DE10304658A1 - Industrial truck - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist eine Einrichtung zur Steuerung der Fahrstabilität eines Flurförderfahrzeugs und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Flurförderfahrzeugs, bei dem über eine Sensorik die Last, die Neigung eines Mastes und eines Hubgerüsts, die Hubhöhe der Last, die auf den Mast wirkenden Kippkräfte sowie die in Längs- und Querrichtung auf das Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen erfasst und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden. Diese vom Fahrzustand abhängigen Grenzwerte können vom Fahrer willkürlich nicht überschritten werden, so dass die Kippstabilität des Fahrzeugs in der Regel unabhängig vom Fahrzustand (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Bergabfahrt ...) im stabilen Bereich bleibt.Disclosed is a device for controlling the driving stability of an industrial truck and a method for controlling an industrial truck in which the load, the inclination of a mast and a mast, the lifting height of the load, the tipping forces acting on the mast and the longitudinal forces and transverse direction accelerations acting on the vehicle are detected and compared with predetermined limit values. These limit values, which depend on the driving state, cannot be exceeded by the driver at will, so that the tipping stability of the vehicle generally remains in a stable range regardless of the driving state (cornering, driving straight ahead, downhill ...).
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Sicherung der Fahrstabilität eines Flurförderfahrzeuges und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Flurförderfahrzeuges.The invention relates to a device to ensure driving stability of an industrial truck and a method for controlling an industrial truck.
Bei Gabelstaplern besteht ein Problem darin, dass diese aufgrund ihres kurzen Radstandes, der geringen Spurbreite und dem insbesondere bei angehobener Last vergleichsweise hohen Schwerpunkt kippen können. Insbesondere das seitliche Umkippen, verursacht beispielsweise durch zu hohe Kurvengeschwindigkeiten oder durch einseitiges Überfahren von Bodenunebenheiten ist eine der häufigsten Unfallursachen und fordert jährlich eine Vielzahl von Verletzten und Todesopfern. Seitens des Gesetzgebers und der Arbeitgeber wird versucht, dieser Tendenz durch bessere Qualifikation der Bedienpersonen und durch zusätzliche Sicherheitssysteme entgegenzusteuern. Derzeit befinden sich auf dem Markt sogenannte passive Systeme, bei denen mittels Sicherheitsgurten, seitlicher Schutzbügel, Seitenairbags etc. verhindert wird, dass die Fahrer beim Kippen des Gabelstaplers aus diesem herausgeschleudert und verletzt werden. Diese passiven Systeme werden jedoch von den Bedienpersonen nur unwillig angenommen, da diese im praktischen Einsatz, beispielsweise beim häufigen Ein- und Aussteigen der Bedienpersonen nur sehr umständlich zu handhaben sind.There is a problem with forklifts in that these are due to their short wheelbase, the small Track width and especially when the load is raised can tilt high center of gravity. In particular, the lateral overturning, caused for example by too high cornering speeds or due to one-sided driving over bumps is one of the most common causes of accidents and demands yearly a large number of injuries and fatalities. On the part of the legislator and the employer is trying to counter this trend with better ones Qualification of the operators and through additional safety systems counteract. So-called are currently on the market passive systems, where using seat belts, side Guard, Side airbags etc. prevents the driver from tipping over of the forklift are thrown out of it and injured. However, these passive systems are only used by the operators accepted unwillingly, as these are in practical use, for example with frequent Get on and off of the operators only very cumbersome are to be handled.
