1. 引言

自共享单车、共享汽车的投入使用以来，共享理念已经深入人心。如今大学生网购数量急剧增加，学校快递站每天都人员爆棚，校园外卖也深受广大师生的热爱。同时，考虑到本校两个快递站点间的距离，以及宿舍楼与站点间的距离都较远，取件较为麻烦。在午晚餐期间，大多数学生会选择点外卖，从而导致校园各大门旁的桌子上堆满了学生点的外卖。为缓解此现象，共享AI小车通过精准定位路线、设定最优路径，为学校学生提供便利服务，合理配送快递和外卖，让学生在宿舍楼下就能取到快递和外卖，既能提高配送效率，又能节省人力资源[1]。同时为响应国家节能减排、保护生态环境的积极号召，小车采用最节能、对环境最友好的太阳能供电系统。将太阳能电池板装在小车顶部，采用平铺的方式，以便更好地吸收太阳光；小车还安装了蓄电池，两者结合使用，实现自给自足节能减排的供电方式。

2. 共享AI小车构架

将全方位摄像头和定位导航系统安装在无人配送车的顶端；最大的显示屏安装在前面(显示小车名称)；另外两个显示屏分别安装在无人配送车的后面(分别显示扫码和状态)；单向摄像头安装在无人配送车的后面；太阳能电池板分别安装在无人配送车上面的全部和前、后面的上半段；两个转向灯分别安装在无人配送车的左右两侧；十二个夜间照路灯和两个车牌分别安装在无人配送车的前、后面；中型/标准型快递柜安装在无人配送车的左侧面，小、大型快递柜安装在无人配送车的右侧面；充电接口安装在无人配送车的左侧面的右下方并在这一侧的顶部安装自动开闭式遮雨棚；无人配送车的底面则由轮胎和底座构成。将太阳能电池板用串联接头把它们接在一起，然后用耐高温的强粘力3M双面泡棉胶粘贴在太阳能板的另一面，最后再将其固定到车顶受光面积大的位置，车顶安装太阳能电板时，从小车外部的胶边有缝隙的地方将导线引入车内，利用电工胶带把线、太阳能控制器以及蓄电池连接起来，便可利用太阳能电池板充电。具体如图1所示。

Figure 1. Shared AI car architecture

图1. 共享AI小车构架

3. 无人驾驶小车对充电问题和路线的研究

3.1. 市场现状分析和研究意义

随着全球环境问题的日益显著，可持续发展已成为人类社会的共同追求。太阳能作为一种无污染的可再生能源，对于保护环境和社会的可持续发展具有重要的意义，当前，太阳能光伏技术已经取得了显著进展，成本不断降低，效率不断提高，使得太阳能在全球范围内得到了广泛应用。未来5年太阳能电池板用户将以22%速度增长；其次，其市场前景也较为广泛，太阳能电池、组件行业属于技术密集型行业，中国太阳能发电这一领域在全球上占有很大的优势[1]。

在绿色环保、节能减排的背景下，全球光伏装机规模不断扩大，其中我国太阳能电池片产量占全球总产量比例较高且优势突出。根据中国光伏行业协会统计，2021年，全国电池片产量约198 GW，同比增长46.9%，占全球总产量88.39%。2022年，全国电池片产量约318 GW，同比增长60.7%。2023年1~10月我国太阳能电池产量为436.43 GW，2023年电池产量将迎来新高[2]。

2022年3月22日，国家发改委网站公布《“十四五”现代能源体系规划》。规划提出，全面推进风电和太阳能发电大规模开发和高质量发展，优先就地就近开发利用，加快负荷中心及周边地区分散式风电和分布式光伏建设，推广应用低风速风电技术[3]。我国在七十五届联合国大会一般性辩论上，作出在2030年前碳达峰，2060年前碳中和的庄严承诺，明确要求到2030年非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右，风电和太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。“十四五”我国可再生能源发展面临新形势、新要求，正处于大有可为的战略机遇期。

