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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Fahr- und Lenksteuerung für
ein Flurförderzeug nach dem Patentanspruch 1.
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Für
Fahr- und Lenkfunktionen in Flurförderzeugen wird eine
Vielzahl von Bedienelementen eingesetzt. Üblich ist die
Vorgabe von Fahrgeschwindigkeiten über Pedal- oder Fahrsignalgeber.
Lenkbewegungen werden zumeist von Lenkrädern oder Deichseln
ausgeführt. Es ist jedoch auch bekannt, Bedienelemente
vorzusehen, die Fahr- und Lenkbewegungen in einem Teil integrieren.
Sogenannte Stellteilbedienelemente, wie zum Beispiels Joysticks,
weisen den Vorteil auf, daß diese eine gleichzeitige Steuerung
von Fahr- und Lenkbewegungen erlauben.
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Aus
DE 102 04 742 A1 und
DE 102 42 653 B4 ist
bekannt, zum Fahren und Lenken von Flurförderzeugen, Joysticks
zu verwenden. Joysticks weisen in ihren Bewegungsachsen (X, Y) jeweils
ein Signal auf, dessen Betrag mit zunehmender Auslenkung größer
wird.
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In
DE 102 42 653 B4 wird
den positiven X-Signalen eine positive Beschleunigung und allen
negativen X-Signalen eine negative Beschleunigung zugeordnet. Dies
hat zur Folge, daß nach einem Beschleunigungsvorgang durch
zum Beispiel Loslassen des Joysticks (Neutralstellung) das Fahrzeug
mit konstanter Geschwindigkeit weiterfährt. Eine Abbremsung
erfolgt erst, wenn negative X-Signale erfaßt werden. Ähnlich
wird mit den Y-Signalen verfahren. So bedeutet eine Bewegung, die
ein positives Y-Signal zur Folge hat, daß das gelenkte
Rad um einen Verschiebungsbetrag nach rechts gedreht wird. Ein negatives
Y-Signal bewirkt einen Verschiebungsbetrag, durch den das gelenkte
Rad nach links gedreht wird. Die Soll-Fahrgeschwindigkeit und der Soll-Lenkwinkel
ergeben sich mithin durch Integration der Joysticksignale.
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In
DE 102 04 742 A1 wird
dem Y-Signal eine Fahrgeschwindigkeitsvorgabe (positiv und negativ) und
dem X-Signal eine Lenkwinkelvorgabe (positiv oder negativ) zugeordnet.
Diese Zuordnung der Signale hat zur Folge, daß bei großen
Lenkwinkeln (durch eine sehr große Auslenkung in X-Richtung) nur
noch kleine Y-Signale erhalten werden, was die Auflösung
der Fahrgeschwindigkeitsvorgabe minimiert. Schlimmstenfalls ist
bei einer Lenkung, die einen Lenkwinkel plus/minus 90° zuläßt,
kein Fahrgeschwindigkeitssignal mehr vorhanden.
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Insgesamt
muß der Bediener bei der bekannten Fahr- und Lenksteuerung
gedanklich eine Trennung von Fahrsignal- und Lenkwinkelvorgaben machen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahr- und Lenksteuerung
für Flurförderzeuge zu schaffen, die eine intuitive
Bedienung der beiden Betriebsfunktionen Fahren und Lenken erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei
der Erfindung bestimmt eine Steuervorrichtung aus der Auslenkrichtung
des Stellelements den Soll-Lenkwinkel Φsoll und
aus dem Ausmaß einer Auslenkung die Soll-Fahrgeschwindigkeit
Vsoll.
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Der
Kern der Erfindung beruht darauf, daß aus den beiden X-
und Y-Signalen ein Richtungswert (Lenkwinkel) und ein Betragswert
(Geschwindigkeit) als Vorgabe bestimmt wird. Hierzu werden die X-, Y-Koordinaten
mit Hilfe einer Transformation in Polarkoordinaten umgewandelt.
Hieraus ergibt sich unter anderem, daß bei sehr großen
Lenkwinkeln, zum Beispiel bei einer plus/minus 90°-Lenkung
immer noch der ganze Aussteuerbereich des Stellelements über
die Geschwindigkeitsvorgabe vorhanden ist.
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Außerdem
kann durch die Koordinatentransformation einfach eine 360°-Lenkung
realisiert werden, wie dies etwa für sogenannte Schubmaststapler wünschenswert
ist.
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Bei
der Erfindung ergibt sich die Besonderheit, daß in der
Ruhelage des Stellelements eine Singularität vorhanden
ist, für die das Lenk- und Fahrverhalten definiert werden
muß, da der Lenkwinkel nicht mehr bestimmt werden kann.
Daher wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
bei einer Soll-Fahrgeschwindigkeit |Vsoll|2 < E2 die Steuervorrichtung eine Soll-Fahrgeschwindigkeit
und einen Soll-Lenkwinkel mit Null vorgibt (Singularitätszone). Erst
wenn der Lenkwinkel außerhalb der Singularitätszone
ist, kann das Fahrzeug in die gewünschte Richtung gelenkt
werden.
