DE10153529A1

DE10153529A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung und Regelung der Höhe einer Hubvorrichtung

Info

Publication number: DE10153529A1
Application number: DE2001153529
Authority: DE
Inventors: Gerold Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-15
Also published as: WO2003040020A1

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Höhe des Hubteils (6) einer Hubvorrichtung (2) vorgeschlagen, bei dem eine Höhenmessung eines hydraulisch ausfahrbaren Teils der Hubvorrichtung (2) und eine Druckmessung im hydraulischen Hubzylinder (21) der Hubvorrichtung (2) vorgenommen wird. Zur Ermittlung der absoluten Höhe der Hubvorrichtung (2) werden die Ergebnisse der Hubhöhenmessung, der Druckmessung und sonstiger, die absolute Höhe der Hubvorrichtung beieinflussenden physikalischen Größen erfasst und in einem Lagerregelkreis zur Steuerung des Hubzylinders (21) verarbeitet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und insbesondere eine Regelvorrichtung zur Erfassung und Regelung der Höhe eines in seiner Länge hydraulisch veränderlichen Bauteils, nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist beispielsweise aus der EP 1 079 118 A2 bekannt, dass bei einem hydraulisch bewegten Zylinder die Entfernung zwischen einem Punkt am bewegten Zylinder und einem festen Bezugspunkt mit einer Ultraschall-Sensoranordnung erfasst wird. Das Messsignal wird zur Verbesserung des Messergebnisses noch mit detektierten Werten der Temperatur und des Drucks der Hydraulikflüssigkeit im Hubzylinder korrigiert.

Die bekannten Messmethoden zur Bestimmung der Hubhöhe sind jedoch für Anwendungen, bei denen in die Messungen auch Einflüsse hinsichtlich der Kippstabilität, der Schwingungsdämpfung sowie für eine Anwendung bei Fahrzeugen, wie z. B. Flurförderfahrzeuge (Gabelstapler) auch die Fahrgeschwindigkeit oder Beschleunigung einfließen, nicht ausreichend. Wenn bei solchen Anwendungen, bei denen damit die absolute Höhe im Unterschied zur Hubhöhe auch von Lasteinflüssen und Neigungen beeinflussbar ist, beispielsweise eine voreingestellte absolute Höhe angefahren werden soll, reicht die Kenntnis der relativen Hubhöhe der ausgefahrenen Gabel des Flurförderfahrzeugs in der Regel nicht aus, sondern es muss die resultierende absolute Höhe der Gabel ermittelt werden.

Vorteile der Erfindung

Ein Verfahren zur Erfassung und Regelung der Höhe einer Hubvorrichtung, bei dem eine Hubhöhenmessung eines hydraulisch ausfahrbaren Teils der Hubvorrichtung und eine Druckmessung im hydraulischen Hubzylinder der Hubvorrichtung vorgenommen wird, ist gemäß der Erfindung weitergebildet. In vorteilhafter Weise werden zur Ermittlung der absoluten Höhe z. B. der Gabel der Hubvorrichtung die Ergebnisse der Hubhöhenmessung, der Druckmessung und sonstiger, die absolute Höhe der Hubvorrichtung beeinflussende physikalische Größen erfasst und in einem Lageregelkreis zur Steuerung des Hubzylinders verarbeitet.

Als sonstige physikalische Größen kann beispielsweise der Neigungswinkel der Hubvorrichtung herangezogen werden und bei einer Anwendung des Verfahrens bei einem Fahrzeug, z. B. als Flurförderfahrzeug oder Gabelstapler können als sonstige physikalische Größen auch die Einflüsse der Fahrzeugkarosserie und/oder der Räder herangezogen werden. Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn der Differenzdruck in einem Neigezylinder zur Ermittlung der Schwerpunktlage der Last erfasst wird. Die Schwerpunktlage der Last hat ebenfalls Einfluss auf die Höhe der Gabelspitze eines Gabelstaplers, wobei diese Schwerpunktlage nicht mittels einer Druckmessung im Hubzylinder erfolgen kann, da hier kein Einfluss feststellbar ist.

