本发明涉及电动汽车充电设备领域，具体涉及一种基于机器学习的电动车太阳能充电装置。
背景技术：
近年来，国家一直倡导“新能源”的发展，一方面从保护环境的角度考虑，是为了减少燃油车排放废气对大气的污染，另一方面是为了节约能源，充分利用自然资源。新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的具有先进技术和结构的汽车。与传统的汽车相比，新能源汽车的废气排放量较低。
目前，在市场上普遍销售的是电动汽车，其采用单一蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。为了扩大电动汽车的普及，需要大量建设用于对电动汽车能源进行充电的基础设施。但是现有的电动汽车充电设备(即充电桩)均采用有线连接方式进行充电，使得汽车在充电时无法移动，且为了保证续航的持久性，充电操作的耗时较长；另外，由于现有的充电桩为固定在路边的公用设备，使得其无法随汽车一起移动。基于上述诸多问题，导致现有的充电桩还无法更好地满足公共需求。
为了解决上述技术问题，许多企业研发了无线充电设备，即采用电磁感应技术在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端，以实现充电设备与汽车的无线连接；但是，由于各汽车生产厂商没有构建统一的无线充电标准，以及无线连接的充电效率远远低于铜线连接的充电效率，使得无线充电方式还无法普及；另一种研究方向是采用太阳能充电技术替代传统的充电桩，其基本原理大致相同，即都是在车体上搭载太阳能充电设备，利用太阳能电池板将光能转化成电能，从而实现车载电池的充电功能。但是，由于现有的太阳能电池板的能量转化效率并不高，需要大面积铺设面板以提高电能转化量；而对于家用汽车而言，在标准面积的停车位上根本没有足够的空间以满足电池板铺设的条件，从而导致现有的太阳能充电设备的充电效率较低。
技术实现要素：
本发明的目的在于，为克服现有的汽车太阳能充电设备受空间环境的限制而无法大面积铺设，从而导致其充电效率较低的技术问题，提供一种基于机器学习的电动车太阳能充电装置，利用本发明的装置能够在不占中过多空间的同时，提高了电动汽车的充电功率，减少了充电时长。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于机器学习的电动车太阳能充电装置，其特征在于，包括：太阳能电池板(1)、折叠支架(2)、控制器(3)和神经网络模型；所述折叠支架(2)的底部与车顶固定，其顶部分布有若干块相互铰接的太阳能电池板(1)，该折叠支架(2)通过执行收缩或伸展动作，以驱动任意两个相邻的太阳能电池板(1)相互折叠或展开；
所述神经网络模型用于输入电动车gps信息、光照信息和天文信息，输出展开指令；
所述的控制器(3)固定于折叠支架(2)上，用于根据神经网络模型输出的展开指令控制折叠支架(2)的运行；所述太阳能电池板(1)的电能输出端与电动车(5)的供电设备连接；
所述折叠支架(2)包括：支撑柱(201)、底座(202)、折叠杆(203)、驱动电机(204)和转台(4)；所述支撑柱(201)的底部通过底座(202)与车顶固定，其顶部设置有驱动电机(204)，所述的驱动电机(204)连接有一转轴(205)，并沿该转轴(205)穿设有呈扇形分布的若干个折叠杆(203)，任意两个相邻的折叠杆(203)之间均铰接有一块太阳能电池板(1)，通过驱动各折叠杆(203)沿转轴(205)转动，使得太阳能电池板(1)相互折叠或展开；所述控制器(3)的信号输出端与驱动电机(204)连接，用于控制驱动电机(204)的运行；
所述的转台(4)设置于驱动电机(204)与支撑柱(201)之间；该转台(4)包括固定架(401)、转动杆(402)、转动伺服电机(403)、仰角斜轴(404)和旋转伺服电机(405)；
所述的旋转伺服电机(405)支撑于支撑柱(201)的顶部，所述的仰角斜轴(404)固定于旋转伺服电机(405)上，该仰角斜轴(404)上设有转动伺服电机(403)，所述的固定架(401)沿仰角斜轴(404)的轴线方向搭设于仰角斜轴(404)的上方，用于固定驱动电机(204)；所述转动杆(402)的一端与固定架(401)固定，其另一端套设于仰角斜轴(404)上，并通过转动伺服电机(403)驱使该转动杆(402)围绕仰角斜轴(404)转动；
