車載充電裝置及利用該裝置自動充電的方法
【專利摘要】一種車載充電裝置，車載充電裝置包括控制器、位置檢測裝置、機械臂及充電機構(gòu)，控制器分別與位置檢測裝置、機械臂及充電機構(gòu)信號連接，位置檢測裝置用于采集車體附近的充電插孔以及機械臂與充電機構(gòu)的位置信息，機械臂與車體相連，充電機構(gòu)可滑動的設置于機械臂上，且充電機構(gòu)的前端設有一充電插頭，控制器控制充電機構(gòu)在機械臂上滑動至使充電插頭與充電插孔相對應的位置，并控制機械臂帶動充電機構(gòu)將充電插頭插入充電插孔中。本發(fā)明通過控制器、位置檢測裝置與機械臂的配合，能夠自行判斷充電插孔位置，并自行伸出機械臂連接插孔進行充電，充電完畢后自動收回機械臂，整合了現(xiàn)有成熟的工業(yè)技術，成本低，使用方便。
【專利說明】車載充電裝置及利用該裝置自動充電的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車技術，特別是關于一種車載充電裝置及利用該裝置自動充電的方 法。
【背景技術】
[0002] 因受當前動力電池能量密度的限制，目前純電動汽車的巡航里程僅大約100km左 右。而據(jù)相關調(diào)查，人們一天的行車里程大約為60km，這就意味著充一次電不能滿足兩天的 行車需要，而需每天對車輛進行充電。然而，每天手工充電極為不便，且會存在忘記充電而 影響行程的問題。
[0003] 無線充電被認為是未來電動車充電技術的發(fā)展方向，但無線充電目前尚處于試驗 階段，仍有很多技術難題待解決，比如充電線圈和受電線圈的軸心要極為吻合才會有較高 的充電效率，如果二者同心度不夠，則會大大降低充電效率，而達到極為吻合將對車主的駕 駛水平提出很高的要求，在操作上存在一定的難度。
[0004] 專利CN 103425073A提供了一種充電插頭自動伸縮控制系統(tǒng)，然而其應用于充電 樁上，雖能達到自動充電的目的但結(jié)構(gòu)復雜，生產(chǎn)成本較高，且僅能用于充電樁充電，使電 動汽車充電存在一定的不靈活性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種生產(chǎn)成本相對較低的車載充電裝置。
[0006] 為達上述優(yōu)點，本發(fā)明提供一種車載充電裝置，所述車載充電裝置包括控制器、位 置檢測裝置、機械臂及充電機構(gòu)，所述控制器分別與所述位置檢測裝置、所述機械臂及所述 充電機構(gòu)信號連接，所述位置檢測裝置用于采集車體附近的充電插孔以及所述機械臂與所 述充電機構(gòu)的位置信息，所述機械臂與車體相連，用于帶動所述充電機構(gòu)向靠近或遠離充 電插孔的位置移動，所述充電機構(gòu)可滑動的設置于所述機械臂上，且所述充電機構(gòu)的前端 設有一充電插頭，所述控制器控制所述充電機構(gòu)在所述機械臂上滑動至使所述充電插頭與 所述充電插孔相對應的位置，并控制所述機械臂帶動所述充電機構(gòu)將所述充電插頭插入所 述充電插孔中。
[0007] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述充電機構(gòu)還包括一修正電機，所述修正電機與所 述充電插頭連接，所述修正電機接收所述控制器的信號并帶動所述充電插頭進行角度修 正，使所述充電插頭的角度與所述充電插孔的角度吻合。
[0008] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述機械臂包括一外伸桿與一旋轉(zhuǎn)軌道，所述外伸桿 與所述車體相連，帶動所述旋轉(zhuǎn)軌道沿垂直于所述車體的方向運動，所述旋轉(zhuǎn)軌道可繞所 述外伸桿進行旋轉(zhuǎn)，所述充電機構(gòu)可滑動的設于所述旋轉(zhuǎn)軌道上。
[0009] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述外伸桿的表面沿長度方向設有齒條，所述車體在 所述外伸桿的齒條一側(cè)設有外伸驅(qū)動電機，所述外伸驅(qū)動電機與所述控制器信號連接，所 述外伸驅(qū)動電機具有與所述齒條配合的齒輪。
[0010] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述旋轉(zhuǎn)軌道的一端設有轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤與所述外伸 桿的一端通過一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機相連，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機與所述控制器信號連接，所述旋轉(zhuǎn) 軌道在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的帶動下以所述外伸桿為軸進行旋轉(zhuǎn)。
