CN104045029B - 升降叉车系统 - Google Patents

Abstract

将升降叉车保持在限定边界内的系统。控制器分析实际和/或预测升降叉车特性，且基于分析的升降叉车特性，控制器控制至少一个升降叉车性能参数。该性能参数被控制以将升降叉车重心保持在稳定图内，该稳定图限定保持升降叉车稳定性的重心位置的三维范围。该性能参数也被控制以保持升降叉车的预定路径在容许偏离图内，该容许偏离图限定从升降叉车的预定路径容许升降叉车行驶偏离的二维包迹。

Description

升降叉车系统

技术领域

本发明涉及工业升降叉车领域，且更具体地涉及用于将工业升降叉车保持在限定边界内的系统和方法。

背景技术

升降叉车设计成各种构造以执行各种任务。升降叉车的一个问题是它们会绕X-轴、Y-轴和Z-轴摆动或振动(参见图1)。例如，当操作者突然停车或突然改变方向或两者，升降叉车的操作人员会感觉到绕X-轴、Y-轴和Z-轴中任一轴的振动。当升降叉车桅杆垂向延伸时，这些振动会更显著。尽管这种振动运动不会使叉车倾翻，但该运动会对操作人员造成干扰。通常操作人员会减慢并允许振动自然消散，然后恢复行驶。这些不想要的振动会降低操作人员的效率和升降叉车运行的总体生产率。

现今的升降叉车的性能通常在维持可接受动态特性的努力方面受到限制。这些性能限制是不利的，且通常普遍适用而与当前运行状态无关。一个实例是根据升高高度限制车速的算法。但该算法可能没有考虑铲叉上的负载，且因此可能回到升降叉车的次优行驶速度，这可能对操作人员的生产率有相当的限制。劳动力成本是升降叉车运行成本的最大组成部分。

用于改进升降叉车性能的一种方法包括在升降叉车处于静止时进行静态重心(CG)分析，并相应地限制升降叉车运行参数(例如最大速度和转向角度)。但该静态校准没有动态地考虑升降叉车运动、变化的升降高度、或诸如行驶表面斜度等的环境因素。

消费者汽车中通常用于改进车辆稳定性的其它方法包括在车辆移动期间计算车辆CG并采用防抱死制动系统(ABS)来改进车辆的转弯能力。这些现有方法仅考虑了二维车辆运动(前后和转弯)，并没有考虑升降叉车运动的同时由于升高和降低的负载重物造成的升降叉车的三维CG变化。此外，这些方法也没有考虑将升降叉车保持在限定边界内并防止升降叉车偏离其预期路径。

如果升降叉车的振动运动可以减轻或者甚至消除，则升降叉车会能够更快行驶，为操作人员提供更舒适的驾乘并改进生产率。

需要构造成通过将升降叉车保持在限定边界内并防止升降叉车一般偏离其预期路径动态优化升降叉车性能的升降叉车。

发明内容

本发明的各实施例通过提供优化升降叉车性能的系统和方法而克服现有方法的缺点，该优化通过将升降叉车保持在容许CG边界内并将升降叉车保持在容许偏离边界内来实现。

一方面，本发明提供一种用于将升降叉车保持在限定边界内的系统和方法。传感器感测动态升降叉车性能并提供对应于所感测的升降叉车性能的反馈信号。控制器接收反馈信号并分析反馈信号，且基于所分析的反馈信号，控制器控制将升降叉车保持在限定边界内的至少一个升降叉车性能参数。限定边界包括三维参数和二维参数。

另一方面，本发明提供一种用于控制升降叉车特性的系统和方法。控制器分析实际和/或预测升降叉车特性中的至少一个，且基于分析的升降叉车特性，控制器控制至少一个升降叉车性能参数。该性能参数被控制以将升降叉车重心保持在稳定图内，该稳定图限定保持升降叉车稳定性的重心位置的三维范围。该性能参数也被控制以保持升降叉车的预定路径在容许偏离图内，该容许偏离图限定从升降叉车的预定路径容许升降叉车行驶偏离的二维包迹。

