CN110422079A - 一种车载飞行器的电量管理以及续航控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载飞行器的电量管理以及续航控制方法，用于车载高空高速飞行器，目的为了飞行器可以长时间的跟随行驶车辆。其主要系统包括飞行器、飞行器控制器、飞行器电量管理器、车载飞行器接收系统、车载飞行器充电系统、飞行器通信系统。本发明的车载飞行器的能量管理以及续航方法可以对飞行飞行器的电量进行实时的监控，当飞行器剩余的电量小于某一额定值时，飞行器控制器控制飞行器，使其以最短距离飞回车载装置，当飞行器飞回后，接通电源进行充电，以便下一次的起飞。

Description

一种车载飞行器的电量管理以及续航控制方法

技术领域

本发明属于车载飞行器技术领域，具体涉及一种车载飞行器的电量管理以及续航控制方法。

背景技术

现在车载飞行器大多只注重应用功能方面，如提供更加广阔的视野、辅助驾驶、辅助停车等待。对于飞行器的续航，目前有电缆式的接线充电，此方法应用场地十分有限，尚未有理想的对飞行器充电方法，还有人提出太阳能充电，此方法对天气场地要求较高，而且续航时间短，实用性低。

现有的车载飞行器的对于电量没有管理方法，不能实现持续跟随车辆，现在的发明专利中提出的车载飞行器大多应用在辅助泊车等低速过程，对于电量的供给一般采用有线电缆的方法，这大大限制了飞行器的行程。或者说没有电量的供给，完全靠飞行器自带的电池，没有电量管理系统，这种情况下，飞行器不知道自己还有剩余多少电量，很容易在飞行过程中电量耗完，以至于不能返回车上。本发明设计了的飞行器采取自带电池的形式，并且添加了电量管理系统的应用，飞行器可以根据自身电量的多少以及飞行状态来决定什么时候，以多大速度飞回车上；然后连接充电设备进行充电。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种车载飞行器的电量管理以及续航控制方法，旨在解决车载飞行器的续航能力，飞行器可以通过电量管理(SOC状态估计)，判断当前的无人机是否需要充电，如果需要充电就准备接近行驶的车辆，并给驾驶员发出信号，当飞行器返回车上的接收装置时，开始连接车上的电源进行充电。充电完成后可以继续飞行。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种车载飞行器的电量管理控制系统，包括：

飞行器及其上的飞行器控制器、电池、飞行器电量管理系统；

还包括车辆及其上的飞行器起降装置、车载飞行器充电系统；

飞行器和车辆进行无线通信；

该控制系统的控制过程包括以下步骤：

1)通过车辆上的飞行器起降装置放飞飞行器；

2)飞行器实时跟随车辆在高空飞行，并通过飞行器电量管理系统实时监控自身电量，具体是以电池荷电状态SOC表征电池剩余电量，计算实时电池荷电状态值SOC、预测SOC值SOC_fh；

3)设定一SOC下限值SOC_d，作为电池的最低工作电量需求；

4)比较SOC、SOC_fh、SOC_d值，根据比较结果的大小，控制飞行器继续飞行还是返回车上，具体为：

当实时电池荷电状态值SOC下降到设定值时，飞行器控制器控制飞行器返回车载飞行器充电系统为电池充电。

进一步的，设定的SOC下限值SOC_d为5％-10％。

进一步的，采用电池荷电状态SOC来描述电池剩余电量的数量，其中，SOC估计的方法采用安时计量法，具体的计算公式为：

式中，SOC为电池荷电状态，单位为％，SOC₀为初始状态的电池荷电状态；I为电池电流，C_N为电池额定容量，η为放电效率，τ为飞行时间，t为飞行器从初始状态开始的飞行时长。

进一步的，预测SOC值SOC_fh的计算方法为：

式中，SOC_fh为所需的预测电池荷电状态，单位为％；I_fh为返回电池电流，C_N为电池额定容量，η为放电效率，τ为飞行时间，t_fh为返回飞行时长；

其中，返回飞行时长t_fh由得出，V_fh为返回速度，V_v为车速，X为飞行器与车之间的距离。

进一步的，返回放电电流与返回速度V_fh之间的关系式为I_fh＝f(V_fh)，该式采用制表方法推导获得：首先根据飞行器的飞行速度传感器测得飞行器飞行速度V_fh、总电流传感器测得对应的返回放电电流I_fh；再通过数据采集卡推导得出I_fh与V_fh的关系并制表，最终I_fh＝f(V_fh)的关系为马鞍形图；最后，再根据设置的已知的飞行器飞行速度V_fh，根据马鞍形图查表得出对应的返回放电电流I_fh。

