在行进过程中检测磁导引线，循线行进；惯性导航是在自动驾驶电动汽车上装载陀螺仪，自动驾驶电动汽车根据在行进过程中陀螺仪的偏差进行导航。
本发明主要针对目前自动驾驶电动汽车在工作过程中不能进行自动充电的问题，通过向后台调度模块发送充电请求并按调度指令运行至充电桩实现与充电座的精确对接，完成自动充电。在自动充电完成后，充电控制模块检测到充电完成后，自动驾驶电动汽车按后台调度模块指令返回继续执行当前任务。
自动驾驶电动汽车自动充电方法包括下述步骤：
S1：当自动驾驶电动汽车电池7电量低于设定的阈值时，电池电量监测系统5向VMS系统4发送电量不足的信号，VMS系统4向后台系统1发送充电请求及当前自动驾驶电动汽车的位置。
S2：后台系统1接收到充电请求后储存当前任务节点，并向导航系统6发出与自动驾驶电动汽车的当前位置距离最近的充电桩位置。
S3：自动驾驶电动汽车根据所述充电位置在导航系统6的导引下向充电桩移动。
S4：导航系统6判断自动驾驶电动汽车是否到达充电位置，若是，则进入步骤S5；若否，则返回至步骤S3。
S5：自动驾驶电动汽车行驶到充电位置后，VMS系统4通过后台系统1向充电桩的处理器2发送充电执行指令。
S6：处理器2给电机3发送正转启动指令。
S7：电机3接收到正转启动指令后带动直线运动机构将充电插头伸出充电桩外部。
S8：VMS系统4判断充电插头对接是否成功，若是，则进入步骤9；若否，则返回至步骤S7。
S9：VMS系统4闭合继电器8，VMS系统4通过已连接的数据传输插头和数据传输插座给处理器2发送充电指令，开始充电，处理器2给电机3发送正转停止指令。
S10：电池电量监测系统5实时监测判断电池是否充满电，若是，则进入步骤S11，若否，则返回至步骤S9。
S11：电池电量监测系统5向VMS系统4发送电量已满的信号，VMS系统4断开继电器8，VMS系统4通过已连接的数据传输插头和数据传输插座给处理器2发送充电结束指令，充电桩结束充电。
S12：处理器2给电机3发送反转启动指令。
S13：电机3接收到反转启动指令后带动直线运动机构将充电插头收回充电桩内部。
S14：充电插头分离完成后，VMS系统4给处理器2发送分离确认信号，处理器2给电机3发送反转停止指令。
S15：自动驾驶电动汽车离开充电桩。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自动驾驶电动汽车的充电系统，其特征在于，包括汽车系统模块、充电桩和后台系统(1)；
后台系统(1)用于传输汽车系统模块和充电桩之间的数据，并且向汽车系统模块发送充电桩的位置信息；
充电桩包括处理器(2)、充电插头和直线运动机构，充电插头设置在直线运动机构的运动部分，直线运动机构连接有电机(3)；处理器(2)与后台系统(1)和电机(3)连接，处理器(2)用于向后台系统(1)接收和发送数据，向电机(3)发送指令；
汽车系统模块包括VMS系统(4)、电池电量监测系统(5)、导航系统(6)和充电插座；VMS系统(4)与电池电量监测系统(5)、导航系统(6)和后台系统(1)连接，VMS系统(4)用于向电池电量监测系统(5)、导航系统(6)和后台系统(1)接收和发送数据；电池电量监测系统(5)连接有汽车的电池(7)，电池电量监测系统(5)用于检测电池(7)电量，并发送给VMS系统(4)；导航系统(6)用于根据充电桩的位置信息，调整汽车的位置；充电插座输出端与汽车的电池(7)输入端连接，且与充电插头伸出时的位置对应，充电插座与充电插头的间距不大于直线运动机构的最大运动距离。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶电动汽车的充电系统，其特征在于，充电插头上设置有数据传输插头，数据传输插头与处理器(2)连接，充电插座上设置有与数据传输插头对应的数据接收插座，数据接收插座与VMS系统(4)连接。
3.根据权利要求1所述的一种自动驾驶电动汽车的充电系统，其特征在于，直线运动机构包括皮带和导轨，皮带与导轨滑动连接，电机(3)与皮带连接，用于带动皮带沿导轨滑动，充电插头设置在皮带上。
4.根据权利要求1所述的一种自动驾驶电动汽车的充电系统，其特征在于，导航系统(6)采用激光导航、视觉导航、地面引导线导航或惯性导航。
5.根据权利要求1所述的一种自动驾驶电动汽车的充电系统，其特征在于，充电插座与汽车的电池(7)之间设置有继电器(8)，继电器(8)与VMS系统(4)连接，继电器(8)连通时，充电插座与汽车的电池(7)之间线路连通，继电器(8)断开时，充电插座与汽车的电池(7)之间线路断开。
6.根据权利要求1所述的一种自动驾驶电动汽车的充电系统，其特征在于，充电插座的插孔为锥孔，锥孔的大口端朝充电插头方向。
7.根据权利要求1所述的一种自动驾驶电动汽车的充电系统，其特征在于，充电桩的位置信息为GPS坐标。
8.根据权利要求1所述的一种自动驾驶电动汽车的充电系统，其特征在于，后台系统(1)采用AutoBox系统。
9.一种基于权利要求1-8任意一项所述系统的自动驾驶电动汽车充电方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一，当自动驾驶电动汽车电池(7)电量低于设定的阈值时，电池电量监测系统(5)向VMS系统(4)发送电量不足的信号，VMS系统(4)向后台系统(1)发送充电请求及当前自动驾驶电动汽车的位置；
步骤二，后台系统(1)接收到充电请求后，向导航系统(6)发出与自动驾驶电动汽车的当前位置距离最近的充电桩位置；
步骤三，自动驾驶电动汽车根据步骤二中的充电位置在导航系统(6)的导引下向充电桩移动；
步骤四，导航系统(6)判断自动驾驶电动汽车是否到达充电位置，若是，则进入步骤五；若否，则返回至步骤三；
步骤五，自动驾驶电动汽车行驶到充电位置后，VMS系统(4)通过后台系统(1)向充电桩的处理器(2)发送充电执行指令；
步骤六，处理器(2)给电机(3)发送正转启动指令；
步骤七，电机(3)接收到正转启动指令后带动直线运动机构将充电插头伸出充电桩外部；
步骤八，VMS系统(4)判断充电插头对接是否成功，若是，则进入步骤九；若否，则返回至步骤七；
步骤九，VMS系统(4)通过后台系统(1)给处理器(2)送充电指令，开始充电，处理器(2)给电机(3)发送正转停止指令；
步骤十，电池电量监测系统(5)实时监测电池是否充满电，若是，则进入步骤十一，若否，则返回至步骤九；
步骤十一，电池电量监测系统(5)向VMS系统(4)发送电量已满的信号，VMS系统(4)通过后台系统(1)给处理器(2)发送充电结束指令，充电桩结束充电；
步骤十二，处理器(2)给电机(3)发送反转启动指令；
步骤十三，电机(3)接收到反转启动指令后带动直线运动机构将充电插头收回充电桩内部；
步骤十四，充电插头分离完成后，VMS系统(4)通过后台系统(1)给处理器(2)发送分离确认信号，处理器(2)给电机(3)发送反转停止指令，自动驾驶电动汽车完成充电。
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