CN112757936A - 一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统及方法，包括：充电桩，包括充电桩本体以及与充电桩本体连接的自动插枪装置；所述自动插枪装置能够在接收到插枪指令后，自动将充电枪头连接至无人驾驶电动汽车的充电接头，以实现对无人驾驶电动汽车的充电；后台控制中心，被配置为与充电桩和无人驾驶电动汽车分别通信；所述后台控制中心被配置为接收车辆电量信息以及实时位置信息，判断车辆是否停靠到位，并结合充电桩的状态确定最优的充电策略。本发明有益效果：本发明中设置柔性纠正装置，可以更好的充电对接，也就是自动充电装置能够在粗略定位的情况下，就能进行对插，提高对接效率。

Description

一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统及方法

技术领域

本发明涉及无人电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

伴随着新能源电动汽车的普及，电动汽车充电设备也进入了高速发展阶段，尤其是无人驾驶的电动汽车，在现实生活中已经成为一种可能，相应的无人操作的自动充电技术就成为了所需。

目前市面上存在的无人驾驶电动汽车，多采用手工充电方式，即手动拿着充电枪去充电桩充电，手动操作仍然需要人工去干预整个过程，包括插枪、拔枪等动作，无法实现真正的自动化操作。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统及方法，能够实现无人驾驶电动汽车的可靠有序自动充电。

根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，包括：

充电桩，包括充电桩本体以及与充电桩本体连接的自动插枪装置；所述自动插枪装置能够在接收到插枪指令后，自动将充电枪头连接至无人驾驶电动汽车的充电接头，以实现对无人驾驶电动汽车的充电；

后台控制中心，被配置为与充电桩和无人驾驶电动汽车分别通信；所述后台控制中心被配置为接收车辆电量信息以及实时位置信息，判断车辆是否停靠到位，并结合充电桩的状态确定最优的充电策略。

根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电方法，包括：

实时检测无人驾驶电动汽车的电量状态信息，判断所述电动汽车是否满足充电条件；

若满足，控制无人驾驶电动汽车运行至设定的位置，并判断所述电动汽车是否运行到位；

到位后，控制充电桩自动与无人驾驶电动汽车的充电接头连接；

根据充电车辆的数量以及车辆的优先级顺序，确定最优的充电策略。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提出了一种无人驾驶电动汽车多重感知精确定位，通过视觉识别—GPS定位—位置传感器—后台多领域融合方法，解决了精准导引和定位的问题，提升了定位的精度和速度。

(2)本发明提出了一种充电桩柔性容错插拔方法，研制了一种无人驾驶汽车的自动充电桩，通过柔性容错装置，解决了充电桩与电动汽车大范围广度插拔的问题，在粗略定位的情况下，就能进行对插，提高对接效率，实现了无人驾驶汽车的自动充电。

(3)本发明提出了一种无人驾驶电动汽车多因子融合充电策略，通过一种电量—里程—目的地的路径规划方法，实现了无人电动汽车自主计算和规划充电需求，解决了电动汽车单一化指标硬性充电的问题。

本发明的最优充电策略能够合理利用车辆现有电量，保证车辆能够自动到达充电位置并实现自动充电。

(4)本发明将车辆反馈的GPS定位信息，以及充电桩采集的车辆实时位置信息和车辆身份信息进行匹配，判断车辆是否停靠到位，这样能够保证车辆正确停靠到位，确保车辆停靠的车位信息和充电桩位置相匹配，防止出现车辆停车位置出现错位，同时确认车辆身份信息，确保需要充电的车辆信息与目标车辆信息匹配。

本发明附加方面的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

图1为根据本发明实施例的适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统结构示意图；

图2为根据本发明实施例的自动插枪装置结构示意图；

图3为根据本发明实施例的柔性纠正装置结构示意图；

图4为根据本发明实施例的车辆到位检测示意图；

图5为根据本发明实施例的充电桩自动插枪流程图；

图6为根据本发明实施例的适用于无人驾驶电动汽车的自动充电方法示意图；

其中，1.控制单元，2.移动履带，3.容错阻尼器，4.缓冲机构，5.枪头，6.喇叭状开口，7.车端插座。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

