CN102917973B - 用于确定地面运输工具的倾翻可能性的方法及其控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定具有至少三个轮子的地面运输工具（1）的倾翻可能性的方法，其中为至少两个轮子分别确定沿z方向起作用的法向力（F_ZVL、F_ZHL），其中对至少两个法向力（F_ZVL、F_ZHL）进行比较并且根据比较结果来确定所述地面运输工具（1）的倾翻可能性。

Description

用于确定地面运输工具的倾翻可能性的方法及其控制单元

技术领域

本发明涉及一种用于确定地面运输工具比如叉车的倾翻可能性的方法。

背景技术

不同的制造商的叉车（所谓的FLT，英语：Fork-Lift-Truck）关于底盘十分类似地构成。占优势的是具有固定地安装在车身上的前轴的前轴驱动装置、具有摆动轴的后轴转向系以及悬架的几乎完全的放弃（仅仅轮胎具有有弹性的性能）。所述转向系一般构造为流体静力的转向系，也就是说转向轮转角通过液压的连接元件传递到轮子转向角上。具有起重叉的升降杆安装在前轴的前面，驾驶员坐在所述车轴之间。FLT的驱动装置除了产生驱动的力矩之外也通过动力传动系来产生制动的力矩。一般未设置作用于所有四个轮子上的常用制动器。

FLT构造得十分紧凑，也就是构造得窄而短，易于驾驶并且可以将很大的负荷举得很高。在此在承受负荷时、在行驶时并且尤其在倾斜的路面上产生可能较高的倾倒危险，因为通过起重叉上的负荷所述FLT的总重心发生剧烈移动并且所述FLT的静态的及动态的倾翻稳定性在行驶过程中可能大大降低，这对于驾驶员来说并不总是能够预见。

在本发明的范围内使用以下概念及定义：

x轴指向行驶方向，y轴沿着前轴向右垂直于x轴。z轴则垂直于x-y平面并且指向下方（右侧系统）。围绕着x轴（纵轴线）的旋转称为摆动，围绕着y轴（横轴线）的旋转称为俯仰并且围绕着z轴（竖轴线/偏转轴线）的旋转称为偏转。

从DE 103 04 658 A1中公开了一种用于控制地面运输工具的行驶稳定性的装置以及一种用于触发地面运输工具的方法，在此就关于以叉车为基础的稳定性模型的细节明确参照该专利文件。通过传感装置来检测负荷、升降杆及升降架的倾斜度、负荷的提升高度、作用于所述升降杆的倾翻力以及沿纵向方向及横向方向作用于车辆上的加速度并且将其与预先给定的极限值进行比较。这些取决于行驶状态的极限值不能任意地由驾驶员来超过，使得车辆通常在不依赖于行驶状态（转弯行驶、直行、下坡行驶…）的情况下保持稳定。

值得追求的是，说明一种得到改进的用于确定倾翻可能性的方法，用于而后必要时可以很快地作出反应，以防止倾翻。

发明内容

按本发明，提出一种具有权利要求1所述特征的用于确定地面运输工具的倾翻可能性的方法。有利的设计方案是从属权利要求以及以下说明的主题。

本发明可以有针对性地改进地面运输工具的倾翻危险的确定情况，方法是实施按轴和/或按车侧定义的倾翻评估。在此对作用于轮子的法向力进行比较，其中根据所述法向力作为倾翻可能性来优选确定摆动及俯仰可能性。这种确定尤其基于沿z方向的力（法向力），对于四轮设备来说比如基于F_ZVR、F_ZVL（右前或者说左前的法向力）以及F_ZHR、F_ZHL（右后或者说左后的法向力）。在从属权利要求中，尤其说明优选的方程式，用于确定特定的摆动及俯仰可能性。这些方程式的突出之处在于其特别简单的形式并且尽管如此也实现非常实用的倾翻评估。

在另外的优选的设计方案中，在对特定的倾翻可能性的反应中自动地实施反作用于倾翻的干预措施。有利地确定地面运输工具的沿x及y方向的额定加速度，用于降低或者消除倾翻危险。由此可以明显提高运行可靠性。对人员和/或机器的损伤得到避免。在设计方案中，可以预先给定用于升降杆驱动装置的限制值，用于防止不允许的叉高和升降杆倾斜度。作为干预措施，也可以限制行驶速度。