另一方面，本发明提供一种用于控制升降叉车性能参数的系统和方法。操作人员输入装置提供指令以控制转向和加速中的至少一个。控制器接收指令以控制转向和加速中的至少一个，且控制器接收各运行条件的信号，控制器分析指令和信号，且基于所分析的指令和所分析的信号，控制器控制至少一个升降叉车性能参数。该性能参数被控制以将升降叉车重心保持在稳定图内，该稳定图限定保持升降叉车稳定性的重心位置的三维范围。该性能参数也被控制以将预定升降叉车路径保持在容许偏离图内，所述容许偏离图限定从所述预定升降叉车路径容许行驶偏离的包迹。

本发明的前述和其它目的和优点会从以下详细说明书中显现出来。在该描述中，参考示出优选实施例的附图。

附图说明

图1是根据本发明各实施例的升降叉车的立体图，示出可能振动运动的轴；

图2是根据本发明各实施例的立体图，示出升降叉车关于CG位置的稳定性并示出容许CG边界；

图3和4是三轮升降叉车关于重心位置稳定性的不同视图；

图5是根据本发明各实施例的立体图，示出升降叉车关于容许CG偏离边界的稳定性；

图6是根据本发明各实施例绕Z-轴控制升降叉车停在边界内的系统的示意图。

本发明可以几个形式来具体实施而不脱离其精神或实质特征。本发明的范围由所附权利要求书来限定，而不是其前面的详细说明来限定。所有落入权利要求书等效物的含义和范围内的实施例都将意图被权利要求书所涵盖。

具体实施方式

现将参照以下各实施例更具体地描述本发明。应注意，这里介绍以下各实施例仅是为了说明和描述目的。并不想要穷举或将本发明局限于所述的具体形式。

应理解本文所采用的措辞和术语是为说明的目的而不应认为是限制。在此使用“包括”、“包含”或“具有”及其变型意味着包含了下文所列的物件及其等效物以及附加的物件。

除非确切地说明或以其它方式进行限定，术语“连接、“联接”及其变型广义地使用并且包括直接和间接的安装、连接、支承以及联接。此外，“连接”和“联接”并不局限于物理的或机械的连接或联接。如本文中所使用的，除非另有明确表述，“连接”是指一个元件/特征直接或间接地连接到另一元件/特征，并且不一定是电地或机械地。类似地，除非另有明确表述，“联接”是指一个部件/特征直接或间接地联接到另一部件/特征，并且不一定是电地或机械地。因此，尽管各图中所示的示意图描述了处理构件的示例布置，但在实际实施例中可存在其它的中间构件、装置、特征或部件。

将结合工业升降叉车的优化性能描述本发明的各方面。这是因为由于本发明的各实施例产生的特征和优点非常适合该目的。还应理解，本发明的各方面可同样应用于其它车辆以实现其它目标。

尽管本发明各实施例的描述和附图仅涉及人工操作拾取型升降叉车，但应理解本发明的各实施例可适用于任何升降叉车构造以将升降叉车保持在预定边界内。可受益于本发明各实施例的其它车辆非限制性地包括前移式叉车、高升降叉车、平衡叉车以及摆动前移式叉车。

参照图1，升降叉车20包括联接到桅杆32的牵引单元30。桅杆32可垂向延伸并可包括桅杆滑架34和/或平台38，平台38可包括铲叉40并可沿桅杆32垂向移动以在所示上部位置42与下部位置44之间升高和降低负载36。桅杆32可联接到升降叉车20的牵引框架46。图1示出示例人工操作拾取型升降叉车20并标出坐标轴。整个升降叉车20的振动会使操作人员焦虑并致使生产率下降。此外，在某些情况下，当扭动振动时，升降叉车20的平台38和/或铲叉40会与轨道(未示出)接触。扭动或侧摆振动会绕Z-轴50进行。会发生绕X-轴52的摇动，且会发生绕Y-轴54的侧倾，每个会被操作人员56感受到，引起不适的感觉。

