DE3222149A1

DE3222149A1 - Vorrichtung zur verhinderung des seitwaertskippens eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE3222149A1
Application number: DE19823222149
Authority: DE
Inventors: Takashi Ryugasaki Ibaragi Sugata; Takenobu Takatsuki Osaka Yabuta
Original assignee: Toyo Umpanki Co Ltd
Current assignee: TCM Corp
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1983-11-03
Also published as: SE8203358L; FR2522845A1; DE3222149C2; GB2116344B; GB2116344A; JPS6334073B2; FI78647B; FI78647C; IT1156371B; FI821913A0; FR2522845B1; JPS58152793A; US4480714A; IT8267792A0; SE444307B

Description

Firma Toyo Umpanki Co. Ltd., 15-10, Kyomachibori 1-chome, Nishi-ku, Osaka, Japan

Vorrichtung zur Verhinderung des Seitwärtskippens eines Fahrzeugs

Io

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung des Seitwärtskippens eines Fahrzeugs, insbesondere eines Portalhubwagens, das eine Ladung, beispielsweise einen Container, trägt.

Portalhubwagen haben gewöhnlich eine große Höhe, um großvolumige Container oder dergleichen schwere Ladung in angehobenem Zustand zu transportieren. Bei Kurvenfahrt sind derartige Wagen aufgrund dessen großen Zentrifugalkräften ausgesetzt. Da Portalhubwagen auf großen Arbeitsflächen verwendet werden, ist es erforderlich, daß sie eine Geschwindigkeit von beispielsweise einigen 10 km/h fahren, was für Arbeitsfahrzeuge dieses Typs relativ hoch ist. Die Zentrifugalkraft, die dann auf das Fahrzeug wirkt, ist proportional zur zweiten Potenz der Geschwindigkeit, so daß der Portalhubwagen oft auf eine Seite umkippt, wenn Kurven bei hoher Geschwindigkeit ge-

25 fahren werden.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Zentri-

. 5-

fugalkräfte, die auf ein in Kurvenfahrt befindliches Fahrzeug wirken, sich proportional zu dem Quadrat der' Geschwindigkeit und umgekehrt proportional zu dem Kurvenradius verhalten, erscheint es nützlich, den Kurvenradius eines sich bei hoher Geschwindigkeit bewegenden Fahrzeugs zu kontrollieren, und zwar in der Weise, daß der Kurvenradius sich proportional zur
zweiten Potenz der Geschwindigkeit vergrößert. Dies
kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Einschlagwinkel des Servosteuerungssystems beschränkt wird, wenn eine hohe Geschwindigkeit erreicht ist,
oder daß die Reaktionskräfte am Steuerrad bei höheren Geschwindigkeiten vergrößert werden, damit der
Drehbewegung am Steuerrad größere Kräfte entgegengesetzt werden. Wenn jedoch der Einschlagwinkel des

Servolenkungssystems von der Geschwindigkeit abhängig gemacht wird, so variiert der Kurvenradius des Fahrzeugs mit der Geschwindigkeit auch dann, wenn ein bestimmter Drehwinkel des Steuerrades eingestellt ist, was für den Fahrer ein merkwürdiges Gefühl und deshalb gefährlich ist. Wenn dagegen dem Steuerrad eine größere Reaktionskraft aufgegeben wird, so sind auch große Kräfte für das Zurückdrehen des Steuerrads in
die neutrale Position notwendig.

Das wichtigste ist jedoch, daß die Zentrifugalkräfte auch von der Höhe und dem Gewicht der Ladung auf dem Fahrzeug abhängen, so daß es allein durch Steuerung
des Fahrzeuges in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit unmöglich ist, ein Seitwärtskippen des Fahrzeugs vollständig zu verhindern.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu finden, mit der ein Seitwärtskippen
eines Fahrzeugs unabhängig von der Höhe und dem Gewicht

