站駕前移式電動叉車制動系統(tǒng)控制研究

盛華健 陳遠龍 張克軍 林華

摘要：針對2.5噸站駕前移式電動叉車的制動系統(tǒng)進行研究，提出在左、右承載輪上增加電磁制動系統(tǒng)的制動方式，并分別給出行車制動系統(tǒng)和駐車系統(tǒng)控制策略，隨后在試驗樣機中進行搭載測試。試驗結(jié)果表明，采用此控制策略能有效縮短叉車的制動距離，且司機的主觀感受穩(wěn)定性有所提升。

關(guān)鍵詞：電動叉車;站駕前移式;制動系統(tǒng);控制策略

0? 引言

站駕前移式電動叉車的制動系統(tǒng)通常都是依靠駐車制動器限制驅(qū)動齒輪箱輸入軸轉(zhuǎn)動達到抱死驅(qū)動輪的目的，在高位作業(yè)時，由于驅(qū)動輪和叉車底盤之間的齒輪箱齒輪間存在嚙合間隙，導(dǎo)致叉車底盤出現(xiàn)前后晃動的現(xiàn)象;其次由于站駕前移式電動叉車右側(cè)為駕駛室空間，單個驅(qū)動輪只能偏置安裝在左側(cè)位置，當(dāng)觸發(fā)行車制動請求時，驅(qū)動輪立即處于制動狀態(tài)，其余承載輪均無制動，容易出現(xiàn)制動距離較長的危險情況，給叉車司機帶來不好的操作體驗。

宋世欣[1]等提出適用于電動汽車的機電復(fù)合制動控制策略，仿真后得到接近于理想的制動力分配曲線，分析了系統(tǒng)的制動效果。宮喚春[2]基于MATLAB/Simulink軟件優(yōu)化了汽車再生制動控制策略，通過采用不同的智能控制方式來滿足了制動需求。

本文針對站駕前移式電動叉車的制動距離長、高位作業(yè)穩(wěn)定性差的問題，提出在承載輪上增加電磁制動系統(tǒng)，并對其控制策略進行研究，并在試驗樣機上完成制動距離測試，同時邀請叉車司機對高位作業(yè)穩(wěn)定性的主觀感受進行評分。

1? 站駕前移式電動叉車基本結(jié)構(gòu)

1.1 整車結(jié)構(gòu)

站駕前移式電動叉車具有兩條前伸的支腿且位置較高，作業(yè)時門架支座帶動起重系統(tǒng)沿著支腿內(nèi)側(cè)的軌道前后移動，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，極大地節(jié)省作業(yè)空間[3，4]。根據(jù)整車結(jié)構(gòu)特點對制動系統(tǒng)中相關(guān)部件位置進行布局，如圖1所示。

1.2 制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對站駕前移式電動叉車的制動系統(tǒng)相關(guān)問題，提出在現(xiàn)有電機再生制動基礎(chǔ)上增加前輪電磁制動器后形成的一種新型制動方式，并分別給出行車制動系統(tǒng)和駐車系統(tǒng)控制策略。制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示，左承載輪上的編碼器檢測車輪速度，當(dāng)給出制動信號后，控制器控制電機和電磁制動器轉(zhuǎn)為制動模式，實現(xiàn)整車制動。

2? 制動系統(tǒng)控制策略

2.1 行車制動系統(tǒng)控制策略

提出承載輪與牽引電機共同制動的控制思路，用于解決叉車制動距離長的問題[5]，行車制動系統(tǒng)流程圖如圖3。

叉車在行駛過程中可以通過釋放拇指開關(guān)或者釋放制動踏板來觸發(fā)制動信號，控制器14檢測到前進開關(guān)7輸出信號C2=1或后退開關(guān)8輸出信號C1=1或制動開關(guān)輸出信號C4=0，且電位器6輸出的電壓信號C3變化趨于2.5V，表明發(fā)出行車制動請求;控制器14控制牽引電機17處于再生制動狀態(tài)，電機的制動力矩隨著轉(zhuǎn)速減小而增大，同時控制器14向承載輪電磁制動器1和21發(fā)出制動信號，根據(jù)電機轉(zhuǎn)速施加不同的制動力矩，與牽引電機協(xié)同作業(yè)實現(xiàn)整車的共同制動，有效縮短制動距離。

2.2 駐車制動系統(tǒng)控制策略

此控制策略旨在提高站駕式前移電動叉車高位作業(yè)穩(wěn)定性[6]，結(jié)合圖4對駐車制動系統(tǒng)控制策略思想進行敘述。

控制器14通過電機編碼器20檢測到牽引電機16的轉(zhuǎn)速為0，且油泵控制器13檢測到液壓閥桿開關(guān)輸出信號C5、C6、C7和C8這四個信號不全為0，表明起重系統(tǒng)需要工作;當(dāng)滿足以上兩個條件成立后，控制器14切除駐車制動器16電源，抱死驅(qū)動輪19，同時控制器14給右承載輪制動器1和左承載輪制動器21通入恒定電流，實現(xiàn)承載輪制動，保證叉車底盤制動穩(wěn)定可靠。

3? 制動控制試驗

3.1 制動距離測試方案

在站駕前移式電動叉車試驗樣機上連接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。分別測試在搭載行車制動系統(tǒng)控制策略空載全速、不搭載行車制動系統(tǒng)控制策略空載全速、搭載行車制動系統(tǒng)控制策略滿載全速和不搭載行車制動系統(tǒng)控制策略滿載全速共四種不同工況下的制動距離試驗數(shù)據(jù)并對其分析。

3.2 行車制動測試

樣機的空載最高設(shè)計速度為11.5km/h、滿載最高設(shè)計速度為10km/h、額定載荷為2500kg，在上節(jié)描述的四種不同工況下進行制動距離測試，處理后得到制動距離數(shù)據(jù)。

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

3.3 駐車制動測試

邀請3名駕駛經(jīng)驗豐富的叉車司機對試驗樣機的高位作業(yè)穩(wěn)定性進行主觀評價，根據(jù)表2的評價標準進行打分。

根據(jù)上述試驗進行評分，數(shù)據(jù)如表3。

搭載駐車制動系統(tǒng)控制策略的高位作業(yè)穩(wěn)定性平均分為8.7，叉車司機一致認為對此車型的高位作業(yè)穩(wěn)定性提升明顯。

4? 結(jié)論

通過以上分析研究得到如下結(jié)論：

①結(jié)合站駕前移式電動叉車的制動距離長、高位作業(yè)穩(wěn)定性差的問題，提出在承載輪上增加電磁制動器的制動方式，針對此種制動方式分別給出行車制動系統(tǒng)和駐車制動系統(tǒng)控制策略。

②針對行車制動系統(tǒng)控制策略進行研究，對制動距離進行測試，結(jié)果表明此控制策略有效縮短了叉車的制動距離。

③針對駐車制動系統(tǒng)控制策略進行分析，給出高位作業(yè)穩(wěn)定性主觀評價標準，結(jié)果表明整車高位作業(yè)穩(wěn)定性提升明顯。

參考文獻：

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

[2]宮喚春.基于MATLAB/Simulink的電動汽車再生制動仿真[J].汽車工程師，2019.

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

[4]包劍南.站駕前移式電動叉車設(shè)計與研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2016.

[5]張克軍，白迎春，高新穎，盛華健.站駕式前移電動叉車行車制動系統(tǒng)及控制方法：中國，109910848A[P].2019-06-21.

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