CN104925701A - 叉车横向稳定性控制方法及其电控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于用于叉车稳定性控制技术领域，具体涉及一种叉车横向稳定性控制方法及其电控系统，本发明所涉及的叉车的横向稳定性控制方法，可实现对叉车侧倾姿态判断分级，为叉车横向稳定性分级控制提供依据；本发明所涉及的叉车的横向稳定性控制方法，采用“侧倾分级”的横向稳定性控制策略，根据叉车不同的侧倾分级采取不同的横向稳定性控制策略，实现叉车侧倾姿态调整和降低叉车侧翻可能性，提高叉车的横向稳定性和主动安全性；本发明所涉及的叉车横向稳定性控制方法及其电子控制单元适用于各种类型的三点支撑式叉车。

Description

叉车横向稳定性控制方法及其电控系统
技术领域
本发明属于用于叉车稳定性控制技术领域，具体涉及一种叉车横向稳定性控制方法及其电控系统。
背景技术
随着市场经济的发展，物流地位和作用越来越重要。叉车作为物流领域的主要搬运工具，具有起重能力强和操纵灵活的特点，其普及率也越来越高，遍及国民经济的各行各业中。
叉车前部配有装卸货物的工作装置，前轮为驱动轮，后轮为转向轮，采用双梯形转向机构。转向桥中部有一个铰接点与车架连接，车架可通过铰接点相对转向桥进行上下摆动。由于铰接，叉车支撑平面为两前轮支撑点和后桥与车架的铰接点组成，叉车行驶平面为两前轮支撑点与两后轮支撑点连线中点组成，由于支撑平面与行驶平面不重合而产生夹角，通常称为支承平面倾角。叉车的这种铰链连接方式，虽然提高了叉车作业的灵活性以及通过凹、凸路面时车体的平稳性，但是由于存在支承平面倾角，导致车架摆动，使叉车支撑平面与行驶平面不重合，转弯时受离心力影响容易发生横向失稳甚至侧翻，造成操作人员和货物的安全隐患。
因此，需要对目前叉车的技术进行升级在目前叉车基本行走和作业机构的基础上进行横向稳定性升级，提供一种叉车横向稳定性控制方法和横向稳定性控制系统，使叉车在搬运和作业工程中能调整叉车侧倾姿态，提升叉车的行驶和作业稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于提高叉车的横向稳定性的叉车横向稳定性控制方法及其电控系统。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种叉车横向稳定性控制方法，包括以下步骤：
1)利用车载传感器采集叉车姿态参数、运动参数及动力参数；
2)根据步骤1)采集的参数计算离心力产生的侧翻力矩的大小，以及叉车重心力产生的稳定力矩的大小；
3)对步骤2)中计算出的侧翻力矩和稳定力矩的大小进行比较，并根据比较结果对叉车侧倾程度进行评级；
4)根据步骤3)中判定的侧倾级别，对叉车采取横向稳定性分级控制策略，该横向稳定性分级控制策略包括：控制车架与车桥左、右锁止油缸的油压来调整车架与车桥的支承力和/或通过对四轮制动油缸即左前轮制动油缸、左后轮制动油缸、右前轮制动油缸、右后轮制动油缸进行差动制动提供纠偏惯性力矩和/或通过主动调整液压转向油缸的动作幅度和响应时间来增大或减小转弯半径。
本发明还提供了一种应用于上述方法的电控系统，包括用于采集叉车姿态参数、运动参数和动力参数的传感器，所述传感器将采集的参数信息输送至横向稳定性控制模块，所述横向稳定性控制模块输出功率信号至电磁阀。
