CN104269692A - 电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置及方法，包括固定部分和移动部分；固定部分包括定位销固定架，以定位销固定架作为定位销、连接器插头的安装部件，移动部分包括定位座固定架，以定位座固定架作为定位座、定位漏斗台及连接器插座的安装部件；连接器插座的下面固定一个充电电源插座，车盘充电电源插座与车盘上的充电电源插头配套；通过定位销、定位座和定位座上的定位漏斗台形成自动定位校正机构；采用定位漏斗台、定位座、定位销，分别安装在车盘和车库中，通过自动引导定位的误差的校正能力的计算方法和设计公式，对自动定位引导连接装置进行误差校正能力的设计，以实现上述连接装置的自动对接，从而实现连接器的准确连接。

Description

电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置及方法

技术领域

本发明涉及立体停车设备，特别涉及一种电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置及方法，用于实现电动汽车（简称EV）在立体停车设备中存车时进行电动汽车充电。

背景技术

目前，如果在升降横移类立体停车设备中，需要设置充电装置的话，只能设置于底层，当需要为二层以上停车位的EV进行充电时，会遇到充电电缆无法连接充电的问题。以致于在现有立体停车设备中，不能实现在二层以上进行EV充电，形成应用空白。

如果要把连接器引入立体停车设备中，进行充电电缆的中继来解决，又会面临两个问题：（1）标准连接器插接件的允许误差小，位置精度高，通常仅适合采用手动连接。（2）而在立体停车设备中，二层以上不可能安排人员攀爬进行连接器插接。如果要在立体停车设备二层以上将连接器引入、使用，必须设计相应的装置，解决这两个问题，实现高精度定位的自动连接。

   目前，本行业尚无相关技术应用，也未见文献报道。如何解决这个问题就成为了本技术领域的技术人员所要研究和解决的课题。

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对立体停车设备二层以上进行电动汽车充电的难题，提供一种电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置的设计方案，通过本自动定位校正机构解决存入立体车库中的电动汽车在入库过程中自动与供电设备进行高精度连接充电的问题。本发明也可用于其它应用领域两个相对运动部件的精确对接。

   本发明是通过这样的技术方案实现的：电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置，其特征在于，包括固定部分和移动部分； 

    所述固定部分包括定位销固定架 ，以定位销固定架作为定位销、连接器插头的安装部件，定位销固定架由上板、吊臂、底板、U型架构成；上板上加工有过线孔A和安装孔，通过安装孔和螺栓固定在车库中停车位上方框架上；

两个所述吊臂由槽钢制成，吊臂焊接在上板和底板之间，底板中部加工有过线孔B，两端部分别加工一个定位销安装孔，底板中部下面焊接一个用于安装连接器插头的U型架，U型架的平板上开有矩形孔作为篏放连接器插头的位置；连接器插头的输入电缆与充电设备输出端连接；

底板两端部下面分别固定一个定位销，定位销为椎体；

所述移动部分包括定位座固定架，以定位座固定架作为定位座、定位漏斗台及连接器插座的安装部件；

定位座固定架为板凳形状，两个支撑腿固定在车盘的边沿，定位座固定架的平面板上开有矩形孔作为篏放连接器插座的位置；

连接器插座的下面固定一个充电电源插座，车盘充电电源插座与车盘上的充电电源插头 配套；

定位座固定架的平面板上的矩形孔两边分别固定一个定位座，定位座的上部为定位漏斗台，定位座的锥孔形状与定位销的锥体形状相同，定位漏斗台的锥孔小端直径与定位座的锥孔大端直径相同，定位漏斗台、定位座与定位销配合用于所述定位引导的主体，定位漏斗台的锥孔延伸至定位座的底部，锥孔通透；定位座固定架的平面板对应锥孔的位置加工有透孔，用于定位销锥体通过，通过定位销、定位座和定位座上的定位漏斗台形成自动定位校正机构；

