用于将电动车辆充电器的连接器连接到电动车辆上的插座的方法和装置
1.本发明涉及一种用于将电动车辆充电器的连接器连接到电动车辆上的插座的方法和装置。用于此目的的装置在本领域中是已知的，例如来自同一申请人的国际专利申请pct/nl2020/050266。
2.用于为电动车辆充电的充电器的充电电缆通常设置有连接器，也称为插头或联接器，用于插入设置在电动车辆上的插座中。连接器可以是多极类型，即设计用于在连接到插座时建立多个连接。这些连接可用于交流或直流电源连接，用于车辆电池的(放电)充电，和/或充电器与车辆之间的数据交换，尤其是车辆的电池管理系统。连接器和插座可以包括插针(pin)和孔连接，其中连接器和插座两者都可以具有插针和孔的组合。
3.用于电动车辆充电的连接器和插座已经标准化。在例如iec 62196和sae j1772的标准中描述了当今常用的类型。这些标准中的连接器和插座类型称为ccs-1、ccs-2、1型、2型、3型、chademo和gb/t(在gb/t 20234.3中也有描述)。其他标准化的ev充电连接器包括例如新定义的旨在用于中国和亚洲地区的chaoji连接器、根据din vde 0623-589的euro-din，其用在例如叉车的低电压车辆上，和旨在用于例如卡车和公共汽车的重型电动车辆中的未来的hpccv连接器。尤其是ccs-2类型的连接器和插座在欧洲得到了普及。除了多极电连接外，连接器和插座建立机械连接，这确保正确的极配对，并在充电执行中保持电连接接合。为了保持机械连接，连接器采用紧配合，其将连接器夹紧在插座中。上述标准和连接器和插座特别用于放置在车辆主体中或车辆主体上或车身中或车身上，并且通常放置在车辆的一侧，或者可能放置在车辆的上面。这些连接器不是专门用于在车辆下方使用，即靠着车辆底部或集成在车辆底部中，或在其底盘中或靠着其底盘。因此，本发明(根据本发明的方法)可能明确地不用于在车辆下面和/或抵靠车辆的底部或底盘的连接。
4.符合标准的连接器可具有用于引导的倒角，以及在插入插座的初始阶段中的“松”配合。然而，将标准电动车辆连接器插入插座通常是一项高精度任务，其需要准确定位待插入的连接器。此外，在实际情况下，在插入过程中(人员进出、货物装卸、风荷载等)，可能有车辆上的插座的意外的姿势(位置/旋转)变化。
5.本发明的一个目标是减少对高度准确的姿势估计方法的要求，这些方法很复杂，因此也很昂贵，和/或减少对极其准确的机器人的要求，这些机器人具有复杂且昂贵的相同缺点，尽管插座和连接器的位置和定向不确定。本发明还旨在提供一种j9九游会真人的解决方案，以在插入过程期间更容忍意外运动，更具体地在插入过程的最后阶段期间(在最后姿势估计之后)。一般而言，本发明的目标是提供现有技术的有用替代方案。
6.本发明涉及将电动车辆充电器的连接器以假定的位置和定向连接到电动车辆上的插座，其中连接器和插座各自具有多个极，通过建立导电的插针和孔连接对，所述多个极可以相互电连接，其中连接器包括插针(pin)并且插座包括相关联的孔，和/或连接器包括孔并且插座包括相关联的插针，其中每个插针和孔具有从相关的插针或孔的中心轴向地延伸的中心线，这些中心线是平行的，并且其中连接器和插座可通过指向彼此的一个唯一运动而连接。
7.这种唯一的运动具有平行于插针和孔的中心线方向的方向，以及连接器和插座的相互定向，其中至少两个插针和孔连接对的插针和孔的各自的中心线重合并且其中连接器和插座各自包括外壳，其中连接器和插座外壳可通过指向彼此的相同的唯一运动连接，并且其中连接器和/或插座包括机械引导部分，其在平行于中心线的方向的方向上突出超出插针的末端。
8.所提到的方向和定向适用于建立物理连接的最后部分，其中连接器和插座外壳的至少一部分彼此接触。
9.上述标准满足上述限制，但本发明不限于这些标准。
10.根据本发明的方法包括以下步骤：
11.a.确定插座的假定位置和定向；
12.b.借助于自动执行器和/或操纵器将连接器朝插座的假定位置的方向移动；
13.c.借助于一个或所述自动致动器和/或操纵器，以绕着不平行于关于连接器和插座的相互定向(其中至少两个插针和孔连接对的插针和孔的各自的中心线重合)的唯一运动的方向的轴线的至少一个角旋转，将连接器定位成与连接器的假定插座位置相邻；
14.d.消除假定的和实际的位置和定向之间的角度差；
