CN111361438A - 一种新能源汽车自动定位充电系统 - Google Patents

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CN111361438A CN202010220490.1A CN202010220490A CN111361438A CN 111361438 A CN111361438 A CN 111361438A CN 202010220490 A CN202010220490 A CN 202010220490A CN 111361438 A CN111361438 A CN 111361438A
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许春平
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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车自动定位充电系统，涉及新能源汽车技术领域，其技术方案要点是：包括充电桩和车位线，该系统还包括定位系统以及与定位系统通信连接的驱动系统；定位系统包括图像采集模块、数据库以及图像处理模块；驱动系统包括主控制器、滑移驱动机构、水平调向驱动机构、升降驱动机构、竖直调向驱动机构以及伸缩驱动机构，滑移驱动机构、水平调向驱动机构、升降驱动机构、竖直调向驱动机构、伸缩驱动机构以及充电枪依次连接；能够在定位车辆停放在车位线内后，通过图像识别进行自动定位，并控制充电枪自动插入定位车辆的充电端口内，使得新能源汽车充电操作简便，降低了充电系统维护成本，同时提高了充电系统使用的安全性。

Description

一种新能源汽车自动定位充电系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，更具体地说，它涉及一种新能源汽车自动定位充电系统。
背景技术
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等，其中以纯电动汽车、混合动力汽车使用较为广泛。
纯电动汽车(Blade Electric Vehicles，BEV)是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。纯电动汽车本身无污染，不排放二氧化碳，没有尾气污染，对于目前排放量高的普通小汽车来说有着节能环保的优势，对于治理环境污染和减少尾气排放相当有利。由于充电汽车的数量越来越多，电动汽车的充电问题越来越成为制约电动汽车发展的问题之一。
现有的充电桩一般通过人员手动插接，操作人员手动插接存在插接用力不均匀导致充电头损坏的问题，同时存在在插拔时容易产生电弧导致触电事故发生的情况；此外，操作人员手动插接费时、费力，同时存在充电枪取放不规范导致充电枪损坏的问题；另外，为操作人员普及充电桩操作规范也在一定程度上制约了电动汽车发展。因此，如何设计一种新能源汽车自动定位充电系统是我们目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种新能源汽车自动定位充电系统，能够在定位车辆停放在车位线内后，通过图像识别进行自动定位，并控制充电枪自动插入定位车辆的充电端口内，使得新能源汽车充电操作简便，降低了充电系统维护成本，同时提高了充电系统使用的安全性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种新能源汽车自动定位充电系统，包括充电桩和车位线，该系统还包括定位系统以及与定位系统通信连接的驱动系统；
所述定位系统包括图像采集模块、数据库以及图像处理模块；其中，
所述图像采集模块，用于获取位于车位线内的车辆图像；所述车辆图像包括至少一组相邻轮廓边停放图像信息；
所述数据库，储存有所有车辆的车辆身份信息以及相应的车辆设计数据；
