专利名称：电动汽车地槽输电与运行状态信息采集方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车的输电与测控技术，它是该技术领域中一项基础性的重要环节即电动汽车地槽输电与运行状态信息采集方法。
目前在世界范围内，汽车交通基本上仍属于一种“人工型”系统。数以亿计职业或非职业技能相差较为悬殊的驾驶人员驾驶着汽车，共同行驶在同一条道路上；数以千万计的人员进行着汽车交通的管理或服务。汽车交通运行效率低、工作强度大、交通安全问题比较突出，提高汽车交通的自动化水平是解决上述问题的有效措施，汽车的自动驾驶是汽车交通自动化达到较高水平的重要标志。为实现地槽输电式电动汽车的自动驾驶，首先需要解决这类电动汽车运行状态信息的采集问题。
在结构形式上，输电地槽采用混凝土槽形、分段结构，在输电地槽上部两侧或在非屏蔽输电线部位设置有道路信标标记。输电地槽均应有分段排水功能，并与道路主排水沟相连，输电地槽定期用压缩空气清洁。输电地槽有三种类型，隐蔽型、半隐蔽型、开放型，分别适用于不同的输电电压及不同的应用场合，其中隐蔽式地槽输电把对大地具有高电压的输电线设置在输电地槽侧面的隐蔽处，周围对大地具有良好的绝缘。隐蔽式输电地槽适用于高电压地槽输电、线路电耗小、安全性高，适用于城市主干道及公路上。半隐蔽式地槽输电把对大地具有高电压的输电线设置在输电地槽的两侧或中下部，对外用绝缘体遮掩，周围对大地具有良好的绝缘。开放式两极输电的输电线均在地槽的上部，开放式三相输电其中两相输电线在地槽的上部，第三相在地槽的底部，输电线安装时均有绝缘衬垫。由于开放式地槽输电的输电线均暴露在外，通常输送安全电压、适用于较为封闭的局部作业区域。
b)电动汽车地槽输电槽轨的分岔与汇入输电地槽转弯分岔采用“Y”形槽轨的分离方式，电刷机构的转轨采用电磁驱动或牵引驱动方式。输电地槽转弯分岔处的输电地槽分为左侧输电地槽和右侧输电地槽。当电动汽车左转弯时，左侧输电地槽为左转弯输电地槽，右侧输电地槽为直行输电地槽，当电动汽车右转弯时，右侧输电地槽为右转弯输电地槽，左侧输电地槽为直行输电地槽。在输电地槽转弯分岔处的左、右两侧均设置有一对极性反向设置的永磁体，在输电地槽转弯分岔处的前、后两侧均设置有出、入转弯分岔点的道路信标标记。
一般情况下，电动汽车的电刷机构是依靠引导输电地槽汇入正常运行时的输电地槽，引导输电地槽与正常运行时的输电地槽为小偏角自然滑入型结构。引导输电地槽设置在汽车运行线路的侧面，引导输电地槽的起始端具有簸箕形的地槽入口，以利于电刷机构的自然滑入。
c)地槽输电的电刷机构地槽输电的电刷机构，可采用滑撬或滑轮式支撑形式，隐蔽的或半隐蔽的输电线电刷采用电控或弹压形式。地槽输电的电刷机构由电刷托架、电刷电磁做动机构、电刷机构方向角传感器、转弯控制电磁铁、信标传感器、刷架主轴、隐蔽输电线电刷、非隐蔽输电线电刷等部分组成。其中电刷托架为电刷机构的主要载体，由尼龙或其它耐磨的绝缘材料制成，电刷托架、非隐蔽电刷与非隐蔽输电线表面接触，用于承载电刷机构；电刷电磁做动机构用于隐蔽输电电刷触点与隐蔽输电线间的开启或闭合；电刷机构方向角传感器，用于测量输电杆相对于电刷机构的方向偏角；非隐蔽输电线电刷套在电刷托架上，该电刷能方便的更换；转弯控制电磁铁被安装电刷托架内，当施加控制电压使得电磁铁被激励时，所产生的磁场与设置在转弯处输电地槽两侧的永久磁铁磁场相互作用，使得电刷机构偏入相应输电地槽轨道；信标传感器用于检测信标载体所处的状态，以给出预定设置的道路信标信号；刷架主轴是电刷机构的支撑主轴。
隐蔽输电线电刷需要采用自动或人工控制方式对其实行控制，从而使得电刷与输电线良好接触或安全脱离。半隐蔽输电线电刷的弹簧片具有后掠下弯弧形结构，且弹簧片平面位于竖直平面，触点周边具有翘起的滑边，以使电刷可重复上、下拔插而不被损坏，弹簧片具有预应力使电刷与输电线可靠接触。半隐蔽内叉式电刷机构的非屏蔽电刷是一个马鞍形槽，在电刷机构底面中部，在槽的两侧设置有道路信标传感器。
