定位单元及接触方法与流程

1.本发明涉及一种用于电驱动的车辆、特别是用于电动公共汽车等的定位单元，以及一种用于在电驱动的车辆与固定的充电站之间形成导电连接的方法，定位单元构造为设置在车辆顶部上，定位单元的接触装置相对于充电站的充电接触装置可移动并且在接触位置中可电连接到所述充电接触装置，定位单元具有用于定位接触装置的铰接臂装置和用于驱动铰接臂装置的驱动装置。


背景技术：

2.这种定位单元和方法在现有技术中是已知的，并且通常用于电驱动的车辆，例如其在公共汽车站之间操作。这些车辆可以是电动公共汽车或甚至是不同的车辆，例如火车或有轨电车，这些车辆不是永久地连接到高架线等。在车辆停在公共汽车站时，这些车辆的电能存储器由充电站充电。在公共汽车站，车辆电连接到充电站，由此能量存储器被充电成，至少足以使得车辆能够到达配备有充电站的下一站。也可能以这种方式在操作时间之外为车辆提供电能。
3.为了在车辆和充电站之间建立电连接，使用定位单元，其可以安装在车辆顶部上并且将车辆的接触装置连接到充电站的在车辆上方的充电接触装置。然后，接触装置的接触表面朝在车辆顶部上方的充电接触表面移动，并且建立电连接。
4.在将接触装置和充电接触装置引导到一起时，重要的是，接触装置能够相对精确地定位在充电接触装置上，并且所述接触装置使用足够大的接触力压靠到充电接触表面，以便形成可靠的电连接。从wo2015/018887中已知类似的定位单元。已知的定位单元的缺点在于，它们仅能够在限定的高度处接触充电接触装置。在接触装置通过铰接臂装置提升时，接触装置移动到竖直位置；然而，仅在接触装置处于预期的接触位置或处于预期的高度时才能达到该竖直位置。因此，在公共汽车站处的充电接触装置总是要求在道路上方具有基本上一致的高度，或在车辆上的相应定位单元必须与车辆的高度或充电接触装置的高度协调。不容易沿着路线，例如在桥梁下或在杆上灵活地设置充电接触装置，因为充电接触装置在道路上方的高度由相应的结构预先确定。
5.另一个缺点是定位单元的结构高度使其不可能在结构体下行驶，从而限制了具有定位单元的车辆的应用范围。此外，对于相应车辆的乘客来说，期望定位单元优选地仅在尽可能小的程度上可见。因此，还已知的是，将饰件设置在车辆顶部上，以便隐藏定位单元或以便将它们集成在车辆中，使得车辆的形状对乘客而言看起来仍然吸引人。


技术实现要素：

6.因此，本发明的目的是提出一种用于在电驱动的车辆和固定的充电站之间形成导电连接的定位单元和方法，定位单元和方法都允许灵活地使用车辆。
7.该目的通过具有权利要求1的特征的定位单元、通过具有权利要求14的特征的快速充电系统以及通过具有权利要求15的特征的方法来实现。
8.根据本发明的用于电驱动的车辆、特别是用于电动公共汽车等的定位单元用于在车辆和固定的充电站之间形成导电连接，定位单元构造为设置在车辆顶部上，定位单元的接触装置相对于充电站的充电接触装置可移动并且在接触位置中可电连接到所述充电接触装置，定位单元具有用于定位接触装置的铰接臂装置和用于驱动铰接臂装置的驱动装置，铰接臂装置具有第一枢转机构，该第一枢转机构具有第一枢转臂，接触装置借助于第一枢转臂从用于存储接触装置的定位单元的收缩位置的存储状态可枢转到收缩位置的竖直接触状态，并且反之亦然，铰接臂装置具有第二枢转机构，第二枢转机构具有第二枢转臂，接触装置借助于第二枢转臂从收缩位置可枢转到接触位置，并且反之亦然，第一枢转臂设置为在第二枢转臂的远端上可枢转。
9.因此，接触装置相对于充电站的设置在接触装置上方的充电接触装置的移动通过铰接臂装置利用驱动装置来执行。接触装置可以具有多个触点，这些触点由充电接触装置的充电触点接触。为了使这种接触完全发生，重要的是接触装置在接触位置中处于竖直位置。接触装置设置为在第二枢转臂的远端上可枢转，并且因此可以枢转到竖直接触状态和存储状态。接触装置则也处于竖直接触状态中的接触位置中。特别是，由于具有接触装置的第一枢转臂设置为在第二枢转臂的远端上可枢转，因此无论第二枢转臂的位置如何，都可以枢转接触装置或将其移动到竖直接触状态。这允许将接触装置在竖直接触状态中定位在不同高度处，例如，在第二枢转臂处于降低位置或存储状态的情况下，或在第二枢转臂移至最大伸展位置的情况下。这导致了在其中接触装置可以移动到接触位置的相对大的区域。因此，不再需要将不同的充电接触装置沿着路线设置在道路上方的基本一致的高度处，并且针对一种类型的车辆定制它们。由于相对大的区域，在其中在接触位置中接触装置可以定位在车辆顶部上方，根据本发明的定位单元可以灵活地用于具有不同安装高度的充电接触装置的各种类型的车辆。
