DE102010020124B4

DE102010020124B4 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Verwendung eines Ausgangssignals

Info

Publication number: DE102010020124B4
Application number: DE102010020124.3A
Authority: DE
Inventors: Roland Brecht
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: DE102010020124A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs,wobei das Fahrzeug einen ersten und einen zweiten Antrieb aufweist, wobei der erste Antrieb ein Vorderrad antreibt und der zweite Antrieb ein Hinterrad, wobei erster und zweiter Antrieb drehzahlgeregelt betrieben werden, so dass die Istdrehzahl jedes Antriebs auf eine jeweilige Solldrehzahl hin geregelt wird,wobei das Fahrzeug auf dem Boden bewegbar angeordnet ist,wobei ein Sollwert a für Beschleunigung des Fahrzeuges in Fahrtrichtung vorgegeben wird, wobeidem Drehzahlregler jedes Antriebs über einen jeweiligen Vorsteuerzweig ein jeweiliger Beschleunigungsvorsteuerwert zugeführt wird,wobei die Beschleunigungsvorsteuerwerte derart gewichtet aus dem Sollwert a bestimmt werden, dass die Beschleunigungsvorsteuerwerte dem zustandsabhängigen Normalkraftwert des jeweils zugeordneten Rades entsprechen,wobei- die Höhe h der Schwerpunktmasse des Fahrzeugs über dem Boden bestimmt wird,- wobei aus der Höhe h und dem Abstand L ein Grenzbeschleunigungswert, wobei der Abstand eines Berührpunktes des Vorderrads am Boden und der Abstand eines Berührpunktes des Hinterrades am Boden den Wert L hat,- wobei der Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert für das Vorderrad als Produkt aus dem Sollwert a mit einem Faktor bestimmt wird, wobei der Faktor ein erster Quotient ist, dessen Zähler die Differenz aus dem Grenzbeschleunigungswert und dem Sollwert a ist und dessen Nenner der Grenzbeschleunigungswert ist,- wobei der Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert für das Hinterrad als Produkt aus dem Sollwert a mit einem Faktor bestimmt wird, wobei der Faktor ein zweiter Quotient ist, dessen Zähler die Summe aus dem Grenzbeschleunigungswert und dem Sollwert a ist und dessen Nenner der Grenzbeschleunigungswert ist, wobei den Reglern der Antriebe ein zentraler Lageregler übergeordnet ist,wobei dem Lageregler die Istposition zugeführt wird und eine Sollposition,wobei der zeitliche Verlauf der Sollposition von einem Profilgenerator vorgegeben wird, der auch einen zeitlichen Verlauf für Drehzahl erzeugt und über einen Vorsteuerzweig dem Ausgangssignal des Lagereglers zuführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine Verwendung eines Ausgangssignals
Es ist bekannt, bei Fahrzeugen, insbesondere bei schienengeführten Regalbediengeräten, einen Antrieb für die Räder der Vorderachse und einen weiteren Antrieb für die Räder der Hinterachse vorzusehen. Als Antrieb sind bei Regalbediengeräten umrichtergespeiste Elektromotoren bekannt.
Aus der AT 36 678 E ist eine Vorrichtung zur Regelung der Antriebsmomente der Drehgestellantriebsachsen einer Lokomotive bekannt, um das Zugvermögen trotz Änderung der Achslasten beizubehalten.
Aus der DE 689 07 523 T2 ist als nächstliegender Stand der Technik ist ein Steuersystem für Staplerfahrzeuge, welches Fahrbedingungen des Fahrzeugs erfasst und daraufhin eine Fahrgeschwindigkeit bestimmt, bei welchem das Fahrzeug in einem stabilen Momentanzustand gefahren werden kann.
Aus der Veröffentlichung Haschke, R., Weitnauer, E., Ritter, H.: „Online planning of timeoptimal, jerk-limited trajectories" on International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2008, IEEE, 14.10.2008, Pages 3248 - 3253 ist ein System mit Servicerobotern bekannt, die direkt mit Menschen interaktionsfähig sind.
Aus der DE 10 2007 020 184 A1 ist ein Verfahren zur energieoptimierten Bewegungssteuerung von motorisch und generatorisch arbeitenden Achsantrieben einer Maschine bekannt.
Aus der WO 2005/ 117 248 A1 ist ein Regallagersystem mit Energierückkopplung bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine erhöhte Effizienz und Verfügbarkeit bei einem Fahrzeug, insbesondere Regalbediengerät, insbesondere in einer Anlage, zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 und bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass das Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eines schienengeführten Fahrzeugs, vorgesehen ist,
wobei das Fahrzeug einen ersten und einen zweiten Antrieb aufweist, wobei der erste Antrieb ein Vorderrad antreibt und der zweite Antrieb ein Hinterrad, wobei erster und zweiter Antrieb drehzahlgeregelt betrieben werden, so dass die Istdrehzahl jedes Antriebs auf eine jeweilige Solldrehzahl hin geregelt wird,
wobei das Fahrzeug auf dem Boden, insbesondere auf einer Schiene als Boden, bewegbar angeordnet ist,
wobei ein Sollwert a für Beschleunigung des Fahrzeuges in Fahrtrichtung vorgegeben wird, insbesondere mittels eines Profilgenerators,
wobei

- dem Drehzahlregler jedes Antriebs über einen jeweiligen Vorsteuerzweig ein jeweiliger Soll-Beschleunigungswert zugeführt wird, die derart bestimmt sind, dass das Verhältnis aus dem dem Vorderrad zugeordneten Soll-Beschleunigungswert, insbesondere Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert, und dem dem Hinterrad zugeordneten Soll-Beschleunigungswert, insbesondere Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert, dem Verhältnis aus der vom Vorderrad an den Boden übertragenen Normalkraft und der vom Hinterrad an den Boden übertragenen Normalkraft gleicht.