本发明的其它优点和设计方案从说明书及附图中获得。

不言而喻，前面提到的和下面还要解释的特征不仅能够以相应说明的组合来使用而且也能够以其它的组合或者单独地使用，而不离开本发明的范围。

附图说明

本发明借助于实施例在附图中示意性地示出并且下面参照附图进行详细说明。其中：

图1是平衡重叉车的侧视图的示意图；

图2是按本发明的一种优选的实施方式的示范性的调整回路；并且

图3是本发明的一种优选的实施方式的流程的示意图。

即使下面由平衡重叉车看来对本发明进行解释，但这也以纯示范性的方式进行。在此要强调，所描述的模型也能够运用到其它的地面运输工具上，用于实现本发明。

具体实施方式

图1示意性地从侧面示出了平衡重叉车1（下面也称为FLT），该平衡重叉车具有驾驶室2、拥有前轴4、能够转向的后轴6比如摆动轴的底盘以及布置在所述后轴的区域6中的平衡重8。如上面提到的一样在此假设，坐标原点处于前轴的中心中，其中在图1中绘出了所产生的坐标轴x、y和z。

在所述FLT的正面，支承了具有能够围绕着倾斜轴12倾斜的升降杆14的升降架10。所述升降杆14的倾斜角a的调节通过具有比如两个倾斜缸16的倾斜装置来进行，所述倾斜缸以铰接的方式固定在车架及升降杆14上。在所述框架状的升降杆上以能够移动的方式导引着起重叉17，其中提升高度h_G能够借助于示意性地勾画出的升降缸18来调节。此外，所述FLT 1包括控制单元20，该控制单元可以集成到车辆控制系统中或者可以构造为外部的模块。所述控制单元20设置用于实施本发明。

下面首先对能够容易地实施的估算进行解释，所述估算可以用作用于以下说明的出发点。为获得其它的与叉车上不同的参量的确定有关的细节，请明确参照DE 103 04 658 A1。

在此提出，借助于比如具有偏转比率传感器及加速度传感器的所谓的传感器方块来沿空间的每个方向测量所述FLT的运动状态，从而可以将所述FLT的在行驶平面（xy）上的准静态的运动轨道从所述运动的通过转向及驱动影响引起的动态的信号份额上分开。由此可以对沿纵向方向及横向方向的路面倾斜度进行估算。这些估算值可以有利地用于下面所描述的模型计算。

从空载的FLT的测量中，可以求得所述FLT重心的位置（x_FLT、y_FLT、z_FLT）。比如为此可以将斜的平面及秤重单元用于进行车轴负荷检测，也就是说这样的求取过程有时候可以以较低的开销来进行。因此可以将所述FLT视为点质量m_FLT。此外，可以测量所述FLT的围绕着竖轴线J_zzFLT的惯性矩并且由此假设其是已知的。

叉负荷m_Last以及叉负荷重心的位置可以如上面所描述的一样来估算或者比如按照DE 103 04 658 A1来确定。由此获得具有两个质量的FLT总模型，所述两个质量具有两个重心，这两个质量可以概括为一个总质量m_Gesamt、一个总重心位置和一个总惯性矩。

所述总质量m_Gesamt以

m_Gesamt=m_Last+m_FLT来求得。

相对于前轴的x重心间距x_Gesamt以

x_Gesamt=(m_FLT·x_FLT-m_Last·x_Last)/m_Gesamt来求得。

总重心的离开原点的垂直间距z_Gesamt以

z_Gesamt=(m_FLT·z_FLT+m_Last·z_Last)/m_Gesamt来求得。

所述FLT的围绕着竖轴线的总惯性矩J_zzGesamt以

J_zzGesamt=J_zzFLT+m_Last·x_Last ²来求得。

因此可以比如从传感器信号中并且借助于下面示范性地解释的计算模型来对每个轮子上的法向力进行估算：

FLT通常没有分开地构成的悬架，也就是说后面的摆动轴在未装弹簧的情况下铰接在所述FLT车身上并且所述FLT的前轮直接并且刚性地安装在车身上。由此所述FLT车身以机构的方式固定到三个点上，也就是固定在前轮上并且固定在摆动轴的关节上。如果现在测量所述FLT的摆动角及俯仰角、对沿这些方向的路面倾斜度进行估算，并且测量所述偏转比率v_Gi、横向及纵向加速度a_y或者说a_x，那就可以象所述摆动轴的关节中的横向力及法向力F_QH及F_ZH一样从所述FLT车身的力及力矩总和中求得前轮上的法向力F_ZVL及F_ZVR：

前轮上的法向力以：

来求得，

后轮上的法向力F_ZHL和F_ZHR以

来求得，

参数：

m           ：以[kg]计的总质量

g            ：重力加速度[m/s²]

l_H            ：后轴相对于重心的纵向间距[m]

l_V            ：前轴相对于重心的纵向间距[m]

a_x           ：纵向加速度[m/s²]

h_S           ：底面之上的重心的高度[m]

h_P           ：摆动轴关节之上的重心的高度[m]

h_PG         ：底面之上的摆动轴关节的高度[m]

s_wV         ：前轮距[m]

s_wH         ：后轮距[m]

J_yy          ：沿俯仰方向的惯性矩[kgm²]

J_xx          ：沿摆动方向的惯性矩[kgm²]

