无人驾驶车辆的自动充电系统及控制方法、无人驾驶车辆与流程

本技术涉及自动充电，特别是涉及无人驾驶车辆的自动充电系统及控制方法、无人驾驶车辆。

背景技术：

1、随着自动驾驶技术的发展，无人驾驶车辆，特别是应用于矿山、港口、物流园区等特定场景的无人驾驶工程车辆，已成为研究和应用的热点。例如，无人驾驶车辆能够在封闭或半封闭的工地环境中实现物料的自动化运输，显著提高了生产效率和安全性。这类车辆多采用纯电驱动，以满足环保和运营成本的要求，因此，高效、可靠的自动补能方案成为其实现全天候、无人化作业的关键瓶颈。

2、目前，针对电动车辆的自动充电技术主要有无线充电和有线自动插拔充电两种路径。大功率无线充电技术虽然体验良好，但其充电模块的研发和制造成本极其高昂，且能量转换效率相对较低，在对成本敏感且需要大功率快速补能的商用车辆领域难以大规模推广。

3、另一种常见的有线自动充电方案是采用多关节工业机器人来模拟人手抓取充电枪并进行插拔。然而，工业机器人本身成本不菲，其复杂的关节结构在工地、矿山等高粉尘、高振动的恶劣工况下，对防护等级要求极高，长期运行的可靠性和维护成本也是巨大挑战。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对目前缺乏对无人驾驶车辆有效充电的问题，提供一种无人驾驶车辆的自动充电系统及控制方法、无人驾驶车辆。

2、第一方面，本技术实施例提供一种无人驾驶车辆的自动充电系统，所述自动充电系统包括：

3、车载端组件，安装于无人驾驶车辆的车体上，所述车载端组件包括接口面板、多个第一插接部和视觉标识，所述接口面板设于所述车体，所述多个第一插接部设于所述接口面板上，所述视觉标识设于所述接口面板；

4、充电端组件，安装于车辆停放位置处的桩体上，所述充电端组件包括充电机、移动机构、充电插头部件、视觉识别单元和控制器；

5、其中，所述移动机构设于所述桩体上，所述充电插头部件与所述充电机电连接，且安装于所述移动机构上，所述充电插头部件包括与多个所述第一插接部对应的多个第二插接部；所述视觉识别单元设于所述充电插头部件上，且被配置为，识别所述视觉标识，并采集包括所述视觉标识的图像信息；所述控制器与所述视觉识别单元、所述移动机构和所述充电机电连接，用于获取所述图像信息，并计算所述充电插头部件与所述接口面板之间的空间位置偏差；以及，基于所述空间位置偏差，控制所述移动机构移动，以使所述第二插接部与所述第一插接部对准插接，以及控制所述充电机的启停。

6、在其中一个实施例中，所述第一插接部包括充电插孔；所述第二插接部包括充电插针，所述充电插针与所述充电插孔适配插接；

7、所述车载端组件还包括电池模块和电池管理单元，所述充电插针用于与所述电池模块电连接。

8、在其中一个实施例中，所述第一插接部还包括通信插孔，所述第二插接部还包括通信插针，所述通信插针与所述通信插孔适配插接，以与所述电池管理单元通信。

9、在其中一个实施例中，所述移动机构包括第一移动部、第二移动部和第三移动部，所述第一移动部与所述充电插头部件连接，用于带动所述充电插头部件沿第一方向移动；所述第一移动部设于所述第二移动部，所述第二移动部设于所述第三移动部，所述第三移动部设于所述桩体；所述第二移动部用于带动所述第一移动部沿第二方向移动，所述第三移动部用于带动所述第二移动部沿第三方向移动；所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向中任意两者相交。

10、在其中一个实施例中，所述充电端组件还包括旋转转盘，所述旋转转盘设于所述桩体，所述第三移动部设于所述旋转转盘；所述旋转转盘绕一轴线转动，所述轴线的轴向与所述第三方向一致。

