一种用于叉车的模块化车速限制系统的制作方法

本实用新型涉及叉车技术领域，尤其涉及一种用于叉车的模块化车速限制系统。

背景技术：

在仓库和工厂的日常运营中，叉车是现在常用的搬运车辆之一，如未按操作规范驾驶，将严重威胁安全。叉车档位多，速度高，为了保证叉车驾驶的安全性，在特定使用场合，有必要利用限速系统限制叉车的车速，防止误操作的。

现有的叉车车速限制系统需要把转速信号输入到ECU，利用ECU根据变速箱速比，驱动桥速比，轮径等参数，计算出车速，然后根据车速再限制发动机供油，从而达到限速的目的；发动机控制单元不同，均需要计算车速，再进行限速，无法实现模块化设计。车速限制值无法选择，同时无法实现限速功能的开启及关闭；由于发动机控制策略不足，导致车速限制密集度不高，限速跨度区间较大。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述技术缺陷，本实用新型提供一种用于叉车的模块化车速限制系统，能够实现车速限制的模块化，实现不同车速限制需求；同时根据用户作业场地变换需求，实现限速功能的开启及关闭；根据叉车最大车速及发动机最大转速不高及阶梯限速区间需求，解决发动机限速时转速波动大及转速稳定响应时间长问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种用于叉车的模块化车速限制系统，包括：

用于实时采集所述变速箱的转速并生成相应的转速信号的转速传感器模块；

用于对所述转速信号进行电压采样、信号滤波和A/D转换，生成并显示相应的转速数据的组合仪表模块；

用于实时获取所述叉车的实时车速数据和所述转速数据，并结合预设的目标车速数据进行判断和计算处理的ECU控制器模块；

所述转速传感器模块、所述组合仪表模块以及所述ECU控制器模块依次电连接；其中，所述转速传感器模块与所述叉车的变速箱电连接，所述ECU控制器模块与所述叉车的发动机电连接。

作为优化方案，所述组合仪表模块进一步包括：依次连接的电压采样子模块、信号滤波子模块、A\D信号转换子模块和显示模块；所述电压采样子模块的输入端作为所述组合仪表模块的输入端，所述A\D信号转换子模块的输出端作为所述组合仪表模块的输出端。作为优化方案，所述ECU控制器模块采用树状系统结构的ECU控制器模块，所述ECU控制器模块进一步包括传感器、控制单元及执行器。

作为优化方案，所述转速传感器模块包括磁电式转速传感器，所述转速传感器的磁头与所述变速箱内齿轮轮齿的间距为0.5-0.9mm。

作为优化方案，所述A\D信号转换子模块选用MC9S12XS128处理器。

本实用新型相对于现有技术的有益效果在于：

1、模块化的软硬件设计，解决不同品牌发动机在同一车型上限速差异及软硬件不统一缺陷。

2、基于动态采集的实时车速对比主动限速，整车限速更精准。

3、车速限制功能可以随时开启及关闭，同时车速限制的数值可以根据不同使用需求进行实时调整。

4、基于电控ECU对发动机的动态PID调整，快速实现发动机转速限制达到稳定转速，避免发动机游车出现转速波动大及转速稳定响应慢的缺陷。

附图说明

图1为实施例1用于叉车的模块化车速限制系统的整体结构框图。

图2为转速传感器的安装位置及工作原理示意图。

图3为组合仪表模块的结构框图。

图4为组合仪表模块电压采样、信号滤波和A/D转换的电路原理图。

图5为组合仪表模块的电路原理图。

图6为利用实施例1提供的车速限制系统实现叉车车速限制的总流程图。

图7为发动机动态PID调整原理示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，包括：

转速传感器模块1，转速传感器11，组合仪表模块2，电压采样子模块21，信号滤波子模块22，A\D信号转换子模块23，显示模块24，ECU控制器模块3，变速箱4，变速箱齿轮41，发动机5。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1：

如图1所示，一种用于叉车的模块化车速限制系统，包括依次电连接的转速传感器模块1、组合仪表模块2以及ECU控制器模块3；其中，所述转速传感器模块1与所述叉车的变速箱4电连接，所述ECU控制器模块3与所述叉车的发动机5电连接。

所述转速传感器模块1用于实时采集所述变速箱4的转速并生成相应的转速信号发送给所述组合仪表模块2。如图2所示，所述转速传感器模块1包括一磁电式转速传感器，内燃叉车使用的转速传感器是汽车及工程机械常用的磁电式转速传感器，是利用磁感应原理实现转速测量，传感器内部有永久磁铁和感应线圈，当齿轮转动时，齿轮的凹凸齿形引起齿轮和永久磁铁间气隙大小的变化，从而是永久磁铁组成的磁路中的磁通的变化，当齿轮靠近磁头时，磁阻减小，当齿轮离开磁头时磁阻增大，磁通成周期性的变化，产生感应电动势，感应电动势的频率和幅值随齿轮轮齿的通过频率而变化，即与齿轮的转速成正比。因磁电式转速传感器是无源传感器，所以传感器的感应距离较小即传感器磁头与齿轮轮齿间距要求在0.5-0.9mm之间。

