CN111775718B - 一种电动搬运车及其电机制动停车方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动搬运车及其电机制动停车方法，通过分析电动搬运车在平地和坡路上停车时电动搬运车的状态信息，确定了电动搬运车平稳停车的启发式规则，在根据油门加速器反馈的信号确定电动搬运车操作人存在停车意图后，可以根据电动搬运车的状态信息，结合启发式规则，选择合适的制动方法，实时调节制动力矩，并且控制电磁抱闸器，使车辆能够在平地或者坡路上平稳的停车。另外，本发明所公开的电动搬运车包括：电机驱动器、电动机、电磁抱闸器和油门加速器；其中，电动机不仅提供驱动力，还提供制动停车时所需要的制动力，电机驱动器在驱动和制动状态间可无缝切换，再生制动时所回馈的能量能够为动力电池充电，从而延长车辆续航时间。

Description

一种电动搬运车及其电机制动停车方法

技术领域

本发明属于电机驱动技术领域，更具体地，涉及一种电动搬运车及其电机制动停车方法。

背景技术

近些年来电动搬运车逐渐替代了手动搬运车，出现在了物流、工厂和大型超市等场合，大大提高了货物运送的效率，节省了人力和时间。电动搬运车的驱动动力来自于电动机，一般用于该场合的电机有两类：有刷直流电机和无刷直流电机。目前有刷直流电机发展时间较长，技术成熟，市场上以有刷电机驱动的电动搬运车保有量较大；无刷直流电机处于快速发展阶段，因为其无电刷结构，寿命长，免维护等突出优点，正在逐步代替有刷电机成为主流。电动搬运车的驱动力和制动力全部由电动机提供，一般附加电磁制动器用于抱闸。用来驱动电动机的电机驱动器内置的驱动算法，尤其是停车制动算法，决定着车辆操作的灵活性，安全性和舒适性；故研究一种电动搬运车及其电机制动停车方法具有重要意义。

现有电动搬运车的停车方法不考虑坡上停车等特殊操作，甚至某些厂商为了节省开发成本，直接将用于电动自行车上的电机驱动器用于电动搬运车，该类电机驱动器一般都没有针对停车制动效果进行优化，采用了简单的自由停车或者是完全开环控制等方法，没有考虑电动搬用车负载重、使用环境复杂等特点，在上坡或者下坡时车辆会发生溜坡，严重的溜坡甚至会危及操作人员的人身安全，出现不可控的车辆移动；其次溜坡发生后在最后电磁制动器抱闸时会由于车辆还在较高速度运行而产生较大的机械冲击，产生震动和噪音，并且降低了减速箱等机械部件的使用寿命。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电动搬运车及其电机制动停车方法，其目的在于现有技术由于采用简单的自由停车或者完全开环控制方法而导致车辆在坡路上发生溜坡的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种电动搬运车的电机制动停车方法，包括以下步骤：

S1、当电机驱动器检测到油门加速器反馈的释放信号或急停信号时，判断搬运车当前的车速与预设车速之间的大小，若车速小于预设车速，则转至步骤S2；否则，转至步骤S4；

S2、设置电动机的制动方式为短接制动，并实时检测车速，判断搬运车的车速是否逐渐减小，若是，当车速减速到0时，控制电磁抱闸器执行抱闸操作，操作结束；否则，转至步骤S3；

S3、判断搬运车当前的方向为前进还是后退，若搬运车后退，则控制电磁抱闸器立即执行抱闸操作，操作结束；否则，转至步骤S4；

S4、设置电动机的制动方式为反接制动；

S5、判断是否满足搬运车当前的车速降至预设车速且电动机的电流小于预设电流阈值，若满足，则设置电动机的制动方式为短接制动，控制电磁抱闸器执行抱闸操作，操作结束；若不满足，保持电动机的制动方式为反接制动，转至步骤S5。

