CN104271491B - 液压叉车自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于液压叉车的自动控制系统，包括：检测装置，适于检测所述液压叉车中用于控制货叉升降的操作手柄的位移；油门控制装置，适于连接所述液压叉车中的发动机的油门，所述油门控制装置根据所述检测装置所检测的操作手柄的位移信息来控制所述油门的油门开度。利用该控制系统，仅通过操纵手柄就能够控制货叉升降，无需脚踩油门。该控制系统还可包括转向安全控制装置，用于在叉车高速转弯时使叉车减速，以确保叉车安全。

Description

液压叉车自动控制系统

技术领域：

本发明涉及一种自动控制系统，具体的说涉及一种液压叉车自动控制系统，属于液压叉车自动控制领域。

背景技术：

叉车在物流作业领域的运用非常普遍，是一种能对成件货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的轮式搬运车辆，属于物料搬运机械。它广泛应用于车站、港口、机场、工厂、仓库等场所，是机械化装卸、堆垛和短距离运输的高效设备。叉车的基本作业功能分为水平搬运、堆垛/取货、装货/卸货、拣选。一台高质量的叉车其优越的性能往往体现在高效率、低成本、高可靠性、人机工效设计好以及服务便利等诸多方面。叉车的高效率并不只意味着高速度(行驶、提升、下降速度)，它还意味着操作者完成一个工作循环所需的时间短，并且能在整个工作时间始终保持这种效率。许多因素都可以促使叉车效率提高，包括：

①速度的高低，如行驶速度、提升和下降速度等；②人机工程设计的应用，减少操作动作的次数；③操作的精确性；④人机工程设计的应用，最大限度地减少疲劳；⑤良好的视野。

目前国内生产的叉车存在的以下问题：

目前国内的叉车上的多路阀操作不能与发动机实现联动，从而导致在以操作手柄操作多路阀时，需要同时通过油门踏板操作发动机油门，以保证发动机能够提供充足的动力来确保货叉运行的力量与速度；因此不能通过控制手柄来控制货叉升降，而是在操纵手柄时还必须同时踩下油门踏板，导致整车操作效率较低。另外，通常在起升货物时，驾驶员不仅需要用手控制操作手柄，还需要先用脚稍踏油门踏板，提高发动机的转速和功率，由此使货叉升降倾斜机构获得更大的液压能；这样的操作需要手脚配合，增加了操作复杂程度。

传统的叉车在行驶时，无法检测发动机旋转工作状态和车辆行驶状态，既浪费燃油，又容易发生事故。具体而言，传统的叉车因为使用变速箱或液力变矩器，致使油门开度受控于操作者的脚踏深度，无法实现自动转速控制；虽然也可以检测相关参数，但是不能实现转速自动控制，就使得参数检测已经没有实际意义。叉车的工作环境大多都禁止高速行驶，尤其是在转弯时如果高速行驶，很容易发生安全事故。但是，在设计叉车时又不能提前限制发动机的排量和功率，因为叉车作业时的搬运、堆垛、装取货物等动作，都是由发动机提供驱动力。因此，传统的叉车难以实现转向安全控制。

传统的叉车没有延时关机功能，其中采用拉线停机方式，需要由驾驶员拉动熄火拉线，发动机才会熄火；因此在电门锁关闭后，无法自动执行发动机油门复位动作，不能延时关机，即不能在电门锁关闭后实现发动机自动熄火。

发明内容：

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种用于液压叉车的自动控制系统，包括：检测装置，适于检测所述液压叉车中用于控制货叉升降的操作手柄的位移；以及油门控制装置，适于连接所述液压叉车中的发动机的油门，所述油门控制装置根据所述检测装置所检测的操作手柄的位移信息来控制所述油门的油门开度。

根据本发明的实施例，其中，所述检测装置包括安装在所述操作手柄上的磁敏组件、以及霍尔传感器；所述磁敏组件适于感测所述操作手柄的位移并产生相应的磁场，所述霍尔传感器适于检测所述磁场并产生相应的电信号。

根据本发明的实施例，其中，所述油门控制装置包括安装在所述发动机的供油拉线或拉杆上的拨动油门连杆、用于移动所述拨动油门连杆的伺服系统、以及用于控制所述伺服系统的第一控制器。

