CN111497631B - 充电公路、地下供电小车、电动车辆、充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电公路、地下供电小车、电动车辆、充电系统及方法，通过地下供电小车为电动车辆近距离供电的方案，其中充电公路内建设供电轨道，为地下供电小车全程提供电力供给，地下供电小车在供电轨道上行驶过程中从供电轨道获取电力并转换成适合于给电动车辆充电的电压电流，以有线输电或者无线输电的方式向电动车辆供电，实现电动车辆边行驶边充电。由于地下供电小车能够跟随电动车辆行驶，因此充电距离短，充电效率高。

Description

充电公路、地下供电小车、电动车辆、充电系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆充电技术领域，特别涉及一种充电公路、地下供电小车、电动车辆、充电系统及方法。

背景技术

纯电动车辆由于电池容量的限制，在行驶一定里程后需要寻找充电桩并停下等待充电，这样限制了纯电动车辆的便利性。目前边行驶边充电的技术虽然在一定程度上缓解了这种问题，但是边行驶边充电的技术基于现有的公路结构存在很多限制，充电过程中损失大量电能，充电效率不高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种充电公路、地下供电小车、电动车辆、充电系统及方法，采用地下供电小车跟踪位于充电公路上的电动车辆，为电动车辆全程供电，实现短距离充电，提高充电效率。

根据本发明的第一方面实施例的充电公路，包括沿路面延伸方向设置的供电轨道和用于容纳所述供电轨道的地下通道，所述地下通道设置于路面下方，所述地下通道包括沿路面延伸方向设置的供电开口，所述供电轨道包括用于承载地下供电小车移动的轨道部分和提供电力的供电部分，所述供电部分连接外部电源。

根据本发明实施例的充电公路，至少具有如下有益效果：区别于现有公路结构，本发明实施例的充电公路通过在路面下开设地下通道以容纳供电轨道，从而用供电轨道承载地下供电小车，电动车辆在充电公路行驶过程中，在不变道的前提下，地下供电小车可以沿供电轨道跟随电动车辆运动，为行驶中的电动车辆提供电力供应，保证电动车辆的续航，由于地下供电小车与电动车辆基本相对静止，能够实现短距离充电，提高了充电效率。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述供电轨道还包括防水罩，所述防水罩设置在所述供电部分上方以遮挡从所述供电开口落入所述地下通道的水。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述防水罩包括分布在所述供电部分两侧的挡水部，所述挡水部与所述供电轨道构成截面为T形的结构。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述挡水部为水平挡板、L形挡板或者向所述地下通道的底部方向倾斜的挡板。

根据本发明第一方面的一些实施例，还包括排水沟，所述排水沟沿路面的延伸方向设置，所述排水沟设置在所述地下通道的底部。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述排水沟还包括间隔设置的排水出口，所述排水出口连接外部的下水道系统。

根据本发明第一方面的一些实施例，还包括作为自动行驶参照物的路面引导线，所述路面引导线与所述供电轨道平行。

根据本发明的第二方面实施例的地下供电小车，应用于一种充电公路，所述充电公路包括沿路面延伸方向设置的供电轨道和用于容纳所述供电轨道的地下通道，所述地下通道设置于路面下方，所述地下通道包括沿路面延伸方向设置的供电开口，所述供电轨道包括用于承载所述地下供电小车移动的轨道部分和提供电力的供电部分，所述地下供电小车包括：

驱动机构，连接所述轨道部分并能够在所述轨道部分上移动；

接触部分，接触所述供电部分以从所述供电部分取电；

供电装置，朝向路面上的电动车辆以向电动车辆提供电能；

传感模块，朝向所述电动车辆以实时获取所述电动车辆的位置；

控制器，连接所述传感模块并根据所述传感模块传回的位置信号驱动所述驱动机构。

根据本发明实施例的地下供电小车，至少具有如下有益效果：地下供电小车通过接触部分从供电部分取电，并将电能通过供电装置传输到电动车辆，由于电动车辆在充电公路上处于运动状态，因此地下供电小车需要通过驱动机构和传感模块跟踪电动车辆，控制器根据传感模块获取电动车辆的位置信号，调整驱动机构以跟随电动车辆的位置，同时控制器发送当前位置到电动车辆，可以让电动车辆获知当前地下供电小车的位置而自动调整行驶速度，使得地下供电小车和电动车辆在充电公路上同步行驶，从而实现短距离的电力传输，提高充电效率。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述驱动机构包括滚轮和厢体，所述滚轮设置在所述厢体的下方或者两侧，所述厢体内容置所述控制器，所述厢体的表面设置所述接触部分、所述供电装置和所述传感模块。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述轨道部分设置有导向所述滚轮的导向槽，所述滚轮置入所述导向槽。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述接触部分包括取电电刷，所述取电电刷在所述地下供电小车行驶过程中始终接触所述供电部分。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述供电装置为接触式输电装置或者非接触式输电装置。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述接触式输电装置包括柔性电缆和设置在所述柔性电缆的一端设置有供电接头，所述柔性电缆的另一端连接到所述接触部分，所述供电接头连接所述电动车辆上的充电头。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述接触式输电装置包括沿上下方向伸展的第一伸展部和沿水平方向转动的第二伸展部，所述第一伸展部连接所述第二伸展部，所述第二伸展部上设置有朝向所述电动车辆的柔性电刷，所述柔性电刷跟随所述第二伸展部向上移动从而接触所述电动车辆的充电板。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述非接触式输电装置包括无线充电单元，所述无线充电单元用于与电动车辆上的无线充电装置连接。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述传感模块为摄像头和图像识别模组，所述摄像头和所述图像识别模组连接所述控制器，所述摄像头朝向所述电动车辆上的参照物以拍摄所述参照物得到参照图像，所述图像识别模组识别所述参照图像以识别当前电动车辆的相对位置。

