一种基于人机交互的落地式充电桩

技术领域

本发明属于充电桩技术领域，特别涉及一种基于人机交互的落地式充电桩。

背景技术

随着新能源汽车越来越多，充电桩的需求量也会越来越大。其中又以落地式充电桩使用最为普遍。

经检索，公开号为CN112406598A，公开日为2021.02.26，公布了一种落地式充电桩，包括充电桩本体1、导线2和充电头8，所述充电头8通过导线2与充电桩本体1电性连接，所述充电桩本体1的侧面固定有支撑管4，所述支撑管4的一侧上部固定有插座19，所述充电头8插接在插座19内。上述实施例实现充电头的防雨防尘，降低雨水对充电头的侵蚀以及灰尘的粘附。

但上述实施例仍具有以下缺陷：

自动化程度低，无法进行身份识别，导致在充电过程中，任何人都可以将充电头拔出，并强行发动汽车，同时也会在充电完成后，因驾驶员疏忽而忘记拔出充电头，增加了充电时的安全隐患。并且充电桩的充电线位置固定，无法调整位置，导致在充电过程中充电线过长，不仅导致充电线拖地与地面摩擦，还会因为不同车辆充电口所在位置不同，而导致充电线不够长。降低了装置兼容性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于人机交互的落地式充电桩，包括充电平台，所述充电平台一端设有落地式充电桩，所述落地式充电桩上设有第一信息采集装置；所述充电平台上设有后轮限位单元，所述后轮限位单元远离落地式充电桩的一侧沿充电平台宽度方向开设有横向槽；所述横向槽下方设有插电控制单元，所述插电控制单元顶部滑动连接有插电单元，所述插电单元与落地式充电桩电性连接；所述插电单元与第一信息采集装置和落地式充电桩均电性连接；所述插电单元的包括插电头本体，所述插电头本体外部设有充电口固定机构；

所述充电平台一侧设有车门限位单元，所述车门限位单元包括底座；所述底座内设有第一电机，所述第一电机顶部传动连接有转杆，所述转杆顶部延伸至底座正上方，且杆体上安装有转杆连接杆；所述转杆连接杆另一端安装有限位杆，所述转杆连接杆与限位杆的夹角大于90°，且小于180°；所述转杆连接杆靠近充电平台的一侧壁上安装有车门挡板，且所述转杆连接杆上安装有第二信息采集装置，所述第二信息采集装置与第一信息采集装置电性连接。

进一步的，所述插电单元远离后轮限位单元的一侧设有电机电机安装室，所述电机安装室两侧对称设置有两组限位块升降槽，且所述电机安装室与限位块升降槽的结合处沿垂直方向开设有侧滑槽，所述限位块升降槽顶部开口处设有电动门机。

进一步的，所述电机安装室内设有前轮限位升降系统，所述前轮限位升降系统包括电动推杆；所述侧滑槽内滑动连接有第一滑块；所述电动推杆安装在电机安装室底部，且所述电动推杆输出端上安装有升降板，所述升降板两端分别安装在两组第一滑块上；所述第一滑块位于限位块升降槽的一侧壁上安装有限位块抬板。

进一步的，两组所述限位块抬板上分别安装有一组前轮限位单元，所述前轮限位单元与后轮限位单元结构相同，且与所述后轮限位单元相对设置。

进一步的，所述横向槽正下方设有丝杆安装室，所述丝杆安装室和横向槽之间开设有插电盒滑轨，所述插电控制单元位于丝杆安装室内。

进一步的，所述插电控制单元包括第一丝杆；所述第一丝杆水平设置在丝杆安装室内，所述第一丝杆一端传动连接有第二电机；所述第一丝杆上滑动连接有第二滑块；所述插电盒滑轨两端分别设有一组上扬段，所述上扬段靠近横向槽中心处的一端高度要低于另一端的高度；所述插电盒滑轨上滑动连接有第三滑块，所述第三滑块和第二滑块之间安装有连接弹簧；所述插电单元位于第三滑块顶部。