所述图像处理模块，用于对车辆图像进行图像处理后得到相应的车身轮廓信息和车辆身份信息，并根据车辆身份信息从数据库中调取相应的车辆设计数据，然后以车位线角点为原点建立三维坐标系，将车辆设计数据、车身轮廓信息加载在三维坐标系后计算得到定位车辆的水平位移量、方向偏移量、竖向位移量、插入角度值以及间隔距离；
所述驱动系统包括主控制器、滑移驱动机构、水平调向驱动机构、升降驱动机构、竖直调向驱动机构以及伸缩驱动机构，滑移驱动机构、水平调向驱动机构、升降驱动机构、竖直调向驱动机构、伸缩驱动机构以及充电枪依次连接；其中，
所述主控制器，用于根据水平位移量、方向偏移量、竖向位移量、插入角度值以及间隔距离生成相应的控制命令；
所述滑移驱动机构，用于根据与水平位移量对应的控制命令驱使充电枪沿车位线宽度方向水平移动；
所述水平调向驱动机构，用于根据与方向偏移量对应的控制命令驱使充电枪在水平面内圆周转动；
所述升降驱动机构，用于根据与竖向位移量对应的控制命令驱使充电枪在竖直方向移动；
所述竖直调向驱动机构，用于根据与插入角度值对应的控制命令驱使充电枪在竖直平面内圆周转动；
所述伸缩驱动机构，用于根据与间隔距离对应的控制命令驱使充电枪沿靠近或远离充电端口方向移动。
通过采用上述技术方案，当驾驶人员将定位车辆停放在车位线内后，采集车位线内的车辆图像，对车辆图像进行图像处理后获取定位车辆位于车位线内的位置信息；当定位车辆存在一定方位误差时，通过驱动系统驱使充电枪做适应性移动，然后控制充电枪自动插入定位车辆的充电端口内，使得新能源汽车充电操作简便，降低了充电系统维护成本，同时提高了充电系统使用的安全性。
本发明进一步设置为：所述图像处理模块包括轮廓识别单元、车牌识别单元、建维单元、加载单元以及计算单元；其中，
所述轮廓识别单元，利用单目视觉定位技术和轮廓识别技术对所述车辆图像进行图像处理后得到车身轮廓信息；
所述车牌识别单元，利用车牌识别技术识别获取所述车辆图像中的车辆身份信息；
所述建维单元，用于以车位线角点为原点建立三维坐标系；
所述加载单元，用于根据所述车辆身份信息在数据库中匹配相应的车辆设计数据，并将车辆设计数据、车身轮廓信息加载在三维坐标系后形成三维简易模型；
所述计算单元，用于根据三维简易模型计算出定位车辆于所述车位线所在二维坐标系中车长边轮廓线的第一坐标函数和车宽边轮廓线的第二坐标函数，并根据第一坐标函数、第二坐标函数计算出定位车辆与充电桩正对方向之间的方向偏移量、水平位移量以及间隔距离，以及结合所述车辆设计数据中的充电端口高度、倾斜角度信息计算出竖向位移量、插入角度值。
通过采用上述技术方案，建立包含车长边轮廓线、车宽边轮廓线以及充电端口的三维简易模型，简化了自动定位操作步骤，提高了定位系统的运行速度，增强了运行的稳定性；加载车辆设计数据后能够提高自动定位精度。
本发明进一步设置为：所述充电桩设有启动按钮、常开继电器以及用于向该系统内的用电设备进行供电的供电电源，常开继电器与主控制器连接；
当启动按钮开启时，常开继电器闭合使用电设备与供电电源导通并完成自锁，用电设备通电后实现自动定位充电；
当充电完成时，主控制器根据充电桩的反馈信号控制常开继电器断开使用电设备与供电电源之间断电。
通过采用上述技术方案，常开继电器启闭控制供电电源的工作状态，有效降低了自动定位充电系统的能耗，从而提高了自动定位充电系统运营的经济效益。
本发明进一步设置为：该系统还包括信号发射器、信号接收器以及电子锁机构；所述电子锁机构与定位车辆上充电端口的盖体连接，信号接收器安装在充电端口一侧，信号接收器与电子锁机构连接，信号发射器安装在伸缩驱动机构与信号接收器对应处。
通过采用上述技术方案，当伸缩驱动机构驱使充电枪靠近充电端口使信号发射器与信号接收器对齐后，信号接收器接收到信号发射器传输的信号后控制电子锁机构启动，使得充电端口的盖体自动打开；充电完成后，电子锁机构关闭使得充电端口的盖体盖合。
本发明进一步设置为：所述主控制器连接有警示单元；当主控制器接收到定位系统传输的定位失败信号后控制警示单元启动，警示单元启动后发出警示信号。
通过采用上述技术方案，当定位车辆存在停放不规范、车牌遮挡、车牌伪造等情况时，定位系统定位失败后向主控制器传输定位失败信号，并通过警示单元启动后发出警示信号，提高了自动定位充电系统运行的可靠性及稳定性。
