CN104943738B - 电动叉车及其的转向控制系统和转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动叉车及其的转向控制系统和转向控制方法，其中转向控制系统包括：转向电机，其为电动叉车转向提供助力；驱动模块，驱动模块与转向电机相连；信号采集模块，信号采集模块包括第一接近开关和方向传感器，信号采集模块根据第一接近开关与方向盘扇形区的距离获取启停信号，并根据方向传感器的检测信号获取方向盘的旋转相位；控制器模块，控制器模块分别与驱动模块和信号采集模块相连，用于根据启停信号通过驱动模块控制转向电机启停，并在转向电机启动后根据旋转相位通过驱动模块控制转向电机运行以对电动叉车的电转向进行控制。该转向控制系统能够实现转向电机实时响应，减少了机械式的操作性，提高了转向效率。

Description

电动叉车及其的转向控制系统和转向控制方法

技术领域

本发明涉及电动叉车技术领域，特别涉及一种电动叉车的转向控制系统、一种电动叉车的转向控制方法以及一种具有该转向控制系统的电动叉车。

背景技术

随着近年来环保意识的不断增强，使得具有无污染、低噪声等显著优点的电动叉车得到快速发展，因此，也越来越对电动叉车的转向控制方面的技术提出了更高的要求。

现有电动叉车转向控制器主要使用机械式控制，因此需要进行机械式旋转操作，而且一般是采用的直流无刷电机控制器，用在电动叉车上面通常会出现怠速，不能实现实时响应、自动回正、直线校准等功能，所以要满足电动叉车转向要求的实时、自动化及高响应速度比较困难。

发明内容

本发明的目的旨在至少从一定程度上解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种能够实现电机的实时响应、自动回正并提高转向效率的电动叉车的转向控制系统。

本发明的另一个目的在于提出一种电动叉车。本发明的再一个目的在于提出一种电动叉车的转向控制方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的一种电动叉车的转向控制系统，包括：转向电机，所述转向电机为所述电动叉车转向提供助力；驱动模块，所述驱动模块与所述转向电机相连以驱动所述转向电机运行；信号采集模块，所述信号采集模块包括第一接近开关和方向传感器，所述信号采集模块根据所述第一接近开关与所述电动叉车的方向盘扇形区的距离获取启停信号，并根据所述方向传感器的检测信号获取所述电动叉车的方向盘的旋转相位；控制器模块，所述控制器模块分别与所述驱动模块和所述信号采集模块相连，所述控制器模块根据所述启停信号通过所述驱动模块控制所述转向电机启停，并在所述转向电机启动后根据所述旋转相位通过所述驱动模块控制所述转向电机运行以对所述电动叉车的电转向进行控制。

根据本发明实施例的电动叉车的转向控制系统，通过信号采集模块中的第一接近开关与电动叉车的方向盘扇形区的距离获取启停信号，控制器模块根据启停信号通过驱动模块控制转向电机启停，实现转向电机的实时响应，并且信号采集模块根据方向传感器的检测信号获取电动叉车的方向盘的旋转相位，控制器模块在转向电机启动后根据旋转相位通过驱动模块控制转向电机运行以对电动叉车的电转向进行控制，使得电转向更加自动化。因此，本发明实施例的电动叉车的转向控制系统能够在不牺牲方向盘转动手感的基础上，实现转向电机实时响应，减少了机械式的操作性，提高了转向效率，减少了功耗，并且对转向控制易于实现，准确度高，安全可靠。

本发明另一方面实施例提出了一种电动叉车的转向控制方法，其中，电动叉车包括上述的电动叉车的转向控制系统，转向控制方法包括以下步骤：根据所述第一接近开关与所述电动叉车的方向盘扇形区的距离获取启停信号，并根据所述方向传感器的检测信号获取所述电动叉车的方向盘的旋转相位；根据所述启停信号通过所述驱动模块控制所述转向电机启停，并在所述转向电机启动后根据所述旋转相位通过所述驱动模块控制所述转向电机运行以对所述电动叉车的电转向进行控制。

根据本发明实施例的电动叉车的转向控制方法，通过信号采集模块中的第一接近开关与电动叉车的方向盘扇形区的距离获取启停信号，然后根据启停信号通过驱动模块控制转向电机启停，实现转向电机的实时响应，并且根据方向传感器的检测信号获取电动叉车的方向盘的旋转相位，然后在转向电机启动后根据旋转相位通过驱动模块控制转向电机运行以对电动叉车的电转向进行控制，使得电转向更加自动化。因此，本发明实施例的电动叉车的转向控制方法能够在不牺牲方向盘转动手感的基础上，实现转向电机实时响应，减少了机械式的操作性，提高了转向效率，减少了功耗，并且对转向控制易于实现，准确度高，安全可靠。