根据本发明的实施例，其中，所述伺服系统包括电机和减速器，所述拨动油门连杆安装在减速器的输出轴上。

根据本发明的实施例，其中，所述磁敏组件包括磁钢。

根据本发明的实施例，所述自动控制系统还包括转向安全控制装置，所述转向安全控制装置适于在叉车高速转弯时，自动降低叉车行驶速度。

根据本发明的实施例，所述转向安全控制装置包括：转速传感器，安装在所述发动机上并用于检测所述发动机的转速；转向角度传感器，用于检测叉车车身转向的角度；油门开度位移传感器，用于检测油门开度行程通过的位移；以及第二控制器，用于根据所述转速传感器所检测的发动机转速、转向角度传感器所检测的车身转向的角度、以及油门开度位移传感器所检测的油门开度位移，判断叉车是否为高速转弯状态；当判断叉车为高速转弯状态时，所述第二控制器向所述油门控制装置发出用于油门控制信号，以减小油门开度。

根据本发明的实施例，其中，当所述转速传感器所检测的发动机转速、转向角度传感器所检测的车身转向的角度、以及油门开度位移传感器所检测的油门开度位移超出预定阈值时，判断叉车处于高速转弯状态。

根据本发明的实施例，其中，所述转向安全控制装置还包括与发动机上的熄火柄连接的自动熄火开关；当检测到叉车高速转弯时，所述自动熄火开关拉动所述熄火柄离开供油位置。

根据本发明的实施例，所述自动控制系统还包括与发动机上的熄火柄连接的自动熄火开关；其中，当检测到叉车的电门锁关闭时，所述第二控制器发出熄火控制指令，以控制所述自动熄火开关拉动所述熄火柄离开供油位置。

根据本发明的实施例，其中，当检测到所述发动机已经停转后，所述第二控制器自动解除熄火控制指令。

附图说明

图1是一种典型的液压叉车的结构示意图；

图2是根据本发明的自动控制系统的第一实施例的结构框图；

图3是第一实施例的线路示意图；

图4是根据本发明的自动控制系统的第二实施例的结构框图；

图5A-5D是根据本发明的自动控制系统的实施例的电路图。

具体实施方式

图1示出一种典型的液压叉车的结构。该叉车包括：护顶架1、液压传动部件2、驱动部件(包括发动机)3、车轮4、车架5、门架6、后视镜7、货叉架8、油门踏板9、操作手柄10、货叉11等。驾驶员在驾驶室里操纵操作手柄10，来控制货叉11做上下左右运动以搬运货物。驱动部件3通过液压传动部件2来驱动车轮4，并提供驱动货叉11的动力。

图2示出本发明的用于液压叉车油门控制的第一实施例的结构框图。该实施例提供一种仅通过操纵手柄就能够实现货叉升降的液压叉车油门控制系统。该系统包括检测装置和油门控制装置。检测装置包括安装在操作手柄上的磁敏组件和安装在操纵手柄底座上的霍尔位移传感器，利用霍尔效应实现手柄位移信息与电信号的精确转换，并且这种检测装置的成本低廉。磁敏组件可以装配在操作手柄的固定支架上，霍尔传感器可以固定在操作手柄的活动部件上，通过固定支架与活动部件之间的相对位移来确定手柄的操作量。在霍尔传感器和电子信号放大电路之间可以串接有一个电容电阻滤波电路，用于消除不稳定信号干扰。操作手柄通过两个连杆(即，前后倾斜活塞连杆和升降活塞连杆)连接在多路阀上，由多路阀来控制倾斜油缸接头及走油管、举升油缸接头及走油管，以控制货叉的前后倾斜和升降。

图3是第一实施例的线路示意图。在工作时，驾驶员为操纵货叉11而移动操作手柄10，这种移动将使磁敏组件产生变化的磁场。磁敏组件可以采用若干磁钢12。当需要升降货叉时，驾驶员可以先晃动操作手柄10，手柄10的移动将使磁钢12产生切割磁场，霍尔位移传感器13检测到磁敏组件产生的变化磁场，产生相应的电信号。霍尔位移传感器13还可以串接有误差补偿电路，用于补偿位移检测误差。第一控制器接收到霍尔位移传感器13输出的电信号，根据其中所包含的手柄移动信息，向发动机油门连杆的伺服系统发出控制油门的油门开度的操作指令。

磁钢和霍尔传感器的位置可以互换，实现的效果是同样的，只要在安装时确保它们中间无导磁件干扰即可，所以磁钢和霍尔传感器的间隙距离越小越好。磁钢和霍尔传感器都是嵌入式安装，零件大小大约在2-3平方毫米，只需在被固定位置开小凹槽，把磁钢和霍尔传感器用胶粘固定在凹槽内。磁钢和霍尔传感器的数量可以是2块磁钢和2个霍尔传感器；也可以是更多，如4块磁钢和4个霍尔传感器、6块磁钢和6个霍尔传感器等，从而能够达到感知立体位移的效果。与光电式传感器相比，磁敏组件的优点是成本更低、滤波电路更简洁；缺点是灵敏度容易受到车体内其他导磁件影响。

