CN110240091B - 一种动态稳定性控制方法、系统及工业车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态稳定性控制方法，包括以下步骤：先获取有载车辆的目标势能，即有载车辆由稳定行驶状态转变至临界倾翻状态的势能变化量；然后根据目标势能控制有载车辆以安全速度行驶，以使有载车辆在以安全速度行驶时所具有的动能小于或等于目标势能。本申请提供的动态稳定性控制方法能够实时、动态地评估工业车辆的稳定性，主动控制行驶速度，防止高门架或门架升高运行时意外碰到阻挡物而倾翻，使工业车辆行驶稳定。本发明还公开了一种动态稳定性控制系统及工业车辆，具有上述有益效果。

Description

一种动态稳定性控制方法、系统及工业车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，更具体地说，涉及一种车辆动态稳定性控制方法、系统及工业车辆。

背景技术

叉车等工业车辆在作业过程中需要利用门架将货物升高至一定高度，并带动货物移动。为了保障叉车的稳定性，现有技术通常会对具有门架的工业车辆做静态纵向和横向稳定性计算与试验。

然而，对于高门架或门架升高时运行的工业车辆，除了静态下需要保持稳定外，其动态工作状态下更需要保持稳定，尤其是当其意外碰到上部阻挡物后极易出现倾翻问题，影响了货物的正常运输，同时降低了作业的安全性。

综上所述，如何避免车辆的门架处于较高位置时碰到阻挡物而出现倾翻，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种车辆动态稳定性控制方法、系统及工业车辆，其能够避免工业车辆受到意外碰撞时发生倾翻，提高了工业车辆的行驶安全性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种动态稳定性控制方法，包括：

S1、获取有载车辆的目标势能，所述目标势能为有载车辆由稳定行驶状态转变至临界倾翻状态的势能变化量；

S2、根据所述目标势能控制有载车辆以安全速度行驶，以使有载车辆在以所述安全速度行驶时所具有的动能小于或等于所述目标势能。

优选的，所述S2包括：

根据所述目标势能确定速度限值，控制有载车辆以低于所述速度限值的所述安全速度行驶。

优选的，所述S2包括：

获取有载车辆的当前速度，并确定有载车辆在以当前速度行驶时所具有的当前动能；

在当前动能大于所述目标势能时控制有载车辆减速，以使当前动能小于或等于所述目标势能。

优选的，所述S2还包括：

在当前动能大于所述目标势能时发出报警信号。

优选的，所述S1包括：

获取有载车辆的组合质心的坐标，根据目标势能确定公式确定所述目标势能；其中，所述目标势能确定公式为

E_pot为所述目标势能，M_D为有载车辆的质量，g为重力加速度，A_MD为所述组合质心的横坐标，B_MD为所述组合质心的纵坐标。

优选的，所述获取有载车辆的组合质心的坐标，包括：

根据空载车辆质量、空载车辆质心、货物质量、门架起升高度、门架后倾角确定所述组合质心的横坐标和纵坐标。

优选的，确定所述组合质心的横坐标和纵坐标，包括：

根据公式

计算所述组合质心的横坐标，根据公式

计算所述组合质心的纵坐标；

其中，A_MD为所述组合质心的横坐标，B_MD为所述组合质心的纵坐标，A_MS为空载车辆的质心的横坐标，B_MS为空载车辆的质心的纵坐标，D为门架直立处于中位时离后桥中心的水平距离，C为门架位移量，H为门架起升高度，β为门架后倾角。

一种动态稳定性控制系统，包括：

感应装置，用于获取检测参数，所述检测参数包括货物质量、门架位移量、门架后倾角、门架起升高度；

PLC控制系统，用于根据所述检测参数确定目标势能，并根据所述目标势能确定安全速度，向速度控制装置发送与所述安全速度对应的行驶指令，以使有载车辆在以所述安全速度行驶时所具有的动能小于或等于所述目标势能；

所述速度控制装置，用于根据所述行驶指令控制有载车辆以所述安全速度行驶。

优选的，所述感应装置包括用于测量货物质量的侧重元件、用于测量门架位移量的第一位移编码器、用于测量门架起升高度的第二位移编码器、用于测量门架后倾角的角度电位仪。

一种工业车辆，包括上述任意一种动态稳定性控制系统。

本发明提供的动态稳定性控制方法首先确定有载车辆由稳定行驶至倾翻所需的目标势能，然后根据目标势能控制有载车辆行驶速度，并保障其行驶时所具有的动能小于目标势能。

在行驶过程中，若有载车辆的动能超过目标势能，则其受到意外碰撞会发生倾翻；若有载车辆的动能小于或等于目标势能，则其即使受到碰撞也不会发生倾翻。因此，本申请提供的动态稳定性控制方法能够避免有载车辆倾翻，实现了提高车辆行驶安全性的效果。