Von Vorteil ist dabei, dass das Fahrzeug als Einschienenhängebahn oder als Regalbediengerät ausführbar ist. Unter einem einzigen Rad, wie Vorderrad, sind also auch alle, auf einer selben Achse oder Welle angeordneten Räder zu verstehen. Es sind auch weitere Räder vorsehbar, die von entsprechend zugeordneten weiteren Antrieben antreibbar sind.
Weiter von Vorteil ist, dass die Beschleunigungen vorgesteuert werden und somit schnell erreichbar sind. Dadurch, dass die vorgesteuerten Antriebsmomente, insbesondere somit auch Antriebsbeschleunigungen, derart auf das Vorderrad und das Hinterrad aufteilbar sind wie die Normalkräfte gesamtbeschleunigungsabhängig sich aufteilen, wird erreicht, dass kritische Zustände, wie beispielsweise Kippen des Fahrzeugs oder Durchdrehen der Räder, bestmöglichst vermieden werden. Da die Höhe des Schwerpunktes die zum Auslösen der kritischen Zustände gehörenden kritischen Werte beeinflusst, ist sogar ein Verändern des Schwerpunktes durch Absenken einer Last ausführbar, wodurch dann die kritischen Werte weiter entfernt sind von den entsprechenden, den Zustand des Fahrzeugs jeweils charakterisierenden Werten.
Durch die Aufteilung der Antriebsmomente und somit auch der zugehörigen Antriebsbeschleunigungen entsprechend der Aufteilung der Normalkräfte, welche die Gewichtskraft des Fahrzeugs an den Boden über die Räder ableiten, ist die auf ein Rad wirkende Reibung optimal ausgenutzt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird

- die Höhe h der Schwerpunktmasse des Fahrzeugs über dem Boden bestimmt, insbesondere in zeitlichen Abständen wiederkehrend,
- wobei aus der Höhe h und dem Abstand L ein Grenzbeschleunigungswert bestimmt wird, wobei der Abstand eines Berührpunktes des Vorderrads am Boden und der Abstand eines Berührpunktes des Hinterrades am Boden den Wert L hat,
- wobei der Soll-Beschleunigungswert, insbesondere Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert, für das Vorderrad als Produkt aus dem Sollwert a der Fahrzeugbeschleunigung mit einem Faktor bestimmt wird, wobei der Faktor ein erster Quotient ist, dessen Zähler die Differenz aus dem Grenzbeschleunigungswert und dem Sollwert a ist und dessen Nenner der Grenzbeschleunigungswert ist,
- wobei der Soll-Beschleunigungswert, insbesondere Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert, für das Hinterrad als Produkt aus dem Sollwert a der Fahrzeugbeschleunigung mit einem Faktor bestimmt wird, wobei der Faktor ein zweiter Quotient ist, dessen Zähler die Summe aus dem Grenzbeschleunigungswert und dem Sollwert a ist und dessen Nenner der Grenzbeschleunigungswert ist.