本发明的技术效果在于：本发明所涉及的叉车的横向稳定性控制方法，可实现对叉车侧倾姿态判断分级，为叉车横向稳定性分级控制提供依据；本发明所涉及的叉车的横向稳定性控制方法，采用“侧倾分级”的横向稳定性控制策略，根据叉车不同的侧倾分级采取不同的横向稳定性控制策略，实现叉车侧倾姿态调整和降低叉车侧翻可能性，提高叉车的横向稳定性和主动安全性；本发明所涉及的叉车横向稳定性控制方法及其电控系统适用于各种类型的三点支撑式叉车。
附图说明
图1是本发明的叉车俯视图；
图2是本发明的叉车后视图；
图3是本发明用于侧倾级别判断和横向稳定性控制决策的流程图；
图4是本发明的电控系统原理图。
具体实施方式
如图3所示，一种叉车横向稳定性控制方法，包括以下步骤：
1)利用车载传感器采集叉车姿态参数、运动参数及动力参数；
2)根据步骤1)采集的参数计算离心力产生的侧翻力矩的大小，以及叉车重心力产生的稳定力矩的大小；
3)对步骤2)中计算出的侧翻力矩和稳定力矩的大小进行比较，并根据比较结果对叉车侧倾程度进行评级；
4)根据步骤3)中判定的侧倾级别，对叉车采取横向稳定性分级控制策略，该横向稳定性分级控制策略包括：如图1、2所示，控制车架与车桥左、右锁止油缸B1、B2的油压来调整车架与车桥的支承力和/或通过对四轮制动油缸即左前轮制动油缸L1、左后轮制动油缸L2、右前轮制动油缸R1、右后轮制动油缸R2进行差动制动提供纠偏惯性力矩和/或通过主动调整液压转向油缸A的动作幅度和响应时间来增大或减小转弯半径。
优选的，如图1所示，离心力产生的侧翻力矩包括：离心力对后桥铰接点与前轮外侧中心连线Ⅰ-Ⅰ的侧翻力矩，以及离心力对同侧前轮与后轮外侧中心连线Ⅱ-Ⅱ的侧翻力矩；叉车重心力产生的稳定力矩包括：重心力对后桥铰接点与前轮外侧中心连线Ⅰ-Ⅰ的稳定力矩，以及重心力对同侧前轮与后轮外侧中心连线Ⅱ-Ⅱ的稳定力矩；
进一步的，在步骤3)中，叉车侧倾程度的评级方法为：
a.当离心力对后桥铰接点与前轮外侧中心连线Ⅰ-Ⅰ的侧翻力矩大于或等于重心力对后桥铰接点与前轮外侧中心连线Ⅰ-Ⅰ的稳定力矩时，转步骤b，反之则将叉车侧倾姿态判定为一级侧翻；
b.当离心力对同侧前轮与后轮外侧中心连线Ⅱ-Ⅱ的侧翻力矩大于或等于重心力同侧前轮与后轮外侧中心连线Ⅱ-Ⅱ的稳定力矩时，将叉车侧倾姿态判定为三级侧翻，反之，则将叉车侧倾姿态判定为二级侧翻。
优选的，在步骤4)中，针对不同侧倾级别采取的横向稳定性分级控制策略为：
当叉车侧倾姿态为一级侧翻时，控制车架与车桥左、右锁止油缸B1、B2的油压来调整车架与车桥的支承力，如图2所示，使车身侧倾限制在一级侧翻之内；
当叉车侧倾姿态为二级侧翻时，控制车架与车桥左、右锁止油缸B1、B2的油压来调整车架与车桥的支承力，同时通过对四轮制动油缸进行差动制动，如图1所示，提供纠偏惯性力矩，使车身侧倾限制在二级侧翻之内；
当叉车侧倾姿态为三级侧翻时，控制车架与车桥左、右锁止油缸B1、B2的油压来调整车架与车桥的支承力，并对四轮制动油缸进行差动制动，提供纠偏惯性力矩，同时通过主动调整液压转向油缸A的动作幅度和响应时间，如图1所示，增大或减小转弯半径，以防止叉车侧翻。