在垂直方向，固定部分和移动部分中心对应；

定位销中心线和定位漏斗台、定位座中心线在垂直方向重合，连接器插头中心与连接器插座中心对位；

当定位座随移动部分的定位座固定架沿垂直方向上升时，固定部分的两个定位销被动插入两个定位漏斗台的锥孔中，进行粗校正；并随着继续上升，定位销被动插入定位座的锥孔中，进行精校正；

当连接器插座随定位座固定架沿垂直方向上升时，在精校正的最后阶段，固定部分的连接器插头 被动插入连接器插座，完成校正过程。

本发明的有益效果：针对立体停车设备二层以上进行电动汽车充电的难题，通过本发明装置解决存入立体车库中的电动汽车在入库过程中自动与供电设备进行高精度连接充电的问题。 为了随着车盘载车升入停车位的过程，对可能存在的连接装置连接误差进行自动校正。

本发明设计了采用定位漏斗台、定位座、定位销，分别安装在车盘和车库中，通过自动引导定位的误差的校正能力的计算方法和设计公式，对自动定位引导连接装置进行误差校正能力的设计，以实现上述连接装置的自动对接，从而实现连接器的准确连接。

本发明自动定位校正机构的设计同时考虑了提高校正精度、节省材料、合理缩短校正行程，以及降低加工难度因素。如定位漏斗台的设计主要考虑粗校正，大幅度短行程缩短误差。定位座的设计主要考虑在粗校正的基础上进行精确校正，同时截短为内锥台，利用截短后的锥台与完全内锥台的锥度相同，对接时，同样能与定位销的锥面吻合，实现与完全内锥台相同的校正效果。

附图说明

图1、为电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置爆炸图；

图2、为电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置局部爆炸图；

图3、为电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置轴测图；

图4、为电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置原理图A；

图5、为电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置原理图B；

图6、为电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置原理图C；

图7、为电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置应用示意图A；

图8、为电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置应用示意图B；

图9、为自动定位引导连接装置大部件装配图；

图10、为定位座局部剖视图；

图11、为定位座俯视图；

图12、为定位销主视图；

图13、为定位销俯视图；

图14、为定位漏斗台局部剖视图；

图15、为定位漏斗台俯视图；

图16、为定位漏斗台与定位座装配主视图（焊接）；

图17、为定位漏斗台与定位座装配俯视图；

图18、为定位销锥体截面边线及延长线构成的三角形；

图19、为定位漏斗台内锥台截面边线构成的梯形；

图20、为连接器插针、插孔配合剖视图A；

图21、为连接器插针、插孔配合剖视图B。

图中：1. 定位销固定架，2. 定位销，3. 定位座，4. 连接器插头，5. 连接器插座,6. 定位座固定架 ，7. 充电电源插座 ，8. 电缆 ，9.充电电源插头，10. 充电枪，11. 车盘；12.充电设备； 

101.上板，102.吊臂，103.底板，104.U型架，301.定位漏斗台，601.平面板，602.支撑腿。1001. 边沿。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：

如图1至图21所示，电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置，包括固定部分和移动部分； 

    所述固定部分包括定位销固定架1 ，以定位销固定架1作为定位销2、连接器插头4的安装部件，定位销固定架1由上板101、吊臂102、底板103、U型架104构成；上板101上加工有过线孔A101-1和安装孔，通过安装孔和螺栓固定在车库中停车位上方框架上；

两个所述吊臂102由槽钢制成，吊臂102焊接在上板101和底板103之间，底板103中部加工有过线孔B103-1，两端部分别加工一个定位销安装孔103-2，底板103中部下面焊接一个用于安装连接器插头4的U型架104，U型架104的平板上开有矩形孔作为篏放连接器插头4的位置；连接器插头4的输入电缆8与充电设备输出端连接；