根据本发明实施例，提供了一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，参照图1，包括：

充电桩，包括充电桩本体以及与充电桩本体连接的自动插枪装置；所述自动插枪装置能够在接收到插枪指令后，自动将充电枪头连接至无人驾驶电动汽车的充电接头，以实现对无人驾驶电动汽车的充电；

后台控制中心，被配置为与充电桩和无人驾驶电动汽车分别通信；所述后台控制中心被配置为接收车辆电量信息以及实时位置信息，判断车辆是否停靠到位，并结合充电桩的状态确定最优的充电策略。

具体地，无人驾驶电动汽车具备无线通讯、信息采集和自动驾驶功能。与后台控制中心进行实时通讯，实现电量、车辆状态、位置等信息实时上送，同时接收后台控制中心下发的指令，比如停靠位置、充电桩位置等。

后台控制中心根据车辆电量、车辆状态、位置和设置的电量阀值S对车辆进行调度，当判断出车辆需要充电时，后台控制中心会通知车辆或者车辆向后台控制中心申请充电，然后车辆自主导航到充电桩的位置进行充电，为了现场灵活调度，增加了人工调度功能，操作人员可以根据实际运行情况，通过后台控制中心进行人工干预。

参照图2，自动插枪装置包括：

图像采集单元，被配置为实时检测车辆的位置信息，并将所述位置信息反馈至后台控制中心；

控制单元，接收后台控制中心的自动插枪指令，控制驱动单元执行插枪动作；

驱动单元，被配置为车辆到达充电位置后，驱动充电枪头自动与车辆的充电接头连接；

充电枪头，用于实现为车辆充电。

其中，驱动单元设置在充电桩上，驱动单元收到控制单元1发送的插枪指令后，通过移动履带2带动所述充电枪头5向车辆方向移动。

充电枪头上设有多段缓冲机构4，以缓冲枪头5与枪座接触过程中，对于相投形成的与插枪方向相反的作用力。

充电枪头5与底座之间设有容错阻尼器3，可以缓冲枪头5与枪座接触过程中，对于枪头5形成的向下的作用力。

自动插枪装置与车辆配合的方式，采取了两种互补的方式，一是采用视觉识别系统，视觉识别系统通过安装于自动插枪装置上的摄像头来获取图像信息来确定车辆的枪座位置，并判定有无障碍物；二是扩大定位裕量，也就是误差纠错。

参照图4，自动插枪系统收到插枪指令后，视觉识别系统启动，若检测到车辆枪座与充电枪头之间存在障碍物，上送后台控制中心存在故障物信息，提示进行人工干预；当判定没有障碍物之后，控制电机操作枪头移动，将充电枪头与车辆充电枪座对齐，在这个过程中，视觉识别系统会实时判断枪头与枪座的位置关系，然后操作电机控制枪头插入枪座；检查到插枪连接信号后，停止继续插枪，准备开始充电。

在一些实施方式中，参照图3，为了增加插枪的成功率，在枪头和枪座增加了柔性纠正装置，柔性纠正装置设置在无人驾驶汽车端，柔性纠正装置包括与无人驾驶汽车连接的车端插座6，以及设置在车端插座6上的喇叭状开口5。

通过在枪头安装柔性机械连接方式，并将充电插座设置为开口面接逐渐增大的结构形式，当充电枪头碰触到最外端开口时，能够滑落到充电插座里，进行连接。

本实施例中，关于充电桩与车辆之间的最优充电策略包括如下方面：

在制定最优充电策略的时候，需要设置几个定量，一是车辆的任务行程距离A，二是车辆的电量B，三是车辆在B电量下的可运行行程C，四是充电桩与约定的车辆之间的距离D，五是充电桩的数量E，六是车辆完成一次任务A消耗的电量F，七是车辆抵达约定的充电桩所需要的电量G，也就是完成D行程所需要的电量。

由于在车辆还没有与充电桩进行交互的时候，后台控制中心便是两者之间的桥梁，由其控制。理想情况下，车辆按照任务A去执行，后台控制中心与车辆进行实时通讯，并计算其电量B可以运载的公里数C。因为在很多情况下，车辆是在执行任务的过程中，这样就需要将其电量B与F进行一个对比预留，也就是说B一定不能低于F，B≥F，以免车辆在执行任务的时候宕机，此外，B还得保留其到达充电桩的电量G。