Insbesondere bei den vorgenannten Anwendungen können die an sich bekannten Systeme zur Hubhöhenmessung an einem ausfahrbaren Mast nicht ausreichend sein, da hier die Kippstabilität, die Schwingungsdämpfung und eine eventuelle Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit oder Beschleunigung keine Rolle spielt. Zum Erreichen einer voreingestellten Höhe einer Gabel eines Gabelstaplers ist dabei nicht nur die Höhe am Mast sondern es ist eine Kenntnis der absoluten Höhe beispielsweise der Gabelspitze eines Gabelstaplers notwendig.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ermöglich in vorteilhafter Weise die Ermittlung der Höhe einer Arbeitsgerätschaft an einem Masten unter Berücksichtigung einer Mastneigung und auch der Lasteinflüsse, so dass die voreingestellte Höhe weitgehend unabhängig von Lasteinflüssen bestimmt werden kann. Be- und Entladefunktionen können daher mit einem Gabelstapler dadurch vereinfacht werden, dass die gewünschte Gabelposition automatisch relativ genau angefahren werden kann. Es ist daher ein effizientes Arbeiten mit einem Gabelstapler möglich, da der Fahrzeugführer weitgehend entlastet ist und sich nicht so sehr auf die genaue Positionierung der Gabel konzentrieren muss.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann auf einfache Weise der Lagesollwert als Bezugswert für die einzuregelnde Größe für die absolute Höhe fest vorgegeben werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Lagesollwert jedoch aus einer Kennlinie ermittelt, die aus den abgespeicherten Kenngrößen für die physikalischen Einflüsse ermittelt wird. Diese Ermittlung kann z. B. in vorteilhafter Weise mit einem Lernverfahren durchgeführt werden, bei dem bei einem Gabelstapler die gemessene Hubhöhe über die Geometrie des Fahrzeugs, die Mastgeometrie und die Gabellänge auf die theoretische Gabelhöhe, hier zunächst ohne Lasteinflüsse, umgerechnet wird.

Anschließend werden bei einem Gabelstapler die Lasteinflüsse auf die Einfederung der Reifen der Räder und die Mastdurchbiegung berücksichtigt um die tatsächliche Gabelhöhe zu erhalten. Die für diese Berechnung erforderlichen Kenngrößen oder Kennlinien können in einem Datenspeicher hinterlegt werden, wobei es sich um komplette Parametersätze handeln kann, die die Fahrzeuggeometrie, die Reifentypen und den Mast charakterisieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorteilhaft eine weitere Lernfunktion durch eine manuelle Korrektur der Hubhöhe vorgenommen werden, wobei die Differenz der manuell eingestellten Hubhöhe und der geregelten Hubhöhe zur Verbesserung der Kennlinie herangezogen wird. Falls die mit der Hubvorrichtung automatisch angefahrene Höhe zu ungenau ist, kann dabei der Fahrzeugführer die Position manuell korrigieren. Diese Korrektur kann in einem definierten Zeitfenster nach dem Erreichen der automatisch angefahrenen Position zur Verbesserung der zuvor erwähnten Kennlinie herangezogen werden.

