自动导航式无人驾驶电动汽车

摘要

本发明涉及一种自动导航式无人驾驶电动汽车，包括引导轨迹跟踪设备和充电站导航设备，引导轨迹跟踪设备用于实时跟踪电动汽车正下方的道路的引导轨迹以实现电动汽车的无人驾驶，充电站导航设备用于基于附近每一个充电站的占用情况和距离电动汽车的距离选择电动汽车前往的目标充电站。通过本发明，能够实现电动汽车的无人驾驶的同时，能够及时定位最适合电动汽车的充电站以便于前往充电。

权利要求

1.一种自动导航式无人驾驶电动汽车，所述电动汽车包括引导轨迹跟踪设备和充电站导航设备，引导轨迹跟踪设备用于实时跟踪电动汽车正下方的道路的引导轨迹以实现电动汽车的无人驾驶，充电站导航设备用于基于附近每一个充电站的占用情况和距离电动汽车的距离选择电动汽车前往的目标充电站；

其特征在于，所述电动汽车包括：

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；

转向控制器，设置在电动汽车的前端仪表盘内，与DSP处理芯片连接，用于基于电动汽车的横向偏差计算电动汽车的转向齿轮转角，电动汽车的转向齿轮转角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；

转向电机驱动器，设置在电动汽车的驱动车轮上方，与转向控制器连接，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，以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；

无线收发设备，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；

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；

DSP处理芯片，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；DSP处理芯片还与无线收发设备、电量检测设备和GPS收发设备分别连接，当实时剩余电量小于等于预设电量阈值时，进入自动导航模式；

其中，DSP处理芯片在自动导航模式中，启动无线收发设备和GPS收发设备，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位置发送给无线收发设备以获得附近各个充电站的占用百分比，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，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；

其中，占用百分比权重和距离权重为预设固定数值；

其中，DSP处理芯片根据目标充电站的GPS距离确定实时控制速度。

说明书

自动导航式无人驾驶电动汽车

技术领域

[0001] 本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种自动导航式无人驾驶电动汽车。

背景技术

[0002] 传统能源汽车发展数百年以来，其弊端不断呈现，尤其是近年随着经济的发展和人们生活水平的提高，私家车数量的巨幅增长，传统能源汽车带来的空气污染、噪声污染、城市拥堵以及能源耗尽等缺点变得更加突出，已经对人们的工作和生活造成了不利影响。

[0003] 新能源汽车，尤其是电动汽车，由于具有以下优点而逐渐成为传统能源汽车的替代发展方向：①零排放，电动汽车使用电能，在行驶中无废气排出，不污染环境；②电动汽车比汽油机驱动汽车的能源利用率要高；③因使用单一的电能源，省去了发动机、变速器、油箱、冷却和排气系统，所以结构较简单，占用面积相对较小；④噪声小；⑤可在用电低峰时进行汽车充电，可以平抑电网的峰谷差，使发电设备得到充分利用。甚至开始出现智能化水平更高的无人驾驶电动汽车。

[0004] 然而，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：①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；②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。

[0005] 因此，需要一种新的无人驾驶电动汽车，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，同时能够在确定附近各个充电站位置的同时，能够自行选择最方便的目标充电站，从而提高电动汽车的充电效率。

发明内容

[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种自动导航式无人驾驶电动汽车，改造现有技术中基于引导轨迹的无人驾驶电动汽车的驱动控制设备的结构，提高无人驾驶电动汽车的驱动控制精度，同时，能够基于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，从而自动选择出附近最方便的充电站作为目标充电站，完善了无人驾驶电动汽车的应用功能。

[0007] 根据本发明的一方面，提供了一种自动导航式无人驾驶电动汽车，所述电动汽车包括引导轨迹跟踪设备和充电站导航设备，引导轨迹跟踪设备用于实时跟踪电动汽车正下方的道路的引导轨迹以实现电动汽车的无人驾驶，充电站导航设备用于基于附近每一个充电站的占用情况和距离电动汽车的距离选择电动汽车前往的目标充电站。

[0008] 更具体地，在所述自动导航式无人驾驶电动汽车中，包括：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；转向控制器，设置在电动汽车的前端仪表盘内，与DSP处理芯片连接，用于基于电动汽车的横向偏差计算电动汽车的转向齿轮转角，电动汽车的转向齿轮转角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；转向电机驱动器，设置在电动汽车的驱动车轮上方，与转向控制器连接，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，以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；无线收发设备，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；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；DSP处理芯片，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；DSP处理芯片还与无线收发设备、电量检测设备和GPS收发设备分别连接，当实时剩余电量小于等于预设电量阈值时，进入自动导航模式；其中，DSP处理芯片在自动导航模式中，启动无线收发设备和GPS收发设备，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位置发送给无线收发设备以获得附近各个充电站的占用百分比，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，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；占用百分比权重和距离权重为预设固定数值；DSP处理芯片根据目标充电站的GPS距离确定实时控制速度。