本发明通过对叉车侧倾姿态信息的判断评级，根据不同的侧倾分级采取不同的横向稳定性控制策略，当叉车侧倾姿态为一级侧翻时，叉车侧倾姿较小，以叉车侧倾姿态调整为主要控制目标，横向稳定性控制采取一级侧翻控制，调整侧倾姿态，提高叉车的侧倾响应和平顺性；当叉车侧倾姿态为二级侧翻时，叉车侧倾姿态较大，以降低叉车侧倾姿态，防止叉车侧翻为主要控制目标，横向稳定性控制采取二级侧翻控制，降低叉车侧倾程度，提高叉车的防侧翻能力；当叉车侧倾姿态为三级侧翻时，叉车侧倾严重，以叉车防侧翻控制为主要控制目标，横向稳定性控制采取三级侧翻控制，进一步提高叉车的防侧翻能力，防止叉车侧翻。采用横向稳定性分级控制策略，可最大限度的调整叉车侧倾姿态，防止叉车侧翻，提高叉车的横向稳定性和主动安全性。
优选的，所述步骤1)中，传感器采集的参数包括车速、发动机节气门开度大小、叉车横摆角速度、叉车质心侧偏角、方向盘转向角。
如图4所示，一种应用于上述方法的电控系统，包括用于采集叉车姿态参数、运动参数和动力参数的传感器11，所述传感器11将采集的参数信息输送至横向稳定性控制模块12，所述横向稳定性控制模块12输出功率信号至电磁阀13。
进一步的，所述横向稳定性控制模块12包括：
信号调理模块121，用于接收传感器信号并对该信号进行隔离和/或滤波和/或限幅处理；
信号采集计算分析处理模块122，用于对信号调理模块处理后的信号进行运算，得到叉车侧翻力矩和稳定力矩；
叉车侧倾姿态判断模块123，对叉车侧翻力矩和稳定力矩进行比较，判断叉车的侧倾级别；
横向稳定性控制决策模块124以及一级侧翻控制模块125、二级侧翻控制模块126、三级侧翻控制模块127；横向稳定性控制决策模块124根据叉车侧倾姿态判断模块123判定的侧倾级别，分别输出控制信号至一级侧翻控制模块125、二级侧翻控制模块126、三级侧翻控制模块127，所述一级侧翻控制模块125、二级侧翻控制模块126、三级侧翻控制模块127分别输送控制信号至电磁阀驱动模块128，电磁阀驱动模块128输出功率信号至电磁阀13。
优选的，所述传感器11包括节气门开度传感器、用于检测叉车横摆角速度以及叉车质心侧偏角的陀螺仪传感器、方向盘转向角传感器和车速传感器。
如图4所示，所述电磁阀13包括车架与车桥左侧锁止油缸电磁阀、车架与车桥右侧锁止油缸电磁阀、左前轮制动电磁阀、左后轮制动电磁阀、右前轮制动电磁阀、右后轮制动电磁阀、液压转向干预电磁阀。
所述一级侧翻控制模块125输出的控制信号至电磁阀驱动模块128，控制车架与车桥左侧锁止油缸电磁阀、车架与车桥右侧锁止油缸电磁阀；
所属二级侧翻控制模块126输出的控制信号至电磁阀驱动模块128，控制车架与车桥左侧锁止油缸电磁阀、车架与车桥右侧锁止油缸电磁阀、左前轮制动电磁阀、左后轮制动电磁阀、右前轮制动电磁阀、右后轮制动电磁阀；
所属三级侧翻控制模块127输出的控制信号至电磁阀驱动模块128，控制车架与车桥左侧锁止油缸电磁阀、车架与车桥右侧锁止油缸电磁阀、左前轮制动电磁阀、左后轮制动电磁阀、右前轮制动电磁阀、右后轮制动电磁阀、液压转向干预电磁阀。
当横向稳定性控制决策模块124控制指令为一级侧翻控制时，则一级侧翻控制模块125启动，二级侧翻控制模块126和三级侧翻控制模块127关闭，一级侧翻控制模块125通过输出控制信号至电磁阀驱动模块128控制车架与车桥左、右锁止油缸B1、B2的油压来调整车架与车桥的支承力，使车身侧倾限制在一级侧翻之内，进而改善车身侧倾响应，提高叉车的行驶稳定性和平顺性。