本发明进一步设置为：所述图像采集模块为CCD相机。
通过采用上述技术方案，能够有效增强车辆图像的采集精度，同时降低了环境因素对车辆图像采集的影响。
综上所述，本发明具有以下有益效果：当定位车辆存在一定方位误差时，通过驱动系统驱使充电枪做适应性移动，然后控制充电枪自动插入定位车辆的充电端口内，使得新能源汽车充电操作简便，降低了充电系统维护成本，同时提高了充电系统使用的安全性；建立包含车长边轮廓线、车宽边轮廓线以及充电端口的三维简易模型，简化了自动定位操作步骤，提高了定位系统的运行速度，增强了运行的稳定性；加载车辆设计数据后能够提高自动定位精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1是本发明实施例中整体安装分布示意图；
图2是本发明实施例中驱动系统的结构示意图；
图3是本发明实施例中整体工作原理图；
图4是本发明实施例中主控制器的工作原理图；
图5是本发明实施例中三维坐标系的结构示意图。
图中：1、充电桩；11、车位线；12、充电枪；2、定位系统；21、图像采集模块；22、图像处理模块；23、轮廓识别单元；24、建维单元；25、计算单元；26、车牌识别单元；27、加载单元；28、数据库；3、驱动系统；31、主控制器；32、滑移驱动机构；33、水平调向驱动机构；34、升降驱动机构；35、竖直调向驱动机构；36、伸缩驱动机构；4、启动按钮；41、供电电源；42、常开继电器；5、警示单元；6、信号发射器；61、信号接收器；62、电子锁机构。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图1-5及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例：一种新能源汽车自动定位充电系统，如图1所示，包括充电桩1和车位线11，充电桩1位于车位线11宽度侧。
如图2与图3所示，该系统还包括定位系统2以及与定位系统2通信连接的驱动系统3。
定位系统2包括图像采集模块21、数据库28以及图像处理模块22。其中，图像采集模块21用于获取位于车位线11内的车辆图像；车辆图像包括至少一组相邻轮廓边停放图像信息。数据库28储存有所有车辆的车辆身份信息以及相应的车辆设计数据。图像处理模块22用于对车辆图像进行图像处理后得到相应的车身轮廓信息和车辆身份信息，并根据车辆身份信息从数据库28中调取相应的车辆设计数据，然后以车位线11角点为原点建立三维坐标系，将车辆设计数据、车身轮廓信息加载在三维坐标系后计算得到定位车辆的水平位移量、方向偏移量、竖向位移量、插入角度值以及间隔距离。
驱动系统3包括主控制器31、滑移驱动机构32、水平调向驱动机构33、升降驱动机构34、竖直调向驱动机构35以及伸缩驱动机构36，滑移驱动机构32、水平调向驱动机构33、升降驱动机构34、竖直调向驱动机构35、伸缩驱动机构36以及充电枪12依次连接。其中，主控制器31用于根据水平位移量、方向偏移量、竖向位移量、插入角度值以及间隔距离生成相应的控制命令。滑移驱动机构32用于根据与水平位移量对应的控制命令驱使充电枪12沿车位线11宽度方向水平移动。水平调向驱动机构33用于根据与方向偏移量对应的控制命令驱使充电枪12在水平面内圆周转动。升降驱动机构34用于根据与竖向位移量对应的控制命令驱使充电枪12在竖直方向移动。竖直调向驱动机构35用于根据与插入角度值对应的控制命令驱使充电枪12在竖直平面内圆周转动。伸缩驱动机构36用于根据与间隔距离对应的控制命令驱使充电枪12沿靠近或远离充电端口方向移动。
当驾驶人员将定位车辆停放在车位线11内后，采集车位线11内的车辆图像，对车辆图像进行图像处理后获取定位车辆位于车位线11内的位置信息；当定位车辆存在一定方位误差时，通过驱动系统3驱使充电枪12做适应性移动，然后控制充电枪12自动插入定位车辆的充电端口内，使得新能源汽车充电操作简便，降低了充电系统维护成本，同时提高了充电系统使用的安全性。