无人驾驶小车实现了自动驾驶技术和可再生能源的集合应用，不仅对新型的服务行业有很大的益处，其研究也具有重要的现实意义和广阔的应用前景。碳达峰碳中和的“双碳”目标任重道远[4]，通过利用太阳能电池板蓄电有效利用太阳能这一清洁能源，降低交通运输领域的碳排放，对环境保护和应对气候变化具有积极作用。其次，根据不同环境设计的无人驾驶技术提高了小车的自主性和智能化水平，能够在各种环境下安全、高效地运行，这对于提高物流效率、减少人力成本以及在特殊环境下的能源采集具有重要价值。不仅如此，对无人驾驶小车也带来一系列相关产业的发展，例如智能控制系统、能源管理应用转化系统、外卖快递运输系统等，这些技术在社会中可对交通系统和运输行业以及消费体系带来深远的影响。因此，本研究非常具有实际意义和较强的可操作性。

3.2. 小车充电装置的设计思路及充电问题

3.2.1. 充电问题设计思路

目前我国已经从高速发展转变为高质量发展，传统共享AI小车只能实现一种模式的充电，有一定的局限性，本文提到的AI小车，采用太阳能充电和电桩充电两种充电方式相互转换的方式进行充电，能够有效节约资源。具体如下：在小车内部安装了一个小型的电动车电瓶(用于充电桩充电)，在有光条件下，小车会利用车顶的太阳能电池板吸收太阳能，吸收后的太阳能一部分直接作用于自身的工作中，另一部分则储存到小车内部蓄电池中，在光照强度不足或者无光条件下，小车则会使用蓄电池的能量。除此之外，小车还会在太阳能和蓄电池能量都不足时，提前并优先选择最近的充电桩进行充电。

3.2.2. 充电说明

在有光条件下且小车不工作时，若电量大于20%，小车将停靠在光照较强的地方利用太阳能电池板中半导体材料的光电效应把太阳能转化成电能，并存入到蓄电池里面，当电量低于20%时，小车将会选择附近最近的电桩进行充电以至充满；在有光条件下且小车工作时，小车会在送货途中利用太阳能电池板直接吸收太阳光供自身运行使用，并且将一部分能量储存到内部蓄电池；在光照不强或者无光条件下，小车将会寻找附近电桩进行充电。在电量足以运行时，在校大学生只需要在小程序下单即可使用，此时系统可以将小车安排到指定位置，例如食堂或者快递驿站进行取餐或者收快递。在下雨天或者食堂高峰期时小车的价值十分显著。

3.2.3. 充电接口连接问题

在阴雨天气，若蓄电池的电量不足20%时，即小车的耗电频率大于小车的太阳能充电频率时，小车停止接送快递外卖的指令，并且自动识别校园内最近的充电桩，然后前往充电。需要充电时，小车识别停靠在距充电桩1 cm的位置(USB-A端刚好卡在充电装置正中间)对接充电口进行充电。具体如图2所示。

Figure 2. Diagram of charging station

图2. 充电桩图示

4. 小车路线问题的设计思路及运营方式

4.1. 路线问题设计思路

由于去年学校新增了无线充电座位，本文将以此作为小车的充电装置来进行线路规划。把学校分为两部分，每个部分放置两台共享AI小车，分别在图书馆南门前的充电桩和明理楼后的充电桩，以充电桩的位置为起点，每栋楼设置一个取货点，小车会在所需站点停靠两分钟以等待下单者取货。以充电桩为起点，在接收到客户的外卖或者快递需求时，距离外卖点或者快递点最近的共享AI小车将会进行工作，并在可行路线中选取最优路线进行配送。在不使用小车的情况下，小车将会自动返回充电桩进行充电。考虑到共享AI小车的安全问题，本项目还为小车安装了自动识别障碍系统，小车在所给路线行驶时，会自动识别障碍并及时躲避危险。具体如图3所示。

Figure 3. Shared AI car campus driving route

图3. 共享AI小车校园行驶路线

4.2. 运营方式

在以往扫描的基础上，本文针对共享AI小车设计APP小程序，方便顾客在手机上下单，此小程序只需顾客选择物品所在位置以及送达位置即可[5]。成功下单后共享AI小车将会把订单情况及时反馈给顾客，顾客可随时随地关注订单所处位置，在预计订单到达前一分钟时，程序将会自动向顾客发出提醒，并在到达指定位置后提醒顾客及时取货 (小车将会在指定位置停靠两分钟)，以提高配送效率。