:. 3222U9

seiner auf ihm befindlichen Last zuverlässig verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine

a) Meßeinrichtung zur Erfassung des Gewichts der Ladung,

b) Meßeinrichtung zur Erfassung der Höhe des Schwerpunkts der Ladung,

c) Meßeinrichtung zur Erfassung des Lenkwinkels des Fahrzeugs,

d) Meßeinrichtung zur Erfassung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs,

e) Einrichtung zur Ermittlung der Höhe des Gesamtschwerpunkts von Fahrzeug und Ladung aus dem Gewicht und der Hohe des Schwerpunkts des Fahrzeugs und dem gemessenen Gewicht und der gemessenen Höhe des Schwerpunkts der Ladung sowie eine Einrichtung zur Herleitung der statischen Stabilität des Fahrzeugs aus der Höhe des Gesamtschwerpunkts,

f) Einrichtung zur Ermittlung der dynamischen Instabilität des Fahrzeugs während der Kurvenfahrt aus dem gemessenen Steuerwinkel und der gemessenen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs,

g) Einrichtung zum Vergleich der dynamischen Stabilität mit der statischen Stabilität und zur Aussendung eines Steuersignals, wenn die dynamische Instabilität eine zulässige, von der statischen Stabilität abhängige

Pt. β «

3222U9

Grenze übersteigt,

h) Einrichtung zur Steuerung der Fahrgeschwindigkeit,

angesteuert durch das Steuersignal. 5

Nach der Erfindung wird zusätzlich zu den Zentrifugalkräften, die auf das Fahrzeug während der Kurvenfahrt wirken, die Höhe des Gesamtschwerpunkts von Fahrzeug und Ladung auf der Grundlage des gemessenen Gewichts und der gemessenen Höhe des Schwerpunkts der Ladung berechnet, so daß das Fahrzeug unabhängig vom Gewicht und der Höhe der Ladung, die es trägt, zuverlässig daran gehindert wird, seitwärts zu kippen. Die vorliegende Erfindung eignet sich generell für alle Fahrzeuge, die eine Ladung tragen, insbesondere aber für Spezialfahrzeuge, wie Portalhubwagen zum Transport von schweren Containern, die in diesen Fahrzeugen hoch aufgehängt sind. Da die Geschwindigkeit des Fahrzeuges gesteuert wird, wenn die Wahrscheinlichkeit eines Seitwärtskippens entsteht, kann der Fahrer das Fahrzeug mit dem üblichen Fahrgefühl handhaben, was zur Sicherheit beiträgt

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Fahrzeug eine Kupplung zwischen einem Antriebsmotor und den Antriebsrädern aufweist, die durch die Einrichtung zur Steuerung der Fahrgeschwindigkeit zu öffnen ist. Bei Öffnung der Kupplung verlangsamt sich sofort die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, wodurch die Kippneigung abnimmt. Stattdessen oder in Kombination damit kann das Fahrzeug mittels der Einrichtung zur Steuerung der Fahrgeschwindigkeit auch abgebremst werden, wodurch eine noch stärkere Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit erreichbar ist. Dabei sollte die für die Aus-Sendung des Steuersignals zulässige Grenze zweistufig

— & —

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ausgebildet sein, wobei die Kupplung geöffnet wird, wenn die dynamische Instabilität die erste zulässige Grenze übersteigt, und das Fahrzeug abgebremst wird, wenn die dynamische Instabilität die zweite zulässige Grenze übersteigt. Auf diese Weise wird je nach Erfordernis eine mehr oder weniger große Abbremsung des Fahrzeugs erzielt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat die Vorrichtung eine Anzeigeeinheit zur Darstellung

einer Kurve, die die Beziehung zwischen dem Steuerwinkel und der aufgrund der statischen Stabilität zulässigen Fahrgeschwindigkeit zeigt. Dabei sollte auf der Anzeigeeinheit durch einen Anzeigepunkt der gemessene Steuerwinkel und die gemessene Fahrgeschwindigkeit dargestellt werden. Aufgrund dieser Ausbildung kann der Fahrer genau sehen, ob er sich noch im zulässigen Bereich befindet und wie groß die Wahrscheinlichkeit eines Umkippens ist.
2o

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Portalhubwagens;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Teils des elektrischen Systems des Portalhubwagens nach Fig. 1;
3o

Fig. 3 eine Darstellung eines Teils des Schreib-

Lese-Speichers nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Ansicht einer Einrichtung zur Mes-■ sung des Gewichts eines Containers;

. „ .·. .5-"..¹V ·..·»·■ 3222U9

— ο —

Fig. 5 ein Blockdiagramm des elektrischen Schaltkreises dieser Einrichtung;

