站駕前移式電動(dòng)叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制研究

盛華健 陳遠(yuǎn)龍 張克軍 林華

摘要：針對(duì)2.5噸站駕前移式電動(dòng)叉車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究，提出在左、右承載輪上增加電磁制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)方式，并分別給出行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)和駐車(chē)系統(tǒng)控制策略，隨后在試驗(yàn)樣機(jī)中進(jìn)行搭載測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用此控制策略能有效縮短叉車(chē)的制動(dòng)距離，且司機(jī)的主觀感受穩(wěn)定性有所提升。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)叉車(chē);站駕前移式;制動(dòng)系統(tǒng);控制策略

0? 引言

站駕前移式電動(dòng)叉車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)通常都是依靠駐車(chē)制動(dòng)器限制驅(qū)動(dòng)齒輪箱輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到抱死驅(qū)動(dòng)輪的目的，在高位作業(yè)時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)輪和叉車(chē)底盤(pán)之間的齒輪箱齒輪間存在嚙合間隙，導(dǎo)致叉車(chē)底盤(pán)出現(xiàn)前后晃動(dòng)的現(xiàn)象;其次由于站駕前移式電動(dòng)叉車(chē)右側(cè)為駕駛室空間，單個(gè)驅(qū)動(dòng)輪只能偏置安裝在左側(cè)位置，當(dāng)觸發(fā)行車(chē)制動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪立即處于制動(dòng)狀態(tài)，其余承載輪均無(wú)制動(dòng)，容易出現(xiàn)制動(dòng)距離較長(zhǎng)的危險(xiǎn)情況，給叉車(chē)司機(jī)帶來(lái)不好的操作體驗(yàn)。

宋世欣[1]等提出適用于電動(dòng)汽車(chē)的機(jī)電復(fù)合制動(dòng)控制策略，仿真后得到接近于理想的制動(dòng)力分配曲線(xiàn)，分析了系統(tǒng)的制動(dòng)效果。宮喚春[2]基于MATLAB/Simulink軟件優(yōu)化了汽車(chē)再生制動(dòng)控制策略，通過(guò)采用不同的智能控制方式來(lái)滿(mǎn)足了制動(dòng)需求。

本文針對(duì)站駕前移式電動(dòng)叉車(chē)的制動(dòng)距離長(zhǎng)、高位作業(yè)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，提出在承載輪上增加電磁制動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)其控制策略進(jìn)行研究，并在試驗(yàn)樣機(jī)上完成制動(dòng)距離測(cè)試，同時(shí)邀請(qǐng)叉車(chē)司機(jī)對(duì)高位作業(yè)穩(wěn)定性的主觀感受進(jìn)行評(píng)分。

1? 站駕前移式電動(dòng)叉車(chē)基本結(jié)構(gòu)

1.1 整車(chē)結(jié)構(gòu)

站駕前移式電動(dòng)叉車(chē)具有兩條前伸的支腿且位置較高，作業(yè)時(shí)門(mén)架支座帶動(dòng)起重系統(tǒng)沿著支腿內(nèi)側(cè)的軌道前后移動(dòng)，等待叉取貨物后將其提升至稍高于支腿的的高度再向后移動(dòng)，極大地節(jié)省作業(yè)空間[3，4]。根據(jù)整車(chē)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)中相關(guān)部件位置進(jìn)行布局，如圖1所示。

1.2 制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)站駕前移式電動(dòng)叉車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題，提出在現(xiàn)有電機(jī)再生制動(dòng)基礎(chǔ)上增加前輪電磁制動(dòng)器后形成的一種新型制動(dòng)方式，并分別給出行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)和駐車(chē)系統(tǒng)控制策略。制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，左承載輪上的編碼器檢測(cè)車(chē)輪速度，當(dāng)給出制動(dòng)信號(hào)后，控制器控制電機(jī)和電磁制動(dòng)器轉(zhuǎn)為制動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)整車(chē)制動(dòng)。

2? 制動(dòng)系統(tǒng)控制策略

2.1 行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制策略

提出承載輪與牽引電機(jī)共同制動(dòng)的控制思路，用于解決叉車(chē)制動(dòng)距離長(zhǎng)的問(wèn)題[5]，行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)流程圖如圖3。

叉車(chē)在行駛過(guò)程中可以通過(guò)釋放拇指開(kāi)關(guān)或者釋放制動(dòng)踏板來(lái)觸發(fā)制動(dòng)信號(hào)，控制器14檢測(cè)到前進(jìn)開(kāi)關(guān)7輸出信號(hào)C2=1或后退開(kāi)關(guān)8輸出信號(hào)C1=1或制動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)C4=0，且電位器6輸出的電壓信號(hào)C3變化趨于2.5V，表明發(fā)出行車(chē)制動(dòng)請(qǐng)求;控制器14控制牽引電機(jī)17處于再生制動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)的制動(dòng)力矩隨著轉(zhuǎn)速減小而增大，同時(shí)控制器14向承載輪電磁制動(dòng)器1和21發(fā)出制動(dòng)信號(hào)，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速施加不同的制動(dòng)力矩，與牽引電機(jī)協(xié)同作業(yè)實(shí)現(xiàn)整車(chē)的共同制動(dòng)，有效縮短制動(dòng)距離。

