CN110406401B - 一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓，包括：转台，设置于公交车外侧车顶，能够在旋转电机的作用下转动；集电弓杆，一端通过横向设置的第一转轴铰接于转台上，能够在伸缩机构的作用下沿竖直方向摆动；充电端头，设置于集电弓杆的另一端，用于与外拉充电线接触；感应器，设置于集电弓杆的上表面靠近充电端头处，用于感应外拉充电线的位置；传感器，用于感应集电弓杆的上升高度位置，所述传感器与伸缩机构、旋转电机配合使用。本发明以自己寻找外拉充电线的位置进行自动充电，实现驾驶员一键安全充电，优化了电动公交车的充电过程。

Description

一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓。

背景技术

现有的纯电动公交车基本都是采用充电枪进行手动充电，每次充电需要公交车司机把车开到指定的位置，下车进行手动拔枪、插枪进行充电，而且需要操作人员搬动线缆非常不方便；同时由于需要人手持拔插，一旦有操作不当，很容易造成安全事故；并且市面上存在的一些自动集电弓设计不成熟问题很多，比如寻找充电位置不准确，下落回位不正常等。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓，公交车停好后，集电弓可以自己寻找外拉充电线的位置进行自动充电，实现驾驶员一键安全充电，优化了电动公交车的充电过程。

本发明采用如下技术方案：

一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓，包括：

转台，设置于公交车外侧车顶，能够在旋转电机的作用下转动；

集电弓杆，一端通过横向设置的第一转轴铰接于转台上，能够在伸缩机构的作用下沿竖直方向摆动；

充电端头，设置于集电弓杆的另一端，用于与外拉充电线接触；

感应器，设置于集电弓杆的上表面靠近充电端头处，用于感应外拉充电线的位置；

传感器，用于感应集电弓杆的上升高度位置，所述传感器与伸缩机构、旋转电机配合使用。

优选的，所述伸缩机构包括壳体以及滑动于壳体内的伸缩杆，所述伸缩杆与集电弓杆的下方铰接，所述壳体铰接于转台上，所述传感器包括沿伸缩杆的伸缩方向依次设置于壳体外侧的下位传感器、中位传感器和上位传感器，所述伸缩杆上连接有能够在伸缩杆的伸缩过程中依次与下位传感器、中位传感器和上位传感器相配合的感应块。

优选的，还包括基座，所述转台通过沿纵向设置的第二转轴转动于基座上，所述基座上还设有双向行程开关，所述转台上关于双向行程开关对称设有挡块，所述挡块能够在转台转动过程中与双向行程开关相接触。

优选的，所述充电端头的中部通过平行第二转轴的第三转轴转动设置于集电弓杆上，充电端头的两端关于第三转轴对称设有连接件；

所述基座上设有两个辅助转轮，辅助转轮的偏心位置分别设有连接块，两个辅助转轮和两个连接块均与两个连接件相对应的对称设置于第二转轴的两侧，连接块与对应的连接件之间通过辅助拉线连接，两个辅助转轮能够同步的沿相同的转动方向转动于基座上；转台转动过程中，辅助拉线始终拉紧于连接块与对应的连接件之间。

优选的，所述转台外侧套接有齿轮，所述辅助转轮外套接有与齿轮相啮合的辅助齿轮，所述齿轮与两个辅助齿轮同时啮合。

优选的，连接块与连接件之间的辅助拉线的长度相同。

优选的，所述公交车外侧车顶上还设有锁止机构，所述锁止机构包括支架和锁止块，锁止块对称设置于支架的两侧，两个锁止块之间留有能够容纳集电弓杆的间隙，两个锁止块能够在推杆电机的作用下相向移动将集电弓杆夹紧。

优选的，所述集电弓杆能够与所述支架的上表面相接触，所述支架的上表面的高度低于第一转轴的高度，所述集电弓杆上靠近充电端头处还设有感应器，所述集电弓杆上设有能够遮挡感应器的保护罩，在集电弓杆摆动过程中，保护罩能够在重力作用下沿集电弓杆的长度方向滑动，集电弓杆与支架的上表面相接触时，保护罩遮挡感应器。