进一步的，飞行器的返回速度V_fh为车速的1.2倍，即V_fh＝1.2V_v。

有益效果：本发明提供的一种车载飞行器的电量管理以及续航控制方法，与现有技术相比，具有以下优势：对飞行器的状态进行实时的监控，计算出电池的SOC值，当SOC值低于某一特定值时，飞行器可以通过控制器自动的返回车载装置上进行充电，当电量充足后，又可以起飞，这样飞行器可以长时间的跟随行驶车辆。这样就可以更好的发挥飞行器更多的辅助功能。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的原理流程图；

图3为本发明的车载飞行器返回车辆的结构示意图；

图4为本发明的飞行器驶离车辆的结构示意图；

图5为I_fh＝f(V_fh)制表方法原理图；

图6为I_fh＝f(V_fh)关系的马鞍形示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种车载飞行器的电量管理以及续航控制方法，用于车载高空高速飞行器，目的为了飞行器可以长时间的跟随行驶车辆。如图1所示，其主要系统包括飞行器、飞行器控制器、飞行器电量管理器、车载飞行器接收系统、车载飞行器充电系统、飞行器通信系统。本发明的车载飞行器的能量管理以及续航方法可以对飞行飞行器的电量进行实时的监控，当飞行器剩余的电量小于某一额定值时，飞行器控制器控制飞行器，使其以两点之间直线距离最短的方式飞回车载装置，当飞行器飞回后，接通电源进行充电，以便下一次的起飞。

下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。

在车上装有飞行器的起降装置以及快速充电装置，实现快速充电，如图3所示。

飞行器具备高空快速飞行的能力，高空飞行可以使飞行器为驾驶员提供更多的视野(希望高度可以达到国家规定120m左右)，高速飞行可以使飞行器的飞行速度高于车速，以便可以实时跟随车辆。

飞行器与车辆之间可以实时的快速通信。

本发明的车载飞行器的电量管理系统的续航控制方法，包括以下步骤：

1)当驾驶员有需要时，通过车上的飞行器起降装置放飞飞行器；如图4所示，

无人机运行时，发送相应的控制信号到无人机控制器；所述无人机控制器接收到信号后控制无人机跟随车辆行驶的路线起飞，无人机在飞行过程中通过摄像装置采集飞行图像信息，并通过无线方式传输飞行图像数据到车载投影装置。使驾驶员能在车载投影装置中观察车辆行驶的环境，也就是可以观察车辆周围的状况。

2)飞行器实时跟随车辆在高空飞行，并对自身电量进行实时监控；

在飞行器飞行时，根据电池荷电状态SOC来描述电池剩余电量的数量，计算出自己还可以飞行多少时间。

3)当电量下降到设定值时，飞行器控制器控制飞行器返回车载飞行器充电系统为电池充电；车载充电装置安装于车辆顶部，其电源输入口与机动车电力系统的电源输出口电性连接。

其中，步骤2、3中涉及到的电量监控的方法，本发明是通过实时的对飞行器的状态进行监控，实时的采集车辆的行驶速度以及飞行器与车辆之间的距离以及计算飞行器的剩余电量多少，具体原理如图2所示：

首先，车上自带的车速传感器采集到车辆的行驶速度即车速V_v，飞行器上的车速传感器测得飞行器自己的速度即飞行器飞行速度V_f；两者之间的距离X的测量可以用“GPS+INS(惯性导航)”分别测出车、飞行器的位置，算出两者的位置差，得到两者的距离X。

本发明采用电池荷电状态SOC来描述电池剩余电量的数量，其中，SOC估计的方法采用安时计量法，具体的计算公式为：

式中，SOC为实时的电池荷电状态，单位为％；SOC₀为初始状态的电池荷电状态，如充满电初始状态为1或者100％；I为电池电流，C_N为电池额定容量，η为放电效率；τ为飞行时间，t为飞行器从初始状态开始的飞行时长。电池额定容量C_N、放电效率η这两者由飞行器所带的电池决定。

首先，根据电流传感器实时测得的当前的放电电流I可计算得出飞行时长t此刻当前电池的SOC值，

然后，预测返回充电所需要的SOC值，定义为预测SOC值SOC_fh。根据上述公式可得SOC_fh的计算方法为：

式中，SOC_fh为所需的预测电池荷电状态，单位为％；I_fh为返回电池电流，C_N为电池额定容量，η为放电效率，τ为飞行时间，t_fh为返回飞行时长；

上式中，考虑到在预测过程中，返回时飞行器的速度实际是返回速度V_fh，而不是正常的飞行器飞行速度V_f，因此不能直接用传感器测量放电电流，而要通过公式I_fh＝f(V_fh)计算得出返回时与返回速度对应的返回放电电流I_fh。此公式可以根据飞行器电机的特性推导出来，具体的I_fh与V_fh的推导关系，通常采用制表方法获得，也就是进行数据集合制表再查表，如图5所示，已有相关现有文献记载了一些参考方法，根据飞行器的飞行速度传感器测得飞行器飞行速度V_fh、总电流传感器测得对应的返回放电电流I_fh，通过数据采集卡推导得出I_fh与V_fh的关系并制表；最终I_fh＝f(V_fh)的关系如图6所示，呈马鞍形。最后，再根据设置的已知的飞行器飞行速度V_fh，根据马鞍形图查表得出对应的返回放电电流I_fh。

