一种在线充电的新能源自动驾驶卡车

1.本发明属于车辆自动驾驶领域，尤其涉及一种在线充电的新能源自动驾驶卡车的装置。


背景技术：

2.当前，大宗商品(原油、钢铁、煤炭等)短驳物流装备(重型卡车)的市场规模已经超过20万台/年，产值超过千亿，但传统重型卡车的能耗高，污染物排放量占整个货运车辆排放量的60％以上，污染严重，同时物流成本在持续增加，安全事故频发，因此，新能源汽车是国家新旧动能转换重点改造项目中的首选方案。但目前新能源汽车(尤其电动卡车)的续航里程是推广应用的最大难题，如要增加纯电动卡车续航，则需不断增加电池数量，然而电池数量增加，不仅成本急增，自身的重量也相应大幅增加，尽管目前各整车厂已经开始研制氢燃料电池并示范应用，但该技术仍处于起步阶段，距商业化应用还需较长时间。
3.大宗商品短驳物流大致涵盖以下三类场景：港口货运(港口内部、港口到集装厂)、煤炭的中短途运输、仓储运输(物流园区、第三方物流等)、矿业运输占比最大，其工况特点是：路线单一、道路相对封闭、距离大都分布在40km到150km之间。一方面公路货运量逐年上涨，另一方面物流行业存在驾驶员短缺、事故频发、运营成本高、运输效率低等痛点。“用工荒、招工难”、不规范驾驶、社会负担大等问题，已经严重制约着物流行业的发展。
4.此外，自动驾驶车辆高度依赖定位装置。当前主流的定位装置包括gps定位器、手机基站定位器等，这些设备的定位精度可以达到10cm，但是受环境影响较大，比如高楼大厦遮挡、过隧道等，导致gps信号丢失，定位精度无法保证车辆自动驾驶，致使严重事故发生。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于在于提供一种在线充电的新能源自动驾驶卡车，以应对物流行业在能源消耗、环境污染，物流成本急增等方面的问题。
6.一种在线充电的新能源自动驾驶卡车，包括在线供电模块、车辆动力总成模块、自动驾驶控制模块。
7.所述的在线供电模块，通过在车辆顶端设置有平行于高压电网的受电弓，受电弓与高压电网实时接触，并且受电弓与车辆之间设置有高压隔离配电柜，因此电动卡车可以源源不断地从高压电网中获取电能，电能一方面用于在线供电，另一方面可存储至卡车内的蓄电池中，以便在一些无高压电网的路段继续行驶，进而实现在线供电/充电的功能，进而减少整车的电池用量，较好地解决续航里程问题，尤其适合大宗商品的短距离运输场景。
8.所述的高压隔离配电柜，其主要用于将高压电网中的高压电，转化为与车辆匹配的电压及频率，通过对电压的逐级降低，可以减少电能在传输过程中的损耗。
9.车载受电弓系统通常包括下臂和设置在下臂上的弓头，但车辆在日常使用时，由于受风吹日晒、雨雪风沙或树木剐蹭等影响，弓头极易受到外部环境破坏，从而影响其使用寿命及增加维护成本，因此有必要设置相应的保护装置，然而现有技术中的保护装置与受
电弓部分是两个独立的部分，二者升降或驱动采用的是两套机构，这对于车顶空间本来就不够的卡车来说，显然并不适合，故本发明还公开一种受电弓，其主体结构包括弓头、下臂、底座、立板以及拉簧，所述底座安装于底板上，所述弓头安装于下臂的上端并用于取电，所述下臂的下端转动连接于底座上，两个下臂之间连接有拉杆，拉杆与立板之间通过拉簧连接以实现弓头的升起；
10.为了能够有效保护本发明中的受电弓，底板上还安装有保护装置，具体包括侧板、摆臂、挡板、导向杆以及滑杆，所述侧板有两个且对称安装于底座两侧的底板上，每个侧板的内侧均转动连接有两个所述的摆臂，摆臂的上端转动连接至所述的挡板，所述驱动电机的输出端连接至其中一个摆臂下端的转轴，所述导向杆滑动连接于侧板内侧的滑轨内且其一端与其中一个摆臂接触，导向杆的另一端连接至所述的滑杆，滑杆滑动连接于下臂上的滑孔内并通过螺母限位。
11.所述的无线充电，主要应用于无法用受电弓直接取电的场景。
12.所述自动驾驶控制模块，包括环境感知系统、智能决策、执行控制、人机交互和计算平台5部分内容。通过环境感知系统，获取多传感器数据(视觉、雷达等)并进行融合，感知到周边的障碍物信息以及可通行区域信息，同时通过地图传感器(高精度地图、高精度定位系统和视觉辅助定位系统)来获取车辆的高精度位置信息，然后通过全局路径规划和局部轨迹规划，最后执行控制系统根据二次规划结果，分解成横纵向控制指令，控制车辆的执行器来完成全自动驾驶。