如图3与图5所示，图像处理模块22包括轮廓识别单元23、车牌识别单元26、建维单元24、加载单元27以及计算单元25。其中，轮廓识别单元23利用单目视觉定位技术和轮廓识别技术对车辆图像进行图像处理后得到车身轮廓信息。车牌识别单元26利用车牌识别技术识别获取车辆图像中的车辆身份信息。建维单元24用于以车位线11角点为原点建立三维坐标系。加载单元27用于根据车辆身份信息在数据库28中匹配相应的车辆设计数据，并将车辆设计数据、车身轮廓信息加载在三维坐标系后形成三维简易模型。计算单元25，用于根据三维简易模型计算出定位车辆于车位线11所在二维坐标系中车长边轮廓线b的第一坐标函数和车宽边轮廓线a的第二坐标函数，并根据第一坐标函数、第二坐标函数计算出定位车辆与充电桩1正对方向之间的方向偏移量α、水平位移量以及间隔距离，以及结合车辆设计数据中的充电端口高度、倾斜角度信息计算出竖向位移量、插入角度值。建立包含车长边轮廓线、车宽边轮廓线以及充电端口的三维简易模型，简化了自动定位操作步骤，提高了定位系统2的运行速度，增强了运行的稳定性；加载车辆设计数据后能够提高自动定位精度。
如图2与图4所示，充电桩1设有启动按钮4、常开继电器42以及用于向该系统内的用电设备进行供电的供电电源41，常开继电器42与主控制器31连接。当启动按钮4开启时，常开继电器42闭合使用电设备与供电电源41导通并完成自锁，用电设备通电后实现自动定位充电。当充电完成时，主控制器31根据充电桩1的反馈信号控制常开继电器42断开使用电设备与供电电源41之间断电。常开继电器42启闭控制供电电源41的工作状态，有效降低了自动定位充电系统的能耗，从而提高了自动定位充电系统运营的经济效益。用电设备包括本实施例中所涉及到的主控制器31、滑移驱动机构32、水平调向驱动机构33、升降驱动机构34、竖直调向驱动机构35以及伸缩驱动机构36等设备。
如图2与图4所示，该系统还包括信号发射器6、信号接收器61以及电子锁机构62。电子锁机构62与定位车辆上充电端口的盖体连接，信号接收器61安装在充电端口一侧，信号接收器61与电子锁机构62连接，信号发射器6安装在伸缩驱动机构36与信号接收器61对应处。当伸缩驱动机构36驱使充电枪12靠近充电端口使信号发射器6与信号接收器61对齐后，信号接收器61接收到信号发射器6传输的信号后控制电子锁机构62启动，使得充电端口的盖体自动打开；充电完成后，电子锁机构62关闭使得充电端口的盖体盖合。
如图2与图4所示，主控制器31连接有警示单元5。当主控制器31接收到定位系统2传输的定位失败信号后控制警示单元5启动，警示单元5启动后发出警示信号。当定位车辆存在停放不规范、车牌遮挡、车牌伪造等情况时，定位系统2定位失败后向主控制器31传输定位失败信号，并通过警示单元5启动后发出警示信号，提高了自动定位充电系统运行的可靠性及稳定性。
在本实施例中，图像采集模块21为CCD相机，能够有效增强车辆图像的采集精度，同时降低了环境因素对车辆图像采集的影响。
工作原理：当定位车辆存在一定方位误差时，通过驱动系统3驱使充电枪12做适应性移动，然后控制充电枪12自动插入定位车辆的充电端口内，使得新能源汽车充电操作简便，降低了充电系统维护成本，同时提高了充电系统使用的安全性。建立包含车长边轮廓线、车宽边轮廓线以及充电端口的三维简易模型，简化了自动定位操作步骤，提高了定位系统2的运行速度，增强了运行的稳定性；加载车辆设计数据后能够提高自动定位精度。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种新能源汽车自动定位充电系统，包括充电桩(1)和车位线(11)，其特征是：该系统还包括定位系统(2)以及与定位系统(2)通信连接的驱动系统(3)；
所述定位系统(2)包括图像采集模块(21)、数据库(28)以及图像处理模块(22)；其中，
所述图像采集模块(21)，用于获取位于车位线(11)内的车辆图像；所述车辆图像包括至少一组相邻轮廓边停放图像信息；
所述数据库(28)，储存有所有车辆的车辆身份信息以及相应的车辆设计数据；
所述图像处理模块(22)，用于对车辆图像进行图像处理后得到相应的车身轮廓信息和车辆身份信息，并根据车辆身份信息从数据库(28)中调取相应的车辆设计数据，然后以车位线(11)角点为原点建立三维坐标系，将车辆设计数据、车身轮廓信息加载在三维坐标系后计算得到定位车辆的水平位移量、方向偏移量、竖向位移量、插入角度值以及间隔距离；