进一步的，所述插电单元包括充电模组；所述充电模组包括夹头控制外环，所述夹头控制外环内设有接电杆，所述接电杆一端延伸至夹头控制外环外部，且与插电盒本体电性连接，所述接电杆另一端电性连接有插电头本体，所述插电头本体位于夹头控制外环外部。

进一步的，所述充电口固定机构包括夹头安装板，所述夹头安装板位于插电头本体和接电杆的结合处，所述夹头安装板四周边缘处呈环形阵列分布有若干组夹头连接杆，若干组所述夹头连接杆另一端呈放射状向四周延伸，且端口处均设有一组防脱夹头；若干组所述夹头连接杆组合构成圆筒状结构，所述圆筒状结构外部套接有连接杆限位环；所述防脱夹头内壁上设有防滑倒刺。

进一步的，所述夹头控制外环上设有微型马达，所述微型马达输出端上传动连接有第二丝杆，所述第二丝杆靠近夹头控制外环中轴线的一侧开设有外环滑槽；所述外环滑槽内滑动连接有第四滑块，所述第四滑块一端螺纹连接在第二丝杆上，且另一端安装在连接杆限位环上。

进一步的，每组所述防脱夹头上均安装有一组连接杆复位弹簧，所述连接杆复位弹簧另一端安装在夹头控制外环的内壁上。

本发明的有益效果是：

1、在充电前通过落地式充电桩采集驾驶员身份信息，然后在充电过程中，车门挡板贴近车辆的驾驶室车门，以避免充电过程中有人进入驾驶室。而插电单元也会在同一时间通过充电口固定机构固定在车辆的充电口上。充电完成后只有在驾驶员本人在信息比对成功后，才可结束充电口固定机构与车辆充电口之间的固定效果，并让车门挡板远离驾驶室车门。利用个人信息验证的方式实现了人机交互的功能，并通过个人信息验证的方式提高了车辆的防盗力度，提升了充电桩的自动化程度。也可避免插电单元在充电过程中被强行拔出，或在充电结束后忘记拔出，从而降低了车辆安全隐患。

2、通过第二电机工作使得插电单元向靠近车辆充电口一侧移动，直至滑动到相应一组上扬段为止。此时插电单元顶部高度高于充电平台顶部，便于驾驶员控制插电单元进行充电。与此同时，由于插电单元位于车辆充电口的正下方，缩短了充电线的长度，节约了成本，还避免了充电线过长而与地面摩擦所造成的充电线寿命缩短。并且无论充电口位于车辆那一侧，都可以通过调节插电单元位置来提升充电的便利性，以及充电桩的兼容性。

3、当因驾驶员操作失误而造成倒车速度过快，或是与碾压感应板接触后依然没有停车时，其后轮对压力传感器的压力便会超过阈值，然后压力传感器就会使得轮胎卡板顶部向车辆一侧转动并抵触在后轮上，以此增加对后轮的固定强度。以防止车辆失控从轮胎限位块上碾压而过。提高了车辆在倒车途中的稳定性。

4、车辆停稳后，通过前轮限位升降系统带动前轮限位单元上升并抵触在车辆前轮上，并在与后轮限位单元的相互配合下避免车辆向任何一个方向溜车，以此提高了车辆的安全性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的充电桩的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的充电平台的剖视示意图；

图3示出了根据本发明实施例的充电桩工作时的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例的前轮限位升降系统的结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例的插电控制单元的结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例的插电单元的结构示意图；