d)电刷机构、输电杆与电动汽车的链接电刷机构是依靠输电杆与电动汽车链接的，输电杆的一端与电刷机构相连，另一端通过有限偏角的万向连接被转接在电动汽车的前轮轴托架的中部，采取特殊的可拆卸输电杆及特殊的输电杆收放装置，也可将输电杆安装在电动汽车的尾部。可通过人工或自动控制方法使得输电杆被锁定于两个稳定状态，即被锁定在正常输电和收起安放两种状态。输电状态中，输电杆可在限定角度内自由的左、右摆动，输电杆可被操纵机构提起或被降落到预设高度，输电杆内既敷设有动力输电线，又敷设有低压控制线、信号线，动力输电线与低压控制线、信号线之间有良好的绝缘和屏蔽，输电杆上还敷设有电刷机构升起和降落牵引索。输电杆方向角传感器被安装在电动汽车的前轮轴托架中点与输电杆的链接位置，用于测量输电杆与电动汽车纵轴在轮轴平面上投影的夹角——输电杆方向偏角。
e)电动汽车地槽输电的控制电动汽车地槽输电的控制主要包括输电杆的控制与电刷机构的控制两部分。电动汽车地槽输电的输电杆控制方式为当需要使电刷机构进入输电地槽时，采用人工操纵机构或自动操纵机构操纵输电杆，使其降落到预定高度，将电刷机构对准引导输电地槽起始端具有簸箕形的地槽入口，通过电刷机构的落下牵引索置电刷机构于落下位置，运用辅助动力并操纵电动汽车前进使电刷机构自然地滑入引导输电地槽；当需要使电刷机构脱离输电地槽时，通过电刷机构的升起牵引索置电刷机构于升起位置，采用人工操纵机构或自动操纵机构操纵输电杆，使输电杆恢复到原来的安装位置。
电动汽车地槽输电电刷机构的控制方式为在电动汽车上，其动力输电回路中应设置有可控硅型开关或电磁开关，而且设置有针对电刷机构的控制装置；在需要使电刷机构进入输电地槽时，在未完成进入输电地槽过程，电刷机构的电刷未正常与输电线接触前，电刷机构控制装置不应使动力输电回路的开关闭合；电刷机构控制装置检测到电刷机构已完成进入输电地槽的过程，电刷机构的电刷已正常与输电线接触后，电刷机构控制装置才使得动力输电回路的开关闭合；在需要使电刷机构脱离输电地槽时，首先应在给定指令的作用下，电刷机构控制装置使得动力输电回路的开关开路；在电动汽车行驶过程中，当电刷机构方向角传感器测得超出预先设定的极限方向偏角时，在电刷机构控制装置的作用下，执行电刷机构脱离输电地槽的控制过程，这个控制过程的步骤是使动力输电回路的开关开路，控制电刷电磁做动机构使得电刷脱离隐蔽输电线、恢复到输电地槽的中间位置，使电刷机构处于升起位置，使输电杆恢复到原始安装位置；在电动汽车行驶过程中，当电刷机构上的杆位传感器测得超出预先设定的极限杆位偏移时，在电刷机构控制装置的作用下，同样执行电刷机构脱离输电地槽的控制过程。在输电地槽分岔转弯的情况下，电刷机构的控制方式为在出、入输电地槽转弯分叉处，应分别设置出、入输电地槽转弯分叉的道路信标，通过设置在电刷机构上的道路信标传感器的检测，同时在给定转弯指令的作用下，电刷机构控制装置使得转弯电磁铁被激励，在转弯电磁铁磁场与输电地槽转弯分叉处两侧永磁体的磁场相互作用下，驱使电刷机构滑入相应输电地槽，完成转弯过程；在输电地槽分岔转弯的情况下，弹压型电刷机构中，电刷机构控制装置使得转弯电磁做动机构动作，驱使转弯导向滑块偏向转弯的一侧，进而使得电刷机构滑入相应的输电地槽，完成转弯过程。
f)地槽输电电动汽车的辅助动力源地槽输电型电动汽车的机动性受到限制，需要设置辅助动力源，可根据机动性、经济性等要求设置相应的辅助动力源。
一种地槽输电型电动汽车自动驾驶所需运行状态信息的采集方法，它包括a)地槽输电型电动汽车自动驾驶需要的信息一般情况下，地槽输电型电动汽车在限定条件下的自动驾驶需要如下几类信息第一地槽输电型电动汽车与道路间的运行状态信息；第二地槽输电型电动汽车与相邻汽车间的运行状态信息；第三地槽输电型电动汽车内部系统状态信息；第四地槽输电型电动汽车与交通监控系统间的交互信息；第五地槽输电型电动汽车与驾驶人员间的交互信息。在这里，称前两类为地槽输电型电动汽车的运行状态信息，称后三类为地槽输电型电动汽车的监控信息。
