一种基于GMM的转向控制器及叉车主动后轮转向系统

摘要

本发明公开一种基于GMM的转向控制器及叉车主动后轮转向系统，系统具有设于叉车主动后轮上的转向控制器，该转向控制器具有轴套和两组GMM机构，该两组GMM机构左右对称地设在轴套内；GMM机构包括有GMM棒、线圈及推拉杆，GMM棒插置在线圈内，该GMM的一端顶靠轴套的内壁，另一端连接推拉杆；轴套的端部设有开口，供推拉杆活动伸出。本发明能够实现独立于驾驶员的转向干预，通过主动后轮转向干预实现对车辆稳定性控制，达到主动改变前轮转向角的目的，提高车辆的操纵性、稳定性和轨迹保持能力，避免叉车倾翻危险工况的发生。同时本发明基于GMM的转向控制系统可以弥补现有叉车液压转向系统结构复杂、液压油路容易泄漏等缺点。

说明书

技术领域

本发明涉及转向控制领域，具体是指一种基于GMM的转向控制器及叉车主动后轮转向系统。

背景技术

叉车主要用于货场仓库的装卸或短途运输，工作场地较小，转向频繁，常需要原地转向。这要求叉车转向系统满足轻快灵活，转弯半径小，机动性能好等特点。

目前在叉车中广泛运用的被动液压式转向系统尚存在结构复杂、机动性、安全稳定性差等缺点。叉车作为一种工业车辆，它的运行工况复杂多变，重心时刻发生变化，表现为一极强的时变系统，其动态稳定性比一般普通汽车更难控制。而且通常情况下叉车的工作场地狭小、转弯又十分频繁，因此叉车极有可能失去稳定性表现出异常的运动状态，严重时将发生侧滑、倾翻等危险工况。叉车安全事故造成了极大的人身伤害和经济损失，叉车的安全性稳定性问题已经成为全球工业车辆行业必须面对的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GMM的转向控制器及叉车主动后轮转向系统，实现对车辆稳定性控制，提高车辆的操纵性、稳定性和轨迹保持能力，同时还弥补了现有液压转向方式存在结构复杂、液压油路易泄漏等缺点。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于GMM的转向控制器，具有轴套和两组GMM机构，该两组GMM机构左右对称地设在轴套内；GMM机构包括有GMM棒、线圈及推拉杆，GMM棒设于线圈内，该GMM棒的一端顶靠轴套的内壁，另一端连接推拉杆；轴套的端部设有开口，供推拉杆活动伸出。

所述GMM的另一端经由铰链机构连接推拉杆。

所述铰链机构为由多个平行四边形机构叠加构成的铰链放大机构。

所述线圈环绕置于线圈骨架上，GMM棒插置在线圈骨架的中心插槽内。

所述线圈具有励磁线圈和偏执线圈。

一种叉车主动后轮转向系统，具有设于叉车主动后轮上的转向控制器，该转向控制器具有轴套和两组GMM机构，该两组GMM机构左右对称地设在轴套内；GMM机构包括有GMM棒、线圈及推拉杆，GMM棒插置在线圈内，该GMM的一端顶靠轴套的内壁，另一端连接推拉杆；轴套的端部设有开口，供推拉杆活动伸出。

所述转向系统还包括微控制器及传感器，该传感器、微控制器及转向控制器依次进行电气连接。

所述传感器包括有角度传感器、车速传感器、后轮转角传感器、前轮转角传感器及横摆角速度传感器。

所述GMM的另一端经由铰链机构连接推拉杆。

所述铰链机构为由多个平行四边形机构叠加构成的铰链放大机构。

采用上述方案后，本发明相对于现有技术的有益效果在于：本发明采用GMM设计一种转向控制器，并形成一种全新的叉车主动后轮转向系统，能够实现独立于驾驶员的转向干预，通过主动后轮转向干预实现对车辆稳定性控制，特别是在危险工况下该系统通过独立于驾驶员的转向干预来稳定叉车, 通过主动改变驾驶员给定的前轮转角使得车辆响应尽可能与理想的车辆响应特性相一致，从而达到主动改变前轮转向角的目的，提高车辆的操纵性、稳定性和轨迹保持能力，避免叉车倾翻危险工况的发生。同时本发明基于GMM的转向控制系统可以弥补现有叉车液压转向系统结构复杂、液压油路容易泄漏等缺点。

附图说明

图1是本发明基于GMM的转向控制器的结构示意图；

图2是本发明基于GMM的叉车主动后轮转向系统的原理图；

图3是本发明转向控制系统的PID控制原理图。

标号说明

转向控制器         1    轴套              11

骨架安装腔       111    行程腔           112

左GMM机构        12    左GMM棒         121

左线圈           122    左推拉杆         123

左铰链机构       124    左线圈骨架       125

右GMM机构        13    右GMM棒         131

右线圈           132    右推拉杆         133

右铰链机构       134    右线圈骨架       135

微控制器           2    角度传感器        31

车速传感器        32    后轮转角传感器    33

前轮转角传感器    34    横摆角速度传感器  35

主动后轮           4    转向盘             5

转向轴            51。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。

本案涉及一种基于GMM的转向控制器，如图1所示，转向控制器1具有轴套11和两组GMM机构，该两组GMM机构分别为左GMM机构12和右GMM机构13，该左GMM机构12和右GMM机构13分别左右对称地设在轴套1内。