图7示出了根据本发明实施例的充电模组的结构示意图；

图8示出了根据本发明实施例的充电模组的剖视示意图；

图9示出了根据本发明实施例的后轮限位单元的结构示意图；

图10示出了根据本发明实施例的后轮限位单元的右视剖视示意图；

图11示出了根据本发明实施例的车门限位单元的结构示意图。

图中：100、充电平台；110、限位块升降槽；111、电动门机；112、电机安装室；113、侧滑槽；120、横向槽；121、丝杆安装室；122、插电盒滑轨；123、上扬段；200、前轮限位升降系统；210、电动推杆；220、升降板；230、第一滑块；240、限位块抬板；300、插电控制单元；310、第二电机；320、第一丝杆；330、第二滑块；340、第三滑块；350、连接弹簧；360、插电盒托盘；400、插电单元；401、插电盒本体；402、插电头固定槽；410、接电杆；411、电机控制键；420、插电头本体；430、夹头控制外环；431、外环滑槽；440、微型马达；441、第二丝杆；442、第四滑块；450、夹头安装板；460、夹头连接杆；461、防脱夹头；462、防滑倒刺；470、连接杆限位环；480、连接杆复位弹簧；500、后轮限位单元；510、轮胎限位块；511、底槽；512、底槽开口；513、顶槽；514、顶槽开口；520、碾压感应板；530、压力传感器；540、轮胎卡板；550、液压推杆；600、前轮限位单元；700、车门限位单元；710、底座；720、转杆；730、转杆连接杆；740、限位杆；750、车门挡板；760、第二信息采集装置；800、落地式充电桩。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种基于人机交互的落地式充电桩。包括充电平台100和前轮限位升降系统200。示例性的，如图1和图2所示，所述充电平台100一端设有落地式充电桩800，所述落地式充电桩800上设有控制系统和第一信息采集装置，所述第一信息采集装置与控制系统电性连接。且所述第一信息采集装置采用但不限于指纹或面部特征的信息采集方式，所述控制系统采用但不限于微型计算机。将车辆以倒车的方式行驶至充电平台100上，然后通过操作控制系统来完成充电，并在充电的同时利用第一信息采集装置将个人信息录入控制系统内。

所述充电平台100顶部沿其宽度方向的中心线对称设置有两组限位块升降槽110，所述限位块升降槽110顶部开口处设有电动门机111，所述电动门机111与所述控制系统电性连接。所述前轮限位升降系统200两端分别位于两组限位块升降槽110中，且分别安装有一组前轮限位单元600。

在车辆开始充电后，电动门机111开启，两组前轮限位单元600上升并分别抵触在车辆的前轮上。

所述落地式充电桩800和限位块升降槽110之间沿充电平台100宽度方向开设有横向槽120，所述横向槽120正下方设有丝杆安装室121，所述电机安装室112和横向槽120之间开设有插电盒滑轨122，所述插电盒滑轨122上滑动连接有插电控制单元300，所述插电控制单元300上安装有插电单元400，所述插电单元400和控制系统电性连接。

插电单元400用于给车辆充电，插电控制单元300用于调整插电单元400位置。

所述横向槽120和落地式充电桩800之间沿充电平台100宽度方向的中心线为中心，对称设置有两组后轮限位单元500，所述后轮限位单元500与前轮限位单元600结构相同，且相互对称设置。

后轮限位单元500用于对车辆后轮进行限位，以防止车辆撞击到落地式充电桩800上。

所述充电平台100一侧设有车门限位单元700。车门限位单元700用于在充电过程中遮挡车门，以防止在充电尚未结束时，有人进入驾驶室内。

示例性的，如图3所示，首先通过插电控制单元300带动插电单元400移动至车辆的充电口一侧，并开始充电。在车辆开始充电后，通过前轮限位升降系统200带动两组前轮限位单元600上升，并抵触在车辆前轮上。然后车门限位单元700向车辆一侧转动，并贴近驾驶室车门，以避免有人员进入驾驶室发动车辆。

