电动汽车在行驶过程中由地面取电的用电及充电方法

摘要

本发明公开一种电动汽车行驶过程中从地面取电的用电及充电方法，步骤为：1)设定充电区域，在该区域内，沿车行向的地面开设沟槽，沟槽内装有内铺供电用裸电缆的构件；出口前和出口处的沟槽一侧分别装有地面取电结束信号和充电计费扫描装置；2）设有充电设施的电动汽车；3）驶至入口，充电设施寻找内装有裸电缆的沟槽；4）当充电设施对准沟槽时，地面取电装置自动放下，伸入地面沟槽内与裸电缆贴合，通过裸电缆向电动汽车提供动力和充电；5）当电动汽车接收到地面取电结束信号后，地面取电装置收回，结束充电转为人工驾驶；充电信息记录至充电计费扫描装置中。解决了因车载电池限制，电动汽车不能远行和充电不便的缺陷；省时环保，利于实施。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动汽车在行驶过程中由地面取电的用电及充电方法。

背景技术

电动汽车取代或者部分取代内燃机汽车的目的在于减少对以原油为基础的能源的严重依赖，拓展能源空间，同时减少化学能源对环境的破坏和污染。目前电动汽车取代内燃机存在的主要问题是，电池充电时间过长，远比在加油站加油所用的时间长；电动汽车充满电行驶路程只有300公里，如果在高速公路上高速行驶，行驶里程还不到300公里，远比目前内燃机汽车一次加满油行驶的500～600公里要少很多，不能达到人们使用电动汽车以增加活动半径的要求；采用空中裸电缆供电则由于电动汽车的高低不同，难以采电；采用目前的裸电缆供电要求电动汽车沿裸电缆的轨道行驶，限制了电动汽车的机动性；同时也制约了电动汽车的推广和使用。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种在现有电池为动力的电动汽车基础上，不浪费充电时间而使电动汽车在行驶过程中由地面取电的用电及充电方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种电动汽车行驶过程中从地面取电的用电及充电方法，包括如下步骤：

1)设定一个充电区域，在该充电区域内沿车行方向的地面上开设有沟槽，沟槽内嵌装有多个顶面与地面平行且上下开口、底部两端连接的水泥构件；多个水泥构件头尾相接，其内装有供电用的裸电缆；距该充电区域出口前的沟槽一侧地面上嵌装有一提示地面取电结束的信号模块；在充电区域出口处装有充电计费扫描装置；

2）设置一内装有包括地面取电探测模块、自动取电开关、ECU电脑控制单元、自动取电控制系统、自动转向控制系统、自动速度控制系统和充电计费模块的电动汽车；所述地面取电探测模块包括设置在该电动汽车前部的沟槽探测器、车速传感器、车距探测器和红外接收装置；其中，沟槽探测器用于寻找所述沟槽的位置；车速传感器和车距探测器分别探测并接收该电动汽车行驶状态及路面信息且传送至ECU电脑控制单元，由ECU电脑控制单元向自动取电控制系统、自动转向控制系统和自动速度控制系统实时发出控制指令；红外接收装置接收地面取电结束的信号模块提示充电结束的信息；充电计费模块同步实施充电计费；

3）上述的电动汽车驶入步骤1）的充电区域入口且开至所述沟槽上方后，驾驶员按下自动取电开关，ECU电脑控制单元向自动转向控制系统和自动速度控制系统发出指令，自动速度控制系统、自动转向控制系统、自动取电控制系统同时启动，该电动汽车在车载电池的供电状态下由手动驾驶状态切换成自动驾驶状态；所述沟槽探测器寻到沟槽准确位置时，进入步骤4）；所述电动汽车行驶通过所述地面取电结束的信号模块时，进入步骤5）；

4）所述自动取电控制系统内设的地面取电装置对准所述沟槽，并将该地面取电装置自动放下，伸入地面沟槽内，与所述裸电缆贴合，通过裸电缆与地面取电装置的连接开始向其电动汽车提供用电的动力和对车载电池充电；

5）驾驶员关闭自动取电开关，所述ECU电脑控制单元接收自动取电开关关闭信号，并向地面取电装置、自动转向控制系统和自动速度控制系统发出指令，收回地面取电装置，结束裸电缆供电和对车载电池的充电，由自动驾驶状态切换为手动驾驶状态；同时，停止充电计费，并将其充电计费的信息扫描并记录至出口处设置的充电计费扫描装置中。

上述步骤1）供电用的裸电缆设有2条，分别铺设于构件长向的两侧内壁上，裸电缆与该构件内壁贴合处由绝缘体隔开；上述取电结束的信号模块为红外发射装置，该红外发射装置位于该充电区域出口前500米处。

步骤2）中所用的沟槽探测器可选用激光探测器、雷达探测器或视频监测器中任一种；所用的红外接收装置与步骤1）所用的红外发射装置互为匹配设置。

上述步骤3）中，自动转向控制系统的操作步骤如下：

A、设置一包括转向控制装置、自动转向ECU电脑控制单元和转向泵构成的自动转向控制装置；

B、由上述的沟槽探测器探测的沟槽位置信息输入至自动转向ECU电脑控制单元中和固化在该自动转向ECU电脑控制单元中的地面取电装置的位置信息进行比较；

C、自动转向ECU电脑控制单元判断沟槽位置的中心线是否与地面取电装置的中心线重合，重合时，进入步骤D，不重合时，进入步骤E）；

D、自动转向ECU电脑控制单元发出指令，地面取电装置开始启动；

E、沟槽位置的中心线与地面取电装置的中心线不重合，由自动转向ECU电脑控制单元发出指令，启动所述转向泵调整该电动汽车的行驶方向，使地面取电装置的中心线与沟槽位置中心线重新重合，返回步骤D）；