10.定位单元可以包括用于将定位单元安装在车辆顶部上的保持架，第二枢转臂设置为在保持架上可枢转。例如，保持架可以形成或具有用于第二枢转臂和驱动装置的固定轴承。保持架也可以特别简单地安装在车辆顶部上。例如，可以经由阻尼车辆的振动和/或运动的阻尼元件来实施安装。
11.借助于该铰接臂装置，接触装置可以相对于充电接触装置竖直和水平地定位并且移动到接触位置。特别地，在第一枢转臂相对于第二枢转臂枢转，并且第二枢转臂相对于车辆顶部枢转时，接触装置至少在围绕相应枢转臂的枢转轴承的半径或圆形路径内移动，这导致接触装置的水平位移，同时导致竖直位移。在此，同样有利的是，充电接触装置形成为，使得其能够在不同的位置处由接触装置水平地接触。例如，定位单元可以安装在车辆顶部上，使得移动在沿着车辆的移动方向的水平方向上发生。
12.驱动装置可以具有第一调节驱动器，用于产生作用在第一枢转臂上的调节力并且用于形成与第一调节驱动器机械地相互作用的第一弹簧构件。第一调节驱动器可以与第一弹簧构件相互作用，使得调节力单独就可以引起具有接触装置的第一枢转臂的移动。第一调节驱动器可以直接与第一弹簧构件相互作用，或通过插入另外的机械部件(例如杆)连接到枢转臂。
13.第一弹簧构件可以包括至少一个扭转弹簧，该扭转弹簧可以设置在连接第一枢转臂和第二枢转臂的枢转轴上。扭转弹簧可以在第一枢转臂上施加调节力，使得所述第一枢
转臂通过扭转弹簧移动到存储状态，或者可替换地，移动到接触状态。例如，可以设想，在第一调节驱动器失效的情况下，扭转弹簧将接触装置移动到存储状态，以尽量防止错误接触。原则上，可以使用任何其它类型的弹簧，例如弹簧杆，来代替扭转弹簧。扭转弹簧能够以特别紧凑的方式围绕枢转轴设置。
14.第一调节驱动器可以具有电动机、绳索驱动器和/或链条驱动器，第一枢转臂经由电动机、绳索驱动器和/或链条驱动器在枢转轴上可旋转。例如，电动机可以直接设置在枢转轴上或集成在枢转轴内。此外，经由安装在枢转轴上的绳索驱动器和/或链条驱动器可以将拉力施加在第一枢转臂上。因此，例如两个线缆滑轮可以设置在枢转轴上，这些线缆滑轮可以借助于反向移动枢转枢转臂。绳索驱动器或链条驱动器也可以借助于电动机来致动，在这种情况下，电动机可以远离枢转臂设置在定位单元的保持架上。此外，也可以组合使用绳索驱动器和链条驱动器。链条驱动器可以由链条形成，该链条在枢转轴上的齿轮上延伸，并且在其相应端部处连接到线缆滑轮或鲍登线缆(bowden cable)。
15.驱动装置可以具有第二调节驱动器，用于产生作用在第二枢转臂上的调节力，并且用于形成与调节驱动器机械地相互作用的第二弹簧构件。第二调节驱动器可以直接或通过插入另外的机械部件(例如杆)而连接到第二弹簧构件。第二调节驱动器可以具有电动机或线性驱动器，优选主轴驱动器。第二调节驱动器可以具有位移传感器，该位移传感器可以是增量式编码器或绝对式编码器。这使得可以在任意时刻确定第二调节驱动器的准确的操作位置。调节驱动器也可以具有可以根据位置操作的限位开关和/或可以根据力操作的压力开关。此外，压力开关可以附加地用于限制接触力或调节力。
16.第二弹簧构件可以包括至少一个接触弹簧，第二调节驱动器和接触弹簧彼此串联地机械联接，使得第二调节驱动器和接触弹簧构造为在接触表面上产生接触力。通过串联地机械联接第二调节驱动器和接触弹簧，能够利用第二调节驱动器的调节力来移动铰接臂装置或第二枢转臂，并且在接触表面由充电接触装置的充电触点接触时，能够进一步增大调节力。然后，进一步增大的调节力可以由连接到第二调节驱动器的接触弹簧存储，并且作为接触力传递到接触表面。因此，调节力的增加不是用于进一步移动铰接臂装置，而是用于产生或增大在充电接触表面上的接触力。因此，无论充电接触表面或充电接触装置在道路上方的高度如何，或无论充电接触表面与接触装置在接触装置的接触位置处的相对距离如何，都可以在充电接触表面上施加基本上恒定的接触力。在这种情况下，例如由于车辆的负载而引起的高度的变化不会显著地改变接触力，从而确保了可靠的接触。