优选的，所述集电弓杆外侧套接有遮挡套，所述遮挡套上相对感应器处开设有透光孔，所述保护罩沿集电弓杆的长度方向滑动于遮挡套上，所述保护罩能够封闭透光孔。

优选的，所述遮挡套内还转动设有导向轮，所述导向轮的轴向与第二转轴平行，所述导向轮对称设置于集电弓杆的两侧，辅助拉线分别绕过对应的导向轮。

本发明的有益效果：

(1)本发明可以代替操作人员自动进行充电，大大减轻了操作人员的体力劳动，并且充电过程中人与充电设备不接触，真正实现了一键安全充电；

(2)本发明通过多传感器互锁约束和车辆控制器以及集电弓控制器的通讯，可以实现集电弓快速准确定位充电位置进行充电，在充电结束时自动下落到相应位置，极其安全方便；

(3)本发明可以根据各传感器的信息迅速判断出现的故障，有利于维护维修。

附图说明

附图用来提供对本发明的优选的理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的整体侧视示意图；

图2为本发明的整体俯视示意图；

图3为本发明伸缩机构与传感器连接处的示意图；

图4为本发明保护罩与透光孔连接处的结构示意图；

图5为本发明充电端头绕第二转轴摆动时辅助拉线的作用位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的具体实施方式。

如图1至图5所示，为本发明公开的一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓，包括转台1、集电弓杆2、充电端头3、感应器4和传感器；转台1设置于公交车外侧车顶，能够在旋转电机5的作用下转动；集电弓杆2的一端通过横向设置的第一转轴6铰接于转台1上，能够在伸缩机构7的作用下沿竖直方向摆动；充电端头3设置于集电弓杆2的另一端，用于与外拉充电线8接触；感应器4设置于集电弓杆2的上表面靠近充电端头3处，用于感应外拉充电线8的位置；传感器，用于感应集电弓杆2的上升高度位置，传感器与伸缩机构7、旋转电机5配合使用；

当公交车需要充电时，司机把公交车开到指定位置后，按下充电按钮，此时集电弓上电自检，当自检完成后，集电弓杆2在伸缩机构7的推动下开始上升，传感器感应到上升到中间位置时停止上升，此时旋转电机5驱动转台1旋转，带动集电弓杆2开始左右转动寻找外拉充电线8的位置；安装在集电弓杆2上端的感应器4开始寻找外拉充电线8的位置，本发明的感应器4采用光电传感器，在停车位上方的外拉充电线8的预定位置处设置反光镜，通过光电传感器来寻找反光镜的位置，位置寻找更加准确；当找到反光镜位置时，旋转电机5锁止停止转动；伸缩机构7工作，继续举升集电弓杆2，直到充电端头3上的石墨块与外拉充电线8相接触，此时车载控制系根据自车状态以及充电线状态判断是否可以连接充电，当充电条件满足时接通充电；当车载控制系检测到充电完成时，车载控制系给集电弓控制器发送充电完成信息，此时伸缩机构7缩回，传感器感应到缩回至中间位置时停止，此时判断集电弓杆2是否在中间回正位置，当集电弓杆处于正确的下落位置时，伸缩机构7继续缩回，直到落到正确位置，充电完成。

具体的，伸缩机构7包括壳体9以及滑动于壳体9内的伸缩杆10，伸缩杆10与集电弓杆2的下方铰接，壳体9铰接于转台1上，传感器包括沿伸缩杆10的伸缩方向依次设置于壳体9外侧的下位传感器11、中位传感器12和上位传感器13，伸缩杆10上连接有能够在伸缩杆10的伸缩过程中依次与下位传感器11、中位传感器12和上位传感器13相配合的感应块14。

还包括基座15，转台1通过沿纵向设置的第二转轴16转动于基座15上，基座15上还设有双向行程开关17，转台1上关于双向行程开关17对称设有挡块18，挡块18能够在转台1转动过程中与双向行程开关17相接触；集电弓控制器通过判断双向行程开关17是否被左右挡块18打开来判断集电弓杆2是否处在中间位置，当双向行程开关17没有被打开时，说明集电弓杆2处在中间回正位置，可以继续下落；当双向行程开关17被打开时，旋转电机5通过旋转使挡块18不碰到双向行程开关17，找到中间位置，双向行程开关17可以根据开关方向的不同来接通旋转电机5的正反电压，实现旋转电机5的正反转。

充电端头3的中部通过平行第二转轴16的第三转轴19转动设置于集电弓杆2上，充电端头3的两端关于第三转轴19对称设有连接件20；基座15上设有两个辅助转轮21，辅助转轮21的偏心位置分别设有连接块22，两个辅助转轮21和两个连接块22均与两个连接件20相对应的对称设置于第二转轴16的两侧，连接块22与对应的连接件20之间通过辅助拉线23连接，两个辅助转轮21能够同步的沿相同的转动方向转动于基座15上；转台1转动过程中，辅助拉线23始终拉紧于连接块22与对应的连接件20之间；转台1外侧套接有齿轮24，辅助转轮21外套接有与齿轮24相啮合的辅助齿轮25，齿轮24与两个辅助齿轮25同时啮合；连接块22与连接件20之间的辅助拉线23的长度相同；集电弓杆2的一端绕第二转轴16转动时，在没有辅助拉线23的情况下，一侧的连接件20与对应的连接块22之间的距离减少，另一侧的连接件20与对应的连接块22之间的距离增加；因此，在辅助拉线23存在的情况下，前者的连接块22朝靠近充电端头3的方向移动，后者的连接块22朝远离充电端头3的方向移动，从而能够保持充电端头与外拉充电线垂直，集电弓杆2在上升过程中能够保证充电端头3始终能够与外拉充电线8接触良好。

