DE102006035863A1 - Electrical steer-by-wire steering system for e.g. fork-lift truck, has electronic control device designed such that position of steering transmitter in operating mode provides desired value for steering position of guided wheel - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Flurförderzeug mit
- – einem Lenkgeber, der beispielsweise als Lenkrad ausgeführt ist,
- – mindestens einem mit einer Fahrbahn in Kontakt stehenden gelenkten Rad,
- – einem elektrischen Lenkmotor zum Bewegen des gelenkten Rads,
- – einem Lenkgebersensor zum Erfassen einer Stellung und/oder einer Bewegung des Lenkgebers,
- – einem Radsensor zum Erfassen einer Lenkstellung und/oder einer Lenkbewegung des gelenkten Rads und
- – einer elektronischen Steuervorrichtung, die mit dem Lenkgebersensor, dem Radsensor und dem elektrischen Lenkmotor in Wirkverbindung steht.
- A steering transmitter, which is designed, for example, as a steering wheel,
- At least one steered wheel in contact with a carriageway,
- An electric steering motor for moving the steered wheel,
- A steering sensor sensor for detecting a position and / or a movement of the steering transmitter,
- - A wheel sensor for detecting a steering position and / or a steering movement of the steered wheel and
- - An electronic control device, which is in operative connection with the steering sensor sensor, the wheel sensor and the electric steering motor.
Elektrische "Steer-by-wire"-Lenkvorrichtungen der genannten Art werden in unterschiedlichen Typen von Flurförderzeugen, beispielsweise in Gabelstaplern, Schubmaststaplern, Schubgabelstaplern, Fahrerstandhubwagen, Fahrersitzhubwagen und deichselgeführten Hubwagen eingesetzt. Der Lenkgeber kann dabei beispielsweise als Lenkrad, als Lenkdeichsel oder als motorradähnlicher Lenker (handle bar) ausgeführt sein. Zwischen dem Lenkgeber und dem gelenkten Rad des Flurförderzeugs besteht eine ausschließlich elektrische Verbindung. Eine auf den Lenkgeber wirkende Betätigungskraft wird also weder mechanisch noch hydraulisch auf das gelenkte Rad übertragen. Stattdessen ist an dem Lenkgeber ein Lenkgebersensor angeordnet, der ein elektrisches Signal erzeugt, welches einer elektronischen Steuervorrichtung zugeführt wird. Ein weiteres Eingangssignal der Steuervorrichtung stammt von einem Radsensor, welcher die Lenkstellung des gelenkten Rads erfasst. Die Steuervorrichtung verarbeitet diese beiden Eingangssignale und steuert daraufhin den elektrischen Lenkmotor an, der die zum Bewegen des gelenkten Rads erforderliche Kraft erzeugt.Electric steer-by-wire steering devices of the type mentioned are used in different types of industrial trucks, for example in forklifts, reach trucks, forklift trucks, Driver's pallet truck, driver's pallet truck and drawbar-guided pallet truck used. The steering sensor can be used, for example, as a steering wheel, as Steering drawbar or motorcycle-like Handlebar (handlebar) executed be. Between the steering transmitter and the steered wheel of the truck there is one exclusively electrical connection. An acting on the steering actuator operating force is So transferred neither mechanically nor hydraulically to the steered wheel. Instead, a steering sensor sensor is arranged on the steering transmitter, which generates an electrical signal which is an electronic Control device supplied becomes. Another input signal of the control device comes from a wheel sensor which detects the steering position of the steered wheel. The control device processes these two input signals and then controls the electric steering motor, which to move the steered wheel required force generated.
Im Stand der Technik sind zwei grundsätzlich unterschiedliche Verfahren bekannt, nach denen die Steuervorrichtung die Signale des Lenkgebersensors und des Radsensors auswertet und in ein Stellsignal für den Lenkmotor umsetzt.in the State of the art are two fundamentally different methods according to which the control device, the signals of the steering sensor sensor and of the wheel sensor and in a control signal for the steering motor implements.
