[发明专利]一种无人驾驶汽车自动化充电系统及充电对接方法

说明书

本发明涉及一种无人驾驶汽车自动化充电系统及充电对接方法，该系统分为汽车端充电接口姿态检测调整装置、充电桩端空间坐标获取装置和对接执行装置；车辆进入充电区域后，车充口通过陀螺仪和激光测距传感器来检测其自身姿态，而后通过三轴云台调整其姿态适配充电桩；车充口姿态调整过后，主动垂直发射一束激光到充电桩端的激光接收屏幕上，并再次启动激光测距测量与充电桩间的距离数据，通过近场通信传输给充电桩；至此，充电桩可成功得到车充口相对充电桩原点的准确三维空间坐标x、y、z的具体数值，而后通过充电桩端的对接执行装置根据所获三维空间坐标进行对接充电。本发明具有低成本和高环境适应性的优点，降低了自动化充电桩端的硬件成本。

技术领域：

本发明涉及汽车充电技术领域，具体涉及一种无人驾驶汽车自动化充电系统及充电对接方法。

背景技术：

在各国政府的大力推进下，具有自动驾驶功能的电动汽车的商业化进程已经基本完成，各式各样的搭载自动驾驶系统的电动汽车已经大量出现在汽车市场中，并且其普及程度也正以非常快的速度提高。在电驱动与无人驾驶两项技术加持的汽车的使用场景下，汽车的公共配套设施也因为其无人驾驶的特性而提出了更高的要求。无人驾驶汽车的定义则是无需人为干预，因此电动汽车充电过程的无人化、自动化就成为了实现全自动化无人驾驶必须具备的前提条件。未来为实现电动汽车的快速充电，充电桩较高的功率、电压，极有可能对人体造成伤害，因此充电过程无人化则很大程度上避免了这样的安全问题。因此作为电动汽车基础设施建设的重中之重——充电桩，就在未来的无人的使用场景下需要拥有对汽车充电口进行定位，自动寻找车辆充电口并进行对接充电的功能。

充电口的位姿定位是自动充电过程中的关键环节，目前的自动充电系统依赖于视觉定位技术来实现位姿定位，如公布号为CN109910665A的发明专利就公开了一种新能源汽车的充电接口自动对接装置，该专利就是采用视觉定位技术。虽然视觉定位系统探测范围广、获得的信息完整并且定位精度高，但是其存在配置成本高、对处理器要求高、图像处理算法复杂以及在雨雾天气下易产生错误等弊端。因此，开发一种成本低、可靠性好且精度较高的位姿定位方式对促进电动汽车自动充电技术的发展具有重要意义。

因此，为解决上述技术问题，确有必要集中于未来可能存在的应用场景而设计出的一套面向无人驾驶汽车的低成本、高环境适应性的自动充电的解决方案，从而推进无人驾驶汽车的普及进程，本案由此而生。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种成本低廉、环境适应度高、系统可靠性高的无人驾驶电动汽车自动化充电系统，其利用纯物理量传感器和简单算法对自动化充电桩该基础设施进行设计，通过车桩共同协作的方式完成电动汽车的自动化充电对接操作。该种方案不光解决了车充口在一定范围内姿态难以确定的问题，同时在充电桩对车充口进行空间位姿确认的工作流程中让汽车端承担了更多的任务，使其进行主动姿态调整并通过激光信号和近场通信来提供自身空间位置信息。该种方案极大的减轻了自动化充电桩端在对接过程中的工作压力，降低了其硬件成本。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种无人驾驶汽车自动化充电系统，包括安装在汽车端的充电接口姿态检测调整装置、设置在充电桩端的空间坐标获取装置以及对接执行装置；所述充电接口姿态检测调整装置包括三轴云台、安装在三轴云台上的三个舵机、充电接口、蓝牙通信模块，充电接口上安装用于测量俯仰角和横滚角的陀螺仪，充电接口上安装用于测量充电接口至充电桩距离的激光测距传感器，充电接口中心设有激光发射器；所述空间坐标获取装置包括垂直于地面的激光接收矩阵屏幕、单片机以及蓝牙通信模块，激光接收矩阵屏幕包括若干对所在点位坐标进行编码的激光接收管，激光发射器向激光接收矩阵屏幕发射激光，被激光照射到的点位上激光接收管会向单片机反馈所处位置坐标，充电接口至充电桩的距离坐标由激光测距传感器测量获得并通过蓝牙通信模块传输至单片机；所述对接执行装置包括沿丝杆水平移动的步进电机滑台、安装在滑台上的六自由度机械臂、控制机械臂的舵机、安装在机械臂顶部的充电头，单片机根据获取的充电接口空间坐标控制对接装置中的充电头与充电接口对接。