CN204161445U - 一种闭环控制的交流前移式电动叉车转向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种闭环控制的交流前移式电动叉车的转向系统，包括牵引信号处理单元、步进电机和转角位置传感器，所述步进电机和转角位置传感器的输出端均与转向信号处理单元连接，所述转向信号处理单元的输出端通过CAN控制器与转向电机控制器连接，所述转向电机控制器驱动转向交流电机转动，转向交流电机来控制转向轮的速度；所述转向交流电机上安装有速度传感器，所述速度传感器的输出端与转向电机控制器连接，所述CAN控制器和所述牵引信号处理单元连接。转向信号处理单元同时接收步进电机和速度传感器、转角位置传感器的反馈信号后，控制转向交流电机的运转速度，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能及系统控制的精准度。

Description

一种闭环控制的交流前移式电动叉车转向系统

技术领域

本实用新型涉及叉车技术领域，具体涉及一种闭环控制的交流前移式电动叉车的转向系统。

背景技术

转向系统是叉车的一个重要的组成部分。目前国内前移式电动叉车的转向系统普遍采用传统的液压助力转向装置或开环电转向装置。其中液压助力转向装置是通过泵电机带动转向油泵驱动转向轮转动，但这种液压助力转向装置需要持续的能量消耗，存在助力特性调整范围小、能效低、维修不便等缺点。而开环电转向装置是采用转向伺服电机作为驱动执行机构，此类开环电转向装置中执行电机不能根据输出结果自动调节转速，存在控制精度不高使车辆行驶的平顺性相对较差的缺点。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种闭环控制的交流前移式电动叉车的转向系统，实现车辆灵活转向和精确控制的目的。

本实用新型的技术方案是：一种闭环控制的交流前移式电动叉车的转向系统，包括叉车的牵引信号处理单元、设于方向盘转向手柄上的步进电机和安装于齿轮减速箱输出轴上的转角位置传感器，所述步进电机和转角位置传感器的输出端均与转向信号处理单元连接，所述转向信号处理单元的输出端通过CAN控制器与转向电机控制器连接，所述转向电机控制器驱动转向交流电机转动，转向交流电机与叉车的转向轮连接来控制转向轮的速度；所述转向交流电机上安装有检测其速度的速度传感器，所述速度传感器的输出端与所述转向电机控制器连接，所述CAN控制器和所述牵引信号处理单元连接。

进一步，所述转向交流电机上安装有检测其温度的温度传感器，所述温度传感器的输出端与所述转向电机控制器连接。

进一步，还包括仪表显示模块，所述CAN控制器通过屏蔽线分别与仪表显示模块、转向信号处理单元、转向电机控制器、牵引信号处理单元连接。

进一步，所述转向信号处理单元的PMC和NMC端口之间串连有接触器的线圈，所述接触器的触点依次通过第一保险丝、紧急断电开关和蓄电池串连，所述仪表显示模块、转向信号处理单元、转向电机控制器、牵引信号处理单元并联在所述蓄电池两端。

本实用新型中牵引信号处理单元和仪表显示模块是叉车中现有的电子设备，转向信号处理单元、转向电机控制器均为采用现有的控制器来直接应用，不涉及对其本身的原理、方法的改进。本实用新型仅涉及它们之间电路及信号的连接关系。

CAN控制器是CAN局域网控制器的简称，为解决现代汽车中众多测量控制部件之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线，其可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，实现了实时控制。

本系统是基于CAN总线通讯，采用交流电机控制技术，通过转向信号处理单元采集车辆的转角位置信号及转向轮转动的速度和方向信号从而控制转向电机的转速和方向，实现车辆灵活转向和精确控制的目的。