F、当所述沟槽沿道路方向转弯时，沟槽位置中心线与地面取电装置的中心线发生偏离，返回步骤E）。

上述步骤3）中，自动速度控制系统的操作步骤如下：

A、设置一包括车距探测装置、车速测量装置、速度控制ECU电脑控制单元、电机输出功率控制装置和制动控制系统的自动速度控制装置；

B、由所述沟槽探测器接收的沟槽位置信息传送至所述速度控制ECU电脑控制单元，判断沟槽位置的中心线是否与所述地面取电装置的中心线重合，重合时，进入步骤C，不重合时，进入步骤D； 

C、由上述的车距探测装置实时探测前方是否有障碍物，障碍物与电动汽车的纵向距离信息和横向距离信息；若无障碍物，进入步骤D；若发现前方有障碍物或进入弯道，进入步骤E；

D、由上述的沟槽探测器实时探测路面沟槽的位置和变动方向信息，行驶中的电动汽车逐步提速直至最高限速120公里/小时，并保持120公里/小时的时速行驶；

E、将有障碍物或进入弯道的信息输入至速度控制ECU电脑控制单元，该速度控制ECU电脑控制单元判断前方障碍物是否在电动汽车行驶路线上；如果障碍物构成行驶障碍，进入步骤F；否则，进入步骤G；

F、将障碍物或弯道的输入信息与沟槽的横向距离和速度控制ECU电脑控制单元中最初输入的车宽信息进行比较，若车前障碍物在车宽以内，构成行驶障碍；速度控制ECU电脑控制单元发出指令，电动汽车减速，行驶的最大时速减为80公里/小时；

G、将障碍物或弯道的输入信息与沟槽的横向距离和速度控制ECU电脑控制单元中最初输入的车宽信息进行比较，若车前障碍物在车宽以外，不构成行驶障碍，则电动汽车无需减速，按原速行驶。

上述步骤4）所用的地面取电装置由取电电刷、取电液压缸、取电液压缸的液压连通管、取电伞支架、主杆、装于主杆上的主杆纵向旋转液压缸和主杆轴向旋转液压缸构成；其中，主杆顶端装一带有限位开关的齿轴，齿轴通过一横向齿条与所述纵向旋转液压缸连接，该纵向旋转液压缸嵌装于所述电动汽车后部的底盘上；主杆的中部装有一带齿液压缸，在带齿液压缸外围的中部通过一轴向齿条与所述轴向旋转气缸连接；在带齿液压缸朝向主杆底端一侧的两个相对面上，沿主杆长向各装有1个伞形支架；主杆的底端固装有一横梁，横梁两端装有所述液压连通管，1个液压连通管分别与取电液压缸底部连接；装于取电液压缸活塞杆上的取电电刷的端部向上为自由端；2个取电液压缸的中部与2个伞形支架的底端分别铰接；在2个取电电刷上分别接有与车载变压器端口连接的导线。

上述地面取电装置的取电过程如下：

A、地面取电装置开启时，纵向旋转液压缸推动横向齿条向左移动，横向齿条带动主杆绕齿轴逆时针旋转70°至限位开关处，启动轴向旋转气缸；

B、轴向旋转气缸推动带齿液压缸轴向旋转90°后，带齿液压缸推出伞形支架，伞形支架推出取电液压缸，2个所述取电电刷分别和与其对应一侧的裸电缆贴合，开始通过裸电缆向该电动汽车提供用电的动力和对车载电池充电；

C、地面取电装置关闭时，由带齿液压缸驱动收回伞形支架，伞形支架收回取电液压缸，带动2个取电电刷同时脱离开与其贴合的裸电缆，伞形支架折回主杆至限位开关处，轴向旋转气缸启动；

D、轴向旋转气缸推动带齿液压缸轴向反向旋转90°，带齿液压缸至限位开关处，启动纵向旋转气缸；

E、纵向旋转液压缸推动横向齿条向右移动，横向齿条带动主杆绕齿轴逆时针旋转70°至限位开关处；平行收置于电动汽车的底盘上。

上述步骤5）充电结束的具体步骤如下：

①当红外接收装置接收到所述红外发射装置发出的结束充电信号后，自动断开裸电缆供电，转由电池供电；带有取电电刷的地面取电装置归位，并触动限位开关，车载警报器响，提示地面取电结束；

