一种内燃机叉车限速控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及叉车技术领域，具体为一种内燃机叉车限速控制装置。


背景技术：

2.为了保证叉车使用安全，防止叉车使用者在工作区驾驶速度过大，难以驾驭从而导致事故发生，采用了内燃机叉车速度控制系统。目前市场上较多的叉车限速系统是超速报警或超速后用机械装置限制油门最大开度。前者需要根据报警情况人为进行内燃机的油门控制，后者超速后通过机械装置减小油门开度，速度控制有冲击不平滑，不能做到最大限定车速基本恒定。


技术实现要素：

3.本实用新型是为克服现有技术内燃机叉车速度控制系统控制上存在缺陷的问题，提供一种结构合理，在无接触位置反馈发动机油门驱动装置基础上，增加控制电路板和反馈装置，更好地平衡叉车最高限制速度和安全行驶速度的内燃机叉车限速控制装置。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种内燃机叉车限速控制装置，包括油门驱动装置、油门踏板，还包括控制电路板、速度传感器、限速开关，所述的油门驱动装置包括电机安装箱、油门拉线，所述的电机安装箱内设有驱动电机、油门拉线驱动轮、驱动轮旋转角度测量电路板，所述的控制电路板设有开关量输入调理电路、电源变换电路、cpu中央处理单元、pwm桥式电机驱动电路、角度测量电路、行驶速度测量电路，所述的pwm桥式电机驱动电路与驱动电机连接，所述的角度测量电路与驱动轮旋转角度测量电路板连接，所述的电源变换电路与外部电源连接，所述的行驶速度测量电路与速度传感器连接，所述的开关量输入调理电路与限速开关连接。
6.作为本实用新型优选的方案，所述的油门拉线驱动轮中部设有磁钢，所述的驱动轮旋转角度测量电路板设于油门拉线驱动轮外侧且与磁钢之间设有间隔，所述的驱动轮旋转角度测量电路板上设有与磁钢位置配合的霍尔角度传感器。
7.作为本实用新型优选的方案，所述的驱动轮旋转角度测量电路板上的霍尔角度传感器为triaxis三轴霍尔角度传感器，所述的磁钢与位置传感电路板之间的间隔距离为0.5
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2毫米。
8.本方案中，通过驱动电机带动油门拉线驱动轮旋转，驱动油门拉线在油门软轴中伸缩运动，最终由油门拉线带动发动机的油门大小，对发动机进行转速控制，油门拉线伸缩的具体距离由霍尔角度传感器测量，即通过测量安装于油门拉线驱动轮上的磁钢和位置传感电路板上霍尔角度传感器相对旋转角度获取油门拉线伸缩的具体距离；油门拉线另一端穿过油门软轴的通孔在电机安装箱外，该端与发动机油门装置相连接。
9.为了精确控制发动机的油门大小，需要实时、可靠的获取当前的油门拉线伸缩行程，本方案使用霍尔角度传感器对油门拉线驱动轮进行旋转角度的测量，triaxis三轴霍尔角度传感器既可以感应垂直方向也可以感应平行与芯片表面的磁场强度；安装于油门拉线
驱动轮中心位置的径向磁化磁钢的磁场在安装于位置传感电路板中心位置的传感器芯片表面上方旋转，其强度可以通过非接触式的方式测量，如图2所示，角度的信息可以通过磁场的两个矢量分量(例如bx和by)计算得到，并产生一个正比于角度的模拟量输出电压；本方案实例产品行程与传感器输出的关系如图3所示；采用本方案结构进行油门行程测量，在纵向方向只需要增加一个磁钢，磁钢与位置传感电路板之间大于0.5mm小于2mm间隙，加上位置传感电路板的厚度2mm，总共小于4mm的距离，远远小于普通电位器的纵向距离，并且由于本方案测量采用非接触式的方式，大大增加了测量的可靠性。
