CN104670321A - 电动叉车以及用于电动叉车的转向控制*** - Google Patents

电动叉车以及用于电动叉车的转向控制*** Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于电动叉车的转向控制***，其包括：直流无刷电机；方向盘编码器，用于检测电动叉车的方向盘的转速信号和方向信号；功率驱动器，与直流无刷电机相连，用于驱动直流无刷电机；采样器，与直流无刷电机相连，用于采集直流无刷电机的工作状态以生成采样信号；控制器，与方向盘编码器、功率驱动器和采样器分别相连，用于根据方向盘的转速信号和方向信号、采样信号以及预设控制策略生成脉冲宽度调制PWM控制信号，并将其发送至功率驱动器以通过功率驱动器控制直流无刷电机。因此，该转向控制***能够实时响应电动叉车的转向要求，保证方向盘转动的手感，并且减少电动叉车的功耗，节省维修成本。本发明还提出一种电动叉车。

Description

电动叉车以及用于电动叉车的转向控制***
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种用于电动叉车的转向控制***以及一种具有该转向控制***的电动叉车。
背景技术
目前，电动叉车的电动助力转向***中主要是采用有刷直流电机，但是，电动叉车的电动助力转向***采用有刷直流电机时，会大大增加维护成本，并且效率较低。
相关技术中，也有将直流无刷电机应用在电动叉车上，电动助力转向***采用直流无刷电机时，一般需要采用怠速控制，从而在电动叉车转向时不能实现实时响应，并且很难满足电动叉车大功率要求。因此，现有的电动叉车的电动助力转向***需要进行改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。
为此，本发明的一个目的在于提出一种用于电动叉车的转向控制***，该用于电动叉车的转向控制***能够实时响应电动叉车的转向要求，减少了电动叉车的功耗，提高了转向的效率，节省了维修成本。
本发明的另一个目的在于提出一种电动叉车。
为了实现上述目的，本发明一方面实施例提出的一种用于电动叉车的转向控制***，包括：直流无刷电机；方向盘编码器，所述方向盘编码器用于检测所述电动叉车的方向盘的转速信号和方向信号；功率驱动器，所述功率驱动器与所述直流无刷电机相连，所述功率驱动器用于驱动所述直流无刷电机；采样器，所述采样器与所述直流无刷电机相连，所述采样器采集所述直流无刷电机的工作状态以生成采样信号；控制器，所述控制器与所述方向盘编码器、所述功率驱动器和所述采样器分别相连，所述控制器根据所述方向盘的转速信号和方向信号、所述采样信号以及预设的控制策略生成脉冲宽度调制PWM控制信号，并将所述PWM控制信号发送至所述功率驱动器以通过所述功率驱动器控制所述直流无刷电机。
根据本发明实施例提出的用于电动叉车的转向控制***，通过方向盘编码器检测电动叉车的方向盘的转速信号和方向信号，并通过采样器采集直流无刷电机的工作状态以生成采样信号，同时，控制器根据方向盘的转速信号和方向信号、采样信号以及预设的控制策略生成脉冲宽度调制PWM控制信号，并将PWM控制信号发送至功率驱动器以通过功率驱动器控制直流无刷电机。这样，该用于电动叉车的转向控制***能够实时响应电动叉车的转向要求，保证方向盘转动的手感，并且减少了电动叉车的功耗，提高了转向的效率，减少了维修成本。
在本发明的一个实施例中，所述预设控制策略具体包括：当所述控制器根据所述方向盘的转速信号和方向信号、所述采样信号判断所述方向盘转动时，控制所述直流无刷电机启动；如果所述直流无刷电机的启动时间小于第一预设阈值，则控制所述直流无刷电机以第一加速度运行；如果所述直流无刷电机的启动时间大于所述第一预设阈值且小于所述第二预设阈值，则控制所述直流无刷电机以第二加速度运行，其中，所述第二加速度小于所述第一加速度；如果所述控制器判断所述方向盘还处于运转状态，且所述直流无刷电机的启动时间大于所述第二预设阈值且小于所述第三预设阈值，则控制所述直流无刷电机以第三加速度运行，其中，所述第三加速度小于所述第一加速度且所述第三加速度大于所述第二加速度。这样，采用分段速度上升策略来缓解硬件驱动压力，从而实现零速启动，并且所述时间阈值为毫秒级，保证了方向盘转动的手感。
优选地，所述的用于电动叉车的转向控制***还包括：CAN通信接口，所述控制器通过所述CAN通信接口与整车控制器相互通信。
优选地，所述的用于电动叉车的转向控制***还包括：通用异步收发传输器UART接口，所述控制器通过所述UART接口与上位机相互通信。