b)地槽输电型电动汽车相对道路运行状态信息的采集b1)自动驾驶系统小动态范围稳定工作需要提供的运行状态参数自动驾驶地槽输电型电动汽车的运动模型为在理想的情况下，输电地槽轴线为电动汽车的几何平面中心的运动轨迹；一般的情况下，以前轮中心连线的中点为机体控制参考点，其运动轨迹左右偏差及纵、横向运动平顺性应符合预先设定的要求。为此，自动驾驶系统需要提供如下电动汽车运动参数纵向位置、速度、加速度，横向偏离、偏离速度、偏离加速度、汽车纵轴相对输电地槽轴线的方向偏角、偏角速率。通常可以由设置的纵向速度传感器检测纵向运动速度；通过对速度的一次积分获得一定时间间隔行驶的距离、并通过初始位置以确定当前位置；通过对纵向运动速度的一次微分获得纵向运动加速度；通过电刷机构方向角、输电杆的杆长、输电杆相对轮轴平面的俯仰角三项参数，可以确定机体控制参考点相对理想轨迹的横向偏离；通过对横向偏离的一次微分获得偏离速度；前轮旋转平面与前轮中心连线的夹角称操纵角，在地槽输电型电动汽车上安装有操纵角传感器，通过电刷机构方向角、输电杆方向角、操纵角、电动汽车的前后轴距及纵向速度参数可以分别确定无侧滑条件下的横向偏离加速度、方向偏角及偏角速率。
b2)自动驾驶系统大动态范围稳定工作需要提供的运行状态参数一般情况下，地槽输电电动汽车的自动驾驶系统需要在大动态范围、非线性状态下工作，所以仅仅提供纵向位置、速度、加速度，横向偏离、偏离速度、偏离加速度、方向偏角、偏角速率等电动汽车的适时运行状态参数是不够的，还需要向自动驾驶系统提供最近未来一段时间范围内道路环境的变化信息，这是依靠道路信标系统实现的。
地槽输电型电动汽车道路信标系统包括道路信标系统物理结构、道路信标系统数据库数据、道路信标系统软件。道路信标系统物理结构包括设置在输电地槽上部侧面被编码的道路信标标记或载体及电刷机构上的道路信标传感器，存放数据库数据的计算机及输入输出接口等。采用永磁体作为道路信标载体时，永磁体“N”极朝上为正向设置，用代码“1”代表其状态；反之为负向设置，用代码“0”代表其状态；当采用导磁体或导体作为道路信标载体时，以两只信标传感器同时检测到信标载体确定的状态为代码“0”状态；以两只信标传感器只有预定的那只检测到信标载体确定的状态为代码“1”状态。在地槽输电型电动汽车道路信标系统数据库数据结构中，信息编码与《构成计算机管理下地面磁性航线、信标及传感器安装的方法》相同。地槽输电型电动汽车道路信标系统软件主要完成如下任务编译从道路信标载体获取的道路信标代码、从数据库中提取数据、把数据经过处理送入自动驾驶系统或人、机界面设备。
c)地槽输电型电动汽车与相邻汽车间的运行状态信息的采集与传送c1)地槽输电型电动汽车的列队运行通常，地槽输电型电动汽车以列队模式运行，其队列结构由领队、队列成员与守队三部分组成；每组队列都被编码，由交通监控系统通知该队列的领队，代码值由前到后依次为0～255；每个队列成员都被编码，由该队列的领队通知每个成员，代码值由前到后依次为0～255。领队在队首，担任队列的领队、与交通监控系统、队列内及队列间的通讯和队列监控任务；守队在队尾，承担队列监控、与前、后领队间的通讯任务；一般情况下，具有领队资格的队列成员被编排在队列的前部，具有守队资格的队列成员被编排在队列的后部；队列成员间具有由前及后的单向通讯能力，一个队列车辆数量在1～256辆范围内。
C2)相邻汽车间的运行状态信息的采集与传递地槽输电型电动汽车相邻汽车间的运行状态的变化，主要由前方车辆运行状态的变化或自身车辆运行状态的变化引起的。在正常列队运行的情况下，需要控制的目标是合理的车距；车辆操纵行为主要有车速保持、加速、减速、刹车；产生操纵行为的原因主要有以下三类外部命令引起的操纵行为、主动操纵行为、随机故障造成的操纵行为，前两类操纵行为属事前已知的操纵行为，第三类操纵行为的过程也是可测的，上述三类操纵行为由车载监控系统检测和控制，均以信息代码的通讯方式，接受前方车辆送来的操纵行为信息，并把自身操纵行为信息传送给后方车辆。地槽输电型电动汽车相邻汽车间的相对速度及车距的检测，采用《公路交通中车辆列队运行的实现方法》所述的方法。
