一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法及系统与流程

1.本发明涉及电气控制领域，尤其涉及一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法及系统。


背景技术：

2.随着人们环保意识的逐渐增强，响应节能减排的号召，内燃叉车逐渐被电动叉车替代，电动叉车需要对货物进行装卸、堆垛和运输，为了适应不同的运输工况，电动叉车需要有较强的爬坡能力，电动叉车的在爬坡情况下的所需的扭矩和电流需求远远大于平地运行时的扭矩值和电流值，而对于电动叉车来说，爬坡能力越强就意味着爬坡扭矩越大，且电流与扭矩正相关，造成为适应叉车较大的爬坡能力，导致叉车平地起步、加速或者爬缓坡过程中缺乏电流限制造成能量浪费。
3.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种优化叉车电池放电的方法”，其公告号cn107097682a，，将叉车的加速踏板分为第一行程和第二行程，当加速踏板位于第一行程内时，加速踏板对叉车控制器发出电流限制信号；当加速踏板位于第二行程内时，加速踏板对叉车控制器发出解除电流限制信号；所述电池和线束接口之间设置一电流传感器，其与叉车控制器连接；所述电流传感器获取电池输出的电流并传送回叉车控制器。上述方案根据踏板位置限制叉车输出的最大电流，但是存在踏板是人为控制的，存在人为主观因素影响，具有较大的不稳定性和局限性，影响电流输出不稳定同时，造成叉车运行不稳定的问题，进一步造成能量浪费的问题。


技术实现要素：

4.本发明是为了解决现有技术的具有爬坡能力的叉车平地运行加速过程中采用爬坡扭矩和电流导致能量浪费的问题，提供一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法及系统，自动识别坡道角度和货物重量，限制输出最大电流，有效降低车辆能耗。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法，包括：根据叉车载荷占叉车标准载荷的比例从低到高分为若干重量极，对叉车所处的坡度从小到大分为若干工况，构建各个重量极下各个工况的叉车起步参数算法，获取叉车起步电机转速下的电流值并构建各个工况下的电流转速曲线，根据电流转速曲线控制叉车爬坡电流。区分叉车运行工况，针对不同工况的实际运行状况设定控制曲线，能够在单一工况下实时根据转速实时调整电流输出，降低单一工况的能耗；并将坡道细分为多种工况，进一步精细化管理叉车起步能耗。
6.作为优选，所述构建各个重量极下各个工况的叉车起步参数算法包括：为每个重量极下的各个工况的叉车起步速度赋值，在同一重量极中，坡度越大，叉车起步速度赋值越大。无论坡度大小，始终保持电机有足够的动力输出同时具备经济性。
7.作为优选，所述构建各个重量极下各个工况的叉车起步参数算法包括：基于各个
重量极各个工况下的电机起步速度赋值计算起步电机功率和起步电机转速；基于电机转速和电机功率计算电机扭矩。构建起步电机转速、起步电机扭矩与起步电机电流之间的对应关系，其中扭矩与电流正相关，起步扭矩越大起步电流也越大。
8.作为优选，所述基于各个重量极各个工况下的电机起步速度赋值计算起步电机功率包括：根据以下公式计算电机功率p：其中，p为电机功率，单位w；m1为叉车空车重量，单位kg；m2为标准载荷货物重量，单位kg；g为重力加速度，单位m/s2；v为车速，单位m/s；α为坡道角度，单位rad；μ为滚动摩擦系数；η为齿轮箱效率；m为电机数目；λ为坡起系数。m取1时为单驱，m取2时为双驱；为保证车辆能够坡起，设定坡起系数λ的取值范围为1.05-1.1。m1可通过叉车出厂时称重的方式标定；滚动摩擦系数可根据实际轮胎类型进行标定。