此外，本发明实施例还提出了一种电动叉车，其包括上述的电动叉车的转向控制系统。

本发明实施例的电动叉车在转向时能够在不牺牲方向盘转动手感的基础上，实现转向电机实时响应，减少了机械式的操作性，提高了转向效率，减少了功耗，并且对转向控制易于实现，准确度高，安全可靠。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的电动叉车的转向控制系统的方框示意图；

图2为根据本发明一个实施例的信号采集模块的电路图；

图3为根据本发明一个实施例的控制器模块的电路图；以及

图4为根据本发明一个实施例的驱动模块的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图来描述根据本发明实施例的电动叉车的转向控制系统以及具有该转向控制系统的电动叉车。

图1为根据本发明实施例的电动叉车的转向控制系统的方框示意图。如图1所示，该电动叉车的转向控制系统包括：转向电机10、驱动模块20、信号采集模块30和控制器模块40。

其中，转向电机10为所述电动叉车转向提供助力，并且，转向电机10可以是直流有刷电机。驱动模块20与转向电机10相连以驱动转向电机10运行，信号采集模块30包括第一接近开关301和方向传感器302，信号采集模块30根据第一接近开关301与所述电动叉车的方向盘扇形区的距离获取启停信号，并根据方向传感器302的检测信号获取所述电动叉车的方向盘的旋转相位。控制器模块40分别与驱动模块20和信号采集模块30相连，控制器模块40根据所述启停信号通过驱动模块20控制转向电机10启停，并在转向电机10启动后根据所述旋转相位通过驱动模块20控制转向电机10运行以对所述电动叉车的电转向进行控制。

因此说，第一接近开关301是用来判断电动叉车是否启动的，即通过检测电动叉车的方向盘扇形区与第一接近开关301之间的距离远近来判断电动叉车是否开启，其中，第一接近开关301检测到的是一个线性模拟电压信号，当电动叉车的方向盘扇形区与第一接近开关301之间的距离越近的时候检测到的电压越大，电动叉车的方向盘扇形区与第一接近开关301之间的距离越远检测的电压越小，并且在一定距离范围内，电压信号值为0，从而信号采集模块30根据电压信号值的大小生成启停信号，控制器模块40根据启停信号通过驱动模块20控制转向电机10启停。

并且，在转向电机10启动后，信号采集模块30根据方向传感器302的辨识来获取方向盘的旋转相位，控制器模块40根据旋转相位通过驱动模块20控制转向电机10的运行来实现对电动叉车的电转向控制。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，信号采集模块30还包括第二接近开关303，信号采集模块30通过第二接近开关303与所述电动叉车的底盘半圆形区域过半圆瞬间产生的电平跳变生成调整信号，其中，电动叉车的底盘下面具有一个半圆形区域，左侧四分之一圆区域是凹的，右侧四分之一圆区域是凸的，这样当第二接近开关经过中间部分时会有一个高电平到低电平或者从低电平到高电平的跳变，此跳变刚好发生在转向轮位于正中间的位置(即零位时)，信号采集模块30根据电平跳变生成调整信号，然后方向传感器检测方向盘的位置，控制模块根据方向盘的位置和调整信号调整所述电动叉车的方向盘和转向轮位于同一水平线上。

所以说，所述第二接近开关经过所述电动叉车的底盘半圆形区域的中间位置时产生电平跳变，所述信号采集模块根据所述第二接近开关产生的电平跳变信号生成调整信号，控制器模块40根据所述调整信号调整所述电动叉车的方向盘和转向轮位于同一水平线上，即控制方向盘和转向轮对位调零，使得转向控制更加精确，并且方向盘能够自动回正，从而使得电动叉车直线行驶稳定性好，安全可靠。

其中，第二接近开关303通过第一三极管Q1与控制器模块40相连。具体地，如图2所示，第二接近开关303与电阻R44的一端相连，电阻R44的另一端分别连接第一三极管Q1和电阻R34的一端，电阻R34的另一端接地，第一三极管Q1分别连接到电阻R29的一端和电阻R36的一端，电阻R29的另一端与5V的电源相连，电阻R36的另一端分别连接到控制器模块40的U613管脚和电容C24的一端，电容C24的另一端接地。其中，第一三极管部分主要起到滤波的作用，避免由于第二接近开关电压的抖动引起信号传输的错误。