②关闭自动取电开关；

③自动速度控制系统和自动转向控制系统同时关闭；电动汽车的速度控制由自动速度控制转为手动速度控制；电动汽车的转向控制由自动转向控制转为手动转向控制。

由于采用了如上技术方案，本发明的有益效果在于：1）电动汽车在通过充电区域时，可直接从通电的裸电缆取电，保证正常行驶，同时还对车载电池进行充电；当电动汽车驶出充电区域后，电动汽车车载电池的电量得到充实；有效解决了现有的电动汽车因车载电池的电量限制，不能远距离行驶的问题；2）电动汽车在行驶过程中，通过所设的地面充电装置与路面沟槽中的裸电缆贴合，实现对行驶中的电动汽车车载电池进行充电，节省了充电时间；解决了现有的电动汽车充电时间长，充电站少的不足；3）通过电动汽车内设的自动速度控制系统、自动转向控制系统和自动取电控制系统相互配合，以及设置在电动汽车前方的地面取电探测模块与ECU电脑控制单元的信号传递和发出指令，使得电动汽车能够准确的进入充电区域，并与所设沟槽中心线相对，自动调整转向、自动调整车速，与前方障碍物保持安全距离。4）自动驾驶与手动驾驶状态的切换，可根据车况、车行距离、前车障碍的距离等因素进行自动转换，提高了电动汽车制动的灵活性和安全性，有效保证了在高速公路上电动汽车行驶的正常速度。5）充电计费模块与充电计费扫描装置的设置，使电动汽车在充电区域行驶过程中充电、计费和缴费的更为准确、安全和便利；6）本发明技术方案的实施是在现有的电动汽车基础上，安装地面取电装置和地面取电探测模块；同时需要设定充电区域，在其路面上沿车行方向开设沟槽，铺设裸电缆，施工规模小于城铁建设，可与高速公路的修筑同时进行；可以在现有铁路供电技术、激光和雷达测距技术、电池技术、激光读卡技术和计算机网络技术的基础上，无需等待电池快速充电技术的突破，而使电动汽车迅速进入市场、进入消费群体、加速电动汽车产业化具有重要意义，有利于推广实施。

附图说明

图1为本发明充电方法的示意框图。

图2为装有裸电缆构件的结构截面示意图。

图3为图2A-A面的结构示意图。

图4为红外发射装置安装位置的截面示意图。

图5为图4B-B面的结构示意图。

图6为地面取电装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明为电动汽车行驶过程中从地面取电的用电及充电方法，是一种电动汽车电机在用电的同时对车载电池进行充电的方法；它包括如下步骤：

1)、设定一个充电区域，这个区域可以是高速公路，也可以是城市快速路；沿该充电区域内车行方向的地面上开设沟槽，沟槽内嵌装有多个顶面与地面平行且上下开口、底部两端连接的水泥构件，该水泥构件内装有供电用的裸电缆，裸电缆设有2条，分别铺设于水泥构件长向的两侧内壁上，2条裸电缆与该水泥构件两侧内壁贴合处分别由绝缘体隔开；在距充电区域出口前500米处的沟槽一侧地面上嵌装有一地面取电结束的信号模块，该信号模块为红外发射装置；在充电区域出口处设置有充电计费扫描装置；

2）、所用的电动汽车，其内设有包括地面取电探测模块、自动取电开关、ECU电脑控制单元、自动取电控制系统、自动转向控制系统、自动速度控制系统和充电计费模块；其中，地面取电探测模块包括设置在该电动汽车前部的沟槽探测器、车速传感器、车距探测器和红外接收装置；其中的沟槽探测器可选用激光探测器、雷达探测器或视频监测器中任一种，其用于寻找沟槽的位置；红外接收装置与步骤1）所述的红外发射装置互为匹配设置；车速传感器和车距探测器分别接收该电动汽车行驶状态及路面信息且传送至ECU电脑控制单元，由ECU电脑控制单元向自动取电控制系统、自动转向控制系统和自动速度控制系统实时发出控制指令保证实施取电及充电过程；充电计费模块接收地面取电探测模块探测的开始和结束充电的信息，同步实施充电计费；

3）、当步骤2）的电动汽车驶入步骤1）的充电区域入口且开至沟槽上方后，驾驶员按下自动取电开关，ECU电脑控制单元向自动转向控制系统和自动速度控制系统发出指令，自动速度控制系统、自动转向控制系统、自动取电控制系统同时启动，该电动汽车在车载电池的供电状态下由手动驾驶状态切换成自动驾驶状态；所述沟槽探测器寻到沟槽准确位置时，进入步骤4）；当电动汽车行驶通过地面取电结束的信号模块时，进入步骤5）；

4）、自动取电控制系统内设的地面取电装置对准沟槽，并将该地面取电装置自动放下，伸入地面沟槽内，与沟槽内铺设的裸电缆贴合，通过通电的裸电缆与地面取电装置的触接开始向该电动汽车提供用电的动力和对车载电池充电；

5）、驾驶员关闭自动取电开关，所用的ECU电脑控制单元接收自动取电开关关闭信号，并向地面取电装置、自动转向控制系统和自动速度控制系统发出指令，收回地面取电装置，结束裸电缆供电和对车载电池的充电，由自动驾驶状态切换为手动驾驶状态；同时，停止充电计费，并将其充电计费的信息扫描并记录至出口处设置的充电计费扫描装置中。

上述步骤1）充电区域内，路面铺设裸电缆的具体操作方式为：

铺设有裸电缆的构件为多个，每个构件均用水泥一体浇铸而成；多个水泥构件头尾相接，2条裸电缆分别铺设在构件长向两侧内壁的垂直面上；裸电缆与构件之间由绝缘体隔开，绝缘体采用具有一定强度、耐高温且绝缘性能好的材料，最佳选用绝缘陶瓷，这样即可实现绝缘，又可耐高温；构件的厚度和长度，按照公路等级及抗压强度及可靠性的要求进行确定，本实施方式中安装的构件，适用于高速公路，其长度设计与高速公路设计长度配合考虑；为保证车行时的安全性，构件顶部的开口宽度应限制在90mm或以内，顶板与路面平齐，顶板的厚度以保证抗压强度及可靠性的要求为准；构件两侧垂直壁部的厚度可根据裸电缆的粗细进行调整；构件的底部为漏斗形，两端的底部为盲端，底部的中段开口处与路面排水或排污管路相通的排水道连通，排水道可以是开通状或间段开通状；两端的盲端位于排污道的一侧面均为由上朝下倾斜的斜面；多个水泥构件头尾相接构成的长度为充电区域的预设长度；每个构件的结构相同，其长向分设为直段与弧形段；弧形段的弧度随路况弯道形状的不同而设置；浇注构件所用的水泥通常与公路所用水泥标号相同。