9.作为优选，所述基于各个重量极各个工况下的电机起步速度赋值计算起步电机转速包括：根据以下公式计算起步电机转速n:其中，d为叉车车轮直径，单位m；i为齿轮箱速比；n为电机转速，单位rpm。
10.进一步地，采用以下公式计算电机扭矩t：其中，t为电机扭矩，单位n.m；根据上述公式，得到电机当前扭矩与当前转速的对应关系，该转速扭矩下的电流值，就是当前载重及坡度下叉车起步所需的电流值。
11.作为优选，所述获取叉车起步电机转速下的电流值并构建各个工况下的电流转速曲线包括：通过电机台架测试出起步电机转速下的电流值，基于该电流值设定相应的限流值，结合转速和对应限流值构建电流转速曲线。限流值可在该电流值的基础上根据实际工况进行适当调节，在保证有叉车起步的稳定性和经济性的同时，提高控制方法的适应性。
12.作为优选，所述根据叉车当前载荷占叉车标准载荷的比例从低到高分为若干重量极包括：取当前货物重量为m，叉车标准载荷为m2，对各个重量极的当前载荷值进行赋值，获得各个重量极的载荷赋值，具体为：当时，赋值当时，赋值当时，赋值当时，赋值m＝m2；当m＞m2时，保持m为当前值。当m＞m2时叉车处于超载状态；各个重量极均匀分配，并将载荷赋值为该重量极中的最大值，保证限流值能够有效支持叉车起步。
13.作为优选，所述对叉车所处的坡度从小到大分为若干工况包括：取当前坡度角度为φ对应坡度百分比α，其中，α＝tanφ；对各个工况的坡度百分比进行赋值，获得各个工况下的坡度赋值，具体为：当a％≤α≤b％时，赋值α＝b％；当b％＜α≤c％时，赋值α＝c％；当c％＜α≤d％时，赋值α＝d％；当d％＜α≤e％时，赋值α＝e％；当e％＜α≤f％时，赋值α＝f％，其中a《b《c《d《e《f。若干工况根据坡度大小均匀分配，并将坡度赋值为当前工况的最大坡度值，无论坡度大小，始终保持电机有足够的动力输出同时具备经济性。
14.作为优选，所述根据电流转速曲线控制叉车爬坡电流包括：获取叉车当前载荷和工况，采用所述叉车起步参数算法计算叉车当前起步所需的起步电机转速，获取该工况下的电流转速曲线中该起步电机转速对应的电流值作为控制当前叉车爬坡的电流。当叉车当前载荷大于预设坡起载荷阈值时，发出无法坡起提醒信号。根据电机特性曲线，同一工况下的电机转速越高所需的电流越小，故设置不同转速下的限流值，形成每个工况下的电机电流转速曲线，更便捷的管控叉车电机能耗。
15.一种叉车爬坡能量分级分分段式智能控制系统，采用所述的叉车爬坡分级分段式节能控制方法，包括：倾角传感器：获取叉车的倾角信息；压力传感器：获取叉车的货物重量。倾角传感器根据倾角生成倾角电压值，通过倾角电压值测量当前坡度；压力传感根据油压自动生成压力电压值，从而检测货物重量，通过在硬件上增加倾角传感器和压力传感器实现，硬件成本低，易于推广使用。
16.综上所述，本发明具有如下有益效果：根据叉车当前载荷占叉车标准载荷的比例从低到高分为若干重量极，对叉车所处的坡度从小到大分为若干工况，并根据货物重量和坡道角度限制最大电流输出。针对不同工况的实际运行状况设定控制曲线，能够在单一工况下实时根据转速实时调整电流输出，降低单一工况的能耗；进一步精细化管理叉车起步能耗。
附图说明
17.图1是本发明一实施例的一种叉车爬坡能量分级分分段式智能控制系统的结构示意图。
18.图2是本发明一实施例的一种叉车爬坡能量分级分分段式智能控制方法流程图。
19.图3是发明一实施例的一种叉车爬坡能量分级分分段式智能控制系统电机电流转速曲线图。
20.图中：1、倾角传感器2、压力传感器。
具体实施方式
21.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
22.实施例：一种叉车爬坡能量分级分分段式智能控制系统，如图1所示，包括：倾角传感器1、
压力传感器2、加速器、方向开关、控制器和行走电机。