在第一控制器与伺服系统之间设置有电子放大控制组件。电子放大控制组件可装在驾驶室内的方向盘右侧的仪表显示屏下方的中央控制盒中，内有信号放大电路14和继电器开关15，电子放大控制组件根据操作手柄前后左右移动的指令信号通过信号放大电路提供给伺服系统，为伺服系统的驱动动作提供电能。

伺服系统的主体包括由步进电机和减速器16。在收到信号放大电路14放大处理的信号后，继电器开关15接通步进电机的电源，驱动伺服机构，步进电机通过减速器驱动油门拉线17，油门拉线17传动于发动机油门的油门连杆18，形成了油门连杆18的移动动作。当驾驶员通过操作手柄10来控制货叉升降时，第一控制器产生控制信号以加大油门开度，导致发动机19加速。由此可以实现油门开度与操作手柄的同步电子控制，取代了传统叉车的需要脚踩油门踏板的人为动作。

该实施例的有益效果是：通过在操纵手柄上安装磁敏组件及在手柄底座上安装霍尔位移传感器，把手柄的位移信息转化为电信号，进而通过由电子放大控制组件和伺服机构组成的电路对发动机进行控制，无需脚踩油门踏板，仅通过操纵手柄就能够根据与操作手柄相关联的多路阀的操作幅度的需要，自动控制发动机的加减速，保证液压系统的正常操作，并达到控制货叉升降的目的。根据该实施例的控制系统能够采集多路阀的操作状态，通过发动机油门控制部件，自动控制发动机功率，不需要再通过踩踏油门踏板来使发动机加速。

根据本发明的实施例的控制系统，可以实现在操作货叉时只让发动机加速，不发生斜盘移动，因此叉车不前进。所以，该实施例的控制系统既可以单独工作，也可以和叉车行走控制系统同时工作。

另外，一旦检测到货叉正在工作，第一控制器可以发出锁定控制信号，通过控制发动机的油门开度，使得只许发动机减速动作，不许加速，即使驾驶员再踩踏油门踏板也不会加速，除非停止货叉工作。

图4示出本发明的用于液压叉车转向安全控制的第二实施例的结构框图。该实施例提供一种能够检测叉车运行情况，判断叉车是否处于高速转弯状态并且根据判断结论发出指令，禁止叉车高速转弯的制动控制装置。

根据该实施例，检测叉车的发动机转速和叉车的转向角度，通过综合考虑油门开度判断是否处于高速转弯状态，当油门开度大、转速高、转向角度大时，由控制器适当调整油门拉杆，使得叉车的行驶速度下降，避免车体倾覆。

如图4所示，本发明所述的叉车转向安全控制装置包括，转向角度传感器21、发动机转速传感器22、油门开度位移传感器23、第二控制器24。发动机转速传感器22安装在发动机主轴延伸轴的附近，可采用已有技术的光电-空气式转速计数传感器，用于检测发动机的转速；转向角度传感器21的安装位置可以有两种，一种安装在叉车转向桥的基座上，用于检测转向桥与车身的转向偏角；另一种按照在方向盘上，用于检测方向盘的旋转角度，两者的设计思路都是获取叉车车身转向的角度值。油门开度位移传感器23安装在发动机油门连杆上，用于检测油门开度行程通过的位移。各传感器的检测值可通过模数转换电路转换后发送给第二控制器24，第二控制器24根据这些检测值对油门开度进行相应的控制。

上述传感器均能从现有技术中找到相应的实现方式。为了将这些传感器安装固定在叉车本体上，也可以采用多种常规连接固定方式，在此不再赘述。

第二控制器24根据上述传感器的检测值进行以下控制：

当转向角度检测值超出预定阈值，并且转速检测值超出预定阈值时，考虑油门开度情况，油门开度小判断为爬坡行进，油门开度大判断为高速转弯；当判断为高速转弯时，第二控制器24发出用于控制电磁开关的控制信号，通过电磁开关拨动油门连杆，减小油门开度，从而降低叉车行驶速度。另外还可以采用蜂鸣器，发出提示叉车已处于高速转弯状态的蜂鸣声。当对车速进行调整后，上述传感器继续检测各项检测值，当转向角度检测值和转速检测值低于相应的预定阈值时，第二控制器24发出控制信号以控制电磁开关复位，进而带动油门拨杆拉线，将油门恢复到正常开度。

