[发明专利]基于无人机的电动汽车电能补充系统

权利要求书

1.基于无人机的电动汽车电能补充系统，其特征在于，包括无人机、电动汽车和经由通信网络与所述无人机、电动汽车相连的后台控制中心，

所述电动汽车包括：电能检测装置，用于检测所述电动汽车的实时电能；车顶固定装置，用于固定所述无人机；充电平台，用于所述无人机停靠并给所述电动汽车输送电能；对位装置，用于对准所述电动汽车的电能接收线圈和所述无人机的电能发射线圈；第一通信装置，用于与所述无人机、后台控制中心进行通信连接；和第一控制装置，所述第一控制装置与所述电能检测装置、车顶固定装置、充电平台、第一通信装置和对位装置相连；所述对位装置包括超声波探头、电机和控制器；所述电机包括使电能接收线圈左右方向平移的 X轴电机和使电能接收线圈前后方向平移的 Y 轴电机，所述电能接收线圈上以阵列方式设置多个超声波探头，所述超声波探头探测所述无人机的电能发射线圈的位置，所述控制器依据所述超声波探头探测的位置信息控制所述 X 轴电机、 Y 轴电机的平移，以使所述无人机的电能发射线圈与所述电动汽车的电能接收线圈对准，提高电能传输效率；

所述无人机包括：第二控制装置，用于控制无人机起飞、行进、降落和悬停；储能装置，用于携带电能；定位跟踪装置，用于对电动汽车进行定位和跟踪；第二通信装置，用于与所述电动汽车、后台控制中心进行通信连接；距离探测器，用于探测所述无人机与所述电动汽车车顶充电平台之间的距离；所述定位跟踪装置进一步包括摄像头和视频图像处理单元；采用基于区域的跟踪算法进行目标电动汽车的跟踪，即将当前帧检测到的目标电动汽车与前一帧中的目标电动汽车进行匹配，从而达到连续跟踪的目的；

利用所述基于无人机的电动汽车电能补充系统进行电能补充的方法包括：

1)电动汽车的电能检测装置在检测到车辆电量不足时，通过第一控制装置向后台控制中心发送充电请求，所述后台控制中心接收、处理所述充电请求并向无人机发送充电指令，所述充电指令包括电动汽车的位置和速度信息，所述充电请求包括车辆身份信息、车辆型号、电能需求、当前车速、当前位置和行驶方向，所述车辆身份信息为所述电动汽车通过所述后台控制中心认证通过并存储在其数据库内的数据信息，这样能保证认证通过后的电动汽车在有充电需求的时候，能优先得到所述后台控制中心的支持并及时获得电能补充；所述车辆型号为电动汽车的长度、高度、宽度、出厂日期，确定所述车辆型号有助于所述无人机准确降落在目标电动汽车上；所述电能需求为所述电动汽车请求补充的电能的量，所述无人机根据所述电能需求决定携带的电能的量；所述电动汽车发送充电请求后，在所述无人机降落之前将其车速控制在发送充电请求时的当前车速，这样有助于所述后台控制中心基于成本最优原则，准确判断所述无人机需要携带的电能以及需要将哪个服务站的无人机派送出去，避免携带电能过多造成所述无人机负荷过重，或携带电能过少造成电动汽车充电需求不能满足或所述无人机无法返回服务站，还可以避免将距离目标电动汽车更远的无人机派送出去，造成资源浪费；所述当前位置、行驶方向进一步帮助所述后台控制中心准确派送合适的无人机进行电能补充，所述后台控制中心根据所述充电请求为所述电动汽车匹配相应的无人机；

2)所述无人机通过第二通信装置接收充电指令，由第二控制装置控制无人机的工作模式，并通过定位跟踪装置对电动汽车进行定位跟踪，控制所述无人机行进至所述电动汽车上空；所述无人机携带电能通过第二控制装置控制自身工作模式，并通过定位跟踪装置对电动汽车进行定位跟踪、行进至所述电动汽车上空；所述后台控制中心选定相匹配的无人机后，将所述无人机的身份认证信息发送给所述电动汽车，同时将所述电动汽车的身份认证信息发送给所述无人机，以便于所述电动汽车、无人机在近距离时通过无线通信进行数据交互，相互识别身份认证信息，实现身份匹配；在进行身份匹配时，所述电动汽车向所述无人机发送携带所述无人机身份信息的指令，所述无人机向所述电动汽车发送携带所述电动汽车身份信息的指令，所述无人机、电动汽车的身份信息为唯一的，保证所述电动汽车与所述无人机能正确匹配；所述无人机的型号、可携带电能信息预先存储在所述后台控制中心的数据库内，所述后台控制中心根据所述电动汽车的充电请求，为所述电动汽车匹配相应规格的无人机，给所述无人机发送控制指令，所述无人机的第二控制装置接收控制指令，控制所述无人机的工作模式，通过定位跟踪装置使所述无人机起飞并行进至所述电动汽车上空；所述无人机在行进过程中，通过超声波传感器检测行进前方的障碍物信息，所述第二控制装置对所述障碍物信息进行分析计算，得到避障飞行路线，所述第二控制装置控制所述无人机切换工作模式，使其成功避开障碍物，避免所述无人机与障碍物碰撞造成损坏；

3)所述无人机与所述电动汽车通过所述第一通信装置、第二通信装置进行数据交互，实现身份匹配，匹配成功后，所述电动汽车打开充电平台；当所述无人机通过所述定位跟踪装置行进至所述电动汽车上空后，所述定位跟踪装置通过摄像头拍摄所述电动汽车的车顶图像，并将所述车顶图像反馈给所述无人机第二控制装置，所述无人机确认自身处于所述电动汽车上方，所述无人机第二控制装置通过第二通信装置发送身份认证信息，所述身份认证信息为后台控制中心发送给所述无人机的所述电动汽车身份认证信息，所述电动汽车确认所述身份认证信息并反馈所述无人机的身份认证信息，所述无人机确认所述电动汽车发送的身份认证信息，身份认证匹配完成，所述电动汽车接收到身份匹配完成指令后，其第一控制装置控制所述充电平台展示出来并向上升起；

4)所述无人机通过雷达探测器探测其与所述电动汽车充电平台之间的距离并控制其工作模式，使所述无人机降落在所述电动汽车充电平台上；所述无人机通过雷达探测器探测其与所述电动汽车充电平台之间的距离以及所述电动汽车的速度，所述无人机的第二控制装置调整自身的工作模式和行进速度，使所述无人机在与所述电动汽车速度一致时降落在所述电动汽车的充电平台上；

5)所述电动汽车通过对位装置对准所述无人机与电动汽车的电能收发线圈，通过车顶固定装置固定所述无人机；所述无人机降落在所述充电平台上后，所述电动汽车第一控制装置控制所述对位装置调整所述充电平台内的电能接收线圈，使得所述电能接收线圈与所述无人机的电能发射线圈对准，提高所述无人机向所述电动汽车进行电能传输的效率，所述无人机和电动汽车充电平台的电能收发线圈对准后，所述电动汽车第一控制装置控制所述车顶固定装置固定所述无人机；

6)所述无人机第二控制装置通过所述储能装置对所述电动汽车传输电能；所述无人机被固定后，所述电动汽车第一控制装置向所述无人机发送充电已准备就绪的信息指令，所述无人机接收指令后，切换工作模式，所述第二控制装置控制所述储能装置通过电能发射线圈发送电能，所述电动汽车充电平台的电能接收线圈接收电能。