CN107775324B - 螺栓加锁方法、螺栓解锁方法、螺栓加解锁方法及车用电池更换方法 - Google Patents

螺栓加锁方法、螺栓解锁方法、螺栓加解锁方法及车用电池更换方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供螺栓加锁方法、螺栓解锁方法、螺栓加解锁控制方法及车用电池更换方法。该螺栓加锁方法用于螺栓加锁装置，螺栓加锁装置包括拧螺栓元件及加锁辅助挡块，加锁辅助挡块用于提供反作用力来调节拧螺栓元件的旋拧力矩；其中螺栓加锁方法包括：对接步骤S110，在第一设定对接旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第一速度与螺栓端部对中并接合，此时拧螺栓元件抵接加锁辅助挡块；以及加锁步骤S120，在设定加锁旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第二速度旋拧螺栓，直至旋拧力矩增大至设定加锁力矩，此时判定螺栓加锁成功；且拧螺栓元件同时抵消加锁辅助挡块的反作用力。本发明的螺栓加解锁方法实现对螺栓加解锁过程的有效保护及对螺栓加解锁的柔性控制。

Description

螺栓加锁方法、螺栓解锁方法、螺栓加解锁方法及车用电池更 换方法
技术领域
本发明涉及电池装卸领域，更具体而言，其涉及一种电动汽车车用电池更换中的螺栓加解锁方法。
背景技术
随着传统化石能源消耗所带来的供应压力以及尾气污染，传统燃油汽车的发展进入了迟滞期。针对于此，出于对绿色能源前景的看好，节能环保的电动汽车在近几年呈现出井喷式发展。目前，在电动汽车开发过程中，由于受到当前电池技术的限制，电池容量不足及充电时间较长是现阶段不可回避的问题。为解决此类技术技术问题，一方面，加大了对电池技术自身的研发投入；另一方面，也解答了对电池周边技术的开发。例如，电池更换即为一种极速、方便、安全的办法。
在电池更换的技术发展方向中，考虑到使动力电池与驾乘人员隔开更具有安全性和空间充足性，因此底盘式电池安装及更换技术成为了换电设置的主流。其中，为保证底盘电池的安装紧固性和安全性，常规采用的安装方式为螺纹旋转拧紧结构，并具有多个拧紧点。如何实现在电池更换过程中的螺栓自动加解锁操作，成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够柔性控制加锁过程的螺栓加锁方法。
本发明的另一目的在于提供一种能够柔性控制解锁过程的螺栓解锁方法。
本发明的又一目的在于提供一种能够柔性控制加解锁过程的螺栓加解锁方法。
本发明的再一目的在于提供一种能够柔性控制加解锁过程的车用电池更换方法。
为实现本发明的目的，根据本发明的一个方面，提供一种螺栓加锁方法，其用于螺栓加锁装置，所述螺栓加锁装置包括拧螺栓元件及加锁辅助挡块，所述加锁辅助挡块用于提供反作用力来调节拧螺栓元件的旋拧力矩；其中，所述螺栓加锁方法包括：对接步骤S110，在第一设定对接旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第一速度与螺栓端部对中并接合，此时所述拧螺栓元件抵接加锁辅助挡块；以及加锁步骤S120，在设定加锁旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第二速度旋拧螺栓，直至旋拧力矩增大至设定加锁力矩，此时判定螺栓加锁成功；且所述拧螺栓元件同时抵消所述加锁辅助挡块的反作用力。