根据该实施例，转向角度传感器21、位移传感器23将检测到的转向角度和油门开度位移反馈给第二控制器24进行分析，第二控制器24首先判断叉车的状态，再根据判断结果执行是否自动减速：如果是高速转弯，则对发动机油门执行自动减速(既降油门，又减斜盘)；如果是爬坡行进，则仅限制斜盘操作，而不对发动机油门执行自动减速(不降油门，只减斜盘)。判断叉车是否高速转弯的依据是将转向角度传感器、位移传感器检测到的信息与第二控制器24内储存的预定阈值数据比较，如果油门开度大且转速高，则属于高速转弯；如果油门开度大且转速低，则属于爬坡行进。

利用该实施例的叉车转向安全控制装置可实现叉车发动机转速的自动检测，并能将测量结果转换成数字模式显示在仪表台上和存储进微电脑中；本控制装置还可以通过对上述传感器所检测信息的综合分析，主动发现识别高速转弯的危险情况，并且与机械执行机构配合，从而可通过减速或刹车实现叉车的安全自动控制。

另外，根据该实施例，还可以利用发动机转速传感器22检测发动机的转速，将转速数据传输到第二控制器24，以监测发动机的转速和驾驶员的操作，一旦出现异常情况，第二控制器23可以发出相应的控制信号，利用与之相连的电子放大控制组件和相应的执行机构，对发动机进行相应的控制，达到防止误操作的目的。例如，当检测到发动机转速高时，说明叉车为高速行驶时；如果磁敏组件和霍尔传感器的输出信号反映驾驶员同时正在利用操作手柄来控制货叉倾斜和升降，则第二控制器24可以发出控制信号来控制油门开度，以停止给发动机加速，从而逐渐降低整车的行驶速度，确保操作的安全性。

根据本发明的第三实施例，上述叉车转向安全控制装置还可以设置电磁熄火开关。该电磁熄火开关受第二控制器24的控制，并且连接发动机上的熄火柄。当第二控制器24判断叉车处于高速转弯状态时，可以发出熄火信号，以直接控制电磁熄火开关来拉动熄火柄离开供油位置，由此可以实现当叉车高速转弯时执行自动熄火的控制，避免了危险的发生和确保叉车安全。

另外，第二控制器24还可以连接用于启动或关闭整车的电门锁。当检测到叉车电锁关闭时，第二控制器24主动向电磁熄火开关发出熄火控制信号，使发动机供油系统停止工作，使发动机停转，达到停机目的；同时，为保护熄火系统不被损坏及下次启动能够正常进行，在通过发动机转速传感器检测到发动机已经停转后，熄火控制指令自动解除。

在上述实施例中，第一控制器和第二控制器可以是以独立的两个控制器来实现，也可以是以单独一个控制器来实现。第一和第二控制器可以采用可编程的微控制器或CPU芯片。例如，可以采用AD0-7系列电路，芯片基板采用的是ATMEGA32芯片(U2)，它是一种具有32KB系统内可编程Flash的8位AVR微控制器，如图5A所示；该芯片采用先进的RISC结构，具有高性能和低功耗的8位微处理器、非易失性程序和数据存储器和JTAG接口、8路10位ADC、32个可编程的I/O口(PA0-7，PB0-7，PC0-7，PD0-7)和可编程的串行USART等，能够实现第一和第二控制器。U2芯片的引脚PC0-7分别是电源自锁(高电平)、前进信号(高电平)、后退信号(高电平)、熄火输出(高电平)、蜂鸣输出(高电平，1Hz脉冲)、刹车信号输入(高电平)、转向过度输入(高电平)、熄火信号输入(高电平)的信号引脚；PB0(T0)引脚是发动机转速脉冲输入的引脚；PB1引脚是油门电机转向控制(高电平正转，低电平反转)信号引脚；PB2引脚是油门电机脉冲输出的引脚；PB4引脚是叉车电门锁信号(高电平)的引脚。

图5B示出一种用于驱动和控制伺服系统的电路，用作电子放大控制组件，其中包括两相步进电机驱动芯片U3及其外围电路，该芯片的内部集成了细分、电流调节、CMOS功率放大等电路，配合简单的外围电路即可实现高性能、多细分、大电流的步进电机驱动电路，具有最大128细分译码特性，以及低振动、小噪声良好性能，可以实现较佳的低成本和高速度等应用效果。芯片U3的引脚CW/CCW是正/反转信号输入端，引脚OUT1A-2A和OUT1B-2B分别是A相和B相OUT输出端。芯片U3通过外围电路连接芯片U2的PB1和PB2引脚，以传输油门电机转向控制信号和油门电机脉冲输出信号。