23.其中，倾角传感器1安装在叉车车架上，根据坡道角度自动连续调整倾角电压输出0-5v，通过倾角电压值获得当前叉车车架倾斜角度α。压力传感器2安装在叉车多路阀主油路上，根据油压自动连续调整电压输出0-5v，主油路压力随货物m2的重量变化而变化，通过压力传感器输出的电压值测得货物重量。
24.一种叉车爬坡能量分级分分段式智能控制方法，包括：根据叉车当前载荷占叉车标准载荷的比例从低到高分为5个重量极：取当前货物重量为m，叉车标准载荷为m2，对各个重量极的当前载荷值进行赋值，获得各个重量极的载荷赋值，具体为：当时，赋值当时，赋值当时，赋值当时，赋值m＝m2；当m＞m2时，取m为当下重量，此时叉车处于超载状态。将各个重量极的载荷赋值为该重量极中的最大值，保证限流值能够有效支持叉车起步考虑到传感器分辨率，提高控制器软件运算效率，根据坡度角度分5组角度范围，对各个工况的坡度百分比进行赋值，获得各个工况下的坡度赋值，取当下坡度角度为φ对应坡度百分比α，α＝tanφ；当0％≤α≤3％时，赋值α＝3％；当3％＜α≤10％时，赋值α＝10％；当10％＜α≤15％时，赋值α＝15％；当15％＜α≤20％时，赋值α＝20％；当20％＜α≤25％时，赋值α＝25％。
25.构建各个重量极下各个工况的叉车起步参数算法：为每个重量极下的各个工况的叉车起步速度赋值：如图2所示，根据不同货物不同坡度α分以下几种情况，其中v11为车辆满载设计最大运行速度，i11为满足满载设计车速v11，同时保证0-10m平地足够起步、加速性能和响应时间下的控制器最大允许电流，在坡度范围0％≤α≤3％内该电流值i11不变，i11～i51为具体坡度α，货物m及设计车速v11～v44下的最大限制电流值，当时，赋值当0％≤α≤3％时，赋值v＝v
11
当3％＜α≤10％时，赋值v＝v
12
当10％＜α≤15％时，赋值v＝v
13
当15％＜α≤20％时，赋值v＝v
14
当20％＜α≤25％时，赋值v＝v
15
根据m值对应不同坡度α，根据电机功率计算公式、转速计算公式和扭矩计算公式计算出转速n和扭矩参数t，再通过电机台架测试出该电机及转速下的电流值i
11
、i
12
、i
13
、i
14
、i
15
，一般取v
11
＞v
12
＞v
13
＞v
14
＞v
15
；当时，赋值当0％≤α≤3％时，赋值v＝v
11
当3％＜α≤10％时，赋值v＝v
21
当10％＜α≤15％时，赋值v＝v
22
当15％＜α≤20％时，赋值v＝v
23
当20％＜α≤25％时，赋值v＝v
24
根据m值对应不同坡度α，根据电机功率计算公式、转速计算公式和扭矩计算公式计算出转速n和扭矩参数t，再通过电机台架测试出该电机及转速下的电流值i
21
、i
22
、i
23
、i
24
，一般取v
11
＞v
21
＞v
22
＞v
23
＞v
24
：当时，赋值当0％≤α≤3％时，赋值v＝v
11
当3％＜α≤10％时，赋值v＝v
31
当10％＜α≤15％时，赋值v＝v
32
当15％＜α≤20％时，赋值v＝v
33
当20％＜α≤25％时，赋值v＝v
34
根据m值对应不同坡度α，根据电机功率计算公式、转速计算公式和扭矩计算公式计算出转速n和扭矩参数t，再通过电机台架测试出该电机及转速下的电流值i
31
、i
32
、i
33
、i
34
，一般取v
11
＞v
31
＞v
32
＞v
33
＞v
34
：当时，赋值m＝m2；当0％≤α≤3％时，赋值v＝v
11
当3％＜α≤10％时，赋值v＝v
41
当10％＜α≤15％时，赋值v＝v
42
当15％＜α≤20％时，赋值v＝v
43
当20％＜α≤25％时，赋值v＝v
44
根据m值对应不同坡度α，根据电机功率计算公式、转速计算公式和扭矩计算公式计算出转速n和扭矩参数t，再通过电机台架测试出该电机及转速下的电流值i
41
、i
42
、i
43
、i
44
，一般取v
11
＞v
41
＞v
42
＞v
43
＞v
44