In der
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass das System lediglich bei Flurförderfahrzeugen mit vier Rädern einsetzbar ist. Desweiteren ist ein erheblicher vorrichtungstechnischer Aufwand erforderlich, um die hydraulische Sperreinrichtung für die Pendelachse zu integrieren. Als nachteilig wird desweiteren angesehen, dass dieses bekannte System bereits sehr früh eingreift und bei bestimmten Fahrzuständen bereits die Pendelachse sperrt oder Signale an den Fahrer abgibt, wenn tatsächlich noch hinreichende Stabilität vorhanden ist, so dass die Effizienz des Fahrzeugs verringert ist.The disadvantage of this solution is that the system can only be used on industrial trucks with four wheels is. Furthermore, there is a considerable outlay in terms of device technology required to the hydraulic locking device for the pendulum axis to integrate. Another disadvantage is that this known system very early intervenes and in certain driving conditions the pendulum axis locks or gives signals to the driver if it is actually still sufficient stability is present, so that the efficiency of the vehicle is reduced.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Steuerung der Fahrstabilität eines Flurförderfahrzeuges und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Flurförderfahrzeuges zu schaffen, bei dem die Kippsicherheit mit minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand verbessert werden kann.In contrast, the invention is the Task based on a device for controlling the driving stability of a Industrial vehicle and to create a method for controlling an industrial truck, where the tipping safety with minimal device technology Effort can be improved.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Einrichtung zur Steuerung der Fahrstabilität durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens zur Ansteuerung eines Flurförderfahrzeuges durch die Merkmalkombination des Patentanspruchs 8 gelöst.This task is done with regard to Device for controlling the driving stability by the features of the claim 1 and with regard to the method for controlling an industrial truck solved by the combination of features of claim 8.
Erfindungsgemäß wird das Flurförderfahrzeug mit einer Vielzahl von Sensoren, wie mit einem Winkelsensor zur Erfassung der Mastneigung, einem Hubhöhensensor zur exakten Erfassung einer Gabelposition, einem Kraftsensor zur Erfassung von auf einen Mast wirkenden Kippkräften, einem Lastsensor zur Erfassung der Last des Flurförderfahrzeuges sowie Beschleunigungssensoren zur Erfassung der Fahrzeugbeschleunigungen in Längs- und Querrichtung ausgeführt. In Abhängigkeit von den über die Sensoren erfassten Daten sowie den vorbekannten Fahrzeugkenngrößen (Abmessungen, Fahrzeug, Gewicht (ohne Last), Schwerpunkt) wird dann der Ist-Fahrzeugzustand erfasst (Schwerpunktlagen, Beschleunigungen) und mit von der Steuerung vorgegebenen Grenzwerten verglichen und von der Fahrzeugsteuerung so eingegriffen, das diese Grenzwerte willkürlich, d. h. durch Steuerbefehle des Fahrers nicht überschritten werden können. Das erfindungsgemässe Fahren setzt somit voraus, dass die Schwerpunktlagen des Fahrzeugs und die Lasthöhe und auch deren Zustandsänderungsgeschwindigkeiten so genau erfasst werden, dass über die Fahrzeugsteuerung Parameter des Fahrzeugs limitiert werden, so dass dieses nicht in einen kritischen Zustand (Kippen) gerät.According to the industrial truck with a variety of sensors, such as an angle sensor for detection the mast inclination, a lifting height sensor for exact detection of a fork position, a force sensor for Detection of tipping forces acting on a mast, a load sensor for Detection of the load of the industrial truck and acceleration sensors for recording vehicle accelerations in longitudinal and executed in the transverse direction. Dependent on from the over the data recorded by the sensors and the previously known vehicle parameters (dimensions, Vehicle, weight (without load), center of gravity) then becomes the actual vehicle condition recorded (center of gravity, accelerations) and with the control system Limit values compared and intervened by the vehicle control system in such a way that these limits are arbitrary, d. H. cannot be exceeded by driver control commands. The driving according to the invention assumes that the center of gravity of the vehicle and the load height and also their state change rates so precisely that over the vehicle control parameters of the vehicle are limited, so that it does not get into a critical state (tilting).