底板103两端部下面分别固定一个定位销2，定位销2为椎体；

所述移动部分包括定位座固定架6，以定位座固定架6作为定位座3、定位漏斗台301及 连接器插座5的安装部件；

定位座固定架6为板凳形状，两个支撑腿602固定在车盘11的边沿1001，定位座固定架6的平面板601上开有矩形孔作为篏放连接器插座5的位置；

连接器插座5的下面固定一个充电电源插座7，车盘充电电源插座7与车盘11上的充电电源插头9 配套；

定位座固定架6的平面板601上的矩形孔两边分别固定一个定位座3，定位座3的上部为定位漏斗台301，定位座3的锥孔形状与定位销2的锥体形状相同，定位漏斗台301的锥孔小端直径与定位座3的锥孔大端直径相同，定位漏斗台301、定位座3与定位销2配合用于所述定位引导的主体，定位漏斗台301的锥孔延伸至定位座3的底部，锥孔通透；定位座固定架6的平面板601对应锥孔的位置加工有透孔，用于定位销2锥体通过，通过定位销2、定位座3和定位座3上的定位漏斗台301形成自动定位校正机构；

在垂直方向，固定部分和移动部分中心对应；

定位销2中心线和定位漏斗台301 、定位座3中心线在垂直方向重合，连接器插头4中心与连接器插座5中心对位；

当定位座3随移动部分的定位座固定架6沿垂直方向上升时，固定部分的两个定位销2被动插入两个定位漏斗台301的锥孔中，进行粗校正；并随着继续上升，定位销2被动插入定位座的锥孔中，进行精校正；

当连接器插座5随定位座固定架6沿垂直方向上升时，在精校正的最后阶段，固定部分的连接器插头4 被动插入连接器插座5，完成校正过程。

    作为电动汽车在立体停车设备中的充电连接装置，它的应用有两种情况，涵盖了GB/T 20234.2-2011《电动汽车传导用充电连接装置 第2部分：交流充电接口》中电动汽车进行交流充电的三种模式。

即采用充电模式1、充电模式2的外部连接方式，见图7。

或采用充电模式3的外部连接方式，见图8。

利用所述电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置进行连接的方法，包括如下步骤：

1）  待充电的电动汽车承载在待入库的车盘11上，将充电枪10插入汽车充电插座，做好汽车侧的充电准备；

2）  待充电汽车向停车层的停车位上升，安装在车盘11边沿上的移动部分随之上升，利用由移动部分与安装在车库框架上的固定部分的自动定位校正机构精准自动定位对接；

3）  连接器的连接器插头4 和连接器插座5，在进行高精度对接时，搭载在车盘11上移动部分随车盘11向固定部分位置运动，不借助其它能源设备；

4）  在自动定位连接装置对接过程中，当存在较大对接误差时，由定位座3上的定位漏斗台301中的锥孔先对定位销2进行引导，实现粗校正；

5）  当定位销2顶端穿过定位漏斗台301后，再由定位座3内的锥孔引导，继续进行对接误差的精校正，自动对固定部分和移动部分的对接配合状况进行动态修正，直至连接器插头4 和连接器插座5刚开始接触时，连接器插头4的插针与连接器插座5的插孔的位置误差小于连接器连接允许的最大误差；

6）  移动部分继续向上运动，使连接器插头4 和连接器插座5插实，完成最后阶段的对接。

所述电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置，自动引导定位的误差的校正能力的计算方法包括：

图10至图18，在定位销2、定位座3、定位漏斗台301的设计中，对设计的关键位置尺寸进行了代号标注，其中

定位座内锥体延长线组成的等腰三角形高h、上锥孔直径（等腰三角形底边长度）x1、下锥孔直径x2、定位座高度h2；

定位销锥体延长线组成的等腰三角形底边长度（即定位销直径）x1、等腰三角形高h、定位销实际锥体部分长度h1、定位销锥端球面半径为y；

定位漏斗台301的内锥体形成的等腰梯形高度h3、梯形长边长（内锥体上端直径）x3、梯形短边长（内锥体下端直径）x1。

将定位销（定位座）锥体部分的截面线延长后构成等腰三角形、定位漏斗台内锥体截面线构成的梯形作为误差校正的计算对象；

a)   令等腰三角形的底边长为x1、腰部平行线长为x2，高为h、腰部平行线至底边的高度为h2;

