一种用于平衡重式叉车的质心高度估计方法技术

本发明专利技术公开了一种用于平衡重式叉车的质心高度实时估计方法，其先检测叉车的驱动轮转动速度、后轮转动角度和车身侧倾角来判断叉车的状态；当叉车处于静态状态，通过静态质心位置测量方法检测此时叉车的静态质心高度；当叉车处于直行运行工况，采用叉车纵向动力学模型来估计叉车的直行质心高度；当叉车处于转弯工况；采用叉车侧倾动力学模型来估计叉车的转弯质心高度。最后将叉车在静态、直行、转弯工况下得到的质心高度进行融合在一起，得到适用于多工况的叉车质心高度。本发明专利技术实现不同运行工况下叉车质心高度信息获取的准确性与实时性，继而可以提高叉车稳定性控制的精度，为叉车运行安全提供了保障。安全提供了保障。安全提供了保障。

【技术实现步骤摘要】
一种用于平衡重式叉车的质心高度估计方法


[0001]本专利技术涉及叉车
，具体涉及一种平衡重式叉车的质心高度估计方法。

技术介绍

[0002]随着平衡重式叉车广泛应用于工厂、港口、车站、货仓等各大交通物流行业之中，其工作环境也越来越复杂。
[0003]随着汽车电子技术的发展，为了避免事故的发生，越来越多的主动安全系统被应用于平衡重式叉车上。但是，叉车主动安全控制系统的稳定和可靠不仅仅在于控制算法的鲁棒性，还依赖于叉车参数的准确获取。如对车辆的侧倾稳定性、操纵稳定性有着非常重要的作用的质心高度(指质心在竖直方向的位置)就是动力控制中的一个重要参数。车辆参数决定了主动安全控制系统的干预时间和控制输入，在无驾驶员干预的情况下的安全具有重要作用。不同于传统车辆及其他工程机械，叉车运行工况复杂，质心位置变化范围广，尤其在高速转向和高举货物工况下容易发生纵横向失稳甚至侧翻的危险。由于叉车载货量的实时变化和载重量位置分布的变化较大，且远超传统乘用车辆，现有的传感器或者技术很难准确观测到质心位置数据。目前，大部分叉车主动安全控制系统都采用恒定的质心位置参数。
[0004]目前许多乘用车使用了参数估计的方法来估计质心高度信息，但目前的技术不适用于平衡重式叉车。这是因为平衡重式叉车结构独特，其为“前驱动桥+后转向桥”的后轮转向结构，且不存在弹簧阻尼等传统车辆的悬架结构。因此，基于垂向动力学模型的质心估计方法并不适用于平衡重式叉车。另外，由于叉车前驱动桥与车身刚性连接，后转向桥通过铰接的方式与车身连接，导致传统乘用车侧倾动力学模型以及纵向动力学模型均不能直接应用于平衡重式叉车。