Von Vorteil ist dabei, dass die Höhe h durch Absenken der transportierten Last beeinflussbar ist und somit während der Fahrt veränderbar ist. Denn beispielsweise mittels einer Hubachse ist die Last anhebbar oder absenkbar. Solange also kein kritischer Zustand erreicht wird, ist sogar während der Beschleunigung die Lasthöhe veränderbar und somit ein möglichst schnelles Erreichen der Zielposition der Last erreichbar. Zeitgleich ist die Höhe über ein Messsystem bestimmbar und somit die Aufteilung, also das Verhältnis, der Antriebsmomente und somit auch der Beschleunigungen entsprechend der veränderten Aufteilung, also entsprechend dem veränderten Verhältnis, der Normalkräfte auf die Räder, nachführbar. Auf diese Weise ist also während der Ausführung der Beschleunigung ein Anpassen ermöglicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung gleicht das gemäß der Aufteilung bestimmte Verhältnis der zwischen Vorderrad und Boden wirkenden Soll-Beschleunigungskraft, also auch des entsprechenden Antriebsmoments, und der zwischen Hinterrad und Boden wirkenden Soll-Beschleunigungskraft, also auch des entsprechenden Antriebsmoments, dem Verhältnis zwischen Vorderrad und Boden wirkenden Normalkraft und der zwischen Hinterrad und Boden wirkenden Normalkraft,
insbesondere wobei die Antriebsmomente und somit auch Soll-Beschleunigungskräfte durch das Hinregeln auf deren Sollwerte mittels der Antriebe und der Steuerung erzeugt werden. Von Vorteil ist dabei, dass wiederum ein optimales Ausnutzen der Reibung unter Vermeidung von Kippen ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen der erste und der zweite Antrieb jeweils einen Regler, so dass die beiden Antriebe jeweils auf ein Sollmoment beziehungsweise auf eine Sollbeschleunigung hin regelbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass die gewünschte Beschleunigungsvorsteuerung ansteuerbar ist, obwohl die Antriebe drehzahlgeregelt betrieben werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Sollwert a für Beschleunigung begrenzt auf den Grenzbeschleunigungswert, welcher als Minimum eines ersten und eines zweiten Beschleunigungswertes bestimmt wird,
wobei der erste Beschleunigungswert derjenige kritische Beschleunigungswert ist, bei dessen Überschreiten die Haftreibung eines Rades am Boden verloren geht, insbesondere wobei der Reibungskoeffizient µ zwischen Boden und Rad berücksichtigt wird, insbesondere wobei der erste Beschleunigungswert als µ * g bestimmt wird, wobei g die Erdbeschleunigung ist,
wobei der zweite Beschleunigungswert derjenige kritische Beschleunigungswert ist, bei dessen Überschreiten zumindest eines der Räder des Fahrzeugs die Bodenhaftung verliert infolge eine zu großen Kippmoments des Fahrzeuges in Fahrtrichtung, insbesondere wobei der Grenzbeschleunigungswert gemäß g* L / (2 * h) bestimmt wird, wobei g die Erdbeschleunigung ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Durchdrehen der Räder und ein Kippen des Fahrzeugs vermieden wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Bestimmung der Masse und der Höhe des Schwerpunkts einerseits die Masse des Fahrzeugs und andererseits eine vom Fahrzeug als Last zu transportierende Masse berücksichtigt, wobei für die vom Fahrzeug als Last zu transportierende Masse ein höherer Wert, insbesondere die maximal zum Transport zulässige Masse, als der wirklich vorhandene Wert verwendet wird. Von Vorteil ist dabei, dass keine genaue Bestimmung der jeweils transportierten Masse notwendig ist, sondern die Regelung alleine anhand der erfassten Höhe der transportierten Last, also Masse, ausführbar ist. Somit ist ein sicherer Betrieb gewährleistet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist den Reglern der Antriebe ein zentraler Lageregler übergeordnet, insbesondere ein in einer zentralen Steuereinheit angeordneter zentraler Lageregler,
wobei dem Lageregler die Istposition zugeführt wird und eine Sollposition,
wobei der zeitliche Verlauf der Sollposition von einem Profilgenerator vorgegeben wird, der auch einen zeitlichen Verlauf für Drehzahl erzeugt und über einen Vorsteuerzweig dem Ausgangssignal des Lagereglers zuführt. Von Vorteil ist dabei, dass Beschleunigungsrampen vorgebbar sind und somit der auftretende Ruck, also die zeitliche Ableitung der Beschleunigung, begrenzbar ist. Außerdem sind maximale Beschleunigungen und Drehzahlen einhaltbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein vom Profilgenerator ebenfalls erzeugter zeitlicher Verlauf einer Beschleunigung als Sollwert a für Beschleunigung des Fahrzeuges vorgegeben. Von Vorteil ist dabei, dass die jeweilige Beschleunigungsrampe in der gewünschten und zulässigen Form vorgebbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erzeugt der Profilgenerator aus der Startlage und Startgeschwindigkeit zu einer Startzeit und aus der Ziellage und Zielgeschwindigkeit zu einer Zielzeit das Profil, also den zeitlichen Verlauf der Sollposition, der Drehzahl und der Beschleunigung a. Von Vorteil ist dabei, dass ein Profil vorgebbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Istwert des vom Vorderrad übertragenen Drehmoments und der Istwert des vom Hinterrad übertragenen Drehmoments erfasst und ein Maß für die Abweichung vom vorgegebenen Verhältnis der Normalkräfte bestimmt, wobei der für den ersten Antrieb bestimmte Sollwert für Drehzahl aus der Summe aus dem Maß und der Ausgangsgröße des Lagereglers, welche erhöht ist um den vom Profilgenerator über einen Vorsteuerzweig zugeführten Drehzahlsollwert, gebildet wird,
wobei der für den zweiten Antrieb bestimmte Sollwert für Drehzahl aus der Differenz aus der Ausgangsgröße des Lagereglers, welche erhöht ist um den vom Profilgenerator über einen Vorsteuerzweig zugeführten Drehzahlsollwert, und dem Maß gebildet wird. Von Vorteil ist dabei, dass bei Abweichung der erfassbaren Istwerte der jeweiligen Drehmomente von dem gewünschten Verhältnis ein Korrekturwert bestimmbar ist, welcher wiederum über einen Vorsteuerzweig der Reglerstruktur zuführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Maß aus der Differenz zweier Produkte gebildet,
wobei das erste Produkt durch Multiplikation des ersten, dem Vorderrad zugeordneten Quotienten mit dem dem Hinterrad zugeordneten, erfassten Istwert des Drehmoments gebildet wird,
wobei das zweite Produkt durch Multiplikation des zweiten, dem Hinterrad zugeordneten Quotienten mit dem dem Vorderrad zugeordneten, erfassten Istwert des Drehmoments gebildet wird. Von Vorteil ist dabei, dass das Maß proportional entsprechend der Abweichung von der gewünschten Aufteilung ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Umschalten, insbesondere mittels eines Schalters, ausführbar, insbesondere zur Ausführung eines Notbetriebs,
so dass statt der beschleunigungsabhängigen Aufteilung der Soll-Beschleunigungswerte eine beschleunigungsunabhängige Aufteilung, insbesondere gleichmäßige Aufteilung, erfolgt, insbesondere also der mit einer Konstanten multiplizierte Sollwert a über den Vorsteuerzweig dem jeweiligen Drehzahlregler zugeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass im Notbetrieb eine gleichmäßige Aufteilung der beschleunigungsabhängigen Momentenvorsteuerung ausgeführt wird. Der Notbetrieb ist beispielswiese bei unbekanntem Reibungskoeffizienten sinnvoll.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Maß überwacht und bei Überschreiten eines kritischen Betrages des Maßes wird eine Aktion ausgelöst,
insbesondere eine Warnmeldung angezeigt oder weitergeleitet wird, die Geschwindigkeit reduziert wird und/oder die vom Fahrzeug transportierte Last abgesenkt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Abweichung von der idealen Aufteilung detektierbar ist und ein Absenken oder Anheben der Last ausführbar ist.
Wichtige Merkmale bei der Vorrichtung zum Durchführen eines vorgenannten Verfahrens sind, dass das Fahrzeug einen ersten und einen zweiten Antrieb aufweist, wobei der erste Antrieb ein Vorderrad antreibt und der zweite Antrieb ein Hinterrad,
wobei jeder Antrieb einen umrichtergespeisten Elektromotor aufweist, wobei jedem Umrichter ein Regler zugeordnet ist, dem ein Sollwert für Beschleunigung des Fahrzeuges in Fahrtrichtung vorgegeben wird mittels einer Steuereinheit,
wobei