_R        ：摆动角[轮子]

          ：沿摆动方向的路面倾斜度[轮子]

Ψ_P         ：俯仰角[轮子]

Ψ          ：沿俯仰方向的路面倾斜度[轮子]

v_Gi          ：偏转比率。

在此涉及一种用于确定轮子上的法向力的优选的方案。但是不言而喻，所述法向力原则上也能够以其它的方式比如借助于上述方程式的简化或者扩展来确定。

按本发明已经发现，FLT容易在一根轴上提早倾翻，而一根轴则还留在地面上。倾翻可能性这里是摆动可能性因此有利地按轴地比如作为用于前轴的R_QVA以及用于后轴的R_QHA按照以下优选的关联来求得：

。

沿纵向方向，可以对倾翻可能性这里是俯仰可能性进行类似的评估。在此考虑，在与具有俯仰可能性R_LR的右侧分开的情况下对具有俯仰可能性R_LL的FLT侧进行评估：

。

同样考虑，确定总俯仰可能性R_L：

。

如果特定的倾翻可能性之一达到一个接近于1的绝对值的数值，那还仅仅很小的法向力作用于至少一个轮子，从而发现，所述FLT面临着倾翻。如果所述特定的倾翻可能性的绝对值接近于零，那就不存在倾翻危险。

在优选的改进方案中，自动地实施阻碍倾翻的干预。比如校正性的干预的必要性可以从用于倾翻危险的接近于1的绝对值中推导出来。作为阈值，可以使用比如R_QMax=0.9的数值。在此也有利的是，比如通过合适的滤波算法将用于对这样的数值进行观察的持续时间一同加入到干预开始的定义中，从而必定在所定义的时间间隔的范围内检测到较高的倾翻危险，用于触发干预开始。

在用于调整的结束的条件中，同样有利地加入时间依赖性，用于防止过早地切断所述干预。否则由于振荡的接通及断开条件而可能出现所述FLT的具有较高的倾翻可能性的起振现象。此外可以将用于干预的断开阈值（比如大约0.8）规定得比接通阈值（比如大约为0.9）低。

上面所列出的方程式比如可以求解出目标参量，这里比如是最大允许的横向加速度a_yLimVA或者说a_yLimHA。为此，比如作为固定的参量或者作为随时间变化的参量在滑动地与实际值相匹配的情况下预先给定所期望的数值R_QVALim或者说R_QHALim：

。

在优选的设计方案中，选择横向加速度值中的较小的横向加速度值并且将其用于极限值形成：

a_yLim=min{a_yLimVA;a_yLimHA}。

在另外的优选的设计方案中，现在比如借助于转向干预和/或驱动干预来如此调整横向加速度，从而不超过特定的极限值。

按本发明已经发现，可以改进横向加速度调整的效果。比如从所述FLT的在前行时所具有的动态的特性中产生横向加速度的较差的可调整性，也就是说所述横向加速度调整回路的放大因数不能选择得很大。因此在优选的设计方案中构造了关于所述FLT的偏转比率v_Gi的第二调整回路。在此向所述偏转比率调整回路委托了这样的任务，即在下级的（unterlagert）的调整回路中增强地产生所述FLT的准稳定态的运动特性。由此在假设所述FLT的浮动角梯度应该变小的情况下以来确定所述偏转比率调整的额定值v_GISo，其中v是所述FLT的纵向速度。

关于偏转比率的调整回路尤其用于额外地调整所述运动特性的动态的份额。

下面参照图2示出了一种示范性的调整回路。图2示范性地示出了用于对横向加速度a_y及偏转比率v_Gi进行调整的调整回路结构200。为此目的，向所述调整回路200输送用作指令变量的相应的额定值a_ySoll和v_GiSoll。将所述额定值相应地输送给比较元件，此外向所述比较元件输送用作调整参量的当前的实际值a_y或者说V_Gi。所述比较元件确定相应的调整偏差。

将横向加速度调整偏差输送给横向加速度调整元件201，将所述偏转比率偏差输送给偏转比率调整元件202。所述两个调整元件分别确定一个调节量，比如转向运动，将调节量合计并且在用可能的干扰量L_w加载之后输送给横向加速度控制系统203及偏转比率控制系统204。借助于所述控制系统获得的实际值a_y或者说v_Gi如已经提到的一样用于与用作调整量的相应的指令变量进行比较。

前面所作的与横向加速度a_y有关的解释以相应经过调整的方式适用于所述纵向加速度a_x。在本发明的设计方案中，在路面倾斜度、负荷重量和负荷重心位置的基础上从用于俯仰可能性的方程的转化中确定允许的纵向加速度a_xLim并且-比如通过驱动干预-来将实际的纵向加速度限制到这个数值。