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Die
Soll-Fahrgeschwindigkeit wird nach |Vsoll|2 = X2 + Y2 > E2 vorgegeben. Bei großen E2-Werten kann ein ruckfreies Anfahren gewährleistet
werden, wenn Vsoll 2 um
E2 vermindert und anschließend auf
den maximalen Aussteuerbereich skaliert (gespreizt) wird.
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Die
Lenkwinkelvorgabe erfolgt nach Φsoll = arctan
(X/V).
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung gibt das Vorzeichen des Y-Signals
die Fahrtrichtung an und die Fahrtrichtung wird beibehalten, wenn
das Vorzeichen des Y-Signals während der Bedienung des
Stellelements wechselt. Erst nach dem Durchfahren der Singularitätszone
kann ein Fahrtrichtungswechsel mit dem entsprechenden Lenkwinkel
vorgenommen werden. Falls der maximale Lenkwinkel des Flurförderzeugs
nicht größer als plus/minus 90° ist, wird
nach einer Ausgestaltung der Erfindung der Sollwinkel Φsoll auf plus 90° beschränkt,
falls bei einem Vorzeichenwechsel des Y-Signals das X-Signal positiv
ist. Der Soll-Lenkwinkel Φsoll wird
auf minus 90° beschränkt, falls bei einem Vorzeichenwechsel
vom Y-Signal der zugehörige X-Signalwert negativ ist, wobei
ein Fahrtrichtungswechsel erst möglich ist, wenn das Stellelement
zuvor in die Singularitätszone bewegt wird.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Bewegungsfreiheit des
Stellelements auch mit Hilfe einer mechanischen oder durch eine
softwaregesteuerte virtuelle Kulisse derart eingeschränkt werden,
daß der volle Lenkwinkelbereich schon erreicht wird, wenn
die geometrisch bestimmte Auslenkung Φmax des
Stellelements kleiner als 90° ist. Dies hat den Vorteil,
daß ein Anfahren in plus/minus 90°-Richtung möglich
ist und die gewünschte Fahrtrichtung eingestellt werden
kann.
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Nach
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Soll-Fahrgeschwindigkeit Vsoll von dem Soll-Lenkwinkel Φsoll abhängig ist.
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Umgekehrt
kann nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung der Soll-Lenkwinkel Φsoll von der Soll-Fahrgeschwindigkeit Vsoll abhängig sein.
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Schließlich
kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung des Stellelements
entlang der Z-Achse verschoben oder um die Z-Achse drehbar sein,
um weitere Funktionen zu betätigen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher
erläutert.
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1 zeigt
schematisch die Auswirkung von Stellelementsignalen durch eine Koordinatentransformation.
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2 zeigt
graphisch die Vorgehensweise zur Bestimmung von Soll-Fahrgeschwindigkeit
und Soll-Lenkwinkel aus den Stellelementsignalen bei einer Lenkung
mit Winkeln zwischen minus und plus 90°.
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3 zeigt
die Auswirkung einer Kulisse zur Beschränkung der Stellelementwinkelstellung.
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In 1 ist
ein X-/Y-Koordinatensystem angedeutet, innerhalb dem sich z. B.
ein nicht gezeigter Joystick bewegen kann, dessen aufrechte Achse durch
den Nullpunkt des Koordinatensystems geht. Die Auslenkung des Joysticks
wird auf übliche Weise, beispielsweise mit zwei Potentiometern
ermittelt. Die Auslenkung in Y- und X-Richtung wird in einer Steuervorrichtung,
die hier nicht gezeigt ist, in Polarkoordinaten umgerechnet. Mithin
ergibt sich ein Vektor 10, der gegenüber der Y-Achse
einen Winkel Φ einnimmt. Φ ist der Lenkwinkel,
der von der Steuervorrichtung einer geeigneten Stellvorrichtung
bzw. Lenkvorrichtung für das zu lenkende Rad eines Flurförderzeugs
(nicht gezeigt) vorgegeben wird. Die Länge des Vektors 10 entspricht
der Fahrgeschwindigkeit, die als Sollwert einer Fahrsteuerung vorgegeben
wird. Wird der Joystick entlang des Kreises 12 bewegt,
ergibt sich eine konstante Geschwindigkeitsvorgabe bei unterschiedlichem
Lenkwinkel. Der Kreis 14 deutet den maximalen Aussteuerbereich
für die Geschwindigkeitsvorgabe an.
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In 1 ist
zu erkennen, daß der Joystick im Vierquadrantenbereich
bewegt werden kann, mithin eine 360°-Lenkung möglich
ist. Das Vorzeichen des Y-Signals gibt dabei die Fahrtrichtung vor.