13.进一步地，所述的自动驾驶车辆高精度定位模块是由普通gps定位模块与高压电网支架中设置的距离传感器模块构成。距离传感器的误差精度通常都在0.01米甚至更低，因此高压电网支撑架中设置的定位装置，可以极大弥补普通gps定位不准确、信号较弱的场景，如隧道、山区等。由于自动驾驶高度依赖定位系统，因此准确的车辆定位尤为重要。
14.进一步地，所述的自动驾驶车辆全局路径规划。由于部分场景下定位精度的缺陷，车辆全局路径的获取并不准确，由于高压电网本身就是沿着道路架设，因此通过架设的高压电网获取的全局路径将比gps定位更为精确，当gps信号的强度减弱、定位精度降低时，高压电网形成的全局路径优势更加明显。
15.本发明的有益效果有：
16.1、将成熟的受电弓充电技术在新能源汽车上推广应用和延伸，通过受电弓对车辆进行在线充电，使车载动力电池用量减少超过60％，将新能源重卡的购置成本降低至和传统车相当，最终解决制约新能源重卡汽车发展和推广的最关键难题。
17.2、本发明中自动驾驶车辆高精度定位模块是由普通gps定位模块与高压电网支架中设置的距离传感器模块构成，借助于布置于在线充电的输电线路上的距离传感器模块，配合相应的定位方法，可以辅助进行车辆感知和定位，大幅降低感知系统的成本和技术难度，且车辆定位精确、可靠，使整车能快速实现l4级别自动驾驶。
18.3、针对较长距离、大货运量的应用场景，采用在线充电技术路线/方案,由于货运量大、车辆用量多，该方案能快速摊销基础设施建设成本；能较好地解决多车辆大电量需求和充电效率问题；该技术路线为智能网联技术的批量应用提供了坚实的基础。
19.4.考虑到卡车的取电及保护的双重需要，对传统的受电弓升降机构做了简化，设计了一种结构简单的受电弓以及能够与受电弓的起降相配合的保护装置，该保护装置能够
在升起的同时将受电弓降下，且也能够在降下的同时将受电弓升起，二者有机结合，更加高效，节省了设备空间。
附图说明
20.图1为在线充电的新能源自动驾驶卡车系统组成。
21.图2为车辆定位原理。
22.图3为自动驾驶全局路径的获取原理。
23.图4为本发明中受电弓及保护装置的结构示意图。
24.图5为图4中去掉挡板后的示意图。
25.其中：1底板，2弓头，3下臂，4底座，5立板，6拉簧，7拉杆，8侧板，9摆臂，10挡板，11导向杆，12滑杆，13驱动电机，14滑轨，15滑孔。
具体实施方式
26.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
27.参照图1所示，本发明的一种在线充电的新能源自动驾驶卡车，包括在线供电模块、车辆动力总成模块、自动驾驶控制模块。其中：
28.整车匹配方案，上述大宗商品短驳物流用的重型卡车，续航里程150km,约需320kwh的电量，目前使用在线充电的方案，在同样续航里程的条件下，整车只需匹配60kwh的电量，主要用于无电网区域的短距离供电。
29.所述在线供电模块，其组成有：电动卡车车体，其顶部安装有平行于地面的受电弓，受电弓与高压电网由接触滑块紧密连接，电流可以在受电弓与高压电网之间稳定流通。
30.本实施例中，所述受电弓与高压隔离配电柜相连接，高压隔离配电柜可以将高压电网中的高压电，转化为与电动卡车相匹配的电压。
31.如图4和图5所示，考虑到卡车的取电及保护的双重需要，对传统的受电弓升降机构做了简化，设计了一种结构简单的受电弓以及能够与受电弓的起降相配合的保护装置，其中，受电弓的主体结构包括弓头2、下臂3、底座4、立板5以及拉簧6，所述底座4安装于底板1上，所述弓头2安装于下臂3的上端并用于取电，所述下臂3的下端转动连接于底座4上，两个下臂3之间连接有拉杆7，拉杆7与立板5之间通过拉簧6连接以实现弓头2的升起；
32.为了能够有效保护本发明中的受电弓，底板1上还安装有保护装置，具体包括侧板8、摆臂9、挡板10、导向杆11以及滑杆12，所述侧板8有两个且对称安装于底座4两侧的底板1上，每个侧板8的内侧均转动连接有两个所述的摆臂9，摆臂9的上端转动连接至所述的挡板10，所述驱动电机13的输出端连接至其中一个摆臂9下端的转轴，所述导向杆11滑动连接于侧板8内侧的滑轨14内且其一端与其中一个摆臂9接触，导向杆11的另一端连接至所述的滑杆12，滑杆12滑动连接于下臂3上的滑孔15内并通过螺母限位，该保护装置能够在升起的同时将受电弓降下，且也能够在降下的同时将受电弓升起，二者有机结合，更加高效，节省了设备空间。