根据本发明第二方面的一些实施例，所述传感模块为激光接收器阵列，所述激光器接收阵列连接所述控制器，所述激光接收器阵列用于接收所述电动车辆发射激光以获得所述电动车辆的位置信息。

根据本发明的第三方面实施例的电动车辆，包括自动驾驶模块和电控系统，所述电控系统与上述第二方面实施例任一项所述的地下供电小车的控制器通信连接，所述自动驾驶模块在进入上述第一方面实施例任一项所述的充电公路后启动，所述电控系统根据所述地下供电小车的控制器的同步指令控制所述自动驾驶模块，以使所述电动车辆与所述地下供电小车同步运动。

根据本发明实施例的地下供电小车，至少具有如下有益效果：由于供电轨道单向延伸的限制，电动车辆需要沿供电轨道的方向行驶并且不能与供电轨道产生较大的左右偏移，因此设置自动驾驶模块来避免人手驾驶时可能产生的方向偏移，同时电控系统在电动车辆的行驶过程中与地下供电小车通信以实现电动车辆和地下供电小车同步运动，实现短距离的电力传输，提高充电效率。

根据本发明第三方面的一些实施例，所述电动车辆包括激光发射器，所述激光发射器朝向所述地下供电小车。

根据本发明的第四方面实施例的充电系统，包括如第一方面实施例任一项所述的充电公路、如第二方面实施例任一项所述的地下供电小车和如第三方面实施例所述的电动车辆。

根据本发明实施例的充电系统，至少具有如下有益效果：本发明实施例的充电公路通过在路面下开设地下通道以容纳供电轨道，从而用供电轨道承载地下供电小车，电动车辆在充电公路行驶过程中，在不变道的前提下，地下供电小车可以沿供电轨道跟随电动车辆运动，为行驶中的电动车辆提供电力供应，保证电动车辆的续航，另一方面，电动车辆通过自动驾驶模块保持行驶过程的稳定性，避免人手驾驶时可能产生的方向偏移，可使所述电动车辆与所述地下供电小车同步运动；由于地下供电小车与电动车辆基本相对静止，能够实现短距离充电，提高了充电效率。

根据本发明第四方面的一些实施例，所述充电公路至少包括分别设置在公路起始端和末尾端的充电服务站，所述充电服务站用于在所述电动车辆进入或离开所述充电公路时，分配或回收所述地下供电小车。

根据本发明的第五方面实施例的一种充电方法，应用于充电系统，所述充电系统包括充电公路、地下供电小车和电动车辆，所述充电公路包括沿路面延伸方向设置的供电轨道和用于容纳所述供电轨道的地下通道，所述地下通道设置于路面下方，所述地下通道包括沿路面延伸方向设置的供电开口，所述供电轨道包括用于承载所述地下供电小车移动的轨道部分和提供电力的供电部分，所述地下供电小车包括驱动机构、接触部分、供电装置、传感模块和控制器，所述电动车辆包括自动驾驶模块和电控系统，所述充电方法包括：

所述控制器控制所述接触部分与所述供电部分接触，以使所述供电装置接入外部电源；

所述控制器控制所述传感模块获取所述充电公路上电动车辆的位置信息；

所述控制器根据所述位置信息控制所述驱动机构运动，以使所述供电装置与所述电动车辆相对静止；

所述控制器控制所述供电装置连接所述电动车辆并对所述电动车辆进行充电；

所述电控系统控制所述电动车辆进行自动驾驶模式；

所述控制器控制所述传感模块实时获取所述电动车辆的位置，所述电控系统根据所述控制器的同步指令控制所述自动驾驶模块，以使所述供电装置和所述电动车辆同步运动。

根据本发明实施例的充电方法，至少具有如下有益效果：地下供电小车自动移动到对应的电动车辆附近并与该电动车辆相对静止，方便接入所述电动车辆为其充电，此后电动车辆可以继续行驶或者启动行驶，在行驶过程中，充电公路通过供电部分为地下供电小车提供电力来源，同时电动车辆和地下供电小车之间保持通信以同步运动，从而实现短距离充电，提高了充电效率。