地槽输电型电动汽车运行状态信息的传递，采用两种通讯方式，即以输电线为传送媒体的载波通讯方式，控制发射功率和使用频率以避免通讯的相互干扰，载波通讯比较适合于速度大于40公里/小时的运行状态；另一种是相邻车辆间的红外线通讯方式，红外线通讯比较适合于速度小于40公里/小时的运行状态。
d)地槽输电型电动汽车的导航地槽输电型电动汽车导航分两种，即人工导航与自动导航，人工导航是应用适时检测运行状态信息、道路信标系统在人、机界面设备提供的导航信息进行人工驾驶的工作模式；自动导航是自动驾驶系统应用适时检测运行状态信息、信标系统提供的导航信息进行自动驾驶的工作模式。
本发明提供的电动汽车地槽输电与运行状态信息采集方法，不占用地表空间资源、输电可靠、成本相对较低，为电动汽车的推广应用、降低环境污染、节约能源及汽车交通的自动化发展提供了有利条件。
图1为隐蔽式输电地槽结构示意图；图2为半隐蔽式输电地槽结构示意图；图3为开放式输电地槽结构示意图；图4为电控型电刷机构示意图的主视图；图5为图4的A-A剖面图6为图4的俯视图；图7为弹压型电刷机构示意图；图8为电刷机构、输电杆、与电动汽车的链接关系示意图；图9为分体式电磁驱动输电地槽槽轨分岔处的结构示意图。
(五)具体实现方式图中1-道路信标标记或载体(磁体或导体)、2-非隐蔽输电线、3-瓷质绝缘体、4-绝缘密封填充物、5-绝缘套罩、6-紧固螺纹杆、7-螺母、8-隐蔽输电线、9-混凝土结构槽、10-防水沟、11-输电线、12-电刷托架、13-电刷电磁做动机构、14-隐蔽输电线引线端子、15-控制线路接插件、16-电刷机构方向角与杆位传感器、17-有限摆角的轴连接器、18-电刷机构的升降连杆、19-输电杆、20-主轴弹簧、21-非隐蔽输电线引线端子、22-非隐蔽输电线电刷、23-电刷防护挡块、24-电刷固定杆、25-电刷弹簧片、26-隐蔽输电线电刷、27-电刷拨杆、28-转弯控制电磁铁、29-道路信标磁(或电涡流)传感器、30-电刷机构升起牵引索、31-电刷机构落下牵引索、32-电刷机构位控弹簧、33-刷架主轴、34-电刷拨杆的恢复弹簧、35-电刷做动压杆、36-转弯电磁做动机构、37-转弯拨杆、38-转弯导向滑块、39-滑块复位弹簧片、40-电动汽车的前轮轴托架、41-输电杆方向角传感器、42-电刷机构、43-左侧永磁体、44-左侧输电地槽、45-右侧输电地槽、46-右侧永磁体。
A.电动汽车的地槽输电方法的实现本发明提供的电动汽车的地槽输电方法的实现，包括如图1所示的隐蔽式输电地槽或如图2所示的半隐蔽式输电地槽，如图9所示的分体式电磁驱动输电地槽槽轨分岔处的结构设置，如图4、图5、图6所示的电控型电刷机构或如图7所示的弹压式电刷机构，如图8所示的电刷机构、输电杆、与电动汽车的链接设置，以及输电杆19的收、放装置和电动汽车地槽输电的控制装置等部分。
输电地槽的槽体是一个混凝土结构槽9，道路信标标记或载体1与非隐蔽输电线2被设置在输电地槽的上部；非隐蔽输电线2连接大地，它与电刷机构42中的非隐蔽输电线电刷22滑动接触，并承载电刷机构；隐蔽输电线8被设置在输电地槽的下部两侧，用瓷质绝缘体3与混凝土结构槽9绝缘。
电刷机构42中的电刷托架12为电刷机构的主要载体，由尼龙或其它耐磨的绝缘材料制成，电刷托架12与输电杆19间是有限偏角的万向连接；电刷电磁做动机构13通过电刷拨杆27拨动电刷弹簧片25，使电刷触点26与隐蔽地槽输电线8间开启或闭合；隐蔽输电线引线端子14与电刷固定杆24相连；控制线路接插件15用于转接下述低压电器电路电刷电磁做动机构13的控制电路、转弯控制电磁铁28的电路、电刷机构方向偏角及杆位传感器16的电路、道路信标传感器29的电路；电刷机构方向角及杆位传感器16用于测量输电杆19与电刷机构42之间的方向偏角及刷架主轴33的上下位置