10.作为本实用新型优选的方案，所述的内燃机叉车限速控制装置还包括手持式参数设置仪，所述的控制电路板设有can隔离驱动电路，所述的can隔离驱动电路与手持式参数设置仪无线通讯连接。本方案can隔离驱动电路与手持式参数设置仪进行通讯，用于最高行驶速度、速度控制参数、行驶速度测量参数等参数的设置，以及用示波器形式显示并记录叉车行驶时油门踏板信号、行驶速度及限速开关状态等实时参数。
11.本方案的硬件电路主要由开关量输入调理电路、can隔离驱动电路、电源变换电路、cpu中央处理单元、pwm桥式电机驱动电路、角度测量电路、行驶速度测量电路组成，各部分功能如下：电源变换电路将工程机械供电系统12的12v或24v供电电压转化为系统内部的3.3v、5v和12v电源，给各系统供电；开关输入调理电路检测限速开关信号，用于判定当前叉车是否要处于限速行驶状态；can隔离驱动电路与手持式参数设置仪进行通讯，用于最高行驶速度、速度控制参数、行驶速度测量参数等参数的设置，以及用示波器形式显示并记录叉车行驶时油门踏板信号、行驶速度及限速开关状态等实时参数；cpu中央处理及存储单元用于完成油门踏板与内燃机节气门或油门的随动控制，在限速有效情况下，当驾驶者给定油门开度对应叉车速度大于最高限速时，进行叉车行驶速度的最高限速恒定运行控制，对手持式参数设置仪发送的设置数据进行存贮；pwm桥式电机驱动电路用于对无接触位置反馈发动机油门驱动装置中电机进行无极双向调速控制；角度测量电路用于调理检测无接触位置反馈发动机油门驱动装置中角度传感器输出的正比于油门拉线驱动轮转动角度的输出模拟电压，用于输入cpu中央处理单元；行驶速度测量电路用于调理叉车速度传感器输出信号，用于输入cpu中央处理单元。
12.作为本实用新型优选的方案，所述的cpu中央处理单元包括油门踏板与内燃机油门位置关系转换模块、限速开关输入模块、最高限速行驶速度控制算法模块、叉车油门控制目标切换算法模块、油门驱动装置转角控制算法模块。
13.本方案中，油门踏板与内燃机油门位置关系转换模块用于将油门踏板的最大运动角度减去头尾的死区范围后转换到叉车内燃机油门的高低怠速角度，用于控制无接触位置反馈发动机油门驱动装置；限速开关输入模块检测当前状态是否需要开启限速控制模式；最高限速行驶速度控制算法模块在限速控制模式开启状态下有效，采用模糊pid控制算法，通过对输入值“最高限速”和反馈值“车辆实际行驶速度”的计算，输出叉车内燃机油门的角度；叉车油门控制目标切换算法模块，通过限速控制模式是否开启信号，选择油门驱动装置转角控制算法模块的输入采用油门踏板与内燃机油门位置关系转换模块输出值还是最高限速行驶速度控制算法模块输出值；油门驱动装置转角控制算法模块，采用二层闭环控制算法，使油门响应快速准确，车速控制稳定准确。
14.作为本实用新型优选的方案，所述的电源变换电路输入电压为12v或24v，所述的
电源变换电路输出电压为3.3v、5v和12v。
15.在最高限速行驶速度控制算法模块中，为了更好的平衡行走和叉车模式，以及限速的效果，以具体的行走速度和设定限速值对油门踏板和发动机的油门驱动进行了不同的对应，具体如下：1)当叉车行走速度小于3公里/小时时，本方案装置处于叉车模式，此时要求发动机的油门提升快，因此设定油门踏板和发动机的油门驱动是线性关系，发动机的转速随着司机踏油门的速度成线性变化关系；2)当叉车行走速度大于3公里/小时时，叉车进入行走模式，为了更好的快速并且准确的接近限速值，对油门踏板和发动机的油门驱动关系进行了缓冲曲线对应关系，根据限速值的大小，分别设置：小于12公里/小时(缓冲度100％)，小于14公里/小时并且大于等于12公里/小时(缓冲度85％)，小于16公里/小时并且大于等于14公里/小时(缓冲度70％)，小于18公里/小时并且大于等于16公里/小时(缓冲度55％)，大于等于18公里/小时(缓冲度50％)。