本发明的各实施例通过仔细检查当前的运行条件并动态确定最佳的升降叉车性能参数组来优化升降叉车20性能。各运行条件可包括例如负载36的高度、铲叉40上的负载、以及升降叉车20的重量。各性能参数可以是对升降叉车的动态特性有影响的性能参数，且其中可包括最大行驶速度、加速度和减速度、前移/缩回速度、前移/缩回加速度和减速度、以及升高速度。

为了实现最佳升降叉车性能，控制器60和相关的控制算法62可使用例如传感器64和66识别当前运行条件并响应于操作人员输入而预测和/或测量升降叉车CG的轨迹。控制器60然后可选择优化性能的各升降叉车性能参数和/或增加操作人员输入，同时保持升降叉车在预定路径的限定边界内。考虑各种不同的传感器用于本发明的各实施例。例如，各种陀螺仪构造是可用的，诸如固态微机电系统(MEMS)陀螺仪。还有可代替实际陀螺仪的几种其它类型的陀螺仪传感器或传感器组合。在其它各实施例中，使用差动加速度计，诸如两个Z-轴加速度计，一个安装在桅杆顶部126处或附近，而一个在桅杆底部128处或附近。此外，各运行条件可通过用作传感器的机械装置测量。例如，桅杆顶部126处或附近以及桅杆底部128处或附近的弹簧(未示出)的压缩和膨胀可通过任何类型的近程式传感器测得。

参照图2，在某些实施例中，限定的边界可包括稳定图70。稳定图70可确定可能CG位置的范围以保持升降叉车稳定性。应指出，稳定图70用于四轮材料搬运车，其具有两个转向轮74和两个负载轮76。稳定图70可包括优选区域80、限制区域82以及不理想区域84，其大小取决于升降叉车20的运行参数。例如，需要最高速度的应用可采用更严格的升降叉车稳定性要求，且因此缩小优选区域80的大小。应理解，考虑任何数量的区域，且每个区域的限定可由用户使用升降叉车配置软件配置，允许用户控制更少或更大程度的稳定图边界。

可分析测得的动态车辆性能、CG参数以及轮负载的趋势来预测将来的升降叉车稳定性。这可例如通过分析CG位置68的趋势来确定其进入限制区域82的可能性、或者通过分析轮负载趋势以确保其保持在稳定边界内来实现。为了充分模拟未来升降叉车稳定性，考虑到可约每秒10次或更多或更少计算CG参数和轮负载。

图3和4示出在二维X、Y坐标中示出具有三角形稳定图70的三轮升降叉车。诸如图2所示具有三个以上轮子的升降叉车会形成其它多边形。图3示出升降叉车CG68在静态条件下的位置。图4示出升降叉车CG68在强加速度下会怎样移动的实例。CG68位置的转移会响应于升降叉车20加速由于负载36转移和桅杆32偏转而造成。

本发明的各实施例还旨在使桅杆滑架34与牵引框架46沿X-轴52(纵向)、Y-轴54(侧向)和Z-轴(扭转或横摆)之间的相对位移最小，如图1所示。在高提升高度，桅杆32会经受由操作人员56油门或转向请求造成的振动。地板不规则也会造成这些振动。对升降叉车上现有各致动器，包括牵引马达100、转向马达102、升降马达98以及诸如液压致动器104的其它致动器的微小修正可产生适当的力，这些适当的力可用于消除或有效地减弱这些不理想的振动。减轻这些不理想的振动还改进升降叉车性能和生产率。例如，如果升降叉车20能够以不引起振动的方式加速，则桅杆32不会偏转那么多。这样，可进一步保持升降叉车CG68远离稳定图70的不理想区域84，因此使升降叉车20能够以更高速度运行。

参照图5，在某些实施例中，限定的边界可包括容许偏离图106。容许偏离图106限定从升降叉车20的预定路径108容许行驶偏离的包迹。预定路径108由用户输入限定以大致引导升降叉车20。即使不是所有情况也是大多数情况下，控制器60和控制算法62会受到这样的限制：由控制器62在牵引马达100和/或转向马达102上施加的修正应当不会使升降叉车20显著偏离容许偏离图106，容许偏离图106包括升降叉车20的预定路径108。在由控制器60对升降叉车运行参数的输入施加修正的情况下，可控制升降叉车20保持预定路径108，同时如图所示停留在容许偏离图106内。应理解，容许偏离图106可类似于稳定图70包含任何数量的区域，且每个区域的限定可由用户使用升降叉车配置软件配置，允许用户控制更少或更大程度的容许偏离图边界。在某些实施例中，可由用户限定和配置可控变化114以限定从升降叉车20到偏离图106的边缘的距离。