Bei einer vorteilhaften Regelvorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ist ein Steuergerät für die Steuerung eins Ventils für den Druck im hydraulischen Hubzylinder vorhanden. Weiterhin wird jeweils ein Sensor für die Erfassung des Drucks und z. B. eine Radarsensor für die Erfassung der Hubhöhe des ausfahrbaren Teils der Hubvorrichtung sowie ein Sensor für den Neigungswinkel der Hubvorrichtung vorgesehen. Mit der Differenz aus der Auswertung der Sensorsignale und einem vorgebbaren Sollwert für die absolute Höhe kann dann auf einfache Weise ein Lageregler zur Ansteuerung des Steuergeräts beaufschlagt wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung für die Regelung der Hubhöhe einer Hubvorrichtung für die Gabel eines Gabelstaplers ist in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Hubvorrichtung für die Gabel eines Gabelstaplers mit einer Sensoranordnung für die Messung der Hubhöhe,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung mit einer Selbstlernfunktion für die Verbesserung der Regelkennlinie und
Fig. 3 eine Darstellung der Selbstlernfunktion mit dem Verlauf der Hubhöhe der Gabel des Gabelstaplers über der Zeit.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Mast 1 einer Hubvorrichtung 2 für einen hier nur symbolisch durch ein Koordinatensystem 3 seiner Karosserie gezeigten Gabelstapler als Flurförderfahrzeug dargestellt. Aus dem Mast 1 der Hubvorrichtung 2 ist ein Zylinder 4 hydraulisch ausfahrbar, wobei am Ende des Masts 1 eine Traverse 5 und weiterhin eine über eine Kette 14 durch die Hubvorrichtung 2 betätigbare Gabel 6 vorhanden ist. Die Hubvorrichtung 2 ist in einem weiteren Koordinatensystem 7 mit einem Drehpunkt 8 dargestellt, das die mit Pfeilen 9 und 10 gezeigten Kippbewegungen ausführen kann. Die Karosserie des Fahrzeugs ist anhand des erste Koordinatensystem 3 durch Lagerpunkte 11 angedeutet.
Eine Sensoranordnung für die Messung der Hubhöhe des ausfahrbaren Zylinders 4 ist mit einem integrierten Radarsender und -sensor 12 am Mast 1 und mit einem Tripelspiegel 13 an der Traverse 5 des ausfahrbaren Zylinders 4 gebildet. Der Radarsender 12 strahlt, beispielsweise einen Mikrowellenradarstrahl, nach oben ab und wird am Tripelspiegel 13 reflektiert und zurück zum Radarsensor 12 am Mast 1 gesandt. Aus der Laufzeit des Radarstrahls kann dann die Hubhöhe ermittelt werden.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Regelkreises gezeigt, bei dem ein elektrisches Proportionalventil 20 die Bewegung des Hubzylinders 21 steuert, der im Mast 1 der Hubvorrichtung 2 nach der Fig. 1 angebracht sein kann. Der Druck p im Hubzylinder 21 stellt sich lastabhängig ein, wobei mit dem Ventil 20 Öl zugeführt oder abgelassen wird, so dass hieraus eine Bewegung des Hubzylinders 21 resultiert. Es sind weiterhin hier nicht gezeigte Sensoren für den Druck p, der wie erwähnt auch von der Last G an der Hubvorrichtung 2 abhängt, und für die Hubhöhe h, wie anhand der Fig. 1 beschrieben, vorhanden. Bei der Einbeziehung der Hubhöhe h in die Regelung ist dabei noch der Mastneigungswinkel α zu berücksichtigen.
An einem Summationspunkt wird dann eine korrigierte Höhe h_Gabel ermittelt, die aus der Größe Δh = f(p(G)) (Block 22) und h_GO = f(α, h) (Block 23) gebildet ist. Ein Lageregler 24 wird dann mit der Differenz aus einem Lagesollwert h_soll und dem Wert h_Gabel beaufschlagt und mit dem Ausgangssignal des Lagereglers 24 wird ein Steuergerät 25 für das elektrische Proportionalventil 20 gebildet.
Der Lagesollwert h_soll kann dabei aus einer Kennlinie ermittelt werden, die aus den abgespeicherten Kenngrößen für die physikalischen Einflüsse auf die Hubvorrichtung 2 ermittelt wird. Diese Ermittlung kann mit einem im Block 26 symbolisch dargestellten Lernverfahren durchgeführt werden, bei dem bei einem Gabelstapler die gemessene Hubhöhe über die Geometrie des Fahrzeugs, die Mastgeometrie und die Gabellänge auf die theoretische Gabelhöhe umgerechnet wird. Die erfolgt vorzugsweise aber nicht zwingend ohne Lasteinflüsse, da die Last zum Beispiel bei unterschiedlichen beladbaren Paletten, die mit der Gabel transportiert werden, nicht immer gleich ist.