Ist das gelenkte Rad gleichzeitig das Antriebsrad, kann die jeweils
umgekehrte Fahrtrichtung entweder durch ein Verschwenken des Antriebsrades
erfolgen oder dadurch, daß die Drehrichtung des Antriebsrades
umgekehrt wird. Hierauf wird noch weiter unten eingegangen.
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In 2 sind
unterschiedliche Zustände der Fahr- und Lenkvorrichtung
dargestellt, wie sie prinzipiell in 1 wiedergegeben
ist. In der linken Darstellung von 1 ist der
Vektor, der aus dem Y- und X-Signal errechnet wird, sehr kurz, sodaß eine
Bestimmung des Lenkwinkels kaum möglich ist. Deshalb wird
um den Nullpunkt des Koordinatensystems eine Singularitätszone
eingerichtet, etwa mit dem Radius E, wobei E einen vorgegebenen
Wert aufweist. In 2 ist die Singularitätszone
mit 14 bezeichnet. Innerhalb der Singularitätszone
wird kein Signal auf die Fahr- und Lenksteuerung gegeben. Das Fahrzeug
bleibt mithin in Ruhelage. In der zweiten Darstellung von links
beträgt zum Zeitpunkt t1 der Lenkwinkel Φ 60° und
der Vektor ist länger als der Radius der Singularitätszone.
Die Fahrgeschwindigkeit entspricht mithin der Länge des
Vektors und der Lenkwinkel ist 60°. In der weiteren Darstellung
beträgt der Lenkwinkel zum Zeitpunkt t2 75°,
wobei die Fahrgeschwindigkeit die gleiche ist.
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Bei
bestimmten Flurförderzeugen läßt sich das
gelenkte Rad nur im Bereich von annähernd minus 90° bis
annähernd plus 90° bewegen. Dies ist in der rechten
Darstellung von 2 angedeutet. Die graue Zone
deutet mithin den Bereich an, der von den gelenkten Rädern
nicht erreicht werden kann. Wird der Joystick gleichwohl etwa um
einen Winkel von 110° gegenüber der Y-Achse verschwenkt,
erfolgt ein Ausschlag des gelenkten Rades gleichwohl nur bis 90° oder
etwas weniger. Soll die Fahrtrichtung in entgegengesetzter Richtung
liegen, muß zunächst die Auslenkung des Joysticks
zurück in die Singularitätszone erfolgen, bevor
das Fahrzeug mit dem gewünschten Lenkwinkel von 110° in
die entgegengesetzte Richtung fahren kann.
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In 3 ist
durch diametral gegenüberliegende Sektoren 16 eine
Kulisse angedeutet, welche verhindert, daß bei einer Annäherung
des Joysticks mit einer Auslenkung von 90° entsprechende
Stellsignale von der Fahr- und Lenksteuerung erzeugt werden. Die
Sektoren 16 können mechanisch oder durch Software
realisiert werden. Im letzteren Fall wird verhindert, daß im
Bereich der Sektoren 16 noch ein Lenkwinkel erzeugt wird,
der in den Sektorbereich bzw. darüber hinaus geht. Im letzteren
Fall ist im übrigen eine Annäherung an annähernd
plus/minus 90° möglich, im Gegensatz zu einer
mechanischen Beschränkung.
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Bei
der Fahrgeschwindigkeitsvorgabe ergibt sich der Betrag Vsoll 2 aus den X-
und Y-Signalen nach X2 + Y2 > E2.
E bedeutet, wie oben schon erwähnt, der Radius der Singularitätszone.
Bei großen E-Werten kann eine ruckfreie Bedienung dadurch
gewährleistet werden, daß Vsoll 2 um E2 vermindert
und anschließend auf den Maximalsteuerbereich skaliert
wird.
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Bei
einer 360°-Lenkung kann der Lenkwinkel Φ 0° bis
360° betragen. Eine Winkelvorgabe erfolgt nach Φsoll = atan2 (X, Y). Wenn beim Reversieren
der Joystick innerhalb einer zu definierenden Zeit durch die Singularitätszone
bewegt wird, werden der zuletzt außerhalb der Singularitätszone
ermittelte Winkelwert Φvorher und
die zuletzt ermittelte Fahrtrichtung Fr in der Steuervorrichtung
gespeichert. Verläßt der Joystick innerhalb der
gleichen Zeit die Singularitätszone, so wird anhand des
ersten ermittelten Winkelwerts Φnachher vom
Joystick festgelegt, ob ein Reversiervorgang vorliegt. Das Kriterium
für die Fahrzeugreaktion „Reversieren" ist: |Φnachher – Φvorher| > 90°. Der Reversiervorgang
wird eingeleitet durch:
- • Vorzeichenwechsel
der Fahrtrichtung Fr
- • 180°-Drehung des ermittelten Lenksollwerts.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10204742
A1 [0003, 0005]
- - DE 10242653 B4 [0003, 0004]