电动叉车横向稳定性系统设计

卓丽云， 等： 电动叉车横向稳定性系统设计  设 施 与 设备
电动叉车横向稳定性系统设计
卓丽云 ， 黄敬党
( 福建农林大学 机电工程学院，福建 福州 3 5 0 0 0 2 ) 
【 摘 要】 对电动叉车的横向稳定性进行理论分析， 根据分析得到的结论对电动叉车的横向稳定性进行控制， 从而使电动叉车
工作时满足横向稳定性要求。 
[ 关键词】 电动叉车； 横向稳定性； 系统设计  ， 
【 中图分类号】 T H2 4 2 ． 0 2 2   [ 文献标识码】 A   [ 文章编号】 l o 0 5 — 1 5 2 X( 2 0 0 8 ) 1 2 — 0 1 2 9 — 0 2 
De ve l o pme nt   o f   t h e   La t e r a l   S t ab i l i t y   Sy s t e m  f o r   t h e   M o t or -dr i v e n   Fo r Mi f t 
ZHUO  L i - y u n ，HUANG   J i n g — d a n g 
( S c h o o l   o f   M~h a n i c a l ＆ E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ， F u j i a n  A g r i c u l t u r e   a n d   F o r e s t r y   U n i v e r s t i y ， F u z h o u   3 5 0 0 0 2 ， C h i n a ) 
Ab s t r a c t ：T h e   p a p e r   a n a ly z e s   t h e   mo t o r - d r i v e n   f o r k l i f t   l a t e r a l  s t a b i l i t y   t h e o r e t i c a l l y   a nd   t r i e s   t o   c o n t r o l   i t s   l a t e r a l  s t a b i l i y   a c c o r d i n g 
t o   t h e   r e s u l t s   o f   t h e   a na ly s i s   i n   o r d e r   t o   me e t   t h e   r e q u i r e me n t s   o f   l a t e r a l  s t a b i l i t y ． 
Ke y w0 r d s ：mo t o r - d r iv e n   f o r k l i f t ；l a t e r a l  s t a bi l i t y ； s y s t e m  d e s i g n 
1   引言
随着市场经济的发展， 物流技术在经济发展中的地位和
作用越来越明显， 叉车普及率也越来越高， 已从过去单一的港
口码头进入到国民经济的各行各业中。同时由于电动叉车常
在复杂的工况下作业，叉车的重心位置随着工况的不同而发
生变化，特别是在操作人员急躁或反应不灵敏时和遇到各种
意想不到的特殊工况( 比如在急行中遇到紧急情况时急刹车 、 
突然躲避人或物或者突然加速时) ， 叉车的重心会出现很大的
变化， 甚至移到轴侧倾覆线外， 发生叉车事故( 特别是在坡道
或者弯道上较易发生翻车事故) 。叉车的横向稳定性是指抵抗
横向翻车和横向侧滑的能力。这种横向稳定能力具有一定的
局限性， 当叉车转弯或行驶中需要转向时， 就会出现离心力而
直接与横向稳定力相抵抗，如果发生离心力大于或等于横向
稳定性的情况时， 内侧悬空， 叉车推动稳定性开始侧翻。在多
数路面上，由于离心力的作用往往先发生侧滑，接着发生侧
翻。据统计， 电动叉车转弯所发生的侧滑或翻车事故总数中， 
有 6 0 ％是受转弯离心力的影响而发生的I l i ， 因此本文主要根据
离心力原理控制电动叉车的横向稳定性。 
本文介绍了电动又车横向稳定性系统的设计，通过对电
动叉车的行驶速度和转向角的检测，采用软件控制电动叉车
高速行驶转弯时的横向稳定性，以保证电动叉车在行驶时具
备横向稳定性要求。 
2  电动叉车横向稳定性的理论分析
电动叉车行驶的速度理论上是由加速踏板决定的，但是
当电动叉车有一定转向角的时候， 由离心力式子 F = V V R可以
发现： 电动叉车离心力面 F随着速度 v 增大而增大， 当离心力
F超过其抵抗倾翻能力时就极易发生侧翻。因此， 当电动叉车
有一定转向角时， 必须对其行驶速度作适当的控制。 
电动叉车只有在倾覆角 ( b ≥   时才有可能发生侧翻， 
那时电动叉车绕着倾翻中心 O侧翻。因此， 为了计算电动叉车
所允许的最大行驶速度，把电动叉车的倾覆角等同于电动叉
车在倾斜面上行驶， 该倾斜面的倾斜角度就是倾覆角， 当电动
力叉车倾覆角  为临界倾覆角  时，即为该倾斜面的最
大倾斜角， 其示意图如 1图、 图2所示。 
S 
图 1   叉车质心示意图
此时电动叉车质心受到两个力的作用，一个是离心力 F ， 
分解成两个力 F · s i n   0和 F · C O S   0； 一个是自重 G， 分解成两个