为了防止雨雪天路面开口处积水或堆积路面垃圾和石子崩落存积在沟槽内的构件中，公路需专门配备可清扫充电区域的清障车，采用空气喷吹和吸入的方式定时进行清扫，以防止雨水浸泡裸电缆或者垃圾堆积造成短路；如果路面是高架桥，则水和垃圾从高处向低处直接落下，也需要进行随时清扫。

上述步骤3）中，自动转向控制系统的操作步骤如下：

A、设置一包括转向控制装置、自动转向ECU电脑控制单元和转向泵构成的自动转向控制装置；

B、由上述的沟槽探测器探测的沟槽位置信息输入至自动转向ECU电脑控制单元中和固化在该自动转向ECU电脑控制单元中的地面取电装置的位置信息进行比较；

C、自动转向ECU电脑控制单元判断沟槽位置的中心线是否与地面取电装置的中心线重合，重合时，进入步骤D，不重合时，进入步骤E）；

D、自动转向ECU电脑控制单元发出指令，地面取电装置开始启动；

E、沟槽位置的中心线与地面取电装置的中心线不重合，由自动转向ECU电脑控制单元发出指令，启动所述转向泵调整该电动汽车的行驶方向，使地面取电装置的中心线与沟槽位置中心线重新重合，返回步骤D）；

F、当所述沟槽沿道路方向转弯时，沟槽位置中心线与地面取电装置的中心线发生偏离，返回步骤E）。

上述步骤3）中，自动速度控制系统的操作步骤如下：

A、设置一包括车距探测装置、车速测量装置、速度控制ECU电脑控制单元、电机输出功率控制装置和制动控制系统的自动速度控制装置；

B、由上述的沟槽探测器接收的沟槽位置信息传送至速度控制ECU电脑控制单元，判断沟槽位置的中心线是否与所述地面取电装置的中心线重合，重合，进入步骤C，不重合，进入步骤D； 

C、由上述的车距探测装置实时探测前方是否有障碍物，障碍物与电动汽车的纵向距离信息和横向距离信息；若无障碍物，进入步骤D；若发现前方有障碍物或进入弯道，进入步骤E；

D、由上述沟槽探测器实时探测路面沟槽的位置和变动方向信息，以保证地面取电装置与沟槽位置的中心线始终保持重合，行驶中的电动汽车逐步提速直至最高限速120公里/小时，并保持120公里/小时的时速行驶；

E、将有障碍物或进入弯道的信息输入至速度控制ECU电脑控制单元，该速度控制ECU电脑控制单元计算判断前方障碍物是否在电动汽车行驶路线上；如果障碍物在电动汽车行驶路线上，构成行驶障碍，进入步骤F；否则，进入步骤G；

F、将障碍物或弯道的输入信息与沟槽的横向距离和速度控制ECU电脑控制单元中最初输入的车宽信息进行比较，若车前障碍物在车宽以内，构成行驶障碍；速度控制ECU电脑控制单元发出指令，电动汽车减速，行驶的最大时速减为80公里/小时；

G、将障碍物或弯道的输入信息与沟槽的横向距离和速度控制ECU电脑控制单元中最初输入的车宽信息进行比较，若车前障碍物在车宽以外，不构成行驶障碍，则电动汽车无需减速，按原速行驶。

当有车辆突然插入电动汽车与前方汽车之间时，雷达测距探测器或激光测距探测器将接收与前方汽车之间距离的信息传输至ECU电脑控制单元；两车间距离突然缩短至小于安全距离，速度自动控制系统将按照如下操作进行：

A、开始减速，从减少对发动机供电开始，直至停止供电，进而将发动机转为发电机；

B、通过测距雷达或激光测距装置连续观测两车的间距变化；

C、如果两车的间距在仍在缩短，ECU电脑控制单元将加强减速，实施踏板制动，直至两车间距维持不变；

D、当两车间距不变时，ECU电脑控制单元开始按照内设的速度控制图软件控制其车速，直至两车间距至安全距离。

上述步骤4）所用的地面取电装置由取电电刷、取电液压缸、取电液压缸的液压连通管、取电伞支架、主杆、装于主杆上的主杆纵向旋转液压缸和主杆轴向旋转液压缸构成；其中，主杆顶端装一带有限位开关的齿轴，齿轴通过一横向齿条与所述纵向旋转液压缸连接，该纵向旋转液压缸嵌装于该电动汽车后部的底盘上；轴向旋转气缸位于该主杆的中部，在轴向旋转气缸底端的下侧装有伞形支架；主杆的底端固装有一横梁，横梁两端分别装有液压连通管，2个液压连通管分别与取电液压缸底部连接，取电电刷的上端为自由端，其底端与取电液压缸的活塞杆连接；在取电液压缸的中部与伞形支架的底端铰接；2个取电电刷上分别接有与车载变压器端口连接的导线。

上述地面取电装置的取电步骤如下：

A、地面取电装置开启时，纵向旋转液压缸推动横向齿条向左移动，横向齿条带动主杆绕轴逆时针旋转70°至限位开关处，启动轴向旋转气缸；

B、轴向旋转气缸推动带齿液压缸轴向旋转90°后，带齿液压缸推出伞形支架，伞形支架推出取电液压缸，2个取电电刷分别和与其对应一侧的裸电缆贴合，开始通过裸电缆向该电动汽车提供用电的动力和对车载电池充电；