[0011] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述旋轉(zhuǎn)軌道包括絲杠與導軌，所述絲杠與所述導軌 平行，所述充電機構(gòu)具有可滑動的套設于所述絲杠與所述導軌上的滑座，所述轉(zhuǎn)盤上設有 絲杠驅(qū)動電機，所述絲杠在所述絲杠驅(qū)動電機的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，帶動所述充電機構(gòu)沿所述導 軌來回運動。
[0012] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述位置檢測裝置為攝像頭，所述控制器根據(jù)所述攝 像頭采集的圖像獲取車體附近的充電插孔以及所述機械臂與所述充電機構(gòu)的位置信息。
[0013] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述的車載充電裝置還包括能源診斷系統(tǒng)，所述能源 診斷系統(tǒng)與所述控制器信號連接，所述能源診斷系統(tǒng)用于診斷電動汽車的能源狀態(tài)。
[0014] 本發(fā)明還提供一種自動充電方法，所述自動充電方法包括：
[0015] 控制器接收充電需求信號，啟動攝像頭搜尋車體附近是否有充電插孔；
[0016] 當攝像頭檢測到充電插孔時，控制器控制機械臂伸出車體，攝像頭在機械臂的伸 出過程中反饋機械臂的位置信息；
[0017] 攝像頭反饋的信息顯示機械臂到達指定位置時，控制器控制絲杠驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)， 帶動充電機構(gòu)運動至充電插孔的前方；
[0018] 攝像頭檢測充電機構(gòu)的充電插頭的角度信息，控制器根據(jù)所述角度信息控制修正 電機修正充電插頭的角度直至與充電插孔的角度吻合；
[0019] 控制器控制外伸驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，使機械臂推動充電機構(gòu)前進，將充電插頭插入充 電插孔中進行充電；
[0020] 控制器接收充電結(jié)束信號，控制機械臂退回車體內(nèi)。
[0021 ] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述控制器控制所述機械臂伸出車體的步驟包括：
[0022] 控制器控制外伸驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，驅(qū)動外伸桿伸出車體，攝像頭檢測外伸桿的伸出 位置并將檢測到的信息傳送給控制器，控制器根據(jù)外伸桿的位置信息與系統(tǒng)預置信息的比 對判斷外伸桿是否到達指定位置，當外伸桿到達指定位置時，外伸驅(qū)動電機停止運轉(zhuǎn)；
[0023] 控制器控制旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機帶動旋轉(zhuǎn)軌道旋轉(zhuǎn)，攝像頭檢測旋轉(zhuǎn)軌道的位置并將檢 測到的信息傳送給控制器，控制器根據(jù)攝像頭反饋的信息修正旋轉(zhuǎn)角度，直至旋轉(zhuǎn)軌道轉(zhuǎn) 動至充電插孔的前方。
[0024] 綜上所述，本發(fā)明提供的車載充電裝置，通過控制器、位置檢測裝置與機械臂的配 合，能夠自行判斷充電插孔位置，并自行伸出機械臂連接插孔進行充電，充電完畢后自動收 回機械臂，整合了現(xiàn)有成熟的工業(yè)技術，成本低，使用方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明一個實施例中車載充電裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明一個實施例中車載充電裝置的工作狀態(tài)示意圖。
[0027] 圖3為本發(fā)明一個實施例中車載充電裝置位于另一個角度時的示意圖。
[0028] 圖4為本發(fā)明一個實施例中車載充電裝置的充電機構(gòu)的結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實施方式】
[0029] 為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結(jié)合 附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。
[0030] 圖1為本發(fā)明一個實施例中車載充電裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明一個 實施例中車載充電裝置的工作狀態(tài)示意圖。如圖1和圖2所示，本發(fā)明的車載充電裝置10 包括控制器11、位置檢測裝置12、機械臂13、充電機構(gòu)14及能源診斷系統(tǒng)（圖未示）。
