CN109867235A - 一种基于有限元的叉装车主被动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于有限元的叉装车主被动控制方法，该叉装车包括车身、驱动臂、货叉以及车载系统，所述车身的驾驶室内安装有显示屏和报警器，所述车身和所述驱动臂上安装有姿态传感器，所述货叉上安装有载重传感器，该主被动控制方法包括有限元分析、工况采集和车辆控制等步骤，通过显示器显示各传感器采集的数据，便于驾驶员对叉装车进行各种安全操作，降低对驾驶员的经验要求，实现被动控制，同时通在使用前过进行有限元分析，使用时通过对比有限元分析结果与叉装车的工况采集数据，当出现危险状态时，叉装车可主动制动并发出警报，实现主动控制，安全性较高；通过主动控制和被动控制的结合，叉装车的安全系统开发难度相对较低。

Description

一种基于有限元的叉装车主被动控制方法

技术领域

本发明涉及一种叉装车控制方法，尤其是一种基于有限元的叉装车主被动控制方法。

背景技术

叉装车是装载机细分市场的工程机械产品，叉装车集机、电、仪、液及数字信息为一体，具有高效、节能，智能、越野性好，使用灵活、安全可靠，性价比高等优点，可取代叉车、汽车吊、挖掘机等工程机械，换上铲斗可为石材矿区开山修路，铲运矿山面层土方，实现其“一机两用”功能。

由于叉装车的使用场所通常较为复杂，通常需要设置各类安全系统以保证使用安全，然而，现有的叉装车上的各类安全系统通常都是被动式的安全系统，需要依靠驾驶员的经验进行操作，安全性相对较差；此外，由于受到工作环境、传感器的使用精度和灵敏度的要求以及分析软件及配套硬件的分析速度等因素制约，用于叉装车的主动式安全系统开发难度相对较高。

有鉴于此，本申请人对基于有限元的叉装车主被动控制方法进行了深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全性相对较高且开发难度相对较低的基于有限元的叉装车主被动控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于有限元的叉装车主被动控制方法，该叉装车包括车身、转动连接在所述车身上的驱动臂、转动连接在所述驱动臂上的货叉以及用于控制所述车身和所述驱动臂工作时序的车载系统，所述车身的驾驶室内安装有显示屏和报警器，所述车身和所述驱动臂上安装有姿态传感器，所述货叉上安装有载重传感器，该主被动控制方法包括以下步骤：

S1，有限元分析，分别建立所述叉装车在多种工作姿态下的有限元模型，然后通过有限元分析软件在各所述有限元模型上设置载荷并进行模拟分析，获得多个与多个所述工作姿态一一对应的分析数据，接着根据各所述分析数据确定对应的所述工作姿态下所述叉装车的最大负载、最大应力以及所述最大应力的位置信息；

S2，工况采集，根据各所述位置信息在所述叉装车上安装应力传感器，通过各所述姿态传感器获取所述叉装车的姿态数据，根据所述姿态数据获取对应工作姿态下的所述最大负载、所述最大应力以及所述位置信息，然后根据对应工作状态下的所述位置信息和对应的所述应力传感器获取所述叉装车的应力数据，根据所述载重传感器获取所述叉装车的负载数据；

S3，车辆控制，当所述应力数据的数值大于对应工作姿态下的所述最大应力或者所述负载数据的数值大于对应工作姿态下的所述最大负载时，所述车载系统控制所述车身和所述驱动臂停止动作且所述报警器发出警报，同时通过所述显示屏显示所述姿态数据、所述应力数据和所述负载数据。

作为本发明的一种改进，所述车身的前后两侧分别安装有与所述车载系统通讯连接的摄像头，在步骤S3中，所述显示屏还显示有所述摄像头所采集的影像。

作为本发明的一种改进，所述车身的前后两侧以及所述车身的四个边角位置分别安装有与所述车载系统通讯连接的超声波传感器，在步骤S3中，所述显示屏还显示有所述超声波传感器所采集的测距信息。

作为本发明的一种改进，在步骤S1中，模拟分析的步骤为：将所述有限元模型导入hypermesh软件中进行前处理，然后调用ABAQUS软件的隐式求解器进行非线性计算，再通过hyperview软件对非线性计算的结构进行处理。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

