一种纯电动叉车整车控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及纯电动叉车整车控制及智能通讯技术领域，尤其是涉及一种纯电动叉车整车控制系统及控制方法。

背景技术

在双碳减排的大背景下，绿色智造与电动化已经成为工程机械产业转型升级的重点方向，企业相继加码电动化布局，已累计推出近百款覆盖工程机械全系列的电动化产品。针对这种发展趋势，智能化互联下叉车的整体技术水平越来越高。随着能源危机的日益加重，人们的环保意识不断增强，促使了纯电动叉车的有效发展。虽然电动叉车能够实现环境的零污染，但事故发生率依然很高；所以纯电动叉车的智能化越来越被人们重视。

现有的纯电动叉车无整车控制器，由电机控制器进行驱动，结构简单，功能单一，无法实现纯电动叉车的一系列智能控制方案，对驾驶员的操作要求高，安全性低；现有的纯电动叉车在运输或拐弯时很容易发生前翻和侧翻现象，而目前没有针对纯电动叉车采用智能控制的方案防止侧翻和前翻；传统的液压驱动叉车溢流和背压损失较大，电动机的性能不能得到充分的发挥，造成能源浪费；目前对电动叉车进行远程调度时，仅能通过手机与驾驶员联系进行调度，且不能实时了解纯电动叉车的工作状态，造成工作效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种纯电动叉车整车控制系统及控制方法，该整车控制系统能够为驾驶员提供实时的电动叉车运行状态，增强行驶安全，避免侧翻和前翻事故的发生。

本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种纯电动叉车整车控制系统，包括整车控制器VCU、电机控制器MCU1、电机控制器MCU2、信息采集模块和电磁阀；

所述信息采集模块包括用于采集电动叉车加速信号的加速踏板位置传感器、用于采集电动叉车减速信号的制动踏板位置传感器、用于采集电动叉车转向信号的转向盘转角传感器、用于采集电动叉车档位信号的档位传感器、用于采集货叉升降信号的升降手柄角度传感器，用于采集货叉前/后倾斜的前倾手柄角度传感器、用于采集货叉左/右偏移信号的偏移手柄角度传感器、用于采集货叉起升高度信号的货叉高度检测模块和用于采集定量泵内压力的压力传感器；

整车控制器VCU通过I/O模块的接口与升降手柄角度传感器，前倾手柄角度传感器，偏移手柄角度传感器，加速踏板位置传感器，制动踏板位置传感器，转向盘转角传感器，档位传感器连接，判断驾驶员的操作意图；整车控制器VCU通过I/O模块的接口与压力传感器和货叉高度检测模块连接，用于采集所述电动叉车的工作信息；整车控制器VCU通过CAN模块与电机控制器MCU1和电机控制器MCU2连接并进行数据传输，将目标转速信息发送至电机控制器MCU1和电机控制器MCU2，同时获取驱动系统的行驶参数和故障信息；

整车控制器VCU通过I/O模块的接口与电磁阀连接，根据输入工作信息调节电磁阀的开度至目标开度。

作为优选方案，还包括电池管理系统BMS、显示屏模块、GPS模块、4G/5G通信模块和网络数据监控调度中心，整车控制器VCU通过CAN模块与电池管理系统BMS连接并进行数据传输，获取故障信号以及电池剩余电量SOC信号；整车控制器VCU通过UART模块与GPS模块连接并进行通讯，获取电动叉车的位置信号；整车控制器VCU通过UART模块与4G/5G通信模块连接并通讯，将整车控制器VCU采集的信号通过4G/5G通信模块传递给网络数据监控中心，并接收网络数据监控中心发送的信息；整车控制器VCU通过CAN模块与显示屏模块连接，将整车控制器VCU接收的信息在显示屏上显示。

作为优选方案，所述的电池管理系统BMS将电池温度，电池剩余电量SOC，充电电流和电压的信息通过CAN模块发送至整车控制器VCU，并接受整车控制器VCU发出的控制信号。