17.第二枢转臂可以是弯曲的，第二枢转臂的形成远端的区段在存储状态中水平地可定位。在存储状态中，第二枢转臂则能够以特别紧凑的方式放置在车辆顶部上。
18.在存储状态中，具有接触装置的第一枢转臂可以朝向第二枢转臂的近端枢转并且靠置在其上。如果第二枢转臂形成为弯曲的，具有接触装置的第一枢转臂可以在第二枢转臂的区段中靠置在水平地定位的第二枢转臂上。因此，铰接臂装置在存储状态中的结构高度可以相对低。然而原则上，在存储状态中，也可以将具有接触装置的第一枢转臂在相反方向上远离第二枢转臂的近端而枢转，在这种情况下，在车辆的顶部上的铰接臂装置的长度相对较大。在此，有利的是，将处于存储状态中的铰接臂装置尽可能紧凑地设置在车辆的顶部上。
19.接触装置利用铰接臂装置可定位在下接触位置和上接触位置之间，定位单元在存
储状态中的结构高度与上接触位置的高度的比为1：4，优选为1：6.5，结构高度与下接触位置的高度的比为1：4，优选为1：3。因此，在上接触位置和下接触位置之间存在大的区域，在该区域中充电接触装置可以由接触装置接触。同时，结构高度相对于该区域相对较小。具有定位单元的车辆则也可以在相对大量的结构(例如桥梁)下行驶，因此允许车辆的更灵活的使用。
20.接触装置可以具有接触元件载体，该接触元件载体具有接触元件，接触元件在接触位置中分别可电连接到充电接触装置的充电接触元件，以形成触点对。接触元件载体可以形成为使得在接触装置的竖直接触状态中接触元件设置在接触元件载体的上侧上。例如，充电接触元件可以是设置在充电接触装置的屋顶形的充电接触元件载体上的导体带。
21.第一枢转机构可以具有横向引导件，接触装置借助于该横向引导件相对于充电接触装置横向地可定位，横向引导件设置在第一枢转臂的远端上。因此，接触装置可以在第一枢转臂的远端上横向于车辆的移动方向移位。例如，这种移位性允许补偿车辆在公共汽车站处横向于行驶方向的错误定位。此外，由于乘客进出车辆使车辆的单侧下降产生的可能性的车辆移动能够被补偿，使得接触装置不能相对于充电接触装置在横向方向上移位。此外，在这种情况下，没有剪切力作用在第一枢转臂和第二枢转臂上。横向引导件可以是直线引导件或甚至是曲线引导件。接触装置可以设置在横向引导件上以自由地可移位，其中横向引导件是引导杆或形成为具有用于接触装置的引导轮廓。此外，接触装置可以在横向引导件上对中，即例如在靠置位置中或在非接触位置中借助于弹簧相对于横向引导件对中地设置。
22.根据本发明的快速充电系统包括充电接触装置和根据本发明的定位单元。快速充电系统的另外的有利的实施例从引用权利要求1的从属权利要求的特征的描述中是显而易见的。
23.在根据本发明的用于在电驱动的车辆、特别是电动公共汽车等与具有定位单元的固定的充电站之间形成导电连接的方法中，定位单元的接触装置相对于充电站的充电接触装置移动并且在接触位置中电连接到所述充电接触装置，接触装置借助于定位单元的铰接臂装置定位并且铰接臂装置借助于定位单元的驱动装置驱动，接触装置借助于铰接臂装置的第一枢转机构利用第一枢转臂从用于存储接触装置的定位单元的收缩位置的存储状态枢转到收缩位置的竖直接触状态，接触装置借助于铰接臂装置的第二枢转机构利用第二枢转臂从收缩位置枢转到接触位置，第一枢转臂设置在第二枢转臂的远端上并且在其上枢转。对于根据本发明的方法的有利效果的进一步细节，参考根据本发明的定位单元的优点的描述。
24.接触装置可以首先从存储状态枢转到竖直接触状态，然后从竖直接触状态枢转到接触位置，并且反之亦然。于是定位单元可以在存储状态中具有最小的结构高度。在车辆驶向公共汽车站时，在第一步骤中，接触装置则可以从存储状态枢转到竖直接触状态。