所述前轮限位升降系统200包括电动推杆210。示例性的，如图4所示，两组所述限位块升降槽110之间设有电机安装室112，所述电机安装室112两侧与两组限位块升降槽110的结合处分别沿垂直方向设有一组侧滑槽113，所述侧滑槽113内滑动连接有第一滑块230。所述电动推杆210安装在电机安装室112底部，且所述电动推杆210输出端上安装有升降板220，所述升降板220两端分别安装在两组第一滑块230上。所述第一滑块230位于限位块升降槽110的一侧壁上安装有限位块抬板240，两组所述前轮限位单元600分别安装在两组限位块抬板240上。

当开始充电后，控制系统给电动门机111和电动推杆210发送指令，使得电动门机111开启，并使得电动推杆210带动升降板220和两组限位块抬板240上升，将两组前轮限位单元600输送至充电平台100上方，并分别抵触在车辆的两组前轮胎上。再配合两组后轮限位单元500防止车辆向前后两个方向溜车，提高了车辆在充电时的安全性。

所述插电控制单元300包括第一丝杆320。示例性的，如图5所示，所述第一丝杆320水平设置在丝杆安装室121内，所述第一丝杆320一端传动连接有第二电机310。所述第一丝杆320上滑动连接有第二滑块330。所述插电盒滑轨122两端分别设有一组上扬段123，所述上扬段123靠近横向槽120中心处的一端高度要低于另一端的高度。所述插电盒滑轨122上滑动连接有第三滑块340，所述第三滑块340和第二滑块330之间安装有连接弹簧350。所述第三滑块340顶部安装有插电盒托盘360，所述插电盒托盘360底部的外直径要小于顶部的外直径，所述插电单元400位于插电盒托盘360顶部。

所述插电单元400包括插电盒本体401。示例性的，如图6、图7和图8所示，所述插电盒本体401位于插电盒托盘360上，所述插电盒本体401与落地式充电桩800电性连接。所述插电盒本体401上开设有插电头固定槽402，所述插电头固定槽402内活动插接有充电模组。所述充电模组包括夹头控制外环430，所述夹头控制外环430内设有接电杆410，所述接电杆410一端延伸至夹头控制外环430外部，且与插电盒本体401电性连接，所述接电杆410另一端电性连接有插电头本体420，所述插电头本体420位于夹头控制外环430外部。所述接电杆410上设有电机控制键411。所述插电头本体420和接电杆410的结合处设有夹头安装板450，所述夹头安装板450四周边缘处呈环形阵列分布有若干组夹头连接杆460，若干组所述夹头连接杆460另一端呈放射状向四周延伸，且端口处均设有一组防脱夹头461。若干组所述夹头连接杆460组合构成圆筒状结构，所述圆筒状结构外部套接有连接杆限位环470。所述防脱夹头461另一端延伸至夹头控制外环430外部。所述防脱夹头461内壁上设有防滑倒刺462。所述夹头控制外环430上设有微型马达440，所述微型马达440输出端上传动连接有第二丝杆441，所述第二丝杆441靠近夹头控制外环430中轴线的一侧开设有外环滑槽431。所述外环滑槽431内滑动连接有第四滑块442，所述第四滑块442一端螺纹连接在第二丝杆441上，且另一端安装在连接杆限位环470上。每组所述防脱夹头461上均安装有一组连接杆复位弹簧480，所述连接杆复位弹簧480另一端安装在夹头控制外环430的内壁上。所述夹头安装板450、若干组夹头连接杆460和若干组防脱夹头461组合构成充电口固定机构。

当车辆停稳后，根据车辆充电口的所在方位开启第二电机310，通过第二电机310带动第一丝杆320转动，再由第一丝杆320带动第二滑块330、第三滑块340和插电单元400向车辆充电口所在一侧滑动，直至滑到相应一组上扬段123上为止。当插电单元400在插电盒滑轨122中心处滑动时，其顶部高度低于充电平台100顶部高度，从而使其不会对车辆底盘造成剐蹭。当插电单元400滑动至上扬段123上时，其位于车辆一侧，并且高度高于充电平台100顶部，便于驾驶员拿取充电模组进行充电。与此同时，由于插电单元400位于车辆充电口的正下方，缩短了充电线的长度，不仅节约了成本，还避免了充电线过长而与地面摩擦所造成的充电线寿命缩短。

