CN105645315B - 一种三支点叉车电动助力转向控制方法 - Google Patents

一种三支点叉车电动助力转向控制方法 Download PDF

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Abstract

一种三支点叉车电动助力转向控制方法，包括转向轴，所述转向轴上设有转向手柄，所述控制方法包括如下过程：当转向轮需要转向时，逆时针或顺时针旋转转向手柄，电控助力系统检测到转向轴的转角，并提电控助力矩，同时与转向轴上的转矩一起克服转向轮的阻力矩完成转向；而当电控助力系统无法提供电控助力矩时，在转向轴的转矩达到电控助力矩的上限值时，继续旋转转向手柄，从而触发机械助力装置，进而机械助力装置为转向轮提供机械助力矩，完成转向。本发明提供一种较省力、同步性较好、安全的一种三支点叉车电动助力转向控制方法。

Description

一种三支点叉车电动助力转向控制方法
技术领域
本发明属于电动叉车转向控制领域，尤其涉及一种三支点叉车电动助力转向控制方法。
背景技术
机械转向系统虽然结构简单，价格低廉，性能稳定，但对于大吨位叉车特别是当叉车满载时，转向系统受到的转向阻力矩很大，此时需要驾驶员用很大的力才能实现转向，非常费力。随着人们对叉车操纵性能的要求不断提高，这种纯机械式转向系统基本已经被淘汰。
液压助力转向系统是在机械转向系统上增加一套液压助力系统来辅助转向。虽然其有很多优点但也存在很多缺点，一方面，液压助力转向系统不仅布置复杂，密封要求高，受液压油温度影响大，存在漏油问题，对环境造成污染而且在需要转向时，受限于液压系统具有一定的迟滞性，不能立即做出反应，影响转向的灵敏性和跟随性；另一方面，液压泵一直处于待命状态，不需要时也在运转，导致能源的浪费，除此之外，液压助力转向系统提供的助力矩和驾驶员给转向盘的力是正相关的，也就是说，作用在方向盘的力矩越大，液压助力转向系统提供的助力矩就越大，与叉车的车速缺乏关联，即这种助力转向系统只具有单一的助力特性，“路感”不理想。综上所述，液压助力转向系统具有诸多影响转向性能的缺点。
发明内容
为了克服现有叉车转向控制方法存在的缺陷，本发明提供一种较省力、同步性较好、安全的一种三支点叉车电动助力转向控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种三支点叉车电动助力转向控制方法，实现该方法的控制系统包括转向轴，所述转向轴上设有转向手柄，所述控制方法包括如下过程：
当转向轮需要转向时，逆时针或顺时针旋转转向手柄，电控助力系统检测到转向轴的转角，并提供电控助力矩，同时与转向轴上的转矩一起克服转向轮的阻力矩完成转向；
而当电控助力系统无法提供电控助力矩时，在转向轴的转矩达到电控助力矩的上限值时，继续旋转转向手柄，从而触发机械助力装置，进而机械助力装置为转向轮提供一定的机械助力矩，完成转向。
进一步，所述电控助力系统包括支架、底座、扭矩传感器、控制器、助力电机、扭矩转化机构和齿轮机构，所述扭矩传感器与所述控制器连接，所述控制器与所述助力电机连接；
所述支架包括上底板、支板和下底板，所述支板的上端与所述上底板固定连接，所述支板的下端与所述下底板固定连接，所述下底板固定在所述底座的上端；
所述扭矩转化机构包括转向轴套、拨动板、用以拨动板复位的板簧、传感器轴和传感器拨动块，所述传感器轴可转动的套装于所述转向轴套内，所述上底板上开有上底板安装孔，所述转向轴套的下端固定在所述上底板安装孔内，所述转向轴位于所述转向轴套的上方，所述转向轴的下端与所述传感器轴的上端固定连接，所述传感器拨动块的上端固定在所述传感器轴的下端，所述传感器拨动块的下端与所述扭矩传感器的上端接触；所述板簧固定在所述上底板上，所述转向轴套上开有用以拨动板旋转的第一拨动槽和第二拨动槽，所述拨动板依次横穿第一拨动槽、传感器轴和第二拨动槽并固定在所述传感器轴上，所述拨动板的两端中至少一端与所述板簧的两端接触；