可选地，还包括异常判定步骤S130：当旋拧力矩增大至设定加锁力矩时，若拧螺栓元件的加锁旋拧圈数小于设定加锁旋拧圈数区间，则判定螺栓加锁异常；和/或当拧螺栓元件的加锁旋拧圈数大于设定加锁旋拧圈数区间时，若旋拧力矩未增大至设定加锁力矩，则判定螺栓加锁异常。
可选地，所述设定对接旋拧圈数区间为1-2圈。
可选地，在对接步骤S110中，第一速度设置成匀减速状态。
可选地，在加锁步骤S120中，第二速度设置成匀速状态。
可选地，第一速度大于或等于第二速度。
根据本发明的另一个方面，还提供一种螺栓解锁方法，其用于螺栓解锁装置，所述螺栓解锁装置包括拧螺栓元件；其中，所述螺栓解锁方法包括：对接步骤S210，在第二设定对接旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第三速度与螺栓端部对中并接合，直至拧螺栓元件的旋拧力矩增大至设定对中力矩，此时判定拧螺栓元件与螺栓对中成功；以及解锁步骤S220，在设定解锁旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第四速度旋拧螺栓，直至旋拧力矩减小至设定解锁力矩，此时判定螺栓解锁成功。
可选地，还包括异常判定步骤S230：当拧螺栓元件的对接旋拧圈数在第二设定对接旋拧圈数区间内时，若旋拧力矩未增大至设定对中力矩，则判定螺栓对中异常；和/或当拧螺栓元件的解锁旋拧圈数大于设定解锁旋拧圈数区间时，若旋拧力矩未减小至设定解锁力矩，则判定螺栓解锁异常。
可选地，解锁步骤S220还包括：在设定解锁旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第四速度旋拧螺栓直至旋拧力矩达到设定解锁力矩，并维持预设解锁时段，此时判定螺栓解锁成功。
可选地，设定解锁旋拧圈数区间为8到12圈。
可选地，设定对接旋拧圈数区间为1-2圈。
根据本发明的又一个方面，还提供一种螺栓加解锁控制方法，其用于螺栓加解锁装置，所述螺栓加解锁装置包括用于螺栓加解锁的拧螺栓元件及加锁辅助挡块，所述加锁辅助挡块用于提供反作用力来调节拧螺栓元件的旋拧力矩，其中，所述螺栓加解锁控制方法包括:启动步骤S310，为所述螺栓加解锁装置上电；模式切换步骤S320，将将所述螺栓加解锁装置切换为手动加解锁模式或自动加解锁模式；加解锁步骤S330，其包括自动模式S331：基于如前所述的螺栓加锁方法来执行螺栓加锁；和/或基于如前所述的螺栓解锁方法来执行螺栓解锁；停机步骤S340，将所述螺栓加解锁装置断电。
可选地，所述加解锁步骤S330还包括手动模式S332：执行手动加解锁和/或参数设定和/或加锁辅助挡块。
可选地，在所述手动模式S332执行完成后，切换至所述自动模式S331或停机步骤S340。
可选地，在停机步骤S340执行完成后，切换至手动模式S332。
可选地，在自动模式S331执行完成后，切换至模式切换步骤S320或停机步骤S340。
根据本发明的再一个方面，还提供一种车用电池更换方法，其包括如前所述的螺栓加解锁控制方法。
根据本发明的再一方面，还提供一种电动汽车，其包括如前所述的车架组件。通过采用此种各零件之间具有紧密连接的车架组件，使得整车也更为轻量化，并具有更高的结构强度来应对碰撞，改善安全性能。
根据本发明的螺栓加锁方法、螺栓解锁方法、螺栓加解锁控制方法及车用电池更换方法。通过对旋拧力矩及旋拧圈数的合理设置，再配合上在加锁过程中应用到的加锁辅助挡块的反向作用力调节作用，实现了对螺栓在加解锁过程中的有效保护，并实现对螺栓拧紧和拧松柔性控制。
附图说明
图1是本发明的螺栓加锁过程中，在加锁辅助挡块影响下的各参数的变化趋势示意图。
图2是本发明的螺栓加锁过程中各参数的变化趋势示意图。