一种纯电动叉车整车控制方法，整车控制方法包括防侧翻控制方法、防前翻控制方法和调度方法。

作为优选方案，防侧翻控制方法为：整车控制器VCU根据所接收的信息采集模块发送的电动叉车的转向信号，定量泵内的压力信号以及货叉起升高度信号，计算出保证电动叉车不发生侧翻的最高行驶车速Vmax，同时整车控制器VCU根据从电机控制器MCU1获取的驱动系统的行驶参数，计算出当前电动叉车的行驶车速V；

然后整车控制器VCU对电动叉车不发生侧翻的最高行驶车速Vmax和当前电动叉车的行驶车速V进行比较：

若Vmax>= V，整车控制器VCU不进行车速限制；

若Vmax

作为优选方案，防前翻控制方法为：整车控制器VCU接收由压力传感器采集的定量泵内的压力信号和货叉起升高度信号，接着整车控制器VCU根据定量泵内压力信号计算出允许货叉起升的最大高度，在到达高度临界点时，整车控制器VCU通过CAN模块发送危险信号到显示屏模块，提醒驾驶人员注意，同时将转速信号和转矩信号通过CAN模块传递给电机控制器MCU2，保持当前货叉高度，防止叉车发生前翻事故。

作为优选方案，具体的调度方法为：网络数据监控调度中心接收到电动叉车驾驶人员的求助信号后，网络数据监控调度中心先查看由4G/5G通信模块发送的其他工作区域的电动叉车的电池剩余电量SOC信号和叉车位置信息，通过分析对比，网络数据监控调度中心根据任务量和任务地点得出最佳调度方案，对符合调度条件的一台或多台电动叉车下达调度指令，收到指令的电动叉车整车控制器VCU通过CAN模块将信号传递给显示屏模块显示并提醒驾驶人员，驾驶员接收到信息并确认后，整车控制器VCU将反馈信息发送到网络数据监控调度中心，最后网络数据网络数据监控调度中心将接收调度的电动叉车信息通过4G/5G通信模块发送至求助的电动叉车整车控制器VCU，整车控制器VCU通过CAN模块将信号传递给显示屏模块显示并提醒驾驶人员。

有益效果：

如上所述，本发明的一种纯电动叉车整车控制系统及控制方法，具有以下有益效果：

1）、本发明在原有电机控制器基础上加装整车控制器VCU，使得在电机控制器上无法完成的智能控制算法可以在整车控制器上实现，可以降低对驾驶员的操作要求，提高行驶安全性；本发明完全采用智能优化算法，能够完成纯电动叉车在运输或拐弯时的限速控制，从而防止前翻和侧翻事故的发生。

2）、本发明采用液压伺服驱动控制方案，取消了溢流阀，减少了溢流损失和背压损失，降低了能源浪费；采用4G/5G通信模块与网络数据监控调度中心完成信息交互，网络数据监控调度中心可以根据任务量和纯电动叉车的状态进行远程调度，节省工作流程，提高效率；此外采用4G/5G通信模块还可以完成故障数据诊断及上传，远程调试等功能。

下面结合实施例附图和具体实施例对本发明做进一步具体详细的说明。

附图说明

图1为本发明中整车控制系统的原理示意图；

图2为本发明中整车控制系统信息采集模块信号传递示意图；

图3为本发明中整车控制系统的液压伺服系统原理示意图；

图4为本发明中整车控制系统的远程调度示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实例并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

一种纯电动叉车整车控制系统，如图1所示，该整车控制系统包括整车控制器VCU，信息采集模块，电池管理系统BMS，电机控制器MCU1（用于控制行走电机），电机控制器MCU2（用于控制液压伺服电机），电磁阀，显示屏模块，GPS模块，4G/5G通信模块，网络数据监控调度中心；整车控制器VCU包括：S32K344芯片，VCU唤醒模块，CAN模块，I/O模块，以及低压控制电路模块。