Fig. 6 ein Blockdiagramm eines anderen Beispiels für die Einrichtung zur Messung des Con

tainergewichts;

Fig.. 7 ein Blockdiagramm für eine Einrichtung zur

Steuerung einer Kupplung; Io

Fig. 8 ein Blockdiagramm für eine Einrichtung zur

Steuerung der Bremsen;

Fig. 9 ein Flussdiagramm zur Darstellung der Arbeitsschritte des Rechners in Fig. 2;

Fig.10 eine schematische Vorderansicht des Portalhubwagens nach Fig. 1;

Fig.11 eine Darstellung der Räderstellung des Portalhubwagens nach Fig. 1 und Fig. 10 bei Kurvenfahrt;

Fig.12 eine Vorderansicht des Portalhubwagens gemäß Fig. 10 und .

Fig.13 eine Draufsicht auf eine Anzeigeeinheit.

Fig. 1 zeigt einen Portalhubwagen für den Transport großvolumiger Container. Der Portalhubwagen besitzt einen Fahrzeugrahmen 1, der so gestaltet ist, daß er einen zentralen Raum für die Aufnahme eines Containers 10 frei läßt. Der Fahrzeugrahmen 1 weist ein Paar von gegenüberliegenden, unteren Längsträgern 2 auf.Von den jeweils vorderen und hinteren Teilen jedes Längsträgers 2 erstrecken

r /JO '

sich nach oben Pfosten 3, deren obere Enden einmal durch obere Querträger 4 und einmal durch obere Längsträger 5 verbunden werden. An den jeweils vorderen und hinteren Enden des Fahrzeugsrahmens 1 bzw. der unteren Längsträger 2 sind Paare von Rädern 6 angeordnet. Auf jeder Seite des Fahrzeugrahmens 1 sollen die Räder 6 in der Reihenfolge von vorne nach hinten als das erste, zweite, dritte und vierte Rad 6 bezeichnet werden.

Der Fahrzeugrahmen 1 ist im oberen Bereich mit einem Antriebsmotor 11 versehen, der als Antriebsquelle für die Bewegung des Portalhubwagens dient. Weiterhin ist ein Drehmomentwandler 12, ein Getriebe 13 und ein Differential 14 vorgesehen, wobei alle diese Teile durch Tragarme oder dergleichen gehalten werden: Von beiden Seiten des Getriebes 14 gehen jeweils eine Antriebswelle 15 quer ab und erstrecken sich dann über Getriebe längs jedes hinteren Pfostens 3 nach unten. Durch diese Antriebswellen 15 wird jeweils das dritte Rad 6 angetrieben, so daß dieses Rad als Antriebsrad dient. Innerhalb des Getriebes 13 ist eine Kupplung angeordnet, mit der sich die Kraftübertragung von dem Antriebsmotor 11 auf das Antriebsrad 6 bewirken oder unterbrechen läßt. Die übrigen Räder 6, also die ersten, zweiten und vierten Räder jeder Seite, sind mit Scheibenbremsen 16 versehen.

An einem der vorderen Pfosten 3 ist eine Fahrerkabine 7 befestigt. In ihrem Inneren sind ein Steuerrad 8, ein Kupplungspedal, ein Bremspedal, eine später noch zu beschreibende Anzeigeeinheit sowie weitere Pedale, Hebel, Knöpfe, Instrumente etc., die für das Fahren benötigt werden, angeordnet. Innerhalb und unterhalb der unteren Längsträger 2 ist eine Servolenkung (nicht näher darge-

stellt) vorgesehen, die einen Servozylinder, eine Lenkhebelanordnung etc. aufweist. Alle Räder 6 werden in einem der Winkeländerung des Steuerrades 8 entsprechenden Winkel durch das Steuersystem geführt. 5