C、地面取电装置关闭时，由带齿液压缸驱动收回伞形支架，伞形支架收回取电液压缸，带动2个取电电刷脱离开裸电缆，伞形支架折回主杆4至限位开关处，轴向旋转气缸启动；

D、轴向旋转气缸推动带齿液压缸轴向反向旋转90°，带齿液压缸至限位开关处，启动纵向旋转气缸；

E、纵向旋转液压缸推动横向齿条向右移动，横向齿条带动主杆绕齿轴逆时针旋转70°至限位开关；与所述电动汽车底盘平行收置。

上述步骤5）中，充电结束的具体操作步骤如下：

①当红外接收装置接收到红外发射装置发出的结束充电的信号后，自动断开裸电缆供电，转由电池供电；带有取电电刷的地面取电装置归位，并触动限位开关，车载警报器响，提示地面取电结束；

②关闭自动取电开关；

③自动速度控制系统和自动转向控制系统同时关闭；电动汽车的速度控制由自动速度控制转为手动速度控制；电动汽车的转向控制由自动转向控制转为手动转向控制。

以下结合附图对本发明用电及充电的方法进行详细说明：

如图1所示，本发明的用电及充电的方法包括沿车行方向设置一充电区域Ⅰ、通过该充电区域Ⅰ的电动汽车Ⅱ；距充电区域Ⅰ出口前500米处，在沟槽一侧与地面平齐装有一提示地面取电结束的红外发射装置Ⅲ，充电区域Ⅰ出口处的地面上装有充电计费扫描装置Ⅳ。在通过该充电区域Ⅰ的电动汽车Ⅱ的前部底板下面装有与红外发射装置Ⅲ匹配的红外接收装置，电动汽车Ⅱ通过红外接收装置接收红外发射装置Ⅲ充电结束的信号，自动关闭和收回取电装置，打开电动汽车Ⅱ的识别卡盖；并提示驾驶员离开充电区域Ⅰ，充电计费扫描装置Ⅳ主要用于对离开充电区域Ⅰ的电动汽车的识别信息进行扫描，并计费；然后，将保存该车充电计费信息并传到电网的收费系统。

如图2、图3所示，

路面开设的沟槽以构件1的宽度设置为标准进行开槽，在整个充电区域的长度范围内，每车道内开设一个沟槽，沿该沟槽长向连续铺设有多个构件1。

构件1为水泥一体浇注而成，该水泥构件的下半部为漏斗状，为了加强该水泥构件的抗压强度，在水泥构件底部的长向两端设为盲端11；水泥构件的长短取决于路面的强度，如果区域为高架桥，则还要考虑与高架桥的跨度相当，底部的中段为与路面排水管连接的排水道12，排水道12可以是开通状或间隔开通状；盲端11位于排水道的内侧面为上窄下宽，其斜度为45°；水泥构件上半部的两侧边为垂直面，裸电缆2设有两根，分别贴设于两侧的垂直面上，在裸电缆与垂直面之间有绝缘体15相隔；绝缘体15选用绝缘陶瓷，在两个垂直面的顶端分别向内设有防尘用的顶板13，两侧顶板13的自由端相对且不相接，其间留有充电的通道14，该通道14的宽度≤90mm；为了保证路面行车的平稳，该顶板与路面平行；

如图4、图5所示，为红外发射装置与构件安装位置示意图；在距充电区域出口前500m处的构件一侧嵌装有一圆形的红外发射装置3，红外发射装置3的位置距构件顶板中心线100mm；与电动汽车底板前部安装的红外接收器匹配设置；红外发射装置3内装有红外发射器31、在红外发射器31的外围套设有与其同平面的光电池32，金属环33套设在光电池的外围，金属环33的厚度厚于红外发射器31与光电池32的平面；金属环33的顶面和底面均高出光电池32，红外发射器31在金属环33的保护下固装在路面上；红外接收装置与红外发射装置3在一定距离时，红外发射器31会以相同频率振动，使其红外接收装置发出声响报警，并将该信号传送至ECU电脑控制单元中，由ECU电脑控制单元实时发出的指令，控制电动汽车结束路面充电。

如图6所示，该地面取电装置设置于该电动汽车底板的中后部；该地面取电装置接收沟槽探测器寻找沟槽中心线的信息，使地面取电装置的中心线与沟槽探测器的中心线相对后，开启地面取电装置；

地面取电装置由主杆4、纵向旋转液压缸40、横向齿条41、齿轴42，带齿液压缸43、轴向齿条44、伞形支架45、轴向旋转气缸46、取电液压缸47、液压连通管48、取电电刷49，导线5构成；

其中，主杆4的顶端设有一带有限位开关的齿轴42，齿轴42通过一横向齿条41与一纵向旋转液压缸40连接，该纵向旋转液压缸40嵌装于电动汽车后部的底盘上；在主杆4的中部装有一带齿液压缸43，在带齿液压缸43的中部通过一轴向齿条44与一轴向旋转气缸46连接；在带齿液压缸43向主杆4底端的一侧两个相对面各装有1个伞形支架45；在主杆4的底端固装有一横梁，横梁两端装有液压连通管48，液压连通管48两端分别与2组带有取电液压缸47的底部连接；取电电刷49的端部向上，为自由端；2个取电液压缸的中部与2个伞形支架45的底端分别铰接；在2个取电电刷49上分别接有与车载变压器端口连接的导线5。

