[发明专利]一种全自动导航式无人驾驶电动汽车的使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种全自动导航式无人驾驶电动 汽车的使用方法。

背景技术

近年来，电动汽车发展速度很快，也出现了一些无人驾驶电动汽车。 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：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；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；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，需要一种新型无人驾驶电动汽车，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，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，从而解决上述三个问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种全自动导航式无人驾驶电动汽 车，首先，引入信号采集器、光电传感器和方向电机控制器提高电动汽车 的无人驾驶效率，其次，引入无线接收设备和GPS收发设备完成对电动汽 车附近充电站的导航，再次，引入图像检测设备实现对充电站内充电桩的 识别，最后，采用包括定位器、位移驱动器、机械手和充电头的自动充电 设备完成对无人驾驶电动汽车的自动化充电。

根据本发明的一方面，提供了一种全自动导航式无人驾驶电动汽车， 所述电动汽车包括自动导航系统、自动充电系统和自动驱车系统，所述自 动驱车系统用于实现对电动汽车的无人驾驶，所述自动导航系统用于实现 对电动汽车附近充电桩的自动定位，所述自动充电系统用于在电动汽车无 人驾驶到附近充电桩后，实现对电动汽车的自动充电，采用AVR32芯片实 现对自动导航系统、自动充电系统和自动驱车系统的同时控制操作。

更具体地，在所述全自动导航式无人驾驶电动汽车中，包括：齿轮齿 条转向器，设置在电动汽车的驱动车轮上方，用于将转向驱动电机与电动 汽车的驱动车轮连接；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；方向电机控制器，设置在电动汽车的前端仪表盘内，与AVR32芯片连 接，用于基于电动汽车的横向偏差或驱动方向计算电动汽车的转向齿轮转 角；转向电机驱动器，设置在电动汽车的驱动车轮上方，与方向电机控制 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；AVR32芯片，设置在电动汽车的前端仪表盘内，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，电动汽车的横向偏差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；无线接收设备，设置在电动汽车的外侧，用于基 于电动汽车的当前GPS位置从远端的充电站管理服务器处接收电动汽车 的当前GPS位置附近各个充电站的占用百分比，还从远端的交通管理服务 器处接收抵达当前GPS位置附近各个充电站所分别对应的各个路段的拥 堵程度；GPS收发设备，用于接收GPS定位卫星实时发送的、电动汽车的 当前GPS位置，还用于接收GPS电子地图中、电动汽车的当前GPS位置 附近各个充电站的GPS位置；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，设置在电动汽车的前端仪 表盘内，与电动汽车的方向电机控制器和速度电机控制器连接，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；图像检测设 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；AVR32芯片还与无线接收设备、 电量检测设备、行驶控制仪、GPS收发设备、图像检测设备、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；其中，AVR32芯片在自动 导航模式中，启动无线接收设备、GPS收发设备和图像检测设备，从GPS 收发设备处接收当前GPS位置和附近各个充电站的GPS位置，将当前GPS 位置发送给无线接收设备以获得附近各个充电站的占用百分比以及附近 各个充电站分别对应的各个路段的拥堵程度，基于当前GPS位置和附近各 个充电站的GPS位置确定当前GPS位置到附近各个充电站的GPS位置的 各个充电站GPS距离，基于每一个充电站对应的路段的拥堵程度、拥堵程 度权重、附近每一个充电站的占用百分比、占用百分比权重、附近每一个 充电站的GPS距离和距离权重计算附近每一个充电站的便利程度，拥堵程 度越低，便利程度越高，占用百分比越低，便利程度越高，GPS距离越短， 便利程度越高，选择便利程度最高的附近充电站作为目标充电站；AVR32 芯片还基于当前GPS位置和目标充电站的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，当从图像检测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，AVR32芯片退出自动导航模式；拥堵程度权重、占用百分比权 重和距离权重均为预设固定数值。