Der Fahrzeugrahmen 1 ist weiterhin mit einem Hebezeug versehen, das im wesentlichen aus Hubzylindern 21, die auf den oberen Längsträgern 5 angeordnet sind, einem Paar vorderer und hinterer Quertragbalken 22, die vertikal entlang von Führungen 25 im Innern der Pfosten 3 bewegbar sind, und aus Tragketten 23, 24 bestehen, die die Quertragbalken 22 an ihren äußeren Enden halten. An den freien Enden der Kolbenstangen der Hubzylinder 21 sind Kettenzahnräder 26, 27 drehbar gelagert. Zwei weitere Kettenzahnrader 28, 29 sind jeweils an den vorderen Enden der oberen Längsträger 5 drehbar angeordnet, während an deren hinteren Enden jeweils ein Kettenzahnrad 30 ebenfalls drehbar gelagert vorgesehen ist. Jede der Tragketten 23, die den vorderen Quertragbalken 22 halten, ist an einem Ende des Quertragbalkens 22 befestigt, um die Kettenzahnräder 28, 26 in dieser Reihenfolge herumgeführt und mit seinem anderen Ende an dem vorderen Ende des jeweils oberen Längsträgers 5 befestigt. Jede der Kettenzahnrader 24, an denen der hintere Quertragbalken 22 gehalten wird, ist mit seinem einen Ende an diesem befestigt, um die Kettenzahnrader 30, 29, 27 in dieser Reihenfolge geführt und mit seinem jeweils anderen Ende an dem betreffenden vorderen Ende des oberen Längsträgers 5 angebracht.

An den Quertragbalken 22 ist über Tragarme 33 ein Tragrahmen 31 bewegbar aufgehängt. An den vier Ecken des Tragrahmens 31 sind Tragstangen 32 vorgesehen, die in Schlitze an den vier Ecken auf der Oberseite des Containers 10 eingeführt und dann um 90° verdreht

werden, wodurch der Container 10 an dem Tragrahmen 31 aufgehängt und gehalten wird. Die Kolbenstangen der Hubzylinder 21 heben oder senken den Tragrahmen 31 und damit auch den Container 10, wenn sie herausgedrückt oder zurückgezogen werden. Wie allgemein bekannt, wird der Container 10 transportiert, indem er am oberen Teil des Fahrzeugrahmens aufgehängt und dort gehalten wird.

Die Höhe des Containers 10 wird durch Detektoren 34 gemessen, die als Meßwandler für die Drehbewegung zur Ermittlung des Betrages und der Richtung der Drehbewegung der Kettenzahnrader 28, 29 ausgebildet sind. Die Kettenzahnrader 28 oder 29 werden durch die Tragketten 23, 24 um einen Betrag verdreht, der proportional zu dem Betrag der Vertikalbewegung des Tragrahmens 31 entsprechend der Richtung der Bewegung ist. Die Detektoren 34 können analoge oder Impulssignale erzeugen, soweit diese Signale proportional zu dem Betrag der Drehbewegung der Kettenzahnräder 28, 29 sind und die Richtung der Drehbewegung angeben.

Fig. 2 zeigt die Elektrik des beschriebenen Systems. Die gesamten Tätigkeiten des Systems werden durch ein zentrales Prozeßsystem, nämlich die CPU 40 kontrolliert. Diese CPU 40 ist vorzugsweise ein Mikroprocessor. Die CPU 40 ist mit einem Festwertspeicher (ROM) 41 mit darin gespeichertem Programm und einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) 42 zur Speicherung verschiedener Arten von Daten versehen. Die CPU 40 erhält über eine Schnittstelle 47 Signale, die Meßwerte repräsentieren, die von folgenden Einrichtungen erhalten werden:

einer Meßeinrichtung 4 3 zur Erfassung des Gewichts des Containers 10, einer Meßeinrichtung 44 für die Erfassung der Höhe des Containers 10, und zur Bestimmung dessen

- te -

Schwerpunkts, einer Meßeinrichtung 45 zur Erfassung des Steuerwinkels des Portalhubwagens und einer Meßeinrichtung 46 zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit des Portalhubwagens.
5

