CN110979181B - 一种电动叉车安全保护控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种电动叉车安全保护控制系统，可解决叉车在倒车过程中由于存在盲区容易发生危险的技术问题。在现有叉车电控系统的基础上增加安全激光扫描器，转角电位器，启动继电器，互锁继电器，报警继电器，减速继电器，制动继电器及安全报警提示电路，此系统可实现车辆行走在不同状态下对安全激光扫描器的关闭与开启进行控制，当车辆直线倒车行驶和较小角度(0‑45°)转弯时，能够实现对车辆后面感应距离内的障碍物进行分段保护，其中车轮垂直向前方向时为0°。本发明通过智能化检测障碍距离和智能化实现保护措施，在感应到障碍物时能有效进行整车自动预警、整车自动降速和整车自动停止；能够给车辆后面的障碍物提供安全保护，让叉车倒车时具备自动防撞系统，提升了叉车使用的安全性。

Description

一种电动叉车安全保护控制系统

技术领域

本发明涉及叉车电气控制技术领域，具体涉及一种电动叉车安全保护控制系统。

背景技术

电动平衡重叉车现在被广泛用于各种制造及物流运输企业单位，随着市场经济的不断增长，电动叉车的需求量越来越大，叉车的种类也越来越多，功能也越来越齐全，自动化程度也越来越高。从内燃叉车到电动叉车，从三轮托盘车到四轮平衡重叉车，从传统手动叉车到AGV智能叉车，客户对叉车的各项智能化需求也越来越多，其中最重要的就是安全性能的需求，对于我们平时正常使用的叉车在倒车时只能凭借驾驶员的观察力来辨别障碍物的远近，以此来调整行驶的速度和行驶的角度，因为叉车是一个利用前轮为支点，通过后配重和门架系统作为杠杆两端的重物以此实现平衡，但由于叉车上配重的影响，驾驶员在倒车时存在一定的盲区，比如后方存在一个比较矮的障碍物就无法观察到，这时容易发生危险。现在设计的一种电动叉车安全保护控制系统，可以实现倒车时障碍物的提前预警，并在安全距离内自动减速，保护区域内自动停止的功能，这样能防止对障碍物的损害，尤其对车辆后面人的保护，防止因为驾驶员的疏忽和盲区的影响而导致事故。

发明内容

本发明提出的一种电动叉车安全保护控制系统，可解决叉车在实际运行中由于存在盲区容易发生危险的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种电动叉车安全保护控制系统，基于电动叉车的电源、行走控制器、泵控制器、安全检测控制电路及预警电路；

所述行走控制电路中包括行走控制器、行走电机、主接触器、钥匙开关、制动开关、前进后退开关；

所述泵控制电路中包括泵控制器、泵电机、起升倾斜开关；

所述行走控制器上还设置启动继电器、减速继电器及制动继电器；

所述泵控制器上还设置互锁继电器和转角电位器；

所述安全检测控制电路中包括48/24V DC-DC转换器、第四电阻、安全激光扫描器；

所述预警电路包括报警继电器、安全报警器；

其中，

所述安全激光扫描器的电源输入端与DCDC转换器的输出端通过第四电阻相连，所述安全激光扫描器的控制端与启动继电器的两个触点相连，所述安全激光扫描器的检测功能的关断控制端端与互锁继电器的四个触点分别相连，所述安全激光扫描器的输出端口分别与报警继电器线圈、减速继电器线圈、制动器线圈相连；

所述预警电路中的报警继电器触点分别第四电阻的输出端和安全报警器的输入端相连。

进一步的，所述电源的正极通过第一电阻接入48/24V DC-DC转换器的正极输入端，通过第二电阻与钥匙开关的输入端相连，钥匙开关的输出端接入DC-DC转换器的控制端，DC-DC转换器的两个接地端分别接入电源的负极端。

进一步的，所述48/24V DC-DC转换器的输出端与第四电阻的输入端相连，第四电阻的输出端通过连接线分别与互锁继电器常开和常闭触点、启动继电器触点、报警继电器触点的输入端相连，互锁继电器常开和常闭触点、启动继电器触点的输出端分别与安全激光扫描器的8A1、8A7、8A9引脚相连，连接线通过报警继电器与安全报警器的输入端相连，安全报警器的输出端和安全激光扫描器的负极最后分别接入电源的负极，其中安全激光扫描器的输出端分别通过报警继电器线圈、减速继电器线圈、制动继电器线圈接入电源的负极。

