CN112339539A - 一种车辆电动顶盖自动启闭系统 - Google Patents

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朱艮村
许笑
杨阳
何睿
李波
朱煜
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    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J7/00—Non-fixed roofs; Roofs with movable panels, e.g. rotary sunroofs
    • B60J7/02—Non-fixed roofs; Roofs with movable panels, e.g. rotary sunroofs of sliding type, e.g. comprising guide shoes
    • B60J7/04—Non-fixed roofs; Roofs with movable panels, e.g. rotary sunroofs of sliding type, e.g. comprising guide shoes with rigid plate-like element or elements, e.g. open roofs with harmonica-type folding rigid panels
    • B60J7/057—Driving or actuating arrangements e.g. manually operated levers or knobs
    • B60J7/0573—Driving or actuating arrangements e.g. manually operated levers or knobs power driven arrangements, e.g. electrical

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Abstract

本发明公开了一种车辆电动顶盖自动启闭系统，包括顶盖启闭执行系统和控制系统，所述顶盖启闭执行系统由伺服电机、由第一组电动推杆驱动的插销、由第二组电动推杆驱动的翻门组成，其中，所述伺服电机通过齿轮齿条传送机构驱动所述顶盖滑移；所述控制系统为控制箱，包括PLC控制单元、继电器组、交流伺服驱动器、遥控终端，按键输入单元、以及状态指示单元，所述PLC控制单元具有由按键输入单元作为人机界面的本地操作模式和由遥控终端作为人机界面的遥控模式，并且根据交流伺服驱动器发送的编码信号来对滑盖的滑移速度和位置进行控制。本测试装置最大化地压缩了器件的品种与数量，同时优化了设计，使得整个控制系统结构紧凑，简单，可靠。