[0031] 其中，控制器11分別與位置檢測裝置12、機械臂13、充電機構(gòu)14及能源診斷系統(tǒng) 信號連接。該能源診斷系統(tǒng)用于診斷電動汽車的能源狀態(tài)，并在電動汽車的能源低于一預 定值時向控制器11發(fā)出充電需求信號。位置檢測裝置12可以為攝像頭、雷達、紅外傳感器 等，本實施例優(yōu)選為攝像頭，其用于采集車體20附近的充電插孔31以及機械臂13與充電 機構(gòu)14的圖像，由控制器11根據(jù)采集的圖像獲取車體20附近的充電插孔31以及機械臂 13與充電機構(gòu)14的位置信息。機械臂13與車體20相連，用于帶動充電機構(gòu)14向靠近或 遠離充電插孔31的位置移動，充電機構(gòu)14可滑動的設置于機械臂13上，充電機構(gòu)14的前 端設有一充電插頭141，控制器11控制充電機構(gòu)14在機械臂13上滑動至使充電插頭141 與充電插孔31相對應的位置，并控制機械臂13帶動充電機構(gòu)14將充電插頭141插入充電 插孔31中。
[0032] 需要說明的是，本發(fā)明的車載充電器裝置10可安裝于車體20的任意位置，只要可 以滿足汽車的充電需求即可，優(yōu)選的，本實施例中車載充電器裝置10安裝于車體20的頭 部。此外，充電插孔31可設于墻體或充電樁上，本實施例中，充電插孔31設于墻體30上， 且為市售的符合國家標準的家用220V三相插口。
[0033] 請結(jié)合圖3,機械臂13包括外伸桿131與旋轉(zhuǎn)軌道132,外伸桿131與車體20相 連，外伸桿131的表面沿長度方向設有齒條131a，車體20在外伸桿131的齒條131a-側(cè)設 有外伸驅(qū)動電機133,外伸驅(qū)動電機133具有與齒條131a配合的齒輪133a，該外伸驅(qū)動電 機133與控制器11信號連接，當外伸驅(qū)動電機133運轉(zhuǎn)時，齒輪133a帶動齒條131a沿垂 直于車體20的方向前進或后退而使外伸桿131伸出車體20或收回車體20中。
[0034] 接上述，旋轉(zhuǎn)軌道132的一端設有轉(zhuǎn)盤132a，轉(zhuǎn)盤132a與外伸桿131的一端通過 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機134相連，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機134通過固定座134a固定至外伸桿131的一端， 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機134與控制器11信號連接，旋轉(zhuǎn)軌道132可在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機134的帶動下以 外伸桿131為軸進行旋轉(zhuǎn)。進一步地，旋轉(zhuǎn)軌道132包括絲杠132b與導軌132c，絲杠132b 與導軌132c平行且均與轉(zhuǎn)盤132a連接，充電機構(gòu)14具有可滑動的套設于絲杠132b與導軌 132c上的滑座142,轉(zhuǎn)盤132a上設有絲杠驅(qū)動電機132d，絲杠132b在絲杠驅(qū)動電機132d 的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，從而帶動充電機構(gòu)14沿導軌132c來回運動。
[0035] 如圖4所示，由于旋轉(zhuǎn)軌道132旋轉(zhuǎn)后可能造成充電插頭141與充電插孔31的角 度不一致，因此，充電機構(gòu)14還進一步包括修正電機143,修正電機143與充電插頭141連 接并用于對充電插頭141進行角度修正。當充電插頭141與充電插孔31之間的角度產(chǎn)生 偏離時，修正電機143接收控制器11的信號并帶動充電插頭141轉(zhuǎn)動，使其角度與充電插 孔31的角度吻合。
[0036] 在本實施例中，外伸驅(qū)動電機133、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機134、絲杠驅(qū)動電機132d以及修 正電機143均為微型步進電機。可以理解的，在本發(fā)明的其它實施例中，這些電機也可以是 其它可滿足上述使用要求的電機。此外，在本發(fā)明的其它實施例中，充電插頭141及充電插 孔31也可分別為可無線充電的充電線圈及受電線圈，機械臂13也可為多段組合式以增加 伸縮、轉(zhuǎn)動的靈活性和準確度。
[0037] 下面，將具體介紹利用上述車載充電器裝置10的自動充電方法，該方法包括如下 步驟：
