紧固件加解锁机构和系统以及车辆换电操作平台
技术领域
本发明涉及汽车技术领域,尤其涉及一种紧固件加解锁机构、用于车辆换电的紧固件加解锁系统以及车辆换电操作平台。
背景技术
目前,针对紧固件的加解锁操作研究比较多,人们为此已经提出了各种各样的解决方案。这些现有技术方案具有各自的优缺点,总体来看主要有以下两个方面问题比较突出:一方面,虽然拧紧枪拧紧轴性能可靠且控制灵活,但是需要付出高昂的成本;另一方面,尽管普通的电动或气动扳手具有价格优势,然而其可靠性较差,使用此类扳手来对紧固件进行加锁和解锁操作的可靠性不高,而且它们还存在着磨损较大的问题。
就汽车行业来讲,随着电动汽车、混合动力汽车等多种类型的新能源汽车日益获得广泛使用,其中涉及到电池快换等方面的技术也越来越成为人们关注和研究的课题。尽管目前已经出现了多种换电方式,但是在电池包紧固件的加锁或解锁操作中仍然存在着例如紧固件认帽不稳定、拆解稳定性不佳、加解锁扭矩不可靠、发生紧固件漏拧或误拧、拧紧枪成本居高不下等问题。所以,很有必要针对包括上述这些情况在内的现有问题或弊端进行充分研究,以便加以改进。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了紧固件加解锁机构、用于车辆换电的紧固件加解锁系统以及车辆换电操作平台,从而有效地解决了现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题。
首先,根据本发明的第一方面,它提供了一种紧固件加解锁机构,其包括与紧固件相适配以进行加锁或解锁操作的锁头,所述紧固件加解锁机构还包括:
动力部分,其与所述锁头相连以通过所述锁头向所述紧固件施加扭矩,所述动力部分被标定控制信号及扭矩的对应关系;以及
控制部分,其被设置成用于将与设定的目标扭矩相对应的控制信号输出至所述动力部分,并且检测由于所述紧固件的反作用而使得所述动力部分承受的当前扭矩并将其转化为对应的控制信号,并通过将所输出的控制信号与已转化的控制信号进行比较来判断所述目标扭矩是否已将所述紧固件加锁或解锁到设定的目标位置。
在根据本发明的紧固件加解锁机构中,可选地,所述动力部分包括伺服电机和减速机,所述伺服电机的输出端与所述减速机的输入端相连用于向其输出扭矩,所述减速机的输出端与所述锁头相连用于通过其向所述紧固件施加经由减速被增大的扭矩;并且
所述控制部分包括第一控制器和伺服控制器,所述第一控制器将与所述目标扭矩相对应的控制信号输出至所述伺服控制器,所述伺服控制器将所述控制信号输出至所述伺服电机使其运行,并检测所述伺服电机承受的当前扭矩并将其转化为对应的控制信号后发送给所述第一控制器,由所述第一控制器将所输出的控制信号与已转化的控制信号进行比较来判断所述目标扭矩是否已将所述紧固件加锁或解锁到所述目标位置。
在根据本发明的紧固件加解锁机构中,可选地,所述控制部分还被设置成:判断所输出的控制信号与已转化的控制信号之间差值是否超过设定的误差允许范围,如果是,则判定所述目标扭矩未能将所述紧固件加锁或解锁到所述目标位置,从而判定加锁或解锁操作发生异常;如果不是,则判定所述目标扭矩已将所述紧固件加锁或解锁到所述目标位置,从而判定加锁或解锁操作已成功完成。
在根据本发明的紧固件加解锁机构中,可选地,所述控制部分还被设置成:当判定加锁或解锁操作发生异常后,则启动异常处理,所述异常处理至少包括数据存储处理,所述数据包括所述动力部分承受的当前扭矩、所述动力部分在扭矩作用下的当前角度位置、所述锁头在扭矩作用下的当前角度位置。
在根据本发明的紧固件加解锁机构中,可选地,所述控制部分还被设置成:在判断所述目标扭矩是否已将所述紧固件加锁或解锁到设定的目标位置之后就启动数据存储处理,所述数据包括所述动力部分承受的当前扭矩、所述动力部分在扭矩作用下的当前角度位置、所述锁头在扭矩作用下的当前角度位置。