25.此外，在接触装置利用第二枢转臂枢转期间，第一枢转机构可以始终将接触装置定位在竖直接触状态。在接触装置已经枢转到竖直接触状态后，接触装置可以在竖直接触状态中被提升，并且在第二步骤中通过利用第二枢转臂枢转具有接触装置的第一枢转臂来抵靠充电接触装置而移动。如果在第二枢转臂枢转期间，第一枢转臂或接触装置始终竖直地定位，或如果第一枢转臂相对于第二枢转臂枢转，则是有利的。第一枢转臂和第二枢转臂
的这种同时移动可以由驱动装置的合适机构或控制器引起。因此，在任何情况下，都可以借助于充电接触装置在上接触位置和下接触位置之间的区域中在正确的位置接触接触装置。
26.从引用权利要求1的从属权利要求的特征的描述中，该方法的另外的有利实施例是显而易见的。
附图说明
27.以下，将参考附图更详细地描述本发明的优选实施例。
28.图1是定位单元的立体图；
29.图2是定位单元的前视图；
30.图3是定位单元在收缩位置的存储状态中的侧视图；
31.图4是定位单元在收缩位置的竖直接触状态中的侧视图；
32.图5是定位单元在接触位置的竖直接触状态中的侧视图；
33.图6是定位单元在不同位置的侧视图。
具体实施方式
34.图1至图6的组合视图示出了安装在车辆(未示出)的顶部上的定位单元10，该车辆特别是电动公共汽车。定位单元10包括接触装置11，用于与充电站的充电接触装置(未示出)形成电接触。充电接触装置在车辆的公共汽车站的区域中借助于悬挂装置(未进一步示出)悬挂在车辆顶部和接触装置11上方。定位单元10还包括铰接臂装置12以及用于驱动铰接臂装置12的驱动装置17，该铰接臂装置由具有第一枢转臂14的第一枢转机构13和具有第二枢转臂16的第二枢转机构15形成。
35.此外，定位单元10具有保持架18，用于经由阻尼元件19将定位单元10安装在车辆顶部上。在保持架18上形成有枢转轴承20，第二枢转臂16安装在所述枢转轴承20上以便可枢转。在第二枢转臂16的远端21上形成有枢转轴22，第一枢转臂14可以围绕该枢转轴枢转。接触装置11设置在第一枢转臂14的远端23上，此外，接触装置11在第一枢转机构13的横向引导件24上相对于充电接触装置(未示出)横向地可移动，横向引导件24由安装在远端23上的轨道25形成。
36.接触装置11由具有接触元件27的接触元件载体26形成，该接触元件弹性安装在该接触元件载体上。接触元件27设置在接触元件载体26的上侧28上，接触元件27经由柔性线缆29连接到在保持架18上的接线盒30。
37.驱动装置17包括用于产生作用在第一枢转臂14上的调节力的第一调节驱动器31，第一调节驱动器31包括设置在枢转轴22上的扭转弹簧32，此外，第一调节驱动器31包括绳索和链条驱动器(未进一步示出)，其由链条和两个线缆滑轮形成。链条啮合在枢转轴22上的齿轮(未示出)中，并且可以经由线缆滑轮致动，使得第一枢转臂14可以枢转。
38.此外，驱动装置17具有用于产生作用在第二枢转臂16上的调节力的第二调节驱动器33，第二调节驱动器33包括弹簧34和线性驱动器35，调节力可以经由该线性驱动器在与弹簧34配合的情况下施加在第二枢转臂16上，弹簧34和线性驱动器35经由杆36或37接合在设置在枢转轴承20中的枢转轴38中。第一调节驱动器31和第二调节驱动器33通过控制器39致动，该控制器在这种情况下设置在保持架18上。
39.充电接触装置由从图3所示的铰接臂装置12的收缩位置的存储状态开始的接触装置11接触，在第一步骤中，第一枢转臂14移动到图4所示的收缩位置的竖直接触状态，在第二步骤中，第二枢转臂16提升，第一枢转臂14一直保持竖直或设置在竖直接触状态。因此，接触装置11可以定位在上接触位置ko和下接触位置ku之间，或定位在在任何情况下可以使用充电接触装置形成电接触的接触区域中。同样，定位单元10在存储状态中可以具有相对低的结构高度b。第二枢转臂16为了减小结构高度b而弯曲，使得第二枢转臂16的区段40在存储状态中水平地定位，并且具有接触装置11的第一枢转臂14能够以紧凑的方式靠置在区段40上。