自動(dòng)駕駛叉車無法啟動(dòng)故障診斷與分析

【摘 要】文章首先從叉車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的組成與工作原理入手，然后對(duì)自動(dòng)駕駛叉車無法啟動(dòng)故障的原因進(jìn)行重點(diǎn)分析，并結(jié)合實(shí)訓(xùn)操作，對(duì)故障診斷的基本檢測(cè)流程進(jìn)行介紹，最后結(jié)合實(shí)際案例，按照檢測(cè)流程對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行排除。希望對(duì)叉車維修人員的實(shí)際操作有所幫助。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)駕駛;叉車;電源系統(tǒng);故障診斷

中圖分類號(hào)：U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）09-0088-03

Fault Diagnosis and Analysis of Automated Forklift Cannot be Started

LU AO，LU Zirang

（Hunan Sany Polytechnic，Changsha 410000，China）

【Abstract】This paper starts with the composition and working principle of the automatic driving system of forklift truck，and then analyzes the reasons for the failure of the automatic driving forklift truck，and introduces the basic detection process of fault diagnosis combined with practical training operation. Finally，the fault phenomenon is eliminated according to the detection process combined with actual cases. Hope to help the actual operation of forklift maintenance personnel.

【Key words】automatic driving;forklift;power supply system;fault diagnosis

1 系統(tǒng)組成與工作原理

叉車自動(dòng)駕駛的核心體系可分為感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)3個(gè)層次，如圖1所示。

1.1 感知系統(tǒng)

自動(dòng)駕駛車的感知系統(tǒng)主要由多種傳感器組成，包括激光雷達(dá)、高清攝像頭、組合慣導(dǎo)、超聲波雷達(dá)等，其工作原理主要包括環(huán)境信息的獲取、預(yù)處理、特征提取和目標(biāo)識(shí)別等。感知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1）環(huán)境信息獲取。感知系統(tǒng)通過各類傳感器獲取車輛周圍的環(huán)境信息，包括距離、速度、方向、圖像等，這些信息是自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行決策的基礎(chǔ)。

2）預(yù)處理。由于傳感器采集到的原始數(shù)據(jù)可能受到噪聲、干擾等因素的影響，因此需要進(jìn)行預(yù)處理以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。預(yù)處理包括濾波、去噪、校準(zhǔn)等操作，以確保后續(xù)處理的準(zhǔn)確性。

3）特征提取。在預(yù)處理的基礎(chǔ)上，感知系統(tǒng)進(jìn)一步提取環(huán)境信息的特征。例如通過分析圖像中的邊緣、紋理等特征，可以識(shí)別出行人、車輛等目標(biāo)。通過分析雷達(dá)數(shù)據(jù)的回波特征，可以獲取物體的距離和速度等信息。

4）目標(biāo)識(shí)別。感知系統(tǒng)利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)對(duì)提取的特征進(jìn)行分析和分類，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的識(shí)別。通過訓(xùn)練大量的樣本數(shù)據(jù)，感知系統(tǒng)可以逐漸學(xué)會(huì)識(shí)別各種不同類型的物體，并準(zhǔn)確判斷其位置、速度和運(yùn)動(dòng)軌跡。

1.2 決策系統(tǒng)

自動(dòng)駕駛叉車決策系統(tǒng)主要為計(jì)算平臺(tái)。根據(jù)收集的環(huán)境信息做出正確的決策，以確保叉車的安全、高效運(yùn)行。

1）傳感器與數(shù)據(jù)收集。自動(dòng)駕駛叉車的決策系統(tǒng)首先依賴于多種傳感器來收集環(huán)境數(shù)據(jù)。這些傳感器包括激光雷達(dá)、攝像頭、超聲波傳感器等，用于獲取叉車周圍的距離、障礙物、道路標(biāo)志等信息。

2）數(shù)據(jù)處理與分析。收集到的原始數(shù)據(jù)需要經(jīng)過預(yù)處理和分析，以消除噪聲和干擾，提取出對(duì)決策有用的信息。這一步通常涉及數(shù)據(jù)清洗、濾波、特征提取等技術(shù)。

3）決策算法設(shè)計(jì)。決策算法是自動(dòng)駕駛叉車決策系統(tǒng)的核心。它基于機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，通過訓(xùn)練和優(yōu)化，使叉車能夠在不同場(chǎng)景下做出合理的決策。

4）環(huán)境感知與識(shí)別。環(huán)境感知與識(shí)別是決策系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。通過對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的解析，系統(tǒng)能夠識(shí)別出道路、障礙物、行人等關(guān)鍵元素，并理解它們之間的相對(duì)位置和動(dòng)態(tài)變化。

5）行為規(guī)劃與選擇。基于環(huán)境感知的結(jié)果，決策系統(tǒng)需要規(guī)劃出叉車的行駛路徑和動(dòng)作序列。這通常涉及到路徑規(guī)劃、速度控制、避障等多個(gè)方面，以確保叉車的行駛安全。

6）控制執(zhí)行與反饋。決策系統(tǒng)最終需要通過控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)叉車按照規(guī)劃好的路徑和動(dòng)作運(yùn)行。同時(shí)，系統(tǒng)還需要接收來自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋，以便在必要時(shí)調(diào)整決策。

7）系統(tǒng)集成與優(yōu)化。自動(dòng)駕駛叉車決策系統(tǒng)需要與其他系統(tǒng)（如導(dǎo)航系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)等）進(jìn)行集成，以實(shí)現(xiàn)整體的最優(yōu)性能。此外，通過不斷優(yōu)化算法和參數(shù)，可以提高決策系統(tǒng)的性能和魯棒性。