本申请还提供了一种动态稳定性控制系统和工业车辆，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种动态稳定性控制方法的流程图；

图2为本发明所提供的另一种动态稳定性控制方法的流程图；

图3为本发明所提供的一种动态稳定性控制系统的结构示意图；

图4为有载车辆未倾翻状态的示意图；

图5为有载车辆倾翻状态的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种车辆动态稳定性控制方法、系统及工业车辆，其能够避免工业车辆受到意外碰撞时发生倾翻，提高了工业车辆的行驶安全性。

请参考图1～5，图1为本发明所提供的一种动态稳定性控制方法的流程图；图2为本发明所提供的另一种动态稳定性控制方法的流程图；图3为本发明所提供的一种动态稳定性控制系统的结构示意图；图4为有载车辆未倾翻状态的示意图，其中右侧实线部分为门架直立状态的示意图，左侧虚线部分为处于门架后倾角β状态的示意图；图5为有载车辆倾翻状态的示意图。

本申请提供了一种动态稳定性控制方法，主要应用于工业车辆，工业车辆设置有用于提升货物的门架。为方便叙述，本申请中的有载车辆具体指装载有货物的工业车辆，空载车辆具体指未装载有货物的工业车辆。动态稳定性控制方法包括以下步骤：

步骤S1、获取有载车辆的目标势能，其中，目标势能为有载车辆由稳定行驶状态转变至临界倾翻状态的势能变化量。

步骤S2、根据目标势能控制有载车辆以安全速度行驶，以使有载车辆在以安全速度行驶时所具有的动能小于或等于目标势能。

具体的，稳定行驶状态具体指有载车辆的倾翻角度为0时的行驶状态，在不考虑路面影响的情况下，工业车辆未受到意外碰撞时均处于稳定行驶状态。

有载车辆在行驶状态下具有动能，当有载车辆在行驶过程中受到意外碰撞时，其行驶速度突然降低，动能转化为势能，此时有载车辆具有绕倾翻中心向后翻转的倾翻趋势；反之，倒车时则向前翻转。倾翻中心通常位于工业车辆的后桥中心处，经过倾翻中心且沿竖直方向延伸的直线为倾翻线，例如附图5中文字“倾翻线”左侧的直线，当有载车辆的组合质心位于倾翻中心的正上方时，即组合质心位于倾翻线时，工业车辆达到临界倾翻状态。若组合质心继续转动至倾翻线后侧，则工业车辆会发生倾翻。在翻转过程中，有载车辆的组合质心逐渐升高，并在到达倾翻线时处于最高位置，组合质心升高至最高位置所需的能量即为目标势能。

若有载车辆在发生意外碰撞前所具有的动能大于目标势能，则发生碰撞时，有载车辆必然发生倾翻。若有载车辆在发生意外碰撞前所具有的动能小于目标势能，则发生碰撞时，即使动能全部转变为势能，也不足以使组合质心升高至最高位置，即有载车辆无法翻转至临界倾翻状态，因此有载车辆不会发生倾翻。

本申请提供的动态稳定性控制方法能够实时、动态地评估工业车辆的稳定性，主动控制行驶速度，避免工业车辆超过临界倾翻点，从而避免工业车辆倾翻，使其始终处于稳定状态。

在实际控制的过程中，可以通过多种方式实现对有载车辆行驶速度的控制。例如，本申请提供的一种实施例中，步骤S2可以包括以下步骤：

步骤S21、获取有载车辆的当前速度，并确定有载车辆在以当前速度行驶时所具有的当前动能。

步骤S22、在当前动能大于目标势能时控制有载车辆减速，以使当前动能小于或等于目标势能。

具体的，当前速度可以通过转速计或编码器来测量，根据有载车辆的重量和当前速度可以计算当前动能。比较当前动能和目标势能的大小，若当前动能未达到目标势能，则无需调整工业车辆的运行参数，使其保持当前的稳定运行状态即可；如当前动能超过目标势能，则表示有载车辆受到碰撞会倾翻，因此主动降低行驶速度，并实时反馈到流程中，直至当前动能小于或等于目标势能。另外，在当前动能大于目标势能时，还可以控制报警器发出报警信息。

再例如，本申请提供的另一种实施例中，步骤S2也可以包括步骤S23：根据目标势能确定速度限值，控制有载车辆以低于速度限值的安全速度行驶。具体的，根据公式

计算速度限值，其中，E_pot为目标势能，M_D为有载车辆的质量，即空载车辆质量与货物质量的和，V_max为速度限值。在行驶过程中直接控制工业车辆以低于速度限值的安全速度行驶，达到对稳定行驶的主动控制。