图3是本发明的螺栓解锁过程中各参数的变化趋势示意图。
图4是本发明的螺栓加解锁控制方法的流程示意图。
具体实施方式
根据本发明的一个实施例，提供一种螺栓加锁方法。该螺栓加锁方法应用于一类螺栓加锁装置，且此类螺栓加锁装置至少应包括拧螺栓元件及加锁辅助挡块。其中，加锁辅助挡块用于提供反作用力来调节拧螺栓元件的旋拧力矩。
具体而言，该螺栓加锁方法包括：对接步骤S110，在第一设定对接旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第一速度与螺栓端部对中并接合，此时拧螺栓元件抵接加锁辅助挡块。通过对接步骤S110，可以实现拧螺栓元件对待旋拧螺栓端部螺帽的识别与接合。
此步骤为旋拧螺栓的前置步骤，不应耗费过多精力，因此通常要求在较短的时间内完成。此时，可选地，将第一设定对接旋拧圈数区间设定为1-2圈。
另外，在拧螺栓元件朝向待旋拧螺栓的运动过程中，其越靠近待旋拧螺栓，则越要求其与待旋拧螺栓具有更高的对准度。因此，在该过程中，可选地，将第一速度设置成匀减速状态。在此种布置下，在拧螺栓元件逐步靠近待旋拧螺栓时，则具有相对更充足的时间来实现认帽与对接。
在对接步骤S110执行完成后，该螺栓加锁方法还包括：加锁步骤S120，在设定加锁旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第二速度旋拧螺栓，直至旋拧力矩增大至设定加锁力矩，此时判定螺栓加锁成功；且所述拧螺栓元件同时抵消所述加锁辅助挡块的反作用力。通过加锁步骤S120，可以实现拧螺栓元件将待旋拧螺栓旋拧至目标位置。若以车用电池为例说明，也即通过拧螺栓元件将螺栓旋拧至把电池固定于汽车底盘上。此外，还可以根据对旋拧力矩及旋拧圈数的数据反馈，来识别前述加锁过程是否成功。例如，当在设定加锁旋拧圈数区间内将拧螺栓元件拧至其旋拧力矩增大至设定加锁力矩时，方才判定螺栓加锁成功。
此外，在该加锁方法中，由于采用了加锁辅助挡块来进行控制，通过调节加锁辅助挡块所提供的阻力，在拧螺栓元件经受到阻挡反作用力时，进行柔顺快速响应跟随地调节。例如，可选地，在此过程中，将拧螺栓元件的第二速度调节成始终保持匀速状态，来达到柔滑地控制力矩的目的。相比较传统的力矩控制，在此采用了快速PID响应跟随，随着外部力矩反馈的变化，进行实时力矩平滑地跟随。
可选地，在前述过程中，应将第一速度设置大于或等于第二速度。也即，在对接步骤S110中，拧螺栓元件能够以相对更快的速度运动，并逐渐减小，直至其完成螺帽对接并与加锁辅助挡块抵接，此时认为随后将进入加锁步骤S120，并以减小后的速度来执行加锁步骤S120，确保螺栓旋拧的平稳与可靠性。
可选地，为保护螺栓结构并提高螺栓加锁过程的可靠性，该螺栓加锁方法还包括异常判定步骤S130：当旋拧力矩增大至设定加锁力矩时，若拧螺栓元件的加锁旋拧圈数小于设定加锁旋拧圈数区间，则判定螺栓加锁异常，且异常情况可能是螺栓卡滞；和/或当拧螺栓元件的加锁旋拧圈数大于设定加锁旋拧圈数区间时，若旋拧力矩未增大至设定加锁力矩，则判定螺栓加锁异常，且异常情况可能是螺栓滑丝。通过异常判定步骤S130，可以在螺栓加锁未成功时，基于反馈回来的参数进一步判断是否发生异常情况及可能存在的异常类型。
参见图1及图2，其示出了多幅各参数的变化趋势示意图，具体体现出应用螺栓加锁方法的一个实施例的整个加锁过程，并展示出加锁辅助挡块在其中所起的作用。具体而言，在拧螺栓元件与螺栓端部接合之前，旋拧扭矩几乎为0；且随着拧螺栓元件愈发靠近螺栓端部，其行进速度匀减速降低。在此过程中，拧螺栓元件的旋拧圈数也是均匀增加。在拧螺栓元件与螺栓端部成功接合后，将开始加锁过程，此时，在加锁辅助挡块的协助调整下，拧螺栓元件保持匀速旋拧螺栓，随着螺栓旋拧的深入，受到的动预紧力逐步增大，因此需要施加的加锁力矩也跟随设定值进行快速调整而逐步增大，直至到达设定值，从而完成螺栓加锁过程。考虑到实验误差及实际应用中可能出现的影响因素，前述设定参数均可以设置合理的范围，而非拘泥于某一特定值。
