CN112140897A - 一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案 - Google Patents

一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案 Download PDF

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杨坤
王杰
王鑫恫
邵长江
陈文钢
赵义
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Abstract

本发明提供一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案，包括传感***和控制流程，传感***包括车载传感***和执行机构传感器***；车载传感***包括车载GPS传感器、车载时钟模块、车载使能开关、车载雨量传感器、车载图像提示装置；执行机构传感器***包括：风速传感器、光电检测传感器、太阳能板角度传感器、太阳能电池板第一限位传感器、太阳能电池板第二限位传感器；在上述传感***的基础上，基于提出的控制流程，本控制方案可根据时间、风速、车速、雨量等信息，自动关闭、打开、调整太阳能电池板，这有效减小了太阳能转换效率和整车风阻之间的矛盾，并可有效保护太阳能电池板。

Description

一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂 直位置控制方案
技术领域
本发明属于太阳能电动汽车技术领域，具体涉及一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案。
背景技术
随着能源安全和空气污染问题的日益突出，电动汽车已经成为当今世界汽车技术研发的焦点之一；而由于电池性能的原因，续驶里程和充电速度一直是影响电动汽车普及应用的短板；太阳能作为一种无污染、取之不尽、用之不竭的清洁能源，受到了各能源相关行业的青睐，如文献《轮毂电机驱动太阳能电动车匹配及经济性分析》(王鑫恫，杨坤，王杰，等.轮毂电机驱动太阳能电动车匹配及经济性分析[J].机械科学与技术，2020，39(8)：1211-1216.)所述，加装太阳能电池后，在NEDC工况，每天平均里程为50km的情况下，整车续驶里程可有效提高20％左右，为此，太阳能电动汽车也受到国内外各大研究机构和汽车厂家的关注；许多汽车制造商通过在汽车车身表面安装太阳能电池用于给动力电池进行辅助充电，从而有效增加了整车续驶里程、提高了动力电池的使用寿命，同时降低了整车的使用成本，例如，2016年，丰田公司开发了太阳能电动汽车“Solar Prius PHV”，该车通过在顶部安装太阳板，有效减少了汽车电池的充电次数，延长了动力电池寿命，降低了整车使用成本。
但是，目前太阳能电动汽车也存在能量转换效率较低这一影响其普及应用的关键技术问题，这主要是因为现有的太阳能电动汽车大多将太阳能电池板安装在汽车表面，除了太阳能电池板的面积有限外，太阳光不能长时间垂直照射到太阳能电池表面，也是造成太阳能转化率比较低的主要原因，为此本发明提出一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案，该控制方案通过与具有垂直位置调节装置的太阳能电池板调节机构相结合，可以根据整车的位置、太阳光照射的角度得到最佳太阳能电池板角度，从而主动调整太阳能电池板与水平面的夹角，使太阳能板尽可能的与太阳光垂直，有效提高太阳能的转换效率；另外，本控制方案可从提高太阳能电池板转换效率的角度，通过车载图像提示装置为驾驶员提供最佳停车方位参考信息，并根据时间、风速、车速、雨量等信息，自动关闭、打开、调整太阳能电池板，这有效解决了太阳能转换效率和整车风阻之间的矛盾，并可有效保护太阳能电池板。
发明内容
本发明一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案，包括传感***和控制流程两个方面。
传感***包括车载传感***和执行机构传感器***。
车载传感***包括车载GPS传感器、车载时钟模块、车载使能开关、车载雨量传感器、车载图像提示装置；车载GPS传感器数据端口分别与控制单元的I/O1和I/O2端口连接，将汽车所在地的经纬度信息输出给控制单元；车载时钟模块的数据端口分别与控制单元的I/O3和I/O4端口连接，将当前的日期和时间实时输出给控制单元；车载雨量传感器的数据端口与控制单元的I/O7端口连接，将雨量信息输出给控制单元；车载使能开关与控制单元的I/O10端口连接；车载图像提示装置通过CAN总线与控制单元的CAN_RXD和CAN_TXD端口连接。