所述控制器(3)连接转动伺服电机(403)和旋转伺服电机(405)，该控制器(3)通过神经网络模型控制转动伺服电机(403)和旋转伺服电机(405)分别执行转动杆(402)的方位角转动和仰角斜轴(404)的仰角转动，使得太阳光线保持垂直入射在太阳能电池板(1)上。
优选地，所述神经网络模型的学习方法包括：获取电动车gps信息、光照信息和天文信息中的太阳运行数据；根据电动车gps信息与太阳运行数据得到电动车当前位置的太阳运行轨迹；根据太阳运行轨迹以及当前的光照信息，采用线性回归算法，得到展开指令。
优选地，所述支撑柱(201)的底部设置有摆动轴(206)，所述的摆动轴(206)架设在底座(202)上方，通过连接的摆动电机驱动该摆动轴(206)转动，使得支撑柱(201)沿竖直平面摆动至水平位置或竖直位置。
优选地，所述的转台(4)还包括锁定部件(406)，所述的锁定部件(406)套设于仰角斜轴(404)上，并与转动杆(402)连接，该锁定部件(406)通过控制器(3)控制其锁定转动杆(402)的方位角位置。
进一步，该电动车太阳能充电装置还包括速度感应器和光照强度感应器；所述速度感应器和光照强度感应器的数据输出端均与控制器(3)连接，所述的速度感应器用于感应汽车的速度，并将测量获得的速度值发送至控制器(3)，所述的光照强度感应器用于感应汽车顶部的光照强度，并将测量获得的光照强度值发送至控制器(3)；当控制器(3)判定速度感应器测量的速度值不为零，或判定光照强度感应器测量的光照强度值低于设定阈值时，控制折叠支架(2)收缩，同时控制转台(4)转动至初始状态；当控制器(3)判定速度感应器测量的速度值为零，且同时满足判定光照强度感应器测量的光照强度值高于设定阈值时，控制折叠支架(2)展开。
本发明的一种基于机器学习的电动车太阳能充电装置优点在于：
本发明的装置通过将太阳能电池板设置在车辆顶部，使得本装置无需占用公共用地，同时可根据充电需要铺设任意面积的太阳能电池板，提高了电动汽车的充电功率，减少了充电时长；通过设置的折叠支架将太阳能电池板铰接固定在一起，实现了电池板的折叠与展开功能；从而进一步减小了装置占用的空间，并起到了电池板的保护效果。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的基于机器学习的电动车太阳能充电装置俯视图；
图2为本发明实施例一中提供的基于机器学习的电动车太阳能充电装置侧视图；
图3为本发明实施例二中提供的基于机器学习的电动车太阳能充电装置侧视图。
附图标记
1、太阳能电池板2、折叠支架201、支撑柱
202、底座203、折叠杆204、驱动电机
205、转轴206、摆动轴3、控制器
4、转台401、固定架402、转动杆
403、转动伺服电机404、仰角斜轴405、旋转伺服电机
406、锁定部件5、电动车
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种基于机器学习的电动车太阳能充电装置进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于机器学习的电动车太阳能充电装置，该装置具体包括：太阳能电池板1、折叠支架2、控制器3(图2中所示)和神经网络模型；所述折叠支架2的底部与电动车5的车顶固定，其顶部分布有若干块相互铰接的太阳能电池板1，该折叠支架2通过执行收缩或伸展动作，以驱动任意两个相邻的太阳能电池板1相互折叠或展开；控制器(3)固定于折叠支架(2)上，用于根据神经网络模型输出的展开指令控制折叠支架(2)的运行；所述太阳能电池板1的电能输出端与电动车5的供电设备连接(未图示)，用于将光电转换后产生的电能输出给供电设备。