值得注意的是，上述步骤S21、步骤S22、步骤S23也可以组合使用，例如，在判断出当前动能超过目标势能之后再计算速度限值，并将当前车速调整至速度限值以下。

可选的，本申请提供的一种优选实施例中，步骤S1包括：获取有载车辆的组合质心的坐标，根据公式

确定目标势能。其中，E_pot为目标势能；A_MD为组合质心的横坐标；B_MD为组合质心的纵坐标；g为重力加速度。

具体的，为了简化控制程序，可以对有载车辆倾翻过程的模型进行简化。参考图4和图5，组合质心以倾翻中心为圆心旋转，组合质心与倾翻中心的连线为y，当达到临界倾翻状态时，线段y处于竖直状态。

可选的，本申请提供的一种实施例中，获取有载车辆的组合质心的坐标的过程具体为：根据空载车辆质量、空载车辆质心、货物质量、门架起升高度、门架后倾角确定组合质心的横坐标和纵坐标。

可选的，本申请提供的一种实施例中，确定组合质心的横坐标和纵坐标的过程具体为：根据公式

计算组合质心的横坐标。根据公式

计算组合质心的纵坐标。其中，M_G为货物质量，M_S为空载车辆质量，A_MS为门架直立并退回到底状态下的空载车辆的质心的横坐标，B_MS为门架直立并退回到底状态下的空载车辆的质心的纵坐标，C为门架位移量，D为门架直立处于中位时离后桥中心的水平距离，H为门架起升高度，β为门架后倾角，A_MD为有载车辆的组合质心的横坐标，B_MD为有载车辆的组合质心的纵坐标。

参考图3，本申请还提供了一种动态稳定性控制系统，包括感应装置、PLC控制系统和速度控制装置；其中，感应装置用于获取检测参数，检测参数包括货物质量、门架位移量、门架后倾角、门架起升高度；PLC控制系统用于根据检测参数确定目标势能，并根据目标势能确定安全速度，向速度控制装置发送与安全速度对应的行驶指令，以使有载车辆在以安全速度行驶时所具有的动能小于或等于目标势能；速度控制装置，用于根据行驶指令控制有载车辆以安全速度行驶。

在工作过程中，PLC控制系统根据感应装置检测到的各个检测参数连续实时计算出有载车辆质量和有载车辆的组合质心，同时实时监测工业车辆的当前速度，并连续实时计算出当前动能。PLC控制系统实时计算出当车辆到达临界倾翻状态时的目标势能；并连续将当前动能与目标势能进行比较，以当前动能小于或等于目标势能为标准来计算速度限值，根据速度限值来指导速度控制装置工作，例如控制发动机或电动机的转速，从而控制当前速度，达到主动控制车辆动态稳定性的目的。可以理解的，速度控制装置可以配备有运行速度控制器，运行速度控制器的输入端与PLC控制系统电连接，输出端与速度控制装置电连接。

可选的，动态稳定性控制系统还可以设置报警器，并控制报警器在工业车辆处于临界倾翻状态时发出报警信号。可以理解的，报警器可以配备有报警控制器，报警控制器的输入端与PLC控制系统电连接，输出端与报警器电连接。

可选的，感应装置可以包括多个检测元件，各个检测元件分别与PLC控制系统电连接。例如，感应装置可以包括：用于测量货物质量的侧重元件，如测压元件或应变仪；用于测量门架位移量的第一位移编码器；用于测量门架起升高度的第二位移编码器；用于测量门架前后倾角的角度电位仪。

可选的，感应装置获取检测参数还可以包括有载车辆的当前速度，此时感应装置包括用于测量当前速度的测速装置，如转速计或编码器。

动态稳定性控制系统具有测量、运算、分析的多个检测元件、包含传感器输入处理单元、存储器、运算处理器、车辆控制器的PLC控制系统及执行控制器。

这些信号输入使PLC控制系统处理后输给车辆控制系统，实时分析工业车辆的组合质心、动能、临界倾翻状态的势能，并根据当前动能与势能的比较结果控制车辆的运行工作参数，如降低行驶速度。车速降低后的信号再反馈回PLC控制系统进行反复监测、评估，从而保持车辆始终处于稳定状态。

可选的，本申请提供的一种PLC控制系统的实施例中，PLC控制系统包括获取模块和控制模块。其中，获取模块用于获取有载车辆的目标势能。控制模块用于根据目标势能生成控制有载车辆以安全速度行驶的行驶指令，以使有载车辆在以安全速度行驶时所具有的动能小于或等于目标势能。