这样，该用于电动叉车的转向控制***可以实现人机交互。
优选地，所述的用于电动叉车的转向控制***还包括：记忆模块，所述记忆模块用于记录所述控制器的运行状态。
优选地，所述的用于电动叉车的转向控制***还包括：保护模块，所述保护模块用于对所述转向控制***进行过压和/或过流保护。
在一个优选实施例中，所述功率驱动器包括第一相驱动单元、第二相驱动单元和第三相驱动单元，所述第一相驱动单元、第二相驱动单元和第三相驱动单元均包含N级驱动器，其中，所述N为正整数。这样使得功率驱动器能够承受由于采用实时响应的方式而瞬间增大的驱动电流，进而实现实时响应。
为了实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种电动叉车，包括所述的用于电动叉车的转向控制***。
根据本发明实施例提出的电动叉车能够实时响应电动叉车的转向要求，保证方向盘转动的手感，并且减少了电动叉车的功耗，提高了转向的效率，减少了维修成本。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，
图1为根据本发明一个实施例的用于电动叉车的转向控制***的方框示意图；
图2为根据本发明一个实施例的用于电动叉车的转向控制***中预设控制策略的工作示意图；
图3为根据本发明另一个实施例的用于电动叉车的转向控制***的结构示意图；
图4为根据本发明一个具体实施例的用于电动叉车的转向控制***中功率驱动器的第一相驱动单元的电路原理图；以及
图5为根据本发明实施例的电动叉车的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
下面结合说明书附图详细说明本发明实施例的用于电动叉车的转向控制***以及具有该转向控制***的电动叉车。
图1为根据本发明一个实施例的用于电动叉车的转向控制***的方框示意图。如图1所示，该用于电动叉车的转向控制***包括：直流无刷电机1、方向盘编码器2、功率驱动器3、采样器4和控制器5。其中，方向盘编码器2用于检测电动叉车的方向盘的转速信号和方向信号。功率驱动器3与直流无刷电机1相连，功率驱动器3用于驱动直流无刷电机1；采样器4与直流无刷电机1相连，采样器4采集直流无刷电机1的工作状态以生成采样信号。
如图1所示，控制器5与方向盘编码器2、功率驱动器3和采样器4分别相连，控制器5根据方向盘的转速信号和方向信号、采样信号以及预设的控制策略生成脉冲宽度调制PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）控制信号，并将PWM控制信号发送至功率驱动器3以通过功率驱动器3控制直流无刷电机1。
具体而言，方向盘编码器2将检测的电动叉车的方向盘的转速信号和方向信号发送给控制器5例如MCU（Micro Control Unit，微控制单元）处理，MCU根据方向盘编码器2的信号启动直流无刷电机1，并产生成脉冲宽度调制PWM控制信号以通过功率驱动器3驱动直流无刷电机1运行。另外，通过将采样器4采集的采样信号反馈给MCU，MCU根据预设的控制策略生成相应的PWM控制信号以便调节直流无刷电机1的上升速度。
其中，如图2所示，预设控制策略具体包括：当控制器5根据方向盘的转速信号和方向信号、采样信号判断方向盘转动时，控制直流无刷电机1，如果直流无刷电机1的启动时间小于第一预设阈值t1例如t1可以为1，则控制直流无刷电机1以第一加速度a1运行；如果直流无刷电机1的启动时间大于第一预设阈值t1例如1且小于第二预设阈值t2例如t2可以为6，则控制直流无刷电机1以第二加速度a2运行，其中，第二加速度a2小于第一加速度a1；如果控制器5判断方向盘还处于运转状态，且直流无刷电机1的启动时间大于第二预设阈值t2例如t2可以为6且小于第三预设阈值t3例如t3可以为7，则控制直流无刷电机1以第三加速度a3运行，其中，第三加速度a3小于第一加速度a1且第三加速度a3大于第二加速度a2。
当然，设置的速度等级也可以为三个以上，而不仅限于三个。
因此可以看出，本发明的预设控制策略存在多种变通，上述例子仅是优选实施例，不对本发明构成限制，基于本发明的预设控制策略的思想的修改都应该在本发明的保护范围之内。
这样，采用分段速度上升策略来缓解硬件驱动压力，即设置多个等级，控制器5根据采样器4反馈的速度控制直流无刷电机1的速度的提升，从而，实现了零速启动，保证了方向盘转动的手感。