进一步的，所述电源的输出端分别与第一电阻、第二电阻、第三电阻的输入端相连，主接触器的输入端与第三电阻的输出端相连，主接触器的输出端分别与行走控制器和泵控制器的电源端相连，钥匙开关的输入端与第二电阻的输出端相连，钥匙开关的输出端分别与行走控制器、泵控制器和48/24VDCDC转换器的控制端相连，具体为钥匙开关的输出端与前进后退开关的输入端相连，钥匙开关与起升倾斜开关的输入端相连；

所述48/24VDCDC转换器的电源端输入端与第一电阻的输出端相连。

进一步的，所述行走控制器分别与前进后退开关的输出端相连，与制动开关、加速器、主接触器、启动继电器和减速继电器的输入端相连，并且制动开关、加速器、主接触器和启动继电器接地端与行走控制器的-BATT端相连，减速继电器触点的输入和输出端口分别与行走控制器相连，行走控制器通过三相电UVW对行走电机进行供电，通过编码器进行信号传递；

所述行走控制器的CAN-H、CAN-L与泵控制器CAN-H、CAN-L相连接，所述行走控制器、泵控制器和安全激光扫描器的负极端与整车电源负极端相连。

进一步的，钥匙开关的输出端和后退开关的输入端通过制动继电器相连，行走控制器分别与启动继电器线圈和减速继电器触点相连，其中减速继电器的电源端与互锁继电器的输入端连接。

进一步的，所述泵控制器分别与起升倾斜开关的输出端相连，互锁继电器输入端与钥匙开关的输出端相连，互锁继电器的输出端与泵控制器相连，转角电位器的电源端、B-、输出端分别与泵控制器相连，泵控制器通过三相电UVW对泵电机进行供电，通过编码器进行信号传递；

泵控制器上连有转角电位器，与泵控制器输入端与减速继电器之间通过互锁继电器线圈连接。

由上述技术方案可知，本发明的电动叉车安全保护控制系统在现有电控系统的基础上，在不破坏整车正常功能的前提下通过增加安全激光扫描器，转角电位器，启动继电器，互锁继电器，报警继电器，减速继电器，制动继电器及安全报警提示电路，实现在不同的整车行走工作状态下对安全激光扫描器功能的关闭与开启。当车辆前进方向行驶时安全激光扫描器处于关闭状态，当车辆直线倒车行驶和较小角度(0-±45°)转弯时自动开启安全激光扫描器功能，并且能够实现对车辆后面在感应距离内的障碍物进行保护，其中较小角度(0-±45°)的判断是通过转角电位器的输出电压值检测。当障碍物进入2m安全保护区域时进行提示预警，并在1-2m距离区域内持续报警；当障碍物进入1m安全保护区域时进行自动减速，安全报警器持续报警，此时倒车行驶最大速度降为3km/h，并且在0.2-1m距离区域内保持此速度，；当障碍物距离0.2m位置时实现整车倒车功能自动停止，安全报警器也停止报警，停止之后将不能倒车，驾驶员可通过把方向开关推到前进方向上进行向前行驶工作，此时自动关闭安全保护系统。

本发明相对于现有技术的有益效果在于：

1、本发明能够实现自主开启和关闭安全保护控制装置，能根据客户的需求设定减速速度，根据车辆自身横向轴距的长短设定扇形识别区域的角度。

2、本发明能实现倒车时障碍物的提前预警，在安全距离内自动减速，在保护区域内自动停止的功能，安全检测距离可以根据客户的需要进行设定，这种安全保护控制系统能防止对车后障碍物的损害，尤其对车辆后面人的保护，防止因为驾驶员的疏忽和盲区的影响而导致事故。

3、让叉车倒车时具备了一种自动防撞系统，提升了叉车使用的安全性。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

1-电源，1-1-第一电阻，1-2-第二电阻，1-3-钥匙开关，1-4-第三电阻，1-5-主接触器触点，1-6-连接线，2-48/24V DC-DC转换器，2-1-第四电阻，2-2-连接线，2.3-报警继电器触点，2-4-安全报警器，2-5-启动继电器触点，2-6-互锁继电器常开和常闭触点，3-安全激光扫描器，3-1-报警继电器线圈，3-2-减速继电器线圈，3-3-制动继电器线圈，4-行走控制器，4-1-前进方向开关，4-2-后退方向开关，4-3-制动继电器常闭触点，4-4-制动开关，4-5-加速器，4-6-主接触器线圈，4-7-启动继电器线圈，5-减速继电器，5-1-行走电机，5-2-速度编码器1，5-3-通信线CAN-L，5-4-通信线CAN-H，5-5-连接线，6-泵控制器，6-1-起升开关，6-2-倾斜开关，6-3-转角电位器，6-4-互锁继电器线圈，6-5-泵电机，6-6-速度编码器2，7-连接线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，一种电动叉车安全保护控制系统，包括：电源1(在实际应用中可以是叉车整车的蓄电池)、行走和起升控制电路、安全保护控制电路以及预警电路。