所述左GMM机构12较佳实施例，包括有左GMM棒121、左线圈122、左推拉杆123、左铰链机构124及左线圈骨架125。左线圈122具有励磁线圈和偏执线圈，它们环绕置于左线圈骨架125上，左GMM棒121插置在线圈骨架125的中心插槽内，且对应位于左线圈122内。左GMM棒121的一端顶靠轴套的内壁，另一端经由左铰链机构124连接左推拉杆123；该左铰链机构124具体为由多个平行四边形机构叠加构成的铰链放大机构。轴套11内设有骨架安装腔111和行程腔112，骨架安装腔111供左线圈骨架125适配安装，左铰链机构124和左推拉杆123可活动设于行程腔112内，行程腔112的外端延伸至轴套1的端部，并设有开口，左推拉杆123从该开口活动伸出，以供与相关转向部件（如叉车主动后轮）连接。

同理，右GMM机构13包括有右GMM棒131、右线圈132、右推拉杆133、右铰链机构134及右线圈骨架135。右GMM机构13与左GMM机构12结构相同，具体结构连接同上面所述，这里不再进行详细累述。这里需要说明的是，所述的左GMM机构12和右GMM机构13为较佳实施例，其中，GMM棒可直接与推拉杆相连接，当然除了通过铰链机构外，还可以通过其他连接件连接。较佳实施例中采用铰链放大机构，较利于结构稳定性及GMM棒带动推拉杆精准、放大移位的作用。

所述GMM棒采用超磁致伸缩材料（GMM）制作而成，该超磁致伸缩材料（GMM）是一种具有极大的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料，在常温下由于磁化状态的改变，其长度和体积会发生较大变化。这种材料具有很高的耐热温度，抗压强度和承载能力大，磁致伸缩性能强。在室温下，机械能和电能之间的转换率高、能量密度大、响应速度快、可靠性好、驱动方式简单。

本发明还涉及一种叉车主动后轮转向系统，如图2所示，其具有设于叉车主动后轮4上的转向控制器，该转向控制器具体结构如上面所述一种基于GMM的转向控制器1。

转向系统还包括微控制器（ECU）2及传感器，该传感器、微控制器2及转向控制器3依此进行电气连接。所述传感器具体包括有角度传感器31、车速传感器32、后轮转角传感器33、前轮转角传感器34及横摆角速度传感器35。其中角度传感器31设于转向盘5的转向轴51上。

  叉车主动转向系统在行驶工作过程中，驾驶员转动转向盘5，微控制器（ECU）2实时检测车速传感器31、后轮转角传感器32、前轮转角传感器33、横摆角速度传感器34、转向传感器35的信号实时测量的车辆行驶稳定性的相关数据，不需要驾驶员的干预，主动对叉车施加经过精确计算的补偿转向操作，最终通过基于GMM的转向控制器1来操纵叉车的转向，使叉车保持稳定的行驶状态，避免恶性侧翻等事故的发生，保证生命和财产安全。主动后轮转向控制系统的原理如图3 所示, 其中，微控制器（ECU）2采用PID控制，主要控制电流的大小，微控制器（ECU）2先根据参考模型并结合当前的驾驶员转向角和车速，计算得到期望的横摆角速度并对理想的值与实际的值进行比较，经过判断处理，发出指令控制输出线圈电流的大小，控制GMM转向控制器1的执行机构的位移输出大小，从而控制叉车后轮转角大小。

由于叉车是后轮转向，因此，当叉车向右转弯时，后轮应该向左侧发生转动。根据各传感器输入的信号，微控制器（ECU）2控制基于GMM的转向控制器1中的右励磁线圈电压，使右GMM棒131缩短，拉动右侧的铰链连接平行四边形放大机构（右铰链机构135）使之伸长，以推动右推拉杆133向右移动一定距离，从而推动右后车轮向左侧转动适当角度。同时，微控制器（ECU）2控制基于GMM的转向控制器1中的左励磁线圈电压，使左GMM棒121伸长，推动左侧的铰链连接平行四边形放大机构（左铰链机构125）使之缩短，以拉动左推拉杆123向右移动一定位移，从而拉动左后车轮向左侧转动适当转向角度。

同理，当叉车向左转弯时，后轮应该向右侧发生转动。根据传感器输入的信号，微控制器（ECU）2控制基于GMM的转向控制器1中的右励磁线圈电压，使右侧GMM棒131伸长，推动右侧的铰链连接平行四边形放大机构（右铰链机构135）使之缩短，以拉动右推拉杆133向左移动一定距离，从而拉动右后车轮向右侧转动适当角度。同时，微控制器（ECU）2控制基于GMM的转向控制器1中的左侧励磁线圈电压，使左GMM棒121缩短，拉动左侧的铰链连接平行四边形放大机构（左铰链机构125）使之伸长，以推动左推拉杆123向左移动一定位移，从而推动左后车轮向右侧转动适当转向角度。

综上，本发明一种基于GMM的转向控制器及叉车主动后轮转向系统，具有以下一些优点：

1）本发明转向控制器及系统通过主动控制后轮转向干预实现对车辆稳定性控制，大大提高了叉车的主动安全性，可以有效防止叉车倾翻等危险工况的发生；

2）基于GMM的叉车主动后轮转向系统是一种环保系统，省去了原有叉车转向系统中的液压泵、液压缸、液压油箱、油管等部件，大大简化了叉车转向系统的结构，不会发生液压油路泄漏现象造成的环保问题；

3）基于GMM的叉车主动后轮转向系统是一种节能系统，相比液压转向系统，基于GMM的叉车主动后轮转向系统只有在转向工况时才消耗能量，且GMM能量转换效率高；

4）基于GMM的叉车主动后轮转向系统通过控制转向控制器中GMM棒的伸缩来控制转向过程，这样简单的结构便可实现对转向轮转角的精确化控制；

5）基于GMM的叉车主动后轮转向系统抗压强度和承载能力大，工作可靠，特别适合叉车等工程车辆主动转向系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本发明权利要求的范围。