11、在其中一个实施例中，所述充电端组件还包括到位检测传感器，所述到位检测传感器用于检测所述第一插接部和所述第二插接部的插合状态；

12、和/或，所述充电端组件还包括无线通信模块，所述无线通信模块用于与所述电池管理单元无线通信。

13、在其中一个实施例中，所述视觉标识包括二维码；

14、和/或，所述视觉识别单元包括单目相机；

15、和/或，所述车载端组件还包括防护罩和驱动机构，所述驱动机构设于所述车体，且与所述防护罩连接，以驱动所述防护罩盖设于所述接口面板上。

16、第二方面，本技术实施例提供一种无人驾驶车辆的自动充电控制方法，所述自动充电控制方法包括：

17、通过视觉识别单元识别车体的接口面板上的视觉标识，并采集所述视觉标识的图像信息；

18、根据所述图像信息计算充电插头部件与所述接口面板的空间位置偏差，并基于所述空间位置偏差控制移动机构运动，以将第二插接部调整至与第一插接部正对位置；

19、控制所述移动机构运动，以将所述第二插接部插入对应的所述第一插接部，并确认插合到位；

20、与所述车体上的电池管理单元建立通信连接，并获取所述电池管理单元中的电池参数，并基于所述电池参数判断是否启动充电；

21、在充电完成后，控制所述移动机构运动，使得所述第二插接部与所述第一插接部分离，并向所述电池管理单元发送脱离确认信号。

22、在其中一个实施例中，所述视觉识别单元包括单目相机，所述视觉标识包括二维码；

23、所述根据所述图像信息计算充电插头部件与所述接口面板的空间位置偏差的步骤，包括：

24、获取所述单目相机拍摄的图像信息，并识别所述图像信息中的二维码；

25、根据所述二维码在图像中的位置、大小和畸变信息，并结合相机内参和标定参数，以计算所述充电插头部件与所述接口面板的空间位置偏差。

26、在其中一个实施例中，所述基于所述电池参数判断是否启动充电的步骤，包括：

27、读取所述电池管理单元发送的电池参数，所述电池参数包括荷电状态、电压和温度；

28、根据所述温度判断是否满足充电安全条件；

29、根据所述荷电状态判断是否需要充电。

30、在其中一个实施例中，所述自动充电控制方法还包括：

31、在充电过程中持续与所述电池管理单元通信，以监控电池模块的状态，并在检测到异常时自动停止充电；

32、和/或，在充电过程中若通信中断超过预设时间，则自动停止充电；

33、和/或，若无人驾驶车辆未收到脱离确认信号时，则禁止行驶；

34、和/或，接收充电机的电路状态信息，并在所述电路状态信息异常时自动切断输出。

35、第三方面，本技术实施例提供一种无人驾驶车辆，包括：

36、车体；

37、电池模块，安装于所述车体上；

38、电池管理单元，用于管理所述电池模块，以及与外部充电装置通信；

39、接口面板，固定安装于所述车体上，包括与所述电池模块电连接的充电插孔，与所述电池管理单元通信连接的通信插孔，以及用于视觉定位的视觉标识。

40、上述无人驾驶车辆的自动充电系统及控制方法、无人驾驶车辆，通过车载端组件和充电端组件的结构配合实现自动充电功能，其中，车载端组件采用接口面板集成多个第一插接部和视觉标识的方式，可为充电端组件提供对接接口，使充电端组件在一次对接操作中同时完成电气连接和视觉定位，从而有助于简化对接过程。充电端组件采用移动机构带动充电插头部件移动的方式，可适应无人驾驶车辆的停车定位误差，当车辆的实际停车位置与理想停车位置之间存在厘米级偏差时，移动机构可根据控制器的指令带动充电插头部件在空间中移动以补偿该偏差，从而无需要求无人驾驶车辆具备高精度的停车定位能力。

41、以及，将视觉识别单元设于充电插头部件上，可在不与接口面板发生物理接触的情况下，通过识别视觉标识并采集图像信息获取充电插头部件与接口面板之间的空间位置关系，实现非接触式精确定位，有助于避免因接触式定位可能导致的部件磨损或损坏。而且，第一插接部与第二插接部对准插接的方式可实现接触式充电，通过充电插针与充电插孔的物理连接实现电力传输，其设备成本可低于大功率无线充电设备的成本，有助于在重载商用车辆上的推广应用。

42、进一步而言，该自动充电系统可通过控制器的闭环控制逻辑实现高精度自动对接，控制器可根据视觉识别单元持续采集的图像信息实时计算空间位置偏差，并根据空间位置偏差的变化实时调整移动机构的运动轨迹，从而有助于提高对接精度和对接成功率。以及，控制器还可控制充电机的启停，使得从车辆停稳、视觉识别、位置调整、插接对接、充电启动到充电完成后的脱离，整个充电过程可由控制器自动控制完成，无需人工介入，从而可满足无人驾驶场景下的自动化充电需求。