将插电头本体420插接在车辆充电口上，然后启动微型马达440，通过微型马达440带动第二丝杆441转动，再由第二丝杆441带动第四滑块442和连接杆限位环470向插电头本体420一侧移动。由于各组夹头连接杆460和防脱夹头461远离夹头安装板450的一端呈放射状向四周延伸，因此当连接杆限位环470平移的同时会使得各组防脱夹头461向插电头本体420的中轴线一侧收拢，直至从不同方位夹持在车辆充电口的外壁上为止。并通过防滑倒刺462来增加防脱夹头461的夹持力。当充电完成后，只有采集了个人身份信息的驾驶员进行身份验证，才能使得微型马达440自动开启，并使得各组防脱夹头461从车辆充电口的外壁上脱离，以避免插电头本体420被其他人员强行拉拽。

所述后轮限位单元500包括轮胎限位块510。示例性的，如图9和图10所示，所述轮胎限位块510安装在充电平台100顶部，且位于落地式充电桩800和插电单元400之间。所述轮胎限位块510靠近插电单元400的一侧壁设有弧面，所述弧面的侧视截面为扇环形结构。所述轮胎限位块510靠近插电单元400一侧底部腔体内开设有底槽511，所述底槽511内设有压力传感器530。所述底槽511靠近插电单元400一侧设有底槽开口512，所述底槽开口512内设有碾压感应板520，所述碾压感应板520与压力传感器530连接。所述轮胎限位块510顶部腔体内开设有顶槽513，所述顶槽513内设有液压推杆550。所述顶槽513靠近弧面一侧设有顶槽开口514，所述顶槽开口514内设有轮胎卡板540，所述轮胎卡板540与液压推杆550连接，且所述轮胎卡板540底部与弧面铰接。

首先给压力传感器530设定阈值，当车辆在倒车至轮胎限位块510处时，会首先与碾压感应板520接触，若车速较慢且与碾压感应板520接触后及时停下，碾压感应板520所感应的压力并未超过阈值时，液压推杆550处在关闭状态。当因驾驶员操作失误而造成倒车速度过快，或是与碾压感应板520接触后依然没有停车时，其后轮对压力传感器530的压力便会超过阈值，然后压力传感器530就会给控制系统发送信号，再由控制系统控制液压推杆550开启，然后通过液压推杆550推动轮胎卡板540顶部向车辆一侧转动并抵触在后轮上，以此增加对后轮的固定强度。以防止车辆失控从轮胎限位块510上碾压而过。提高了车辆在倒车途中的稳定性。

所述车门限位单元700包括底座710。示例性的，如图11所示，所述底座710位于充电平台100一侧，且所述底座710内设有第一电机，所述第一电机顶部传动连接有转杆720，所述转杆720顶部延伸至底座710正上方，且杆体上安装有转杆连接杆730。所述转杆连接杆730另一端安装有限位杆740，所述转杆连接杆730与限位杆740的夹角大于90°，且小于180°。所述转杆连接杆730靠近充电平台100的一侧壁上安装有车门挡板750，且所述转杆连接杆730上安装有第二信息采集装置760，所述第二信息采集装置760与第一信息采集装置电性连接。

充电开始后，控制系统控制第一电机开启，并带动转杆720转动，使得转杆连接杆730和限位杆740向车辆一侧转动，直至车门挡板750贴近驾驶室车门为止。当充电结束后，驾驶员通过第二信息采集装置760进行信息采集，当与第一信息采集装置所采集的信息比对成功后，第一电机带动车门挡板750远离驾驶室车门，并提醒驾驶员拔出插电头本体420。与此同时，各组防脱夹头461也从车辆充电口外壁脱离。以遮挡驾驶室车门的方式防止有人进入驾驶室发动车辆，避免驾驶员以外的人员强行发动汽车，还避免驾驶员本人因疏忽而忘记拔出插电头本体420所造成的安全隐患。不仅提高了车辆防盗性，还降低了安全隐患。