；有限摆角的轴连接器17使电刷机构42具有限定角度的倾斜摆动自由度；电刷机构的升降连杆18通过系在小孔上的牵引索30，被用于电刷机构42的收起；地槽输电式电动汽车通过输电杆19牵引电刷机构42，并通过敷设在输电杆19里面的动力电缆向电动汽车输送电力、通过低压电缆传递控制信号、传感器信号；主轴弹簧20用于减小电刷机构42产生的震动；非隐蔽输电线引线端子21与非隐蔽输电线电刷22相连，用于转接输电线；非隐蔽输电线电刷22套在电刷托架12上，该电刷能方便的更换；当电刷机构42被意外的拖出输电地槽时，电刷防护挡块23可防护后面的电刷免造损坏；电刷固定杆24用于隐蔽输电线电刷26的安装，隐蔽输电线电刷26可方便的从电刷固定杆24上拆下更换；电刷弹簧片25沿宽度方向被扭转呈正交形式，可减轻或防止电刷机构42被意外地拖出输电地槽时对电刷造成的损坏；隐蔽输电线电刷26的触点被安装在电刷弹簧片25上；电刷拨杆27用于拨动电刷；转弯控制电磁铁28被安装在电刷托架12内，当施加控制电压使得电磁铁28被激励时，所产生的磁场与设置在转弯处输电地槽两侧的永久磁铁磁场相互作用，使得电刷机构42偏入相应输电地槽轨道；道路信标磁(或电涡流)传感器29用于检测设置在输电地槽上部侧面的道路信标标记或载体1所处的状态，以给出预定设置的道路信标信号；电刷机构升起牵引索30用于在手动或电动的作用下从输电地槽将其拉起；刷架落下牵引索31用于在手动或电动的作用下，使电刷机构42进入输电地槽；电刷机构位控弹簧32用于稳定电刷机构42的位置；刷架主轴33是电刷机构42的支撑主轴，与电刷托架12固连。
电动汽车地槽输电的控制装置包括输电杆控制装置和电刷机构控制装置两部分，设置在电动汽车上。通过敷设在输电杆19中的控制、信号总线分别与电刷电磁做动机构13的电路、转弯控制电磁铁28的电路、电刷机构方向偏角及杆位传感器16的电路、道路信标传感器29的电路、输电杆方向角传感器41的电路相连。电动汽车地槽输电的控制装置，按照技术方案中电动汽车地槽输电的控制要求，对输电杆19和电刷机构42进行控制。
B.地槽输电型电动汽车自动驾驶所需运行状态信息的采集方法(同技术方案)
权利要求
1.一种电动汽车的地槽输电方法，其特征在于它包括地槽输电的基本形式，电动汽车地槽输电槽轨的分岔与汇入，地槽输电的电刷机构，电刷机构、输电杆与电动汽车的链接，电动汽车地槽输电的控制以及地槽输电电动汽车的辅助动力源等部分，其中a)地槽输电的基本形式地槽输电基本形式为两极输电，也可实现三相交流输电或不接地两极输电，基本的两极输电形式为在输电地槽上部的开口部位设置非隐蔽输电线，通常是连接大地的零电位输电线；在输电地槽下部，是另一极输电线；在三相交流输电的情况下，输电地槽上部的开口部位，是连接大地的零电位相输电线，在输电地槽下部两侧，分别是另外两相输电线；在不接地两极输电的情况下，输电地槽上部的开口部位，是连接大地的零电位车体搭地线，在输电地槽下部两侧，分别是不接地的两极输电线在结构形式上，输电地槽采用混凝土槽形、分段结构，在输电地槽上部两侧或在非屏蔽输电线部位设置有道路信标标记，输电地槽均应有分段排水功能，并与道路主排水沟相连，输电地槽定期用压缩空气清洁，输电地槽有三种类型，隐蔽型、半隐蔽型、开放型，分别适用于不同的输电电压及不同的应用场合，其中隐蔽式地槽输电把对大地具有高电压的输电线设置在输电地槽侧面的隐蔽处，周围对大地具有良好的绝缘；隐蔽式输电地槽适用于高电压地槽输电、线路电耗小、安全性高，适用于城市主干道及公路上；半隐蔽式地槽输电把对大地具有高电压的输电线设置在输电地槽的两侧或中下部，对外用绝缘体遮掩，周围对大地具有良好的绝缘；开放式两极输电的输电线均在地槽的上部，开放式三相输电其中两相输电线在地槽的上部，第三相在地槽的底部，输电线安装时均有绝缘衬垫，由于开放式地槽输电的输电线均暴露在外，通常输送安全电压、适用于较为封闭的局部作业区域b)电动汽车地槽输电槽轨的分岔与汇入输电地槽转弯分岔采用“Y”形槽