一种叉车防侧翻控制方法技术

本发明专利技术公开了一种叉车防侧翻控制方法，通过计算叉车的横向载荷转移率，并根据安全性高低进行叉车姿态分级，当叉车处于稳定状态时，进行自由控制；当叉车处于一级侧翻状态时，进行一级防侧翻控制；当叉车处于二级侧翻状态时，进行二级防侧翻控制，以提高叉车的防侧翻能力。本发明专利技术能对叉车进行稳定控制，使叉车在搬运和作业工程中能防止叉车侧翻，从而提升叉车横向稳定性和主动安全。

【技术实现步骤摘要】
一种叉车防侧翻控制方法
本专利技术涉及一种叉车稳定性控制方法领域，具体地说是一种叉车防止侧翻控制方法。
技术介绍
内燃平衡重式叉车是应用最为广泛的叉车类型，随着市场经济的快速发展，叉车应用领域越来越广泛，应用工作环境也越来越复杂，对叉车的的安全性也提出了越来越高的要求。因内燃平衡重式叉车结构的特点，其横向稳定性较差；因叉车是物料搬运机械，在作业或运行时其重心位置会随着搬运货物及工况的不同而发生变化，如果操作不当，易发生横向失稳发生侧翻事故。叉车前部配有装卸货物的工作装置，前轮为驱动轮，后轮为转向轮，采用双梯形转向机构。转向桥中部有一个铰接点与车架连接，车架可通过铰接点相对转向桥进行上下摆动。由于铰接，叉车支撑平面为两前轮支撑点和后桥与车架的铰接点组成，叉车行驶平面为两前轮支撑点与两后轮支撑点连线中点组成，由于支撑平面与行驶平面不重合而产生夹角，通常称为支承平面倾角。叉车的这种铰链连接方式，虽然提高了叉车作业的灵活性以及通过凹、凸路面时车体的平稳性，但是由于存在支承平面倾角，导致车架摆动，使叉车支撑平面与行驶平面不重合，转弯时受离心力影响容易发生横向失稳甚至侧翻，造成操作人员和货物的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术为避免上述现有技术所存在的不足之处，提出一种叉车防侧翻控制方法，以期能对叉车进行稳定控制，使叉车在搬运和作业工程中能防止叉车侧翻，从而提升叉车横向稳定性和主动安全。本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：本专利技术一种叉车防侧翻控制方法的特点是按如下步骤进行：步骤1、通过陀螺仪传感器采集的叉车侧倾角、侧倾角加速度、横摆角速度、纵向加速度和质心速度，并计算质心速度在X轴与Y轴的分量和分量的变化率；步骤2、按照式(1)计算叉车的横向载荷转移率ILTR：式(1)中，Ix为整车绕XZ轴的惯性积；Kα为轮胎侧偏刚度；m为整车质量；m1为车架质量；ay为纵向加速度；ω为叉车绕Z轴的横摆角速度；vx、vy分别为叉车质心速度在X轴、Y轴上的分量；φ为车架侧倾角；φ″为车架侧倾角加速度；h1为质心高度；B1为前轮轮距；B2为后轮轮距；L为前后轮轴距；a、b分别为质心至前桥、后桥的水平距离；hx为转向桥铰轴高度；步骤3、确定所述横向载荷转移率的一级侧翻阈值ILTR1和二级侧翻阈值ILTR2；步骤4、将叉车姿态划分为稳定状态、一级侧翻状态和二级侧翻状态；步骤5、当叉车处于稳定状态时，通过对液压支撑油缸卸荷进行自由控制；当叉车处于一级侧翻状态时，根据横向载荷转移率的大小调整车身与车桥之间的液压支撑油缸的压力进行一级防侧翻控制，进行一级防侧翻控制，以改善叉车侧倾姿态；当叉车处于二级侧翻状态时，锁止车身与车桥之间的液压支撑油缸进行二级防侧翻控制，以提高叉车的防侧翻能力。本专利技术所述叉车防侧翻控制方法的特点也在于：所述一级侧翻阈值ILTR1为：当叉车车架与车桥饺接角为最大设计角度时的叉车横向载荷转移率；所述二级侧翻阈值ILTR2为：当叉车内侧车轮的质量全部转移到外侧车轮上时的叉车横向载荷转移率，即：ILTR2＝1。所述稳定状态、一级防侧翻和二级防侧翻按照以下方法进行划分：当横向载荷转移率小于或等于一级阈值ILTR1时，表示叉车处于稳定状态；当横向载荷转移率大于一级阈值ILTR1且小于二级阈值ILTR2时，表示叉车处于一级防侧翻状态；当横向载荷转移率大于或等于二级阈值ILTR2时，表示叉车处于二级防侧翻状态。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1、本专利技术通过计算叉车的横向载荷转移率，并根据安全性高低进行叉车姿态分级，当叉车处于稳定状态时，进行自由控制；当叉车处于一级侧翻状态时，进行一级防侧翻控制；当叉车处于二级侧翻状态时，进行二级防侧翻控制，以提高叉车的防侧翻能力，通过对叉车安全性分级和分级控制，改善了车身姿态、防止叉车侧翻，提高了叉车的横向稳定性和主动安全。2、本专利技术通过计算叉车的横向载荷转移率进行叉车姿态判断，与目前通过观察轮胎是否离地的叉车姿态判断方式相比，具有较高的精度，可准确及时判断叉车的姿态，为叉车的防侧翻控制提供了控制依据。