15.e.借助于一个或所述自动致动器和/或操纵器，通过执行指向彼此的唯一运动来连接连接器和插座。
16.步骤a-e也可以称为插入序列。
17.在这个应用中，就像其他任何地方一样，不平行于方向的轴线意味着轴线与方向之间存在绝对值大于0的角度。因此，不平行不是否定定义，而是一组方向的排除，即平行的方向(包括重合的方向)的排除。
18.根据本发明的方法提供的好处是，在执行连接连接器和插座的唯一移动之前所需的六个自由度(6dof)的对准不再需要同时进行，而是可以分步满足。联接过程以连接器的形状引导对齐的方式执行，无论是否专门为此目的而设计。
19.在最先进的方法中，试图一次性对齐并插入整个连接器，必须同时准确地对准连接器或插座的特定边界之间的很多地方，这需要同时对齐连接器或插座的特定边界内的较大表面，而不是小表面，甚至是多个线或多个点。
20.通过施加有意的旋转错位，该过程可以通过首先将一部分(例如连接器的边缘之类的突出部分)对准插座的预定位置(该预定位置例如可以是边缘)或者在插座的狭缝或间隙之间而开始。换句话说，该方法可以包括将连接器的一部分定位在车辆插座的几何边界之间作为一个步骤。这样的狭缝或间隙相对于连接器的突出部分可能相对宽裕，并且因为它没有试图准确地对准其他地方(即插座的部分)的间隙，即使有未对准，定位的第一部分是可能的，因为约束较少，其余约束可能允许较大的误差。替代地，该方法被认为是将连接器和插座部分地配合，使得它们部分地接触，其中凸包重叠，然后对准插针和孔对的中心线，从而采取有意未对准的方式。可以根据连接器和插座的几何形状以及迎角来设计错位或偏置，这意味着除了有意的旋转错位之外，还可能存在沿一个方向上施加的有意的平移错位，以促进具有旋转错位的插入序列。
21.一旦连接器的一部分处于狭缝或间隙中，连接器的移动自由度就会受到车辆连接器的形状和连接器的形状的限制。这简化了剩余自由度的对齐，通过连接器和插座的机械
引导表面可能有助于对齐。
22.在本发明的意义上，相邻应理解为相互距离小于10cm，优选地和/或通常小于5mm，并且更优选地机械接触。
23.在本发明的第一实施例中，步骤d和e可以顺序进行。即：可以在连接连接器和插座之前通过执行朝向彼此的唯一运动来消除假定的和实际的位置和定向之间的角度差。在该实施例中，步骤d可以由自动致动器和/或操纵器执行。
24.步骤d可以通过检测到连接器接触插座来触发，或者通过确定或检测到连接器的一部分与连接器的一部分之间的最小距离已经达到预定阈值，例如小于5mm或更具体地小于1mm。
25.例如，当获得有关机械接触的信息时，或者如果(更新的)相机信息显示对齐在特定边界内，或者当连接器例如部分定位在插座的狭缝或间隙中或靠在插座的已知或确定的部分上时，这可能会被完成，插座的已知或确定的部分从那时起可以作为基准。
26.当连接器部分地定位在插座中时，连接器然后可以朝着对准的定向旋转。由于有意未对准，在此阶段还不可能在插座中完全定位(并与之连接)，但一旦达到对准定向就可以发生。
27.在替代实施例中，步骤d和e至少部分地同时发生，特别是在施加力和/或转矩时，该力和/或转矩至少具有在朝向彼此的唯一运动的方向上的方向分量。
28.这可以优选地但不一定在施加具有至少与唯一运动相对应的方向分量的力和/或扭矩时进行。
29.根据本发明的方法可以或可以不包括通过执行旋转连接器的操作来主动地旋转连接器。虽然这可能是一个优选实施例，但也可能的是，旋转是在朝向彼此的唯一运动的方向上的运动的结果，和/或是形状跟随运动(的结果)。
30.在根据本发明的方法的又一优选实施例中，角旋转围绕垂直于唯一的相互指向的运动的方向的轴线发生，当这种旋转已经表明导致连接器的合适部分朝插座的方向突出，用于首先接合插座，并形成对于进一步连接运动的基准。
31.然后步骤d可以例如在连接器围绕与插座的一个或多个接触点或线旋转时发生。这些一个或多个接触点可以是线(由虚拟线连接的)，并且可以——尤其是逐渐地——在步骤d和e期间变化。
32.步骤d可以通过连接器的主动旋转操纵来发生，例如通过致动器或通过机器人(部件)。例如，当连接器和/或插座上没有或没有合适的引导表面可用时，当需要或要求增加速度时，或者当由连接器施加在插座上的可允许力有限时，可以这样做。主动旋转操纵应理解为施加直接导致旋转的扭矩或力。