8）安全機(jī)制與保障。在自動(dòng)駕駛叉車的決策系統(tǒng)中，安全是首要考慮的因素。因此，需要設(shè)計(jì)一系列安全機(jī)制和保障措施，如緊急制動(dòng)、避障策略等，確保叉車在突發(fā)情況下的行駛安全。

1.3 執(zhí)行系統(tǒng)

自動(dòng)駕駛叉車執(zhí)行系統(tǒng)集成了線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)、線控驅(qū)動(dòng)等。執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行決策系統(tǒng)發(fā)出的轉(zhuǎn)向指令。該系統(tǒng)通過電子控制單元ECU接收轉(zhuǎn)向指令，并通過電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)叉車的轉(zhuǎn)向操作。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、控制精度高等特點(diǎn)，能夠確保叉車在行駛過程中穩(wěn)定、準(zhǔn)確地執(zhí)行轉(zhuǎn)向動(dòng)作。

2）線控制動(dòng)系統(tǒng)。線控制動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)叉車的制動(dòng)功能。該系統(tǒng)通過電子制動(dòng)器或電動(dòng)助力制動(dòng)器，根據(jù)決策系統(tǒng)的指令對(duì)叉車進(jìn)行制動(dòng)控制。線控制動(dòng)系統(tǒng)具有制動(dòng)響應(yīng)迅速、制動(dòng)力調(diào)節(jié)精確等優(yōu)點(diǎn)，能夠在緊急制動(dòng)或避障時(shí)提供可靠的制動(dòng)支持。

3）線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制叉車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)加速、減速和行駛等動(dòng)作。該系統(tǒng)根據(jù)決策系統(tǒng)的指令，通過電子控制單元對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行精確控制，確保叉車按照規(guī)劃好的路徑和速度行駛。

2 檢修流程

自動(dòng)駕駛叉車無法啟動(dòng)的故障原因主要有：蓄電池故障、電源開關(guān)故障、急停開關(guān)故障及設(shè)備供電線路與信號(hào)線束異常。以下為檢修流程和故障排除方法。

2.1 故障排查流程

1）檢查蓄電池電量是否正常，如圖4所示。

2）測(cè)量蓄電池輸出電壓，如圖5所示。

3）測(cè)量點(diǎn)火開關(guān)，如圖6所示。

4）檢查供電線路（圖7）與信號(hào)線路。

2.2 故障排除方法

1）設(shè)備電量異常。當(dāng)檢查車輛出現(xiàn)電量異常時(shí)，連接充電器進(jìn)行充電。

2）蓄電池輸出電壓異常。按下電源開關(guān)，測(cè)量蓄電池輸出電壓，無電壓，故障為蓄電池時(shí)應(yīng)更換，故障為控制信號(hào)線束時(shí)應(yīng)修復(fù)。

3）點(diǎn)火開關(guān)異常。接通點(diǎn)火開關(guān)，測(cè)量為無窮大時(shí)，更換點(diǎn)火開關(guān)。

4）供電線路異常。測(cè)量供電電路電壓（圖8），無電壓則修復(fù)電路。

5）信號(hào)線路異常。測(cè)量CAN信號(hào)終端電阻（圖9），電阻為無窮大時(shí)應(yīng)修復(fù)線束。

3 案例分析

3.1 故障現(xiàn)象

故障車進(jìn)行過教學(xué)使用。2024年3月在校園內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)駕駛叉車自動(dòng)駕駛演示，當(dāng)叉車自動(dòng)駕駛啟動(dòng)時(shí)，叉車無反應(yīng)，需要進(jìn)行電源系統(tǒng)檢查。經(jīng)過分析后，首先進(jìn)行初步檢查，發(fā)現(xiàn)無啟動(dòng)現(xiàn)象，說明車輛本身無電源故障，故障可能在蓄電池本身與電路方面。

3.2 故障原因分析

根據(jù)之前的維修經(jīng)驗(yàn)，叉車無法啟動(dòng)的原因主要有：蓄電池故障、電源電路故障、CAN信號(hào)線束故障。

3.3 故障診斷與排除

1）連接供電線束。連接充放電口，接通電源開關(guān)，測(cè)量電池輸出電壓，發(fā)現(xiàn)無電壓。供電電路如圖10所示。

2）檢查電源控制線束。拆下充放電口，測(cè)量控制線束正負(fù)極（圖11），發(fā)現(xiàn)正負(fù)極線束導(dǎo)通，正常。

3）檢查CAN線束故障。測(cè)量CAN-H、CAN-L終端電阻（圖12），測(cè)量值為無窮大，異常，測(cè)量CAN-H、CAN-L線束，發(fā)現(xiàn)CAN-H線束無窮大。

4）故障排除。通過以上檢測(cè)，故障原因?yàn)槌浞烹娍贑AN-H線束針腳脫落，修復(fù)CAN-H線束（圖13），故障排除。

4 結(jié)論

本課題對(duì)自動(dòng)駕駛叉車無法啟動(dòng)的問題進(jìn)行了深入診斷與分析，并找到明確的故障原因，利用理論結(jié)合實(shí)際案例的方法，對(duì)故障檢修相關(guān)理論和流程進(jìn)行驗(yàn)證，希望對(duì)維修人員的維修工作有所幫助，同時(shí)建議在實(shí)際應(yīng)用中，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的日常維護(hù)和保養(yǎng)，確保叉車的穩(wěn)定運(yùn)行。

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（編輯 凌 波）

作者簡(jiǎn)介盧自讓，高級(jí)技師，主要從事智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)相關(guān)的工作;胡浩然，副教授，高級(jí)工程師，碩士，主要從事電氣工程教學(xué)方面的工作。