通过显示器显示各传感器采集的数据，便于驾驶员对叉装车进行各种安全操作，降低对驾驶员的经验要求，实现被动控制，安全性相对较高；同时通过在使用前进行有限元分析，使用时通过对比有限元分析结果与叉装车的工况采集数据，当出现危险状态时，叉装车可主动制动并发出警报，实现主动控制，进一步提高安全性；通过主动控制和被动控制的结合，受工作环境、传感器的使用精度和灵敏度的要求以及分析软件及配套硬件的分析速度等因素制约相对较少，叉装车的安全系统开发难度相对较低。

附图说明

图1为实施例中的叉装车的结构示意图。

图中对应标示如下：

10-车身； 20-驱动臂；

21-液压缸； 30-货叉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对发明做进一步的说明：

本实施例提供一种基于有限元的叉装车主被动控制方法，如图1所示，该叉装车包括车身10、转动连接在车身10上的驱动臂20、转动连接在驱动臂20上的货叉30以及用于控制车身10和驱动臂20的工作时序的车载系统(图中未示出)，驱动臂20具有液压缸21，驱动臂20的一端与车身10连接，另一端与货车30连接，需要说明的是，车身10、驱动臂20和货叉30的具体结构以及其相互连接结构都与目前市场上可直接购买获得的叉装车的结构相同，并非本实施例的重点，此处不再详述，即本实施例提供的主被动控制方法可应用于现有的叉装车上，此外，本实施例还在现有的叉装车的车身10的驾驶室内安装有显示屏和报警器(图中未示出)，车身10和驱动臂20上安装有姿态传感器(图中未示出)，货叉30上安装有载重传感器，当然，上述显示屏、报警器、姿态传感器和载重传感器都可以直接从市场上购买获得，其中，其中，姿态传感器优选为型号为Lpms-CU的传感器，其具有线惯性测量单元，可用来采集方位信息，以便获得车身10或驱动臂20的倾斜角度信息。

为了便于描述，在本实施例中，以叉装车具有货叉的一侧为前侧(即货叉30被安装在车身10的前端)，相对应的另一侧为后侧，以驾驶员操作叉装车时的左右手方向为叉装车的左右侧；以驱动臂20与竖直向下的射线之间的夹角为驱动臂20的倾斜角度，以车身10与水平面之间的夹角为车身10的倾斜角度，此外，车身10相对于水平面倾斜时，当车身10前端的水平位置低于车身10后端的水平位置时称为车身前倾，当车身10前端的水平位置高于车身10后端的水平位置时称为车身后倾，当车身10的左端或右端的水平位置高于相对应的另一端时称为车身侧倾。

本实施例提供的主被动控制方法包括以下步骤：

S1，有限元分析，分别建立叉装车在多种工作姿态下的有限元模型，具体的工作姿态可以根据实际需要进行设置，在本实施例中以工作姿态有七种为例进行说明，七种工作姿态分别为：车身10水平布置且驱动臂20倾斜45°的低位满载状态、车身10水平布置且驱动臂20水平布置(即倾斜90°)的中位满载状态、车身10水平布置且驱动臂20倾斜135°的高位满载状态、车身前倾10°且驱动臂20水平布置的中位前倾状态、车身后倾10°且驱动臂20水平布置的中位后倾状态、车身侧倾5°且驱动臂水平布置的第一中位侧倾状态以及车身侧倾10°且驱动臂水平布置的第二中位侧倾状态。需要说明的是，在建模时，叉装车的焊缝采用共节点方式进行建模，液压缸21采用刚性单元进行建模，叉装车上的螺栓连接采用刚性单元进行建模。

然后通过有限元分析软件在各有限元模型上设置载荷并进行模拟分析，获得多个与多个工作姿态一一对应的分析数据，具体采用的有限元分析软件可以根据实际需要进行选择，以对其中一个有限元模型进行模拟分析为例，在本实施例中，模拟分析的步骤为：首先将有限元模型导入hypermesh软件中进行前处理，在前处理过程中，在有限元模型的货叉上设置载荷，该载荷的大小与叉装车的货叉的最大负载相同；然后调用ABAQUS软件的隐式求解器进行非线性计算，再通过hyperview软件对非线性计算的结构进行处理，处理后获得的分析数据包括变形云图和应力应变云图。