执行机构传感器***包括：风速传感器、光电检测传感器、太阳能板角度传感器、太阳能电池板第一限位传感器、太阳能电池板第二限位传感器。
风速传感器的数据端口与控制单元的AD1端口连接，将风速信息输出给控制单元；光电检测传感器的两个数据端口分别与控制单元的AD2、AD3端口连接，将太阳光与太阳能电池板的角度信息输出给控制单元；太阳能板角度传感器的数据端口分别与控制单元的I/O5和I/O6端口连接，将太阳能电池板与水平面的夹角输出给控制单元；太阳能电池板第一限位传感器的数据端口与控制单元的I/O8端口连接；太阳能电池板第二限位传感器的数据端口与控制单元的I/O9端口连接。
电机驱动器的使能端口与控制单元的I/O11端口连接，控制信号端口与控制单元的FTM1端口连接。
一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案的具体工作流程如下。
步骤S1：判断车载使能开关是否打开，如果使能开关打开，则进行数据采集，如果使能开关关闭，则停止充电，太阳能电池板复位。
步骤S2：数据采集：采集各传感器的信号，具体包括：车载GPS传感器输出的汽车所在地的经纬度信息；车载时钟模块输出的当前的日期和时间；车载雨量传感器输出的雨量信息；风速传感器输出的风速信息；光电检测传感器输出两个光敏电阻的电压值；太阳能电池板第一限位传感器、太阳能电池板第二限位传感器输出的太阳能电池板的位置信息。
步骤S3：根据整车所处位置的经纬度，确定合适的停车方位，并通过车载图像提示装置反馈给驾驶员。
步骤S4：判断车速是否大于0，如果车速大于0，则停止充电，太阳能电池板复位；如果车速等于0，则进一步判断时间。
步骤S5：判断时间是否是夜晚，如果是夜晚，则停止充电，太阳能电池板复位；如果不是夜晚，则进一步判断风速。
步骤S6：判断风速是否大于10.7m/s，如果风速大于10.7m/s，则停止充电，太阳能电池板复位；如果风速小于10.7m/s，则判断能否进一步调节太阳能电池板的水平方位角。
步骤S7：判断太阳能电池板第一限位传感器是否输出高电平，如果是高电平，则重新从步骤S1，进入循环；如果是低电平，则调节太阳能电池板与水平面的夹角。
步骤S8：根据太阳的高度角、方位角，太阳能电池板与水平面的夹角，粗调太阳能电池板与水平面的夹角。
步骤S9：根据光电检测传感器垂直方向两个光敏电阻电压差值的绝对值|UAB|与门限值ΔU1的大小关系，判断是否需要精确调节太阳能电池板与水平面的夹角，如果|UAB|>ΔU1，则通过垂直位置调节装置调节太阳能电池板与水平面的夹角，并重复步骤S7；如果|UAB|≤ΔU1，则进一步判断是否需要继续充电；门限值ΔU1通过标定试验获得。
步骤S10：判断电池荷电状态SOC是否大于电池SOC最大值SOCmax，如果SOC>SOCmax，则停止充电，太阳能电池板复位；如果SOC≤SOCmax，则继续保持充电，并重新从步骤S1，进入循环。
步骤S11：停止充电，太阳能电池板复位。
步骤S12：判断太阳能电池板第二限位传感器是否输出高电平，如果是高电平，则停止调节，结束工作；如果是低电平，则继续调节太阳能电池板与水平面的夹角，直到太阳能电池板第二限位传感器输出高电平。
与现有的太阳能电动汽车相比：该控制方案通过与具有垂直位置调节装置的太阳能电池板相结合，可以根据整车的位置、太阳光照射的角度得到最佳太阳能电池板角度，从而主动调整太阳能电池板与水平面的夹角，使太阳能板尽可能的与太阳光垂直，有效提高太阳能的转换效率；另外，本控制方案可从提高太阳能电池板转换效率的角度，通过车载图像提示装置为驾驶员提供最佳停车方位参考信息，并根据时间、风速、车速、雨量等信息，自动关闭、打开、调整太阳能电池板，这有效解决了太阳能转换效率和整车风阻之间的矛盾，并可有效保护太阳能电池板。
附图说明
图1为基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案原理图。
图2为基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案的工作流程图。
图3为太阳能电池板位置调整装置的三维结构图。
图4为太阳能电池板位置调整装置底座的三维结构图。
图5为太阳能电池板位置调整装置底座的***图。
图6为太阳能电池板位置调整装置第二侧板的D向视图。