Erfindungsgemäß können in Abhängigkeit vom Fahrzustand Grenzwerte für die Hubhöhe, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die maximale Beschleunigung, der maximale Lenkwinkel, die maximale Neigung vorgegeben sein.According to the invention, limit values can be set depending on the driving state for the Lifting height, the vehicle speed, the maximum acceleration, the maximum Steering angle, the maximum inclination must be specified.
Bei sehr schnellen Fahrzustandsänderungen kann es trotzdem noch möglich sein, das die vorgegebenen Grenzwerte überschritten werden. In diesem Fall wird dann über die Steuereinrichtung direkt in die Fahrzeugsteuerung eingegriffen und Gegenmassnahmen eingeleitet, um ein Kippen zu verhindern. Dieser direkte Eingriff erfolgt jedoch nur im kritischen Fall, üblicherweise wird der Fahrzustand über die vorbeschriebenen Grenzwerte im stabilen Bereich gehalten.With very fast changes in driving conditions can still do it be that the specified limit values are exceeded. In this Case will then over the control device intervened directly in the vehicle control and countermeasures initiated to prevent tipping. This however, direct intervention only takes place in the critical case, usually the driving state is over the previously described limit values were kept in a stable range.
Die Fahrsicherheit des Flurförderfahrzeugs lässt sich weiter verbessern, wenn die Schwerpunktlage in der Querrichtung möglichst genau erfasst wird. Bei Flurförderfahrzeugen mit einer über zwei Neigungszylinder betätigten Neigeeinrichtung für den Mast wird es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn jedem dieser Neigungszylinder ein Kraftsensor zugeordnet ist, so dass aussermittige Belastungen erfasst werden und entsprechend in die Steuerung eingehen. Der jeweilige Kraftsensor muss nicht unmittelbar am Neigungszylinder sitzen. Er kann sich auch am Drehgelenk zwischen Mast und Chassis oder an der Mastaufhängung am Chassis befinden.The driving safety of the industrial truck can be further improved if the center of gravity in the transverse direction is recorded as precisely as possible. In the case of industrial trucks with a tilting device for the mast that is actuated via two tilt cylinders, it is preferred according to the invention if a force sensor is assigned to each of these tilt cylinders, so that eccentric loads are recorded and are correspondingly incorporated into the control. The respective force sensor does not have to sit directly on the inclination cylinder. It can also be located on the swivel joint between the mast and the chassis or on the mast suspension on the chassis.
Erfindungsgemäss werden über die genannten Sensoren die Schwerpunktlagen in der Längsachse, der Querachse und der Hochachse mit den Formeln gemäß Unteranspruch 5 ermittelt.According to the invention, the sensors mentioned the center of gravity in the longitudinal axis, the Transverse axis and the vertical axis determined with the formulas according to subclaim 5.
Mit Hilfe dieser sehr genau erfassten Schwerpunktlagen kann dann beispielsweise mit den im Anspruch 6 angegebenen Formeln die aktuelle, maximale Beschleunigung beim Geradeausfahren (Bremsen, Beschleunigen) oder bei der Kurvenfahrt (Beschleunigung in Längsrichtung und in Querrichtung) vorgegeben und mit den gemessenen Beschleunigungswerten verglichen werden.With the help of this very precisely recorded Center of gravity can then, for example, with the in claim 6 specified formulas the current, maximum acceleration when driving straight ahead (Braking, accelerating) or when cornering (acceleration longitudinal and in the transverse direction) and with the measured acceleration values be compared.
In dem Fall, in dem die Steuereinheit bei kritischen Fahrzuständen direkt in die Fahrzeugsteuerung eingreift, kann dies nach dem in Unteranspruch 7 tabellarisch dargestellten Maßnahmenkatalog erfolgen.In the case where the control unit in critical driving conditions intervenes directly in the vehicle control, this can be done after the in Subclaim 7 table of measures presented in tabular form.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous further training the invention are the subject of further dependent claims.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below schematic drawings closer explained. Show it:
An der Vorderseite des Staplers ist
ein Hubgerüst
Der Stapler ist bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
mit einem Hubhöhensensor
zur Erfassung der Hubhöhe
hG, einem Winkelsensor zur Erfassung der
Mastneigung α,
Kraftsensoren zur Erfassung der über die
Neigungszylinder
Der Stapler
Bei den im Folgenden erläuterten
Berechnungen wurden die Einflüsse
der Mastdurchbiegung, der Einfederung der Reifen, der Gabeldurchbiegung
etc. vernachlässigt.