：当m＞m2时，取m为当下重量，该状态为超载工况；当0％≤α≤3％时，赋值v＝0.5km/h当α＞3％时，赋值v＝0根据m值对应不同坡度α，根据电机功率计算公式、转速计算公式和扭矩计算公式计算出转速n(0.5km/h)和扭矩参数t，再通过电机台架测试出该电机及转速下的电流值i
51
：当叉车超载时，降低车速提醒驾驶员，提高车辆安全，当叉车超载有大于5％，车辆无法进行坡道行车。
26.基于各个重量极各个工况下的电机起步速度赋值计算起步电机功率：根据以下公式计算电机功率p：其中，p为电机功率，单位w；m1为叉车空车重量，单位kg；m2为标准载荷货物重量，单位kg；g为重力加速度，单位m/s2；v为车速，单位m/s；α为坡道角度，单位rad；μ为滚动摩擦系数；η为齿轮箱效率；m为电机数目；λ为坡起系数。m取1时为单驱，m取2时为双驱；为保证车辆能够坡起，设定坡起系数λ的取值范围为1.05-1.1。m1可通过叉车出厂时称重的方式标
定；滚动摩擦系数可根据实际轮胎类型进行标定。
27.根据以下公式计算起步电机转速n:其中，d为叉车车轮直径，单位m；i为齿轮箱速比；n为电机转速，单位rpm。
28.进一步地，采用以下公式计算电机扭矩t：其中，t为电机扭矩，单位n.m；根据上述公式，得到电机当前扭矩与当前转速的对应关系，该转速扭矩下的电流值，就是当前载重及坡度下叉车起步所需的电流值。
29.通过电机台架测试出起步电机转速下的电流值，基于该电流值设定相应的限流值，结合转速和对应限流值构建电流转速曲线，电流转速曲线如图3所示。曲线细分至8个点，控制电流为每个工况下的最大限制电流即i
11
～i
55
，i再根据单一工况，对不同电机转速设计不同电流百分比限制。保证车辆加速平稳，电流转速曲线采用单调递减，对于平地工况0％≤α≤3％采用n1～n8，8个细分点；对于3％＜α≤10％一般取该曲线的采用n1～n6，6个细分点；对于10％＜α≤15％一般取该曲线的采用n1～n4，4个细分点；对于15％＜α≤25％一般取该曲线的采用采用n1、n2两个细分点，或者n1～n3，3个细分点：该方式能够在很好地克服启动和加速后阻力后，迅速降低实际需求电流，在速度不断提升的同时降低输出电流，降低车辆能耗。
30.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
31.尽管本文较多地使用了重量极、工况、电流转速曲线、坡度百分比等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

技术特征：
1.一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法，其特征是，包括：根据叉车载荷占叉车标准载荷的比例从低到高分为若干重量极，对叉车所处的坡度从小到大分为若干工况，构建各个重量极下各个工况的叉车起步参数算法，获取叉车起步电机转速下的电流值并构建各个工况下的电流转速曲线，根据电流转速曲线控制叉车爬坡电流。2.根据权利要求1所述的一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法，其特征是，所述构建各个重量极下各个工况的叉车起步参数算法包括：为每个重量极下的各个工况的叉车起步速度赋值，在同一重量极中，坡度越大，叉车起步速度赋值越大。3.根据权利要求2所述的一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法，其特征是，所述构建各个重量极下各个工况的叉车起步参数算法包括：基于各个重量极各个工况下的电机起步速度赋值计算起步电机功率和起步电机转速；基于电机转速和电机功率计算电机扭矩。4.