力 G· s i n   0和 G· C O S   0； 对电动叉车的倾翻轴线求力矩， 假设
【 收稿日1 ~ ] 2 0 0 8 — 1 0 — 2 0 
【 作者简介】 卓丽云( 1 9 8 3 一 ) ， 女， 福建厦门人， 硕士， 研究方向： 机电一体化设计及自动控制； 黄敬党( 1 9 6 3 一) ， 男， 福建古田人， 博士， 教授， 研
究方向： 机电一体化产品。 
-
1 2 9 -  设 施与 设 备  物流技术2 0 0 8年第2 7卷第 1 2期( 总第 1 9 5 期) 
图 2 最大速度示意图
电动叉车处于倾翻临界状态时目 ： 
( ，’ s i n 6 +G‘ c o s 6 ) * ( H／ 2 一r ) =( ，‘ c o s 6 +G’ s i n 6 ) * ( H~ 一   ) 
( 1 ) 
其  一 c   ， ， = 竿=  ， c = m g   代AO) 式得： 
( 删 · s i n  +   ． c 0 s   (   H ’r ) =(   ． c 0 s  +   · s i n  )  (   一  ． 
( 2 ) 
一 
n   _c 0 s  (   _r ) 】 一 
【 s i n  (   ～r ) 一c 。 s O( H 一6 ) 】 
g [ ( 日／ 2一r ) 一t a n O( Hg一  ) 】 
( Hg一6 ) 一t a nO ( H／ 2一r ) ( 3 ) 
根据相似原理， 当 0比较小时， 0   t a n   0即： 
一 一
g 【 (   ／ 2一， ． ) 一O( H 一6 ) 】 
( H 一易) 一O( H ／ 2一r )   ( 4 ) 
l   b ： 旦 
{   L  ( 其 中 ， L 为 轮 距 ， 。   为 质 心 到 前 轮 的 距 离 取 零 ) ( 5 )   l  H   e 
l  r = 一 
【   2 
= 
g [ ( H ／ 2 - 鬻 H e y  H g e ~ = 筹 ㈣ 
口
ng 代人式子： F=   mV2
=  ( 7 )  电动叉车横向稳定性系统设计
因此， 最大的行驶速度为  ( m ／ s )   ( 8 ) 
由电动叉车的几何图形可知R = L ／ t a n   0求得
一
= 
因此， 电动叉车满足行驶时横向稳定性前提 ： 电动叉车
转弯行驶时的速度不超过最大行驶速度 一 = 
3 电动叉车横向稳定性系统设计
根据电动叉车横向稳定性的理论分析可知：电动叉车的
行驶稳定性主要受转向角和行走速度的影响，因此要保证其
稳定性就要控制好转向角和行走速度。本系统的设计方案： 根
据式( 9 ) 确定最大行驶速度和最大转向角之间关系。电动叉车
自动根据实际的速度值来确定最大转向角，根据实际的转向
角来确定最大速度，再利用软件智能地控制最大速度和最大
转向角。本系统的控制方法主要利用软件功能来实现。 
( 1 ) 限制转向角速度。当前的转向角 0   接近或者超过
根据当前的速度对应的最大转向角 0 一时，则启动转向电磁
阀控制转向速度，使得转向轮慢慢转过一定的角度；当转角
0   小于允许的最大转角值 0 一一定量时， 转向电磁阀则关
闭不工作， 此时转向轮的转角速度完全由方向盘控制。 
( 2 ) 限制行驶速度。当前的速度v   和根据当前的转向角
对应的最大速度值 v  相比较： 当 v   ≥v 一电动叉车的行驶
速度则脱离加速踏板而工作， 它的行驶速度 目标值为 v 一即行
走电机此时的速度为 v 一； 当v   < v 一时， 电动叉车行驶速度
目标值根据加速踏板反馈回来的速度值，中央控制系统再把
行驶速度目标值传送给电机模块。 
本系统为了满足电动叉车的稳定性要求，把上面必须实
现的两种功能综合起来，利用交叉反馈控制方式来实现其控
制功能， 其控制原理如图3所示。 
图 3 横向稳定性 系统控制原理图
简而言之， 控制电动叉车的横向稳定性工作状况： 当电动
叉车即将失去稳定性要求时， 转向电磁阀开始工作， 使转向轮
以缓慢的速度转过一定的角度， 同时等待行走速度降下来； 当
速度下降到满足稳定性要求时， 转向电磁阀则停止工作。电动
叉车在本系统的控制下，满足稳定性要求的前提是在控制最
大行驶速度基础上， 再对转向轮的转角做适度的控制。因此， 
对行走速度能够实现快速的控制，但是转向角的控制相对比
较缓慢。转向轮的转角控制是利用电磁阀的占空比来控制速
度的， 这就使得转角不会马上停止下来， 而是以相对较慢的速
度运动。这样做是为了防止高速行驶时，突然碰到紧急情况
下， 急打方向盘转弯， 可是此时由于转角的控制而不能转弯就
会发生碰撞事故 ，因此转向轮要能够转向。但是在这种情况
下， 由于速度值较大， 转角又突然增大时， 极易发生侧翻事故， 
因此对转角也要有对应的控制措施。综合考虑以上两种事故： 
侧翻和碰撞。侧翻事故要比碰撞事故严重， 因此以防止侧翻事
故为首要考虑问题， 以碰撞事故为次要， 所以转向轮以较慢的
速度实现转向功能。 
【 电动叉车横向稳定性系统设计参考文献】 
[ 1 】 付亮彩． 汽车的横向稳定性与安全I   J   J l 汽车与安全， 2 0 0 0 ， ( 1 2 ) ： 3 8 ～ 3 9 ． 
【 2 】 徐金久． 几种汽车临界转弯速度的确定『 J 】 ． 专用汽车， 1 9 9 3 ， f 3 ) ： 2 4 — 2 9 ． 1594