地面取电装置的取电步骤为：

A、地面取电装置开启时，纵向旋转液压缸40推动横向齿条41向左移动，横向齿条41带动主杆4绕齿轴42逆时针旋转70°至齿轴42上的限位开关处，启动轴向旋转气缸46；

B、轴向旋转气缸46推动带齿液压缸43轴向旋转90°后，带齿液压缸43推出伞形支架45，伞形支架45推出取电液压缸47，2个取电电刷49分别和与其对应一侧的裸电缆贴合，开始通过裸电缆向该电动汽车提供用电的动力和对车载电池充电；

为保证该电动汽车用电和对车载电池充电效果，取电电刷49与裸电缆2需贴合紧密，液压连通管48连通取电液压缸47，一方面保证取电电刷49对裸电缆2的足够压力，另一方面，在电动汽车方向变化时，使得一边压力增大时，一边的取电电刷49会自动缩短，而另一边的取电电刷49会自动延伸，在保证取电电刷49与裸电缆2的紧密贴合的条件下，能够适应地面取电装置横向的微小变化。

当取电电刷49与裸电缆贴合时，电能将由裸电缆传递到车载变压器的两端，此时，通过电器开关切断电池组对电机线路的供电，然后接通车载变压器，实现裸电缆对电机线路的供电。需要进一步说明的是：实现裸电缆供电和电池组供电的切换开关应置于裸电缆供电车载变压器与一组电感电路之间，这样，可以在供电源切换时，减少瞬间断电对电机、电器和裸电缆的影响。

同时，对电机供电量进行控制，以调整电机输出功率的控制装置，设在电感装置与电机之间，这样，可以增加控制装置对电机控制的灵敏度，减少电感装置对控制电量变化的干扰。

当裸电缆即将达到线路终点时，地面沟槽的红外发射装置将提前500m向电动汽车发出信号。电动汽车上装备的红外接收器接到信号后，自动断开裸电缆供电，转由电池供电；系统会顺序关闭地面取电装置；车载警报器响，由驾驶员关闭地面取电开关，然后关闭自动速度控制系统，开启油门踏板控制系统；同时关闭自动转向控制系统，开启方向盘控制转向系统。

地面取电装置关闭的过程为：

C、地面取电装置关闭时，由带齿液压缸43驱动收回伞形支架45，伞形支架45收回取电液压缸47，带动2个取电电刷49同时脱离开与其贴合的裸电缆，伞形支架45折回主杆4至限位开关处，轴向旋转气缸46启动；

D、轴向旋转气缸46推动带齿液压缸43轴向反向旋转90°，带齿液压缸43至限位开关处，启动纵向旋转气缸40；

E、纵向旋转液压缸40推动横向齿条41向右移动，横向齿条41带动主杆4绕齿轴42逆时针旋转70°至限位开关处；平行收置于电动汽车的底盘上。

地面取电装置归位时，会触动警示系统。警示系统可以采用安装在仪表盘上的蜂鸣器和红色闪光灯对驾驶员提出警示，提示驾驶员关闭自动取电开关。

驾驶员关闭自动取电开关，关闭自动速度控制系统，并将速度控制信息转为速度踏板和制动踏板信息；电动汽车行驶速度转为人工控制；

关闭自动转向控制系统，将转向控制信息由车距探测器和沟槽探测器转为方向盘信息。电动汽车转向控制由自动速度控制转为手动速度控制。

其中，手动速度控制装置是由速度踏板和制动踏板构成。

速度踏板下连接一段永磁杆，永磁杆穿入线圈，在踏下和松开速度踏板时，由于永磁杆的进、退移动，会在线圈中产生感应电流。该电流、电压经过电压及电压变化率统一电路的调整，使其与ECU对供电功率装置的输出的电流、电压相等，即可实现自动速度控制与手动速度控制的顺利切换。

制动踏板下连接一段永磁杆，永磁杆穿入线圈，在踏下和松开制动踏板时，由于永磁杆的往复移动，会在线圈中产生感应电流。该电流、电压经过电路的调整，使其与ECU对制动装置的输出的电流、电压相等，即可实现自动制动控制与手动制动控制的顺利切换。

本发明自动转向控制系统、自动速度控制系统的工作原理如下：

电动汽车上装有车速传感器、车距探测器和沟槽探测器，车速传感器、车距探测器和沟槽探测器将接收的地面信号或沟槽信号等传送至ECU电脑控制单元中。

自动转向控制系统：自动转向控制系统由自动转向ECU电脑控制单元接收沟槽探测器探测的路况后向其发布指令，进行启动或关闭。

该自动转向控制系统由自动转向控制装置和沟槽位置探测器构成。

沟槽探测器将探测的沟槽位置信息，包括沟槽宽度、沟槽位置的信息（沟槽相对于车辆的位置信息）输入至ECU电脑控制单元，沟槽位置信息将与固定于自动转向ECU电脑中的取电装置位置进行比较；

当沟槽位置的中心线与地面取电装置的中心线重合时，自动转向ECU电脑控制单元发出指令，地面取电装置开始启动，直至取电电刷与裸电缆紧密贴合。

当沟槽位置的中心线与地面取电装置的中心线不重合时，其位置差将导致ECU电脑控制单元对电动汽车转向装置发出指令，通过转向泵调整电动汽车的行驶方向，使地面取电装置的中心线与沟槽位置的中心线重合。此时，电动汽车的转向机构将保持电动汽车行进方向。同理，当电动汽车取电沟槽沿道路方向转弯时，沟槽的中心线与地面取电装置的中心线将发生偏离，自动转向控制系统会推动电动汽车转向装置的转向泵工作，以调整电动汽车的行驶方向，驱动电动汽车沿沟槽转弯。同时，通过与沟槽探测器与自动转向ECU电脑控制单元的联系，自动转向ECU电脑控制单元会记录沟槽转弯的轨迹，并根据轨迹计算软件获得的轨迹信息，车速信息，取电装置的位置信息，控制自动转向控制系统，使得转向控制系统能够精确控制取电装置在沟槽中的位置，保证连续取电。