[0038] 首先，利用能源診斷系統(tǒng)診斷電動汽車的能源狀態(tài)，當汽車能源不足時，能源診斷 系統(tǒng)發(fā)送充電需求信號至控制器11，控制器11接收充電需求信號后，啟動位置檢測裝置12 搜尋車體20附近是否有充電插孔31。
[0039] 位置檢測裝置12檢測車體20周圍的環(huán)境狀況，并將檢測到的信息反饋給控制器 11。當控制器11根據(jù)檢測到的信息判斷附近有充電插孔31時，控制機械臂13伸出車體 20,位置檢測裝置12在機械臂13的伸出過程中實時采集和反饋機械臂13的位置信息。具 體地，控制器11先控制外伸驅(qū)動電機133運轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動外伸桿131向外伸出車體20,在此 過程中位置檢測裝置12實時檢測外伸桿131的位置，并將其位置信息反饋給控制器11，控 制器11根據(jù)外伸桿131的位置信息與系統(tǒng)預置信息的比對判斷外伸桿131是否到達指定 位置，當外伸桿131到達指定位置（如距離墻體30特定距離）時，控制器11停止外伸驅(qū)動 電機133的運轉(zhuǎn)，并控制旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機134帶動旋轉(zhuǎn)軌道132旋轉(zhuǎn)，位置檢測裝置12在此 過程中實時檢測旋轉(zhuǎn)軌道132的位置并將檢測到的信息傳送給控制器11，控制器11根據(jù)位 置檢測裝置12反饋的信號修正旋轉(zhuǎn)角度，直至旋轉(zhuǎn)軌道132轉(zhuǎn)動至充電插孔31的前方。
[0040] 當位置檢測裝置12反饋的信號顯示旋轉(zhuǎn)軌道132已轉(zhuǎn)動至充電插孔31的前方 時，控制器11控制旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機134停止轉(zhuǎn)動，并控制絲杠驅(qū)動電機132d運轉(zhuǎn)，使充電機 構(gòu)14運動至充電插孔31的前方，當位置檢測裝置12反饋的信號顯示充電機構(gòu)14已運動 至充電插孔31的前方時，控制器11停止絲杠驅(qū)動電機132d的運轉(zhuǎn)。接著，控制器11根據(jù) 位置檢測裝置12反饋的信息判斷充電插頭141的角度，并控制修正電機143修正充電插頭 141的角度直至與充電插孔31的角度吻合。
[0041] 當充電插頭141的角度與充電插孔31的角度吻合時，控制器11控制外伸驅(qū)動電 機133運轉(zhuǎn)，使機械臂12推動充電機構(gòu)14前進，從而將充電插頭141插入充電插孔31中 進行充電，同時，能源診斷系統(tǒng)對電動汽車的能源狀態(tài)進行判斷，當能源診斷系統(tǒng)認定充電 完成時發(fā)出充電結(jié)束信號。
[0042] 控制器11在接收到充電結(jié)束信號時，控制機械臂12和充電機構(gòu)14退回車體20 內(nèi)，充電完畢。
[0043] 綜上所述，本發(fā)明的車載充電裝置具有以下有益效果：
[0044] 1.本發(fā)明采用機器視覺攝像頭技術、微電機技術及簡單的機械臂結(jié)構(gòu)，【技術領域】 較為普及，生產(chǎn)成本較低、使用方便；
[0045] 2.本發(fā)明只需配套市售的充電插座，可在家用車庫及公共充電站使用，充電靈活 性較高；
[0046] 3.本發(fā)明對停車位置的準確度要求低，只要將車停在充電插孔附近即可。
[0047] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人 員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術內(nèi)容作出些許更動或修飾 為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對 以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種車載充電裝置，其特征在于：所述車載充電裝置包括控制器、位置檢測裝置、機 械臂及充電機構(gòu)，所述控制器分別與所述位置檢測裝置、所述機械臂及所述充電機構(gòu)信號 連接，所述位置檢測裝置用于采集車體附近的充電插孔以及所述機械臂與所述充電機構(gòu)的 位置信息，所述機械臂與車體相連，用于帶動所述充電機構(gòu)向靠近或遠離充電插孔的位置 移動，所述充電機構(gòu)可滑動的設置于所述機械臂上，且所述充電機構(gòu)的前端設有一充電插 頭，所述控制器控制所述充電機構(gòu)在所述機械臂上滑動至使所述充電插頭與所述充電插孔 相對應的位置，并控制所述機械臂帶動所述充電機構(gòu)將所述充電插頭插入所述充電插孔 中。