根据权利要求3所述的一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法，其特征是，所述基于各个重量极各个工况下的电机起步速度赋值计算起步电机功率包括：根据以下公式计算电机功率p：其中，p为电机功率，单位w；m1为叉车空车重量，单位kg；m2为标准载荷货物重量，单位kg；g为重力加速度，单位m/s2；v为车速，单位m/s；α为坡道角度，单位rad；μ为滚动摩擦系数；η为齿轮箱效率；m为电机数目；λ为坡起系数。5.根据权利要求4所述的一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法，其特征是，所述基于各个重量极各个工况下的电机起步速度赋值计算起步电机转速包括：根据以下公式计算起步电机转速n:其中，d为叉车车轮直径，单位m；i为齿轮箱速比；n为电机转速，单位rpm。6.根据权利要求1或5所述的一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法，其特征是，所述获取叉车起步电机转速下的电流值并构建各个工况下的电流转速曲线包括：通过电机台架测试出起步电机转速下的电流值，基于该电流值设定相应的限流值，结合转速和对应限流值构建电流转速曲线。7.根据权利要求6所述的一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法，其特征是，所述根据叉车当前载荷占叉车标准载荷的比例从低到高分为若干重量极包括：取当前货物重量为m，叉车标准载荷为m2，对各个重量极的当前载荷值进行赋值，获得各个重量极的载荷赋值，具体为：当时，赋值当时，赋值
当时，赋值当时，赋值m＝m2；当m＞m2时，保持m为当前值。8.根据权利要求7所述的一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法，其特征是，所述对叉车所处的坡度从小到大分为若干工况包括：取当前坡度角度为φ对应坡度百分比α，其中，α＝tanφ；对各个工况的坡度百分比进行赋值，获得各个工况下的坡度赋值，具体为：当a％≤α≤b％时，赋值α＝b％；当b％＜α≤c％时，赋值α＝c％；当c％＜α≤d％时，赋值α＝d％；当d％＜α≤e％时，赋值α＝e％；当e％＜α≤f％时，赋值α＝f％，其中a<b<c<d<e<f。9.根据权利要求8所述的一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法，其特征是，所述根据电流转速曲线控制叉车爬坡电流包括：获取叉车当前载荷和工况，采用所述叉车起步参数算法计算叉车当前起步所需的起步电机转速，获取该工况下的电流转速曲线中该起步电机转速对应的电流值作为控制当前叉车爬坡的电流。10.一种叉车爬坡能量分级分分段式智能控制系统，采用权利要求1-9任一项所述的叉车爬坡分级分段式节能控制方法，其特征是，包括：倾角传感器：获取叉车的倾角信息；压力传感器：获取叉车的货物重量。

技术总结
本发明公开了一种叉车爬坡能量分级分段式智能控制方法及系统，为了解决现有技术的具有爬坡能力的叉车平地运行加速过程中采用爬坡扭矩和电流导致能量浪费的问题，包括：根据叉车载荷占叉车标准载荷的比例从低到高分为若干重量极，对叉车所处的坡度从小到大分为若干工况，构建各个重量极下各个工况的叉车起步参数算法，获取叉车起步电机转速下的电流值并构建各个工况下的电流转速曲线，根据电流转速曲线控制叉车爬坡电流。区分叉车运行工况，针对不同工况的实际运行状况设定控制曲线，能够在单一工况下实时根据转速实时调整电流输出，降低单一工况的能耗；并将坡道细分为多种工况，进一步精细化管理叉车起步能耗。进一步精细化管理叉车起步能耗。进一步精细化管理叉车起步能耗。


技术研发人员：汪建锋 马永亮 杜雄 张源 沈楼利 谢国炳
受保护的技术使用者：杭叉集团股份有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/19