根据本发明第五方面的一些实施例，所述控制器根据所述位置信息控制所述驱动机构运动，以使所述供电装置与所述电动车辆相对静止，包括：

所述控制器获取所述电动车辆所在车道的车道编码；

所述控制器控制所述地下供电小车移动到所述车道编码的车道；

所述控制器控制所述地下供电小车往所述电动车辆所在位置处移动，并实时更新所述电动车辆所在位置；

所述控制器获取所述传感模块传回的位置信号，并对照预设参照值；

若所述位置信号与所述预设参照值在误差阈值范围外，则所述控制器控制所述驱动机构继续移动，若所述位置信号与所述预设参照值在误差阈值范围内，则所述控制器获取所述电动车辆的当前速度，并调整所述驱动机构使所述地下供电小车的速度与所述电动车辆的当前速度相同。

根据本发明第五方面的一些实施例，所述控制器控制所述地下供电小车往所述电动车辆所在位置处移动，包括：

所述控制器获取所述电动车辆的GPS信息以及所述地下供电小车的GPS信息；

根据所述电动车辆的GPS信息和所述地下供电小车的GPS信息，若所述电动车辆与所述地下供电小车的直线距离小于预设距离阈值，则所述控制器启动所述传感模块进行定位。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一个实施例的充电公路和地下供电小车的垂直于公路延伸方向的截面结构示意图；

图2为本发明另一个实施例的充电公路和地下供电小车的垂直于公路延伸方向的截面结构示意图；

图3为本发明另一个实施例的充电公路和地下供电小车的垂直于公路延伸方向的截面结构示意图；

图4为本发明一个实施例的地下通道的截面结构示意图；

图5为本发明另一个实施例的地下通道的截面结构示意图；

图6为本发明另一个实施例的地下通道的截面结构示意图；

图7为本发明一个实施例的地下供电小车的结构示意图；

图8为本发明另一个实施例的地下供电小车的结构示意图；

图9为本发明一个实施例的排水系统的结构示意图(俯视路面平面方向)；

图10为本发明一个实施例的路面引导线的示意图；

图11为本发明一个实施例的充电系统的侧面结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

边行驶边充电的电动车辆通常具有两组可以轮流切换工作的电池，在行驶过程中，其中一组电池用于驱动电动车辆，另一组电池用于充电，当驱动电动车辆的电池的电量低于阈值时，电控系统切换到另一组电池接手驱动电动车辆，而切换回来的低电量电池则可以进行充电，从而实现长距离续航。但是目前基于这种技术对行驶中的汽车进行充电的设施并不完善，需要考虑户外天气环境、工程造价和充电效率等问题，其中，比较容易实现的无线充电设施，由于需要覆盖公路整个平面，因此充电效率并不高，而其他有线充电设施则需要考虑天气和工程造价的问题。

基于此，本发明提出了一种充电公路、地下供电小车、电动车辆、充电系统及方法，在充电公路上设置轨道式充电设施，让地下供电小车在轨道上移动并跟踪电动车辆，地下供电小车在轨道上取电供给电动车辆，可以使电动车辆在行驶过程中得到充电能源，从而实现边行驶边充电，由于地下供电小车和电动车辆的距离较短，因此充电效率较高。

下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

参照图1至图6，图1至图6是本发明的一个实施例的第一方面提供的充电公路的截面结构图，其中图1的截面为垂直于路面的延伸方向的截面，由图1可知，充电公路1包括沿路面延伸方向设置的供电轨道100和用于容纳供电轨道100的地下通道200，地下通道200设置于路面下方，地下通道200包括沿路面延伸方向设置的供电开口210，供电轨道100包括用于承载地下供电小车2移动的轨道部分110和提供电力的供电部分120，供电部分120连接外部电源。

充电公路1按车道划分，充电公路1的车道下方开设有地下通道200(可以划分为普通车道和充电车道，普通车道下方则不需要开设地下通道200)，地下通道200形成沿路面方向延伸的腔体，在地下通道200的腔体中设置供电轨道100，供电轨道100可以设置在腔体的底部，如图4至图6所示，也可以设置在腔体中的侧壁，供电轨道100上承载用于为电动车辆3充电的地下供电小车2；为了能够提高电能的传输效率，地下通道200的腔体顶部开设有供电开口210，地下供电小车2通过有线或者无线的方式经供电开口210向电动车辆3传输电能。值得注意的是，为了实现短距离传输，供电轨道100上承载的地下供电小车2距离供电开口210应尽可能近。

值得注意的是，供电轨道100的截面形状可以是矩形，此时轨道部分110可以设置在供电轨道100的上侧面，也可以设置在供电轨道100的左右侧面，轨道部分110也可以设置在供电轨道100的上侧面，也可以设置在供电轨道100的左右侧面；例如，轨道部分110设置在供电轨道100的上侧面，供电部分120设置在供电轨道100的左右侧面，这样地下供电小车2的底部接触轨道部分110实现运动，并且地下供电小车2需要引出两个接触部分22绕到供电轨道100的左右侧面接触供电部分120，从而实现取电。

可以理解的是，供电部分120可以连接外部交流电源，也可以连接外部直流电源。由于供电部分120位于地下通道200中，其受到天气环境的影响较小，因此可以采用高压供电，在同一充电功率下，可以减小输电电流，降低供电部分120的发热。