在本发明是另一个实施例中，如图3所示，上述的用于电动叉车的转向控制***还可以包括：CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）通信接口6。其中，控制器5通过CAN通信接口6与整车控制器相互通信，优选地，CAN通信接口6与控制器5的CANH端和CANL端相连。
如图3所示，上述的用于电动叉车的转向控制***还可以包括：通用异步收发传输器UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接口7。其中，控制器5通过UART接口7与上位机相互通信，优选地，UART接口7与控制器5的RX端和TX端相连。
这样，该用于电动叉车的转向控制***可以实现人机交互。
如图3所示，上述的用于电动叉车的转向控制***还可以包括：记忆模块8。其中，记忆模块8用于记录控制器5的运行状态。
如图3所示，上述的用于电动叉车的转向控制***还可以包括：保护模块9。其中，保护模块9用于对转向控制***进行过压和/或过流保护。
另外，上述的用于电动叉车的转向控制***还可以包括：电源模块。其中，电源模块用于将电压进行降压处理以为控制器5供电。
具体地，如图3所示，功率驱动器3包括第一相驱动单元31、第二相驱动单元32和第三相驱动单元33。其中，第一相驱动单元31、第二相驱动单元32和第三相驱动单元33均可以包含N级驱动器，其中，N为正整数。优选地，第一相驱动单元31的输入端与控制器5的PWM3端和PWM4端相连，输出端与直流无刷电机1的W相相连；第二相驱动单元32的输入端与控制器5的PWM2端和PWM5端相连，输出端与直流无刷电机1的V相相连；第三相驱动单元33的输入端与控制器5的PWM1端和PWM6端相连，输出端与直流无刷电机1的U相相连。
下面以N=6为例来描述功率驱动器3的第一相驱动单元31的电路原理，如图4所示，第一相驱动单元31包括第一级驱动器311、第二级驱动器312、第三级驱动器313、第四级驱动器314、第五级驱动器315、第六级驱动器316。其中，第一级驱动器311、第二级驱动器312和第三级驱动器313相互并联，连接在第一预设电压+BATT和直流无刷电机1的W相之间；第四级驱动器314、第五级驱动器315和第六级驱动器316相互并联，连接在第二预设电压-BATT和直流无刷电机1的W相之间。
这样，在硬件上采用三个MOS管并联，假设每个MOS管的Ids均为100A，那么功率驱动器3则能够承受的电流达到300A，从而使得功率驱动器3能够承受由于采用实时响应的方式而瞬间增大的驱动电流，进而实现实时响应。
具体地，如图4所示，第一级驱动器311包括第一MOS管Q1、第一电阻R1和第二电阻R2。其中，第一MOS管Q1的漏极与+BATT相连，第一MOS管Q1的源极与第四级驱动器314相连，第一MOS管Q1的栅极与第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与W相相连。
如图4所示，第二级驱动器312包括第二MOS管Q2、第三电阻R3和第一电容C1。其中，第二MOS管Q2的漏极与+BATT相连，第二MOS管Q2的源极与第五级驱动器315相连，第二MOS管Q2的栅极与第三电阻R3的一端相连，第三电阻R3的另一端与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端与W相相连。
如图4所示，第三级驱动器313包括第三MOS管Q3、第四电阻R4和第二电容C2。其中，第三MOS管Q3的漏极与+BATT相连，第三MOS管Q3的源极与第六级驱动器316相连，第三MOS管Q3的栅极与第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端与控制器5的PWM3端相连，第二电容C2的一端与第四电阻R4的另一端相连，第二电容C2的另一端与W相相连。
如图4所示，第四级驱动器314包括第四MOS管Q4、第五电阻R5和第六电阻R6。其中，第四MOS管Q4的漏极与第一MOS管Q1的源极相连，第四MOS管Q4的源极与-BATT相连，第四MOS管Q4的栅极与第五电阻R5的一端相连，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的一端相连，第六电阻R6的另一端与-BATT相连。
如图4所示，第五级驱动器315包括第五MOS管Q5、第七电阻R7和第三电容C3。其中，第五MOS管Q5的漏极与第二MOS管Q2的源极相连，第五MOS管Q5的源极与-BATT相连，第五MOS管Q5的栅极与第七电阻R7的一端相连，第七电阻R7的另一端与第三电容C3的一端相连，第三电容C3的另一端与-BATT相连。