其中，关于实时旋拧扭矩，能够结合电流环反馈来进行计算；而实时旋拧圈数则能够基于编码器位置反馈来获取。
根据本发明的另一个实施例，还提供一种螺栓解锁方法。该螺栓解锁方法应用于一类螺栓解锁装置，且此类螺栓解锁装置至少应包括拧螺栓元件。
具体而言，该螺栓解锁方法包括：对接步骤S210，在第二设定对接旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第三速度与螺栓端部对中并接合，直至拧螺栓元件的旋拧力矩增大至设定对中力矩，此时判定拧螺栓元件与螺栓对中成功。相对于螺栓加锁对接而言，由于此时需要对接的螺栓处于被紧固状态，因此还需要额外参考接合状态下的旋拧力矩来判定是否对接成功。通过对接步骤S210，可以实现拧螺栓元件对待旋拧螺栓端部螺帽的识别与接合。
此步骤为旋拧螺栓的前置步骤，不应耗费过多精力，因此通常要求在较短的时间内完成。此时，可选地，将第二设定对接旋拧圈数区间设定为1-2圈。
在对接步骤S210执行完成后，该螺栓解锁方法还包括：解锁步骤S220，在设定解锁旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第四速度旋拧螺栓，直至旋拧力矩减小至设定解锁力矩，此时判定螺栓解锁成功。通过解锁步骤S220，可以实现拧螺栓元件将待旋拧螺栓旋拧至处于释放状态。若以车用电池为例说明，也即通过拧螺栓元件将螺栓从电池与汽车底盘上拧松，解除对二者的固定。此外，还可以根据对旋拧力矩及旋拧圈数的数据反馈，来识别前述解锁过程是否成功。例如，当在设定解锁旋拧圈数区间内将拧螺栓元件拧至其旋拧力矩减小至设定解锁力矩时，方才判定螺栓解锁成功。作为一个示例，可选地，设定解锁旋拧圈数区间为8到12圈。
另外，为确保解锁可靠性，还可额外引入时间判定因素。此时解锁步骤S220还包括：在设定解锁旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第四速度旋拧螺栓直至旋拧力矩达到设定解锁力矩，并维持预设解锁时段，此时判定螺栓解锁成功。
可选地，为保护螺栓结构并提高螺栓解锁过程的可靠性，该螺栓解锁方法还包括异常判定步骤S230：当拧螺栓元件的对接旋拧圈数在第二设定对接旋拧圈数区间内时，若旋拧力矩未增大至设定对中力矩，则判定螺栓对中异常；和/或当拧螺栓元件的解锁旋拧圈数大于设定解锁旋拧圈数区间时，若旋拧力矩未减小至设定解锁力矩，则判定螺栓解锁异常。
参见图3，其示出了多幅各参数的变化趋势示意图，具体体现出应用螺栓解锁方法的一个实施例的整个解锁过程。具体而言，在拧螺栓元件与螺栓端部接合之前，旋拧扭矩几乎为0。在此过程中，拧螺栓元件的旋拧圈数也是均匀增加。在拧螺栓元件与螺栓端部成功接合后，拧螺栓元件受到的静预紧力急剧增大。随后将开始解锁过程，经过施加一段时间的旋拧力矩后，螺栓开始松动，此时拧螺栓元件受到的静预紧力开始转变成动预紧力，且开始大幅降低，直至拧螺栓元件的旋拧力矩减小至设定解锁力矩，从而完成螺栓解锁过程。考虑到实验误差及实际应用中可能出现的影响因素，前述设定参数同样可以设置合理的范围，而非拘泥于某一特定值。