在一些实施例中，参照图4至图6，供电轨道100还包括防水罩130，防水罩130设置在供电部分120上方以遮挡从供电开口210落入地下通道200的水。防水罩130可以为供电部分120遮挡雨水等液体，为了得到较好的防水效果，供电部分120设置在供电轨道100的左右侧面，这样，防水罩130就可以为供电部分120遮挡住从供电开口210下落的液体。

防水罩130在结构上实施方式较多，在一些实施例中，防水罩130包括分布在供电部分120两侧的挡水部，挡水部与供电轨道100构成截面为T形的结构。例如，参照图,4，最简单的一种实施方式是，防水罩130为水平挡板，从供电轨道100的左右侧面或上侧面向左右两侧延伸出去；又如，参照图5，另一种实施方式是，挡水部为L形挡板，相对于上一实施方式的水平挡板，L形挡板在水平挡板的基础上，在水平挡板的边缘沿垂直方向向下延伸出一段用于遮挡侧面溅入的雨水的结构，可以防止雨水从侧面溅到供电部分120造成短路；又如，参照图6，另一种实施方式是，挡水板为向地下通道200的底部方向倾斜的挡板，挡板倾斜设置可以将落到挡水板上的雨水往左右两侧卸开，从而提高防水效果。挡水板还可以采用其他形式的结构，在此不一一赘述。

在一些实施例中，参照图9，还包括排水沟300，排水沟300沿路面的延伸方向设置，排水沟300设置在地下通道200的底部。充电公路1在使用过程中不可避免会出现地下通道200积水的情况，因此需要设置排水沟300疏通地下通道200，将污水集中排出。其中，排水沟300还包括间隔设置的排水出口310，排水出口310连接外部的下水道系统。排水出口310连接城市的下水道系统可以实时排出污水，保持地下通道200的清洁。实际上排水出口310还可以用于放入排污机器人，通过定期投入排污机器人，可以清理地下通道200内的固体杂物，由于地下通道200内地形复杂度很低，排污机器人沿固定路线即可完成全面清洁。

在一些实施例中，参照图10，还包括作为自动行驶参照物的路面引导线220，路面引导线220与供电轨道100平行。本实施例中的路面引导线220用于电动车辆3的自动驾驶定位，路面引导线220与单条供电轨道100对应，因此路面引导线220限制在一条车道内，例如，路面引导线220为两条，分布在车道左右边缘，电动车辆3的自动驾驶模块通过识别路面引导线220可以实时调整行驶方向，使电动车辆3保持跟随供电轨道100行驶，确保充电过程的稳定。

参照图7和图8，图7和图8是本发明的一个实施例的第二方面提供的地下供电小车2的侧视图，该地下供电小车2应用于一种充电公路1，充电公路1包括沿路面延伸方向设置的供电轨道100和用于容纳供电轨道100的地下通道200，地下通道200设置于路面下方，地下通道200包括沿路面延伸方向设置的供电开口210，供电轨道100包括用于承载地下供电小车2移动的轨道部分110和提供电力的供电部分120，地下供电小车2包括：

驱动机构21，连接轨道部分110并能够在轨道部分110上移动；

接触部分22，接触供电部分120以从供电部分120取电；

供电装置23，朝向路面上的电动车辆3以向电动车辆3提供电能；

传感模块24，朝向电动车辆3以实时获取电动车辆3的位置；

控制器，连接传感模块24并根据传感模块24传回的位置信号驱动驱动机构21。

本实施例中的地下供电小车2应用于一种充电公路1，由于本发明实施例第一方面实施例已经对充电公路1的结构进行了详细的描述，为了避免重复赘述，因此下面基于本发明第一方面实施例的充电公路1，对地下供电小车2进行详细说明，其中充电公路1与地下供电小车2之间具有相互作用的结构可以在本发明第一方面实施例中找到，可以理解的是，这并不限定本发明实施例第二方面的地下供电小车2仅能应用于第一方面的充电公路1。

本发明实施例的地下供电小车2用于跟随电动车辆3移动，为行驶中的电动车辆3提供电力支撑，由于地下供电小车2在功能上要求不高，地下供电小车2可以做得比较轻便，以便于在供电轨道100上跟随电动车辆3；在实际应用中，地下供电小车2开始工作于两种场景，一种是电动车辆3刚进入充电公路1，电动车辆3需要匹配地下供电小车2而减速或停下，此时地下供电小车2在电动车辆3低速或停止状态下连接电动车辆3的充电接口，然后地下供电小车2与电动车辆3一同进入充电公路1行驶；另一种是电动车辆3已经进入充电公路1一段距离，由于电动车辆3可能不处于低速行驶或停下，因此地下供电小车2在充电公路1的起点处进入对应的车道并追上电动车辆3，并与行驶状态下的电动车辆3保持相对静止从而连接电动车辆3的充电接口；其中第二种情况对地下供电小车2的驱动机构21有一定的性能要求。