可选的，控制模块包括第一控制单元，第一控制单元用于根据目标势能确定速度限值，控制有载车辆以低于速度限值的安全速度行驶。

可选的，控制模块包括控制模块获取单元和第二控制单元。其中，控制模块获取单元用于获取有载车辆的当前速度，并确定有载车辆在以当前速度行驶时所具有的当前动能；第二控制单元用于在当前动能大于目标势能时控制有载车辆减速，以使当前动能小于或等于目标势能。

可选的，控制模块还包括报警单元，报警单元用于在当前动能大于目标势能时生产控制报警器进行报警的指令。

可选的，获取模块包括获取子模块，获取子模块用于获取有载车辆的组合质心的坐标，根据目标势能确定公式确定目标势能。

可选的，获取子模块包括获取单元，获取单元用于根据空载车辆质量、空载车辆质心、货物质量、门架起升高度、门架后倾角确定组合质心的横坐标和纵坐标。

可选的，获取单元包括获取子单元，获取子单元用于根据公式

确定组合质心的横坐标，根据公式

确定组合质心的纵坐标。

除了上述动态稳定性控制系统，本发明还提供一种包括上述动态稳定性控制系统的工业车辆，该工业车辆的行驶稳定性较高，即使受到意外碰撞也不会发生倾翻，该工业车辆的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。另外，本申请中方法部分和装置部分的实施例中，相同的科学术语代表的含义相同。

以上对本发明所提供的动态稳定性控制方法、系统及工业车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种动态稳定性控制方法，其特征在于，包括：

S1、获取有载车辆的目标势能，其中，所述目标势能为有载车辆由稳定行驶状态转变至碰撞导致的临界倾翻状态的势能变化量；

所述S1包括：

获取有载车辆的组合质心的坐标，根据目标势能确定公式确定所述目标势能；其中，所述目标势能确定公式为

E_pot为所述目标势能，M_D为有载车辆的质量，g为重力加速度，A_MD为所述组合质心的横坐标，B_MD为所述组合质心的纵坐标；

所述获取有载车辆的组合质心的坐标，包括：

根据空载车辆质量、空载车辆质心、货物质量、门架起升高度、门架后倾角确定所述组合质心的横坐标和纵坐标；

确定所述组合质心的横坐标和纵坐标，包括：

根据公式

确定所述组合质心的横坐标，根据公式

确定所述组合质心的纵坐标；

其中，A_MD为所述组合质心的横坐标，B_MD为所述组合质心的纵坐标，A_MS为空载车辆的质心的横坐标，B_MS为空载车辆的质心的纵坐标，M_S为空载车辆质量，M_G为货物质量，D为门架直立处于中位时离后桥中心的水平距离，C为门架位移量，H为门架起升高度，β为门架后倾角；

S2、根据所述目标势能控制有载车辆以安全速度行驶，以使有载车辆在以所述安全速度行驶时所具有的动能小于或等于所述目标势能；

所述S2包括：

根据所述目标势能确定速度限值，控制有载车辆以低于所述速度限值的所述安全速度行驶；

或者所述S2包括：

获取有载车辆的当前速度，并确定有载车辆在以当前速度行驶时所具有的当前动能；

在当前动能大于所述目标势能时控制有载车辆减速，以使当前动能小于或等于所述目标势能。

2.根据权利要求1所述的动态稳定性控制方法，其特征在于，所述S2 还包括：

在当前动能大于所述目标势能时发出报警信号。

3.一种动态稳定性控制系统，其特征在于，包括：

感应装置，用于获取检测参数，所述检测参数包括货物质量、门架位移量、门架后倾角、门架起升高度；

PLC控制系统，用于执行权利要求1至2任意一项所述的动态稳定性控制方法中的步骤，根据所述检测参数确定目标势能，并根据所述目标势能确定安全速度，向速度控制装置发送与所述安全速度对应的行驶指令，以使有载车辆在以所述安全速度行驶时所具有的动能小于或等于所述目标势能；其中，所述目标势能为有载车辆由稳定行驶状态转变至碰撞导致的临界倾翻状态的势能变化量；

所述速度控制装置，用于根据所述行驶指令控制有载车辆以所述安全速度行驶。

4.根据权利要求3所述的动态稳定性控制系统，其特征在于，所述感应装置包括用于测量货物质量的测 重元件、用于测量门架位移量的第一位移编码器、用于测量门架起升高度的第二位移编码器、用于测量门架后倾角的角度电位仪。

5.一种工业车辆，其特征在于，包括权利要求3或4任一项所述的动态稳定性控制系统。

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