进一步优选地，步骤S2中，当搬运车的车速减速到0时，延迟预设时间后，控制电磁抱闸器执行抱闸操作。

进一步优选地，步骤S5中，当满足搬运车当前的车速降至预设车速且电动机的电流小于电流阈值时，设置电动机的制动方式为短接制动，延迟预设时间后，控制电磁抱闸器执行抱闸操作。

进一步地，搬运车的车速根据电动机的反电势或电动机轴上的编码器计算得到。

进一步优选地，本发明第一方面所提出的一种电动搬运车的电机制动停车方法，应用于无机械制动部件的纯机动驱动和制动的电动搬运车。

第二方面，本发明提供了一种电动搬运车，包括：电机驱动器、电动机、电磁抱闸器和油门加速器；

其中，电机驱动器的输出端分别与电动机和电磁抱闸器的输入端相连，电动机和油门加速器的输出端均与电机驱动器的输入端相连；

电机驱动器用于当检测到油门加速器反馈的释放信号或急停信号时，执行本发明第一方面所提出的电机制动停车方法。

进一步优选地，上述电磁抱闸器为失电自锁型电磁抱闸器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明提出了一种电动搬运车的电机制动停车方法，通过分析电动搬运车在平地和坡路上停车时电动搬运车的状态信息，确定了电动搬运车平稳停车的启发式规则，在根据油门加速器反馈的信号确定电动搬运车操作人存在停车意图后，可以根据电动搬运车的状态信息，结合启发式规则，选择合适的制动方法，实时调节制动力矩，并且控制电磁抱闸器，使车辆能够在平地或者坡路上平稳的停车。

2、本发明所提出的电动搬运车的电机制动停车方法，操作人员仅使用油门就可以控制车辆的停止，操作简单，停车效率较高。

3、本发明所提出的电动搬运车的电机制动停车方法，电磁抱闸器总是在车辆完全停止后再动作，减少了抱闸器的磨损，延长了其使用寿命。

4、本发明所提出的电动搬运车的电机制动停车方法，通过实时动态的调节制动力矩，使得动搬运车在停车过程中加速度不会有突变，减弱了车辆机械冲击，能够实现平稳停车。

5、本发明所提出的电动搬运车的电机制动停车方法，无需增加额外的硬件成本，所依赖的关键信息都能很容易的获取到，例如车辆速度和油门状态本身就在被电机驱动器实时监测中。

6、本发明提出了一种电动搬运车，在确定了电动搬运车操作人存在停车意图后，可以根据电动搬运车的状态信息，选择合适的制动方法，实时调节制动力矩，并且控制电磁抱闸器，使车辆能够在平地或者坡路上平稳的停车。

7、本发明所提供的一种电动搬运车，其电动机不仅提供驱动力，还提供制动停车时所需要的制动力，电机驱动器在驱动和制动状态间可无缝切换，再生制动时所回馈的能量能够为动力电池充电，从而延长车辆续航时间。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的一种电动搬运车的电机制动停车方法流程图；

图2是本发明实施例2提供的电动搬运车结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1、

一种电动搬运车的电机制动停车方法，应用于无机械制动部件的纯机动驱动和制动的电动搬运车，该类车辆的特点是额定驱动功率在1000W以内，载重2吨以内。普通的电动自行车电动机只提供驱动力，制动刹车由机械部分完成，并且制动刹车有明确的刹车信号输入。而对于只有油门加速器而没有制动踏板的电动搬运车，加减速与停车全部是通过油门加速器实现的，用户操作油门加速器来实现对车辆的操控。所以在不考虑其他功能的情况下(例如急停)，油门加速器是电动搬运车唯一的输入信号。由于没有直接的制动停车信号的输入，因此需要电机驱动器根据当前的油门加速器反馈的信号和车辆状态，控制电动机的制动方式和电磁抱闸器快速准确的动作；其中，电动机的制动方式包括：短接制动、反接制动和回馈制动。