Dies hat zur Folge, dass die Kippgrenze um die Vorderachse
Bestimmung des Schwerpunktsdetermination of focus
Die Schwerpunktlage rSF und
das Gewicht GFz des leeren Staplers
MFZ = Masse des leeren Fahrzeugs
g =
Erdbeschleunigung
rSF = (xSF,
ySF, zSF) mit
xSF, ySF, zSF Schwerpunktkoordinaten.The center of gravity r SF and the weight G Fz of the empty truck
M FZ = mass of the empty vehicle
g = gravitational acceleration
r SF = (x SF , y SF , z SF ) with
x SF , y SF , z SF center of gravity coordinates.
Die Schwerpunktlage und das Gewicht
der Last zuzüglich
Mast 14 und Gabel 17 muss aufgrund der veränderlichen Last jeweils ermittelt
werden und berechnet sich nach:
mL: Masse der Last + Masse (Gabel + Mast)
rSL – (xSL, ySL, zSL) mit
xSL, ySL, zSL Schwerpunktkoordinaten
der Last zuzüglich
Mastgabel).The center of gravity and the weight of the load plus mast 14 and fork 17 must be determined based on the variable load and is calculated according to:
m L : mass of load + mass (fork + mast)
r SL - (x SL , y SL , z SL ) with
x SL, y SL, z SL center of gravity coordinates of the load plus mast fork).
Dabei ist die Masse des Mastes eine
bekannte Kenngrösse
des Staplers
Die gesamte Masse des Systems sowie
die Gesamtschwerpunktlage errechnen sich dann nach:
Lage des Lastschwerpunkts in der Längsrichtung (x-Achse)Location of the center of gravity in the longitudinal direction (X axis)
Wie oben erwähnt, ist der Lastschwerpunkt
der gemeinsame Schwerpunkt des Last mL,
der Gabel
FGL = Gewicht der Last, Gabel und Mast
xL = Hebelarm des Lastschwerpunkts
FN über
die Kraftsensoren der Neigezylinder
lFN: Abstand Neigungsachse
zAC: Vertikalabstand des fahrzeugseitigen
Gelenks von der Neigungsachse
xAC:
Horizontalabstand zwischen der Neigungsachse 12 udn fahrzeugseitigem
Gelenk und
lFN: Abstand zwischen Neigungsachse
F GL = weight of the load, fork and mast
x L = lever arm of the center of gravity
F N via the force sensors of the tilt cylinders
l FN : distance of inclination axis
z AC : vertical distance of the vehicle joint from the inclination axis
x AC : horizontal distance between the inclination axis 12 and vehicle joint and
l FN : distance between the inclination axis
Daraus ergibt sich dann die x-Koordinate
des Lastschwerpunkts mit:
Lage des Schwerpunkts in der Querachse (y-Achse)Location of the center of gravity in the transverse axis (y-axis)
Für
die y-Koordinate des Schwerpunkts gilt:
a:
Abstand zwischen den beiden Kraftsensoren an den Neigezylindern
FNL: Kraft am linken bzw.
rechten Neigungszylinder
a: Distance between the two force sensors on the tilt cylinders
F NL : force on the left or right inclination cylinder
Lage des Schwerpunkts in der Hochachse (z-Achse)Location of the center of gravity in the vertical axis (z-axis)
Die Berechnung der z-Koordinate des Lastschwerpunkts gestaltet sich etwas schwieriger als die vorbeschriebenen Berechnungen. Diese Komponente lässt sich nur berechnen, wenn man die Werte bei mindestens zwei unterschiedlichen Mastneigungen kombiniert.Calculating the z coordinate of the The center of gravity is somewhat more difficult than the ones described above Calculations. This component leaves can only be calculated if the values are at least two different Combined mast inclinations.