轨的分离方式，电刷机构的转轨采用电磁驱动或牵引驱动方式，输电地槽转弯分岔处的输电地槽分为左侧输电地槽和右侧输电地槽，当电动汽车左转弯时，左侧输电地槽为左转弯输电地槽，右侧输电地槽为直行输电地槽，当电动汽车右转弯时，右侧输电地槽为右转弯输电地槽，左侧输电地槽为直行输电地槽，在输电地槽转弯分岔处的左、右两侧均设置有一对极性反向设置的永磁体，在输电地槽转弯分岔处的前、后两侧均设置有出、入转弯分岔点的道路信标标记一般情况下，电动汽车的电刷机构是依靠引导输电地槽汇入正常运行时的输电地槽，引导输电地槽与正常运行时的输电地槽为小偏角自然滑入型结构，引导输电地槽设置在汽车运行线路的侧面，引导输电地槽的起始端具有簸箕形的地槽入口，以利于电刷机构的自然滑入c)地槽输电的电刷机构地槽输电的电刷机构，可采用滑撬或滑轮式支撑形式，隐蔽的或半隐蔽的输电线电刷采用电控或弹压形式，地槽输电的电刷机构由电刷托架、电刷电磁做动机构、电刷机构方向角传感器、转弯控制电磁铁、信标传感器、刷架主轴、隐蔽输电线电刷、非隐蔽输电线电刷等部分组成，其中电刷托架为电刷机构的主要载体，由尼龙或其它耐磨的绝缘材料制成，电刷托架、非隐蔽电刷与非隐蔽输电线表面接触，用于承载电刷机构；电刷电磁做动机构用于隐蔽输电电刷触点与隐蔽输电线间的开启或闭合；电刷机构方向角传感器，用于测量输电杆相对于电刷机构的方向偏角；非隐蔽输电线电刷套在电刷托架上，该电刷能方便的更换；转弯控制电磁铁被安装电刷托架内，当施加控制电压使得电磁铁被激励时，所产生的磁场与设置在转弯处输电地槽两侧的永久磁铁磁场相互作用，使得电刷机构偏入相应输电地槽轨道；信标传感器用于检测信标载体所处的状态，以给出预定设置的道路信标信号；刷架主轴是电刷机构的支撑主轴隐蔽输电线电刷需要采用自动或人工控制方式对其实行控制，从而使得电刷与输电线良好接触或安全脱离，半隐蔽输电线电刷的弹簧片具有后掠下弯弧形结构，且弹簧片平面位于竖直平面，触点周边具有翘起的滑边，以使电刷可重复上、下拔插而不被损坏，弹簧片具有预应力使电刷与输电线可靠接触，半隐蔽内叉式电刷机构的非屏蔽电刷是一个马鞍形槽，在电刷机构底面中部，在槽的两侧设置有道路信标传感器d)电刷机构、输电杆与电动汽车的链接电刷机构是依靠输电杆与电动汽车链接的，输电杆的一端与电刷机构相连，另一端通过有限偏角的万向连接被转接在电动汽车的前轮轴托架的中部，采取特殊的可拆卸输电杆及特殊的输电杆收放装置，也可将输电杆安装在电动汽车的尾部，可通过人工或自动控制方法使得输电杆被锁定于两个稳定状态，即被锁定在正常输电和收起安放两种状态，输电状态中，输电杆可在限定角度内自由的左、右摆动，输电杆可被操纵机构提起或被降落到预设高度，输电杆内既敷设有动力输电线，又敷设有低压控制线、信号线，动力输电线与低压控制线、信号线之间有良好的绝缘和屏蔽，输电杆上还敷设有电刷机构升起和降落牵引索，输电杆方向角传感器被安装在电动汽车的前轮轴托架中点与输电杆的链接位置，用于测量输电杆与电动汽车纵轴在轮轴平面上投影的夹角——输电杆方向偏角e)电动汽车地槽输电的控制电动汽车地槽输电的控制主要包括输电杆的控制与电刷机构的控制两部分，电动汽车地槽输电的输电杆控制方式为当需要使电刷机构进入输电地槽时，采用人工操纵机构或自动操纵机构操纵输电杆，使其降落到预定高度，将电刷机构对准引导输电地槽起始端具有簸箕形的地槽入口，通过电刷机构的落下牵引索置电刷机构于落下位置，运用辅助动力并操纵电动汽车前进使电刷机构自然地滑入引导输电地槽；当需要使电刷机构脱离输电地槽时，通过电刷机构的升起牵引索置电刷机构于升起位置，采用人工操纵机构或自动操纵机构操纵输电杆，使输电杆恢复到原来的安装位置电动汽车地槽输电电刷机构的控制方式为在电动汽车上，其动力输电回路中应设置有可控硅型开关或电磁开关，而且设置有针对电刷机构的控制装置；在需要使电刷机构进入输电地槽时，在未完成进入输电地槽过程，电刷机构的电刷未正常与输电线接触前，电刷机构控制装置不应使动力输电回路的开关闭合；电