为了能够在移动过程中从供电轨道100的供电部分120取电，地下供电小车2的接触部分22可以是滑轮形式，滑轮在地下供电小车2移动过程中一直转动同时保持与供电部分120的接触，接触部分22也可以是电刷形式，通过电刷上的柔性金属线保持与供电部分120的接触。接触部分22也可以采用其他结构形式，在此不一一赘述。

供电装置23可以是电压转换模块，也可以是整流模块，例如，在一些实施例中，由于供电部分120采用高压供电，而电动车辆3的充电电压有一定的限制，因此需要供电装置23进行降压，又例如，在一些实施例中，电动车辆3的充电接口是适配直流的，如果供电部分120是交流的，那么供电装置23则需要将交流电转换成直流电并相应调整电压，从而适于电动车辆3。

在一实施例中，驱动机构21包括滚轮和厢体，滚轮设置在厢体的下方或者两侧，厢体内容置控制器，厢体的表面设置接触部分22、供电装置23和传感模块24。

可以理解的是，厢体中包括有引擎部分，并且引擎部分采用电动机驱动滚轮以达到更好控制效能，适于在电动车辆3的急刹和加速时快速响应，其中，滚轮依据轨道部分110来设置，例如，轨道部分110是设置在供电轨道100的上侧面，那么滚轮设置在厢体的底部，以使滚轮在轨道部分110上转动，又如，轨道部分110是设置在供电轨道100的左右侧面的，那么滚轮是由厢体的两侧延伸出来，形成夹持轨道部分110的结构。

在一实施例中，轨道部分110设置有导向滚轮的导向槽140，滚轮置入导向槽140。为了适应车道转弯时维持地下供电小车2在轨道部分110的稳定移动，通过导向槽140限制滚轮的移动路径，使地下供电小车2不容易偏离轨道部分110。

在一实施例中，供电装置23为接触式输电装置或者非接触式输电装置。若供电装置23为接触式的，那么在一实施例中，参照图7，接触式输电装置包括柔性电缆和设置在柔性电缆的一端设置有供电接头25，柔性电缆的另一端连接到接触部分22，供电接头25连接电动车辆3上的充电头；在另一实施例中，参照图8，接触式输电装置包括沿上下方向伸展的第一伸展部26和沿水平方向转动的第二伸展部27，第一伸展部26连接第二伸展部27，第二伸展部27上设置有朝向电动车辆3的柔性电刷28，柔性电刷28跟随第二伸展部27向上移动从而接触电动车辆3的充电板。

上述提供了两种接触式输电装置的结构，其中，对于电动车辆3和地下供电小车2之间可能发生的微小位移，通过柔性电缆连接的结构具有较好的适应性，只要电动车辆3和地下供电小车2之间移位变化不超过柔性电缆在水平面上投影的长度即可，但是通过柔性电缆连接的结构无法应用于电动车辆3已经进入充电公路1后的情况，必须在充电公路1的起始端将柔性电缆连接电动车辆3；而通过伸展部连接的结构虽然灵活性稍低，而且要求电动车辆3的外部有相应的充电板，但是可以应用于电动车辆3已经进入充电公路1后的情况，地下供电小车2追赶上电动车辆3后可以进行输电连接。

若供电装置23为非接触式的，那么非接触式输电装置包括无线充电单元29，无线充电单元29用于与电动车辆3上的无线充电装置连接。采用无线充电的好处在于摆脱接触式的部件，对充电距离和精度要求较低，因此电动车辆3和地下供电小车2之间移位差阈值也较大，相比于一般大范围覆盖的无线充电技术，本实施例的无线充电单元29限于小范围，即地下供电小车2到电动车辆3的充电板之间，实际直线距离可能不超过一米，因此可以保证充电效率。

在一实施例中，传感模块24为摄像头和图像识别模组，摄像头和图像识别模组连接控制器，摄像头朝向电动车辆3上的参照物以拍摄参照物得到参照图像，图像识别模组识别参照图像以识别当前电动车辆3的相对位置。地下供电小车2的控制器通过图像分析得到参照物，在行驶过程中根据参照物的位置自动调整驱动机构21从而跟随电动车辆3。本领域技术人员可知，图像分析技术能够识别电动车辆3外部的参照物(例如充电接口、车辆边缘或者底盘护板孔位等)，并在行驶过程中多次拍摄图像来实时识别参照物的位置，根据参照物当前的位置调整驱动机构21来控制地下供电小车2的速度。

在一实施例中，传感模块24为激光接收器阵列，激光器接收阵列连接控制器，激光接收器阵列用于接收电动车辆3发射激光以获得电动车辆3的位置信息。地下供电小车2上的激光接收器阵列对应电动车辆3的上的激光发射器31，从而确定当前电动车辆3的位置；可以理解的是，由于电动车辆3与地下供电小车2同步运动的过程中不可避免出现一些位置偏移，若地下供电小车2仅设置单个激光接收器，电动车辆3上的单束激光在偏移出单个激光接收器的接收范围后，地下供电小车2将无法获得电动车辆3的位置信息，因此设置激光接收器阵列，使得偏移后的激光可以被另一激光接收器接收到，控制器即可获得当前电动车辆的位置信息。