Bei dem ersten Verfahren handelt es sich um die so genannte Positionssteuerung. Hierbei gibt die Bedienperson mit dem Lenkgeber einen Sollwert für die Lenkstellung des gelenkten Rads vor. Die Steuervorrichtung steuert den Lenkmotor daraufhin derart an, dass das gelenkte Rad mit möglichst geringer Verzögerung die über den Lenkgeber vorgegebene Lenkstellung einnimmt. Die Positionssteuerung hat den Vorteil, dass jeder Stellung des Lenkgebers exakt eine Lenkstellung des gelenkten Rads zugeordnet ist. Somit weist der Lenkgeber eine definierte Neutralstellung auf, bei der das Flurförderzeug geradeaus fährt. Ein nachteiliger Effekt ergibt sich bei der Positionssteuerung dann, wenn der Lenkgeber so schnell bewegt wird, dass die Lenkbewegung des gelenkten Rads der Bewegung des Lenkgebers nicht folgen kann, beispielsweise aufgrund der Drehzahlgrenze des Lenkmotors oder einer besonders hohen Reibung des gelenkten Rads auf der Fahrbahn. In diesen Fällen läuft die Bewegung des gelenkten Rads hinter der Bewegung des Lenkgebers her. Anschließend, wenn der Lenkgeber bereits wieder still steht, dauert die Bewegung des gelenkten Rads aber noch an, bis die Lenkstellung des gelenkten Rads wieder mit der Stellung des Lenkgebers übereinstimmt. Die Steuerung des Flurförderzeugs durch die Bedienperson wird durch dieses Nachlaufen der Lenkbewegung des gelenkten Rads erheblich erschwert.at The first method is the so-called position control. Here, the operator with the steering transmitter gives a target value for the steering position of the steered wheel. The control device controls the steering motor then in such a way that the steered wheel with the least possible delay over the Steering assumes predetermined steering position. The position control has the advantage that each position of the steering transmitter exactly one steering position associated with the steered wheel. Thus, the steering transmitter has a defined neutral position on which the truck go straight on. A disadvantageous effect results in the position control then, when the steering arm is moved so fast that the steering movement the steered wheel can not follow the movement of the steering transmitter, for example, due to the speed limit of the steering motor or a particularly high friction of the steered wheel on the road. In these make is running? Movement of the steered wheel behind the movement of the steering transmitter. Subsequently, if the steering transmitter is already stationary again, the movement will take a while of the steered wheel but still, until the steering position of the steered Rads again coincides with the position of the steering transmitter. The control of the truck by the operator is by this trailing the steering movement the steered wheel considerably more difficult.
Alternativ sind Steuervorrichtungen bekannt, die nach dem Verfahren der Geschwindigkeitssteuerung (rate control) arbeiten. Hierbei wird am Lenkgeber mittels des Lenkgebersensors die Lenkgeschwindigkeit gemessen, die dann in der Steuervorrichtung in einen Sollwert für die Geschwindigkeit der Lenkbewegung des gelenkten Rads umgesetzt wird. Diese Funktionsweise hat den Vorteil, dass das gelenkte Rad nur dann bewegt wird, wenn gleichzeitig auch der Lenkgeber bewegt wird. Wenn die Bewegung des Lenkgebers gestoppt wird, stoppt gleichzeitig auch die Bewegung des gelenkten Rads. Ein Nachlaufen der Lenkbewegung des gelenkten Rads kann daher nicht auftreten. Nachteilig bei der Geschwindigkeitssteuerung ist, dass Bewegungen des Lenkgebers mit sehr kleiner Betätigungsgeschwindigkeit, wie sie beispielsweise während einer schnellen Geradeausfahrt auftreten, von dem Lenkgebersensor nicht erfasst und damit auch nicht auf das gelenkte Rad übertragen werden können. Dies erschwert das Steuern des Flurförderzeugs während des Geradeausfahrens erheblich.alternative Control devices are known which, according to the method of speed control (rate control) work. This is the steering transmitter by means of the steering sensor measured the steering speed, which then in the control device in a setpoint for implemented the speed of the steering movement of the steered wheel becomes. This mode of operation has the advantage that the steered wheel is only moved, if at the same time also moves the steering arm becomes. If the movement of the steering transmitter is stopped, stops at the same time also the movement of the steered wheel. An after-run of the steering movement The steered wheel can not therefore occur. Disadvantageous in the Speed control is that movements of the steering transmitter with very small operating speed, as for example during a fast straight ahead occur from the steering sensor sensor not recorded and thus not transferred to the steered wheel can be. This makes it difficult to control the truck during straight-ahead driving considerably.