如果可选发现，所述升降杆处于未下降的状态中，那就有利地将行驶速度限制到较低的数值。如果在负荷识别中发现，在起重叉上有负荷，该负荷在存在（检测到的）路面倾斜度的情况下自一定的提升高度起会导致所述FLT的（静态的）倾倒，那就有利地相应地限制所述提升高度。这比如可以通过以下方式来进行，即如此限制所述升降杆的操作阀的转换，使得所述升降杆不会移到临界的高度。作为替代方案或者补充方案，可以在驾驶员位置上向驾驶员比如用光学或者声学的方式显示负荷的临界性。

借助于图3示意性地对本发明的一种优选的实施方式的流程进行解释。在方框301中确定比如估算或者测量必要的参数。属于这些参数的是沿纵向及横向方向的路面倾斜度，所述沿纵向及横向方向的路面倾斜度比如可以从重心信号中来估算。此外检测所接纳的叉负荷以及叉负荷尺度，这比如根据升降杆信号来估算。在这些以及尤其其它不变的参量的基础上在方框302中确定已载货的FLT的总重心位置。

在方框303中，确定-这里是四个-分别作用于一个轮子的法向力。在方框304中，如上面解释的一样，在所述法向力的基础上确定不同的倾翻可能性R比如摆动可能性和俯仰可能性。

在步骤305中对特定的倾翻可能性进行评估，方法是比如将其与预先给定的阈值进行比较。在此也可以考虑到，相应的倾翻可能性超过第一阈值多长时间以及多大幅度。如果在进行这种评估时发现，没有面临倾倒现象，那么所述方法就返回到起点。

但是如果发现，面临倾倒现象，那就在步骤306中自动地实施阻止倾翻的干预措施。这种干预尤其可以在于，如上面所解释的一样对横向和/或纵向加速度和/或偏转比率进行调整。

在随后的步骤307中检查，是否继续存在预先给定的倾倒条件，方法是比如检查特定的倾翻可能性是否低于第二阈值。所述第一和第二阈值尤其可以不同。如果继续存在所述倾翻条件，那继续实施干预306。但是如果不再存在所述条件，则返回到起点301。在步骤307中进行评估时也有利地考虑到，低于所述第二阈值多长时间，用于防止起振。

Claims (14)

1.用于确定具有至少三个轮子的地面运输工具（1）的倾翻可能性的方法，其中为至少两个轮子分别确定沿z方向起作用的法向力（F_ZVL、F_ZHL），其中对至少两个法向力（F_ZVL、F_ZHL）进行比较并且根据比较结果来确定所述地面运输工具（1）的倾翻可能性，其中为了确定所述至少两个法向力（F_ZVL、F_ZHL）而确定偏转比率（v_Gl）、横向加速度（a_y）和纵向加速度（a_x）。

2.按权利要求1所述的方法，其中为了确定所述至少两个法向力（F_ZVL、F_ZHL）而确定所述地面运输工具的摆动角和俯仰角和/或沿x及y方向的路面倾斜度。

3.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中为了确定所述地面运输工具（1）的摆动可能性而对车轴（4、6）上的法向力进行比较。

4.按权利要求3所述的方法，其中所述车轴（4、6）是前轴和/或后轴。

5.按权利要求3所述的方法，其中以

来确定用于前轴（4）的摆动可能性R_QVA和/或用于后轴（6）的摆动可能性R_QHA，其中

F_ZVR、F_ZVL：右前、左前法向力

F_ZHR、F_ZHL：右后、左后法向力。

6.按权利要求1所述的方法，其中为了确定所述地面运输工具（1）的俯仰可能性而对侧面上的法向力（F_ZVL、F_ZHL）进行比较。

7.按权利要求6所述的方法，其中所述侧面是右侧和/或左侧。

8.按权利要求6或7所述的方法，其中以

来确定用于左侧的俯仰可能性R_LL和/或用于右侧的俯仰可能性R_LR，其中

F_ZVR、F_ZVL：右前、左前法向力

F_ZHR、F_ZHL：右后、左后法向力。

9.按权利要求6所述的方法，其中以

来确定总俯仰可能性R_L，其中

F_ZVR、F_ZVL：右前、左前法向力

F_ZHR、F_ZHL：右后、左后法向力。

10.按权利要求1所述的方法，其中将特定的倾翻可能性与阈值进行比较并且在所述比较的基础上来自动地实施阻止倾翻的干预措施。

11.按权利要求10所述的方法，其中在进行所述比较时也额外地考虑，相应特定的倾翻可能性超过所述阈值多长时间和多大幅度。

12.按权利要求10或11所述的方法，其中作为干预措施对用于后轴和/或前轴（4、6）的横向加速度（a_y）和/或纵向加速度（a_x）进行调整。

13.按权利要求12所述的方法，其中额外地对偏转比率（v_Gi）进行调整。

14.控制单元（20），该控制单元设置用于实施按前述权利要求中任一项所述的方法。