3、本专利技术的叉车横向载荷转移率的计算方法通过建立合理有效的叉车动力学模型推导得到，且叉车横向载荷转移率的计算公式中的变量参数可通过加装目前产品中广泛应用的陀螺仪传感器获取，可操作性强。4、本专利技术根据叉车不同的状态采取不同的防侧翻控制方法，智能化程度高，当叉车处于稳定状态时，进行自由控制，可有效发挥叉车车架与车架饺接结构对路面的仿行功能，提高叉车的行驶品质；当叉车处于一级侧翻状态时，进行一级防侧翻控制，最大限度地调整车身姿态，使叉车姿态向稳定状态转化；当叉车处于二级侧翻状态时，进行二级防侧翻控制，提供最大侧向支撑力，防止叉车侧翻。附图说明图1为本专利技术的叉车横向载荷转移率计算模型示意图。具体实施方式本实施例中，一种叉车防侧翻控制方法是按如下步骤进行：步骤1、将陀螺仪安装在叉车的质心位置，通过陀螺仪传感器采集的叉车侧倾角、侧倾角加速度、横摆角速度、纵向加速度和质心速度，并计算质心速度在X轴与Y轴的分量和分量的变化率；步骤2、参阅图1，以车体与后桥的铰轴线为X轴，垂直于地面为Y轴方向建立坐标系，将车体与后桥等效替代为两个刚体质量块，由于铰轴约束，整车系统共有11个自由度，分别为整车质心沿X、Y、Z轴方向的位移，整车绕Y、Z轴的转动以及车体绕X轴的转动和转向桥绕X轴的转动，四个轮子的垂向变形。在建模过程中，将轮胎的垂向弹性线性化处理，轮胎垂向刚度为Kt；不考虑轮胎纵向力的影响；由于后桥质量相对于车体质量较小，不考虑后桥转动对车身的影响。模型的运动方程如下：横向运动平衡方程：may-m1φ″(h1-hx)＝Fy11+Fy12+Fy21cosδ1+Fy22cosδ2(1)横摆运动平衡方程：侧倾运动平衡方程：式(1)～式(3)中，m为整车质量；m1为车架质量；ay为纵向加速度；φ″为车架侧倾角加速度；h1为质心高度；B1为前轮轮距；B2为后轮轮距；L为前后轮轴距；a、b分别为质心至前桥、后桥的水平距离；hx为转向桥铰轴高度；Ix为整车绕XZ轴的惯性积；Iz为整车绕XY轴的惯性积；Kα为轮胎侧偏刚度；Fy11、Fy12分别为前轮左右轮轮胎侧偏力；Fy21、Fy22分别为后轮左右轮侧偏力；Fz11、Fz12分别为前轮左右轮胎地面支持力；δ1、δ2分别为后轮左右轮转角。ax＝v′x-ωvy(4)ay＝v′y+ωvx(5)Fy1j＝Kαα1j(8)式(4)～式(8)中，α1j为前桥轮轮胎侧偏角，α2j为后桥轮轮胎侧偏角，δj为后轮转角，j＝1表示左轮，j＝2表示右轮；横向载荷转移率为左右轮载荷的差值与两轮载荷之和的比值：ILTR为0时，前桥左右载荷相等，叉车处于安全状态；ILTR为1时，一侧轮胎离地，叉车发生侧翻；则横向载荷转移率可以作为叉车的侧翻预警因子，作为叉车侧翻的判断依据。但由于叉车前轮的垂直载荷随时变化，不易直接测量，很难根据定义直接计算，根据式(1)～(8)方程得到可在线观测的叉车横向载荷转移率计算公式：由式(9)可知，需要采集的信号量是车体侧倾角加速度质心速度在X轴与Y轴的分量和分量的变化率，这些参数都可以通过陀螺仪测得。步骤3、确定横向载荷转移率的一级侧翻阈值ILTR1和二级侧翻阈值ILTR1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叉车防侧翻控制方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、通过陀螺仪传感器采集的叉车侧倾角、侧倾角加速度、横摆角速度、纵向加速度和质心速度，并计算质心速度在X轴与Y轴的分量和分量的变化率；步骤2、按照式(1)计算叉车的横向载荷转移率ILTR：

【技术特征摘要】
1.一种叉车防侧翻控制方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、通过陀螺仪传感器采集的叉车侧倾角、侧倾角加速度、横摆角速度、纵向加速度和质心速度，并计算质心速度在X轴与Y轴的分量和分量的变化率；步骤2、按照式(1)计算叉车的横向载荷转移率ILTR：式(1)中，Ix为整车绕XZ轴的惯性积；Kα为轮胎侧偏刚度；m为整车质量；m1为车架质量；ay为纵向加速度；ω为叉车绕Z轴的横摆角速度；vx、vy分别为叉车质心速度在X轴、Y轴上的分量；φ为车架侧倾角；φ″为车架侧倾角加速度；h1为质心高度；B1为前轮轮距；B2为后轮轮距；L为前后轮轴距；a、b分别为质心至前桥、后桥的水平距离；hx为转向桥铰轴高度；步骤3、确定所述横向载荷转移率的一级侧翻阈值ILTR1和二级侧翻阈值ILTR2；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏光，谢海，高飞，张洋，杨猛，滑杨莹，郭东云，闫瑞琦，郑友，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34