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lenkvorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, in welcher gleichzeitig die wesentlichen Vorteile der Positionssteuerung und der Geschwindigkeitssteuerung verwirklicht sind.Of the The present invention is based on the object, a steering device to provide the type mentioned above, in which at the same time the main advantages of position control and speed control are realized.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuervorrichtung derart ausgeführt ist, dass
- – in einem ersten Betriebsmodus die Stellung des Lenkgebers einen Sollwert für die Lenkstellung des gelenkten Rads vorgibt und der Lenkmotor derart angesteuert wird, dass eine Abweichung zwischen dem Istwert der Lenkstellung des gelenkten Rads und dem Sollwert möglichst gering ist,
- – in einem zweiten Betriebsmodus eine Lenkbewegung des gelenkten Rads an eine Bewegung des Lenkgebers gekoppelt ist, derart, dass der Lenkmotor nur dann angesteuert wird, wenn der Lenkgeber bewegt wird.
- - In a first operating mode, the position of the steering transmitter sets a target value for the steering position of the steered wheel and the steering motor is driven such that a deviation between the actual value of the steering position of the steered wheel and the target value as low as possible is
- - In a second mode of operation, a steering movement of the steered wheel is coupled to a movement of the steering transmitter, such that the steering motor is only activated when the steering sensor is moved.
Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung kann also in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden. Hierbei entspricht der erste Betriebsmodus einer Positionssteuerung, während der zweite Betriebsmodus einer Geschwindigkeitssteuerung entspricht. Im zweiten Betriebsmodus wird das gelenkte Rad so lange mit maximaler Lenkgeschwindigkeit bewegt, wie gleichzeitig auch der Lenkgeber bewegt wird. Die Betriebsmodi werden von der Steuervorrichtung in Abhängigkeit von der momentanen Betriebssituation automatisch gewählt.The Steering device according to the invention can So be operated in two different operating modes. in this connection corresponds to the first mode of operation of a position control, while the second operating mode corresponds to a speed control. In the second operating mode, the steered wheel is at maximum for as long Steering speed moves, as well as the steering sensor is moved. The operating modes are determined by the control device in dependence automatically selected from the current operating situation.
Hierbei ist die Steuervorrichtung derart eingestellt, dass während des normalen Betriebs die Lenkvorrichtung im ersten Betriebsmodus mit einer Positionssteuerung arbeitet. "Normaler Betrieb" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der elektrische Lenkmotor das gelenkte Rad praktisch verzögerungsfrei in dem mit dem Lenkgeber vorgegebene Position bewegt. Diese Betriebssituation ist in der Regel dann gegeben, wenn der Lenkgeber nicht oder mit geringer oder mit mittlerer Betätigungsgeschwindigkeit bewegt wird und wenn gleichzeitig das gelenkte Rad nicht blockiert ist.in this connection the control device is set such that during the normal operation, the steering device in the first operating mode with a position control works. "Normal operation" in this context means that the electric steering motor, the steered wheel virtually instantaneous moved in the predetermined position with the steering transmitter. This operating situation is usually given when the steering is not or with low or medium operating speed is moved and at the same time the steered wheel is not blocked is.