- Mittel zur Bestimmung der Schwerpunktmasse des Fahrzeugs und deren Höhe über dem Boden mit der Steuereinheit verbunden sind,
- Mittel zur Bestimmung einer Aufteilung der Normalkraft auf Vorderrad und Hinterrad von der Steuereinheit umfasst sind, und
- Mittel zur Aufteilung der von den beiden Antrieben zu erzeugenden Soll-Drehmomente entsprechend der Aufteilung auf Vorderrad und Hinterrad von der Steuerelektronik umfasst sind und die Regler derart ausgebildet sind, dass die von den Antrieben erzeugten Momente darauf hin geregelt werden.

Wichtige Merkmale bei der Verwendung eines Ausgangssignals eines Momenten-Korrektur-Reglers sind, dass es als Condition-Monitoring-Signal verwendet wird,
insbesondere das bei Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche erzeugt wird.
Von Vorteil ist dabei, dass eine Überwachung des Zustandes des Fahrzeuges ermöglicht ist, insbesondere bei einer unerwartet auftretenden Veränderung des Verhältnisses der Istwerte der Drehmomente des Vorderrades und Hinterrades eine Reaktion ausführbar ist. Beispielswiese ist ein Schaden erkennbar, ein Auftreten von Öl zwischen Boden und Rädern oder eine sonstige Reibungskoeffizient verringernde Ursache. Auch ein Verschleiß von Rädern oder Lagern ist erkennbar.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist ein Fahrzeug schematisch dargestellt, das beispielsweise als Regalbediengerät RGB ausführbar ist.
In 2 ist eine zugehörige erfindungsgemäße Reglerstruktur gezeigt.

