一种新型电动叉车的研究

韦辉

摘要：国家倡导经济发展方式转变，产品结构趋于节能环保型;从驱动方式来看，电动叉车市场未来将快速增长;进入叉车行业的企业增多、市场竞争格局发生变化;内外企业大量进入中国叉车市场，市场竞争日趋激烈;主要竞争对手对关键零部件的掌控能力加强;价格战决定了中国叉车行业的技术革新能力仍处于较低的水平;自主品牌产品与发达国家差距依然明显。

关键词：节能环保;关键零部件;技术革新;自主品牌

引言

十二五时期是国家加快转变经济发展方式的攻坚时期， 建设资源节约型、环境友好型社会是加快转变经济发展方式的重要着力点。为适应节能环保的要求，必须积极开发环保节能的新产品，防止大排量、高油耗、低技术机械的快速增长，电动叉车必将成为未来市场的消费主流。

1.实施方案

此款新型叉车具有直行、侧移、原地回轉、斜行四种模式的运动功能。以该车型能够按需要实现车辆在平面内任意方向行驶的万向运动机构及相关技术为基础，研制系列装卸搬运车辆，包括万向小推车、万向移动平台、万向升降平台、各吨位的万向叉车等。

此款车型具备传统叉车的车身系统、工作装置、液压系统、机罩底板类、护顶架（驾驶室）、配重等常规部件。同时又具备传统叉车不同的车轮、控制系统、操纵方式，采用全交流控制系统、四轮独立驱动、车轮采用螺旋式小滚轮结构，依靠四个车轮的运动复合实现自行转向。

2.驱动系统

行走驱动系统由四个独立的Mecanum wheel螺旋滚轮总成组成，成镜像布置，车轮的布置方向见图1，每个驱动轮通过减速机由一个交流电机独立驱动，减速机安装在车架上，正确的排列螺旋滚轮的方向，各车轮通过正、反转或0速的动作指令，便可达成各种方向的控制。螺旋滚轮上的自由滚子与车轮轴心成45°方向，当车轮转动时，自由滚子与地面接触，地面给予车轮的摩擦力方向也是45°。行走时摩擦力会出现X轴与Y轴的分量，在4个车轮速度相等的状况下，控制4个车轮正、反转或0速，即可得到前进、后退、原地旋转、斜向移动四种模式下的复合运动方式。

图1 车轮的布置方向

3.行驶控制系统

上位机（中央处理器）和每个电机控制器之间通过CAN OPEN协议进行数据通讯，上位机的控制指令（数字信号）通过三轴操纵手柄直接传到电机控制器。中间环节少，节点少，提高了系统的可靠性、精度和实时性，降低了线路损耗，整体结构简洁清晰。采用CAN总线结构的布局控制图，见图3。

图3采用CAN总线结构的布局控制图

研究过程中已掌握了交楼调速控制器CAN总线的通信协议，并对交流控制器进行了二次

开发，实现了上、下位机的CAN通信和电机的矢量控制。驱动控制器采用电机和速度的双闭环控制。能将系统转矩和速度的控制精度限制在±1%之内，为系统的电子差速性能提供可靠保障，杜绝了机械构件的干涉，实现了功能需求。

4.控制数学模型

上位机接收到手柄输入指令，检测请求信号是否正常，A/D转换是否结束，通过数学模型解算成四个车轮电机的运行方向和速度，即可实现车体任意方向的移动。

4.1前进、后退（沿Y轴方向移动）

前进时，四个车轮都向前滚动，后退则都向后滚动地面给予车轮摩擦力方向分别为45°和-45°，在地面给予四个车轮的摩擦力相等的情况下，X方向的分类相互抵消，只留下Y方向的分类，沿Y方向移动。

4.2横移（沿X轴方向移动）

左横移时，第一车轮与第四车轮向后滚动，第二车轮与第三车轮向前滚动;右横移时，第一车轮与第四车轮向前滚动，第二车轮与第三车轮向后滚动。

4.3原地旋转（沿整车重心）

顺时针旋转时，第一车轮与第三车轮向前滚动动，第二车轮与第四车轮向后滚动;逆时针旋转时，第一车轮与第三车轮向后滚动，第二车轮与第四车轮向前滚动。在地面给予四个车轮的摩擦力相等的情况下，将以自身的重心为圆心原地旋转。

4.4斜向45°

右前移动时，第二车轮与第三车轮停止不动，第一车轮与第四车轮向前滚轮动;左后移动时，第一车轮与第四车轮向后滚动。

左前移动时，第一车轮与第四车轮停止不动，第二车轮与第三车轮向前滚动;右后移动时，第二车轮与第三车轮向后滚动。

5.节能环保

借助新能源汽车理念，联合动力电池厂家，通过产学研结合，对标美国电池，把电池效率提高到美国电池的75%以上;同时将锂电池技术应用于叉车上。该车同时配置了锂电池电源系统，主要由电池组、BMS电池管理系统、车载智能充电机主要负责为电池组进行可靠充电。

6.结束语

关键技术的解决：

（1）四轮驱动车轮均衡磨损技术的解决：作为叉车整机，囊括了侧面叉车的所有功能，并实现了自动多方位360°无死角行走。

（2）无需转向操纵机构的螺旋滚轮技术：四个车轮成前后左右镜向布置，车轮轮体采用螺旋滚轮技术设计的结构，每个车轮只实现前后滚动，不存在其他方向的转向运动，车连本身也不需要常规的转向机构，而是依靠四个车轮的运动复合模型实现整车的平面运动。

（3）钢结构轮胎减震技术的解决：选用工程机械和军用坦克上技术成熟的履带式橡胶作为钢衬的包胶形成独特结构，减震效果比聚氨脂好，硬度相当，摩擦系数、粘着系数与轮胎相近;车体后驱动桥采用二级橡胶减震与车架连接，使后驱动轮有浮动功能，改善叉车的减振效果，解决了震动和耐磨难题。

（4）独特的联合锁定安全操作保护装置：扩大该车的使用范围，考虑到能够在30°坡度上颠簸安全运行，安全保护级别非常高，采用独特的联合锁定安全操作保护装置实现安全保护：机械结构安全锁定、液压锁定、三重电气安全控制保护，只有联合锁定安全操作装置全面开启，才能实现整车完整动作。