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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 R = √x² + y² 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 |Vsoll|2 = x2 + y2 < E2 die Steuervorrichtung sowohl eine Soll-Fahrgeschwindigkeit als auch einen Soll-Lenkwinkel Nu 11 vorgibt (Singularitätszone), wobei E eine vorgegebene Konstante ist. Erst wenn der Lenkwinkel außerhalb der Singularitätszone ist, kann das Fahrzeug in die gewünschte Richtung gelenkt werden.
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Die Soll-Fahrgeschwindigkeit Vsoll kann nach |Vsoll|2 = X2 + Y2 > E2 vorgegeben werden. 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 kann nach Φsoll = arctan (X/Y) erfolgen.
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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.