所述组合仪表模块2用于对所述转速信号进行电压采样、信号滤波和A/D转换，生成并显示相应的转速数据。具体的，如图3所示，所述组合仪表模块2进一步包括：依次连接的电压采样子模块21、信号滤波子模块22、A\D信号转换子模块23和显示模块24；所述电压采样子模块21的输入端作为所述组合仪表模块2的输入端，所述A\D信号转换子模块23的输出端作为所述组合仪表模块2的输出端。

结合图4的电路原理图，电压采样、信号滤波和A/D转换的具体信号处理原理说明如下：转速传感器采用的是磁电式转速传感器，输出信号是正弦信号，信号频率与轴的转速成正比，改正弦信号经调理电路整形为脉冲信号。信号幅值随转速而变化，低速信号幅值小，所以要对小幅值信号进行放大，高速信号幅值较大，因而要采用二极管限幅，由于干扰信号可能会窜入传感器信号中，所以在电路中使用了RC滤波器。干扰信号经滤波后，脉冲幅度也降低，再通过比较器后，让干扰信号无法通过，从而起到了滤波作用。经过放大、整形及滤波之后的信号通过光电耦合器然后再引入A/D转换单片机中。在实际应用中，A\D信号转换子模块23中的单片机可选用MC9S12XS128处理器，经RC滤波、限幅后的信号进入MC9S12XS128处理器的捕获口进行A/D转换。

在具体应用中，所述组合仪表模块2和ECU控制器模块3通过CAN总线实现数据传输，图5为CAN总线处理电路，其中，CAN通讯模块为小型处理器。

所述ECU控制器模块3实时获取所述叉车的实时车速数据和所述转速数据，并结合预设的目标车速数据进行判断和计算处理；根据处理结果控制所述发动机的油量，实现叉车的车速限制。本实施例适用的ECU控制器模块3可采用树状系统结构的ECU控制器模块，规格为F05版本，硬件组成包含：传感器、控制单元及执行器。

该叉车用车速限制系统，软、硬件模块化设计；多功能开关可以选择目标车速，实现客户对于不同限制车速及限速功能开启及关闭的使用需求。

利用如实施例1的车速限制系统实现车速限制的技术原理和工作流程如下：

利用所述转速传感器模块1实时采集所述发动机的转速并生成相应的转速信号发送给所述组合仪表模块2。

利用所述组合仪表模块2对所述转速信号进行电压采样、信号滤波和A/D转换，生成并显示相应的转速数据。

利用所述ECU控制器模块3实时获取所述叉车的实时车速数据和所述转速数据，并结合输入的目标车速数据进行判断和计算处理；根据处理结果控制所述发动机的油量，实现叉车的车速限制。其中，实时车速数据可根据实时采集的转速数据结合驱动桥速比、轮胎半径，实时计算出整车车速。

在该过程中，判断和计算处理的方法具体包括：

步骤S1，根据所述实时车速数据和所述目标车速数据判断是否启动车速限速控制；若启动车速限速控制，则检测实时车速数据是否存在异常；若实时车速数据正常则进入步骤S2，若实时车速数据异常则不启动车速限制控制。

在步骤S301中，检测实时车速数据是否存在异常的方法具体为：若车速数据≤2km/h则判定为异常，否则为正常。

步骤S2，当采集到实时车速数据时，根据所述目标车速数据和所述发动机的当前喷射油量进行PID计算，获得车速目标加速度；根据所述车速目标加速度和预设的油量转换系数计算获得车速限制油量，作为处理结果。

当未采集到实时车速数据时，不启动车速限制控制。

在步骤S2中，根据所述目标车速数据和所述发动机的当前喷射油量进行PID计算的方法包括：

根据所述目标车速数据和预设的驱动轮尺寸和驱动桥速比，计算出转速传感器处的目标转速；根据所述目标车速、目标转速和发动机的当前喷射油量，结合发动机响应性，通过动态PID计算，得出车速目标加速度。

此处，ECU根据传感器目标转速及实时转速进行偏分、微分及积分计算，实现发动机限速时转速波动大及转速稳定时间长问题。

本实用新型是基于现有的叉车配置情况，通过系统集成及模块化设计，实现叉车主动限速功能，实现不同车速限制功能；针对用户作业场地变化，实现使用过程中对车速限制功能的开启及关闭；针对叉车最大车速不高(目前最大车速一般不超过35km/h)，发动机最大转速不高(发动机最大转速一般不超过2500r/min)且客户需求限速值较密集情况(目前市场需求限速一般为5km/h阶梯递增至最大车速)，发动机限速时转速响应慢、发动机转速波动大等情况，通过电控ECU对发动机精准PID控制，解决发动机限速时转速波动大及转速稳定所需的响应时间长的问题。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。