参照图11，图11是本发明的一个实施例的第三方面提供的电动车辆3的结构示意图，该电动车辆3包括自动驾驶模块和电控系统，电控系统与上述第二方面实施例任一项的地下供电小车2的控制器通信连接，自动驾驶模块在进入上述第一方面实施例任一项的充电公路1后启动，电控系统根据地下供电小车2的控制器的同步指令控制自动驾驶模块，以使电动车辆3与地下供电小车2同步运动。

在电动车辆3进入充电公路1并连接地下供电小车2的情况下，必须切换成自动驾驶模式，通过自动驾驶模块稳定电动车辆3在车道上的行驶速度，可以有效维持地下供电小车2和电动车辆3的输电连接，从而保证输电的稳定，提高充电转换效率。

在一实施例中，电动车辆3包括激光发射器31，激光发射器31朝向地下供电小车2。本实施例对应地下供电小车2上设置激光接收器阵列的实施例，可以理解的是，在电动车辆3行驶过程中，激光发射器31发射的激光应穿过供电开口210进入地下通道200，因此发射方向为垂直向下或倾斜向下，地下供电小车2在充电服务站按照激光的方向预先配置好自身与电动车辆3的相对方位，便于在电动车辆3行驶过程中跟随电动车辆3，如果电动车辆3在充电公路1上行驶过程中请求充电，那么需要供电汽车在接近电动车辆3时，与电动车辆3的电控系统通信，确定当前需要充电的电动车辆3的激光方向，地下供电小车2根据电动车辆3返回的激光方向信息调整跟随状态。

本发明的一个实施例的第四方面提供了一种充电系统，包括实施例第一方面的充电公路1、第二方面的地下供电小车2和第三方面的电动车辆3。其中充电公路1至少包括分别设置在公路起始端和末尾端的充电服务站，充电服务站用于在电动车辆3进入或离开充电公路1时，分配或回收地下供电小车2。充电系统的工作方式如下：

至少在充电公路1的公路起始端和末尾端分别设置充电服务站，充电服务站类似于现时公路的收费站，电动车辆3在进入充电公路1之前在充电服务站停车或慢速通行，此时电动车辆3可以申请匹配一辆地下供电小车2，系统为电动车辆3安排一条可用的车道，并且分配一辆地下供电小车2与电动车辆3通信连接，此时电动车辆3的电控系统得知电动车辆3即将进入充电公路1，并通过电动车辆3的摄像模组获知当前车道的情况，并进入自动驾驶模式。地下供电小车2开始尝试进行供电，电动车辆3的电控系统接收到充电请求后将需要充电的电池组连接到供电装置23。上述准备完成后，电控系统可以向地下供电小车2发送维持通信的数据包，数据包中可以包含当前自动驾驶速度、方向、电池电量等信息，也可以包含用于检测电动车辆3和地下供电小车2之间距离的信息，电动车辆3接着可以开始在对应的车道上行驶。

电动车辆3在充电公路1上行驶的过程中，地下供电小车2从供电轨道100中获取电力并通过供电装置23向电动车辆3供电，同时，地下供电小车2实时获取电动车辆3当前的位置并计算自身与电动车辆3之间的相对位置，根据相对位置和电动车辆3发送过来的当前速度，地下供电小车2调整自身的速度以跟随电动车辆3。在行驶过程中，当电动车辆3请求断开当前供电连接(可能是电池已经充满，或者可能是电动车辆3需要切换车道等情况)，电动车辆3向地下供电小车2发送断开供电的信息，地下供电小车2断开供电装置23的连接，并记录当前电动车辆3总的充电量等信息，接着地下供电小车2往下一个供电服务站继续前进。如果电动车辆3切换了车道，并需要在另一条车道上需要继续接入充电，那么按照电动车辆3在充电公路1上请求充电的情况来处理，由充电服务站派出新的地下供电小车2进行供电。当然，如果当前车道附近有闲置的地下供电小车2(在行驶过程中断开供电连接后处于空闲状态的地下供电小车2，并且未行驶到下一个充电服务站)，系统可以分配该地下供电小车2到请求供电的电动车辆3的位置处进行供电服务。

在充电服务站的末尾端，电动车辆3脱离充电公路1，此时充电服务站回收地下供电小车2，并获取充电数据，如充电量、充电时间等。电动车辆3断开与地下供电小车2的连接并可以恢复到正常行驶。

当然，除了充电公路1的起始端和末尾端两个充电服务站，还可以在充电公路1中途的任意位置设置充电服务站，便于车辆管理。

本发明的一个实施例的第五方面提供了一种充电方法，应用于充电系统，该充电系统包括充电公路1、地下供电小车2和电动车辆3，充电公路1包括沿路面延伸方向设置的供电轨道100和用于容纳供电轨道100的地下通道200，地下通道200设置于路面下方，地下通道200包括沿路面延伸方向设置的供电开口210，供电轨道100包括用于承载地下供电小车2移动的轨道部分110和提供电力的供电部分120，地下供电小车2包括驱动机构21、接触部分22、供电装置23、传感模块24和控制器，电动车辆3包括自动驾驶模块和电控系统，充电方法包括：