如图4所示，第六级驱动器316包括第六MOS管Q6、第八电阻R8和第四电容C4。其中，第六MOS管Q6的漏极与第三MOS管Q3的源极相连，第六MOS管Q6的源极与-BATT相连，第六MOS管Q6的栅极与第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一端与控制器5的PWM4端相连，第四电容C4的一端与第八电阻R8的另一端相连，第四电容C4的另一端与-BATT相连。
需要说明的是，上述例子仅是优选实施例，不对本发明构成限制，基于其思想的修改都应该在本发明的保护范围之内，例如MOS管的个数的选择及连接方式的修改都应该在本发明的保护范围之内。
根据本发明实施例提出的用于电动叉车的转向控制***，通过方向盘编码器检测电动叉车的方向盘的转速信号和方向信号，并通过采样器采集直流无刷电机的工作状态以生成采样信号，同时，控制器根据方向盘的转速信号和方向信号、采样信号以及预设的控制策略生成脉冲宽度调制PWM控制信号，并将PWM控制信号发送至功率驱动器以通过功率驱动器控制直流无刷电机。这样，该用于电动叉车的转向控制***能够实时响应电动叉车的转向要求，保证方向盘转动的手感，并且减少了电动叉车的功耗，提高了转向的效率，减少了维修成本。
图5为根据本发明实施例的电动叉车的方框示意图。如图5所示，电动叉车501包括上述的用于电动叉车的转向控制***502。
根据本发明实施例提出的电动叉车能够实时响应电动叉车的转向要求，保证方向盘转动的手感，并且减少了电动叉车的功耗，提高了转向的效率，减少了维修成本。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于电动叉车的转向控制***，其特征在于，包括：
直流无刷电机；
方向盘编码器，所述方向盘编码器用于检测所述电动叉车的方向盘的转速信号和方向信号；
功率驱动器，所述功率驱动器与所述直流无刷电机相连，所述功率驱动器用于驱动所述直流无刷电机；
采样器，所述采样器与所述直流无刷电机相连，所述采样器采集所述直流无刷电机的工作状态以生成采样信号；以及
控制器，所述控制器与所述方向盘编码器、所述功率驱动器和所述采样器分别相连，所述控制器根据所述方向盘的转速信号和方向信号、所述采样信号以及预设的控制策略生成脉冲宽度调制PWM控制信号，并将所述PWM控制信号发送至所述功率驱动器以通过所述功率驱动器控制所述直流无刷电机。
2.如权利要求1所述的用于电动叉车的转向控制***，其特征在于，所述预设的控制策略具体包括：
当所述控制器根据所述方向盘的转速信号和方向信号、所述采样信号判断所述方向盘转动时，控制所述直流无刷电机启动；
如果所述直流无刷电机的启动时间小于第一预设阈值，则控制所述直流无刷电机以第一加速度运行；
如果所述直流无刷电机的启动时间大于所述第一预设阈值且小于第二预设阈值，则控制所述直流无刷电机以第二加速度运行，其中，所述第二加速度小于所述第一加速度。
3.如权利要求2所述的用于电动叉车的转向控制***，其特征在于，所述预设的控制策略具体还包括：
如果所述控制器判断所述方向盘还处于运转状态，且所述直流无刷电机的启动时间大于所述第二预设阈值且小于所述第三预设阈值，则控制所述直流无刷电机以第三加速度运行，其中，所述第三加速度小于所述第一加速度且所述第三加速度大于所述第二加速度。
4.如权利要求1所述的用于电动叉车的转向控制***，其特征在于，还包括：
CAN通信接口，所述控制器通过所述CAN通信接口与整车控制器相互通信。
5.如权利要求1所述的用于电动叉车的转向控制***，其特征在于，还包括：
通用异步收发传输器UART接口，所述控制器通过所述UART接口与上位机相互通信。
6.如权利要求1所述的用于电动叉车的转向控制***，其特征在于，还包括：
记忆模块，所述记忆模块用于记录所述控制器的运行状态。
7.如权利要求1所述的用于电动叉车的转向控制***，其特征在于，还包括：
保护模块，所述保护模块用于对所述转向控制***进行过压和/或过流保护。
8.如权利要求1所述的用于电动叉车的转向控制***，其特征在于，所述功率驱动器包括第一相驱动单元、第二相驱动单元和第三相驱动单元，所述第一相驱动单元、第二相驱动单元和第三相驱动单元均包含N级驱动器，其中，所述N为正整数。
9.一种电动叉车，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的用于电动叉车的转向控制***。
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