Zweckmäßigerweise schaltet die Steuervorrichtung immer dann vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus um, wenn während des Lenkens der Istwert der Lenkstellung des gelenkten Rads erheblich von dem durch die Stellung des Lenkgebers vorgegebenen Sollwert abweicht. Ein erhebliches Abweichen des Istwerts vom Sollwert tritt dann auf, wenn der Lenkmotor das gelenkte Rad nicht oder nicht schnell genug bewegen kann. Eine geringe Abweichung des Istwerts vom Sollwert, wie sie systembedingt infolge der Reaktionszeit der Steuervorrichtung und des Lenkmotors bei jeder Lenkbewegung auftritt, wird von der Steuervorrichtung als nicht erheblich gewertet und führt nicht zu einem Wechsel des Betriebsmodus.Conveniently, always switches the control device from the first operating mode in the second operating mode, if during steering the actual value the steering position of the steered wheel considerably from that through the Position of the steering sensor specified value deviates. A considerable Deviation of the actual value from the nominal value occurs when the steering motor the steered wheel can not or can not move fast enough. A slight deviation of the actual value from the nominal value, as determined by the system due to the reaction time of the control device and the steering motor occurs at each steering movement is by the control device as not significant and does not lead to a change of Operation mode.
Die Steuervorrichtung schaltet immer dann vom zweiten Betriebsmodus auf den ersten Betriebsmodus zurück, wenn der Istwert der Lenkstellung des gelenkten Rads mit dem durch die Stellung des Lenkgebers vorgegebenen Sollwert übereinstimmt. Die Abweichung zwischen Istwert und Sollwert war dann nur vorübergehend. Sobald keine Abweichung mehr vorliegt, wird die Lenkung wieder im ersten Betriebsmodus nach der Positionssteuerung gesteuert.The Control device always switches from the second operating mode back to the first operating mode, if the actual value of the steering position of the steered wheel with the the position of the steering transmitter predetermined setpoint coincides. The deviation between actual value and setpoint was then only temporary. As soon as there is no longer any deviation, the steering will be back in controlled first operating mode after the position control.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Steuervorrichtung immer dann vom zweiten Betriebsmodus auf den ersten Betriebsmodus umschaltet, wenn der Lenkgeber nicht bewegt wird. Während des zweiten Betriebsmodus, also der Geschwindigkeitssteuerung, wird das gelenkte Rad immer dann nicht bewegt, wenn auch der Lenkgeber nicht bewegt wird. Wenn in dieser Situation von dem zweiten auf den ersten Betriebsmodus umgeschaltet wird, wird die Stellung des gelenkten Rads hiervon nicht beeinflusst, d.h. es bleibt unbewegt.Further It is advantageous if the control device always from the second Operating mode switches to the first operating mode when the steering transmitter is not moved. While the second operating mode, so the speed control is the steered wheel always does not move, even if the steering transmitter is not moved. If in this situation from the second up the first operating mode is switched, the position of the steered wheel is not affected, i. e. it remains unmoved.
Gleichzeitig wird bei einem Umschalten vom zweiten Betriebsmodus auf den ersten Betriebsmodus der Sollwert für die Lenkstellung des gelenkten Rads auf den momentanen Istwert der Lenkstellung des gelenkten Rads gesetzt. Die Positionssteuerung beginnt damit mit neuen Ausgangswerten, nämlich der momentanen Stellung des Lenkgebers und der momentanen Stellung des gelenkten Rads.simultaneously when switching from the second mode of operation to the first Operating mode the setpoint for the steering position of the steered wheel to the current actual value of Steering position of the steered wheel set. The position control starts thus with new starting values, namely the current position of the steering transmitter and the current position of the steered wheel.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further Advantages and details of the invention will be apparent from the in the Schematic figure illustrated embodiment explained in more detail.
Die
Figur zeigt eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung
eines Flurförderzeugs.
Zu erkennen ist ein von einem Lenkrad gebildeter Lenkgeber
Am
unteren Ende der Lenkwelle
Ein
gelenktes Rad
Die
Lenkstellung des gelenkten Rads
Erfindungsgemäß kann die
Ansteuerung des Lenkmotors
Nach
jeder Inbetriebnahme arbeitet die Steuervorrichtung
Auf
den zweiten Betriebsmodus wird immer dann umgeschaltet, wenn die
die Position des gelenkten Rads
Nach
dem Umschalten in den zweiten Betriebsmodus wird das gelenkte Rad
In
dem Fall, dass während
des Betriebs im zweiten Betriebsmodus die Stellung des gelenkten Rads
Falls
während
des Betriebs im zweiten Betriebsmodus der Lenkgeber
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