其工作机理为：当驾驶员转动方向盘发出操作指令后，连接在转向手柄上的步进电机将转角信号转换成电信号传送到转向信号处理单元中，通过CAN控制器将信号发送给转向交流电机，转向交流电机接到指令后通过齿轮减速箱带动转向轮运转，同时带动速度传感器运转，由连接在齿轮减速箱输出轴的转角位置传感器检测出转向轮的位置信息。速度传感器与转角位置传感器的信号通过转向电机控制器经CAN控制器输入转向信号处理单元，再根据两者的反馈信号对电动机进行闭环控制。转向信号处理单元通过分析转角位置传感器及速度传感器的采样数据，使车辆在接近转向终端位置时使转向速度呈线性降低，同时车辆行进的速度的速度也随转向角度的增大而线性减少。仪表显示模块通过CAN总线的通讯信息实时显示轮向轮的位置。

本实用新型有以下显著优势：

1、本系统的闭环控制增强了转向跟随性和控制的精准度。转向信号处理单元同时接收步进电机输入的主令信号和速度传感器、转角位置传感器的反馈信号后，控制转向交流电机的运转速度，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能及系统控制的精准度。

2、实现转向轮终端限速的功能。转向信号处理单元通过收集速度传感器和转角位置传感器反馈信息，在转向轮到达转向极限前一定角度按设定的比例自动降低转向电机的运转转速。

3、弯道减速功能增强了车辆运行的平顺性。CAN控制器实时传输叉车的转向信息给牵引信号处理单元进行处理，牵引信号处理单元根据车辆转向的角度和速度来调节其行驶速度。

4、转向轮角度实时显示增强的操作指导性。通过CAN控制器可在仪表显示模块的界面时实显示转向轮的转向角度。

5、安全可靠。该系统采用CAN控制器的总线通讯，电转向装置还设置了安全保护措施和故障自诊断功能。当转向系统发生故障时，系统通会切断牵引系统的运作。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型原理示意图；

图2为本实用新型的电路结构示意图；

图中：1-蓄电池，2-仪表显示模块，3-转向信号处理单元，4-转向电机控制器，5-转向交流电机，6-牵引信号处理单元，7-步进电机，8-转角位置传感器，9-速度传感器，10-温度传感器，11-CAN控制器，12-钥匙开关，13-紧急断电开关，14-第一保险丝，15-1接触器的触点，15-2接触器的线圈，16-第二保险丝。

具体实施方式

如图1、2所示，一种闭环控制的交流前移式电动叉车的转向系统，包括叉车的牵引信号处理单元6、设于方向盘转向手柄上的步进电机7和安装于齿轮减速箱输出轴上的转角位置传感器8，所述步进电机7和转角位置传感器8的输出端均与转向信号处理单元3连接，所述转向信号处理单元3的输出端通过CAN控制器11与转向电机控制器4连接，所述转向电机控制器4驱动转向交流电机5转动，转向交流电机5与叉车的转向轮连接来控制转向轮的速度；所述转向交流电机5上安装有检测其速度的速度传感器9和温度传感器10，所述速度传感器9、温度传感器10的输出端与转向电机控制器4连接，所述CAN控制器11和所述牵引信号处理单元6连接。CAN控制器11通过屏蔽线分别与仪表显示模块2、转向信号处理单元3、转向电机控制器4、牵引信号处理单元6连接，蓄电池1的正极电源分别连接仪表显示模块2、转向信号处理单元3、转向电机控制器4及牵引信号处理单元6的芯片电源端口KS3、KS2、KS1、KS4。蓄电池1的负极电源分别连接仪表显示模块2、转向信号处理单元3、转向电机控制器4、牵引信号处理单元6及CAN控制器11的芯片电源端口GND5、GND4、GND7、GND6。

进一步，所述转向信号处理单元3的PMC和NMC端口之间串连有接触器的线圈，所述接触器的触点依次通过第一保险丝14、紧急断电开关13和蓄电池1串连，所述仪表显示模块2、转向信号处理单元3、转向电机控制器4、牵引信号处理单元6并联在所述蓄电池1两端。