4.3. 技术特点

采用两种充电方式转换(太阳能充电和电桩充电)；在小车内部安装了一个小型的电动车电瓶(用于充电桩充电)，在有光条件下，小车会利用车顶的太阳能电池板吸收太阳能，而吸收后的太阳能一部分直接作用于自身的工作中，另一部分则储存到蓄电池中。而在光照强度不足或者无光条件下，小车则会优先选择寻找最近的充电桩进行充电，以下是充电方式的部分执行口令：

public class SolarCar {

private double lightIntensity; // 光照强度

private int batteryLevel; // 电池电量

private int threshold;

public SolarCar(double lightIntensity, int batteryLevel) {

this.lightIntensity = lightIntensity;

this.batteryLevel = batteryLevel;

}

public void run() {

if (lightIntensity > threshold && batteryLevel > 20) {

// 在光照充足的地方使用太阳能充电

chargeWithSolarPower();

} else if (lightIntensity <= threshold && batteryLevel > 20) {

// 在光照不足的地方或无光照时寻找附近电桩充电

findChargingStation();

} else if (batteryLevel <= 20) {

// 当电量低于20%时，寻找最近的电桩进行充电

findNearestChargingStation();

}

5. 国内共享AI小车运营策略及前景

5.1. 推广前景

太阳能电池板是由太阳能电池片组装而成，是光伏发电系统中的核心部分[6]，太阳能电池多以单晶和多晶为主，光伏组件由多个太阳能电池片组成的太阳能电池板，太阳能电池是光伏组件的核心设备，能够将太阳能转化为电能，太阳能电池的芯片PN结被光照射后，在强光照射下吸收光能，激发成自由电子，自由电子在晶体中移动，形成电势差，最终产生电流[7]。其次，共享AI小车在充电方面上可以自动调节充电方式，一种是太阳能电池板充电并在电量达100%时可蓄电，第二种是充电桩直供充电，以达到两种充电方式并存。学校新增无线充和USB接口的座位供学生使用，可借此解决在哪充电，怎么充电的问题，同时小车附有一站式宣传功能，符合校园发展前景。

5.2. 校园营销策略

关于小车的收费问题做出以下介绍：按路程收费、按时间收费、统一收费、自动扣费。按照路程，即在300米以内起步价1元，只需要支付1元即可，超过300米的部分，在起步价的基础每增加100米收费0.5元(未满100米按100米计算进行收费)。

按时间收费：此收费形式只适用于顾客未在固定时间内取货后使用。顾客在规定时间内未完成取货，小程序将启动按时间收费功能，每超过两分钟将扣除0.5元，依次累加。

统一收费：每周四为共享AI小车优惠日，所有顾客无论选择任何站点，都采取统一收费政策，每单只需要支付一元。

自动扣费：订单结束后，程序将会自动扣除本次费用。

6. 前景与展望

近年来，新型太阳能光伏电池发展十分迅速，预计在今后的5~10年将走向产业化，在太阳能光伏电池市场上扮演越来越重要的角色，并最终成为市场的主导[8]。而现如今中国作为全球最大的太阳能发电产业的国家之一、最大产品出口国，拥有着大量的应用市场和就业前景、和谐的投资环境和较多的发明应用专利。我国的太阳能电池产业，具有从上游高纯度晶硅的生产，到中游高效的太阳能电池生产，再到下游太阳能光伏电站的建设及运用的完整产业链体系[9]，重要的是我们拥有自主生产建设的知识产权专利，实现自给自足。

2022年3月22日，国家发改委网站公布《“十四五”现代能源体系规划》。规划提出，全面推进风电和太阳能发电大规模开发和高质量发展，优先就地就近开发利用，加快负荷中心及周边地区分散式风电和分布式光伏建设，推广应用低风速风电技术。“十四五”时期是我国加快能源绿色低碳转型、推动落实“双碳”目标的关键五年，我国可再生能源发展面临新形势、新要求，正处于大有可为的战略机遇期[10]。本项目基于此，研究一款新的共享AI小车，能将太阳能充电和充电桩充电相结合，避免不可再生资源的过度采摘与浪费，并且运用对自然环境友好的新能源，一方面可以保护环境，另一方面可以促进国家对新能源技术的掌握更加熟练。随着经济不断发展，快递外卖行业发展逐渐兴旺，共享AI小车能够有效达到连接两种产业共同发展的效果，使得快递外卖行业自由运转，实现双赢局面。

参考文献