所述驱动系统(3)包括主控制器(31)、滑移驱动机构(32)、水平调向驱动机构(33)、升降驱动机构(34)、竖直调向驱动机构(35)以及伸缩驱动机构(36)，滑移驱动机构(32)、水平调向驱动机构(33)、升降驱动机构(34)、竖直调向驱动机构(35)、伸缩驱动机构(36)以及充电枪(12)依次连接；其中，
所述主控制器(31)，用于根据水平位移量、方向偏移量、竖向位移量、插入角度值以及间隔距离生成相应的控制命令；
所述滑移驱动机构(32)，用于根据与水平位移量对应的控制命令驱使充电枪(12)沿车位线(11)宽度方向水平移动；
所述水平调向驱动机构(33)，用于根据与方向偏移量对应的控制命令驱使充电枪(12)在水平面内圆周转动；
所述升降驱动机构(34)，用于根据与竖向位移量对应的控制命令驱使充电枪(12)在竖直方向移动；
所述竖直调向驱动机构(35)，用于根据与插入角度值对应的控制命令驱使充电枪(12)在竖直平面内圆周转动；
所述伸缩驱动机构(36)，用于根据与间隔距离对应的控制命令驱使充电枪(12)沿靠近或远离充电端口方向移动。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车自动定位充电系统，其特征是：所述图像处理模块(22)包括轮廓识别单元(23)、车牌识别单元(26)、建维单元(24)、加载单元(27)以及计算单元(25)；其中，
所述轮廓识别单元(23)，利用单目视觉定位技术和轮廓识别技术对所述车辆图像进行图像处理后得到车身轮廓信息；
所述车牌识别单元(26)，利用车牌识别技术识别获取所述车辆图像中的车辆身份信息；
所述建维单元(24)，用于以车位线(11)角点为原点建立三维坐标系；
所述加载单元(27)，用于根据所述车辆身份信息在数据库(28)中匹配相应的车辆设计数据，并将车辆设计数据、车身轮廓信息加载在三维坐标系后形成三维简易模型；
所述计算单元(25)，用于根据三维简易模型计算出定位车辆于所述车位线(11)所在二维坐标系中车长边轮廓线的第一坐标函数和车宽边轮廓线的第二坐标函数，并根据第一坐标函数、第二坐标函数计算出定位车辆与充电桩(1)正对方向之间的方向偏移量、水平位移量以及间隔距离，以及结合所述车辆设计数据中的充电端口高度、倾斜角度信息计算出竖向位移量、插入角度值。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车自动定位充电系统，其特征是：所述充电桩(1)设有启动按钮(4)、常开继电器(42)以及用于向该系统内的用电设备进行供电的供电电源(41)，常开继电器(42)与主控制器(31)连接；
当启动按钮(4)开启时，常开继电器(42)闭合使用电设备与供电电源(41)导通并完成自锁，用电设备通电后实现自动定位充电；
当充电完成时，主控制器(31)根据充电桩(1)的反馈信号控制常开继电器(42)断开使用电设备与供电电源(41)之间断电。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车自动定位充电系统，其特征是：该系统还包括信号发射器(6)、信号接收器(61)以及电子锁机构(62)；所述电子锁机构(62)与定位车辆上充电端口的盖体连接，信号接收器(61)安装在充电端口一侧，信号接收器(61)与电子锁机构(62)连接，信号发射器(6)安装在伸缩驱动机构(36)与信号接收器(61)对应处。
5.根据权利要求1所述的一种新能源汽车自动定位充电系统，其特征是：所述主控制器(31)连接有警示单元(5)；当主控制器(31)接收到定位系统(2)传输的定位失败信号后控制警示单元(5)启动，警示单元(5)启动后发出警示信号。
6.根据权利要求1所述的一种新能源汽车自动定位充电系统，其特征是：所述图像采集模块(21)为CCD相机。
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