根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，信号采集模块30还包括：第一放大芯片304、第二放大芯片305、电压检测单元306和光电编码器307。

其中，第一放大芯片304的第一输入端INA+通过串联的第一电阻R46和第二电阻R45与方向传感器302相连，第一放大芯片304的第二输入端INB+通过串联的第三电阻R30、第四电阻R41和第五电阻R40与第一接近开关301相连，第一放大芯片304的第一输出端OUTA和第二输出端OUTB均与控制器模块40相连，即第一放大芯片304的第一输出端OUTA通过电阻R39与控制器模块40的管脚U64相连，第一放大芯片304的第二输出端OUTB通过电阻R38与控制器模块40的管脚U63相连。

如图2所示，第二放大芯片305的第一输入端INA+与第二输出端OUTB相连，第二放大芯片305的第一输出端OUTA通过电阻R28与控制器模块的管脚U62相连；电压检测单元306的第一负输入端IN1(-)与第二放大芯片305的第二输出端OUTB相连，电压检测单元306的第一正输入端IN1(+)通过电阻R18和电阻R7接参考电压例如5V，电压检测单元306的第一输出端Output1通过电阻R17与控制器模块40的管脚U612相连，电压检测单元306用于检测供电电源的电压。也就是说，电压检测单元306是通过一片LM2903及若干电阻、电容来实现的，当电压检测单元306通过对供电电源的电压进行检测，判断出整个控制板发生故障时，则禁止控制器模块40输出脉宽调制信号，用来保护驱动电路以及转向电机的安全，使得电动叉车的电转向更加安全可靠。

并且，光电编码器307与控制器模块40的QA’管脚和QB’管脚相连，光电编码器307用于检测所述转向电机的转速和判断所述方向盘的旋转方向。其中，光电编码器307由施密特触发器U9作用，分别有QA、QB两路的正向脉冲和反向脉冲，施密特触发器最重要的特点是能够把变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩形脉冲，同时施密特触发器还可利用其回差电压来提高电路的抗干扰能力。因此，光电编码器307通过光电转换将转向电机输出轴上的几何位移量转换成脉冲，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能检测当前转向电机的转速，并且为判断方向盘的旋转方向，码盘还可提供相位相差90°的两路脉冲信号。

在本发明的实施例中，如图2所示，第一放大芯片304和第二放大芯片305为两个线性运放MCP60021，其中，第二放大芯片305与第一放大芯片304不同，第二放大芯片305是有反馈的，由第二输出端OUTB接回到第一输入端INA+。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，控制器模块40可以是型号为PIC18F2431的DSP芯片，DSP芯片的7、20引脚接5V电源，而19引脚一端通过电容C29接20引脚，另一端接地。1、11引脚分别通过接电阻、电容再接地。并且，通过开关电源50为控制器模块40供电，即上述的供电电源为开关电源，开关电源用于将电动叉车的电池的电压进行降压处理以转换为5V的电压。

如图4所示，驱动模块20包括：第一驱动单元201、第二驱动单元202和功率放大单元203。其中，第一驱动单元201与控制器模块40相连，第一驱动单元201根据控制器模块40输出的第一脉宽调制PWM信号即PWM1H和PWM1L生成两路第一驱动信号HO2和LO2；第二驱动单元202与控制器模块40相连，第二驱动单元202根据控制器模块40输出的第二脉宽调制PWM信号即PWM2H和PWM2L生成两路第二驱动信号HO3和LO3。其中，第一驱动单元201中的驱动芯片和第二驱动单元202中的驱动芯片相同，型号为IRS2181。

功率放大单元203分别与第一驱动单元201和第二驱动单元202相连，且功率放大单元203与转向电机10相连。其中，功率放大单元203包括第一MOSFET至第四MOSFET，并且第一MOSFET至第四MOSFET均为N沟道增强型场效应管MN1、MN2、MN3和MN4。如图4所示，功率放大单元203还包括电阻R1、R2、R3、R4、R9、R10、R11、R12、R13、R14，第一驱动单元201输出的第一驱动信号HO2通过电阻R1到MN1的栅极和第一驱动信号LO2通过电阻R3到MN3的栅极，第二驱动单元202输出的第二驱动信号HO3通过电阻R2到MN2的栅极和第二驱动信号LO3通过电阻R4到MN4的栅极，然后经过MN1的源极和MN3的漏极之间的节点M2以及MN2的源极和MN4的漏极之间的节点M1输入到转向电机10。