33.替代地，步骤d通过被动操纵而发生，更具体地作为步骤e的结果，例如在操纵连接器时通过利用顺应性，特别是机械顺应性。在这样的实施例中，施加的力不在或不仅仅在所产生的旋转方向上，而是旋转是由连接器和/或插座外壳的引导引起的，而用于操纵连接器的装置允许至少在与施加力或扭矩的方向不同的方向上的一定的自由度。为此可以调整或提供操纵器的顺应性。一般来说，这里使用术语“被动操纵”来表示没有直接控制的旋转。
34.在本发明的另一个实施例中，除了有意的旋转之外，还在平移下，将连接器与插座的假定位置相邻地放置。取决于连接器和/或插座的形式，在预定方向上并经过预定距离的
有意平移可有助于连接器和插座的进一步对准和定位。
35.假定的位置和定向可以基于从固定停车位置导出的数据、已知的车辆几何形状和可重复的足够准确的停车来确定，例如当存在车辆停放的预定充电位置时，或更特别是当停车自动发生时，例如因为车辆配备有自动停车功能。替代地，数据可以由车辆提供，其也可以是来自停车传感器的数据，其也可以用于自动停车目的。传感器还可以包括在车辆上或充电设施上和/或用于连接器的操纵器上的相机，和/或接触传感器可以在连接器和/或插座上使用或联接到连接器和/或插座。
36.在又一个实施例中，插座的假定位置和定向在插入序列期间被重新确定或重新计算，并且可以基于假定位置的更新信息来调整运动。
37.本发明可以结合ccs连接器应用，其中角旋转围绕平行于ccs连接器的dc充电插针的端部之间的连接线的旋转轴线在0度和20度之间，并且特别地在1度至5度之间且更特别地约3度，或特别地在12至18度之间且更特别地约15度。
38.当连接器是1型连接器、2型连接器、chademo连接器、gb/t连接器、euro din连接器时，或者当连接器是chaoji连接器或hpccv连接器时，它也可以适用。
39.通常，连接器主体的一部分可能会在旋转以达到最终对齐之前突出到插座的凸包(边界框)中或突出到插座的凸包(边界框)之上。这种突起限制至少一个自由度的运动，至少部分地约束连接器的运动。
40.本发明还涉及一种用于执行上述方法的装置，包括用于以假定位置和定向移动具有电动车辆上的插座的电动车辆充电器的连接器的操纵器，其中该操纵器适于移动连接器。这种操纵器可以是但不限于同一申请人的国际专利申请pct/nl2020/050266中描述的装置，该申请通过引用并入本文。
41.操纵器可适于以至少3度、优选地至少4度且更优选地至少5度的运动移动连接器，并且它可以在操纵器不适于移动连接器的至少每个自由度上设置有顺应性。顺应性可以是但不限于同一申请人在国际专利申请pct/nl2020/050266中公开的类型。
42.用于移动连接器的操纵器可被配置为执行形状跟随运动以使连接器沿插入方向移动。这可以是被动的也可以是主动的。在被动实施例中，操纵器可以设置有被动顺应性组件(例如，弹簧组件)，其被设计成能够解决有意的未对准，或者特别是适当地解决有意的错误旋转。该实施例可以应用于几度的相对小的未对准，例如高达5度，其中顺应性被动地理顺事情。
43.现在可以参考以下附图更详细地阐明本发明，其中：
[0044]-图1a和1b显示了根据现有技术将连接器连接到插座的方法的前视图和横截面；
[0045]-图2a和2b显示了根据本发明的用于将连接器连接到插座的方法的前视图和横截面；
[0046]-图3a和3b显示了根据本发明的用于将连接器连接到插座的方法的前视图和横截面；和
[0047]-图4a-d显示了根据本发明的用于将连接器连接到插座的方法的横截面。
[0048]
图1a和b示出了电动车辆充电器的连接器1，其能够以假定的位置和定向(图中所示)连接到电动车辆(未示出)上的插座2，其中连接器1和插座2通过建立导电插针3和孔4连接对可以多极相互电连接，其中在所示情况下，连接器是ccs 2标准类型，其包括孔4，并且
插座包括相关联的插针(pin)3，其中每个插针具有从所述插针的中心轴向延伸的中心线6并且每个孔具有从所述相关孔的中心线5，(所有插针3的)中心线6平行并且(所有孔4的)中心线5平行，其中连接器1和插座2可通过朝向彼此的一个唯一运动来连接，该运动具有平行于插针3和孔4的中心线5、6的方向的方向7，以及连接器1和插座2的相互定向，其中至少两个插针和孔连接对的插针3和孔4的各自中心线5、6重合。连接器1和插座2各自包括外壳8、9，其中连接器和插座外壳8、9可通过指向彼此的同一的唯一运动7连接，并且包括机械引导部分10、12，沿平行于中心线5、6的方向的方向突出11超出插针的末端。