在根据本发明的紧固件加解锁机构中,可选地,所述控制信号是电压信号或电流信号。
在根据本发明的紧固件加解锁机构中,可选地,所述紧固件是螺栓或螺母。
其次,根据本发明的第二方面,它提供了一种用于车辆换电的紧固件加解锁系统,其包括一个或多个如以上任一项所述的紧固件加解锁机构,所述紧固件加解锁机构被设置成用于加锁或解锁车辆电池包上的紧固件。
此外,根据本发明的第三方面,还提供了一种用于车辆换电的紧固件加解锁系统,其包括:
多个锁头,其与车辆电池包上的紧固件相适配,用于进行加锁或解锁操作;
多个动力部分,其中每一个动力部分包括一个伺服电机和一个减速机,所述伺服电机的输出端与所述减速机的输入端相连用于向其输出扭矩,所述减速机的输出端与一个锁头相连用于通过其向所述紧固件施加经由减速被增大的扭矩,所述伺服电机和减速机被一起标定控制信号及扭矩的对应关系;以及
一个第一控制器和多个伺服控制器,其中所述多个伺服控制器分别与所述多个动力部分中的伺服电机一一对应相连,所述第一控制器以总线方式与所述多个伺服控制器相连,用以将与设定的目标扭矩相对应的控制信号分别输出至各伺服控制器,各伺服控制器将所述控制信号输出至与之对应的伺服电机输出相应的扭矩,并且分别检测由于所述紧固件的反作用而使得该伺服电机承受的当前扭矩并将其转化为对应的控制信号后发送给所述第一控制器,并由所述第一控制器将所输出的控制信号与从各伺服控制器获取的已转化的各控制信号逐一进行比较来判断所述目标扭矩是否已将每一个紧固件加锁或解锁到目标位置。
在根据本发明的用于车辆换电的紧固件加解锁系统中,可选地,所述第一控制器还被设置成:判断所输出的控制信号与一个已转化的控制信号之间差值是否超过预设的误差允许范围,如果是,则判定所述目标扭矩未能将相应的紧固件加锁或解锁到目标位置,从而判定加锁或解锁操作发生异常;如果不是,则判定所述目标扭矩已将所述紧固件加锁或解锁到所述目标位置,从而判定加锁或解锁操作已成功完成。
在根据本发明的用于车辆换电的紧固件加解锁系统中,可选地,所述控制部分还被设置成:当判定加锁或解锁操作发生异常后,则启动异常处理,所述异常处理至少包括数据存储处理,所述数据包括每一个伺服电机承受的当前扭矩、每一个伺服电机在扭矩作用下的当前角度位置、每一个锁头在扭矩作用下的当前角度位置。
在根据本发明的用于车辆换电的紧固件加解锁系统中,可选地,所述控制部分还被设置成:在判断所述目标扭矩是否已将所述紧固件加锁或解锁到设定的目标位置之后就启动数据存储处理,所述数据包括每一个伺服电机承受的当前扭矩、每一个伺服电机在扭矩作用下的当前角度位置、每一个锁头在扭矩作用下的当前角度位置。
在根据本发明的用于车辆换电的紧固件加解锁系统中,可选地,所述总线方式包括RS485、CAN、BUS、Profibus、HART。
在根据本发明的用于车辆换电的紧固件加解锁系统中,可选地,所述控制信号是电压信号或电流信号。
在根据本发明的用于车辆换电的紧固件加解锁系统中,可选地,所述紧固件是螺栓或螺母。
另外,根据本发明的第四方面,它也提供了一种车辆换电操作平台,该车辆换电操作平台包括以上根据本发明第二方面所提供的用于车辆换电的紧固件加解锁系统;或者,所述车辆换电操作平台包括任何一个如以上根据本发明第二方面所提供的用于车辆换电的紧固件加解锁系统,该紧固件加解锁系统中的锁头数量不小于车辆电池包上的紧固件数量,用以执行所述紧固件的加锁或解锁操作。
本发明创新性地提供了紧固件加解锁技术方案,其中不仅可以不必设置例如扭矩传感器等部件,而且能够保证紧固件的加锁和解锁操作更加稳定、可靠且高效,并且还可以实现整个加锁或解锁操作过程的数据记录,从而有效解决了现有技术中存在的例如紧固件认帽不稳定、拆解稳定性不佳、加解锁扭矩不可靠、发生紧固件漏拧或误拧、拧紧枪成本居高不下等诸多问题。采用本发明方案尤其能够实现多个紧固件同时执行加锁或解锁操作,并且还提供了相应的检测判断机制和异常处理策略。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述,但是应当知道,这些附图仅是为解释目的而设计的,因此不作为本发明范围的限定。此外,除非特别指出,这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造,而不必要依比例进行绘制。