2. 如權(quán)利要求1所述的車載充電裝置，其特征在于：所述充電機構(gòu)還包括一修正電機， 所述修正電機與所述充電插頭連接，所述修正電機接收所述控制器的信號并帶動所述充電 插頭進行角度修正，使所述充電插頭的角度與所述充電插孔的角度吻合。
3. 如權(quán)利要求1所述的車載充電裝置，其特征在于：所述機械臂包括一外伸桿與一旋 轉(zhuǎn)軌道，所述外伸桿與所述車體相連，帶動所述旋轉(zhuǎn)軌道沿垂直于所述車體的方向運動，所 述旋轉(zhuǎn)軌道可繞所述外伸桿進行旋轉(zhuǎn)，所述充電機構(gòu)可滑動的設于所述旋轉(zhuǎn)軌道上。
4. 如權(quán)利要求3所述的車載充電裝置，其特征在于：所述外伸桿的表面沿長度方向設 有齒條，所述車體在所述外伸桿的齒條一側(cè)設有外伸驅(qū)動電機，所述外伸驅(qū)動電機與所述 控制器信號連接，所述外伸驅(qū)動電機具有與所述齒條配合的齒輪。
5. 如權(quán)利要求3所述的車載充電裝置，其特征在于：所述旋轉(zhuǎn)軌道的一端設有轉(zhuǎn)盤，所 述轉(zhuǎn)盤與所述外伸桿的一端通過一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機相連，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機與所述控制器信 號連接，所述旋轉(zhuǎn)軌道在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的帶動下以所述外伸桿為軸進行旋轉(zhuǎn)。
6. 如權(quán)利要求3所述的車載充電裝置，其特征在于：所述旋轉(zhuǎn)軌道包括絲杠與導軌， 所述絲杠與所述導軌平行，所述充電機構(gòu)具有可滑動的套設于所述絲杠與所述導軌上的滑 座，所述轉(zhuǎn)盤上設有絲杠驅(qū)動電機，所述絲杠在所述絲杠驅(qū)動電機的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，帶動所述 充電機構(gòu)沿所述導軌來回運動。
7. 如權(quán)利要求1所述的車載充電裝置，其特征在于：所述位置檢測裝置為攝像頭，所述 控制器根據(jù)所述攝像頭采集的圖像獲取車體附近的充電插孔以及所述機械臂與所述充電 機構(gòu)的位置信息。
8. 如權(quán)利要求1所述的車載充電裝置，其特征在于：所述的車載充電裝置還包括能源 診斷系統(tǒng)，所述能源診斷系統(tǒng)與所述控制器信號連接，所述能源診斷系統(tǒng)用于診斷電動汽 車的能源狀態(tài)。
9. 一種自動充電方法，其特征在于：所述自動充電方法包括： 控制器接收充電需求信號，啟動攝像頭搜尋車體附近是否有充電插孔； 當攝像頭檢測到充電插孔時，控制器控制機械臂伸出車體，攝像頭在機械臂的伸出過 程中反饋機械臂的位置信息； 攝像頭反饋的信息顯示機械臂到達指定位置時，控制器控制絲杠驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，帶動 充電機構(gòu)運動至充電插孔的前方； 攝像頭檢測充電機構(gòu)的充電插頭的角度信息，控制器根據(jù)所述角度信息控制修正電機 修正充電插頭的角度直至與充電插孔的角度吻合； 控制器控制外伸驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，使機械臂推動充電機構(gòu)前進，將充電插頭插入充電插 孔中進行充電； 控制器接收充電結(jié)束信號，控制機械臂退回車體內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9所述的自動充電方法，其特征在于：所述控制器控制所述機械臂伸出 車體的步驟包括： 控制器控制外伸驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，驅(qū)動外伸桿伸出車體，攝像頭檢測外伸桿的伸出位置 并將檢測到的信息傳送給控制器，控制器根據(jù)外伸桿的位置信息與系統(tǒng)預置信息的比對判 斷外伸桿是否到達指定位置，當外伸桿到達指定位置時，外伸驅(qū)動電機停止運轉(zhuǎn)； 控制器控制旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機帶動旋轉(zhuǎn)軌道旋轉(zhuǎn)，攝像頭檢測旋轉(zhuǎn)軌道的位置并將檢測到 的信息傳送給控制器，控制器根據(jù)攝像頭反饋的信息修正旋轉(zhuǎn)角度，直至旋轉(zhuǎn)軌道轉(zhuǎn)動至 充電插孔的前方。
【文檔編號】H02J7/00GK104124736SQ201410359051
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】王之風, 王冰, 樂志國, 吳成明, 馮擎峰 申請人:浙江吉利控股集團有限公司, 浙江吉利汽車研究院有限公司