刷机构控制装置检测到电刷机构已完成进入输电地槽的过程，电刷机构的电刷已正常与输电线接触后，电刷机构控制装置才使得动力输电回路的开关闭合；在需要使电刷机构脱离输电地槽时，首先应在给定指令的作用下，电刷机构控制装置使得动力输电回路的开关开路；在电动汽车行驶过程中，当电刷机构方向角传感器测得超出预先设定的极限方向偏角时，在电刷机构控制装置的作用下，执行电刷机构脱离输电地槽的控制过程，这个控制过程的步骤是使动力输电回路的开关开路，控制电刷电磁做动机构使得电刷脱离隐蔽输电线、恢复到输电地槽的中间位置，使电刷机构处于升起位置，使输电杆恢复到原始安装位置；在电动汽车行驶过程中，当电刷机构上的杆位传感器测得超出预先设定的极限杆位偏移时，在电刷机构控制装置的作用下，同样执行电刷机构脱离输电地槽的控制过程，在输电地槽分岔转弯的情况下，电刷机构的控制方式为在出、入输电地槽转弯分叉处，应分别设置出、入输电地槽转弯分叉的道路信标，通过设置在电刷机构上的道路信标传感器的检测，同时在给定转弯指令的作用下，电刷机构控制装置使得转弯电磁铁被激励，在转弯电磁铁磁场与输电地槽转弯分叉处两侧永磁体的磁场相互作用下，驱使电刷机构滑入相应输电地槽，完成转弯过程；在输电地槽分岔转弯的情况下，弹压型电刷机构中，电刷机构控制装置使得转弯电磁做动机构动作，驱使转弯导向滑块偏向转弯的一侧，进而使得电刷机构滑入相应的输电地槽，完成转弯过程f)地槽输电电动汽车的辅助动力源地槽输电型电动汽车的机动性受到限制，需要设置辅助动力源，可根据机动性、经济性等要求设置相应的辅助动力源
2.一种地槽输电型电动汽车自动驾驶所需运行状态信息的采集方法，其特征在于它包括地槽输电型电动汽车相对道路运行状态信息的采集、地槽输电型电动汽车与相邻汽车间的运行状态信息的采集与传送、地槽输电型电动汽车的导航等部分，其中a)地槽输电型电动汽车自动驾驶需要的信息一般情况下，地槽输电型电动汽车在限定条件下的自动驾驶需要如下几类信息第一地槽输电型电动汽车与道路间的运行状态信息；第二地槽输电型电动汽车与相邻汽车间的运行状态信息；第三地槽输电型电动汽车内部系统状态信息；第四地槽输电型电动汽车与交通监控系统间的交互信息；第五地槽输电型电动汽车与驾驶人员间的交互信息，在这里，称前两类为地槽输电型电动汽车的运行状态信息，称后三类为地槽输电型电动汽车的监控信息b)地槽输电型电动汽车相对道路运行状态信息的采集b1)自动驾驶系统小动态范围稳定工作需要提供的运行状态参数自动驾驶地槽输电型电动汽车的运动模型为在理想的情况下，输电地槽轴线为电动汽车的几何平面中心的运动轨迹；一般的情况下，以前轮中心连线的中点为机体控制参考点，其运动轨迹左右偏差及纵、横向运动平顺性应符合预先设定的要求，为此，自动驾驶系统需要提供如下电动汽车运动参数纵向位置、速度、加速度，横向偏离、偏离速度、偏离加速度、汽车纵轴相对输电地槽轴线的方向偏角、偏角速率，通常可以由设置的纵向速度传感器检测纵向运动速度；通过对速度的一次积分获得一定时间间隔行驶的距离、并通过初始位置以确定当前位置；通过对纵向运动速度的一次微分获得纵向运动加速度；通过电刷机构方向角、输电杆的杆长、输电杆相对轮轴平面的俯仰角三项参数，可以确定机体控制参考点相对理想轨迹的横向偏离；通过对横向偏离的一次微分获得偏离速度；前轮旋转平面与前轮中心连线的夹角称操纵角，在地槽输电型电动汽车上安装有操纵角传感器，通过电刷机构方向角、输电杆方向角、操纵角、电动汽车的前后轴距及纵向速度参数可以分别确定无侧滑条件下的横向偏离加速度、方向偏角及偏角速率b2)自动驾驶系统大动态范围稳定工作需要提供的运行状态参数一般情况下，地槽输电电动汽车的自动驾驶系统需要在大动态范围、非线性状态下工作，所以仅仅提供纵向位置、速度、加速度，横向偏离、偏离速度、偏离加速度、方向偏角、偏角速率等电动汽车的适时运行状态参数是不够的，还需要向自动驾驶系统提供最近未来一段时间范围内道路环境的变化信息，这是依靠道路信标系统实现的地槽输电型电动汽