Hierbei weist das Fahrzeug eine Vorderachse und eine Hinterachse auf, an denen jeweils ein Antrieb (11, 12) vorgesehen ist zum Antrieb der vorderen beziehungsweise der hinteren Räder.
Zur Berechnung der Schwerpunktmasse sind Einzelmassen zu berücksichtigen. Hierbei ist eine erste Masse dem Fahrzeug zugeordnet, die als Einzelmasse m1 bezeichnet ist und eine feste Höhe h1 über dem Boden aufweist, auf welchem die Räder des Fahrzeuges verfahrbar sind. Eine vom Fahrzeug transportierte Last mit der Masse m2 ist in der variablen Höhe h2 angeordnet, wobei die Höhe h2 von einem auf dem Fahrzeug angeordneten Antrieb veränderlich ist.
Aus den Einzelmassen (m1, m2) ist eine Schwerpunktmasse m = m₁ + m₂ des Fahrzeugs in der Höhe h über dem Boden bestimmbar gemäß $m_{1} * h_{1} + m_{2} * h_{2} = m * h$
und $h = \frac{m 1 * h 1 + m 2 * h 2}{m 1 + m 2} .$
Die Gewichtskraft des Fahrzeugs m*g, wobei g die Erdbeschleunigung ist, teilt sich auf die Räder symmetrisch auf, wenn das Fahrzeug ruht. Somit wirkt dann die halbe Gewichtskraft als in Normalenrichtung der Bodenfläche, also vertikal gerichtete Normalkraft auf die vorderen Räder und die halbe Gewichtskraft auf die hinteren Räder.
Wenn nun das Fahrzeug in der horizontalen Richtung mit der Beschleunigung a beschleunigt wird, ergibt sich bei einem Abstand I zwischen Vorderachse und Hinterachse des Fahrzeugs ein Kippmoment, also ein Drehmoment, welches die auf die Räder der vorderen und der hinteren Achse wirkende Normalkraft beeinflusst, so dass die Normalkraft verringert oder vergrößert wird.
Die Normalkräfte auf die hinteren beziehungsweise vorderen Räder werden bestimmt gemäß $F_{n V o r d e r} = \frac{m}{2} * g - (\frac{h}{l} * m * a)$
$F_{n H i n t e r} = \frac{m}{2} * g + (\frac{h}{l} * m * a)$
Die Summe F_n = F_nVorder + F_nHinter dieser Normalkräfte gleicht wiederum der Gewichtskraft m*g.
Um ein Kippen des Fahrzeuges zu verhindern, muss die Beschleunigung des Fahrzeuges in horizontaler Richtung unter einem kritischen Grenzbeschleunigungswert bleiben. Zur Bestimmung dieses Wertes wird das Kippmoment gemäß der Bedingung F_nVarder= 0 bestimmt, also dem Verschwinden der Normalkraft auf die vorderen Räder bei Vorwärtsbeschleunigung. Daraus ergibt sich die Bedingung $\frac{m}{2} * g = \frac{h}{l} * m * a$
aus welcher der kritische Grenzbeschleunigungswert a_GrenzGeo gemäß $a_{G r e n z G e . o} = g * \frac{l}{2 e h}$
bestimmbar ist.
Um ein Durchdrehen der vom jeweiligen Antrieb angetriebenen Räder zu verhindern, wird die maximale Reibungskraft gemäß F_max = m * g * µ gleichgesetzt zur horizontal wirkenden Beschleunigungskraft m* a und daraus der kritische Grenzbeschleunigungswert a_Grenz_µ gemäß $α_{G r e n z μ} = \frac{R_{m a x}}{m} = g * μ$
bestimmt, wobei µ der Reibungskoeffizient ist.
Solange somit die Beschleunigung unter den bestimmten Grenzbeschleunigungswerten gehalten wird, ist also sowohl ein Kippen des Fahrzeugs als auch Durchdrehen der Räder vermieden. Zur Durchführung des erfingungsgemäßen Verfahrens wird also gemäß α_{Grenz_Min} = Min(α_{Grenz
µ,α
GrenGeo}) das Minimum der beiden Grenzbeschleunigungswerte bestimmt und die gewählte Beschleunigung stets unter diesem Minimum gehalten.
Erfindungsgemäß wird also abhängig von der Höhe h des Schwerpunktes des Fahrzeugs bei gegebenen Parametern, wie Einzelmassen, Reibungskoeffizient und geometrischen Größen des Fahrzeugs, der Grenzbeschleunigungswert ermittelt.
Um die Antriebsmomente und somit auch die Beschleunigung a für einen jeweiligen Verfahrvorgang des Fahrzeugs auf die Vorderachse und Hinterachse optimal aufzuteilen, werden die auf die Vorderräder und Hinterräder wirkenden jeweiligen beschleunigungsabhängigen Normalkräfte herangezogen, insbesondere die Momente entsprechend dem Anteil der Beschleunigung a am jeweils bestimmten Grenzbeschleunigungswert aufgeteilt. Das vom Antrieb der Vorderräder aufzubringende Moment wird daher gemäß $M_{s o l l} = M_{s o l l H i n t . e r} + M_{s o l l V o r d e r,}$
wobei $M_{s o l l} \to M_{s o l l V o r d e r} = \frac{M_{s o l l}}{2} - \frac{α}{α_{G r e n z_M i n}} * \frac{M_{s o l l}}{2}$
$M_{s o l l} \to M_{s o l l H i n t e r} = \frac{M_{s o l l}}{2} + \frac{α}{α_{G r e n z_{M i n}}} * \frac{M_{s o l l}}{2}$
bestimmt.
In der nachfolgend beschriebenen Reglerstruktur wird diese Aufteilung mittels einer entsprechenden Vorsteuerung bewirkt, wobei die Vorsteuer-Parameter entsprechend $K_{V_Vorder} = K_{V_Vorder0} - \frac{α}{α_{G r e n z_M i n}} * K_{V_Vorder0}$
aus einer Konstanten K_{V_Vorder,0} bestimmt werden, die im Stillstand erreicht wird.
Die Aufteilung der zur Vorderachse beziehungsweise Hinterachse zugeordneten Vorsteuerungs-Parameter wird entsprechend der bestimmten Aufteilung der Momente auf die Vorderräder und Hinterräder ausgeführt.
In 2 ist eine Reglerstruktur gezeigt, die in der das Fahrzeug umfassenden Anlage vorteilhaft ausführbar ist.
Hierbei ist ein zentral angeordneter Lageregler übergeordnet über die in den Reglern der Antriebe (11, 12) vorgesehenen Regelstrukturen. Der zentral angeordnete Lageregler ist entweder als integrierte Positioniersteuerung auf dem Fahrzeug, beispielsweise im Umrichter des Antriebs integriert ausgeführt oder in einer stationär angeordneten Einheit, die über Datenaustauschverbindung mit den Antrieben des Fahrzeugs verbunden ist.
Die Antriebe (11, 12) weisen jeweils einen Drehzahlregler auf, bei dem ein jeweiliger Vorsteuerzweig vorgesehen ist, über den ein Beschleunigungswert, beispielsweise ein Sollwert für die Beschleunigung zugeführt wird. Somit wird aus dem normalkraftabhängigen Gewichtswert eine normalkraftabhängigen und beschleunigungsabhängige Momentenvorsteuerung bewirkt. Dabei ist jedem vorzusteuernden Drehmoment ein entsprechender Beschleunigungswert zugeordnet.
Außerdem wird im Regler jedes Antriebs (11, 12) eine Profilerzeugung für das Fahrwerk ausgeführt, also Abläufe, wie beispielsweise ein Beschleunigungsverlauf, vorgegeben.
Im Folgenden wird die Reglerstruktur detaillierter erklärt:

Das Fahrzeug weist einen Vorderrad-Antrieb 11 und einen Hinterrad-Antrieb 12 auf, die eine jeweilige Reglerteil-Struktur aufweisen.

Einer übergeordneten Reglerstruktur, die aber räumlich integriert in einem der Antriebe vorsehbar ist oder separat angeordnet ist, werden Zielposition und Parameter, wie maximal erlaubte Beschleunigung oder Drehzahl zugeführt sowie maximal erlaubte Rucke, also maximal erlaubte zeitliche Beschleunigungsänderungen.
Aus solchen Parametern und Informationen wird mittels des Profilgenerators 3 eine Sollposition X_Soll, eine Soll-Beschleunigung a_Soll = a und eine Soll-Drehzahl n_Soll erzeugt, so dass die gewünschten Beschleunigungsprofile und Drehzahlprofile unter Einhaltung der als zulässig vorgegebenen Begrenzungswerte eingehalten werden.
Das Fahrzeug weist einen Sensor zur Erfassung der Istposition X_Ist auf. Die Differenz zwischen Istposition X_Ist und der Sollposition X_Soll wird dem Proportionalglied 4 zugeführt, dessen Ausgangssignal summiert wird auf den vom Profilgenerator 3 bestimmten SollDrehzahlwert.
Der Solldrehzahlwert n_Soll_1, auf den der Antrieb der Vorderachse hinregelt, wird bestimmt, indem diese Summe um einen Korrekturwert erhöht wird. Der Solldrehzahlwert n_Soll_2, auf den der Antrieb der Hinterachse hinregelt, wird bestimmt, indem diese Summe um einen Korrekturwert erniedrigt wird.
Mittels der oben erwähnten Vorsteuerung auf die gewünschte beschleunigungsabhängige Aufteilung des Drehmoments auf Vorderräder und Hinterräder werden die Drehzahlregler der beiden Antriebe vorgesteuert.
Zur Bestimmung des Korrekturwertes wird ein Modellwert für den Istwert des Drehmoments der Vorderräder und ein Modellwert für den Istwert des Drehmoments der Hinterräder gebildet. Diese Istwerte werden einem Momenten-Korrekturregler 1 zugeführt, dessen Ausgangssignal einer Funktion F dieser Istwerte entspricht.
Dabei ist die Funktion F derart gewählt, dass aufgetretene Abweichungen von den gewünschten Aufteilungen zu einem nicht-verschwindenden Ausgangssignal des Momenten-Korrektur-Reglers 1 führen, die somit zum Vorsteuern der Drehzahlsollwerte der beiden Antriebe verwendbar sind. Auf diese Weise ist ein schnelleres und an die jeweilige Reib-oder Kippsituation angepasstes Aufteilen der Antriebsdrehmomente der beiden Antriebe erreichbar.
Die Funktion F ist vorzugsweise darstellbar als:

falls abs(M_2ist) >= abs(M_1ist) $[\frac{K_{v 1}}{K_{v 2}} * M_{2 i s t} - M_{1 i s t}] \cdot K K$
falls abs(M_2ist) < abs(M_1ist) $[\frac{K_{v 2}}{K_{v 1}} * M_{1 i s t} - M_{2 i s t}] \cdot (- 1) \cdot K K$

Für K_V1 gilt: $K_{v 1} = K_{V 10} (1 - \frac{α}{α_{G r e n z_M i n}})$
und Für K_V2 gilt: $K_{v 2} = K_{V 20} (1 + \frac{α}{α_{G r e n z_M i n}})$
Dabei sind K_V10 und K_V20
Das Ausgangssignal des Korrekturreglers 1 ist auch von einem Auswertemittel zur Durchführung eines Überwachungsverfahrens verwendbar. Hierzu ist ein Condition Monitoring Verfahren vorteilhaft einsetzbar. Denn im Idealzustand verschwindet das Ausgangssignal. Wenn jedoch während der Fahrt des Fahrzeugs sich die Reibungsverhältnisse sich plötzlich ändern - beispielsweise durch auftreten von Öl im Fahrstreckenbereich - steigt der Betrag des Ausgangssignals stark an und es ist von dem Auswertemittel eine davon abhängige Aktion ausführbar. Beispielsweise ist hierbei ein Warnsignal abgebbar, anzeigbar oder weitermeldbar und/oder es ist ein Absenken des Schwerpunktes und/oder der Geschwindigkeit des Fahrzeuges veranlassbar. Dabei ist ein Absenken des Schwerpunktes dadurch ermöglicht, dass die vom Regalbediengerät zu transportierende Last mittels der Hubachse des Regalbediengeräts abgesenkt wird. Es ist sogar zusätzlich oder alternativ als Notbetrieb ein Abschalten der beschriebenen Momentenaufteilung bewirkbar, indem der Schalter S betätigt wird und die Regler der Antriebe ohne die vorgenannte Aufteilung der Drehmomente betrieben werden.
Im Normalbetrieb wird die Sollbeschleunigung a dem Drehzahlregler jedes Antriebs (11, 12) über einen Vorsteuerzweig zugeführt, wobei dabei der vorgesteuerte Wert sich aus der Sollbeschleunigung bestimmt, indem mittels eines Proportionalgliedes 6, dessen Ausgangsgröße gemäß $K_{V_Vorder} = K_{V_Vorder0} - \frac{α}{α_{G r e n z_M i n}} * K_{V_Vorder0}$
bestimmt wird, und mittels eines Proportionalgliedes 9, dessen Ausgangsgröße analog für die Hinterräder bestimmt wird, indem statt der Subtraktion eine Addition ausgeführt wird, der vorgesteuerte Wert erzeugt wird. Dabei ist K_V_Vorder0 eine Konstante und eine entsprechende Konstante wird für die Hinterräder verwendet.
Der Drehzahlregler des Antriebs führt den um das Vorsteuersignal vergrößerte Ausgangssignal als Stellgröße dem Motor M zu, dessen Geschwindigkeit, also Drehzahl, mittels eines Sensors G erfasst wird. Die Abweichung zwischen dem vorgegebenen korrigierten Drehzahlsollwert und dem mit dem Sensor G erfassten Istwert der Drehzahl wird dem linearen Reglerglied 8 zugeführt, dessen Ausgangssignal der Vorsteuerwert aufsummiert wird.
Im Notbetrieb, also bei betätigtem Schalter S wird statt des Sollbeschleunigungswertes a dem Proportionalglied 9 beziehungsweise 6 ein jeweiliger Beschleunigungswert zugeführt, der aus dem für den jeweiligen Antrieb geltenden Solldrehzahlwert mittels einer Tiefpassfilterung und nachfolgender Differenzierung, insbesondere durch das Tiefpass- und Differenzierglied 7, gewonnen wird. Somit findet keine Aufteilung mehr statt. Denn die Proportionalglieder (6, 9) multiplizieren nur das Eingangssignal mit der Konstanten K_V1 beziehungswiese K_V2.
Wichtig ist bei der Erfindung auch, dass während des Beschleunigens der Schwerpunkt veränderbar ist und die veränderte Schwerpunkthöhe sofort berücksichtigt wird bei der Aufteilung der Drehmomente auf Vorderräder und Hinterräder, solange die Änderungsgeschwindigkeit der Schwerpunkthöhe unter einem kritischen Wert bleibt. Der kritische Wert hängt mit der Reaktionszeit der Regelstruktur zusammen.
Statt des oben erwähnten Auftretens von Öl auf der Fahrstrecke sind auch andere Ereignisse denkbar, die ein Ansteigen des Condition-Monitoring-Signals CM verursachen können, wie