Description

一种车辆电动顶盖自动启闭系统
技术领域
本发明涉及一种车辆电动顶盖自动启闭系统，用于车辆电动顶盖自动开启与关闭。
背景技术
随着现代战争的需要,特种设备对机动化的要求越来越高，某型特种车辆的车厢内安装有大量电子设备，电子设备平时放置在密闭车厢内，工作时必须处于露天状态，这就要求特种车辆的车厢顶盖需设计成可拆分的滑盖式结构。
该结构的传动机构采用齿轮齿条形式，齿条固定于箱体，电机驱动转轴，转轴驱动齿轮在齿条上做直线运动，从而实现顶盖的滑行动作。
为方便用户进行“一键式”开启与关闭顶盖的使用需要，有必要为该顶盖配置一套能将多种功能集中于一体、操作简单、可靠性高、成本低廉的控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆电动顶盖自动启闭系统，以方便用户进行“一键式”开启与关闭顶盖及在顶盖系统的维修、维护时使用。
为此，本发明提供了一种车辆电动顶盖自动启闭系统，包括顶盖启闭执行系统和控制系统，所述顶盖启闭执行系统由伺服电机、由第一组电动推杆驱动的插销、由第二组电动推杆驱动的翻门组成，其中，所述伺服电机通过齿轮齿条传送机构驱动所述顶盖滑移；所述控制系统为控制箱，包括PLC控制单元、继电器组、交流伺服驱动器、遥控终端，按键输入单元、以及状态指示单元，所述继电器组用于给第一电动推杆和第二组电动推杆提供工作电源，同时切换电源极性以实现电动推杆的伸出与收回，所述交流伺服驱动器驱动所述伺服电机，并向所述PLC发送编码信号，作为顶盖滑开或滑闭过程中的减速或到位控制的判断依据，所述第一组电动推杆内置限位开关，用于反馈插销的锁紧与解锁到位，所述第二组电动推杆内置限位开关，用于反馈翻门的开启与关闭到位，所述PLC控制单元具有由按键输入单元作为人机界面的本地操作模式和由遥控终端作为人机界面的遥控模式，并且根据交流伺服驱动器发送的编码信号来对滑盖的滑移速度和位置进行控制。
本发明的技术优势/有益效果如下：
(1)本控制系统集全自动模式，分布操作模式，维修维护模式与一体，最大限度地满足用户在不同场合的使用要求。
(2)本控制系统充分利用电动推杆的限位开关及伺服驱动器的编码反馈构成闭环控制系统。无须额外安装接近开关和编码器作为位置判断依据，从而简化了系统的硬件设计，提高了系统的可靠性，最大程度地便于用户的使用与维护。
(3)本测试装置最大化地压缩了器件的品种与数量，同时优化了设计，使得整个控制系统结构紧凑，简单，可靠。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是特种车辆电动顶盖框架示意图；
图2是特种车辆电动顶盖自动开关控制箱面板图；
图3是特种车辆电动顶盖自动开关控制箱安装板图；
图4是特种车辆电动顶盖自动开关控制系统原理框图；
图5是电动推杆工作原理图；
图6是交流伺服驱动器编码反馈原理图；以及
图7是基于本发明的特种车辆电动顶盖自动开关控制流程。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本控制系统是一个小型控制箱，在保证实现功能、节约成本、提高可靠性的前提下，尽可能压缩器件的品种与数量，该控制系统的交流伺服驱动器驱动伺服电机，用于顶盖的滑开与滑闭及滑行过程中的速度调节；采用电动推杆牵引锁紧机构进行顶盖机构的锁紧与解锁，以及翻门机构的开启与关闭。
利用交流伺服驱动器输出的编码信号作为顶盖滑开或滑闭过程的减速依据或到位判断依据。利用电动推杆内置的限位开关作为锁紧与解锁到位依据，及翻门机构开启与关闭到位判断依据。
本控制系统提供了遥控接口，可以接受遥控终端的自动开盖与自动关盖的命令，同时将系统的状态(如：顶盖行程，扭矩，及各机构的到位情况)适时反馈给遥控终端显示。
基于本发明的特种车辆电动顶盖自动开启与关闭控制系统将全自动模式、分布操作模式、维修维护模式糅合于一体，能够非常方便地进行特种车辆顶盖机构、锁紧机构，翻门机构的装配、调试及验收，所有功能测试进行整合与优化后集中于一体。
下面对本控制系统进行详细描述。
图1是特种车辆电动顶盖滑动部分结构图，该结构的传动机构采用齿轮齿条形式，齿条固定于箱体，电机驱动转轴，转轴驱动齿轮在齿条上做直线运动，从而实现顶盖的滑行动作。顶盖结构体上设计有插销孔和翻门，插销孔用于顶盖开到位或关到位的锁紧，翻门用于不开顶盖情况下，个别设备伸出箱体进行工作。
参阅图2，特种车辆电动顶盖自动开关控制箱面板布置有状态指示灯，控制按键，遥控/本控切换旋钮，电源开关。
参阅图3，特种车辆电动顶盖自动开关控制箱安装板布置有电源模块，PLC模块，交流伺服驱动器，继电器组，风扇。
参阅图4，在特种车辆电动顶盖自动开关控制系统原理框图中，包括PLC控制单元1、按键输入单元2、状态指示单元3、继电器组4、伺服驱动器5、遥控终端6、若干电动推杆7、伺服电机8、插销9、翻门10、以及车厢顶盖11。
PLC控制单元为控制系统的核心单元，通过植入的控制程序能够将特种车辆电动顶盖自动开启与关闭的动作过程进行整合与优化后，将全自动模式，分布操作模式，维修维护模式糅合于一体进行控制，最大限度地满足用户在不同场合的使用要求。
按键输入单元是本地操作的人机接口，全自动模式，分布操作模式，维修维护模式对本地操作全部开放。
状态指示单元是本地操作的人机接口，用于指示各运动部件的到位情况。
继电器组用于给电动推杆提供24V工作电源，同时切换电源极性以实现电动推杆的伸出与收回。
伺服驱动器，驱动交流伺服电机，用于顶盖的滑开与滑闭及滑行过程中的速度平稳调节，利用交流伺服驱动器输出的编码信号作为顶盖滑开或滑闭过程的减速依据或到位的判断依据。