图7为太阳能电池板位置调整装置第四侧板的F向视图。
图8为图3中A部分的放大图。
图9为图3中B部分的放大图。
图10为太阳能电池板位置调整装置的右视图。
图11为图10中H部分的放大图。
图12为太阳能电池板位置调整装置的正视图。
图13为太阳能电池板垂直位置调整装置和底座的三维结构图。
图14为图13中I部分的放大图。
图15为图13中J部分的放大图。
图16为图13中K部分的放大图。
图17为图13中L部分的放大图。
图18为太阳能电池板垂直位置调整装置和底座的俯视图。
图19为太阳能电池板垂直位置调整装置和底座的M-M向剖视图。
图20为太阳能电池板垂直位置调整装置和底座的N-N向剖视图。
图21为图19中O部分的放大图。
图22为图19中P部分的放大图。
图23为丝杠螺母的三维结构图。
图24为丝杠螺母的侧视图。
图25为丝杠螺母的Q-Q向剖视图。
图26为连杆的三维结构图。
图27为第一导向杆的三维结构图。
图28为第二导向杆的三维结构图。
图29为第二轴承盖的正视图。
图30为第二轴承盖的后视图。
图31为第二轴承盖的俯视图。
图32为第二轴承盖的仰视图。
图33为第二轴承盖的S-S向剖视图。
图34为第二支撑座的三维结构图。
图35为第二支撑座的俯视图。
图36为第二支撑座的正视图。
图37为第二支撑座的后视图。
图38为第一轴承盖的正视图。
图39为第一轴承盖的后视图。
图40为第一轴承盖的俯视图。
图41为第一轴承盖的仰视图。
图42为第一轴承盖的V-V向剖视图。
图43为第一支撑座的三维结构图。
图44为第一支撑座的俯视图。
图45为第一支撑座的正视图。
图46为太阳能电池板安装基体的俯视图。
图47为太阳能电池板安装基体的仰视图。
图48为太阳能电池板安装基体的左视图。
图中：1、第一导向杆；2、太阳能电池板第一限位传感器；3、第一侧板；4、底座底板；5、第二侧板；6、第一轴承盖；7、丝杠；8、第一吊耳；9、第二吊耳；10、安装基板；11、第三吊耳；12、风速传感器；13、第一旋转销；14、第一线束；15、光电检测传感器；16、太阳能板角度传感器；17、连杆；18、第四吊耳；19、第五吊耳；20、第一螺母；21、第二旋转销；22、第一轴承；23、太阳能电池板；24、第三侧板；25、第二轴承盖；26、电机；27、电机脚座；28、第四侧板；29、电机驱动器；30、第二线束；31、第三线束；32、控制单元；33、第四线束；34、第五线束；35、太阳能电池板第二限位传感器；36、第二支撑座；37、第六线束；38、第三旋转销；39、第六吊耳；40、丝杠螺母；41、第一轴轴承安装孔；42、第一线束通孔；43、第二轴轴承安装孔；44、第二导向杆；45、第二螺母；46、第七线束；47、第一支撑座；48、第三螺母；49、第一螺栓；50、联轴器第一端；51、联轴器第二端；52、第二螺栓；53、第三螺栓；54、第四螺母；55、第四螺栓；56、第二轴承；57、第三轴承；58、第一键；59、第二键；60、电机转轴；61、第一导杆通孔；62、丝杠螺纹孔；63、第二导杆通孔；64、第一通孔；65、第二通孔；66、丝杠螺母连接端；67、第一基板连接端；68、第一转动销连接孔；69、第二基板连接端；70、第二转动销连接孔；71、第三转动销连接孔；72、第一导向杆杆头；73、第一导向杆杆体；74、第二导向杆杆头；75、第三导向杆杆头；76、第二导向杆杆体；77、第四导向杆杆头；78、第一杆头安装槽；79、第一丝杠安装孔；80、第二杆头安装槽；81、第一螺纹孔；82、第二螺纹孔；83、第一轴承槽；84、第三螺纹孔；85、第二丝杠安装孔；86、第四螺纹孔；87、第三杆头安装槽；88、第二轴承槽；89、第四杆头安装槽；90、第五杆头安装槽；91、第三丝杠安装孔；92、第六杆头安装槽；93、第五螺纹孔；94、第六螺纹孔；95、第三轴承槽；96、第七螺纹孔；97、第四轴承槽；98、第八螺纹孔；99、第七杆头安装槽；100、第四丝杠安装孔；101、第八杆头安装槽；102、第二线束通孔；103、第一基体安装轴；104、第二基体安装轴；105、第三通孔。