图1是根据本发明用于车辆换电的紧固件加解锁系统的一个实施例的立体结构示意图。
图2是将图1所示实施例布置到一个车辆换电操作平台中的局部立体分解结构示意图。
具体实施方式
首先,需要说明的是,以下将以示例方式来具体说明本发明的紧固件加解锁机构、用于车辆换电的紧固件加解锁系统以及车辆换电操作平台的结构构造、组成、特点和优点等,然而所有的描述仅是用来进行说明的,而不应将它们理解为对本发明形成任何的限制。
此外,对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征,或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征,本发明仍然允许在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减,从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外,为了简化图面起见,相同或相类似的零部件和特征在同一附图中可能仅在一处或若干处进行标示。
根据本发明的设计思想,首先提供了一种不同于现有机构的创新的紧固件加解锁机构。该紧固件加解锁机构包括锁头、动力部分和控制部分,下面就对此进行详细说明。
具体来讲,锁头是与紧固件在结构构造上相互适配,以便用来对紧固件进行加锁或解锁操作。通常,由于紧固件在实际应用中较多地采用螺栓或螺母形式,因此可以将锁头相应地构造成具有简单结构的套筒形式。当然,如果紧固件采用其他结构形式的话,同样可将锁头构造成具有相对应的结构,以便使其能够与紧固件相匹配来进行加解锁操作。
在本发明的紧固件加解锁机构中,动力部分是用来为紧固件的加解锁操作提供扭矩,它是通过与上述锁头相连接从而经由其来向紧固件施加扭矩的。对于上述动力部分来讲,它经过标定处理的,即根据本发明方案是已经将控制信号与扭矩二者之间的对应关系预先标定在该动力部分中。由于在很多实际应用中,人们普遍使用电机来作为动力源,因此可以非常方便地采用例如电压信号、电流信号等电信号来作为控制信号,将其与扭矩相关联起来。通常来讲,上述这些标定数据是可以采用试验测试方式来获得的,当然也可以直接从技术手册、技术厂商等处直接得到。
对于上述控制部分,它在本发明的紧固件加解锁机构中提供了相应的控制功能。具体而言,该控制部分是被设置成用来首先向动力部分输出一个控制信号,该控制信号是与设定的目标扭矩(即,通过该目标扭矩的作用能够使得紧固件被加锁或解锁到一个所预期的相对应的目标位置)相互对应的,由此使得已标定的动力部分向外输出与该控制信号相对应的目标扭矩,该控制部分随后将会检测该动力部分所承受的当前扭矩,这是由于当动力部分经由锁头将扭矩施加到紧固件上时,紧固件将会产生反作用,从而使得动力部分将会承受到的上述扭矩,该控制部分会将所检测到的该扭矩转化为与之对应的控制信号,然后进一步地将之前输出的控制信号与已转化的控制信号二者进行比较,并由此来判断上述的目标扭矩是否已经紧固件加锁或者解锁到了设定的目标位置。
在本发明方案中,根据不同的应用情况,控制部分是被允许采用多种可能的判断方式来针对已输出的控制信号与已转化的控制信号二者进行比较的。例如,可以采用直接判断上述的已输出的控制信号与已转化的控制信号二者是否相等的方式。又比如,还可以采用判断上述的已输出的控制信号与已转化的控制信号二者之间差值是否超过了设定的误差允许范围的方式,关于具体的误差允许范围,其数值选择是根据实际应用需求情况来进行设定并且也被允许进行调整的。