16.作为本实用新型优选的方案，所述的电机安装箱包括上盖、外壳，所述的电机安装箱还设有油门软轴、出线防水接头，所述的油门拉线一端穿过油门软轴与油门拉线驱动轮连接，所述的油门拉线驱动轮与驱动电机输出轴一端固定，所述的外壳与上盖贴紧端面上设有灌胶密封槽，所述的外壳与油门软轴、出线防水接头接触处设有安装凸台、灌胶密封圈，所述的上盖与外壳贴紧端面上设有与灌胶密封槽配合的灌胶槽压条。
17.作为本实用新型优选的方案，所述的上盖、外壳为铝合金制作。
18.油门驱动装置的使用环境十分恶劣，在发动机仓附近，高温、高尘，下雨时可能一直淋在水中，因此驱动装置的防护十分重要；为了达到一定的抗冲击性，上盖、外壳都采用铝合金压铸，为了让驱动器本体部分能达到ip67的防水等级，在外壳中设计了与上盖密封的灌胶槽，与油门软轴安装孔配合的凸台和灌胶密封圈，与出线防水接头配合的安装孔凸台和灌胶密封圈，在上盖中设计了灌胶槽压条；通过以上措施，达到了ip67的防水等级，并通过了相关检验机构的检验。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
20.本实用新型结构合理，装置整体采用可靠密封结构，防水等级高，霍尔角度传感器测量采用非接触式的方式，大大增加了测量的可靠性；在无接触位置反馈发动机油门驱动装置基础上，增加控制电路板和反馈装置，更好地平衡叉车最高限制速度和安全行驶速度的内燃机叉车限速控制装置。
附图说明
21.图1为本实用新型的一种结构示意图；
22.图2为本实用新型的旋转角度测量结构示意图；
23.图3为本实用新型的产品行程与传感器输出的关系示意图；
24.图4为本实用新型的电路结构示意图；
25.图5为本实用新型的控制模块原理示意图；
26.图6为本实用新型电机安装箱的一种结构示意图；
27.图7为本实用新型外壳的密封结构示意图；
28.图8为本实用新型上盖的密封结构示意图。
29.图中：1、电机安装箱2、油门拉线3、驱动电机
30.4、油门拉线驱动轮5、驱动轮旋转角度测量电路板
31.6、控制电路板7、油门软轴8、出线防水接头
32.9、开关量输入调理电路10、can隔离驱动电路
33.11、电源变换电路12、cpu中央处理单元
34.13、pwm桥式电机驱动电路14、角度测量电路
35.15、行驶速度测量电路16、限速开关
36.17、手持式参数设置仪18、速度传感器19、外部电源
37.20、磁钢21、霍尔角度传感器27、油门踏板
38.32、上盖33、外壳34、灌胶密封槽35、安装凸台
39.36、灌胶密封圈37、灌胶槽压条。
具体实施方式
40.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.请参阅图1
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8，本实用新型提供一种技术方案：
42.一种内燃机叉车限速控制装置，包括油门驱动装置、油门踏板27，还包括控制电路板6、速度传感器18、限速开关16，油门驱动装置包括电机安装箱1、油门拉线2，电机安装箱1内设有驱动电机3、油门拉线驱动轮4、驱动轮旋转角度测量电路板5，控制电路板6设有开关量输入调理电路9、电源变换电路11、cpu中央处理单元12、pwm桥式电机驱动电路13、角度测量电路14、行驶速度测量电路15，pwm桥式电机驱动电路13与驱动电机3连接，角度测量电路14与驱动轮旋转角度测量电路板5连接，电源变换电路11与外部电源19连接，行驶速度测量电路15与速度传感器18连接，开关量输入调理电路9与限速开关16连接；电源变换电路11输入电压为12v或24v，电源变换电路11输出电压为3.3v、5v和12v；