整车控制器VCU通过I/O模块的接口与用于采集当前电动叉车的加速，制动，档位，转向信号和用于采集当前货叉的升降，前/后倾斜，左/右偏移信号的传感器连接，判断驾驶员的操作意图；该整车控制器VCU通过I/O模块的接口与用于采集定量泵内压力的压力传感器和用于采集货叉高度的货叉高度检测模块连接，用于采集所述电动叉车的工作信息；整车控制器VCU通过CAN模块与电机控制器MCU1和电机控制器MCU2连接并进行数据传输，将目标转速信息发送至电机控制器MCU1和电机控制器MCU2，同时获取驱动系统的行驶参数和故障信息；整车控制器VCU通过CAN模块与电池管理系统BMS连接并进行数据传输，获取故障信号以及电池剩余电量SOC等信号；整车控制器VCU通过UART模块与GPS模块连接并进行通讯，获取电动叉车的位置信号；整车控制器VCU通过UART模块与4G/5G通信模块连接并通讯，将整车控制器VCU采集的信号通过4G/5G通信模块传递给网络数据监控中心，并接收网络数据监控中心发送的信息；整车控制器VCU通过I/O模块的接口与电磁阀连接，调节电磁阀的开度至目标开度；整车控制器VCU通过CAN模块与显示屏模块连接，将整车控制器VCU接收的信息在显示屏上显示。

如图2所示，所述信息采集模块包括用于采集电动叉车加速信号的加速踏板位置传感器、用于采集电动叉车减速信号的制动踏板位置传感器、用于采集电动叉车转向信号的转向盘转角传感器、用于采集电动叉车档位信号的档位传感器、用于采集货叉升降信号的升降手柄角度传感器，用于采集货叉前/后倾斜的前倾手柄角度传感器、用于采集货叉左/右偏移信号的偏移手柄角度传感器、用于采集货叉起升高度信号的货叉高度检测模块和用于采集定量泵内压力的压力传感器。信息采集模块和整车控制器VCU连接，将采集的电动叉车的加速，制动，档位，转向信号，货叉的升降，前/后倾斜，左/右偏移信号以及定量泵内压力以及货叉起升高度的信号通过I/O模块接口传递给整车控制器VCU。

作为本发明的一个具体实施例，整车控制器VCU可以实现电动叉车的防侧翻功能：

首先，整车控制器VCU接收信息采集模块发送的电动叉车的转向信号，定量泵内的压力信号以及货叉起升高度的信号，计算出保证电动叉车不发生侧翻的最高行驶车速Vmax，同时整车控制器VCU根据从电机控制器MCU1获取的驱动系统的行驶参数，计算出当前电动叉车的行驶车速V；

接着，整车控制器VCU对电动叉车不发生侧翻的最高行驶车速Vmax和当前电动叉车的行驶车速V进行比较：

若Vmax>= V，整车控制器VCU不进行车速限制；

若Vmax

作为本发明的另一个具体实施例，整车控制器VCU还可以实现电动叉车的防前翻功能：

整车控制器VCU接收由压力传感器采集的定量泵内的压力信号和货叉起升高度信号，接着整车控制器VCU根据定量泵内压力信号计算出允许货叉起升的最大高度，在到达高度临界点时，整车控制器VCU通过CAN模块发送危险信号到显示屏模块，提醒驾驶人员注意，同时将转速信号和转矩信号通过CAN模块传递给电机控制器MCU2，保持当前货叉高度，防止叉车发生前翻事故。

如图3所示，整车控制器VCU与信息采集模块连接，接收信息采集模块采集的信号。整车控制器VCU通过CAN模块与电机控制器MCU2连接并进行数据传输，将目标转速信息发送至电机控制器MCU2，同时获取伺服电机的转速信息，电机控制器MCU2与伺服电机连接，控制伺服电机的转速达到目标转速；整车控制器VCU通过I/O模块的接口与电磁阀连接，调节电磁阀的开度至目标开度；