具体的，上述电动搬运车的电机制动停车方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、当电机驱动器检测到油门加速器反馈的释放信号或急停信号时，判断搬运车当前的车速与预设车速之间的大小，若车速小于预设车速，则转至步骤S2；否则，转至步骤S4；其中，预设车速可在车辆空载最高车速的5％～15％之间选取；本实施例中，车辆空载最高车速为5Km/h，取车辆空载最高车速的10％作为预设车速，即为0.5Km/h。

具体的，当电机驱动器检测到油门加速器反馈的释放信号或急停信号时，说明电动搬运车操作人员有停车意图，此时电动机的制动方式为回馈制动；回馈制动是当驱动器输出电压小于当前电机反电势时，电机反电势在PWM调制作用下会升高到高于电池电压，从而产生可以回馈到电池中的电流的制动方式，相当于将车辆的动能转化为电能，再转化为化学能储存在电池内。在电机驱动器检测到油门加速器反馈的释放信号或急停信号之前，车辆处于高速运行状态，具有较大的动能，此时回馈制动可以提供足够的制动力。但是，当电动搬运车操作人员开始停车时，随着车辆速度的降低、动能的减小，如果仍要维持较大的制动力，必须依靠其他制动方式，例如反接制动，通过消耗电池能量来提供足够的制动力。

进一步地，上述搬运车的车速可以根据电动机的反电势或电动机轴上的编码器计算得到。

S2、设置电动机的制动方式为短接制动，并实时检测车速，判断搬运车的车速是否逐渐减小，若是，当车速减速到0时，控制电磁抱闸器执行抱闸操作，操作结束；否则，转至步骤S3；

具体的，由于当前车速小于预设车速，说明此时电动搬运车的速度已经接近于零速，为了能够尽量平稳的使电动搬运车停止，设置电动机的制动方式为短接制动，车辆在回馈制动一定时间后进入短接制动模式。短接制动是一种直接将电机绕组短接的制动方式，短接后绕组内产生的短路电流产生制动力矩；该制动方式可以将车辆动能以热量形式消耗在电机绕组中，以耗能制动方式停车，不消耗电池能量，由于短接制动情况下制动力始终和运动方向相反，不会产生由于制动力过大而反向运动的情况，可以使电动搬运车平稳的停车。但是由于过高的反电势直接短接后会产生过大的短路电流，从而烧毁驱动器或者电动机，所以短接制动不能在高速时使用，本发明仅在车速接近零速时，才会将电动机的制动方式设置为短接制动，在保障安全的同时，实现平稳停车。

优选地，当搬运车的车速减速到0时，可以延迟预设时间后，控制电磁抱闸器执行抱闸操作，以避免电磁抱闸器频繁动作。电动搬运车是属于频繁启停的车辆类型，这里的延迟预设时间抱闸是为了降低电磁抱闸器的动作频率，因为实际使用场景中往往是停车后0.5秒～2秒时间内车辆又会再次启动。有了该延迟抱闸机制后，能够避免电磁抱闸器频繁动作，延长其使用寿命。本实施例中，预设时间取值为0.8秒，且该预设时间一般可在0.5秒～2秒之间根据操作者需求进行调整。

S3、判断搬运车当前的方向为前进还是后退，若搬运车后退，则控制电磁抱闸器立即执行抱闸操作，操作结束；否则，转至步骤S4；

具体的，由于当搬运车上坡停车时，在最后的停车阶段，坡上搬运车在重力的拖动下有下溜趋势，此时短接制动力并不能够完全抵抗车辆重力，可能会使车辆后退，故若电机驱动器检测到该状态后应立即抱闸停车。