在这里，涉及是采用电量为基准，还是以公里数为基准的判定方法，我们采用两者想结合的方式，相互判定，从而增加数据准确性，也就是说，车辆是否去充电的依据是看两个因素，一个是车辆电量B，一个是可运行行程C。车辆去充电，满足的条件是2F+G＞B≥F+G，且，D+2A＞C≥D+A。

若B小于F+G，C小于D+A；则会告警电量不足，无法进行自动充电流程。

正常情况下，当N个车辆在运行的时候，且E＜N，在后台控制中心会为每一个车辆匹配相应的充电桩，亦即做好它们可以进行充电的桩，且只可进行在这个桩上进行充电。但是，当其他充电桩空闲的时候，会分配车辆去其就近的桩进行充电，也就是说，距离D在设定的时候会进行一定的裕量的预留，同样的，电量G也是这样。

为了使充电桩的功率达到最大化利用，充电桩和插枪装置可以实现一对多，同时充电桩会根据充电桩的工作状态和车辆的状态，对功率输出进行动态分配。例如当充电桩出现多辆车同时充电时，首先根据车辆的工作任务所需的工作时长T和任务繁重程度H，预测车辆需要消耗的电量K，然后根据车辆的需求参数、SOC值和车辆的工作优先级别，动态调整充电桩的输出功率；当多辆优先级别较高的车辆在同时充电时，并且充电桩的输出功率无法满足所有车辆充电需求时，车辆的充电电量M>K时，停止此车充电，将充电输出功率切换到其他无法满足充电需求的车辆，此车辆投入工作，以最大程度保证车辆正常工作。

根据车辆的工作优先级别，确认车辆大功率充电的优先等级，通过车辆的SOC值和需求参数，预估车辆的充电时间，降低工作优先级别低的车辆充电功率，将此部分输出功率切换到工作优先级别高的车辆，优先保证缩短工作优先级别高的车辆充电功率，缩短充电时间。

实施例二

根据本发明实施例，提供了一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，参照图6，包括：

(1)车辆停靠到位；

车辆实时上传GPS定位。后台控制中心下发充电位置到车辆，包括GPS(Q经度、W纬度、H高度)数据、NFC数据、枪号值。车辆接收数据后将GPS预设为目的地。车辆到达指定GPS位置。

关于车辆停靠到位的检测，采取的方式是车辆自主通过GPS定位与后台控制中心实时互动的方式，同时充电桩的检测摄像头会实时检测车位的车辆位置状态，并将车辆的车位信息实时上送后台控制中心。

如图4所示，具体交互流程如下：后台控制中心先是将GPS定位数据(Q经度、W纬度、H高度)下发给车辆，当车辆到达充电桩位置并停止车辆后，会将到位信号上传给后台控制中心，同时充电桩的位置定位系统会检测到车辆位置并识别车辆身份信息，并将位置信息和车辆身份信息上送后台控制中心，后台控制中心会在两者之间相互校准，所以，后台控制中心会在收到GPS信号、桩检测到的车辆身份信息的两个信号之后，才会确认车辆停车到位。

身份信息包括车辆车牌信息和VIN码。充电桩通过摄像头检测车辆车牌信息，与后台进行信息确认；插枪后，充电桩与车辆通过CAN线进行信息交互，得到车辆VIN码。

(2)后台控制中心下发插枪指令给充电桩；

当后台控制中心判定车辆停靠到位后，会给充电桩下发插枪指令；

(3)充电桩进行插枪操作；

自动插枪系统与车辆配合的方式，采取了两种互补的方式，一是采用视觉识别系统，视觉识别系统通过安装于自动插枪装置上的摄像头来获取图像信息来确定车辆的枪座位置，并判定有无障碍物；二是扩大定位裕量，也就是误差纠错。

参照图5，自动插枪系统收到插枪指令后，视觉识别系统启动，若检测到车辆枪座与充电枪头之间存在障碍物，上送后台控制中心存在故障物信息，提示进行人工干预；当判定没有障碍物之后，控制电机操作枪头移动，将充电枪头与车辆充电枪座对齐，在这个过程中，视觉识别系统会实时判断枪头与枪座的位置关系，并以此来调整枪头的位置和角度，直至枪头与枪座对齐，然后操作电机控制枪头插入枪座；检查到插枪连接信号后，停止继续插枪，准备开始充电。