技术实现思路

[0005]本专利技术为避免上述现有技术所存在的不足之处，提出一种用于平衡重式叉车的质心高度估计方法，以期在不同运行工况下都能准确且实时地估计叉车质心高度信息，为叉车稳定性控制与主动安全提供保障。
[0006]本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：
[0007]一种用于平衡重式叉车的质心高度估计方法，其步骤如下：
[0008]步骤1、检测叉车的驱动轮转动速度w
f
、后轮转动角度δ和车身侧倾角φ；
[0009]步骤2、当w
f
＝0时，叉车处于静态状态，通过静态质心位置测量方法检测此时叉车的静态质心高度h
′
；
[0010]步骤3、当w
f
≠0、δ＝0时，叉车处于直行运行工况，采用叉车纵向动力学模型来估计叉车的直行质心高度h
c
；
[0011]步骤4、当w
f
≠0、δ≠0时，叉车处于转弯工况；采用叉车侧倾动力学模型来估计叉车的转弯质心高度h
lat
；
[0012]步骤5、将叉车在静态、直行、转弯工况下得到的质心高度h
′
、h
c
、h
lat
通过以下公式融合在一起，得到适用于多工况的叉车质心高度h
int
：
[0013]h
int
＝[(1
‑
K
′
)h
lat
+K
′
L
int
(h
c
‑
h
lat
)](1
‑
K)+Kh
′
[0014]式中：K、K
’
为权重系数，取值范围为(0，1)；
[0015]权重系数K、K
’
取值通过采集驱动轮转动速度w
f
、后轮转动角度δ和车身侧倾角φ得来。h
lat
为基于叉车侧倾动力学模型估计出的质心高度，h
c
为基于叉车纵向动力学模型估计出的质心高度，h
′
为叉车静态测量质心高度；
[0016]L
int
为截止频率，该参数目的为消除高频噪声；则L
int
＝2πf
int
，其中f
int
为基础频率设为5Hz。
[0017]进一步方案，步骤1中叉车的驱动轮转动速度w
f
是由安装在叉车前驱动轮上的轮速传感器获得；后轮转动角度δ是由安装在叉车后转向轮上的转角传感器获得；车身侧倾角φ由安装在叉车车身上的陀螺仪传感器获得。
[0018]所述静态质心位置测量方法的检测方法如下：
[0019](1)在叉车货叉的前后两端布置压力传感器，用于获取货物的质量及压力信息；
[0020]在叉车货叉垂直方向设置高度传感器，用于获取货叉的高度位置信息；
[0021]在叉车门架与前轴固定位置增加门架倾角传感器，用于获取叉车门架前后倾斜角度信息；
[0022](2)将货叉高度降低至最低点，且保持货叉水平状态，压力传感器采集货叉两端的压力值F1、F2；
[0023](3)将货叉倾斜到α0角度后，再次通过压力传感器采集货叉前后两端的压力值F3、F4；
[0024](4)计算货物在水平状态下的坐标：建立货叉坐标系，在货叉处于水平状态时，设货物质心在货物坐标系下的坐标为G0(x0,y0)；
[0025](5)当货叉升高一定高度Δh，倾斜一定角度α时，计算货物质心在整车坐标系下的坐标：建立叉车整车坐标系，设货物质心在整车坐标系下的坐标为G0′
(x0′
,y0′
)；
[0026](6)计算叉车整车联合质心坐标：设叉车出厂时的车身质心坐标为G(x,y)，装载货物后的叉车联合质心坐标为G
′
(x
′
,y
′
)；则叉车的静态质心高度h
’
＝y
’
。
[0027]进一步方案，步骤3中采用叉车纵向动力学模型来估计叉车的质心高度h
c
是基于简化线性轮胎模型与叉车纵向动力学模型，使用非线性H
∞
观测器观测质心高度信息的。
[0028]更进一步方案，所述简化线性轮胎模型中的轮胎法向力的公式如下：
[0029][0030][0031]式中，m表示叉车重量，Fzf、F
zr
分别表示叉车前、后轮的法向力，表示叉车等效纵向加速度，λ
c
表示叉车质心纵向位置系数，L
f
、L
r
分别表示叉车质心到前后轴的水平距离，
h
c
表示叉车纵向动力学模型估计的质心高度；
[0032]所述叉车纵向动力学模型为：
[0033][0034]式中，m表示叉车重量，I
f
表示叉车前驱动轮的转动惯量，T
tf
、T
bf
分别表示叉车前驱动轮的牵引力矩和制动力矩，r
f
表示前驱动轮半径；w
f
表示前驱动轮转速，表示前驱动轮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于平衡重式叉车的质心高度估计方法，其特征在于：其步骤如下：步骤1、检测叉车的驱动轮转动速度w
f
、后轮转动角度δ和车身侧倾角φ；步骤2、当w
f
＝0时，叉车处于静态状态，通过静态质心位置测量方法检测此时叉车的静态质心高度h
′
；步骤3、当w
f
≠0、δ＝0时，叉车处于直行运行工况，采用叉车纵向动力学模型来估计叉车的直行质心高度h
c
；步骤4、当w
f
≠0、δ≠0时，叉车处于转弯工况；采用叉车侧倾动力学模型来估计叉车的转弯质心高度h
lat
；步骤5、将叉车在静态、直行、转弯工况下得到的质心高度h
′
、h
c
、h
lat
通过以下公式融合在一起，得到适用于多工况的叉车质心高度h
int
：h
int
＝[(1
‑
K
′
)h
lat
+K
′
L
int
(h
c
‑
h
lat
)](1
‑
K)+Kh
′
式中：K、K
’
为权重系数，取值范围为(0，1)；L
int
为截止频率，则L
int
＝2πf
int
，其中f
int
为基础频率设为5Hz。2.根据权利要求1所述的一种用于平衡重式叉车的质心高度估计方法，其特征在于：步骤1中叉车的驱动轮转动速度w
f
是由安装在叉车前驱动轮上的轮速传感器获得；后轮转动角度δ是由安装在叉车后转向轮上的转角传感器获得；车身侧倾角φ由安装在叉车车身上的陀螺仪传感器获得。3.根据权利要求1所述的一种用于平衡重式叉车的质心高度估计方法，其特征在于：所述静态质心测量方法的步骤如下：(1)在叉车货叉的前后两端布置压力传感器，用于获取货物的质量及压力信息；在叉车货叉垂直方向设置高度传感器，用于获取货叉的高度位置信息；在叉车门架与前轴固定位置增加门架倾角传感器，用于获取叉车门架前后倾斜角度信息；(2)将货叉高度降低至最低点，且保持货叉水平状态，压力传感器采集货叉两端的压力值F1、F2；(3)将货叉倾斜到α0角度后，再次通过压力传感器采集货叉前后两端的压力值F3、F4；(4)计算货物在水平状态下的坐标：建立货叉坐标系，在货叉处于水平状态时，设货物质心在货物坐标系下的坐标为G0(x0,y0)；(5)当货叉升高一定高度Δh，倾斜一定角度α时，计算货物质心在整车坐标系下的坐标：建立叉车整车坐标系，设货物质心在整车坐标系下的坐标为G
′0(x
′0,y
′0)；(6)计算叉车整车联合质心坐标：设叉车出厂时的车身质心坐标为G(x,y)，装载货物后的叉车联合质心坐标为G
′
(x
′
,y
′
)；则叉车的静态质心高度h
’
＝y
’
。4.根据权利要求1所述的一种用于平衡重式叉车的质心高度估计方法，其特征在于：步骤3中叉车的直行质心高度h
c
是基于简化线性轮胎模型与叉车纵向动力学模型，使用非线性H
∞
观测器观测质心高度信息的。5.根据权利要求4所述的一种用于平衡重式叉车的质心高度估计方法，其特征在于：所述简化线性轮胎模型中的轮胎法向力的公式为：
式中，m表示叉车重量，F
zf
、F
zr
分别表示叉车前、后轮的法向力，表示叉车等效纵向加速度，λ
c
表示叉车质心纵向位置系数，L
f
、L
r
分别表示叉车质心到前后轴的水平距离，h
c
表示叉车纵向动力学模型估计的质心高度；所述叉车纵向动力学模型为：式中，m表示叉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬林，王平，毕胜，师学银，郑小东，夏光，
申请(专利权)人：安徽合力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：