图5中各面定义：C1、第一侧板前端面；C2、第一侧板左端面；C3、第一侧板上端面；D1、第二侧板前端面；D2、第二侧板右端面；D3、第二侧板上端面；E1、第三侧板前端面；E2、第三侧板左端面；E3、第三侧板上端面；F1、第四侧板前端面；F2、第四侧板右端面；F3、第四侧板上端面；G1、底座底板前端面；G2、底座底板左端面；G3、底座底板上端面；图29-33中各面定义：R1、第二轴承盖下端面；R2、第二轴承盖上端面；R3、第二轴承盖前端面；图34-37中各面定义：T1、第二支撑座前端面；T2、第二支撑座上端面；T3、第二支撑座后端面；T4、第二支撑座左端面；图37-41中各面定义：U1、第一轴承盖下端面；U2、第一轴承盖上端面；U3、第一轴承盖前端面；图43-45中各面定义：W1、第一支撑座前端面；W2、第一支撑座上端面；W3、第一支撑座后端面；W4、第一支撑座右端面；图45-47中各面定义：X1、安装基板前端面；X2、安装基板右端面；X3、安装基板后端面；X4、安装基板左端面；X5、安装基板上端面；X6、安装基板下端面。
具体实施方案
本发明提供一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，结合附图3-48所示的一种具有垂直位置调节装置的太阳能电池板调整机构，对其进一步详细说明；但需要说明的是，附图3-48仅仅给出了一种具体的实例，并不代表本发明仅适用于此类结构，本发明同样可适用于其他具有垂直位置调节装置的太阳能电池板调整机构。
基于本发明提出的一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案，和附图3-48所示的一种具有垂直位置调节装置的太阳能电池板调整机构，可组成一种由控制单元、车载传感***、执行装置、供能***组成的基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置调整***。
控制单元(32)选用STM32芯片。
车载传感***包括车载GPS传感器、车载时钟模块、车载使能开关、车载雨量传感器、车载图像提示装置；车载GPS传感器数据端口分别与控制单元(32)的I/O1和I/O2端口连接，将汽车所在地的经纬度信息输出给控制单元(32)；车载时钟模块的数据端口分别与控制单元(32)的I/O3和I/O4端口连接，将当前的日期和时间实时输出给控制单元(32)；车载雨量传感器的数据端口与控制单元(32)的I/O7端口连接，将雨量信息输出给控制单元(32)；车载使能开关与控制单元(32)的I/O10端口连接；车载图像提示装置通过CAN总线与控制单元(32)的CAN_RXD和CAN_TXD端口连接。
执行装置由底座、太阳能电池板安装基体、垂直位置调节装置、执行机构传感***、电机驱动器(29)组成。
如图3-7所示，底座由第一侧板(3)、第二侧板(5)、第三侧板(24)、第四侧板(28)和底座底板(4)组成；第一侧板(3)、第二侧板(5)、第三侧板(24)、第四侧板(28)和底座底板(4)均为长方体结构；第一侧板(3)与第三侧板(24)形状相同；第二侧板(5)与第四侧板(28)的外形相同；与第四侧板前端面(F1)相对的第四侧板(28)后端面的两端分别与第一侧板左端面(C2)和第三侧板左端面(E2)固定连接；第二侧板前端面(D1)分别与第一侧板(3)的右端面和第三侧板(24)的右端面固定连接；第一侧板(3)和第三侧板(24)平行；第二侧板(5)和第四侧板(28)平行；第一侧板前端面(C1)与第二侧板右端面(D2)和第四侧板右端面(F2)共平面；第三侧板(24)的后端面与第二侧板(5)的左端面和第四侧板(28)的左端面共平面；第一侧板(3)的下端面、第二侧板(5)的下端面、第三侧板(24)的下端面、第四侧板(28)的下端面均与底座底板(4)的下端面共平面；第一侧板(3)的后端面与底座底板前端面(G1)固定连接；第二侧板前端面(D1)与底座底板(4)的右端面固定连接；第三侧板前端面(E1)与底座底板(4)的后端面固定连接；第四侧板(28)的后端面与底座底板左端面(G2)固定连接；在第二侧板前端面(D1)的左侧，设有第一轴轴承安装孔(41)；在第四侧板(28)后端面的左侧，设有第二轴轴承安装孔(43)；第一轴轴承安装孔(41)与第二轴轴承安装孔(43)的中心线重合，且垂直于第二侧板前端面(D1)。
如图3、8-45，垂直位置调节装置由电机(26)和传动装置组成。
电机(26)为旋转电机，通过电机脚座(27)和第四螺栓(55)固定在底座底板(4)上。
传动装置包括第一导向杆(1)、联轴器、丝杠(7)、丝杠螺母装置、连杆(17)、第二导向杆(44)和传动支撑装置组成。
第一导向杆(1)由三部分组成，中间部分为第一导向杆杆体(73)，两端分别为第一导向杆杆头(72)和第二导向杆杆头(74)；第二导向杆(44)由三部分组成，中间部分为第二导向杆杆体(76)，两端分别为第三导向杆杆头(75)和第四导向杆杆头(77)；第一导向杆杆体(73)和第二导向杆杆体(76)形状相同，为圆柱形结构；第一导向杆杆头(72)、第二导向杆杆头(74)、第三导向杆杆头(75)和第四导向杆杆头(77)形状相同，为长方体结构。