(4)充电桩将插枪完成信息反馈给后台控制中心；

(5)后台控制中心收到插枪完成信号，下发启动充电指令；根据充电车辆的数量以及车辆的优先级顺序，确定最优的充电策略；

(6)充电完成后，将充电信息反馈给后台控制中心；

(7)收到后台控制中心停止充电的命令后，充电桩结束充电；

(8)车辆充满或收到后台控制中心停止充电指令，停止充电；

(9)充电桩通知自动插枪装置进行拔枪操作。

所述最优的充电策略与实施例一中给出的最优充电策略相同，不再赘述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (12)

1.一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，包括：

充电桩，包括充电桩本体以及与充电桩本体连接的自动插枪装置；所述自动插枪装置能够在接收到插枪指令后，自动将充电枪头连接至无人驾驶电动汽车的充电接头，以实现对无人驾驶电动汽车的充电；

后台控制中心，被配置为与充电桩和无人驾驶电动汽车分别通信；所述后台控制中心被配置为接收车辆电量信息以及实时位置信息，判断车辆是否停靠到位，并结合充电桩的状态确定最优的充电策略。

2.如权利要求1所述的一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，所述自动插枪装置包括：

图像采集单元，被配置为实时检测车辆的位置信息，并将所述位置信息反馈至后台控制中心；

控制单元，接收后台控制中心的自动插枪指令，控制驱动单元执行插枪动作；

驱动单元，被配置为车辆到达充电位置后，驱动充电枪头自动与车辆的充电接头连接；

充电枪头，用于实现为车辆充电。

3.如权利要求2所述的一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，所述驱动单元收到插枪指令后，通过移动履带带动所述充电枪头向车辆方向移动。

4.如权利要求2所述的一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，所述充电枪头上设有至少一段缓冲机构，用于缓冲与插枪方向相反的作用力。

5.如权利要求2所述的一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，所述枪头与枪头固定座之间连接容错阻尼器，用于缓冲枪头收到的向下的作用力。

6.如权利要求1所述的一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，所述自动插枪装置还包括：设置在无人驾驶汽车端的柔性纠正装置；柔性纠正装置包括与无人驾驶汽车连接的车端插座，以及设置在所述车端插座上的喇叭状开口。

7.如权利要求1所述的一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，所述后台控制中心向待充电的无人驾驶电动汽车发送位置信息，根据接收到的无人驾驶电动汽车到达所述位置的反馈信息，以及充电桩检测到的车辆位置信息和身份信息，确定车辆是否停车到位。

8.如权利要求1所述的一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，结合充电桩的状态确定最优的充电策略，具体包括：

无人驾驶电动汽车进行充电的条件为：2F+G＞B≥F+G，且，D+2A＞C≥D+A；

其中，F为车辆完成一次任务需要消耗的电量，G为车辆抵达设定的充电桩所需要的电量，B为车辆的实时电量；D为车辆与设定的充电桩之间的距离，A为车辆的任务行程距离，C为车辆在当前电量B下的可运行行程。

9.如权利要求8所述的一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，车辆与设定的充电桩之间的距离D以及车辆抵达设定的充电桩所需要的电量G均留有设定的裕量，以在其他充电桩空闲时，分配所述车辆到空闲的充电站进行充电。

10.如权利要求1所述的一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，充电桩出现多辆无人驾驶电动汽车同时充电时，根据车辆的工作任务所需的工作时长和任务繁重程度，预测车辆需要消耗的电量；根据车辆的需求参数、SOC值和车辆的工作优先级别，动态调整充电桩的输出功率。

11.如权利要求1所述的一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电系统，其特征在于，充电桩的输出功率无法满足所有车辆充电需求时，车辆的充电电量大于设定值时，停止对所述车辆的充电，将充电输出功率切换到其他无法满足充电需求的车辆。

12.一种适用于无人驾驶电动汽车的自动充电方法，其特征在于，包括：

实时检测无人驾驶电动汽车的电量状态信息，判断所述电动汽车是否满足充电条件；

若满足，控制无人驾驶电动汽车运行至设定的位置，并判断所述电动汽车是否运行到位；

到位后，控制充电桩自动与无人驾驶电动汽车的充电接头连接；

根据充电车辆的数量以及车辆的优先级顺序，确定最优的充电策略。

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