33.受电弓及保护装置的工作过程如下：初始状态下，受电弓处于展开状态，即弓头2位于最高点，此时的挡板10位于最低点，当需要将受电弓收起时，启动驱动电机13，驱动摆
臂9向受电弓方向旋转，摆臂9驱动导向杆11做水平移动，滑杆12带动下臂3向下旋转从而将弓头2降下，直至整个挡板10将受电弓部分遮挡住，为了提高遮挡效果，可在挡板10的尾部设置弧形向下的延伸板。反之，在拉簧6的作用下，弓头2升起。
34.本实施例中，所述无线/在线充电设备，与高压隔离配电柜相连接，其作用在于：源源不断地从配电柜中获取电能，电能一方面用于在线供电，另一方面可存储至卡车内的蓄电池中，以便在一些无高压电网的路段继续行驶，进而并将电能充储到电动卡车的动力电池中，完成电动卡车的充电过程。无论电动卡车处于运动或静止状态，受电弓都可以始终与高压电网保持接触连接，因此可以实现在线充电的功能。
35.所述车辆动力总成模块，其主要包括：车辆常规的结构以外，还着重包含vcu整车控制单元，电池管理系统，amt动力总成、aeb线控制动系统和eps线控转向系统。其中，vcu整车控制单元是自动驾驶系统和新能源线控底盘之间的桥梁，它将接收到来自线控底盘的状态和故障信息经过过滤和重新打包后转发给自动驾驶控制模块，同时，将自动驾驶控制模块的目标车速、目标转角等控制指令经协调处理和校核后，发送给线控底盘执行器执行相应动作。电池管理系统可以根据充电装置状态，调整动力电池的充放电过程。当充电装置正处于充电状态，电池管理系统将充电装置的大部分能量直接传递给电机等动力机构以便将电能直接转化为机械能，将剩余的能量充储到蓄电池中电能转化为化学能；当充电装置处于非充电状态时，电池管理系统将使蓄电池放电使化学能转化为电能再转化为机械能。amt动力总成是实现重型车辆的扭矩和速度控制，进一步和电驱动系统一起实现纵向加速控制。aeb线控制动是实现车辆的纵向减速控制。eps线控转向系统实现车辆横向转角控制。
36.所述自动驾驶控制模块，包括环境感知系统、智能决策系统、执行控制系统、人机交互和计算平台5部分内容。首先通过环境感知系统，获取多传感器数据(视觉、雷达等)并进行融合，感知到周边的障碍物信息以及可通行区域信息，同时通过地图传感器(高精度地图、高精度定位系统和视觉辅助定位系统)来获取车辆的高精度位置信息，根据车道级导航系统规划的一次规划路径结果，生成驾驶态势图。然后智能决策系统根据驾驶态势图，实时进行局部行进路线的二次规划。最后执行控制系统根据二次规划结果，分解成横向速度、加速度控制指令和纵向方向盘转角控制指令，控制车辆的执行器来完成全自动驾驶。
37.通过高压线网，实现定位。车辆定位所需要的基本部件如图2所示，其定位方法是：位置传感器安装在高压电网的支架上，该传感器可以发送本支架的当前世界坐标系下的绝对位置以及车辆到本传感器的直线距离。电动卡车上设置传感器信号的接收装置，用于接收位置传感器的信号，车辆与位置传感器的距离分别为l
ad
与l
bd
，该距离可由位置传感器获取。两个位置传感器之间的固定距离为l
ab
。根据传感器信号的时间差及车辆与位置传感器的空间位置关系，可以精确计算出当前车辆的位置。
38.由以下公式，可以计算出车辆相对于传感器的水平距离l
ac
和l
bc
分别为：
[0039][0040]
本实施例中，可以计算出车辆在世界坐标系下的绝对位置。
[0041]
该计算结果可以作为全局路径规划与局部轨迹规划的重要依据。
[0042]
所述的高压电网全局路径规划，其方法是：高压电网沿着道路架设，如图3所示。已
知公路高压电网支架(1)
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(7)的位置，对位置点进行曲线插值，即可形成二阶连续光滑路径，该全局路径可作为自动驾驶的行驶路径。
[0043]
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。