参见图4，根据本发明的又一个实施例，还提供一种螺栓加解锁控制方法，该螺栓加解锁控制方法用于螺栓加解锁装置，且此类螺栓加解锁装置包括用于螺栓加解锁的拧螺栓元件及加锁辅助挡块，其中，加锁辅助挡块用于提供反作用力来调节拧螺栓元件的旋拧力矩。
具体而言，该螺栓加解锁控制方法包括：启动步骤S310，为螺栓加解锁装置上电；模式切换步骤S320，将螺栓加解锁装置切换为手动加解锁模式或自动加解锁模式；加解锁步骤S330，其包括自动模式S331：基于前述任意实施例中的螺栓加锁方法来执行螺栓加锁；和/或基于前述任意实施例中的螺栓解锁方法来执行螺栓解锁；停机步骤S340，将螺栓加解锁装置断电。
此处的核心步骤之一为加解锁步骤S330。其中，其自动模式S331已在前文实施例中详细介绍，故在此不再赘述。该加解锁步骤S330还包括手动模式S332：执行手动加解锁和/或参数设定和/或加锁辅助挡块。此手动模式S332主要在于提供一种备用方法及调整空间，以用于实时调整设定参数或加锁辅助挡块来满足应用实际情形的需要。在出现设备故障或螺栓处于复杂工况时，也可以直接采用手动加解锁来作为备选方案。前述方法采用基于伺服电机的螺栓加解锁的系统设计，螺栓加解锁机构控制状态机针对手动加解锁、自动加解锁及异常状态停机，在自动中实现了主从应答及相应控制。
此外，各步骤之间还存在若干种执行顺序。如下将列出部分示例来予以说明。
例如，在手动模式S332执行完成后，切换至自动模式S331或停机步骤S340。其中，如果在手动模式S332下所执行的是检修维护或参数设定工作，则可以在完成相应的维护或调试后切换至自动模式S331开始螺栓加解锁过程；而如果在手动模式S332下所执行的是手动加解锁动作，或者出于特定情形需要手动暂停，抑或出现急停或超程触发等问题，则在解决相应问题后可以切换至停机步骤S340。
再如，在停机步骤S340执行完成后，切换至手动模式S332。此时，可以对设备进行常规的维护检修。
又如，在自动模式S331执行完成后，切换至模式切换步骤S320或停机步骤S340。其中，如果在自动模式S331正常完成了加解锁动作，且随后还有可能重复执行该动作，则可以将其切换至模式切换步骤S320，以等待执行下一次命令。而若暂时无需再重复执行加解锁动作或者出现急停或超程触发等问题，则此后可以切换至停机步骤S340。
前述步骤切换也实现了螺栓的拧紧和拧松与主站的控制状态交互。
此外，虽然图中未示出，根据本发明的再一方面，还提供一种车用电池更换方法，其包括前述任一实施例中提及的螺栓加解锁控制方法，且同样具有对应的技术效果。
以上例子主要说明了本发明的螺栓加锁方法、螺栓解锁方法、螺栓加解锁方法及车用电池更换方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (16)

1.一种螺栓加锁方法，其用于螺栓加锁装置，所述螺栓加锁装置包括拧螺栓元件及加锁辅助挡块，所述加锁辅助挡块用于提供反作用力来调节拧螺栓元件的旋拧力矩；其特征在于，所述螺栓加锁方法包括：
对接步骤S110，在第一设定对接旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第一速度与螺栓端部对中并接合，此时所述拧螺栓元件抵接加锁辅助挡块；以及
加锁步骤S120，在设定加锁旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第二速度旋拧螺栓，直至旋拧力矩增大至设定加锁力矩，此时判定螺栓加锁成功；且所述拧螺栓元件同时抵消所述加锁辅助挡块的反作用力。
2.根据权利要求1所述的螺栓加锁方法，其特征在于，还包括异常判定步骤S130：
当旋拧力矩增大至设定加锁力矩时，若拧螺栓元件的加锁旋拧圈数小于设定加锁旋拧圈数区间，则判定螺栓加锁异常；和/或