传动支撑装置由第一轴承盖(6)、第一支撑座(47)、第二轴承盖(25)、第二支撑座(36)、第二轴承(56)、第三轴承(57)组成。
第二轴承盖(25)的中间位置设有第一轴承槽(83)，第一轴承槽(83)的前后两侧设有第一丝杠安装孔(79)，第一丝杠安装孔(79)为通孔，第一丝杠安装孔(79)的半径小于第一轴承槽(83)，二者均为半圆形孔，且中心轴线重合，在第二轴承盖前端面(R3)上，第一丝杠安装孔(79)的两侧设有第一杆头安装槽(78)和第二杆头安装槽(80)，第一杆头安装槽(78)、第一丝杠安装孔(79)、第二杆头安装槽(80)、第一轴承槽(83)均与第二轴承盖下端面(R1)相通；在第二轴承盖上端面(R2)的两侧设有不与其他部件干涉的第一螺纹孔(81)和第二螺纹孔(82)。
第二支撑座(36)的中间位置设有第二轴承槽(88)，第二轴承槽(88)的前后两侧设有第二丝杠安装孔(85)，第二丝杠安装孔(85)为通孔，第二丝杠安装孔(85)和第二轴承槽(88)均为半圆形孔，二者中心轴线重合，在第二支撑座前端面(T1)上，第二丝杠安装孔(85)的两侧设有第三杆头安装槽(87)和第四杆头安装槽(89)，第二丝杠安装孔(85)、第三杆头安装槽(87)、第二轴承槽(88)、第四杆头安装槽(89)均与第二支撑座上端面(T2)相通；第二支撑座上端面(T2)的两侧设有不与其他部件干涉的第三螺纹孔(84)和第四螺纹孔(86)。
安装后，第一螺纹孔(81)与第四螺纹孔(86)的中心轴线重合；第二螺纹孔(82)与第三螺纹孔(84)的中心轴线重合；第一轴承槽(83)与第二轴承槽(88)的中心轴线重合，二者组成一个圆孔，第二轴承(56)安装在其中；第一丝杠安装孔(79)与第二丝杠安装孔(85)的中心轴线重合，二者组成一个圆孔；第一杆头安装槽(78)、第二杆头安装槽(80)、第三杆头安装槽(87)、第四杆头安装槽(89)为截面形状相同的矩形槽；安装后，第一杆头安装槽(78)与第三杆头安装槽(87)组成一个矩形孔，第三导向杆杆头(75)置于其中；第二杆头安装槽(80)与第四杆头安装槽(89)组成一个矩形孔，第一导向杆杆头(72)置于其中。
第一轴承盖(6)的中间位置设有第三轴承槽(95)，第三轴承槽(95)的前后两侧设有第三丝杠安装孔(91)，第三丝杠安装孔(91)和第三轴承槽(95)均为半圆形孔，二者中心线重合，在第一轴承盖前端面(U3)上，第三丝杠安装孔(91)的两侧设有第五杆头安装槽(90)和第六杆头安装槽(92)，第五杆头安装槽(90)、第三丝杠安装孔(91)、第六杆头安装槽(92)、第三轴承槽(95)均与第一轴承盖下端面(U1)相通；在第一轴承盖上端面(U2)的两侧设有不与其他部件干涉的第五螺纹孔(93)和第六螺纹孔(94)。
第一支撑座(47)的中间位置设有第四轴承槽(97)，第四轴承槽(97)的前后两侧设有第四丝杠安装孔(100)，第四丝杠安装孔(100)和第四轴承槽(97)均为半圆形孔，二者中心线重合，在第一支撑座前端面(W1)上，第四丝杠安装孔(100)的两侧设有第七杆头安装槽(99)和第八杆头安装槽(101)，第四轴承槽(97)、第七杆头安装槽(99)、第四丝杠安装孔(100)、第八杆头安装槽(101)均与第一支撑座上端面(W2)相通；第一支撑座上端面(W2)的两侧设有不与其他部件干涉的第七螺纹孔(96)和第八螺纹孔(98)。
安装后，第五螺纹孔(93)与第八螺纹孔(98)的中心轴线重合；第六螺纹孔(94)与第七螺纹孔(96)的中心轴线重合；第三轴承槽(95)与第四轴承槽(97)的中心轴线重合，二者组成一个圆孔，第三轴承(57)安装在其中；第三丝杠安装孔(91)与第四丝杠安装孔(100)的中心轴线重合，二者组成一个圆孔；第五杆头安装槽(90)、第六杆头安装槽(92)、第七杆头安装槽(99)、第八杆头安装槽(101)为截面形状相同的矩形槽；安装后，第五杆头安装槽(90)与第七杆头安装槽(99)组成一个矩形孔，第二导向杆杆头(74)置于其中；第六杆头安装槽(92)与第八杆头安装槽(101)组成一个矩形孔，第四导向杆杆头(77)置于其中。
安装后，第二支撑座(36)和第一支撑座(47)的下端面与底座底板上端面(G3)固定连接；第一导向杆(1)、第二导向杆(44)与丝杠(7)的中心轴线相互平行，并垂直于第一侧板前端面(C1)。