在某些实施例中，用于容许偏离图106的控制算法62也可应用于操作人员56指令稳态转向输入的情况。如果在该事件期间，传感器64、66探测到滑架34与牵引单元30之间不理想的相对扭转振动，则控制器60可增加转向输入以引起相反输入110来减弱或消除相对扭转振动。对转向的修正的相反输入110会幅度很小，使得其将升降叉车20保持在容许偏离图106内。

参照图6，控制器60可利用现有致动器，例如牵引马达100和/或转向马达102以提供适当的修正力，该修正力将CG68保持在稳定图70内并将升降叉车20保持在容许偏离图106内，同时使不理想桅杆32摆动最小，并建立一组最佳车辆性能参数。可通过使用升降叉车20的分析模型112或者通过使用一种可实时测量升降叉车20的当前状态的传感器反馈116来执行控制算法62，该分析模型112可精确地预测升降叉车的特性。

控制器60可基本上持续监测例如转向和/或加速度的操作人员56输入120以及当前运行条件122。控制器60可确定最佳升降叉车性能参数并提供满足操作人员要求的指令124，同时基本上同时避免诸如桅杆32摆动的不理想动态特性，同时保持CG68在稳定图70内并保持升降叉车20在容许偏差图106内。控制器60还可从整个升降叉车20中分布的传感器64、66的阵列接收反馈。

对于装备有控制器60和相关控制算法62的升降叉车20，对每种运行条件122可优化升降叉车性能。现今升降叉车的性能通常受到最差情况运行条件的限制。根据运行条件可优化诸如车速、制动速率、转向速率等的运行因素。在仍保持升降叉车CG68在稳定图70内且在容许偏离图106内的同时可进行该性能优化。通过使用升降叉车20上现有致动器用控制器60也能解决不理想桅杆32振动。如前所述，这些致动器可包括牵引马达100、转向马达102、升降马达98以及诸如液压致动器104的其它致动器。

如上所述，本发明的各实施例可在升降叉车水平处产生相反力矩以在桅杆32底部处或附近引起相反力矩，这可减弱或消除桅杆顶部126处或附近的振动。应理解，会有本文未描述的实现相反力矩的其它方式，但仍应认为在本发明的范围内。例如，一个这种替代方式可以是升降叉车具有可动桅杆，在这种升降叉车中，可使用用于移动桅杆的液压致动器104以通过指令独立于彼此的致动器引起相反输入，从而产生相反力矩。对于具有可倾斜桅杆的升降叉车也是如此。可使用倾斜致动器来引起相反力矩。

前述是本发明说明性实施例的详细描述。可进行各种更改和添加而不偏离其精神和范围。此外，由于对于本领域技术人员来说容易进行多种更改和改变，并不希望将本发明限于所示和所述的具体结构和操作。例如，本文所述的各种特征中的任何特征可与本文所述根据替代实施例的某些或全部其它特征组合。尽管描述了较佳实施例，但可改变各细节而不偏离由权利要求书限定的本发明。

最后，明确考虑本文所述的各过程和步骤中的任何过程和步骤可组合、去除或重新排序。在其它实施例中，指令可能存在于计算机可读介质中，其中这些指令由处理器执行以实施本文所述的各过程和步骤中的一个或多个。这样，明确考虑所述的各过程和步骤中的任何过程和步骤可实施为硬件、软件、包括计算机上执行的程序指令或硬件和软件的组合。因而，本说明书意味着仅是示例性的，且并不以其它方式限制本发明的范围。

Claims (18)