S4、设置电动机的制动方式为反接制动；

具体的，反接制动是当电机驱动器输出电压与电动机反电势方向相反时，电机驱动器输出的电压与电动机自身反电势一起作用产生制动电流的制动方式。该制动方式会消耗电池能量，适用于车辆自身动能无法提供足够的制动力的场景，比如车辆下坡在制动末期，车辆处于低速状态，必须反向施加电压以提供足够的制动力矩。当搬运车的车速大于等于预设车速时，说明此时搬运车的车速较高，单纯的依靠短接制动可能无法保证安全停车距离，故需要提供更大的制动力矩，将电动机的制动方式设置为反接制动。而当电动机的制动方式处于短接制动下，但是搬运车的车速并未逐渐减小，并且搬运车还在前进，则说明搬运车是在下坡停车过程中，平行于坡面向下的重力分量使车辆加速，故需要提供更大的制动力矩，同样将电动机的制动方式设置为反接制动。

S5、判断是否满足搬运车当前的车速降至预设车速且电动机的电流小于预设电流阈值，若满足，则设置电动机的制动方式为短接制动，控制电磁抱闸器执行抱闸操作，操作结束；若不满足，保持电动机的制动方式为反接制动，转至步骤S5。其中，这里的预设车速同步骤S1中的预设车速，这里不做赘述。进一步地，预设电流阈值可在电机驱动器输出最大电流的10％～30％之间选取，本实施例中电机驱动器输出最大电流为90A，这里取电机驱动器输出最大电流的20％为预设电流阈值，即18A。

具体的，反接制动能够为在坡上的搬运车的重力分量提供足够的制动力，以抵消该重力分量，防止溜坡，但是由于反接制动可能会导致由于制动力过大而反向运动的情况，为了避免该情况的发生，还必须考虑搬运车在平地运行时或者在小坡度坡上运行时的场景，持续过大的反向制动力可能会使车辆的运行方向发生改变，所以本发明将是否满足搬运车当前的车速降至预设车速且电动机的电流小于预设电流阈值作为反接制动的撤销条件，当搬运车当前的车速降至预设车速且电动机的电流小于预设电流阈值时，说明车辆在制动力作用下逐渐减速，其中，电流阈值限制条件主要是为了区分搬运车在坡上和平地两种不同场合下所需要的制动力，两种场合所需要的制动力不同。例如在平地上施加反接制动后，电动机的电流产生的制动力加上摩擦力的合力使车辆能够快速减速，电动机的电流也会相应快速减小；但是如果是在下坡情况下施加反接制动，电动机的电流产生的制动力加上摩擦力后还需要减去车辆重力分量才产生减速合力，与在平地时相比，速度减小的幅度较小，搬运车减速较慢，大电流制动维持的时间也会相应的加长。该撤销条件能够保证在坡上减速到足够低的速度而又不至于在平地条件下反向运行，通过在合适的时间撤销反接制动，能够使车辆平稳停止。

优选地，当满足搬运车当前的车速降至预设车速且电动机的电流小于电流阈值时，设置电动机的制动方式为短接制动，延迟预设时间后，控制电磁抱闸器执行抱闸操作，以避免电磁抱闸器频繁动作。这里延迟的预设时间同步骤S2中的预设时间，这里不做赘述。

本发明所提出的电动搬运车的电机制动停车方法，根据电动搬运车操作人的操作意图和车辆本身状态，选择合适的制动方法，实时调节制动力矩，并且控制电磁抱闸器，使车辆能够在平地或者坡路上平稳停车。

实施例2、

一种电动搬运车，如图2所示，包括：电机驱动器、电动机、电磁抱闸器和油门加速器；

其中，电机驱动器通过电气连接控制电动机和电磁抱闸器，具体的，电机驱动器的输出端分别与电动机和电磁抱闸器的输入端相连，电动机和油门加速器的输出端均与电机驱动器的输入端相连；