联轴器由联轴器第一端(50)和联轴器第二端(51)组成，联轴器第一端(50)和联轴器第二端(51)通过第三螺栓(53)和第四螺母(54)固定连接；电机转轴(60)通过第二键(59)与联轴器第一端(50)固定连接。
丝杠(7)的一端固定在第二轴承(56)上，另一端固定在第三轴承(57)上，并穿过第三轴承(57)，通过第一键(58)与联轴器第二端(51)固定连接；安装后，丝杠(7)与电机转轴(60)、第二轴承(56)、第三轴承(57)的中心轴线重合；丝杠螺母(40)为长方体结构，在其前端面上设有丝杠螺纹孔(62)，在丝杠螺纹孔(62)的两侧分别设有第一导杆通孔(61)和第二导杆通孔(63)，第一导杆通孔(61)、丝杠螺纹孔(62)、第二导杆通孔(63)的中心轴线均垂直于丝杠螺母(40)的前端面，安装后，丝杠螺纹孔(62)与丝杠(7)配合，二者中心轴线重合；第一导向杆(1)与第一导杆通孔(61)配合，二者中心轴线重合；第二导向杆(44)与第二导杆通孔(63)配合，二者中心轴线重合；在丝杠螺母(40)的顶部设有第一吊耳(8)、第六吊耳(39)，第一吊耳(8)上设有第一通孔(64)，第六吊耳(39)上设有第二通孔(65)，第一通孔(64)的中心轴线与第二通孔(65)的中心轴线重合，二者的中心轴线与丝杠螺纹孔(62)的中心轴线相互垂直。
连杆(17)为Y形结构，具有三个连接端，丝杠螺母连接端(66)、第一基板连接端(67)、第二基板连接端(69)；丝杠螺母连接端(66)设有第三转动销连接孔(71)，第一基板连接端(67)设有第一转动销连接孔(68)，第二基板连接端(69)设有第二转动销连接孔(70)；安装后，第三旋转销(38)依次穿过第二通孔(65)、第三转动销连接孔(71)、第一通孔(64)后，通过第三螺母(48)实现固定连接，连杆(17)可以绕第三旋转销(38)旋转。
如图3、10-12、46-48，太阳能电池板安装基体由安装基板(10)、第二吊耳(9)、第三吊耳(11)、第四吊耳(18)、第五吊耳(19)、第一基体安装轴(103)、第二基体安装轴(104)组成；安装基板(10)为长方体结构，太阳能电池板(23)安装在基板上端面(W5)上；在安装基板下端面(X6)上靠近安装基板前端面(X1)的一侧固定有第二吊耳(9)、第三吊耳(11)、第四吊耳(18)、第五吊耳(19)，第二吊耳(9)、第三吊耳(11)、第四吊耳(18)、第五吊耳(19)上均设有第三通孔(105)，四个通孔的中心轴线重合，且平行于基板前端面(W1)；在安装基板右端面(X2)上靠近安装基板后端面(X3)的一侧固定有第一基体安装轴(103)；在安装基板左端面(X4)上靠近安装基板后端面(X3)的一侧固定有第二基体安装轴(104)；第一基体安装轴(103)与第二基体安装轴(104)均为圆柱形，二者中心轴线重合，且平行于基板前端面(W1)。
第一基体安装轴(103)通过第一轴承(22)置于第一轴轴承安装孔(41)中，第二基体安装轴(104)通过轴承置于第二轴轴承安装孔(43)中。
第一旋转销(13)依次穿过第三吊耳(11)上的通孔、第二转动销连接孔(70)、第二吊耳(9)上的通孔后，通过第二螺母(45)实现固定连接；第二旋转销(21)依次穿过第四吊耳(18)上的通孔、第一转动销连接孔(68)、第五吊耳(19)上的通孔后，通过第一螺母(20)实现固定连接；安装后，第一旋转销(13)和第二旋转销(21)的中心轴线重合，连杆(17)可以绕第一旋转销(13)和第二旋转销(21)旋转。
执行机构传感器***包括：太阳能电池板第一限位传感器(2)、风速传感器(12)、光电检测传感器(15)、太阳能板角度传感器(16)、太阳能电池板第二限位传感器(35)；风速传感器(12)固定在安装基板上平面(R1)上，并靠近安装基板前端面(R2)和安装基板右端面(R3)；光电检测传感器(15)固定在安装基板上平面(R1)上，并靠近安装基板前端面(R2)，且距离安装基板右端面(R3)和安装基板左端面(R5)的距离相等；太阳能板角度传感器(16)固定在安装基板上平面(R1)上，并靠近安装基板前端面(R2)。
风速传感器(12)的数据端口通过第一线束(14)与控制单元(32)的AD1端口连接，将风速信息输出给控制单元(32)；光电检测传感器(15)的两个数据端口通过第一线束(14)分别与控制单元(32)的AD2、AD3端口连接，将太阳光与太阳能电池板(23)的角度信息输出给控制单元(32)；太阳能板角度传感器(16)的数据端口分别通过第一线束(14)与控制单元(32)的I/O5和I/O6端口连接，将太阳能电池板(23)与水平面的夹角输出给控制单元(32)；太阳能电池板第一限位传感器(2)固定在第一支撑座右端面(W4)上，感光部分超出第一支撑座前端面(W1)，太阳能电池板第一限位传感器(2)的数据端口通过第六线束(37)与控制单元(32)的I/O8端口连接；太阳能电池板第二限位传感器(35)固定在第二支撑座左端面(T4)上，感光部分超出第二支撑座前端面(T1)，太阳能电池板第二限位传感器(35)的数据端口通过第五线束(34)与控制单元(32)的I/O9端口连接。