具体的一种电动叉车安全保护控制系统电路进一步包括：电源1、第一电阻1-1、第二电阻1-2、钥匙开关1-3、48/24V DC-DC2、第四电阻2-1、连接线2-2、报警继电器触点2-3、安全报警器2-4、启动继电器触点2-5、互锁继电器常开和常闭触点2-6、安全激光扫描器3、报警继电器线圈3-1、减速继电器线圈3-2、制动继电器线圈3-3、连接线7。

电源1的正极通过第一电阻1-1接入48V-24V DC-DC转换器2的正极输入端，通过第二电阻1-2与钥匙开关1-3的输入端相连，钥匙开关1-3的输出端接入48V-24V DC-DC转换器2的控制端，48V-24V DC-DC转换器2的两个接地端分别接入电源1的负极端。48V-24V DC-DC转换器2的24V电源正极与第四电阻2-1的输入端相连，第四电阻2-1的输出端通过连接线2-2分别与互锁继电器常开和常闭触点2-6、启动继电器触点2-5、报警继电器触点2-3的输入端相连，互锁继电器常开和常闭触点2-6、启动继电器触点2-5的输出端分别与安全激光扫描器3的8A7、8A9、8A16引脚相连，连接线2-2通过报警继电器2-3与安全报警器2-4的输入端相连，安全报警器2-4的输出端和安全激光扫描器3的负极最后分别接入电源1的负极,其中安全激光扫描器3的输出端分别通过报警继电器线圈3-1、减速继电器线圈3-2、制动继电器线圈3-3接入电源1的负极。

具体一种电动叉车安全保护控制系统进一步包括：行走控制器4和与其相连的主接触器1-5、连接线1-6、前进方向开关4-1、后退方向开关4-2、制动继电器触点4-3、制动开关4-4、加速器4-5、主接触器线圈4-6、启动继电器线圈4-7、连接线4-8、减速继电器触点5、行走电机5-1和速度编码器一5-2。泵控制器6和与其相连的起升开关6-1、倾斜开关6-2、转角电位器6-3、互锁继电器线圈6-4、泵电机6-5和速度编码器二6-6，其中互锁继电器线圈6-4与减速继电器触点5通过连接线5-5连接。

其中行走控制器的CAN-H、CAN-L与泵控制器CAN-H、CAN-L分别通过连接线5-3和连接线5-4相连。

在本实施例中，第一电阻1-1、第二电阻1-2、第三电阻1-4、钥匙开关1-3、行走控制器4、主接触器1-5、前进方向开关4-1、后退方向开关4-2、制动开关4-4、加速器4-5、主接触器线圈4-6、连接线4-8、行走电机5-1和速度编码器一5-2、泵控制器6、起升开关6-1、倾斜开关6-2、泵电机6-5和速度编码器二6-6、48V-24V DC-DC转换器2均是电动叉车中自带的现有设备。

举例说明，行走控制器4是48V/450A的交流控制器用于控制叉车行走电机5-1的工作，泵控制器6是48V/400A交流控制器用于控制叉车泵电机6-5的工作，其型号均为ACE2系列控制器。DC-DC转换器2电压等级为48V-24V。其中安全激光扫描器选用规格为24V，型号为S30B-3011CA的安全激光扫描器；所述K1、K2、K4、K5继电器规格为24V，型号为HFV4/024-1Z6SGR1；所述K3继电器规格为48V，型号为855AP-1B-C-48V；转角电位器规格为5KΩ。

本发明的具体工作原理和工作流程如下：本发明是通过以下技术方案实现的，安全激光扫描器3是一种光学传感器，它用红外激光射线来二维式扫描其检测区域，是按照光行时间测量原理来工作，它发出很短的光脉冲(发送脉冲)，与此同时一个“电子秒表”开始计时，如果光线遇到障碍物，将被反射回来并被安全激光扫描器3接受(接受脉冲)，它通过发送和接受时间点之间的时间间隔来计算与障碍物的距离，安全激光扫描器3中有一面匀速旋转的镜子，它使光脉冲偏转，这样光脉冲就可以分散在我们需要的扇形区域中，我们设定的角度为145度扇形区域，实际此款叉车的横向轴距为1.2m，安全激光扫描器3的感应距离为2m，通过三角形边与角的关系可算出扇形区域的角度为72.5*2度，由此可以识别在145°(±72.5°)以内的扇形保护区域中的物体，其分散的角度可根据我们的实际需求设定。