当横向稳定性控制决策模块124控制指令为二级侧翻控制时，则二级侧翻控制模块126启动，一级侧翻控制模块125和三级侧翻控制模块127关闭，二级侧翻控制模块126通过输出控制信号至电磁阀驱动模块128控制车架与车桥左、右锁止油缸B1、B2的油压来调整车架与车桥的支承力，同时通过对四轮制动油缸进行差动制动，提供纠偏惯性力矩，使车身侧倾限制在二级侧翻之内，提高叉车的横向稳定性。
当横向稳定性控制决策模块124控制指令为三级侧翻控制时，则三级侧翻控制模块127启动，一级侧翻控制模块125和二级侧翻控制模块126关闭，三级侧翻控制模块127通过输出控制信号至电磁阀驱动模块128控制车架与车桥左、右锁止油缸B1、B2的油压来调整车架与车桥的支承力，并对四轮制动油缸进行差动制动的基础上，同时通过主动调整液压转向油缸A的动作幅度和响应时间来增大或减小转弯半径，改善叉车转向稳定性，以防止叉车侧翻，提高叉车的主动安全性。

Claims (10)

1.一种叉车横向稳定性控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)利用车载传感器采集叉车姿态参数、运动参数及动力参数；
2)根据步骤1)采集的参数计算离心力产生的侧翻力矩的大小，以及叉车重心力产生的稳定力矩的大小；
3)对步骤2)中计算出的侧翻力矩和稳定力矩的大小进行比较，并根据比较结果对叉车侧倾程度进行评级；
4)根据步骤3)中判定的侧倾级别，对叉车采取横向稳定性分级控制策略，该横向稳定性分级控制策略包括：控制车架与车桥左、右锁止油缸(B1、B2)的油压来调整车架与车桥的支承力和/或通过对四轮制动油缸即左前轮制动油缸(L1)、左后轮制动油缸(L2)、右前轮制动油缸(R1)、右后轮制动油缸(R2)进行差动制动提供纠偏惯性力矩和/或通过主动调整液压转向油缸(A)的动作幅度和响应时间来增大或减小转弯半径。
2.根据权利要求1所述的叉车横向稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，离心力产生的侧翻力矩包括：离心力对后桥铰接点与前轮外侧中心连线(Ⅰ-Ⅰ)的侧翻力矩，以及离心力对同侧前轮与后轮外侧中心连线(Ⅱ-Ⅱ)的侧翻力矩；叉车重心力产生的稳定力矩包括：重心力对后桥铰接点与前轮外侧中心连线(Ⅰ-Ⅰ)的稳定力矩，以及重心力对同侧前轮与后轮外侧中心连线(Ⅱ-Ⅱ)的稳定力矩；
3.根据权利要求2所述的叉车横向稳定性控制方法，其特征在于：在步骤3)中，叉车侧倾程度的评级方法为：
a.当离心力对后桥铰接点与前轮外侧中心连线(Ⅰ-Ⅰ)的侧翻力矩大于或等于重心力对后桥铰接点与前轮外侧中心连线(Ⅰ-Ⅰ)的稳定力矩时，转步骤b，反之，则将叉车侧倾姿态判定为一级侧翻；
b.当离心力对同侧前轮与后轮外侧中心连线(Ⅱ-Ⅱ)的侧翻力矩大于或等于重心力同侧前轮与后轮外侧中心连线(Ⅱ-Ⅱ)的稳定力矩时，将叉车侧倾姿态判定为三级侧翻，反之，则将叉车侧倾姿态判定为二级侧翻。
4.根据权利要求3所述的叉车横向稳定性控制方法，其特征在于：在步骤4)中，针对不同侧倾级别采取的横向稳定性分级控制策略为：
当叉车侧倾姿态为一级侧翻时，控制车架与车桥左、右锁止油缸(B1、B2)的油压来调整车架与车桥的支承力，使车身侧倾限制在一级侧翻之内；