车道路信标系统包括道路信标系统物理结构、道路信标系统数据库数据、道路信标系统软件，道路信标系统物理结构包括设置在输电地槽上部侧面被编码的道路信标标记或载体及电刷机构上的道路信标传感器，存放数据库数据的计算机及输入输出接口等，采用永磁体作为道路信标载体时，永磁体“N”极朝上为正向设置，用代码“1”代表其状态；反之为负向设置，用代码“0”代表其状态；当采用导磁体或导体作为道路信标载体时，以两只信标传感器同时检测到信标载体确定的状态为代码“0”状态；以两只信标传感器只有预定的那只检测到信标载体确定的状态为代码“1”状态，在地槽输电型电动汽车道路信标系统数据库数据结构中，信息编码与《构成计算机管理下地面磁性航线、信标及传感器安装的方法》相同，地槽输电型电动汽车道路信标系统软件主要完成如下任务编译从道路信标载体获取的道路信标代码、从数据库中提取数据、把数据经过处理送入自动驾驶系统或人、机界面设备c)地槽输电型电动汽车与相邻汽年间的运行状态信息的采集与传送c1)地槽输电型电动汽车的列队运行通常，地槽输电型电动汽车以列队模式运行，其队列结构由领队、队列成员与守队三部分组成；每组队列都被编码，由交通监控系统通知该队列的领队，代码值由前到后依次为0～255；每个队列成员都被编码，由该队列的领队通知每个成员，代码值由前到后依次为0～255；领队在队首，担任队列的领队、与交通监控系统、队列内及队列间的通讯和队列监控任务；守队在队尾，承担队列监控、与前、后领队间的通讯任务；一般情况下，具有领队资格的队列成员被编排在队列的前部，具有守队资格的队列成员被编排在队列的后部；队列成员间具有由前及后的单向通讯能力，一个队列车辆数量在1～256辆范围内C2)相邻汽车间的运行状态信息的采集与传递地槽输电型电动汽车相邻汽车间的运行状态的变化，主要由前方车辆运行状态的变化或自身车辆运行状态的变化引起的，在正常列队运行的情况下，需要控制的目标是合理的车距；车辆操纵行为主要有车速保持、加速、减速、刹车；产生操纵行为的原因主要有以下三类外部命令引起的操纵行为、主动操纵行为、随机故障造成的操纵行为，前两类操纵行为属事前已知的操纵行为，第三类操纵行为的过程也是可测的，上述三类操纵行为由车载监控系统检测和控制，均以信息代码的通讯方式，接受前方车辆送来的操纵行为信息，并把自身操纵行为信息传送给后方车辆，地槽输电型电动汽车相邻汽车间的相对速度及车距的检测，采用《公路交通中车辆列队运行的实现方法》所述的方法地槽输电型电动汽车运行状态信息的传递，采用两种通讯方式，即以输电线为传送媒体的载波通讯方式，控制发射功率和使用频率以避免通讯的相互干扰，载波通讯比较适合于速度大于40公里/小时的运行状态；另一种是相邻车辆间的红外线通讯方式，红外线通讯比较适合于速度小于40公里/小时的运行状态d)地槽输电型电动汽车的导航地槽输电型电动汽车导航分两种，即人工导航与自动导航，人工导航是应用适时检测运行状态信息、道路信标系统在人、机界面设备提供的导航信息进行人工驾驶的工作模式；自动导航是自动驾驶系统应用适时检测运行状态信息、信标系统提供的导航信息进行自动驾驶的工作模式。
全文摘要
本发明提供了一种电动汽车地槽输电与运行状态信息采集方法，属于电动汽车的输电与测控技术，它通过可控制电刷机构和车体下部的输电杆，沿运行线路铺设的输电地槽向运行中的电动汽车输电。它采用传感器适时检测与信标信息相结合的方法，并且采用列队运行和运行信息通告的方式，满足了大动态范围、非线性过程中自动控制系统对运行状态信息的需求。本发明可以满足电动汽车、环境对输电系统的要求，以及地槽输电型电动汽车自动驾驶系统对运行状态信息的需要，且不占用地表空间资源。该项技术方案为电动汽车的推广应用、降低环境污染、节约能源及汽车交通的自动化发展提供了有利条件。
文档编号B60M1/30GK1463868SQ0212297
公开日2003年12月31日 申请日期2002年6月14日 优先权日2002年6月14日
发明者李善伯 申请人:李善伯