因此，由控制器模块40输出的4路PWM信号即PWM1H、PWM1L、PWM2H、PWM2L则是对应通过两个驱动芯片IRS2181相应的两对HIN、LIN引脚，使输出脉冲呈现一高一低状态，再通过四个N沟道增强型场效应管MN1、MN2、MN3和MN4进行功率放大，来驱动功率管导通，MN1、MN2的漏极接电动叉车的电池的正极BATT+，其源极输出通过节点M1、M2则接转向电机10，即将控制器模块40输出过来的控制信号放大以驱动转向电机，并且驱动电路中还有过流、过压、欠压保护电路等。本发明实施例的电动叉车的转向控制系统通过控制器模块的脉宽调制、驱动模块的驱动放大共同工作，可以克服PWM输出死区的特性，可以实现在输出脉冲一高一低的情况下，使得功率放大管导通，从而可以防止功率管全部导通，避免转向电机失控现象，有效地实现对转向电机的是控制和保护。

综上所述，本发明实施例的电动叉车的转向控制系统通过信号采集模块中的两个接近开关和方向传感器实现距离感知、旋转相位检测、对位调零检测，使得电动叉车具有转向自动回正、直线校准功能等，从而避免了现有转向电机控制系统机械式的操作，实现了实时响应、自动回正、直线校准功能，因此准确度高，安全可靠。此外，驱动推挽电路则增强了功率管的驱动能力，从而实现了对大功率转向电机的驱动，并能有效防止电机失控，从而保证转向控制系统的稳定性和可靠性，广泛应用于电动叉车等产品上面。

根据本发明实施例的电动叉车的转向控制系统，通过信号采集模块中的第一接近开关与电动叉车的方向盘扇形区的距离获取启停信号，控制器模块根据启停信号通过驱动模块控制转向电机启停，实现转向电机的实时响应，并且信号采集模块根据方向传感器的检测信号获取电动叉车的方向盘的旋转相位，控制器模块在转向电机启动后根据旋转相位通过驱动模块控制转向电机运行以对电动叉车的电转向进行控制，使得电转向更加自动化。因此，本发明实施例的电动叉车的转向控制系统能够在不牺牲方向盘转动手感的基础上，实现转向电机实时响应，减少了机械式的操作性，提高了转向效率，减少了功耗，并且对转向控制易于实现，准确度高，安全可靠。

此外，本发明实施例还提出了一种电动叉车，其包括上述的电动叉车的转向控制系统。

本发明实施例的电动叉车在转向时能够在不牺牲方向盘转动手感的基础上，实现转向电机实时响应，减少了机械式的操作性，提高了转向效率，减少了功耗，并且对转向控制易于实现，准确度高，安全可靠。

本发明的实施例还提出了一种电动叉车的转向控制方法，其中，该电动叉车包括上述的电动叉车的转向控制系统。该电动叉车的转向控制方法包括以下步骤：

S1，根据第一接近开关与电动叉车的方向盘扇形区的距离获取启停信号，并根据方向传感器的检测信号获取电动叉车的方向盘的旋转相位。

S2，根据启停信号通过驱动模块控制转向电机启停，并在转向电机启动后根据旋转相位通过驱动模块控制转向电机运行以对电动叉车的电转向进行控制。

根据本发明的一个实施例，所述信号采集模块还包括第二接近开关，所述第二接近开关经过所述电动叉车的底盘半圆形区域的中间位置时产生电平跳变，上述的转向控制方法还包括：根据所述第二接近开关产生的电平跳变信号生成调整信号；根据所述调整信号调整所述电动叉车的方向盘和转向轮位于同一水平线上。

根据本发明实施例的电动叉车的转向控制方法，通过信号采集模块中的第一接近开关与电动叉车的方向盘扇形区的距离获取启停信号，然后根据启停信号通过驱动模块控制转向电机启停，实现转向电机的实时响应，并且根据方向传感器的检测信号获取电动叉车的方向盘的旋转相位，然后在转向电机启动后根据旋转相位通过驱动模块控制转向电机运行以对电动叉车的电转向进行控制，使得电转向更加自动化。因此，本发明实施例的电动叉车的转向控制方法能够在不牺牲方向盘转动手感的基础上，实现转向电机实时响应，减少了机械式的操作性，提高了转向效率，减少了功耗，并且对转向控制易于实现，准确度高，安全可靠。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (11)