所述齿轮机构包括小齿轮和大齿轮，所述助力电机的动力输出轴上安装所述小齿轮，所述大齿轮可转动的安装在所述底座的下端，所述小齿轮与所述大齿轮啮合，所述大齿轮与转向轮同轴连接。
再进一步，所述机械助力装置包括用以与拨动板的两端接触并提供机械助力的限位块组件，所述限位块组件固定在所述上底板上，所述限位块组件与所述板簧分别布置在所述拨动板的两侧，所述限位块组件与所述拨动板之间留有间隙，所述限位块组件包括第一限位块和第二限位块，所述第一限位块与所述第二限位块对称布置在所述拨动板的两端远离板簧的一侧。
再进一步，所述电控助力系统提供电控助力矩时，
当扭矩传感器检测到转向轴的转角达到下限值Thmin时，控制器接收到扭矩传感器输出的开始提供助力矩的电压信号，控制助力电机开始提供电控助力矩；
当扭矩传感器检测到转向轴的转角达到上限值Thmax时，控制器接收到扭矩传感器输出的继续提供助力矩的电压信号，控制助力电机提供电控助力矩达到最大值，并保持不变；
当扭矩传感器检测到转向轴的转角再次达到下限值Thmin时，控制器接收到扭矩传感器输出的停止提供助力矩的电压信号，控制助力电机停止提供电控助力矩。
再进一步，所述控制器的控制芯片为单片机或DSP。
再进一步，所述传感器轴通过轴承可转动的安装在所述转向轴套内。
再进一步，所述上底板呈阶梯圆柱状，所述上底板安装孔为阶梯孔。
再进一步，所述板簧通过固定板固定在所述上底板上，所述板簧呈弧形，所述固定板位于所述板簧与所述转向轴套之间，所述固定板朝向转向轴套的一侧呈弧形与转向轴套外壁配合并与转向轴套固定连接，所述固定板在朝向板簧一侧开有弧形槽，所述板簧的凹侧面与所述弧形槽配合并与固定板固定连接，所述固定板的下端与所述上底板固定连接。
再进一步，所述拨动板呈长方体状，所述传感器轴上径向开有用以拨动板穿过的长方形通孔，所述拨动板的中部通过螺栓固定在所述传感器轴上。
更进一步，所述底座的下端固定有法兰盘，所述法兰盘安装在轴承的内圈，所述大齿轮安装在轴承的外圈。
本发明的有益效果主要表现在：较省力、节能、结构紧凑、环保、效率高、随动性强、自动回正、质量轻、易保养、可移植性高、安全；转向手柄和转向轮的同步连接。
附图说明
图1是电控助力系统的结构示意图。
图2是电控助力系统的局部剖视图。
图3是板簧、拨动板和限位块的位置关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种三支点叉车电动助力转向控制方法，实现该方法的控制系统包括转向轴2，所述转向轴2上设有转向手柄1，其特征在于：所述控制方法包括如下过程：
当转向轮需要转向时，逆时针或顺时针旋转转向手柄，电控助力系统检测到转向轴的转角，并提供电控助力矩，同时与转向轴上的转矩一起克服转向轮的阻力矩完成转向；
而当电控助力系统无法提供电控助力矩时，在转向轴的转矩达到电控助力矩的上限值时，继续旋转转向手柄，从而触发机械助力装置，进而机械助力装置为转向轮提供一定的机械助力矩，完成转向。
进一步，所述电控助力系统包括支架、底座20、扭矩传感器8、控制器11、助力电机23、扭矩转化机构和齿轮机构，所述扭矩传感器与所述控制器连接，所述控制器与所述助力电机连接；
所述支架包括上底板7、支板和下底板14，所述支板的上端与所述上底板7固定连接，所述支板的下端与所述下底板14固定连接，所述下底板14固定在所述底座20的上端；