更进一步来讲,在可选的情形下,还可以将上述的控制部分设计成用于完成更多的功能,尤其是用来形成更完善的检测判断机制、异常处理机制等。
举例而言,可将该控制部分设置成:如上所述,如果判断出已输出的控制信号与已转化的控制信号二者之间差值已经超过了设定的误差允许范围,那么就可以判定目标扭矩未能将紧固件加锁或解锁至目标位置,从而判定在加锁或解锁操作中已经发生异常。对于此类异常情况,这有可能是由于例如螺栓或螺母等紧固件可能发生了卡滞、滑丝等多种情况造成的。与以上情形相反,如果判断结果是已输出的控制信号与已转化的控制信号二者之间差值没有超过设定的误差允许范围,那么就可以判定目标扭矩已经成功地将紧固件加锁或解锁至目标位置,从而判定针对紧固件的加锁或解锁操作已成功完成。
此外,还可以将控制部分进一步可选地设置成:当判定在加锁或解锁操作中已经发生异常之后,就启动异常处理。这样的异常处理可以根据实际应用需求情况来进行灵活设定,例如提供声光报警、设备停机等。作为举例说明,基于紧固件寿命监控、数据追踪等方面考虑,异常处理可以包括数据存储处理,即可以将这些数据存储在本地存储介质和/或上传到远程存储介质,例如本地工作站服务器、云服务器等。上述数据包括但不限于动力部分承受的当前扭矩、动力部分在扭矩作用下的当前角度位置、锁头在扭矩作用下的当前角度位置等。
当然,在本发明方案中,对于数据进行存储处理也不仅限于在已经检测判定发生了加锁或解锁操作异常之后。在可选的情形下,基于形成更完备数据记录等方面的考虑,可以将控制部分设置成无论加锁或解锁操作是否成功完成都启动数据存储处理。同样,上述数据包括但不限于动力部分承受的当前扭矩、动力部分在扭矩作用下的当前角度位置、锁头在扭矩作用下的当前角度位置等。
如上所述,由于在本发明中创新性地采用了以上技术方案,其能够使得紧固件的加解锁操作非常直接、稳定可靠并且相当高效,尤其是可以完全省略掉扭矩传感器等部件,从而不仅有利于增强系统的可靠性,使其结构更为紧凑,并且节省了制造和维护成本。同时,本发明也针对紧固件的加解锁操作提供了完善的检测判断机制、异常处理机制,从而提供了紧固件寿命监控和数据追踪能力。
根据实际应用需求情况,可以将一个或多个根据本发明的紧固件加解锁机构布置在装置、设备或系统中,用来针对相应数量的紧固件进行加锁或解锁操作,例如将其应用到车辆换电操作中,从而提供用于车辆换电的紧固件加解锁系统。
为了能够更好地理解本发明,接下来将通过图1和图2所展示的实施例来进行更详细的说明。其中,在图1中仅以示范方式图示出了一个根据本发明用于车辆换电的紧固件加解锁系统的实施例的大致结构组成情况,在图2中示意性地显示出了将以上实施例布置到一个车辆换电操作平台中的局部立体分解结构。
如图1所示,在该用于车辆换电的紧固件加解锁系统5中,总共设置了十套紧固件加解锁机构A1-A10(它们共用在图2中示出的控制器4),以便通过它们来针对仅作为示例说明的装设在车辆电池包上的十个紧固件(如螺栓、螺母等)进行加锁或解锁操作。
为了方便描述起见,以下将仅选择其中一套紧固件加解锁机构A1来进行具体描述,以下这些描述也同样适用于其他的紧固件加解锁机构A2-A10,因此不再针对后者进行重复描述。
在这个紧固件加解锁机构A1示例中,它具有锁头1、减速机2、伺服电机3、伺服控制器(未示出),该伺服控制器经由伺服电机3上的接线31、32与该伺服电机3进行连接,并且该伺服控制器还通过总线方式与在图2中示出的控制器4进行连接。