Ein weitere Lernfunktion ist in Block 27 symbolisch dargestellt, mit dem eine manuelle Korrektur der Hubhöhe mit einem Bediengerät, z. B. mit einem sog. Joystick 28, vorgenommen wird. Einerseits kann dabei der Ölstrom ≙_soll für den Hubzylinder 21 im Steuergerät 20 direkt alternativ zur Verwendung der Regelgröße des Lagereglers 24 vorgegeben werden. Hierbei entspricht der Volumenstrom ≙_soll = dV/dt mit dem Volumen V. Die Differenz der somit manuell eingestellten Hubhöhe und der geregelten Hubhöhe kann dann im Lernbaustein 27 zur Verbesserung der zuvor beschriebenen Kennlinie herangezogen werden.
In Fig. 3 ist die Höhe h der Gabel 6 nach der Fig. 1 über der Zeit t bis zum Erreichen der Sollhöhe h_soll gezeigt, wobei bis zu einer Linie 30 der Automatikbetrieb und in einem Zeitfenster 31 ein manueller Betrieb durchgeführt wird. Falls die mit der Hubvorrichtung 2 automatisch angefahrene Höhe h mit ε > ε_max zu ungenau ist, kann der Fahrzeugführer die Position manuell korrigieren. Diese Korrektur kann im definierten Zeitfenster 31 nach dem Erreichen der automatisch angefahrenen Position zur Verbesserung auf ε > ε_max der zuvor erwähnten Kennlinie herangezogen werden.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung der Höhe des Hubteils (6) einer Hubvorrichtung (2), bei dem
keine Hubhöhenmessung eines hydraulisch ausfahrbaren Teils der Hubvorrichtung (2) und eine Druckmessung im hydraulischen Hubzylinder (21) der Hubvorrichtung (2) vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
zur Ermittlung der absolut erreichten Höhe der Hubvorrichtung (2)die Ergebnisse der Hubhöhenmessung, der Druckmessung und sonstiger, die absolute Höhe der Hubvorrichtung (2) beeinflussenden physikalischen Größen erfasst werden und in einem Lageregelkreis zur Steuerung des Hubzylinders verarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als sonstige physikalische Größen der Neigungswinkel (α) der Hubvorrichtung (2) herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruck in einem Neigezylinder zur Ermittlung der Schwerpunktlage der Last erfasst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anwendung des Verfahrens bei einem Fahrzeug als sonstige physikalische Größen die Einflüsse der Fahrzeugkarosserie und/oder der Antriebsräder herangezogen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagesollwert als die zu errechende absolute Höhe vorgegeben wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagesollwert aus einer Kennlinie ermittelt wird, die aus den abgespeicherten Kenngrößen für die physikalischen Einflüsse errechnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass keine Lernfunktion (27) durch eine manuelle Korrektur der Hubhöhe vorgenommen wird, wobei die Differenz der manuell eingestellten Hubhöhe und der geregelten Hubhöhen zur Verbesserung der Kennlinie herangezogen wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Steuergerät (25) für die Steuerung eins Ventils (20) für den hydraulischen Hubzylinder (21) vorhanden ist, dass
ein Sensor für die Erfassung des Drucks, für die Erfassung der Hubhöhe und für den Neigungswinkel (α) der Hubvorrichtung (2) vorhanden ist und dass
mit der Differenz aus der Auswertung der Sensorsignale und einem vorgebbaren Sollwert für die absolute Höhe ein Lageregler (24) zur Ansteuerung des Steuergeräts (25) beaufschlagt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor für die Erfassung der Hubhöhe (h) ein Radarsender und ein Radarsensor (12) am festen oder bewegten Teil der Hubvorrichtung (2) angebracht sind und am jeweils anderen Teil (4) eine Reflektionevorrichtung (13) für die Rückstrahlung der Radarstrahlen des Radarsenders (12) zum Radarsensor (12) vorhanden sind, wobei aus der Laufzeit der Radarstrahlen der Weg der Auslenkung des bewegten Teils (4) der Hubvorrichtung (2) ermittelbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am bewegbaren Teil der Hubvorrichtung (2) die Gabel (6) eines Flurförderfahrzeugs gehalten ist.