公交车外侧车顶上还设有锁止机构，锁止机构包括支架26和锁止块27，锁止块27对称设置于支架26的两侧，两个锁止块27之间留有能够容纳集电弓杆2的间隙，两个锁止块27能够在推杆电机28的作用下相向移动将集电弓杆2夹紧，在车辆行驶过程中或充电结束后，集电弓杆2落在支架26上，并由两侧的锁止块27锁紧固定，避免集电弓杆2意外移动。

集电弓杆2能够与支架26的上表面相接触，支架26的上表面的高度低于第一转轴6的高度，集电弓杆2上设有能够遮挡感应器4的保护罩29，在集电弓杆2摆动过程中，保护罩29能够在重力作用下沿集电弓杆2的长度方向滑动，集电弓杆2与支架26的上表面相接触时，保护罩29遮挡感应器4；集电弓杆2外侧套接有遮挡套30，遮挡套30上相对感应器4处开设有透光孔31，保护罩29沿集电弓杆2的长度方向滑动于遮挡套30上，保护罩29能够封闭透光孔31；

在充电时，推杆电机28缩回，两个锁止块27解除锁定，集电弓杆2在伸缩机构7的作用下向上升起，当保护罩29的高度超过第一转轴6的高度，此时保护罩29在重力作用下向下滑动，露出透光孔31，此时可以通过光电传感器来寻找在两根外拉充电线8之间的反光镜，可以提高寻找充电位置的准确率；充电结束后，集电弓杆2在伸缩机构7的作用下向下回落至支架26上，保护罩29在重力作用下封闭透光孔31，遮盖住感应器4，防止非充电状态下沾染污物，影响感应器4的精度。

遮挡套30内还转动设有导向轮32，导向轮32的轴向与第二转轴16平行，导向轮32对称设置于集电弓杆2的两侧，辅助拉线23分别绕过对应的导向轮32，导向轮32能够将辅助拉线23集中在遮挡套30内，减少安装的占用范围。

本发明的工作原理：

当公交车需要充电时，司机把车开到指定的停靠区域，按下充电按钮，集电弓开始自检，此时集电弓杆2应该处在被锁紧状态，推杆电机28锁紧集电弓杆2，同时伸缩机构7的下止位传感器11处于导通状态，并且保护罩29挡住感应器4；当集电弓初始状态正常时，车辆控制器向集电弓控制器发送升杆指令，当集电弓控制器接收到升杆命令后，控制推杆电机28缩回，集电弓杆2解锁后在伸缩机构7的作用下开始上升，直到其上的中位传感器12导通，检测到集电弓杆2上升到中间位置，此时伸缩机构7进入锁止状态，集电弓控制器控制旋转电机5启动，开始带动转台1左右转动，此时在重力作用下保护罩29向下滑动，感应器4被漏出来，随着集电弓杆2的左右转动，感应器4开始寻找在两根外拉充电线8之间的反光板，左右旋转幅度通过延时来控制，在旋转过程中，充电端头3在左右辅助转轮21的转动下拉动辅助拉线23带动充电端头3一起旋转，可以时刻保持充电端头3上的石墨块与外拉充电线8保持平行；当集电弓杆2左右旋转感应器4一直找不到目标时，左右各扫描五次后，集电弓杆2进入落杆状态，进行落杆重启，同时通过集电弓控制器向车载控制器发送故障指令；当感应器4检测到反光板位置时，旋转电机5停止转动，集电弓控制器继续控制伸缩机构7进行举升，通过调整，当伸缩机构7的上位传感器13导通时，集电弓杆2上升高度刚好可以保证充电端头3的石墨块与外拉充电线8接触，此时通过车载充电线接通车辆充电设备与外拉充电线8；当接触完成时车载控制***根据当前车辆状态以及外拉充电线8状态进行判断是否可以安全充电，当条件满足时，车载控制***控制车辆开始充电。