Prinzipiell gilt:
zA: Höhe
der Neigungsachse
zG:
hG (s.
zSG = hSG /cos α,
hG, hSG s.
z A : Height of the inclination axis
z G : h G (see
z SG = h SG / cos α,
h G , h SG s.
Unter der Vernachlässigung
der vorgeschriebenen Lasteinflüsse
ist zA als Fahrzeugparameter bekannt. Der
Neigungswinkel α des
Mastes
Die Grösse hSG (s.
Gemäss den vorstehenden Ausführungen
lässt sich
somit aus den Signalen des Hubhöhensensors, des
Winkelsensors und der Kraftsensoren der Neigezlinder
Bevor die Berechnung der Kippstabilitat in Längs- und Querrichtung erläutert wird, soll zunächst auf das sogenannte Stabilitätsdreieck eingegangen werden, das inBefore calculating the tilt stability in longitudinal and transverse direction explained will, initially on the so-called stability triangle be entered into in
Schematisch dargestellt ist der Stapler
Die Kippgefahr wird neben den statischen Verhältnissen, wie beispielsweise der Lage des Schwerpunkts sowie der Fahrzeugneigung auch wesentlich durch die dynamische Kräfte bestimmt. So verringern das Bremsen bei Vorwärtsfahrt und in umgekehrter Weise das Beschleunigen bei Rückwärtsfahrt die Kippstabilität. In der Kurvenfahrt wirkt die in Fahrzeuglängsrichtung wirksame Komponente der Zentrifugalkraft nach hinten in Richtung auf die Hinterachse und wirkt somit einem Kippen über die Vorderachse entgegen.The risk of tipping is next to the static conditions such as the location of the center of gravity and the vehicle inclination also largely determined by the dynamic forces. So decrease braking when driving forward and, conversely, accelerating when reversing the tipping stability. In the Cornering is the component effective in the vehicle's longitudinal direction the centrifugal force backwards towards the rear axle and thus acts over a tipping the front axle opposite.
Aus den vorberechneten Schwerpunktlagen lassen sich dann die bei vorbestimmten Fahrzuständen wirksamen Beschleunigungen in Längs- und Querrichtung berechnen und daraus Grenzwerte bestimmen.From the pre-calculated centers of gravity then the accelerations effective at predetermined driving conditions in longitudinal and calculate the transverse direction and use it to determine limit values.
Kippstabilität in LängsrichtungTilt stability in the longitudinal direction
Aus der Darstellung gemäss
FRV und
FRH: Zum Abbremsen, Beschleunigen auf die
Vorderachse
r:
Abstand der Neigungsachse
xSB,
zSB siehe
m:
Gesamte Masse des Fahrzeugs
ax: Beschleunigung
in Längsrichtung.From the presentation according to
F RV and F RH : For braking, accelerating to the front axle
r: distance of the inclination axis
x SB , z SB see
m: total mass of the vehicle
a x : acceleration in the longitudinal direction.
Mit Hilfe der vorgenannten Gleichung
lässt sich
dann eine zulässige
maximale Beschleunigung in Längsrichtung
definieren, die im wesentlichen von der zuvor berechneten Schwerpunktlage
abhängig
ist. Eine eventuelle Fahrzeugneigung kann mit denjenigen Beschleunigungssensoren
bestimmt werden, mit denen ax gemessen wird.