前进操作时的工作原理：

车辆在前进方向行驶时前进方向开关4-2接通1A4引脚，但不能触发1A10输出高电平，启动继电器线圈4-7无法得电，启动继电器常开触点2-5无法闭合，所以安全激光扫描器3处于关闭状态。

直线倒车操作时的工作原理：

当车辆直线倒车行驶时，此时转角为0°，后退方向开关4-2接通1A5引脚，此时触发1A10引脚，启动继电器线圈4-7得电，启动继电器常开触点2-5闭合，自动开启安全激光扫描器3功能，当车辆倒车过程中障碍物进入2m安全保护区域时，安全激光扫描器3的8A3引脚输出高电平，触发报警继电器线圈3-1得电，报警继电器常开触点2-3闭合，安全报警器2-4工作进行提示预警，并在1-2m距离区域内持续报警；当障碍物进入1m安全保护区域时，安全激光扫描器3的8A3和8A4引脚同时输出高电平，报警继电器线圈3-1和减速继电器线圈3-2得电，报警继电器触点2-3和减速继电器的常开触点5闭合，安全报警器2-4持续报警且行走控制器4的1A7引脚输入24V高电平，此时倒车行驶最大速度降为3km/h，此速度可根据需求设定，并且在0.2-1m距离区域内持续保持此速度；当障碍物距离0.2m位置时，安全激光扫描器3的8A14引脚输出高电平，制动继电器线圈3-3得电，制动继电器的常闭触点4-3断开，此时后退方向信号无输入，实现整车倒车功能自动停止。同时安全激光扫描器3的8A3和8A4引脚高电平失效，K1和K2继电器触点恢复断开状态，减速功能自动消失，安全报警器停止工作。

当较小角度(0-±45°)倒车操作时的工作原理：

当车辆进行较小角度(0-±45°)转弯时安全激光扫描器3功能也是正常开启的，其中车轮垂直向前方向时为0°，其功能和工作状态与车辆直线倒车行驶时保持一样，即当车辆倒车过程中，障碍物进入2m安全保护区域时进行提示预警，并在1-2m距离区域内持续报警；当障碍物进入1m安全保护区域时进行自动减速并且安全报警器2-4持续报警，此时倒车行驶最大速度降为3km/h，在0.2-1m距离区域内保持此速度；当障碍物距离0.2m位置时实现整车倒车功能自动停止，安全报警器也停止报警，停止之后将不能倒车。

当大角度(45-±90°)倒车操作时的工作原理：

当车辆进行大角度(45-±90°)转弯时自动关闭安全激光扫描器3，转向轮最大角度只能达到±90°，防止整车已按大角度(45-±90°)转弯，但转弯空间过小而触发安全保护装置停止下来不能转弯的现状。实际车轮偏转角度可通过转角电位器6-3的输出电压信号来反馈，转向轮居中时其转角电位器的输出值为2.5V(中位)，因转角电位器6-3的输出信号与转向角度是成线性关系，转向轮从居中状态0°向左转或右转至90°垂直状态时其对应电位器的输出值分别为关系为2.5-0V和2.5-5V。当车辆进行大角度(45-±90°)左右倒车转弯时对应的输出电压范围为分别是0-1.25V和3.75-5V，此时泵控制器6的3A7引脚从高电平变成低电平，互锁继电器线圈6-4得电，互锁继电器常闭触点2-6变成常开，常开触点2-6变成闭合，此时安全激光扫描器3不进行激光发射，将不进行距离检测，也没有信号输出，直到恢复转向轮角度小于45°，此时转角电位器6-3反馈的电压信号在1.25-3.75V之间时，泵控制器6的3A7引脚恢复高电平，互锁继电器线圈6-4失电，互锁继电器触点2-6恢复原状态，安全激光扫描器3的8A7引脚恢复高电平输入信号，安全保护系统恢复正常工作。

