[发明专利]自动充电式无人驾驶电动汽车

说明书

技术领域

本发明涉及充电领域，尤其涉及一种自动充电式无人驾驶电动汽车。

背景技术

新能源汽车，尤其是电动汽车，由于具有以下优点而逐渐成为传统能源汽车的替代发展方向：①零排放，电动汽车使用电能，在行驶中无废气排出，不污染环境；②电动汽车比汽油机驱动汽车的能源利用率要高；③因使用单一的电能源，省去了发动机、变速器、油箱、冷却和排气系统，所以结构较简单，占用面积相对较小；④噪声小；⑤可在用电低峰时进行汽车充电，可以平抑电网的峰谷差，使发电设备得到充分利用。甚至开始出现智能化水平更高的无人驾驶电动汽车。

然而，由于无人驾驶电动汽车发展时间较短，在行驶中的一些问题在现有技术中仍没有得到妥善的解决，甚至还需要人工参与完成：(1)基于引导轨迹的无人驾驶电动汽车控制精度不高，偏离引导轨迹的情况时有发生；(2)导航功能不够完备，例如在电量不足时，无法确定附近最合适的充电站作为目标充电站以前往充电；(3)缺少充电站内充电桩的定位设备，无法完成自动充电控制功能。

因此，需要一种新的无人驾驶电动汽车，能够解决上述三方面的技术问题，即能够建立新的基于引导轨迹的电动汽车驱动控制结构，提高无人驾驶的引导精度，能够在确定附近各个充电站位置的同时，能够自行选择最方便的目标充电站；同时能够定位充电站内充电桩的位置，实现电动汽车的自动充电。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种自动充电式无人驾驶电动汽车，优化现有的基于引导轨迹的电动汽车驱动控制结构，引入高精度的光电传感器为基于引导轨迹的电动汽车驱动控制结构提供驱动参考数据，引入GPS定位设备确定最近充电站，更重要的是，引入图像识别设备和机械控制设备实现充电桩对电动汽车的自动充电。

根据本发明的一方面，提供了一种自动充电式无人驾驶电动汽车，所述电动汽车包括电量检测设备、自动充电设备、GPS定位设备和MSP430单片机，电量检测设备用于检测电动汽车的剩余电量，GPS定位设备用于接收电动汽车的当前GPS位置，MSP430单片机与电量检测设备、自动充电设备和GPS定位设备分别连接，自动充电设备用于在MSP430单片机的控制下实现对电动汽车的自动充电。

更具体地，在所述自动充电式无人驾驶电动汽车中，包括：电量检测设备，设置在电动汽车的蓄电池上，用于检测蓄电池的实时剩余电量；行驶控制仪，设置在电动汽车上，与电动汽车的方向控制器和速度控制器连接，用于接收位置控制信号，基于位置控制信号确定驱动方向和驱动速度，并将驱动方向和驱动速度分别发送给方向电机控制器和速度电机控制器；GPS定位设备，用于接收GPS定位卫星实时发送的、电动汽车的当前GPS位置；图像采集识别设备，用于对电动汽车前方景象进行拍摄以获得前方图像，并对前方图像进行图像识别以确定前方是否存在充电桩，相应地，发出存在充电桩信号或不存在充电桩信号；超声波检测设备，设置在电动汽车前部，用于检测电动汽车前部距离充电桩的实时相差距离；ZIGBEE通信设备，设置在电动汽车上，用于与充电桩的ZIGBEE通信接口进行握手操作，握手成功则发出充电桩合格信号，握手失败则发出充电桩不合格信号；自动充电设备，设置在电动汽车上，包括定位器、位移驱动器、机械手和充电头，定位器、位移驱动器和充电头都设置在机械手上，定位器用于检测机械手与充电桩的充电插座之间的相对距离，位移驱动器与定位器连接，用于基于相对距离驱动机械手前往充电桩的充电插座，机械手用于在抵达充电桩的充电插座后将充电头插入充电桩的充电插座中；MSP430单片机，与电量检测设备、行驶控制仪、GPS定位设备、图像采集识别设备、超声波检测设备、ZIGBEE通信设备和自动充电设备分别连接，当实时剩余电量小于等于第一预设电量阈值时，进入自动导航模式；MSP430单片机在自动导航模式中，启动GPS定位设备和图像采集识别设备，接收当前GPS位置，基于当前GPS位置和预存电子地图中最近充电桩的GPS位置确定位置控制信号，将位置控制信号发送给行驶控制仪以控制电动汽车前往预存电子地图中最近充电站，当从图像采集识别设备处接收到存在充电桩信号时，启动超声波检测设备和ZIGBEE通信设备，在接收到充电桩合格信号且实时相差距离小于等于预设距离阈值时，启动自动充电设备以将充电头插入充电桩的充电插座中，MSP430单片机退出自动导航模式；光源设备，设置在电动汽车的底盘，由多个高亮白光LED组成，多个高亮白光LED组成矩形LED矩阵且等间距排列，对电动汽车车下道路进行照明；光电传感器，设置在电动汽车的底盘，由80个光敏电阻组成，80个光敏电阻组成矩形光敏电阻矩阵且等间距排列，每一个光敏电阻组成一个光电检测通道，用于检测电动汽车车下道路反射光源设备照明光的反射光强度，其中，对于每一个光电检测通道，其正下方的道路有无引导轨迹，反射光强度不同，其检测出的光电检测电压也不同；信号采集器，设置在电动汽车的前端仪表盘内，与光电传感器连接，用于采样并输出每一个光电检测通道输出的光电检测电压，信号采集器的采样频率为1毫秒；运算放大器，设置在电动汽车的前端仪表盘内，与信号采集器连接，用于将每一个光电检测通道的光电检测电压进行放大；8位模数转换器，设置在电动汽车的前端仪表盘内，与运算放大器连接，用于将放大后的每一个光电检测电压转换为数字信号，以获得对应的数字通道电压；转向控制器，设置在电动汽车的前端仪表盘内，与MSP430单片机连接，用于基于电动汽车的横向偏差计算电动汽车的转向齿轮转角，电动汽车的转向齿轮转角用于将电动汽车从偏离引导轨迹状态恢复到位于引导轨迹正上方状态；转向电机驱动器，设置在电动汽车的驱动车轮上方，与转向控制器连接，用于基于电动汽车的转向齿轮转角确定电机驱动控制信号；转向驱动电机，设置在电动汽车的驱动车轮上方，与转向电机驱动器和电动汽车的驱动车轮分别连接，用于基于电机驱动控制信号控制驱动车轮的转向角度，以将电动汽车从偏离引导轨迹状态恢复到位于引导轨迹正上方状态；其中，MSP430单片机还与8位模数转换器连接，接收每一个光电检测通道的数字通道电压，将每一个光电检测通道的数字通道电压与预设数字电压阈值比较，当一个光电检测通道的数字通道电压大于等于预设数字电压阈值时，将对应光电检测通道的偏差标志设为1，当一个光电检测通道的数字通道电压小于预设数字电压阈值时，将对应光电检测通道的偏差标志设为0，基于相邻光电传感器的间距、光电检测通道的数量和每一个光电检测通道的偏差标志计算电动汽车的横向偏差；MSP430单片机在实时剩余电量大于等于第二预设电量阈值，控制自动充电设备的机械手以将充电头拔离充电桩的充电插座，第二预设电量阈值大于第一预设电量阈值。