接着根据各分析数据确定对应的工作姿态下叉装车的最大负载、最大应力以及上述最大应力的位置信息，这些数据或信息可以直观的从变形云图和应力应变云图上获得。

需要说明的是，上述步骤S1需要在叉装车使用之前进行，并将对应的数据载入车载系统。

S2，工况采集，根据各位置信息在叉装车上安装应力传感器并对位置信息进行记录，即根据步骤S1的分析结构知道应力传感器的安装位置，当然，应力传感器也需要在使用前进行安装。优选的，在本实施例中，车身10的前后两侧分别安装有与车载系统通讯连接的摄像头，用于拍摄车身10前后的环境，车身10的前后两侧以及车身10的四个边角位置分别安装有与车载系统通讯连接的超声波传感器，用于测量车身10与障碍物之间的距离。

使用时，通过各姿态传感器获取叉装车的姿态数据，该姿态数据包括车身10和驱动臂20的倾斜角度信息，根据该姿态数据判断叉装车所处的工作姿态与上述七种工作姿态中的哪种工作姿态相同或相类似，并获取对应工作姿态下的最大负载、最大应力以及位置信息，其中的最大负载、最大应力和位置信息是指步骤S1中从变形云图和应力应变云图上获得的信息。然后根据对应工作状态下的位置信息和对应的应力传感器(即位于该位置上的应力传感器)获取叉装车的应力数据，根据载重传感器获取叉装车的负载数据。

S3，车辆控制，比对步骤S1和步骤S2中获取的数据，当应力数据的数值大于对应工作姿态下的最大应力或者负载数据的数值大于对应工作姿态下的最大负载时，车载系统控制车身10和驱动臂20停止动作且报警器发出警报，实现主动控制，同时通过显示屏显示姿态数据、应力数据、负载数据、各摄像头所采集的影像以及各超声波传感器所采集的测距信息，供驾驶员参考，实现被动控制。

上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，例如将采用ANSYS软件代替上述实施例中的ABAQUS软件等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于有限元的叉装车主被动控制方法，该叉装车包括车身、转动连接在所述车身上的驱动臂、转动连接在所述驱动臂上的货叉以及用于控制所述车身和所述驱动臂工作时序的车载系统，其特征在于，所述车身的驾驶室内安装有显示屏和报警器，所述车身和所述驱动臂上安装有姿态传感器，所述货叉上安装有载重传感器，该主被动控制方法包括以下步骤：

S1，有限元分析，分别建立所述叉装车在多种工作姿态下的有限元模型，然后通过有限元分析软件在各所述有限元模型上设置载荷并进行模拟分析，获得多个与多个所述工作姿态一一对应的分析数据，接着根据各所述分析数据确定对应的所述工作姿态下所述叉装车的最大负载、最大应力以及所述最大应力的位置信息；

S2，工况采集，根据各所述位置信息在所述叉装车上安装应力传感器，通过各所述姿态传感器获取所述叉装车的姿态数据，根据所述姿态数据获取对应工作姿态下的所述最大负载、所述最大应力以及所述位置信息，然后根据对应工作状态下的所述位置信息和对应的所述应力传感器获取所述叉装车的应力数据，根据所述载重传感器获取所述叉装车的负载数据；

S3，车辆控制，当所述应力数据的数值大于对应工作姿态下的所述最大应力或者所述负载数据的数值大于对应工作姿态下的所述最大负载时，所述车载系统控制所述车身和所述驱动臂停止动作且所述报警器发出警报，同时通过所述显示屏显示所述姿态数据、所述应力数据和所述负载数据。

2.如权利要求1所述的基于有限元的叉装车主被动控制方法，其特征在于，所述车身的前后两侧分别安装有与所述车载系统通讯连接的摄像头，在步骤S3中，所述显示屏还显示有所述摄像头所采集的影像。

3.如权利要求1所述的基于有限元的叉装车主被动控制方法，其特征在于，所述车身的前后两侧以及所述车身的四个边角位置分别安装有与所述车载系统通讯连接的超声波传感器，在步骤S3中，所述显示屏还显示有所述超声波传感器所采集的测距信息。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的基于有限元的叉装车主被动控制方法，其特征在于，在步骤S1中，模拟分析的步骤为：将所述有限元模型导入hypermesh软件中进行前处理，然后调用ABAQUS软件的隐式求解器进行非线性计算，再通过hyperview软件对非线性计算的结构进行处理。