令梯形上底为x3,下底为x1’、 高为h3，x1’= x1；等腰三角形的角∠B ＞梯形的角∠A；连接器插头与连接器插座刚接触时，距离完全插好的高度为z，此时偏离中心的允许误差为x/2，则等腰三角形尖端部分的小等腰三角形底边长为x。

b)   定位漏斗台、定位销粗校正：

通过h3的行程，将最大误差从x3/2校正到x1/2

设计中应保证∠A＞45°，角度宜大不宜小；

c)   定位座、定位销精校正：

如图18、图19，根据等腰三角形、梯形中的几何关系，有

从它可以推导出一个通用公式，不仅可用于精校正，也可用于粗校正。

 即，对于所希望校正的最大目标误差x/2，有公式1：

x=z(x1-x2)/h2；

其中：h2为锥台高度；x1为锥台大圆直径；x2为锥台小圆直径；x/2为最大允许中心偏离误差；z为保证误差小于x/2，定位销2与定位座3所要通过的最后行程。

一旦最大允许误差x/2确定，z、x1、x2、h2均可以综合考虑现场空间、加工技术、节约材料因素进行非常方便的设置或计算（4个参数可人为设置3个，计算出第4个）。

 比如，如果设计通过z的行程，消除x/2的误差，x1、x2已作了初步选择，则可从公式1得到锥台高度的设计计算公式2：

h2=z(x1-x2)/x。

本发明中通过自动引导定位的误差的校正能力的计算方法和设计公式，对自动定位引导连接装置进行误差校正能力的设计，以实现上述连接装置的自动对接，从而实现连接器的连接。

如何在一个预定行程开始前，就把误差控制在允许范围内，是采用配合苛刻的连接器时也能自动准确插接的保障。本发明给出了这种误差校正的精确计算方法。

本发明中所使用的连接器可以是两种方式，第一种方式是采用标准的重载连接器，第二种方式是采用自行设计的面压接连接器。

由于重载连接器的插头、插座配合是为手动插接设计，配合余量小，比第二种方式插接苛刻，但本发明也将满足这种配合要求。

以采用重载连接器为例（计算方法同样适用于上述面压接连接器）；

正常使用时，插针偏离插孔的允许误差为δ＜x/2，从开始插接到完成插接的行程为z，即插座的插孔导电套深度，完成插接后插针与插孔导电套内孔完全接触。

将上述插针偏离插孔的最大允许误差δ（即x/2）和插接行程z引入定位漏斗台301、定位销2、定位座3的设计计算，相应的插接误差消除设计如下。

    1）定位漏斗台301、定位销2实现粗校正

见图18、图19，通过h3的行程，可将定位销头偏离定位座3中心位置的最大误差从x3/2校正到x1/2，在设计中应保证角∠A>45°（即应有h3 >（x3-x1）/2），且该角度宜大不宜小。保证以定位销为目标，引导带有定位座3的车盘11上升，对升降中可能由某些原因产生的晃动带来的误差，从最大允许值x3/2校正到x1/2以下。这种粗校正以较短的行程最大限度地对可能出现的误差进行第一步修正，保证了定位座3的尺寸可以大幅缩小，且防止了过大误差带来的定位销、定位座3不能实现校正功能，反而造成定位销与定位座3台上表面的撞击风险。