所述扭矩转化机构包括转向轴套3、拨动板27、用以拨动板27复位的板簧6、传感器轴25和传感器拨动块30，所述传感器轴25可转动的套装于所述转向轴套3内，所述上底板7上开有上底板安装孔，所述转向轴套3的下端固定在所述上底板7安装孔内，所述转向轴2位于所述转向轴套3的上方，所述转向轴2的下端与所述传感器轴25的上端固定连接，所述传感器拨动块30的上端固定在所述传感器轴25的下端，所述传感器拨动块30的下端与所述扭矩传感器8的上端接触；所述板簧6固定在所述上底板7上，所述转向轴套3上开有用以拨动板27旋转的第一拨动槽和第二拨动槽，所述拨动板27依次横穿第一拨动槽、传感器轴25和第二拨动槽并固定在所述传感器轴25上，所述拨动板27的两端中至少一端与所述板簧6的两端接触；
所述齿轮机构包括小齿轮16和大齿轮17，所述助力电机23的动力输出轴上安装所述小齿轮16，所述大齿轮17可转动的安装在所述底座20的下端，所述小齿轮16与所述大齿轮17啮合，所述大齿轮17与转向轮同轴连接。
进一步，所述机械助力装置包括用以与拨动板的两端接触并提供机械助力的限位块组件，所述限位块组件固定在所述上底板7上，所述限位块组件与所述板簧6分别布置在所述拨动板27的两侧，所述限位块组件与所述拨动板27之间留有间隙，所述限位块组件包括第一限位块4和第二限位块24，所述第一限位块4与所述第二限位块24对称布置在所述拨动板27的两端远离板簧的一侧。
再进一步，所述电控助力系统提供电控助力矩时，
当扭矩传感器8检测到转向轴2的转角达到下限值Thmin时，控制器11接收到扭矩传感器8输出的开始提供助力矩的电压信号，控制助力电机开始提供电控助力矩；
当扭矩传感器8检测到转向轴2的转角达到上限值Thmax时，控制器11接收到扭矩传感器8输出的继续提供助力矩的电压信号，控制助力电机提供电控助力矩达到最大值，并保持不变；
当扭矩传感器8检测到转向轴2的转角再次达到下限值Thmin时，控制器接11收到扭矩传感器8输出的停止提供助力矩的电压信号，控制助力电机23停止提供电控助力矩。其中，下限值Thmin＝0°，上限值Thmax＝5°。
再进一步，所述控制器11的控制芯片为单片机或DSP。DSP为数字信号处理器。
再进一步，所述传感器轴25通过轴承可转动的安装在所述转向轴套3内。
再进一步，所述上底板7呈阶梯圆柱状，所述上底板安装孔为阶梯孔。
再进一步，所述板簧6通过固定板5固定在所述上底板7上，所述板簧呈弧形，所述固定板5位于所述板簧6与所述转向轴套3之间，所述固定板5朝向转向轴套3的一侧呈弧形与转向轴套3外壁配合并与转向轴套3固定连接，所述固定板5在朝向板簧6一侧开有弧形槽，所述板簧6的凹侧面与所述弧形槽配合并与固定板5固定连接，所述固定板5的下端与所述上底板7固定连接。
再进一步，所述拨动板27呈长方体状，所述传感器轴25上径向开有用以拨动板27穿过的长方形通孔，所述拨动板27的中部通过螺栓固定在所述传感器轴25上。
更进一步，所述底座20的下端固定有法兰盘19，所述法兰盘19安装在轴承的内圈，所述大齿轮17安装在轴承的外圈。