遥控终端可以接受遥控终端的命令(仅开放全自动模式)，同时将系统的状态(如：顶盖行程，扭矩，及各机构的到位情况)适时反馈给遥控终端显示。
电动推杆为本控制系统的外部设备，用于牵引锁紧机构进行顶盖机构的锁紧与解锁，以及翻门机构的开启与关闭，利用电动推杆内置的限位开关作为锁紧与解锁到位依据，及翻门机构开启与关闭到位判断依据
伺服电机为本控制系统的外部设备，驱动“电动顶盖”机构往返运动。
插销用于电动顶盖的到位锁紧。
翻门用于不开顶盖情况下，个别设备伸出箱体进行工作。
电动顶盖采用齿轮齿条形式的可滑行式结构，该形式具有结构简单，便于维护等特点，齿条固定于舱体，电机驱动转轴，转轴驱动齿轮在齿条上做直线运动，从而实现顶盖的滑动动作。
参阅图5，电动推杆本质上就是一只24V直流电机通过正反转带动一连杆伸出或收回，在推杆顶端与末端内置一限位开关，用以切断电流，同时将已到达上下限位状态反馈给控制单元。图示属于电动推杆处于行程中间位置时的情况，此时电动推杆既可以伸出，也可以收回，上下限位开关都未触发。
当如图所示的+、-施加24V电源时，电流经K1常闭触点→K 2常闭触点→电机绕组形成回路，此时推杆工作情况为伸出，当伸出至行程最大位置时，K1常闭触点断开，常开触点接通，上限反馈得电，电机电流回路被切断而停转。
当如图所示的(-)、(+)施加24V电源时，电流经电机绕组→K2常闭触点→D1形成回路，此时推杆工作情况为收回，当收回至行程最小位置时，K2常闭触点断开，常开触点接通，下限反馈得电，电机电流回路被切断而停转。
参阅图6，交流伺服驱动器都有增量编码输出接口，该接口将电机的转速信号转化成电脉冲信号供PLC或其它设备读取并计算。编码输出为三组差分信号，其中A相与B相脉冲在相位上差90度，Z相脉冲信号是电机转动一周输出一脉冲信号。
当伺服电机旋转时，交流伺服驱动器的编码输出就会有脉冲输出，通过对驱动器内部参数修改，可以设置电机每转动一圈输出的脉冲个数(如可设置1000脉冲/转)以方便计算。电动顶盖当前位置为：S＝(当前脉冲累计值÷最大行程脉冲总数)×最大行程，这样可以当前位置作为电动顶盖滑移时减速与到位的判断依据。
参阅图7，控制系统接受到“自动开盖”指令后，首先执行解锁指令，继电器组给电动推杆提供极性正确的24V电源，使电动推杆的伸出实现插销解锁。
解锁完成后，自动执行开门指令，继电器组给电动推杆提供极性正确的24V电源，使电动推杆的伸出实现翻门打开。
翻门打开完成后，自动执行开盖指令，交流伺服驱动器驱动伺服电机牵引顶盖滑开及滑行过程中的速度平稳调节，并实时读取交流伺服驱动器输出的编码信号，作为顶盖滑开过程的减速依据或到位的判断依据。
开盖完成后，继电器组给电动推杆提供极性正确的24V电源，使电动推杆的收回实现插销锁紧。
控制系统接受到“自动关盖”指令后，首先执行解锁指令，继电器组给电动推杆提供极性正确的24V电源，使电动推杆的伸出实现插销解锁。
解锁完成后，自动执行关门指令，继电器组给电动推杆提供极性正确的24V电源，使电动推杆的收回实现翻门关闭。
翻门关闭完成后，自动执行关盖指令，交流伺服驱动器驱动伺服电机牵引顶盖滑闭及滑行过程中的速度平稳调节，并实时读取交流伺服驱动器输出的编码信号，作为顶盖滑闭过程的减速依据或到位的判断依据。
关盖完成后，继电器组给电动推杆提供极性正确的24V电源，使电动推杆的收回实现插销锁紧。
分步操作模式：操作流程与自动模式一样，只是上一步动作完成后，相应的按键触发才执行下一动作。
维修维护模式：没有操作流程限制，操作人员需对系统较熟悉，对每一动作的潜在风险十分了解。
遥控：控制系统只有在遥控状态下才可以接受遥控终端的命令(仅开放全自动模式)，同时将系统的状态(如：顶盖行程，扭矩，及各机构的到位情况)适时反馈给遥控终端显示，此时本控操作的面板按键被封死。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车辆电动顶盖自动启闭系统，包括顶盖启闭执行系统和控制系统，其特征在于，
所述顶盖启闭执行系统由伺服电机、由第一组电动推杆驱动的插销、由第二组电动推杆驱动的翻门组成，其中，所述伺服电机通过齿轮齿条传送机构驱动所述顶盖滑移；
所述控制系统为控制箱，包括PLC控制单元、继电器组、交流伺服驱动器、遥控终端，按键输入单元、以及状态指示单元，
所述继电器组用于给第一电动推杆和第二组电动推杆提供工作电源，同时切换电源极性以实现电动推杆的伸出与收回，
所述交流伺服驱动器驱动所述伺服电机，并向所述PLC发送编码信号，作为顶盖滑开或滑闭过程中的减速或到位控制的判断依据，
所述第一组电动推杆内置限位开关，用于反馈插销的锁紧与解锁到位，所述第二组电动推杆内置限位开关，用于反馈翻门的开启与关闭到位，
所述PLC控制单元具有由按键输入单元作为人机界面的本地操作模式和由遥控终端作为人机界面的遥控模式，并且根据交流伺服驱动器发送的编码信号来对滑盖的滑移速度和位置进行控制。
2.根据权利要求1所述的车辆电动顶盖自动启闭系统，其特征在于，所述控制箱包括遥控/本控切换旋钮，用于切换本地操作模式和遥控模式，并且在切换至遥控模式时按键输入单元封死。
3.根据权利要求1所述的车辆电动顶盖自动启闭系统，其特征在于，所述控制箱的正面设有控制面板，其中按键输入单元和状态指示单元设置在控制面板上。
4.根据权利要求1所述的车辆电动顶盖自动启闭系统，其特征在于，所述PLC控制单元用于接受遥控终端的自动开盖与自动关盖的命令，同时将系统的状态适时反馈给遥控终端显示。
5.根据权利要求1所述的车辆电动顶盖自动启闭系统，其特征在于，所述按键输入单元包括与全自动模对应的若干输入按键和与分布操作模式对应的若干输入按键。
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