本实施具有以下有益效果：

1、在充电前通过落地式充电桩800采集驾驶员身份信息，然后在充电过程中，车门挡板750贴近车辆的驾驶室车门，以避免充电过程中有人进入驾驶室。而插电单元400也会在同一时间通过充电口固定机构固定在车辆的充电口上。充电完成后只有在驾驶员本人在信息比对成功后，才可结束充电口固定机构与车辆充电口之间的固定效果，并让车门挡板750远离驾驶室车门。利用个人信息验证的方式实现了人机交互的功能，并通过个人信息验证的方式提高了车辆的防盗力度，提升了充电桩的自动化程度。也可避免插电单元400在充电过程中被强行拔出，或在充电结束后忘记拔出，从而降低了车辆安全隐患。

2、通过第二电机310工作使得插电单元400向靠近车辆充电口一侧移动，直至滑动到相应一组上扬段123为止。此时插电单元400顶部高度高于充电平台100顶部，便于驾驶员控制插电单元400进行充电。与此同时，由于插电单元400位于车辆充电口的正下方，缩短了充电线的长度，节约了成本，还避免了充电线过长而与地面摩擦所造成的充电线寿命缩短。并且无论充电口位于车辆那一侧，都可以通过调节插电单元400位置来提升充电的便利性，以及充电桩的兼容性。

3、当因驾驶员操作失误而造成倒车速度过快，或是与碾压感应板520接触后依然没有停车时，其后轮对压力传感器530的压力便会超过阈值，然后压力传感器530就会使得轮胎卡板540顶部向车辆一侧转动并抵触在后轮上，以此增加对后轮的固定强度。以防止车辆失控从轮胎限位块510上碾压而过。提高了车辆在倒车途中的稳定性。

4、车辆停稳后，通过前轮限位升降系统200带动前轮限位单元600上升并抵触在车辆前轮上，并在与后轮限位单元500的相互配合下避免车辆向任何一个方向溜车，以此提高了车辆的安全性。

在上述一种基于人机交互的落地式充电桩的基础上，本发明实施例还提出了一种用于该落地式充电桩的控制方法，示例性的，所述控制方法包括：

将车辆以倒行的方式行驶至充电平台上，直至车辆后轮贴合在后轮限位单元上为止；

驾驶员操作控制系统开启充电模式，并通过第一信息采集装置采集个人信息；

根据车辆充电口所在方位，启动第二电机，通过第二电机工作使得插电单元向车辆充电口所在一侧移动，直至滑动到相应一组上扬段上为止；

将插电头本体插接在车辆充电口上，与车辆建立电性连接，充电开始；

启动微型马达，通过微型马达控制连接杆限位环向插电头本体方向移动，并让各组防脱夹头向插电头本体的中轴线一侧收拢，直至夹持在车辆充电口的外壁上为止；

具体的，在插电头本体与车辆充电口建立电性连接的同时，由控制系统给第一电机发送工作指令，通过第一电机带动转杆向车辆一侧转动，直至车门挡板贴近驾驶室车门为止，避免在充电过程中有人进入驾驶室；

充电完成后，驾驶员通过第二信息采集装置采集个人信息，然后第二信息采集装置将所采集的信息与充电前第一信息采集装置所采集的个人信息进行比对；

比对成功后，转杆带动车门挡板向远离车辆的一侧移动，直至驾驶室车门能打开为止；

具体的，与此同时，控制系统启动微型马达，使得丝杆反方向转动，以此使得各组防脱夹头从车辆充电口外壁脱离；而电动推杆在同一时间带动两组前轮限位单元下降至限位块升降槽中，并关闭电动门机；

第二信息采集装置发送提醒信号，提醒驾驶员拔出插电头本体，充电工作结束。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。