当拧螺栓元件的加锁旋拧圈数大于设定加锁旋拧圈数区间时，若旋拧力矩未增大至设定加锁力矩，则判定螺栓加锁异常。
3.根据权利要求1或2所述的螺栓加锁方法，其特征在于，所述设定对接旋拧圈数区间为1-2圈。
4.根据权利要求1或2所述的螺栓加锁方法，其特征在于：在对接步骤S110中，第一速度设置成匀减速状态。
5.根据权利要求1或2所述的螺栓加锁方法，其特征在于：在加锁步骤S120中，第二速度设置成匀速状态。
6.根据权利要求1或2所述的螺栓加锁方法，其特征在于：第一速度大于或等于第二速度。
7.一种螺栓解锁方法，其用于螺栓解锁装置，所述螺栓解锁装置包括拧螺栓元件；其特征在于，所述螺栓解锁方法包括：
对接步骤S210，在第二设定对接旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第三速度与螺栓端部对中并接合，直至拧螺栓元件的旋拧力矩增大至设定对中力矩，此时判定拧螺栓元件与螺栓对中成功；以及
解锁步骤S220，在设定解锁旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第四速度旋拧螺栓，直至旋拧力矩减小至设定解锁力矩，此时判定螺栓解锁成功；
所述解锁步骤S220还包括：
在设定解锁旋拧圈数区间内，驱动拧螺栓元件以第四速度旋拧螺栓直至旋拧力矩达到设定解锁力矩，并维持预设解锁时段，此时判定螺栓解锁成功。
8.根据权利要求7所述的螺栓解锁方法，其特征在于，还包括异常判定步骤S230：
当拧螺栓元件的对接旋拧圈数在第二设定对接旋拧圈数区间内时，若旋拧力矩未增大至设定对中力矩，则判定螺栓对中异常；和/或
当拧螺栓元件的解锁旋拧圈数大于设定解锁旋拧圈数区间时，若旋拧力矩未减小至设定解锁力矩，则判定螺栓解锁异常。
9.根据权利要求7或8所述的螺栓解锁方法，其特征在于，设定解锁旋拧圈数区间为8到12圈。
10.根据权利要求7或8所述的螺栓解锁方法，其特征在于，设定对接旋拧圈数区间为1-2圈。
11.一种螺栓加解锁控制方法，其用于螺栓加解锁装置，所述螺栓加解锁装置包括用于螺栓加解锁的拧螺栓元件及加锁辅助挡块，所述加锁辅助挡块用于提供反作用力来调节拧螺栓元件的旋拧力矩，其特征在于，所述螺栓加解锁控制方法包括:
启动步骤S310，为所述螺栓加解锁装置上电；
模式切换步骤S320，将将所述螺栓加解锁装置切换为手动加解锁模式或自动加解锁模式；
加解锁步骤S330，其包括自动模式S331：基于如权利要求1至6任意一项所述的螺栓加锁方法来执行螺栓加锁；和/或基于如权利要求7至10任意一项所述的螺栓解锁方法来执行螺栓解锁；
停机步骤S340，将所述螺栓加解锁装置断电。
12.根据权利要求11所述的螺栓加解锁控制方法，其特征在于，所述加解锁步骤S330还包括手动模式S332：执行手动加解锁和/或参数设定和/或加锁辅助挡块。
13.根据权利要求12所述的螺栓加解锁控制方法，其特征在于，在所述手动模式S332执行完成后，切换至所述自动模式S331或停机步骤S340。
14.根据权利要求12所述的螺栓加解锁控制方法，其特征在于，在停机步骤S340执行完成后，切换至手动模式S332。
15.根据权利要求11所述的螺栓加解锁控制方法，其特征在于，在自动模式S331执行完成后，切换至模式切换步骤S320或停机步骤S340。
16.一种车用电池更换方法，其特征在于，包括如权利要求11至15任意一项所述的螺栓加解锁控制方法。
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