定位漏斗台301的小孔与定位座3的大孔直径相同，对接装配成一体（如焊接），自然实现对连接误差的接力校正。

    2）定位座3、定位销2实现精校正

显然，为了精校正中，应有∠B >∠A>45°，即z >x/2，且应有∠B >∠A

从图18中的几个三角形的相似关系，可以推导出以下等式

          (x/2) / z = [(x1-x2) / 2] / h2

对于所希望校正的最大目标误差x/2，则有

        x/2=z(x1-x2）/2h2

如果设计通过z的行程消除x/2的误差，要求锥台高度，则有

        h2=z（x1-x2）/x

    由于锥面的锥度相同，定位销、定位座3均可以非完全的锥体、非完全的锥孔，但截短需要综合考虑现场空间、加工技术、节约材料因素进行设计。

通过以上计算方法和设计公式保证了本装置的功能实现。

 本发明中通过自动引导定位的误差的校正能力的计算方法和设计公式，对自动定位引导连接装置进行误差校正能力的设计，实现了上述连接装置的自动对接，从而了实现连接器的连接。

作为公式应用，如果重载连接器的插接行程z是20mm，插头与插座刚接触时的针孔偏离最大允许误差x/2是1mm，则定位座3（锥台）高度可设计为：

h2=10（x1-x2）

如果加工条件可做到x2=20mm，选择x1为30mm，则h2=100mm

    根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (2)

1.电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置，其特征在于，包括固定部分和移动部分； 

    所述固定部分包括定位销固定架（1），以定位销固定架（1）作为定位销（2）、连接器插头（4）的安装部件，定位销固定架（1）由上板（101）、吊臂（102）、底板（103）、U型架（104）构成；上板（101）上加工有过线孔A（101-1）和安装孔，通过安装孔和螺栓固定在车库中停车位上方框架上；

两个所述吊臂（102）由槽钢制成，吊臂（102）焊接在上板（101）和底板（103）之间，底板（103）中部加工有过线孔B（103-1），两端部分别加工一个定位销安装孔（103-2），底板（103）中部下面焊接一个用于安装连接器插头（4）的U型架（104），U型架（104）的平板上开有矩形孔作为篏放连接器插头（4）的位置；连接器插头（4）的输入电缆（8）与充电设备输出端连接；

底板（103）两端部下面分别固定一个定位销（2），定位销（2）为椎体；

所述移动部分包括定位座固定架（6），以定位座固定架（6）作为定位座（3）、定位漏斗台（301）及 连接器插座（5）的安装部件；

定位座固定架（6）为板凳形状，两个支撑腿（602）固定在车盘（11）的边沿（1001），定位座固定架（6）的平面板（601）上开有矩形孔作为篏放连接器插座（5）的位置；

连接器插座（5）的下面固定一个充电电源插座（7），车盘充电电源插座（7）与车盘（11）上的充电电源插头（9）配套；

定位座固定架（6）的平面板（601）上的矩形孔两边分别固定一个定位座（3），定位座（3）的上部为定位漏斗台（301），定位座（3）的锥孔形状与定位销（2）的锥体形状相同，定位漏斗台（301）的锥孔小端直径与定位座（3）的锥孔大端直径相同，定位漏斗台（301）、定位座（3）与定位销（2）配合用于所述定位引导的主体，定位漏斗台（301）的锥孔延伸至定位座（3）的底部，锥孔通透；定位座固定架（6）的平面板（601）对应锥孔的位置加工有透孔，用于定位销（2）锥体通过，通过定位销（2）、定位座（3）和定位座（3）上的定位漏斗台（301）形成自动定位校正机构；

在垂直方向，固定部分和移动部分中心对应；

定位销（2）中心线和定位漏斗台（301） 、定位座（3）中心线在垂直方向重合，连接器插头（4）中心与连接器插座（5）中心对位；

当定位座（3）随移动部分的定位座固定架（6）沿垂直方向上升时，固定部分的两个定位销（2）被动插入两个定位漏斗台（3）0（1）的锥孔中，进行粗校正；并随着继续上升，定位销（2）被动插入定位座的锥孔中，进行精校正；