- Verschleiß von Rädern
- Änderung des Reibungskoeffizienten der Räder
- Verschleiß eines Lagers
- auf das Fahrzeug wirkende Verspannkräfte der Führung

Mittels des Signals CM ist also auch eine Ausfallerkennung ausführbar.
Beispielhaft wird bei Ansteigen des Condition-Monitoring-Signals CM der Schwerpunkt des Fahrzeuges abgesenkt, die Beschleunigung abgesenkt und/oder der Schalter S betätigt, um eine Gleichverteilung der Beschleunigung auf die Vorderräder und Hinterräder zu erreichen. Auf diese Weise ist ein schnelles Reagieren bei auftretender Gefahr ermöglicht und die Sicherheit erhöht, indem ein Kippen des Fahrzeuges oder ein Durchdrehen der Räder vermieden wird.
Bezugszeichenliste

m1: Einzelmasse
m2: Einzelmasse
m: Schwerpunktmasse
I: Abstand zwischen Vorderachse und Hinterachse des Fahrzeugs
a: Beschleunigung des Fahrzeugs
h1: Höhe der Masse m1 über Boden
h2: Höhe der Masse m2 über Boden
h: Höhe des Schwerpunktes über Boden
CM: Condition Monitoring Signal
E: Eingangswerte
G: Begrenzungswerte
1: Momenten-Korrekturregler
2: Korrekturglied
3: Profilgenerator
4: Proportionalglied
5: lineares Reglerglied
6: Proportionalglied
7: Tiefpass- und Differenzierglied
8: lineares Reglerglied
9: Proportionalglied
10: Tiefpass- und Differenzierglied
11: Vorderrad-Antrieb
12: Hinterrad-Antrieb
13: übergeordnete Reglerteilstruktur einer Steuereinheit