当叉车侧倾姿态为二级侧翻时，控制车架与车桥左、右锁止油缸(B1、B2)的油压来调整车架与车桥的支承力，同时通过对四轮制动油缸进行差动制动，提供纠偏惯性力矩，使车身侧倾限制在二级侧翻之内；
当叉车侧倾姿态为三级侧翻时，控制车架与车桥左、右锁止油缸(B1、B2)的油压来调整车架与车桥的支承力，并对四轮制动油缸进行差动制动，提供纠偏惯性力矩，同时通过主动调整液压转向油缸(A)的动作幅度和响应时间，增大或减小转弯半径，以防止叉车侧翻。
5.根据权利要求1所述的叉车横向稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，传感器采集的参数包括车速、发动机节气门开度大小、叉车横摆角速度、叉车质心侧偏角、方向盘转向角。
6.一种应用于权利要求1所述方法的电控系统，其特征在于：包括用于采集叉车姿态参数、运动参数和动力参数的传感器(11)，所述传感器(11)将采集的参数信息输送至横向稳定性控制模块(12)，所述横向稳定性控制模块(12)输出功率信号至电磁阀(13)。
7.根据权利要求6所述的电控系统，其特征在于：所述横向稳定性控制模块(12)包括：
信号调理模块(121)，用于接收传感器信号并对该信号进行隔离和/或滤波和/或限幅处理；
信号采集计算分析处理模块(122)，用于对信号调理模块处理后的信号进行运算，得到叉车侧翻力矩和稳定力矩；
叉车侧倾姿态判断模块(123)，对叉车侧翻力矩和稳定力矩进行比较，判断叉车的侧倾级别；
横向稳定性控制决策模块(124)以及一级侧翻控制模块(125)、二级侧翻控制模块(126)、三级侧翻控制模块(127)；横向稳定性控制决策模块(124)根据叉车侧倾姿态判断模块(123)判定的侧倾级别，分别输出控制信号至一级侧翻控制模块(125)、二级侧翻控制模块(126)、三级侧翻控制模块(127)，所述一级侧翻控制模块(125)、二级侧翻控制模块(126)、三级侧翻控制模块(127)分别输送控制信号至电磁阀驱动模块(128)，电磁阀驱动模块(128)输出功率信号至电磁阀(13)。
8.根据权利要求6所述的电控系统，其特征在于：所述传感器(11)包括节气门开度传感器、用于检测叉车横摆角速度以及叉车质心侧偏角的陀螺仪传感器、方向盘转向角传感器和车速传感器。
9.根据权利要求6所述的电控系统，其特征在于：所述电磁阀(13)包括车架与车桥左侧锁止油缸电磁阀、车架与车桥右侧锁止油缸电磁阀、左前轮制动电磁阀、左后轮制动电磁阀、右前轮制动电磁阀、右后轮制动电磁阀、液压转向干预电磁阀。
10.根据权利要求7所述的电控系统，其特征在于：所述一级侧翻控制模块(125)输出的控制信号至电磁阀驱动模块(128)，控制车架与车桥左侧锁止油缸电磁阀、车架与车桥右侧锁止油缸电磁阀；
所述二级侧翻控制模块(126)输出的控制信号至电磁阀驱动模块(128)，控制车架与车桥左侧锁止油缸电磁阀、车架与车桥右侧锁止油缸电磁阀、左前轮制动电磁阀、左后轮制动电磁阀、右前轮制动电磁阀、右后轮制动电磁阀；
所述三级侧翻控制模块(127)输出的控制信号至电磁阀驱动模块(128)，控制车架与车桥左侧锁止油缸电磁阀、车架与车桥右侧锁止油缸电磁阀、左前轮制动电磁阀、左后轮制动电磁阀、右前轮制动电磁阀、右后轮制动电磁阀、液压转向干预电磁阀。
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