由于电动车能够使用的公共空间有限，而利用太阳能给蓄电池充电时需要足够的空间，用于铺设太阳能电池板；考虑到上述问题，本发明将太阳能电池板设置在车辆的顶部，使得该充电装置不占用公共用地，同时可根据需要铺设任意面积的太阳能电池板。该装置还通过设置的折叠支架将太阳能电池板铰接固定在一起，实现折叠与展开功能；当需要充电时，控制折叠支架展开太阳能电池板，此时的电池板在吸收光能的同时可以为车辆遮风挡雨，当不需要充电或充满电时，控制折叠支架将电池板相互折叠在一起，从而大大减小了装置占用的空间，并起到了电池板的保护效果。
实施例一
基于上述结构的电动车太阳能充电装置，如图2所示，在本实施例中，所述的折叠支架2包括：支撑柱201、底座202、折叠杆203和驱动电机204；所述支撑柱201的底部通过底座202与车顶固定，其顶部设置有驱动电机204，所述的驱动电机204连接有一转轴205，并沿该转轴205穿设有呈扇形分布的若干个折叠杆203，如图1所示，任意两个相邻的折叠杆203之间均铰接有一块太阳能电池板1，所述的折叠杆203与太阳能电池板1之间可采用合页铰接在一起；通过驱动各折叠杆203沿转轴205转动，使得太阳能电池板1相互折叠或展开；所述控制器3的信号输出端与驱动电机204连接，用于控制驱动电机204的运行。
利用本实施例的上述装置实现充电功能的具体操作过程为：
当需要给电动车的蓄电池充电时，利用控制器3控制驱动电机204始终沿同一时针方向转动，从而带动各折叠杆203沿转轴205依次转动，使得两块相邻的太阳能电池板1从水平叠放的状态逐渐打开，直至两块太阳能电池板1展开至同一平面上，待所有的太阳能电池板均展开后，在折叠支架的顶部会形成一圆面的电池板(如图1所示)，用于接收太阳能；当不需要充电或蓄电池已充满电时，同样利用控制器3控制驱动电机204沿另一个时针方向转动，带动各折叠杆203沿转轴205依次转动，使得两块相邻的太阳能电池板1相互靠近，从水平展开状态逐渐折叠到一起，待所有的太阳能电池板1均叠放在一起后，从折叠支架的上方仅能看到位于支架顶部的折叠杆203和其中一个太阳能电池板1。
另外，所述的控制器3可通过无线传输方式与用户的终端设备连接，以便于随时对控制器3进行操控。太阳能电池板的铺设面积可设计为车辆俯视面积的一到四倍，具体展开面积根据使用时车辆停放的环境而定。
实施例二
本实施例与实施例一相比，其不同之处在于：在本实施例的折叠支架上，还设置有摆动轴。
如图3所示，所述支撑柱201的底部设置有摆动轴206，所述的摆动轴206架设在底座202上方，通过连接的摆动电机(未图示)驱动该摆动轴206转动，使得支撑柱201沿竖直平面摆动至水平位置或竖直位置。
在本实施例中，图3中示出的转台结构，该转台4设置于驱动电机204与支撑柱201之间；所述的转台4包括：固定架401、转动杆402、转动伺服电机403、仰角斜轴404和旋转伺服电机405；
所述的旋转伺服电机405支撑于支撑柱201的顶部，所述的仰角斜轴404固定于旋转伺服电机405上，该仰角斜轴404上设有转动伺服电机403，所述的固定架401沿仰角斜轴404的轴线方向搭设于仰角斜轴404的上方，用于固定驱动电机204；所述转动杆402的一端与固定架401固定，其另一端套设于仰角斜轴404上，并通过转动伺服电机403驱使该转动杆402围绕仰角斜轴404转动；所述的控制器3连接转动伺服电机403和旋转伺服电机405，该控制器3通过设定的太阳运行轨迹控制转动伺服电机403和旋转伺服电机405分别执行转动杆402的方位角转动和仰角斜轴404的仰角转动，使得太阳光线保持垂直入射在太阳能电池板1上。
本发明通过配置上述折叠支架，并通过太阳光传感器控制转动伺服电机403和旋转伺服电机405分别执行转动杆402的方位角转动和仰角斜轴404的仰角转动，以确保太阳光线始终保持垂直入射在太阳能电池板上，从而提高太阳能电池板的光能利用率。经实验表明，本发明的具有光线跟踪功能的充电装置比传统的固定式太阳能接收装置的光能利用率高五倍左右。
如图3所示，本实施例中的转台4还可设置有锁定部件406，所述的锁定部件406套设于仰角斜轴404上，并与转动杆402连接，该锁定部件406通过控制器3控制其锁定转动杆402的方位角位置。