1.一种电动叉车的转向控制系统，其特征在于，包括：

转向电机，所述转向电机为所述电动叉车转向提供助力；

驱动模块，所述驱动模块与所述转向电机相连以驱动所述转向电机运行；

信号采集模块，所述信号采集模块包括第一接近开关和方向传感器，所述信号采集模块根据所述第一接近开关与所述电动叉车的方向盘扇形区的距离获取启停信号，并根据所述方向传感器的检测信号获取所述电动叉车的方向盘的旋转相位；

控制器模块，所述控制器模块分别与所述驱动模块和所述信号采集模块相连，所述控制器模块根据所述启停信号通过所述驱动模块控制所述转向电机启停，并在所述转向电机启动后根据所述旋转相位通过所述驱动模块控制所述转向电机运行以对所述电动叉车的电转向进行控制。

2.如权利要求1所述的电动叉车的转向控制系统，其特征在于，所述信号采集模块还包括第二接近开关，所述第二接近开关经过所述电动叉车的底盘半圆形区域的中间位置时产生电平跳变，所述信号采集模块根据所述第二接近开关产生的电平跳变信号生成调整信号，所述控制器模块根据所述调整信号调整所述电动叉车的方向盘和转向轮位于同一水平线上。

3.如权利要求2所述的电动叉车的转向控制系统，其特征在于，所述第二接近开关通过第一三极管与所述控制器模块相连。

4.如权利要求2所述的电动叉车的转向控制系统，其特征在于，所述信号采集模块还包括：

第一放大芯片，所述第一放大芯片的第一输入端通过串联的第一电阻和第二电阻与所述方向传感器相连，所述第一放大芯片的第二输入端通过串联的第三电阻、第四电阻和第五电阻与所述第一接近开关相连，所述第一放大芯片的第一输出端和第二输出端均与所述控制器模块相连；

第二放大芯片，所述第二放大芯片的第一输入端与第二输出端相连，所述第二放大芯片的第一输出端与所述控制器模块相连；

电压检测单元，所述电压检测单元的第一负输入端与所述第二放大芯片的第二输出端相连，所述电压检测单元的第一正输入端接参考电压，所述电压检测单元的第一输出端与所述控制器模块相连，所述电压检测单元用于检测供电电源的电压；

光电编码器，所述光电编码器与所述控制器模块相连，所述光电编码器用于检测所述转向电机的转速和判断所述方向盘的旋转方向。

5.如权利要求4所述的电动叉车的转向控制系统，其特征在于，所述供电电源为开关电源，且所述开关电源为所述控制器模块供电。

6.如权利要求1所述的电动叉车的转向控制系统，其特征在于，所述驱动模块包括：

第一驱动单元，所述第一驱动单元与所述控制器模块相连，所述第一驱动单元根据所述控制器模块输出的第一脉宽调制PWM信号生成两路第一驱动信号；

第二驱动单元，所述第二驱动单元与所述控制器模块相连，所述第二驱动单元根据所述控制器模块输出的第二脉宽调制PWM信号生成两路第二驱动信号；

功率放大单元，所述功率放大单元分别与所述第一驱动单元和所述第二驱动单元相连，且所述功率放大单元与所述转向电机相连。

7.如权利要求6所述的电动叉车的转向控制系统，其特征在于，所述功率放大单元包括第一MOSFET至第四MOSFET。

8.如权利要求1-7中任一项所述的电动叉车的转向控制系统，其特征在于，所述转向电机为直流有刷电机。

9.一种电动叉车，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的电动叉车的转向控制系统。

10.一种如权利要求9所述的电动叉车的转向控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据所述第一接近开关与所述电动叉车的方向盘扇形区的距离获取启停信号，并根据所述方向传感器的检测信号获取所述电动叉车的方向盘的旋转相位；

根据所述启停信号通过所述驱动模块控制所述转向电机启停，并在所述转向电机启动后根据所述旋转相位通过所述驱动模块控制所述转向电机运行以对所述电动叉车的电转向进行控制。

11.如权利要求10所述的电动叉车的转向控制方法，其特征在于，所述信号采集模块还包括第二接近开关，所述第二接近开关经过所述电动叉车的底盘半圆形区域的中间位置时产生电平跳变，所述转向控制方法还包括：

根据所述第二接近开关产生的电平跳变信号生成调整信号；

根据所述调整信号调整所述电动叉车的方向盘和转向轮位于同一水平线上。