[0049]
连接器1和插座2的相互定向为“对齐”，这意味着当连接器沿方向7移动时，连接器与插座被连接，换句话说，连接器被插入。
[0050]
图1b示出了对应于图1a中的a-a'线的剖视图，该剖视图恰好取自插座2的前平面，是围绕dc插针的插座的一部分。dc插针比ac插针稍深，而ac插针又比前表面深。连接器处于图1a的位置，这意味着突起10在插座的狭缝或间隙12中延伸。突起10和狭缝或间隙12相互配合，在这种情况下形成用于相互定位连接器1和插座2的机械引导部分。
[0051]
在图1b中清楚可见，为了连接连接器1和插头2，连接器的突起10应位于插座的由狭缝或间隙12的边缘形成的几何边界内。细节b显示用于建立连接的公差13、14非常小，从连接器1和插座的相应椭圆形部分的整体几何形状可以看出，包围了直流充电插针15、16。对于连接器1和插座2的自动连接、联接或插入，这些小的公差和复杂的定位要求，形成了一个障碍，限制了可以应用的技术和它们可以操作的速度。
[0052]
根据本发明的方法消除了这些缺点，从图2a、b和图3a、b中将清楚地看出，其中连接了相同的ccs 2连接器和插座，但考虑了本发明的步骤c。
[0053]
图2a示出了图1a和1b的连接器1和插座2，但是现在绕垂直于关于连接器1和插座2的相互定向(其中至少两对插针-孔连接的插针和孔的中心线重合)的唯一运动的方向7的轴线15错开3度的角旋转α。
[0054]
图2b再次显示了沿线a-a'的横截面，现在有突起10的一小部分在插座2的几何边界内。这种效果是通过连接器1在三度的角α上的错位获得的。如图2b中可见，连接器10的突出部分10周围有相对大得多的容置空间和更大的公差。这使得连接器1相对于插座2更容易定位，从而能实现任务的自动化，因为设置的要求不那么严格。
[0055]
图3a和3b显示了相同连接器1和插座2的另一种配置，现在具有15度的错位β。从图中可以看出，公差18和19比图1b中的公差12和13大得多。
[0056]
以上给出的示例显示了适用于ccs2连接器的角度。对于其他连接器和插座组合，可能有不同的最佳角度。然而，这在实践中不是问题，因为连接器联接到充电器，并且充电器可以装备有用于连接器的操纵器，该操纵器为所述特定连接器定制。可以预先确定任何类型的连接器和插座的工作范围，以及一个或多个最佳未对准角度。
[0057]
在本发明范围内的所有实施例中，插座相对于连接器(或反之亦然)的怀疑(这可能是“嫌疑”的同义词)位置和定向的不确定性构成了添加有目的的未对准(错位)的原因。未对准对其具有有利影响的不确定性和角度都可以具有一范围，并且可以选择未对准，同时考虑怀疑位置的不确定性和方向。这意味着，即使对插座位置进行最坏的估计，错位仍处于有助于连接器和插座连接的范围内。
[0058]
图4a显示了一种情况的横截面，其中连接器1绕轴线20无意地旋转，该轴线20在平
行于插针和孔的中心线的方向上。这个旋转方向称为翻滚(roll)，所示的错位为3度。在部分d中，可以看到连接器1和插座10由于错位而接触。在这个方向上，甚至可能无法连接连接器和插座，因为连接器的剩余部分可能会紧靠着插座，并且无法正确显示插针和孔的轮廓。
[0059]
图4b再次显示了图4a中的情况，有5度的无意翻滚，和绕在图中从左到右的轴线25的3度的有意旋转，称为俯仰(pitch)。从图中可以看出，连接器不再与插座接触，可以通过沿图4a中指示的方向20移动连接器来连接连接器和插座。
[0060]
图4c示出了相对于连接器1和插座2的相互定向(其中至少两个插针和孔连接对的插针和孔的各自的中心线重合)，绕在图的从上到下的方向21上的轴线三度的无意旋转错位，称为偏航(yaw)。指示了游隙23、24，对连接器1在插座中的定位设置约束。
[0061]
图4d再次显示了图4c中的情况，有三度的无意偏航，并且有增加的三度的有意俯仰，对连接器1在插座中的定位设置了不太严格的约束，从在插座中的连接器的较小部分10可以看出，从而增加了更多的公差并使连接更容易。与图4c相比，可以看到将有意俯仰添加到无意偏航中的效果。
[0062]
给出的示例仅是示例，并不限制由所附权利要求所定义的保护范围。