S100，控制器控制接触部分22与供电部分120接触，以使供电装置23接入外部电源；

S200，控制器控制传感模块24获取充电公路1上电动车辆3的位置信息；

S300，控制器根据位置信息控制驱动机构21运动，以使供电装置23与电动车辆3相对静止；

S400，控制器控制供电装置23连接电动车辆3并对电动车辆3进行充电；

S500，电控系统控制电动车辆3进行自动驾驶模式；

S600，控制器控制传感模块24实时获取电动车辆3的位置，电控系统根据控制器的同步指令控制自动驾驶模块，以使供电装置23和电动车辆3同步运动。

可以理解的是，本发明实施例第五方面的充电方法，适用于具有上述特征的充电系统，也适用于本发明实施例第四方面的充电系统，由于本发明实施例第四方面的充电系统已经充分说明了充电公路1、地下供电小车2和电动车辆3的具体构成和工作方式，因此下面对充电方法的说明，基于实施例第四方面的充电系统，但这并不限定本发明实施例第五方面的充电方法仅能应用到实施例第四方面的充电系统。

上述充电方法体现了地下供电小车2在电动车辆3附近位置时，地下供电小车2接入电动车辆3进行供电并同步行驶的过程，由前述的地下供电小车2的工作方式可知，地下供电小车2在电动车辆3附近位置分为两种情况，一种是在充电服务站里，电动车辆3停止或缓速行驶，此时地下供电小车2可以在低速情况下匹配电动车辆3进行供电，另一种是电动车辆3已经行驶在充电公路1上并请求充电，此时地下供电小车2快速接近电动车辆3后执行上述充电方法。

在一实施例中，步骤S300具体包括：

S310，控制器获取电动车辆3所在车道的车道编码；

S320，控制器控制地下供电小车2移动到车道编码的车道；

S330，控制器控制地下供电小车2往电动车辆3所在位置处移动，并实时更新电动车辆3所在位置；

S340，控制器获取传感模块24传回的位置信号，并对照预设参照值；

S350，若位置信号与预设参照值在误差阈值范围外，则控制器控制驱动机构21继续移动，若位置信号与预设参照值在误差阈值范围内，则控制器获取电动车辆3的当前速度，并调整驱动机构21使地下供电小车2的速度与电动车辆3的当前速度相同。

本实施例提出了地下供电小车2的跟随电动车辆3行驶的方法，地下供电小车2通过传感模块24识别电动车辆3的位置信号，例如，拍摄电动车辆3车底的图像，识别所拍摄的图像中的特征点作为参考点，记录特征点在图像中的位置后，再实时获取电动车辆3车底的图像，若获取的某帧图像中特征点的位置与参考点的位置存在偏差，那么地下供电小车2朝偏差方向调整速度；又如，电动车辆3与地下供电小车2之间的充电连接线具有一个LED灯，地下供电小车2可以通过识别该LED灯的光源位置作为参考点进行对比定位。

其中步骤S310和S320对应了地下供电小车2从充电服务站出发所需要执行的动作。根据发送充电请求的电动车辆3的车道，地下供电小车2在充电服务站预先选择对应的车道，控制器此时记录当前车道和该地下供电小车2的编码作为标识码组，从而可以对该标识码组进行充电量计算、充电时长计算等。此后地下供电小车2可以按照与电动车辆3的距离远近执行步骤S330至步骤S350。可以理解的是，如果发出充电请求的电动车辆3已经行驶在充电公路1上，那么电动车辆3需要共享它当前的位置以便地下供电小车2追赶。

因此，步骤S330包括：

S331，控制器获取电动车辆3的GPS信息以及地下供电小车2的GPS信息；

S332，根据电动车辆3的GPS信息和地下供电小车2的GPS信息，若电动车辆3与地下供电小车2的直线距离小于预设距离阈值，则控制器启动传感模块24进行定位。

上述步骤针对发出充电请求的电动车辆3已经行驶在充电公路1上的情况，地下供电小车2需要获取电动车辆3当前的位置，才能从充电服务站出发追赶电动车辆3。近距离下，由于GPS的定位精度无法满足地下供电小车2的跟踪需求，例如针对运动物体，GPS最高精度可能只有1米，那么当地下供电小车2和电动车辆3之间距离小于1米的时候GPS已经无法起到精确定位的作用，此时地下供电小车2需要启动传感模块24，通过图像或者激光等方法获取定位信息代替来GPS信息。

本发明实施例提出了通过地下供电小车2为电动车辆3近距离供电的方案，其中充电公路1内建设供电轨道100，为地下供电小车2全程提供电力供给，地下供电小车2在供电轨道100上行驶过程中从供电轨道100获取电力并转换成适合于给电动车辆3充电的电压电流，实现电动车辆3边行驶边充电。由于地下供电小车2能够跟随电动车辆3行驶，因此充电距离短，充电效率高。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种充电公路，其特征在于，包括沿路面延伸方向设置的供电轨道和用于容纳所述供电轨道的地下通道，所述地下通道设置于路面下方，所述地下通道包括沿路面延伸方向设置的供电开口，所述供电轨道包括用于承载地下供电小车移动的轨道部分和提供电力的供电部分，所述供电部分连接外部电源；