当车载控制***检测到充电完成时，车辆控制器给集电弓控制器发送充电完成指令进行降杆操作。首先车载控制***将车辆充电***断开，伸缩机构7开始回缩，当回缩到中间位置，中位传感器12导通时，伸缩机构7停止工作，集电弓控制器通过判断双向行程开关17是否被左右挡块18打开来判断集电弓杆2是否处在中间位置，当双向行程开关17没有被打开时，说明集电弓杆2处在中间回正位置，可以继续下落；当双向行程开关17被打开时，旋转电机5通过旋转使挡块18不碰到双向行程开关17，找到中间位置，双向行程开关17可以根据开关方向的不同来接通旋转电机5的正反电压，实现旋转电机5的正反转；当集电弓杆2回到中间位置时，伸缩机构7继续回缩，集电弓杆2继续下降，当下降到下位传感器11导通时，集电弓杆2刚好落到支架26上，此时集电弓控制器控制推杆电机28伸出，通过锁止块27锁紧集电弓杆2，保护罩29在重力作用下滑回，遮盖住感应器4，防止非充电状态下沾染污物，影响光电传感器精度。

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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (6)

1.一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓，其特征在于，包括：

转台，设置于公交车外侧车顶，能够在旋转电机的作用下转动；

集电弓杆，一端通过横向设置的第一转轴铰接于转台上，能够在伸缩机构的作用下沿竖直方向摆动；

充电端头，设置于集电弓杆的另一端，用于与外拉充电线接触；

感应器，设置于集电弓杆的上表面靠近充电端头处，用于感应外拉充电线的位置；所述感应器采用光电传感器，在停车位上方的外拉充电线的预定位置处设置反光镜，通过所述光电传感器来寻找所述反光镜的位置；

传感器，用于感应集电弓杆的上升高度位置，所述传感器与伸缩机构、旋转电机配合使用；

所述伸缩机构包括壳体以及滑动于壳体内的伸缩杆，所述伸缩杆与集电弓杆的下方铰接，所述壳体铰接于转台上，所述传感器包括沿伸缩杆的伸缩方向依次设置于壳体外侧的下位传感器、中位传感器和上位传感器，所述伸缩杆上连接有能够在伸缩杆的伸缩过程中依次与下位传感器、中位传感器和上位传感器相配合的感应块；

还包括基座，所述转台通过沿纵向设置的第二转轴转动于基座上，所述基座上还设有双向行程开关，所述转台上关于双向行程开关对称设有挡块，所述挡块能够在转台转动过程中与双向行程开关相接触；

所述充电端头的中部通过平行第二转轴的第三转轴转动设置于集电弓杆上，充电端头的两端关于第三转轴对称设有连接件；

所述基座上设有两个辅助转轮，辅助转轮的偏心位置分别设有连接块，两个辅助转轮和两个连接块均与两个连接件相对应的对称设置于第二转轴的两侧，连接块与对应的连接件之间通过辅助拉线连接，两个辅助转轮能够同步的沿相同的转动方向转动于基座上；转台转动过程中，辅助拉线始终拉紧于连接块与对应的连接件之间；

连接块与连接件之间的辅助拉线的长度相同。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓，其特征在于，所述转台外侧套接有齿轮，所述辅助转轮外套接有与齿轮相啮合的辅助齿轮，所述齿轮与两个辅助齿轮同时啮合。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓，其特征在于，所述公交车外侧车顶上还设有锁止机构，所述锁止机构包括支架和锁止块，锁止块对称设置于支架的两侧，两个锁止块之间留有能够容纳集电弓杆的间隙，两个锁止块能够在推杆电机的作用下相向移动将集电弓杆夹紧。

4.根据权利要求3所述的一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓，其特征在于，所述集电弓杆能够与所述支架的上表面相接触，所述支架的上表面的高度低于第一转轴的高度，所述集电弓杆上靠近充电端头处还设有感应器，所述集电弓杆上设有能够遮挡感应器的保护罩，在集电弓杆摆动过程中，保护罩能够在重力作用下沿集电弓杆的长度方向滑动，集电弓杆与支架的上表面相接触时，保护罩遮挡感应器。

5.根据权利要求4所述的一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓，其特征在于，所述集电弓杆外侧套接有遮挡套，所述遮挡套上相对感应器处开设有透光孔，所述保护罩沿集电弓杆的长度方向滑动于遮挡套上，所述保护罩能够封闭透光孔。

6.根据权利要求5所述的一种基于多传感器约束的公交车智能集电弓，其特征在于，所述遮挡套内还转动设有导向轮，所述导向轮的轴向与第二转轴平行，所述导向轮对称设置于集电弓杆的两侧，辅助拉线分别绕过对应的导向轮。