[0009] 更具体地，在所述自动导航式无人驾驶电动汽车中，所述电动汽车还包括：齿轮齿条转向器，用于将转向驱动电机与电动汽车的驱动车轮连接。

[0010] 更具体地，在所述自动导航式无人驾驶电动汽车中：齿轮齿条转向器设置在电动汽车的驱动车轮上方。

[0011] 更具体地，在所述自动导航式无人驾驶电动汽车中，所述电动汽车还包括：存储设备，用于预先存储占用百分比权重和距离权重。

[0012] 更具体地，在所述自动导航式无人驾驶电动汽车中：存储设备设置在电动汽车的前端仪表盘内，并与DSP处理芯片电性连接。

附图说明

[0013] 以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

[0014] 图1为根据本发明实施方案示出的自动导航式无人驾驶电动汽车的结构方框图。

[0015] 图2为根据本发明实施方案示出的自动导航式无人驾驶电动汽车的无线收发设备的结构方框图。

[0016] 附图标记：1引导轨迹跟踪设备；2充电站导航设备；3无线接收接口；4无线发送接口；5微控制器

具体实施方式

[0017] 下面将参照附图对本发明的自动导航式无人驾驶电动汽车的实施方案进行详细说明。

[0018] 电动汽车越来越受到人们的关注，世界强国在电动汽车领域的竞争也愈演愈烈。电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，甚至开始出现无人驾驶电动汽车，但当前技术尚不成熟。

[0019] 电动汽车的工作原理如下：蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶。电动汽车的种类如下：纯电动汽车(BEV)、混合动力汽车(PHEV)、燃料电池汽车(FCEV)。电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别在于四大部件：驱动电机，调速控制器、动力电池、车载充电器。相对于加油站而言，他有公用充电站。电动汽车之品质差异取决于这四大部件，其价值高低也取决于这四大部件的品质。电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直接相关。

[0020] 当前，无人驾驶电动汽车制造商的研发方向主要在于电动汽车正常行驶时一些自动功能的实现，但由于发展时间有限，这些自动功能本身不够完善，例如基于引导轨迹的无人驾驶电动汽车在行驶过程中还是会出现偏离轨迹的情况，无法面对复杂的路面环境，且结构仍需要改进。

[0021] 另外，对于一些特定的应用的场景就更缺乏关注，例如，无人驾驶电动汽车电力不足需要充电时，现有技术中仅仅采用卫星导航设备提供一些基本的导航服务，包括附近各个充电站的位置和相关路线，但无法为电动汽车选择最合适的充电站进行充电，智能化水平仍有待提高。

[0022] 为了克服上述不足，本发明搭建了一种自动导航式无人驾驶电动汽车，一方面，对基于引导轨迹的无人驾驶电动汽车的驱动控制结构进行优化，提高控制精度以应对各种复杂的路面环境，另一方面，在卫星导航的基础上增加了充电站方便程度比较的功能，为无人驾驶电动汽车选择出能够最快为其提供充电服务的目标充电站。

[0023] 图1为根据本发明实施方案示出的自动导航式无人驾驶电动汽车的结构方框图，所述电动汽车包括引导轨迹跟踪设备和充电站导航设备，引导轨迹跟踪设备用于实时跟踪电动汽车正下方的道路的引导轨迹以实现电动汽车的无人驾驶，充电站导航设备用于基于附近每一个充电站的占用情况和距离电动汽车的距离选择电动汽车前往的目标充电站。

[0024] 接着，继续对本发明的自动导航式无人驾驶电动汽车的具体结构进行进一步的说明。

[0025] 所述电动汽车包括：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。

[0026] 所述电动汽车包括：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。

[0027] 所述电动汽车包括：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。

[0028] 所述电动汽车包括：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。

[0029] 所述电动汽车包括：转向控制器，设置在电动汽车的前端仪表盘内，与DSP处理芯片连接，用于基于电动汽车的横向偏差计算电动汽车的转向齿轮转角，电动汽车的转向齿轮转角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。

[0030] 所述电动汽车包括：转向电机驱动器，设置在电动汽车的驱动车轮上方，与转向控制器连接，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，以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。

[0031] 如图2所示，所述电动汽车包括：无线收发设备，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；其中无线收发设备包括无线接收接口、无线发送接口和微控制器，微控制器分别与无线接收接口和无线发送接口连接以分别实现对无线接收接口和无线发送接口的收发控制。

[0032] 所述电动汽车包括：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。

[0033] 所述电动汽车包括：DSP处理芯片，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。

[0034] 其中，DSP处理芯片还与无线收发设备、电量检测设备和GPS收发设备分别连接，当实时剩余电量小于等于预设电量阈值时，进入自动导航模式；其中，DSP处理芯片在自动导航模式中，启动无线收发设备和GPS收发设备，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位置发送给无线收发设备以获得附近各个充电站的占用百分比，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，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。

[0035] 其中，占用百分比权重和距离权重为预设固定数值；DSP处理芯片还根据目标充电站的GPS距离确定实时控制速度。

[0036] 可选地，所述电动汽车还包括：齿轮齿条转向器，用于将转向驱动电机与电动汽车的驱动车轮连接；齿轮齿条转向器设置在电动汽车的驱动车轮上方；还包括：存储设备，用于预先存储占用百分比权重和距离权重；存储设备设置在电动汽车的前端仪表盘内，并与DSP处理芯片电性连接。

[0037] 另外，运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。他是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。

[0038] 运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。

[0039] 采用本发明的自动导航式无人驾驶电动汽车，针对现有技术无人驾驶电动汽车驱动控制精度低且缺乏充电站选择机制的技术问题，通过改造现有的电动汽车驱动控制设备的结构，提高无人驾驶电动汽车驱动控制精度，更为关键的是，在卫星导航的基础上，基于附近充电站的使用情况和导航距离选择能够最快提供充电服务的充电站，从而丰富了无人驾驶电动汽车的导航功能，解决了上述技术问题。

[0040] 可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。