如图2所示，步进电机7的输出信号分别接在转向信号处理单元3的  DL、QL、GND2、GND3端口，转角位置传感器8的输出信号接在转向信号处理单元3的CPOT端口，转角位置传感器8的正负电源分别由转向信号处理单元3的PPOT端口及   NPOT端口提供。接触器的线圈15-2的正负控制电源分别由转向信号处理单元3的PMC端口及NMC端口提供。速度传感器9及温度传感器10的输出信号分别与转向电机控制器4的ENCA、ENCB、GND1、+12V、PT、NT控制端口相连。CAN控制器11通过屏蔽线分别与转向信号处理单元3、转向电机控制器4、牵引信号处理单元6、仪表显示模块2的对应端口相连。

 蓄电池1为电源，当紧急断电开关13和钥匙开关12接通后，经第二保险丝16使仪表显示模块2、转向信号处理单元3、转向电机控制器4、牵引信号处理单元6上电，系统自检后，接触器的线圈15-2得电，其触点15-1吸合，则主电路电源经紧急断电开关13、第一保险丝14、触点15-1后将电源接至转向电机控制器4的功率单元上。

即当驾驶员转动方向盘发出操作指令后，连接在转向手柄上的步进电机7的将转角信号转换成电信号（作为主令信号）传送到转向信号处理单元3中，转向信号处理单元3的指令通过CAN 控制器11输入到转向电机控制器4中，转向电机控制器4驱动转向交流电机5运转，带动安装在其上的速度传感器9运转，并将转向交流电机5的转速和电流通过CAN 控制器11反馈到转向信号处理单元3中，同时连接在齿轮减速箱的输出轴的转角位置传感器8将检测到的转向轮位置信息反馈到转向信号处理单元3中，而转向电机控制器4根据速度传感器9和转角位置传感器8的反馈信号对转向交流电机5进行闭环控制，即通过分析转角位置输感器8的输入信息来判定车辆的转向角度，通过采集速度传感器9的输入信号来确定车辆的转动速度，在车辆接近转向角度终端位置时，转向电机控制器4控制转向交流电机5的转速，使车辆在接进转向终端位置时转动速度呈线性降低，同时牵引信号处理单元6通过CAN 控制器11采集车辆运行的角度信息后对车辆行进的速度进行控制，车辆行进的速度也随转向角度的增大也线性减少。

以上实施例并非仅限于本实用新型的保护范围，所有基于本实用新型的基本思想而进行修改或变动的都属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种闭环控制的交流前移式电动叉车的转向系统，包括叉车的牵引信号处理单元（6）、设于方向盘转向手柄上的步进电机（7）和安装于齿轮减速箱输出轴上的转角位置传感器（8），其特征在于：所述步进电机（7）和转角位置传感器（8）的输出端均与转向信号处理单元（3）连接，所述转向信号处理单元（3）的输出端通过CAN控制器（11）与转向电机控制器（4）连接，所述转向电机控制器（4）驱动转向交流电机（5）转动，转向交流电机（5）与叉车的转向轮连接来控制转向轮的速度；所述转向交流电机（5）上安装有检测其速度的速度传感器（9），所述速度传感器（9）的输出端与所述转向电机控制器（4）连接，所述CAN控制器（11）和所述牵引信号处理单元（6）连接。

2.根据权利要求1所述的闭环控制的交流前移式电动叉车的转向系统，其特征在于：所述转向交流电机（5）上安装有检测其温度的温度传感器（10），所述温度传感器（10）的输出端与所述转向电机控制器（4）连接。

3.根据权利要求1所述的闭环控制的交流前移式电动叉车的转向系统，其特征在于：还包括仪表显示模块（2），所述CAN控制器（11）通过屏蔽线分别与仪表显示模块（2）、转向信号处理单元（3）、转向电机控制器（4）、牵引信号处理单元（6）连接。

4.根据权利要求3所述的闭环控制的交流前移式电动叉车的转向系统，其特征在于：所述转向信号处理单元（3）的PMC和NMC端口之间串连有接触器的线圈，所述接触器的触点依次通过第一保险丝（14）、紧急断电开关（13）和蓄电池（1）串连，所述仪表显示模块（2）、转向信号处理单元（3）、转向电机控制器（4）、牵引信号处理单元（6）并联在所述蓄电池（1）两端。