1.一种将升降叉车保持在限定边界内的系统，所述系统包括：

传感器，所述传感器感测动态升降叉车特性并提供对应于所感测的升降叉车特性的反馈信号；

控制器，所述控制器接收所述反馈信号并分析所述反馈信号，且基于所分析的反馈信号，所述控制器控制将所述升降叉车保持在限定边界内的至少一个升降叉车性能参数，所述限定边界包括三维参数和二维参数,

其中所述限定边界包括容许偏离图，所述容许偏离图限定从预定升降叉车路径的容许行驶偏离的包迹，所述容许偏离图是用户可限定的。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述限定边界包括稳定图，所述稳定图限定重心位置的三维范围以保持升降叉车稳定性。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预定升降叉车路径是由驾驶所述升降叉车的用户限定的行驶路径。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器限制施加在所述至少一个升降叉车性能参数的任何变化以限制所述升降叉车偏离所述限定边界。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个升降叉车性能参数是牵引马达和转向马达和升降马达和致动器中的至少一个。

6.一种用于控制升降叉车特性的系统，所述系统包括：

控制器，所述控制器分析实际和预测升降叉车特性中的至少一个，且基于所分析的升降叉车特性，所述控制器控制至少一个升降叉车性能参数；

所述性能参数被控制以将升降叉车重心保持在稳定图内，所述稳定图限定保持升降叉车稳定性的重心位置的三维范围；以及

所述性能参数被控制以保持所述升降叉车的预定路径在容许偏离图内，所述容许偏离图限定从所述升降叉车的所述预定路径容许升降叉车行驶偏离的二维包迹，

其中所述容许偏离图和/或所述稳定图是用户可限定的。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器包括控制算法，所述控制算法分析所述升降叉车的分析模型以预测所述升降叉车特性。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器包括控制算法，所述控制算法分析至少一个传感器反馈，所述传感器反馈提供所述升降叉车的当前状态的实时测量。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制器包括控制算法，所述控制算法分析所述升降叉车的分析模型以预测所述升降叉车特性，且所述控制算法分析至少一个传感器反馈，所述传感器反馈提供所述升降叉车的当前状态的实时测量。

10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：传感器，所述传感器感测动态升降叉车性能并提供对应于所感测的动态升降叉车性能的反馈信号。

11.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述容许偏离图限定多个区域，各区域限定可接受升降叉车行驶偏离的程度。

12.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述稳定图限定多个区域，各区域限定可接受重心位置的程度。

13.一种用于控制升降叉车性能参数的系统，所述系统包括：

操作人员输入装置，所述操作人员输入装置提供指令以控制转向和加速中的至少一个；

控制器，所述控制器接收所述指令以控制转向和加速中的所述至少一个，且所述控制器接收各运行条件的信号，所述控制器分析所述指令和所述信号，且基于所分析的指令和所分析的信号，所述控制器控制至少一个升降叉车性能参数；

所述性能参数被控制以将升降叉车重心保持在稳定图内，所述稳定图限定保持升降叉车稳定性的重心位置的三维范围；以及

所述性能参数被控制以将预定升降叉车路径保持在容许偏离图内，所述容许偏离图限定从所述预定升降叉车路径容许行驶偏离的包迹，

其中所述容许偏离图或所述稳定图是用户可限定的。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述运行条件包括负载高度、铲叉上的负载以及所述升降叉车重量中的至少一个。

15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述性能参数是行驶速度、加速度和减速度、前移/缩回速度、前移/缩回加速度和减速度、以及升降速度中的至少一个。

16.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述预定升降叉车路径是由驾驶所述升降叉车的用户限定的行驶路径。

17.如权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括：控制算法，所述控制算法分析实际和预测升降叉车特性中的至少一个，且基于所分析的升降叉车特性，所述控制算法控制至少一个升降叉车性能参数。

18.如权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括：牵引单元；

桅杆，所述桅杆相对于所述牵引单元安装，所述桅杆包括固定底部和垂向可延伸桅杆部分；以及

垂向可移动平台，所述垂向可移动平台附连到所述可延伸桅杆部分，所述平台随着所述可延伸桅杆部分在上部位置与下部位置之间垂向可移动。