图5C示出与图5A所示的控制器芯片U2相关联的信号输出端电路。图5A和图5C中所示的引脚AD0-4分别输出前进信号、后退信号、货叉多路阀升降信号和货叉多路阀倾斜信号。图5C中还示出电源自锁、熄火信号输出、前进信号输出、倒车信号输出、蜂鸣信号输出的相关电路。控制器芯片U2通过这些电路输出相应的控制信号，以控制叉车控制系统的电源自锁、输出熄火控制信号、输出用于控制叉车前进和倒车的信号、以及在检测到异常情况时实现蜂鸣提示。

在熄火信号输出电路中，PC3引脚是输入控制点并连接到芯片U2的对应引脚，OFF引脚是控制点输出，三极管Q4和Q5通过OFF引脚输出用于控制熄火继电器的信号，R218和R219将电路拉到低电位。

图5D示出与图5A所示的控制器芯片U2相关联的信号输入端电路，包括用于发动机转速传感器输入、发动机转速输入、刹车信号输入、熄火信号输入的相关电路。这些电路是用于将相应的传感器的检测值传输到控制器芯片U2中供处理。

在发动机转速传感器输入电路中，图右边的标号“1”是输入端，标号“4”是输出端，该输出端将脉冲信号输出到图5A的芯片U2的PB0(T0)引脚；芯片U201是整形电路，电阻R211起到限流作用，防止电路U201被烧坏；该电路使得发动机转速传感器输入信号的宽度发生变化，幅值相对稳定。

Claims (9)

1.一种用于液压叉车的自动控制系统，包括：

检测装置，适于检测所述液压叉车中用于控制货叉升降的操作手柄的位移；

油门控制装置，适于连接所述液压叉车中的发动机的油门，所述油门控制装置根据所述检测装置所检测的操作手柄的位移信息来控制所述油门的油门开度；以及

其特征在于，所述自动控制系统还包括：

转向安全控制装置，所述转向安全控制装置适于在叉车高速转弯时，自动降低叉车行驶速度；

其中，所述转向安全控制装置包括：

转速传感器，安装在所述发动机上并用于检测所述发动机的转速；

转向角度传感器，用于检测叉车车身转向的角度；

油门开度位移传感器，用于检测油门开度行程通过的位移；

第二控制器，用于根据所述转速传感器所检测的发动机转速、转向角度传感器所检测的车身转向的角度、以及油门开度位移传感器所检测的油门开度位移，判断叉车是否为高速转弯状态；当判断叉车为高速转弯状态时，所述第二控制器向所述油门控制装置发出用于油门控制信号，以减小油门开度。

2.根据权利要求1的自动控制系统，其中，所述检测装置包括安装在所述操作手柄上的磁敏组件、以及霍尔传感器；所述磁敏组件适于感测所述操作手柄的位移并产生相应的磁场，所述霍尔传感器适于检测所述磁场并产生相应的电信号。

3.根据权利要求1的自动控制系统，其中，所述油门控制装置包括安装在所述发动机的供油拉线或拉杆上的拨动油门连杆、用于移动所述拨动油门连杆的伺服系统、以及用于控制所述伺服系统的第一控制器。

4.根据权利要求3的自动控制系统，其中，所述伺服系统包括电机和减速器，所述拨动油门连杆安装在减速器的输出轴上。

5.根据权利要求2的自动控制系统，其中，所述磁敏组件包括磁钢。

6.根据权利要求1的自动控制系统，其中，当所述转速传感器所检测的发动机转速、转向角度传感器所检测的车身转向的角度、以及油门开度位移传感器所检测的油门开度位移超出预定阈值时，判断叉车处于高速转弯状态。

7.根据权利要求1的自动控制系统，其中，所述转向安全控制装置还包括与发动机上的熄火柄连接的自动熄火开关；当检测到叉车高速转弯时，所述自动熄火开关拉动所述熄火柄离开供油位置。

8.根据权利要求1的自动控制系统，还包括与发动机上的熄火柄连接的自动熄火开关；其中，当检测到叉车的电门锁关闭时，所述第二控制器发出熄火控制指令，以控制所述自动熄火开关拉动所述熄火柄离开供油位置。

9.根据权利要求8的自动控制系统，其中，当检测到所述发动机已经停转后，所述第二控制器自动解除熄火控制指令。