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen ersten und einen zweiten Antrieb aufweist, wobei der erste Antrieb ein Vorderrad antreibt und der zweite Antrieb ein Hinterrad, wobei erster und zweiter Antrieb drehzahlgeregelt betrieben werden, so dass die Istdrehzahl jedes Antriebs auf eine jeweilige Solldrehzahl hin geregelt wird, wobei das Fahrzeug auf dem Boden bewegbar angeordnet ist, wobei ein Sollwert a für Beschleunigung des Fahrzeuges in Fahrtrichtung vorgegeben wird, wobei dem Drehzahlregler jedes Antriebs über einen jeweiligen Vorsteuerzweig ein jeweiliger Beschleunigungsvorsteuerwert zugeführt wird, wobei die Beschleunigungsvorsteuerwerte derart gewichtet aus dem Sollwert a bestimmt werden, dass die Beschleunigungsvorsteuerwerte dem zustandsabhängigen Normalkraftwert des jeweils zugeordneten Rades entsprechen, wobei - die Höhe h der Schwerpunktmasse des Fahrzeugs über dem Boden bestimmt wird, - wobei aus der Höhe h und dem Abstand L ein Grenzbeschleunigungswert, wobei der Abstand eines Berührpunktes des Vorderrads am Boden und der Abstand eines Berührpunktes des Hinterrades am Boden den Wert L hat, - wobei der Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert für das Vorderrad als Produkt aus dem Sollwert a mit einem Faktor bestimmt wird, wobei der Faktor ein erster Quotient ist, dessen Zähler die Differenz aus dem Grenzbeschleunigungswert und dem Sollwert a ist und dessen Nenner der Grenzbeschleunigungswert ist, - wobei der Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert für das Hinterrad als Produkt aus dem Sollwert a mit einem Faktor bestimmt wird, wobei der Faktor ein zweiter Quotient ist, dessen Zähler die Summe aus dem Grenzbeschleunigungswert und dem Sollwert a ist und dessen Nenner der Grenzbeschleunigungswert ist, wobei den Reglern der Antriebe ein zentraler Lageregler übergeordnet ist, wobei dem Lageregler die Istposition zugeführt wird und eine Sollposition, wobei der zeitliche Verlauf der Sollposition von einem Profilgenerator vorgegeben wird, der auch einen zeitlichen Verlauf für Drehzahl erzeugt und über einen Vorsteuerzweig dem Ausgangssignal des Lagereglers zuführt.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen ersten und einen zweiten Antrieb aufweist, wobei der erste Antrieb ein Vorderrad antreibt und der zweite Antrieb ein Hinterrad, wobei erster und zweiter Antrieb drehzahlgeregelt betrieben werden, so dass die Istdrehzahl jedes Antriebs auf eine jeweilige Solldrehzahl hin geregelt wird, wobei das Fahrzeug auf dem Boden bewegbar angeordnet ist, wobei ein Sollwert a für Beschleunigung des Fahrzeuges in Fahrtrichtung vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass - dem Drehzahlregler jedes Antriebs über einen jeweiligen Vorsteuerzweig ein jeweiliger Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert zugeführt wird, die derart bestimmt sind, dass das Verhältnis aus dem dem Vorderrad zugeordneten Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert und dem dem Hinterrad zugeordneten Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert dem Verhältnis aus der vom Vorderrad an den Boden übertragenen Normalkraft und der vom Hinterrad an den Boden übertragenen Normalkraft gleicht, wobei - die Höhe h der Schwerpunktmasse des Fahrzeugs über dem Boden bestimmt wird, - wobei aus der Höhe h und dem Abstand L ein Grenzbeschleunigungswert, wobei der Abstand eines Berührpunktes des Vorderrads am Boden und der Abstand eines Berührpunktes des Hinterrades am Boden den Wert L hat, - wobei der Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert für das Vorderrad als Produkt aus dem Sollwert a mit einem Faktor bestimmt wird, wobei der Faktor ein erster Quotient ist, dessen Zähler die Differenz aus dem Grenzbeschleunigungswert und dem Sollwert a ist und dessen Nenner der Grenzbeschleunigungswert ist, - wobei der Soll-Beschleunigungsvorsteuerwert für das Hinterrad als Produkt aus dem Sollwert a mit einem Faktor bestimmt wird, wobei der Faktor ein zweiter Quotient ist, dessen Zähler die Summe aus dem Grenzbeschleunigungswert und dem Sollwert a ist und dessen Nenner der Grenzbeschleunigungswert ist, wobei den Reglern der Antriebe ein zentraler Lageregler übergeordnet ist, wobei dem Lageregler die Istposition zugeführt wird und eine Sollposition, wobei der zeitliche Verlauf der Sollposition von einem Profilgenerator vorgegeben wird, der auch einen zeitlichen Verlauf für Drehzahl erzeugt und über einen Vorsteuerzweig dem Ausgangssignal des Lagereglers zuführt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemäß der Aufteilung bestimmte Verhältnis der zwischen Vorderrad und Boden wirkenden Soll-Beschleunigungskraft und der zwischen Hinterrad und Boden wirkenden Soll-Beschleunigungskraft dem Verhältnis zwischen Vorderrad und Boden wirkenden Normalkraft und der zwischen Hinterrad und Boden wirkenden Normalkraft gleicht.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Antrieb jeweils einen Regler umfassen, so dass die beiden Antriebe jeweils auf ein Sollmoment beziehungsweise Sollbeschleunigung hin regelbar sind.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert a für Beschleunigung begrenzt wird auf den Grenzbeschleunigungswert, welcher als Minimum eines ersten und eines zweiten Beschleunigungswertes bestimmt wird, wobei der erste Beschleunigungswert derjenige kritische Beschleunigungswert ist, bei dessen Überschreiten die Haftreibung eines Rades am Boden verloren geht, wobei der zweite Beschleunigungswert derjenige kritische Beschleunigungswert ist, bei dessen Überschreiten zumindest eines der Räder des Fahrzeugs die Bodenhaftung verliert infolge eine zu großen Kippmoments.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Masse und der Höhe des Schwerpunkts einerseits die Masse des Fahrzeugs und andererseits eine vom Fahrzeug als Last zu transportierende Masse berücksichtigt wird, wobei für die vom Fahrzeug als Last zu transportierende Masse ein höherer Wert als der wirklich vorhandene Wert verwendet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Profilgenerator ebenfalls erzeugter zeitlicher Verlauf einer Beschleunigung als Sollwert a für Beschleunigung des Fahrzeuges vorgegeben wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilgenerator aus der Startlage und Startgeschwindigkeit zu einer Startzeit und aus der Ziellage und Zielgeschwindigkeit zu einer Zielzeit das Profil erzeugt, also den zeitlichen Verlauf der Sollposition, der Drehzahl und der Beschleunigung a.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert des vom Vorderrad übertragenen Drehmoments und der Istwert des vom Hinterrad übertragenen Drehmoments erfasst wird und ein Maß für die Abweichung vom vorgegebenen Verhältnis der Normalkräfte bestimmt wird, wobei der für den ersten Antrieb bestimmte Sollwert für Drehzahl aus der Summe aus dem Maß und der Ausgangsgröße des Lagereglers, welche erhöht ist um den vom Profilgenerator über einen Vorsteuerzweig zugeführten Drehzahlsollwert, gebildet wird, wobei der für den zweiten Antrieb bestimmte Sollwert für Drehzahl aus der Differenz aus der Ausgangsgröße des Lagereglers, welche erhöht ist um den vom Profilgenerator über einen Vorsteuerzweig zugeführten Drehzahlsollwert, und dem Maß gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß aus der Differenz zweier Produkte gebildet wird, wobei das erste Produkt durch Multiplikation des ersten, dem Vorderrad zugeordneten Quotienten mit dem dem Hinterrad zugeordneten, erfassten Istwert des Drehmoments gebildet wird, wobei das zweite Produkt durch Multiplikation des zweiten, dem Hinterrad zugeordneten Quotienten mit dem dem Vorderrad zugeordneten, erfassten Istwert des Drehmoments gebildet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschalten ausführbar ist, so dass statt der beschleunigungsabhängigen Aufteilung der Soll-Beschleunigungswerte eine beschleunigungsunabhängige Aufteilung erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß überwacht wird und bei Überschreiten eines kritischen Betrages des Maßes eine Aktion ausgelöst wird.
Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen ersten und einen zweiten Antrieb aufweist, wobei der erste Antrieb ein Vorderrad antreibt und der zweite Antrieb ein Hinterrad, wobei jeder Antrieb einen umrichtergespeisten Elektromotor aufweist, wobei jedem Umrichter ein Regler zugeordnet ist, dem ein Sollwert für Beschleunigung des Fahrzeuges in Fahrtrichtung vorgegeben wird mittels einer Steuereinheit, wobei - Mittel zur Bestimmung der Schwerpunktmasse des Fahrzeugs und deren Höhe über dem Boden mit der Steuereinheit verbunden sind, - Mittel zur Bestimmung einer Aufteilung der Normalkraft auf Vorderrad und Hinterrad von der Steuereinheit umfasst sind, und Mittel zur Aufteilung der von den beiden Antrieben zu erzeugenden Soll-Drehmomente entsprechend der Aufteilung auf Vorderrad und Hinterrad von der Steuerelektronik umfasst sind und die Regler derart ausgebildet sind, dass die von den Antrieben erzeugten Momente darauf hin geregelt werden.
Verwendung eines Ausgangssignals eines Momenten-Korrektur-Reglers als Condition-Monitoring-Signals, das bei Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 erzeugt wird.