当连接器插座（5）随定位座固定架（6）沿垂直方向上升时，在精校正的最后阶段，固定部分的连接器插头（4）被动插入连接器插座（5），完成校正过程。

2.利用权利要求1所述电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置进行连接的方法，包括如下步骤：

1） 待充电的电动汽车承载在待入库的车盘（11）上，将充电枪（10）插入汽车充电插座，做好汽车侧的充电准备；

2） 待充电汽车向停车层的停车位上升，安装在车盘（11）边沿上的移动部分随之上升，利用由移动部分与安装在车库框架上的固定部分的自动定位校正机构精准自动定位对接；

3） 连接器的连接器插头（4） 和连接器插座（5），在进行高精度对接时，搭载在车盘（11）上移动部分随车盘（11）向固定部分位置运动，不借助其它能源设备；

4） 在自动定位连接装置对接过程中，当存在较大对接误差时，由定位座（3）上的定位漏斗台（301）中的锥孔先对定位销（2）进行引导，实现粗校正；

5） 当定位销（2）顶端穿过定位漏斗台（301）后，再由定位座（3）内的锥孔引导，继续进行对接误差的精校正，自动对固定部分和移动部分的对接配合状况进行动态修正，直至连接器插头（4） 和连接器插座（5）刚开始接触时，连接器插头（4）的插针与连接器插座（5）的插孔的位置误差小于连接器连接允许的最大误差；

6） 移动部分继续向上运动，使连接器插头（4） 和连接器插座（5）插实，完成最后阶段的对接；

所述电动汽车与充电设备的自动定位引导连接装置，自动引导定位的误差的校正能力的计算方法包括：

在定位销（2）、定位座（3）、定位漏斗台（301）的设计中，对设计的关键位置尺寸进行了代号标注，其中：

定位座内锥体延长线组成的等腰三角形，高h、上锥孔直径即等腰三角形底边长度）x1、下锥孔直径x2、定位座高度h2；

定位销锥体延长线组成的等腰三角形，底边长度即定位销直径x1、等腰三角形高h、定位销实际锥体部分长度h1、定位销锥端球面半径为y；

定位漏斗台（301）的内锥体形成的等腰梯形，高度h3、梯形长边长（内锥体上端直径）x3、梯形短边长即内锥体下端直径x1；

将定位销或定位座锥体部分的截面线延长后构成的等腰三角形、定位漏斗台内锥体截面线构成的梯形作为误差校正的计算对象；

a)  令等腰三角形的底边长为x1、腰部平行线长为x2，高为h、腰部平行线至底边的高度为h2；

令梯形上底为x3,下底为x1’、 高为h3，x1’= x1；等腰三角形的角∠B ＞梯形的角∠A；连接器插头与连接器插座刚接触时，距离完全插好的高度为z，此时偏离中心的允许误差为x/2，则等腰三角形尖端部分的小等腰三角形底边长为x；

b)  定位漏斗台、定位销粗校正：

通过h3的行程，将最大误差从x3/2校正到x1/2；

设计中应保证∠A＞45°，角度宜大不宜小；

c)  定位座、定位销精校正：

根据等腰三角形、梯形中的几何关系，从它可以推导出一个通用公式，不仅可用于精校正，也可用于粗校正；

 即，对于所希望校正的最大目标误差x/2，有公式1：

x=z(x1-x2)/h2；

其中：h2为锥台高度；x1为锥台大圆直径；x2为锥台小圆直径；x/2为最大允许中心偏离误差；z为保证误差小于x/2，定位销2与定位座3所要通过的最后行程；

一旦最大允许误差x/2确定，z、x1、x2、h2均可以综合考虑现场空间、加工技术、节约材料因素进行非常方便的设置或计算，4个参数中可人为设置3个参数，再计算出第4个参数；

 比如，如果设计通过z的行程，消除x/2的误差，x1、x2已作了初步选择，则可从公式1得到锥台高度的设计计算公式2：

h2=z(x1-x2)/x。