其中，飞行器的返回飞行时长t_fh由得出，V_fh为返回速度，V_v为车速，X为飞行器与车之间的距离。

两者之间的距离X的测量可以用“GPS+INS(惯性导航)”分别测出车、飞行器的位置，算出两者的位置差，得到两者的距离X。车上自带的车速传感器采集到车辆的行驶速度即车速V_v，飞行器上的车速传感器测得飞行器自己的速度即飞行器飞行速度V_f。

可以明确，飞行器在飞回过程中，飞行器的飞回速度V_fh是要大于车速V_v的(因为此时车也在行驶中)，这时候我们就要计算飞行器以V_fh的速度飞行时，所需要的放电电流I_fh。关于V_fh大小的设置，可以根据需求来进行设置，如果你想让飞行器快速的飞回，那V_fh的值就设定的大些；无论如何，飞回速度一定要大于车速，毕竟要飞回，作为优选方案，本实施例设计V_fh为车速的1.2倍。

此外，本发明还设置一个“SOC下限”为SOC_d，一方面为了保证有足够的剩余电量能让飞行器飞回车上时；另一方面，根据电池的放电特性，当SOC的值低于一定值时，电池的放电电流就达不到飞行器所需的大小。这个设定的“SOC下限”SOC_d根据不同的电池，设定的值也就不一样；通常可选为5％-10％。

综上，将实时的SOC值与SOC_d、SOC_fh值分别进行比较，按照以下规则进行后续操作：

至此，整个SOC值的计算结束，根据比较结果的大小，通过控制器，来控制飞行器继续飞行还是返回车上，如图2所示。

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来说，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。

Claims (6)

1.一种车载飞行器的电量管理控制系统，其特征在于：包括：

飞行器及其上的飞行器控制器、电池、飞行器电量管理系统；

还包括车辆及其上的飞行器起降装置、车载飞行器充电系统；

飞行器和车辆进行无线通信；

该控制系统的控制过程包括以下步骤：

1)通过车辆上的飞行器起降装置放飞飞行器；

2)飞行器实时跟随车辆在高空飞行，并通过飞行器电量管理系统实时监控自身电量，具体是以电池荷电状态SOC表征电池剩余电量，计算实时电池荷电状态值SOC、预测SOC值SOC_fh；

3)设定一SOC下限值SOC_d，作为电池的最低工作电量需求；

4)比较SOC、SOC_fh、SOC_d值，根据比较结果的大小，控制飞行器继续飞行还是返回车上，具体为：

当实时电池荷电状态值SOC下降到设定值时，飞行器控制器控制飞行器返回车载飞行器充电系统为电池充电。

2.根据权利要求1所述的车载飞行器的电量管理控制系统，其特征在于：设定的SOC下限值SOC_d为5％-10％。

3.根据权利要求1所述的车载飞行器的电量管理控制系统，其特征在于：采用电池荷电状态SOC来描述电池剩余电量的数量，其中，SOC估计的方法采用安时计量法，具体的计算公式为：

式中，SOC为电池荷电状态，单位为％，SOC₀为初始状态的电池荷电状态；I为电池电流，C_N为电池额定容量，η为放电效率，τ为飞行时间，t为飞行器从初始状态开始的飞行时长。

4.根据权利要求1所述的车载飞行器的车载飞行器的电量管理控制系统，其特征在于：预测SOC值SOC_fh的计算方法为：

式中，SOC_fh为所需的预测电池荷电状态，单位为％；I_fh为返回电池电流，C_N为电池额定容量，η为放电效率，τ为飞行时间，t_fh为返回飞行时长；

其中，返回飞行时长t_fh由得出，V_fh为返回速度，V_v为车速，X为飞行器与车之间的距离。

5.根据权利要求4所述的车载飞行器的电量管理控制系统，其特征在于：返回放电电流与返回速度V_fh之间的关系式为I_fh＝f(V_fh)，该式采用制表方法推导获得：首先根据飞行器的飞行速度传感器测得飞行器飞行速度V_fh、总电流传感器测得对应的返回放电电流I_fh；再通过数据采集卡推导得出I_fh与V_fh的关系并制表，最终I_fh＝f(V_fh)的关系为马鞍形图；最后，再根据设置的已知的飞行器飞行速度V_fh，根据马鞍形图查表得出对应的返回放电电流I_fh。

6.根据权利要求4所述的车载飞行器的车载飞行器的电量管理控制系统，其特征在于：飞行器的返回速度V_fh为车速的1.2倍，即V_fh＝1.2V_v。