首先，整车控制器VCU接收信息采集模块发送的货叉的升/降，前/后倾斜，左/右偏移信号以及定量泵内压力信号。

然后，依据历史数据信息，在保证带载能力和电动机功率最大化的前提下，整车控制器VCU根据当前定量泵内压力信号和货叉的升/降，前/后倾斜，左/右偏移信号，生成伺服电机的目标转速信号和电磁阀的目标开度信号。

最后将目标转速信号发送至电机控制器MCU2，电机控制器MCU2对目标转速和实际转速进行比较，进而控制伺服电机加速或者减速以达到目标转速，同时整车控制器VCU根据电磁阀的目标开度信号控制电磁阀开度达到目标开度。

所述的GPS模块通过卫星定位获取电动叉车的位置信号，且通过UART模块将位置信号发送至整车控制器VCU。所述的4G/5G通信模块通过UART模块连接整车控制器VCU用于获取电池剩余电量SOC以及电动叉车的位置信号，同时与网络数据监控调度中心连接进行数据接受和发送。

作为本发明的再一个具体实施例，还可以实现电动叉车的调度：

首先，网络数据监控调度中心接收电动叉车驾驶人员的求助信号，接着网络数据监控调度中心查看由4G/5G通信模块发送的其他工作区域的电动叉车的电池剩余电量SOC信号和叉车位置信息，通过分析对比，网络数据监控调度中心根据任务量和任务地点得出最佳调度方案，对符合调度条件的一台或多台电动叉车下达调度指令，收到指令的电动叉车整车控制器VCU通过CAN模块将信号传递给显示屏模块显示并提醒驾驶人员，驾驶员接收到信息并确认后，整车控制器VCU将反馈信息发送到网络数据监控调度中心，最后网络数据监控调度中心将接收调度的电动叉车信息通过4G/5G通信模块发送至求助的电动叉车整车控制器VCU，整车控制器VCU通过CAN模块将信号传递给显示屏模块显示并提醒驾驶人员。

例如，如图4所示，当A区的电动叉车1不能完成本区域内的工作任务时，电动叉车1驾驶人员通过4G/5G通信模块向网络数据监控调度中心发出求助信号，网络数据监控调度中心综合A，B，C，D四个区域的任务量和叉车状态信息，对B，C，D区域工作任务少的一台或多台叉车发送调度指令，B，C，D区域的一台或多台电动叉车驾驶员在接收到信息并确认后，网络数据监控调度中心将接受调度的叉车信息发送至电动叉车1驾驶人员。

进一步的，所述的电池管理系统BMS将电池温度传感器，电池剩余电量SOC，充电电流，电压的信息通过CAN模块发送至整车控制器VCU，并接受整车控制器VCU发出的控制信号。

网络数据监控调度中心还用于接收电动叉车驱动系统的行驶参数，故障信号，电池剩余电量SOC以及电动叉车的位置信号，并利用4G/5G通信模块与整车控制器VCU连接，网络数据监控调度中心接受故障码，进行数据分析存储，利用大数据算法对故障码分析，找出整车控制的故障发生点，与车主和厂家通信，通过远程终端软件对整车故障进行调试，消除整车控制故障。用于提醒驾驶员当前电动叉车的整车工况的故障信息以及接收到的网络数据监控调度中心发送的信息由整车控制器通过CAN模块发送到显示屏模块。

本发明提供了一种纯电动叉车整车控制系统及控制方法，通过整车控制器VCU对整车工况的数据采集，采用控制策略进行优化，并通过4G/5G通信模块完成数据的发送和接收，实现防前翻和侧翻，远程监控，远程调度以及远程调试等功能。同时采用液压伺服驱动控制方案取消溢流阀，达到节能增效的目的。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、均包含在本发明的保护范围之内。