在该紧固件加解锁机构A1中,是由伺服电机3和减速机2一起充当并实现了动力部分的功能。具体来讲,将伺服电机3的输出端与减速机2的输入端连接在一起用来向减速机2输出扭矩,并且将减速机2的输出端与锁头1进行连接,以便通过该锁头1向装设在车辆电池包上的对应紧固件施加已被减速机2增大了的扭矩,这是由于在减速机2处经过减速后就会将从伺服电机3处输出的扭矩进一步增大,从而能够将更大的扭矩通过锁头1施加到车辆电池包的对应紧固件上。可以理解的是,在这个示例中,由于伺服电机3和减速机2共同充当了动力部分,因此是将它们一起进行标定的,涉及扭矩与控制信号之间对应关系的标定数据是被存储在伺服电机3中。
请再参阅图2,控制器4是该用于车辆换电的紧固件加解锁系统5中的重要控制部件,它可采用例如PLC等器件来实现,也被允许采用软件、其他硬件或者它们之间的结合来加以实现。控制器4通过总线方式(例如RS485、CAN、BUS、Profibus、HART等)与紧固件加解锁机构A1-A10中的各伺服控制器进行连接,从而能够非常有利地实现针对电池包上的紧固件加锁或解锁操作的整体同步执行,防止了这些紧固件出现漏拧或误拧现象,使其拆解稳定性更高且更高效,并且对于电池包的锁附也更加可靠。就控制器4来讲,它是用于将与设定的目标扭矩相对应的控制信号同时输出到这些伺服控制器,然后在由各伺服控制器将该控制信号分别输出到紧固件加解锁机构A1-A10中的各伺服电机,通过这些已标定的伺服电机内的标定数据来同时向外输出相应的扭矩,各伺服控制器随后将会各自检测由于车辆电池包上的相应紧固件的反作用而使得与之相应的伺服电机承受的当前扭矩,然后分别将各自检测到的当前扭矩转化为与之相对应的控制信号之后再发送给控制器4。随后,控制器4会将之前输出的控制信号与从各伺服控制器处获取并且已被转化的各控制信号逐一进行比较,由此来判断上述目标扭矩是否已将车辆电池包上的十个紧固件都已加锁或解锁到了目标位置。
由于在前文中已经针对本发明的紧固件加解锁机构所采用的检测判断机制、异常处理机制等内容进行了非常详细的描述和具体说明,因此关于如何设置上述控制器4来实现这些内容,均可以参阅以上相应部分处的详尽描述,在此不再赘述。当然,需要说明的是,由于在车辆电池包上通常设置有多个紧固件,因此在针对这些紧固件进行加锁或解锁操作时的各相关数据都可以进行数据存储处理,从而形成了完善的紧固件寿命监控和数据追踪能力。
另外,根据本发明的又一个技术方案,还提供了一种车辆换电操作平台。在根据本发明所提供的车辆换电操作平台中,其中包括了以上讨论的根据本发明所设计的用于车辆换电的紧固件加解锁系统,例如在图2中就图示出了这样紧固件加解锁系统5,它是被设置在抬升机构6之上并且在其中示例性地设置了十套紧固件加解锁机构A1-A10(图1),这些紧固件加解锁机构通过总线连接并共用了控制器4。对于紧固件加解锁系统中的锁头来讲,它们的设置数量通常是与车辆电池包上的紧固件数量相等的,以便通过二者契合来执行紧固件的加锁或解锁操作。当然,在某些情形下,也可以考虑使得锁头的设置数量大于车辆电池包上的紧固件数量,从而便于在出现例如应急、维护或维修等情况下使用。在不脱离本申请主旨的情况下,锁头的实际设置数量、布置位置、结构形状及尺寸等方面,都是可以根据具体应用情况来进行具体设计和选定的。
以上仅以举例方式来详细阐明根据本发明的紧固件加解锁机构、用于车辆换电的紧固件加解锁系统以及车辆换电操作平台,这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用,而非对本发明的限制,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。例如,在某些紧固件加解锁机构实施例中,当其中的动力部分功能是如前所述地通过伺服电机3和减速机2二者一起来实现时,可以考虑由控制器4和伺服控制器二者共同实现控制部分功能,如此在由多个此类紧固件加解锁机构所形成的紧固件加解锁系统中是被允许具有多个控制器4的。因此,所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。