电机驱动器(29)通过第二线束(30)与电机(26)相连；电机驱动器(29)的使能端口通过第三线束(31)与控制单元(32)的I/O11端口连接，控制信号端口通过第三线束(31)与控制单元(32)的FTM1端口连接；电机驱动器(29)固定在底座底板(4)上。
供能***包括蓄电池、太阳能电池板(23)、DC/DC变换器，太阳能电池板(23)与蓄电池通过电源线相连，可为蓄电池充电；蓄电池通过DC/DC变换器分别与电机驱动器(29)和控制单元(32)的VCC端口相连，可为电机驱动器(29)和控制单元(32)提供能量。
如图2，一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置调整***的工作流程如下。
步骤S1：判断车载使能开关是否打开，如果使能开关打开，则进行数据采集，如果使能开关关闭，则停止充电，太阳能电池板(23)复位。
步骤S2：数据采集：采集各传感器的信号，具体包括：车载GPS传感器输出的汽车所在地的经纬度信息；车载时钟模块输出的当前的日期和时间；车载雨量传感器输出的雨量信息；风速传感器(12)输出的风速信息；光电检测传感器(15)输出两个光敏电阻的电压值；太阳能电池板第一限位传感器(2)、太阳能电池板第二限位传感器(35)输出的太阳能电池板(23)的位置信息。
步骤S3：根据整车所处位置的经纬度，确定合适的停车方位，并通过车载图像提示装置反馈给驾驶员。
步骤S4：判断车速是否大于0，如果车速大于0，则停止充电，太阳能电池板(23)复位；如果车速等于0，则进一步判断时间。
步骤S5：判断时间是否是夜晚，如果是夜晚，则停止充电，太阳能电池板(23)复位；如果不是夜晚，则进一步判断风速。
步骤S6：判断风速是否大于10.7m/s，如果风速大于10.7m/s，则停止充电，太阳能电池板(23)复位，如果风速小于10.7m/s，则判断能否进一步调节太阳能电池板(23)的水平方位角。
步骤S7：判断太阳能电池板第一限位传感器(2)是否输出高电平，如果是高电平，则重新从步骤S1，进入循环；如果是低电平，则调节太阳能电池板(23)与水平面的夹角。
步骤S8：根据太阳的高度角、方位角，太阳能电池板(23)与水平面的夹角，粗调太阳能电池板(23)与水平面的夹角。
步骤S9：根据光电检测传感器(15)垂直方向两个光敏电阻电压差值的绝对值|UAB|与门限值ΔU1大小关系判断是否需要精确调节太阳能电池板(23)与水平面的夹角，如果|UAB|>ΔU1，则通过垂直位置调节装置调节太阳能电池板(23)与水平面的夹角，并重复步骤S7；如果|UAB|≤ΔU1，则进一步判断是否需要继续充电；门限值ΔU1通过标定试验获得。
步骤S10：判断电池荷电状态SOC是否大于电池SOC最大值SOCmax，如果SOC>SOCmax，则停止充电，太阳能电池板(23)复位；如果SOC≤SOCmax，则继续保持充电，并重新从步骤S1，进入循环。
步骤S11：停止充电，太阳能电池板(23)复位。
步骤S12：判断太阳能电池板第二限位传感器(35)是否输出高电平，如果是高电平，则停止调节，结束工作；如果是低电平，则继续调节太阳能电池板(23)与水平面的夹角，直到太阳能电池板第二限位传感器(35)输出高电平。
为进一步说明本发明的工作原理，在上述一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置调整***的工作流程的基础上，对垂直位置调节装置的工作原理说明如下。
当需要调节太阳能电池板(23)与水平面的角度时，给电机(26)通电，电机转轴(60)旋转，电机转轴(60)通过第二键(59)带动联轴器第一端(50)旋转，联轴器第一端(50)通过第三螺栓(53)带动联轴器第二端(51)旋转，联轴器第二端(51)通过第一键(58)带动丝杠(7)旋转，丝杠(7)的转动会驱动丝杠螺母(40)沿丝杠(7)的中心轴线前后移动，丝杠螺母(40)在第一导向杆(1)和第二导向杆(44)的限制下，只能作平移运动；当电机(26)顺时针旋转时，丝杠螺母(40)，会向第一支撑座(47)一侧平移，此时，连杆(17)会带动安装基板(10)绕第一基体安装轴(103)和第二基体安装轴(104)作逆时针旋转，从而增大太阳能电池板(23)与水平面的夹角；当电机(26)逆时针旋转时，丝杠螺母(40)，会向第二支撑座(36)一侧平移，此时，连杆(17)会带动安装基板(10)绕第一基体安装轴(103)和第二基体安装轴(104)作顺时针旋转，从而减小太阳能电池板(23)与水平面的夹角。