电动汽车转向机构是由双向液压装置推动的齿轮-齿条机构组成，齿条推动转向拉杆实现车轮转向；

当电动汽车转向机构由自动控制转变为手动控制时，电动汽车的转向机构仍然由液压系统控制。此时，自动转向ECU电脑控制单元的控制信号来源由沟槽探测器与地面取电装置的位置信息转为由方向盘的位置信息。

自动速度控制系统由速度控制ECU电脑控制单元接收沟槽探测器、车速传感器、车距探测器的障碍物宽度，障碍物与沟槽的相对位置，障碍物的距离等信息后，向其发布指令，进行启动，加速，减速或关闭的控制。

自动速度控制系统设置有：电动汽车直线向前行驶的方向雷达，视频或者激光测距装置；电动汽车车速测量装置；沟槽探测器；速度控制ECU电脑控制单元；电机输出功率控制系统；制动控制系统；其中，沟槽探测器可选用激光探测器、雷达探测器或视频探测器中任一种。

自动速度控制系统启动后，雷达，视频或者激光测距装置继续探测电动汽车行进方向的障碍物与本车的距离，并将信号传递至速度控制ECU电脑控制单元。

雷达或者激光测距装置获取如下信息：

沟槽探测器用于探测路面沟槽的位置和变动方向信息；

车距探测器用于探测前方障碍物与电动汽车的纵向距离信息和障碍物的宽度和与沟槽的相对位置信息；

雷达或者激光测距装置能够探测上述信息的最远距离在150m。

在电动汽车直行的情况下，速度控制ECU电脑控制单元在获取连续获得测距信号后，根据电动汽车当前行驶速度，计算出电动汽车与前方障碍物的接近速度，并对车辆行进速度进行控制；

电动汽车与前方障碍物距离超过110m，并且电动汽车行驶速度低于120公里/小时，ECU电脑控制单元将输出加速信号，并控制加速度不高于2.8m/s²，以保持乘车人的舒适状态。

电动汽车与前方障碍物的距离低于110m，但是距离增加，并且电动汽车行驶速度低于120公里/小时，速度控制ECU电脑控制单元将输出加速信号，并控制加速度不高于2.8m/s²。

电动汽车与前方障碍物的距离低于110m时，速度控制ECU电脑控制单元将对电动汽车与前方障碍物的距离(s)和车辆行驶速度进行分析，在国家法规规定的最大减速度5m/s²的条件下，依照0≤v=(2ias)^1/2对电动汽车速度进行调整，以后简称速度控制图。如果电动汽车制动的最大减速度小于5m/s²，则电动汽车与前方障碍物的安全距离可以进一步缩短。其中，i是车辆依据路面摩擦力和车重状况，对加速度a进行的调整系数；s表示电动汽车与前方障碍物的距离；v表示车辆行驶速度。由ECU电脑控制单元对加速过程中依照测量的实际车速，行车距离，加速度与电动汽车制造商事先根据标准实验输入速度控制ECU电脑控制单元的车速、行车距离与加速度的数据对比得出。以作为该路段的加速度调整系数。速度控制ECU电脑控制单元将根据速度控制图对车辆速度进行控制，实施加速、减速或者保持速度。

110m的控制距离是保证电动汽车以120公里时速行驶时，突然遇到静止障碍物的情况下，可以通过减速避免碰撞的距离，如果电动汽车的减速性能优越，能提供绝对值大于5m/s²的减速度，则可以根据车辆的实际减速性能缩短控制距离。

电动汽车与前方障碍物的距离低于110m时，电动汽车将根据速度控制图，以优先减少供电功率的方式实现减速，直至完全停止对电机供电，使得电机转变为发电机向电池充电。

当电机转变为发电机后仍然不能满足继续减速的要求时，ECU电脑控制单元将启动电动汽车的制动系统，使得车距保持在速度控制图规定的安全距离内。

电动汽车与前方障碍物的距离低于110米时，电动汽车与前方障碍物之间距离降低的减速度等于或者小于ia时，电动汽车会立即停止向发动机供电，并使其成为发电机，同时立即直接启动紧急制动系统，将电动汽车减速度降至最小（因为减速度小于零，故减速度最小时，减速度的绝对值最大）。同时，对驾驶员发出紧急警报，以便驾驶员采取紧急措施，迅速切断裸电缆供电系统，恢复到手动驾驶，准备回避风险。由于电动汽车自动驾驶系统所保持的是安全距离，安全距离即前车突然掉下一件物品（处于相对静止状态），电动汽车采取紧急制动仍能够避免碰撞的距离，所以一般情况无需采取关闭地面取电系统，启动手动驾驶的措施。