本实施例中，所述拨动板27呈长方体状，中部开有螺纹通孔，传感器轴25上开有配合拨动板27的长方形通孔和螺纹孔，拨动板27穿入传感器轴25，并由螺栓固定；所述支板包括第一支板13、第二支板21和第三支板22，所述上底板7呈阶梯圆柱状，内部开有阶梯孔，边缘开有螺纹孔，和第一支板13、第二支板21、第三支板22的上端通过螺栓连接；下底板14呈阶梯圆柱状，内开有通孔，边缘开有条形孔，和第一支板13、第二支板21、第三支板22配合并焊接到一起，所述传感器拨动块30的下端和所述传感器8的上端位于上底板7的阶梯孔内；所述板簧6呈弧形状，中部开有螺纹孔；固定板5朝向转向轴套的一侧与转向轴套3焊接在一起，固定板5朝向板簧一侧通过螺栓和板簧6固连，固定板5的下端和上底板7的上端焊接到一起；所述上底板7上靠近拨动板27两端焊接有第一限位块4和第二限位块24，第一限位块4和第二限位块24呈对称布置，且内侧成圆弧状，与转向轴套3配合并焊接在一起；拨动板27穿过转向轴套3的长方形通孔，顺时针或逆时针转过限定的角度时，拨动板27与第一限位块4或第二限位块24的端面接触；所述扭矩传感器8的下端通过传感器座9安装在所述支板上，所述传感器座9两端分别和第一支板13和第二支板21通过螺栓连接，传感器座9内开有弧形孔，与传感器8的圆柱面配合，传感器8固定于传感器座9上。
如图1所示，上底板7和下底板14之间由第一支板13、第二支板21、第三支板22连接，传感器座9两端分别固定于第一支板13和第二支板21上，传感器8固定于传感器座9上，底座20和轴承18通过法兰盘19连接，助力电机23和轴承18通过小齿轮16和大齿轮17连接，控制器11和传感器8通过导线10连接，控制器11和助力电机23通过导线12连接。
如图2所示，传感器轴25和转向轴套3通过轴承26和轴承28连接，轴承28下端的传感器轴25上装有卡环29，下底板14和底座20径向通过键32限定，轴向通过卡环31与螺母15限定，转向轴套3固定于上底板7上，固定板5固定于转向轴套3的外壁、上底板7上，板簧6固定在固定板5上，拨动板27横穿转向轴套3和传感器轴25。所述的转向轴套3和上底板7焊接，转向轴套3上开有圆孔和配合拨动板27的长方形通孔，内部自上而下开有通孔，并有装配轴承26和轴承28的阶梯孔。
本发明的工作过程为：当转动转向手柄1时，转向手柄1带动转向轴2，转向轴2带动拨动板27压缩板簧6的同时，拨动板27带动传感器拨动块30拨动传感器8，传感器8输出的电压信号发生变化，电压信号通过导线传给控制器11，控制器11在接收到所测的电压信号后根据一定的助力特性控制策略，输出目标电流驱动助力电机23转动，从而使助力电机23产生合适的助力矩，和作用到转向手柄1上的转矩一起克服转向轮的阻力矩完成转向；而当助力电机23无法提供助力矩时，在转向轴2的转矩达到电控助力矩的上限值Thmax时，继续旋转转向轴2，从而使得拨动板27拨到第一限位块4或第二限位块24，第一限位块4或第二限位块24带动上底板7，上底板7通过支板带动下底板14，下底板14带动底座20，底座20带动转向轮，进而为转向轮提供一定的机械助力矩。
本发明用较小的力旋转转向手柄1，助力电机23就可以提供合适的电控助力矩，相比现有技术中的电动助力转向系统，转向轮转向更轻松；同时在电控助力矩失效的情况下，由于限位块组件的设计，还可以提供一定的机械助力矩，帮助转向轮完成转向。
除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (9)

1.一种三支点叉车电动助力转向控制方法，实现该方法的控制系统包括转向轴，所述转向轴上设有转向手柄，其特征在于：所述控制方法包括如下过程：
当转向轮需要转向时，逆时针或顺时针旋转转向手柄，电控助力系统检测到转向轴的转角，并提供电控助力矩，同时与转向轴上的转矩一起克服转向轮的阻力矩完成转向；
而当电控助力系统无法提供电控助力矩时，在转向轴的转矩达到电控助力矩的上限值时，继续旋转转向手柄，从而触发机械助力装置，进而机械助力装置为转向轮提供机械助力矩，完成转向；
所述电控助力系统包括支架、底座、扭矩传感器、控制器、助力电机、扭矩转化机构和齿轮机构，所述扭矩传感器与所述控制器连接，所述控制器与所述助力电机连接；