其中，所述供电轨道还包括防水罩，所述防水罩设置在所述供电部分上方以遮挡从所述供电开口落入所述地下通道的水，所述供电部分设置在所述供电轨道的左右侧面，所述防水罩包括分布在所述供电部分两侧的挡水部，所述挡水部与所述供电轨道构成截面为T形的结构。

2.根据权利要求1所述的一种充电公路，其特征在于，所述挡水部为水平挡板、L形挡板或者向所述地下通道的底部方向倾斜的挡板。

3.根据权利要求1所述的一种充电公路，其特征在于，还包括排水沟，所述排水沟沿路面的延伸方向设置，所述排水沟设置在所述地下通道的底部。

4.一种地下供电小车，应用于如权利要求1至3任一项所述的一种充电公路，其特征在于，所述地下供电小车包括：

驱动机构，连接所述轨道部分并能够在所述轨道部分上移动；

接触部分，接触所述供电部分以从所述供电部分取电；

供电装置，朝向路面上的电动车辆以向电动车辆提供电能；

传感模块，朝向所述电动车辆以实时获取所述电动车辆的位置；

控制器，连接所述传感模块并根据所述传感模块传回的位置信号驱动所述驱动机构；

其中，所述供电装置为接触式输电装置；

所述接触式输电装置包括沿上下方向伸展的第一伸展部和沿水平方向转动的第二伸展部，所述第一伸展部连接所述第二伸展部，所述第二伸展部上设置有朝向所述电动车辆的柔性电刷，所述柔性电刷跟随所述第二伸展部向上移动从而接触所述电动车辆的充电板。

5.根据权利要求4所述的一种地下供电小车，其特征在于，所述驱动机构包括滚轮和厢体，所述滚轮设置在所述厢体的下方或者两侧，所述厢体内容置所述控制器，所述厢体的表面设置所述接触部分、所述供电装置和所述传感模块。

6.根据权利要求4所述的一种地下供电小车，其特征在于，所述接触式输电装置包括柔性电缆和设置在所述柔性电缆的一端设置有供电接头，所述柔性电缆的另一端连接到所述接触部分，所述供电接头连接所述电动车辆上的充电头。

7.根据权利要求4所述的一种地下供电小车，其特征在于，所述传感模块为摄像头和图像识别模组，所述摄像头和所述图像识别模组连接所述控制器，所述摄像头朝向所述电动车辆上的参照物以拍摄所述参照物得到参照图像，所述图像识别模组识别所述参照图像以识别当前电动车辆的相对位置，或者，所述传感模块为激光接收器阵列，所述激光接收器阵列连接所述控制器，所述激光接收器阵列用于接收所述电动车辆发射激光以获得所述电动车辆的位置信号。

8.一种电动车辆，其特征在于，包括自动驾驶模块和电控系统，所述电控系统与权利要求4至7任一项所述的地下供电小车的控制器通信连接，所述自动驾驶模块在进入权利要求1至3任一项所述的充电公路后启动，所述电控系统根据所述地下供电小车的控制器的同步指令控制所述自动驾驶模块，以使所述电动车辆与所述地下供电小车同步运动。

9.一种充电系统，其特征在于，包括如权利要求1至3任一项所述的充电公路、如权利要求4至7任一项所述的地下供电小车和如权利要求8所述的电动车辆。

10.一种充电方法，应用于充电系统，其特征在于，所述充电系统包括充电公路、地下供电小车和电动车辆，所述充电公路包括沿路面延伸方向设置的供电轨道和用于容纳所述供电轨道的地下通道，所述地下通道设置于路面下方，所述地下通道包括沿路面延伸方向设置的供电开口，所述供电轨道包括用于承载所述地下供电小车移动的轨道部分和提供电力的供电部分，所述地下供电小车包括驱动机构、接触部分、供电装置、传感模块和控制器，所述电动车辆包括自动驾驶模块和电控系统；

其中，所述供电轨道还包括防水罩，所述防水罩设置在所述供电部分上方以遮挡从所述供电开口落入所述地下通道的水，所述供电部分设置在所述供电轨道的左右侧面，所述防水罩包括分布在所述供电部分两侧的挡水部，所述挡水部与所述供电轨道构成截面为T形的结构；

所述充电方法包括：

所述控制器控制所述接触部分与所述供电部分接触，以使所述供电装置接入外部电源；

所述控制器控制所述传感模块获取所述充电公路上电动车辆的位置信号；

所述控制器根据所述位置信号控制所述驱动机构运动，以使所述供电装置与所述电动车辆相对静止；

所述控制器控制所述供电装置连接所述电动车辆并对所述电动车辆进行充电；

所述电控系统控制所述电动车辆进行自动驾驶模式；

所述控制器控制所述传感模块实时获取所述电动车辆的位置，所述电控系统根据所述控制器的同步指令控制所述自动驾驶模块，以使所述供电装置和所述电动车辆同步运动。

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