43.油门拉线驱动轮4中部设有磁钢20，驱动轮旋转角度测量电路板5设于油门拉线驱动轮4外侧且与磁钢20之间设有间隔，驱动轮旋转角度测量电路板5上设有与磁钢20位置配合的霍尔角度传感器21；驱动轮旋转角度测量电路板5上的霍尔角度传感器21为triaxis三轴霍尔角度传感器，磁钢20与驱动轮旋转角度测量电路板5之间的间隔距离为0.5
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2毫米；
44.内燃机叉车限速控制装置还包括手持式参数设置仪17，控制电路板6设有can隔离驱动电路10，can隔离驱动电路10与手持式参数设置仪17无线通讯连接；
45.cpu中央处理单元12包括油门踏板与内燃机油门位置关系转换模块、限速开关输入模块、最高限速行驶速度控制算法模块、叉车油门控制目标切换算法模块、油门驱动装置转角控制算法模块；
46.电机安装箱1包括上盖32、外壳33，电机安装箱1还设有油门软轴7、出线防水接头8，油门拉线2一端穿过油门软轴7与油门拉线驱动轮4连接，油门拉线驱动轮4与驱动电机2输出轴一端固定，外壳33与上盖32贴紧端面上设有灌胶密封槽34，外壳33与油门软轴7、出线防水接头8接触处设有安装凸台35、灌胶密封圈36，上盖32与外壳33贴紧端面上设有与灌胶密封槽34配合的灌胶槽压条37；
47.上盖32、外壳33为铝合金制作。
48.具体实施过程是：
49.预先在装置中设定或采用手持式参数设置仪17设置设定最高行驶速度及内部控制参数(其它限速值)；需要打开限速控制时，打开限速开关16，速度传感器18将速度信号反馈给控制电路板6的cpu中央处理单元12；
50.限速开关输入模块检测当前状态是否需要开启限速控制模式，叉车油门控制目标切换算法模块通过限速控制模式是否开启信号，选择油门驱动装置转角控制算法模块的输入采用油门踏板与内燃机油门位置关系转换模块输出值还是最高限速行驶速度控制算法模块输出值；油门驱动装置转角控制算法模块，采用二层闭环控制算法，输出驱动电机3转角数值信号；
51.当叉车行走速度小于3公里/小时时，本方案装置处于叉车模式，此时要求发动机的油门提升快，因此设定油门踏板和发动机的油门驱动是线性关系，发动机的转速随着司机踏油门的速度成线性变化关系；即油门踏板与内燃机油门位置关系转换模块将油门踏板的最大运动角度减去头尾的死区范围后转换到叉车内燃机油门的高低怠速角度，由pwm桥式电机驱动电路13控制驱动电机3旋转，驱动电机3带动油门拉线驱动轮4旋转，油门拉线2随油门拉线驱动轮4移动控制油门开启，角度测量电路即时测量油门拉线驱动轮4旋转角度从而测得油门开启角度；
52.当叉车行走速度大于3公里/小时时，叉车进入行走模式，为了更好的快速并且准确的接近限速值，对油门踏板27和发动机的油门驱动关系进行了缓冲曲线对应关系，根据限速值的大小，分别设置：小于12公里/小时，缓冲度100％，小于14公里/小时并且大于等于12公里/小时，缓冲度85％，小于16公里/小时并且大于等于14公里/小时，缓冲度70％，小于18公里/小时并且大于等于16公里/小时，缓冲度55％，大于等于18公里/小时，缓冲度50％；cpu中央处理单元12用于完成油门踏板与油门的随动控制，在限速有效情况下，当驾驶者给定油门开度对应叉车速度大于最高限速时，进行叉车行驶速度的最高限速恒定运行控制，即在叉车速度达到限速值后，最高限速行驶速度控制算法模块通过对输入值“最高限速”和反馈值“车辆实际行驶速度”的计算，输出叉车内燃机油门的角度，由pwm桥式电机驱动电路13控制驱动电机3旋转，驱动电机3带动油门拉线驱动轮4旋转，油门拉线2随油门拉线驱动轮4移动控制油门开启，角度测量电路即时测量油门拉线驱动轮4旋转角度从而测得油门开启角度。
53.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。