由上可知，本发明实施例能够实现自动开启和关闭安全保护控制装置，可以根据实际环境的需求和车辆类型设置扇形检测角度，安全检测距离可以根据客户的需要进行设定，并且可以根据需求设置多个距离警告区域，安全保护区域能根据客户的需求设定减速速度。本发明实施例能实现倒车时障碍物的提前预警，在安全距离内自动减速，在保护区域内自动停止的功能，这种安全保护控制系统能防止对车后障碍物的损害，尤其对车辆后面人的保护，防止因为驾驶员的疏忽和盲区的影响而导致事故。此安全保护控制系统让叉车倒车时具备了一种自动防撞系统，提升了叉车使用的安全性。本发明实施例能够广泛用于24V电压等级的平衡重叉车电气系统中，在使用中更安全。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种电动叉车安全保护控制系统，基于电动叉车的电源、行走控制器、泵控制器、安全检测控制电路及预警电路；所述行走控制电路中包括行走控制器、行走电机、主接触器、钥匙开关、制动开关、前进方向开关、后退方向开关；所述泵控制电路中包括泵控制器、泵电机、起升倾斜开关；其特征在于：所述行走控制器上还设置启动继电器、减速继电器及制动继电器；所述泵控制器上还设置互锁继电器和转角电位器；所述安全检测控制电路中包括DC-DC转换器、第四电阻、安全激光扫描器；所述预警电路包括报警继电器、安全报警器；

其中，

所述安全激光扫描器的电源输入端与DC-DC转换器的输出端通过第四电阻相连，第四电阻的输出端通过连接线分别与互锁继电器常开和常闭触点、启动继电器触点、报警继电器触点的输入端相连，互锁继电器常开和常闭触点、启动继电器触点的输出端分别与安全激光扫描器的8A1、8A7、8A9引脚相连，连接线通过报警继电器与安全报警器的输入端相连，安全报警器的输出端和安全激光扫描器的负极最后分别接入电源的负极；所述安全激光扫描器的控制端与启动继电器的两个触点相连，所述安全激光扫描器的检测功能的关断控制端与互锁继电器的四个触点分别相连，所述安全激光扫描器的输出端口分别与报警继电器线圈、减速继电器线圈、制动器线圈相连；

所述预警电路中的报警继电器触点分别第四电阻的输出端和安全报警器的输入端相连；

所述电源的输出端分别与第一电阻、第二电阻、第三电阻的输入端相连，主接触器的输入端与第三电阻的输出端相连，主接触器的输出端分别与行走控制器和泵控制器的电源端相连，钥匙开关的输入端与第二电阻的输出端相连，钥匙开关的输出端分别与行走控制器、泵控制器和 DC-DC转换器的控制端相连，具体为钥匙开关的输出端分别与前进方向开关、后退方向开关的输入端相连，钥匙开关与起升倾斜开关的输入端相连；

所述行走控制器分别与前进方向开关、后退方向开关的输出端相连，与制动开关、加速器、主接触器、启动继电器和减速继电器的输入端相连，并且制动开关、加速器、主接触器和启动继电器接地端与行走控制器的-BATT端相连，减速继电器触点的输入和输出端口分别与行走控制器相连，行走控制器通过三相电UVW对行走电机进行供电，通过编码器进行信号传递；

钥匙开关的输出端和后退方向开关的输入端通过制动继电器相连，行走控制器分别与启动继电器线圈和减速继电器触点相连，其中减速继电器的电源端与互锁继电器的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的电动叉车安全保护控制系统，其特征在于：所述电源的正极通过第一电阻接入DC-DC转换器的正极输入端，通过第二电阻与钥匙开关的输入端相连，钥匙开关的输出端接入 DC-DC转换器的控制端，DC-DC转换器的两个接地端分别接入电源的负极端。

3.根据权利要求2所述的电动叉车安全保护控制系统，其特征在于：所述DC-DC转换器的输出端与第四电阻的输入端相连，其中安全激光扫描器的输出端分别通过报警继电器线圈、减速继电器线圈、制动继电器线圈接入电源的负极。

4.根据权利要求1所述的电动叉车安全保护控制系统，其特征在于：所述DC-DC转换器的电源端输入端与第一电阻的输出端相连。

5.根据权利要求1所述的电动叉车安全保护控制系统，其特征在于：所述行走控制器的CAN-H、CAN-L与泵控制器CAN-H、CAN-L相连接，所述行走控制器、泵控制器和安全激光扫描器的负极端与整车电源负极端相连。

6.根据权利要求1所述的电动叉车安全保护控制系统，其特征在于：所述泵控制器分别与起升倾斜开关的输出端相连，互锁继电器输入端与钥匙开关的输出端相连，互锁继电器的输出端与泵控制器相连，转角电位器的电源端、B-、输出端分别与泵控制器相连，泵控制器通过三相电UVW对泵电机进行供电，通过编码器进行信号传递。

7.根据权利要求1所述的电动叉车安全保护控制系统，其特征在于：所述安全激光扫描器选用规格为24V，型号为S30B-3011CA的安全激光扫描器；所述报警继电器、减速继电器、启动继电器、互锁继电器规格为24V，型号为HFV4/024-1Z6SGR1；

所述制动继电器规格为48V，型号为855AP-1B-C-48V；

所述转角电位器规格为5KΩ。