电机驱动器用于当检测到油门加速器反馈的释放信号或急停信号时，执行本发明实施例1提出的电机制动停车方法，具体方案同实施例1，这里不再赘述。

具体的，本实施例中，电机驱动器安装在电动搬运车固定位置，该位置一般是具有一定防水防尘及散热良好的特点，其额定电压通常在DC48V以内，本质上是带有控制接口及功率变换电路的集成电路板，内部由单片机、MOSFET开关器件、开关电源等电子器件组成。电动机优选为直流有刷电动机和直流无刷电动机，一般直接与齿轮减速箱构成驱动轮总成，其额定功率为750W～1000W，额定转速范围在2500RPM～3500RPM，为电动搬运车提供行走动力。电磁抱闸器优选为失电自锁型电磁抱闸器，安装在电动机输出轴上，在掉电或者驻车情况下锁死驱动轮，防止车辆发生不可控的移动。当车辆需要移动时，电机驱动器会对其施加一定的电压，释放电磁抱闸器，以使车辆能够在电动机驱动下移动或者推行。油门加速器为根据用户操作输出0-5V电压模拟量的输入装置，用于以模拟量和方向信号的形式为电动驱动器提供速度指令，控制整车前进、后退和停止。

本发明所提出的电动搬运车与普通的电动自行车最大的不同在于，普通的电动自行车的电动机只提供驱动力，制动刹车由机械部分完成，并且制动刹车有明确的刹车信号输入。而本发明所提出的电动搬运车的电动机不仅提供驱动力，还提供制动停车时所需要的制动力，电机驱动器在驱动和制动状态间可无缝切换，再生制动时所回馈的能量能够为动力电池充电，从而延长车辆续航时间。另外，本发明所提出的电动搬运车在确定了电动搬运车操作人存在停车意图后，可以根据电动搬运车的状态信息，选择合适的制动方法，实时调节制动力矩，并且控制电磁抱闸器，使车辆能够在平地或者坡路上平稳停车。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电动搬运车的电机制动停车方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、当电机驱动器检测到油门加速器反馈的释放信号或急停信号时，判断搬运车当前的车速与预设车速之间的大小，若车速小于预设车速，则转至步骤S2；否则，转至步骤S4；

S2、设置电动机的制动方式为短接制动，并实时检测车速，判断搬运车的车速是否逐渐减小，若是，当车速减速到0时，控制电磁抱闸器执行抱闸操作，操作结束；否则，转至步骤S3；

S3、判断搬运车当前的方向为前进还是后退，若搬运车后退，则控制电磁抱闸器立即执行抱闸操作，操作结束；否则，转至步骤S4；

S4、设置电动机的制动方式为反接制动；

S5、判断是否满足搬运车当前的车速降至预设车速且电动机的电流小于预设电流阈值，若满足，则设置电动机的制动方式为短接制动，控制电磁抱闸器执行抱闸操作，操作结束；若不满足，保持电动机的制动方式为反接制动，转至步骤S5。

2.根据权利要求1所述的电动搬运车的电机制动停车方法，其特征在于，所述步骤S2中，当搬运车的车速减速到0时，延迟预设时间后，控制电磁抱闸器执行抱闸操作。

3.根据权利要求1所述的电动搬运车的电机制动停车方法，其特征在于，所述步骤S5中，当满足搬运车当前的车速降至预设车速且电动机的电流小于电流阈值时，设置电动机的制动方式为短接制动，延迟预设时间后，控制电磁抱闸器执行抱闸操作。

4.根据权利要求1所述的电动搬运车的电机制动停车方法，其特征在于，搬运车的车速根据电动机的反电势或电动机轴上的编码器计算得到。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的电动搬运车的电机制动停车方法，其特征在于，应用于无机械制动部件的纯机动驱动和制动的电动搬运车。

6.一种电动搬运车，其特征在于，包括：电机驱动器、电动机、电磁抱闸器和油门加速器；

所述电机驱动器的输出端分别与所述电动机和电磁抱闸器的输入端相连，所述电动机和油门加速器的输出端均与所述电机驱动器的输入端相连；

所述电机驱动器用于执行权利要求1-5任意一项所述的电机制动停车方法。

7.根据权利要求6所述的电动搬运车，其特征在于，所述电磁抱闸器为失电自锁型电磁抱闸器。

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