所述支架包括上底板、支板和下底板，所述支板的上端与所述上底板固定连接，所述支板的下端与所述下底板固定连接，所述下底板固定在所述底座的上端；
所述扭矩转化机构包括转向轴套、拨动板、用以拨动板复位的板簧、传感器轴和传感器拨动块，所述传感器轴可转动的套装于所述转向轴套内，所述上底板上开有上底板安装孔，所述转向轴套的下端固定在所述上底板安装孔内，所述转向轴位于所述转向轴套的上方，所述转向轴的下端与所述传感器轴的上端固定连接，所述传感器拨动块的上端固定在所述传感器轴的下端，所述传感器拨动块的下端与所述扭矩传感器的上端接触；所述板簧固定在所述上底板上，所述转向轴套上开有用以拨动板旋转的第一拨动槽和第二拨动槽，所述拨动板依次横穿第一拨动槽、传感器轴和第二拨动槽并固定在所述传感器轴上，所述拨动板的两端中至少一端与所述板簧的两端接触；
所述齿轮机构包括小齿轮和大齿轮，所述助力电机的动力输出轴上安装所述小齿轮，所述大齿轮可转动的安装在所述底座的下端，所述小齿轮与所述大齿轮啮合，所述大齿轮与转向轮同轴连接。
2.如权利要求1所述的一种三支点叉车电动助力转向控制方法，其特征在于：所述机械助力装置包括用以与拨动板的两端接触并提供机械助力的限位块组件，所述限位块组件固定在所述上底板上，所述限位块组件与所述板簧分别布置在所述拨动板的两侧，所述限位块组件与所述拨动板之间留有间隙，所述限位块组件包括第一限位块和第二限位块，所述第一限位块与所述第二限位块对称布置在所述拨动板的两端远离板簧的一侧。
3.如权利要求1所述的一种三支点叉车电动助力转向控制方法，其特征在于：所述电控助力系统提供电控助力矩时，
当扭矩传感器检测到转向轴的转角达到下限值Thmin时，控制器接收到扭矩传感器输出的开始提供助力矩的电压信号，控制助力电机开始提供电控助力矩；
当扭矩传感器检测到转向轴的转角达到上限值Thmax时，控制器接收到扭矩传感器输出的继续提供助力矩的电压信号，控制助力电机提供电控助力矩达到最大值，并保持不变；
当扭矩传感器检测到转向轴的转角再次达到下限值Thmin时，控制器接收到扭矩传感器输出的停止提供助力矩的电压信号，控制助力电机停止提供电控助力矩。
4.如权利要求1或2所述的一种三支点叉车电动助力转向控制方法，其特征在于：所述控制器的控制芯片为单片机或DSP。
5.如权利要求1或2所述的一种三支点叉车电动助力转向控制方法，其特征在于：所述传感器轴通过轴承可转动的安装在所述转向轴套内。
6.如权利要求1或2所述的一种三支点叉车电动助力转向控制方法，其特征在于：所述上底板呈阶梯圆柱状，所述上底板安装孔为阶梯孔。
7.如权利要求1或2所述的一种三支点叉车电动助力转向控制方法，其特征在于：所述板簧通过固定板固定在所述上底板上，所述板簧呈弧形，所述固定板位于所述板簧与所述转向轴套之间，所述固定板朝向转向轴套的一侧呈弧形与转向轴套外壁配合并与转向轴套固定连接，所述固定板在朝向板簧一侧开有弧形槽，所述板簧的凹侧面与所述弧形槽配合并与固定板固定连接，所述固定板的下端与所述上底板固定连接。
8.如权利要求1或2所述的一种三支点叉车电动助力转向控制方法，其特征在于：所述拨动板呈长方体状，所述传感器轴上径向开有用以拨动板穿过的长方形通孔，所述拨动板的中部通过螺栓固定在所述传感器轴上。
9.如权利要求1或2所述的一种三支点叉车电动助力转向控制方法，其特征在于：所述底座的下端固定有法兰盘，所述法兰盘安装在轴承的内圈，所述大齿轮安装在轴承的外圈。
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