Claims (2)

1.一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案，包括传感***和控制流程，其特征在于：传感***包括车载传感***和执行机构传感器***；
车载传感***包括车载GPS传感器、车载时钟模块、车载使能开关、车载雨量传感器、车载图像提示装置；车载GPS传感器数据端口分别与控制单元的I/O1和I/O2端口连接，将汽车所在地的经纬度信息输出给控制单元；车载时钟模块的数据端口分别与控制单元的I/O3和I/O4端口连接，将当前的日期和时间实时输出给控制单元；车载雨量传感器的数据端口与控制单元的I/O7端口连接，将雨量信息输出给控制单元；车载使能开关与控制单元的I/O10端口连接；车载图像提示装置通过CAN总线与控制单元的CAN_RXD和CAN_TXD端口连接；
执行机构传感器***包括：风速传感器、光电检测传感器、太阳能板角度传感器、太阳能电池板第一限位传感器、太阳能电池板第二限位传感器；风速传感器的数据端口与控制单元的AD1端口连接，将风速信息输出给控制单元；光电检测传感器的两个数据端口分别与控制单元的AD2、AD3端口连接，将太阳光与太阳能电池板的角度信息输出给控制单元；太阳能板角度传感器的数据端口分别与控制单元的I/O5和I/O6端口连接，将太阳能电池板与水平面的夹角输出给控制单元；太阳能电池板第一限位传感器的数据端口与控制单元的I/O8端口连接；太阳能电池板第二限位传感器的数据端口与控制单元的I/O9端口连接。
2.一种基于多传感器融合的太阳能电动汽车用太阳能电池板垂直位置控制方案，包括传感***和控制流程，其特征在于：控制流程包括如下步骤：
步骤S1：判断车载使能开关是否打开，如果使能开关打开，则进行数据采集，如果使能开关关闭，则停止充电，太阳能电池板复位；
步骤S2：数据采集：采集各传感器的信号，具体包括：车载GPS传感器输出的汽车所在地的经纬度信息；车载时钟模块输出的当前的日期和时间；车载雨量传感器输出的雨量信息；风速传感器输出的风速信息；光电检测传感器输出两个光敏电阻的电压值；太阳能电池板第一限位传感器、太阳能电池板第二限位传感器输出的太阳能电池板的位置信息；
步骤S3：根据整车所处位置的经纬度，确定合适的停车方位，并通过车载图像提示装置反馈给驾驶员；
步骤S4：判断车速是否大于0，如果车速大于0，则停止充电，太阳能电池板复位；如果车速等于0，则进一步判断时间；
步骤S5：判断时间是否是夜晚，如果是夜晚，则停止充电，太阳能电池板复位；如果不是夜晚，则进一步判断风速；
步骤S6：判断风速是否大于10.7m/s，如果风速大于10.7m/s，则停止充电，太阳能电池板复位；如果风速小于10.7m/s，则判断能否进一步调节太阳能电池板的水平方位角；
步骤S7：判断太阳能电池板第一限位传感器是否输出高电平，如果是高电平，则重新从步骤S1，进入循环；如果是低电平，则调节太阳能电池板与水平面的夹角；
步骤S8：根据太阳的高度角、方位角，太阳能电池板与水平面的夹角，粗调太阳能电池板与水平面的夹角；
步骤S9：根据光电检测传感器垂直方向两个光敏电阻电压差值的绝对值|UAB|与门限值ΔU1的大小关系，判断是否需要精确调节太阳能电池板与水平面的夹角，如果|UAB|>ΔU1，则通过垂直位置调节装置调节太阳能电池板与水平面的夹角，并重复步骤S7；如果|UAB|≤ΔU1，则进一步判断是否需要继续充电；门限值ΔU1通过标定试验获得；
步骤S10：判断电池荷电状态SOC是否大于电池SOC最大值SOCmax，如果SOC>SOCmax，则停止充电，太阳能电池板复位；如果SOC≤SOCmax，则继续保持充电，并重新从步骤S1，进入循环；
步骤S11：停止充电，太阳能电池板复位；
步骤S12：判断太阳能电池板第二限位传感器是否输出高电平，如果是高电平，则停止调节，结束工作；如果是低电平，则继续调节太阳能电池板与水平面的夹角，直到太阳能电池板第二限位传感器输出高电平。
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