对于车载太阳能电池板的开启一般需要符合两个条件，一方面是对车速的限定，从安全的角度考虑，汽车在移动的过程中不能开启太阳能电池板，另一方面是对光照强度的限定，只有光照达到一定程度时电池板才能有效吸收光能。为了实现车速和光照强度的监测，并以监测值为依据实时控制装置的运行，本发明的装置还可设置有速度感应器和光照强度感应器，所述速度感应器和光照强度感应器的数据输出端(未图示)均与控制器3连接，所述的速度感应器用于感应汽车的速度，并将测量获得的速度值发送至控制器3，所述的光照强度感应器用于感应汽车顶部的光照强度，并将测量获得的光照强度值发送至控制器3。
当控制器3判定速度感应器测量的速度值不为零(即汽车在移动状态)，或判定光照强度感应器测量的光照强度值低于设定阈值(例如阴天)时，控制折叠支架2收缩，同时控制转台4转动至初始状态；
当控制器3判定速度感应器测量的速度值为零(即汽车在静止状态)，且同时满足判定光照强度感应器测量的光照强度值高于设定阈值时，控制折叠支架2展开，同时控制转台4根据设定的太阳运行轨迹转动。
所述的速度感应器可采用传统的光电式测速仪实现测速功能，在车身的四个方向上均可安装有光电式测速仪，这种光电式测速仪是通过激光发射口对着被测物发射激光，经反射到摄像接收端口，通过对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在该一时段内被测物体的移动距离，从而得到该被测物体的移动速度。
所述的光照强度感应器是利用光电感应效应，将光照强度值转为电压值进行测量，在本实施例中可采用对弱光具有较高灵敏度的硅兰光伏探测器作为光照强度感应器。
其中神经网络模型的学习方法包括：
获取电动车gps信息、光照信息和天文信息中的太阳运行数据；具体地，电动车gps可以有车载gps设备得到当前电动车的经纬度信息，光照信息可以由太阳光传感器得到光照的强度信息，天文信息中的太阳运行数据是根据天文公式计算太阳在一天内的运行轨迹。
根据电动车gps信息与太阳运行数据得到电动车当前位置的太阳运行轨迹；将电动车的经纬度信息输入到太阳运行数据中，得到电动车当前位置的太阳运行轨迹。
根据太阳运行轨迹以及当前的光照信息，采用线性回归算法，得到展开指令。具体地，太阳光传感器采集当前的光照强度，若光照强度超过预设的阈值，则判断当前太阳的方位，若方位过低，则不输出展开指令，若当前太阳的方位达到阈值，则输出展开指令；若光照强度低于预设的阈值，则判断当前太阳的方位是否超过阈值，若超过阈值，则输出展开指令，若未超过阈值，则不输出展开指令。
利用本实施例的上述装置实现充电功能的具体操作过程为：
当需要给电动车的蓄电池充电时，首先，通过控制器3驱动摆动电机运行，使得支撑柱201随摆动轴206一起运动，由水平状态摆动至直立状态。
然后利用控制器3控制驱动电机204始终沿同一时针方向转动，从而带动各折叠杆203沿转轴205依次转动，使得两块相邻的太阳能电池板1从水平叠放的状态逐渐打开，直至两块太阳能电池板1展开至同一平面上，待所有的太阳能电池板均展开后，根据天文公式计算太阳在一天内的运行轨迹，按时间程序控制算法控制转动伺服电机403和旋转伺服电机405分别执行转动杆402的方位角转动和仰角斜轴404的仰角转动。在本实施例中，所述的转台从正东方向(即初始状态)开始转动，以每小时15°在0°到180°范围内向正西方向转动，在转动到某个位置时，可通过锁定部件406锁定转动杆3，以限定固定架401的方位，追踪到太阳方位角，同时控制仰角斜轴404的仰角转动方向，使得太阳光线始终保持垂直入射在太阳能电池板1上。当然有很多时候太阳光传感器会检测太阳的方向，通过太阳光传感器检测到的太阳方向，控制器调整摆动电机运行。
当不需要充电或蓄电池已充满电时，利用控制器3控制驱动电机204沿另一个时针方向转动，带动各折叠杆203沿转轴205依次转动，使得两块相邻的太阳能电池板1相互靠近，从水平展开状态逐渐折叠到一起，待所有的太阳能电池板1均叠放在一起后，进一步通过控制器3控制转台转动至初始状态。
最后，驱动摆动电机再次运行，使得支撑柱201随摆动轴206一起运动，由直立状态摆动至水平状态，以放平折叠支架；至此完成电动车的充电操作。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。