本发明中速度控制ECU电脑控制单元的速度控制标准设定如下：

加速控制的标准速度不超过120公里；弯道不超过80公里；实测与障碍物距离大于速度控制图计算出的当前速度下的安全距离。

减速控制标准为在现行速度条件下，至少与障碍物的距离不变；实测与障碍物的距离低于速度控制图计算出的当前速度下的安全距离。

启动制动减速的标准为在电机制动条件下，与障碍物的距离仍然在持续缩短，并实测与障碍物的距离在速度控制图计算出的当前速度下会发生碰撞；

在转弯路段，由于前车转弯，测距雷达或激光在车前方会打在转弯的护栏上或者打在相邻车道正在转弯的车辆上，而不是前方车辆上。为避免ECU电脑控制单元误以为转弯车辆或弯道护栏为障碍物，而影响正常行驶，采取如下措施：

速度控制ECU电脑控制单元在接收的沟槽由直线变为曲线的信号时，会将所测的障碍物与沟槽的横向距离与ECU电脑控制单元中最初输入的车宽信息进行比较，以判断车前障碍物是否在车行方向的车宽以外。根据一般车的宽度，如果障碍物到沟槽的横向距离在1.3米以上，则表明该障碍物，不会对行车造成威胁。当障碍物到沟槽的横向距离在1.3米以上时，速度控制ECU电脑控制单元将会对速度控制机构发出减速指令，减至80公里/小时；如果发现障碍物到沟槽的横向距离在1.3以内，ECU电脑控制单元将会将该物体判断为车前障碍物，此时，ECU电脑控制单元将按照速度控制图对车速进行调整。

由于直行速度与转弯速度控制标准不同，在探测到弯道信息后，速度控制系统会将速度从时速120公里降为80公里

在转弯时，测距雷达波或者激光可能已经无法探测到前车的距离，因为前车转弯已经脱离雷达波的视野。因而行车速度太高则会出现安全状况。因而要求电动汽车在接收到转弯信号时，同时发出信号，控制电动汽车前面中部的雷达波发射器开始偏转，扫过沿沟槽同车宽的路面，如在车行的道路路面上发现障碍物，并将该障碍物的距离信号传递给速度控制ECU电脑控制单元，由速度控制ECU电脑控制单元根据依照速度控制图对车速进行调整，对电动汽车加速机构发出保持速度，或者减速的指令。转弯时的车速以80公里/小时为最高限。

按照目前的道路设计，在电动汽车转向时，在电动汽车转向方向另一侧的护栏或者车辆会遮挡靠护栏最近的道路上的电动汽车的雷达波或激光束。由于高速公路的转弯半径大于110米，车速控制在80公里/小时，雷达或激光探测头随弯道转向，这样，就能够保证电动汽车雷达或激光束能够探测到车前安全制动距离内的障碍物。因此，电动汽车道路的转弯限速需要限定为80公里/小时。

为简化电动汽车的速度控制，也可以采用驾驶员通过加速踏板的方法控制行车速度和加速度。这样，可以大大降低对雷达或激光测速和行车电脑的要求，从而降低成本。但是，同时也降低了电动汽车的舒适性。但是，在使用裸电缆供电时，不能使用手控方向盘方式替代自动转向系统。

在有车辆突然插入电动汽车与前方汽车之间时，测距雷达或激光会传输给速度控制ECU电脑控制单元一个电动汽车与前方障碍物之间的距离突然缩短的信息，并且，两车间距离突然小于安全距离，速度自动控制系统将按照如下操作进行：

1）立即开始减速：从减少对发动机供电开始；

2）连续观测两车间距离的变化；

3）如果两车间距离在缩短，速度控制ECU电脑控制单元将加强减速，包括将发动机变为发电机，直至实施制动，直至两车间距离不变。

当两车间距离不变时，速度控制ECU电脑控制单元开始按照速度控制图控制车速

本发明充电计费模块的工作原理如下：

充电计费模块接收地面取电探测模块探测的开始和结束充电的信号，同步实施充电计费；

为确保电费的支付，电动汽车将在出厂时有唯一的电子编码，并留有电子刷卡的位置。在电动汽车进行工商注册时，用户将本人确定的银行账户输入该位置，以便取电后能够实现电子付费，并在电脑中保留付费和收费的记录，以便对账用。

用户在购车时，办理了IC卡，其内录入用户电动汽车充电支付的银行卡号，车主的基本信息：如照片、姓名、年龄、手机电话号码和身份证号号码。

银行卡为特殊电费付款卡，不可用于其它支付。该银行卡的性质属于信用卡。银行卡的发卡银行与国家电网有支付协议。与客户有付款和通知协议。

计费充电流程如下

电动汽车接通裸电缆后，输入电量计开始工作，并将最终输入电量记录如IC卡。同时输入充电的日期；

关闭地面取电系统，地面取电装置收回后，IC卡盖自动打开；或者关闭充电系统后，IC卡盖自动打开。

充电区域出口处设置的激光扫描装置扫描IC卡，获取充电量信息和银行卡信息；

收费站的电脑中的自动报告程序会将信息传输给银行电脑和国家电网电脑。

银行电脑接收到信息后，会向国家电网付款；同时向银行卡用户发出短信，通知客户。

IC卡接收到激光扫描信息后，启动关闭IC卡盖程序，关闭IC盖。

在输电线路结束的路段，或者在高速公路的出口处，可以设置电子收费和路段收费装置，实现车辆离线自动收费。

由于电动汽车行车安全是最为重要的，所以所有地面取电系统的控制线路一律采取双路控制，包括液压控制线路、电子控制线路和电控线路。当其中一个线路出现故障，备用线路启动工作，同时，故障显示装置将会提醒车主故障发生，需要维修。同样，备用线路一旦出现问题，故障显示装置会提醒车主备用故障发生，需要维修。