Erfindungsgemäss
wird der Stapler
Kippstabilität in QuerrichtungTilting stability in the transverse direction
Die Berechnung der Kippstabilität in Querrichtung
(senkrecht zur Zeichenebene in
Wie bereits im Zusammenhang mit
Der Winkel γ berechnet sich dann nach:
Unter Vernachlässigung der Reibkräfte an den
Reifen gilt dann für
die Momente bezüglich
der Kippachse H-Vr:
zS siehe
FG:
Gesamtgewichtskraft des Fahrzeugs inklusive Last
FB:
Aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung wirkende Kraft.Neglecting the frictional forces on the tires, the following applies to the moments with respect to the tilt axis HV r :
z S see
F G : total weight of the vehicle including load
F B : Force due to centrifugal acceleration.
Mit FB =
m·a lässt sich
dann die Zentrifugalbeschleunigung berechnen nach:
Aus dieser Zentrifugalbeschleunigung
lassen sich dann die in Längs-
und Querrichtung wirksamen Komponenten der Zentrifugalbeschleunigung
berechnen:
Somit lassen sich in Abhängigkeit von dem Gesamtgewicht des Staplers, dem Hebelarm d und der Schwerpunktlage sowie dem Winkel γ für die Kurvenfahrt maßgebliche Maximalbeschleunigungen in Quer- und Längsrichtung vorgeben, die vom Stapler willkürlich nicht überschritten werden können.Thus, depending on the total weight of the truck, lever arm d and the center of gravity and the angle γ for cornering authoritative Specify maximum accelerations in the transverse and longitudinal directions that from Forklift arbitrarily not exceeded can be.
Die Vorgabe der Grenzwerte für die Schwerpunktlagen
und für
die Beschleunigungen wird den Stapler
Wie aus den vorstehenden Ausführungen
entnehmbar ist, werden durch die erfindungsgemäße Strategie zur -Vermeidung
kritischer Fahrzustände
bestimmte Parameter des Fahrzeugs limitiert, damit dieses erst gar
nicht in den kritischen Zustand gerät. Die zu beschränkenden
Grössen
sind dabei beispielsweise die Hubhöhe, die Fahrzeuggeschwindigkeit,
die maximale Beschleunigung, der maximale Lenkwinkel, die Lenkgeschwindigkeit
und die Mastneigung. Diese Parameter werden in Abhängigkeit
vom Fahrzustand über
die Steuereinheit
Offenbart ist eine Einrichtung zur Steuerung der Fahrstabilität eines Flurförderfahrzeugs und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Flurförderfahrzeugs, bei dem über eine Sensorik die Last, die Neigung eines Mastes eines Hubgerüsts, die Hubhöhe der Last, die auf den Mast wirkenden Kippkräfte sowie die in Längs- und Querrichtung auf das Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen erfasst und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden. Diese vom Fahrzustand abhängigen Grenzwerte können vom Fahrer willkürlich nicht überschritten werden, so dass die Kippstabilität des Fahrzeugs in der Regel unabhängig vom Fahrzustand (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Bergabfahrt ...) im stabilen Bereich bleibt.Disclosed is a device for controlling the driving stability of an industrial truck and a method for controlling an industrial truck, in which the load, the inclination of a sensor system Mast of a mast, the lifting height of the load, the tipping forces acting on the mast as well as the accelerations acting in the longitudinal and transverse directions on the vehicle are recorded and compared with predetermined limit values. The driver cannot arbitrarily exceed these limit values, which depend on the driving state, so that the tipping stability of the vehicle generally remains in a stable range regardless of the driving state (cornering, straight-ahead driving, downhill driving ...).
- 11
- GegengewichtstaplerCounterbalanced trucks
- 22
- Fahrerkabinecab
- 44
- VorderachseFront
- 66
- Hinterachserear axle
- 88th
- Gegengewichtcounterweight
- 1010
- Hubgerüstmast
- 1212
- Neigungsachsetilt axis
- 1414
- Mastmast
- 1616
- Neigungszylindertilt cylinder
- 1717
- Gabelfork
- 1818
- Hubzylinderlifting cylinder
- 2020
- Steuereinheitcontrol unit
Claims (8)
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