2.2 駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制策略

此控制策略旨在提高站駕式前移電動(dòng)叉車(chē)高位作業(yè)穩(wěn)定性[6]，結(jié)合圖4對(duì)駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制策略思想進(jìn)行敘述。

控制器14通過(guò)電機(jī)編碼器20檢測(cè)到牽引電機(jī)16的轉(zhuǎn)速為0，且油泵控制器13檢測(cè)到液壓閥桿開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)C5、C6、C7和C8這四個(gè)信號(hào)不全為0，表明起重系統(tǒng)需要工作;當(dāng)滿(mǎn)足以上兩個(gè)條件成立后，控制器14切除駐車(chē)制動(dòng)器16電源，抱死驅(qū)動(dòng)輪19，同時(shí)控制器14給右承載輪制動(dòng)器1和左承載輪制動(dòng)器21通入恒定電流，實(shí)現(xiàn)承載輪制動(dòng)，保證叉車(chē)底盤(pán)制動(dòng)穩(wěn)定可靠。

3? 制動(dòng)控制試驗(yàn)

3.1 制動(dòng)距離測(cè)試方案

在站駕前移式電動(dòng)叉車(chē)試驗(yàn)樣機(jī)上連接VBOX、電功率儀、工業(yè)顯示屏等設(shè)備，設(shè)備連接如圖5所示。分別測(cè)試在搭載行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制策略空載全速、不搭載行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制策略空載全速、搭載行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制策略滿(mǎn)載全速和不搭載行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制策略滿(mǎn)載全速共四種不同工況下的制動(dòng)距離試驗(yàn)數(shù)據(jù)并對(duì)其分析。

3.2 行車(chē)制動(dòng)測(cè)試

樣機(jī)的空載最高設(shè)計(jì)速度為11.5km/h、滿(mǎn)載最高設(shè)計(jì)速度為10km/h、額定載荷為2500kg，在上節(jié)描述的四種不同工況下進(jìn)行制動(dòng)距離測(cè)試，處理后得到制動(dòng)距離數(shù)據(jù)。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：在空載或滿(mǎn)載（搭載控制策略）工況下比空載或滿(mǎn)載（不搭載控制策略）工況下的制動(dòng)距離分別減少約1.3m、1.6m，因此行車(chē)制動(dòng)控制策略能夠有效縮短制動(dòng)距離。

3.3 駐車(chē)制動(dòng)測(cè)試

邀請(qǐng)3名駕駛經(jīng)驗(yàn)豐富的叉車(chē)司機(jī)對(duì)試驗(yàn)樣機(jī)的高位作業(yè)穩(wěn)定性進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，根據(jù)表2的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分。

根據(jù)上述試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)分，數(shù)據(jù)如表3。

搭載駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制策略的高位作業(yè)穩(wěn)定性平均分為8.7，叉車(chē)司機(jī)一致認(rèn)為對(duì)此車(chē)型的高位作業(yè)穩(wěn)定性提升明顯。

4? 結(jié)論

通過(guò)以上分析研究得到如下結(jié)論：

①結(jié)合站駕前移式電動(dòng)叉車(chē)的制動(dòng)距離長(zhǎng)、高位作業(yè)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，提出在承載輪上增加電磁制動(dòng)器的制動(dòng)方式，針對(duì)此種制動(dòng)方式分別給出行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)和駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制策略。

②針對(duì)行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制策略進(jìn)行研究，對(duì)制動(dòng)距離進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明此控制策略有效縮短了叉車(chē)的制動(dòng)距離。

③針對(duì)駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)控制策略進(jìn)行分析，給出高位作業(yè)穩(wěn)定性主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果表明整車(chē)高位作業(yè)穩(wěn)定性提升明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋世欣，王慶年，王達(dá).電動(dòng)輪汽車(chē)再生制動(dòng)系統(tǒng)控制策略[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2014.

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[3]黃帥，唐希雯，謝海，何龍，夏光.基于ADAMS與Simulink的平衡重式叉車(chē)側(cè)傾分級(jí)控制聯(lián)合仿真[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018.

[4]包劍南.站駕前移式電動(dòng)叉車(chē)設(shè)計(jì)與研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2016.

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[6]張克軍，白迎春，高新穎，盛華健.站駕式前移電動(dòng)叉車(chē)駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)及控制方法：中國(guó)，110002369A[P].2019-07-12.