Die CPU 4o gibt über eine weitere Schnittstelle 57 in der ersten Stufe ein erstes Steuersignal und in der zweiten Stufe ein zweites Steuersignal, um ein seitliches Kippen des Portalhubwagens zu verhindern. Das erste Steuersignal geht zu einer Alarmleuchte 51 und zu einer Kupplungssteuereinrichtung 52, während das zweite Steuersignal einen Alarmsummer 53 und eine Bremssteuereinrichtung 54 ansteuert. Die CPU 40 gibt darüber hinaus Anzeigedaten zu einer Anzeigesteuereinrichtung 55, damit in der Anzeigeeinheit 56 eine Grafik erscheint, die die Beziehung zwischen dem Steuerwinkel und der in Bezug auf die statische Stabilität erlaubten Fahrgeschwindigkeit darstellt. Weiterhin soll durch Punkte der Steuerwinkel und die Fahrgeschwindigkeit angezeigt werden. Die Alarmleuchte 51, der Alarmsummer 53 und die Anzeigeeinheit 56 sind innerhalb der Fahrerkabine 7 angeordnet. Die Anzeigeeinheit 56 ist als Kathodenstrahlröhre (CRT) oder als Plasmaanzeige ausgebildet.

Die Figuren 4 und 5 zeigen ein Beispiel für die Meßeinrichtung 43 zur Erfassung des Containergewichts. Die an den Quertragbalken 22 befestigten Enden der Tragketten 23 bzw. 24 haben eine Kraftmeßdose 61, an dem ein Dehnungsmeßgerät zur Erfassung der Zugkraft angebracht ist, die an den Tragketten 23 bzw. 24 wirken. Ein Abweiser 62 dient dazu, um das untere Ende der Tragkette 23 bzw. 24 abzuhalten, wenn diese locker wird. Die Kraftmeßdose 61 ist an dem unteren Ende jeder der Tragketten 23, 24 angebracht. Die Dehnungsmeßgeräte an den vier Kraft-

.. «3T222U9

-Hk-

meßdosen 61 sind jeweils an Brückenschaltungen 63 angeschlossen, wobei deren Ausgänge zu einer Additionsschaltung 64 führen. Da die Summe der Kräfte, die an den vier Tragketten 23, 24 wirken, dem Gewicht des Containers 10 entspricht, repräsentiert der Ausgang der Additionsschaltung 64 das Gewicht W 2 des Containers 10. Die Ausgangssignäle der Additionsschaltung 64 werden durch einen Analog-Digital-Wandler 65 in Digitalsignäle umgewandelt und dann zu der CPU 40 geführt.

Figur 6 zeigt ein weiteres Beispiel für die Meßeinrichtung 43 zur Erfassung des Containergewichts. Sie ist dazu bestimmt, den Druck des Öls, das in die Hubzylinder 21 fließt, zu erfassen. Das Drucköl wird über einen Verteiler 66 in die Hubzylinder 21 geführt. Der Druck des Öls wird durch einen Druckmesser 67 am Verteilerpunkt erfaßt. Da der Druck an diesem Verteilerpunkt die Summe der Kräfte angibt, die an den Hubzylindern 21 wirken, ist das Ausgangssignal des Druckmessers 67 proportional zu dem Gewicht W 2 des Containers 10. Das Ausgangssignal des Druckmessers 67 wird dann einer Analag-Digital-Umwandlung in dem Umwandler 65 unterzogen. Die Meßeinrichtung 44 zur Erfassung der Höhe des Schwerpunkts des Containers 10 weist die schon vorerwähnten Detektoren 34, eine Rechnerschaltung,um die Ausgangssignale der Detektoren 34 einer Addition oder Subtraktion entsprechend der Drehrichtung zu unterwerfen, und einen Umwandler zur Umwandlung der Ausgangssignale der Rechnerschaltung in parallele Digitalsignale auf.Die Höhe des Containers 10 ist vorbestimmt. Wenn die Position des Schwerpunkts in einer bestimmten Höhe vorbestimmt ist, beispielsweise in der Mitte, kann ein Signal, das die Höhe H 2 des Schwerpunkts des Containers 10 repräsentiert,

erhalten werden.

Die Meßeinrichtung 45 zur Erfassung des Steuerwinkels und die Meßeinrichtung 46 zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit sind an sich schon bekannt. Die Meßeinrichtung 45 ist so ausgebildet, daß sie die Winkelverstellung des Steuerrads 8 mißt, und weist beispielsweise einen Drehwiderstand oder einen magnetoelektrischen Meßumwandler, beispielsweise eine HaIl-Vorrichtung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung, die die Winkelveränderung erfaßt, auf. Die gleitenden Glieder des Drehwiderstands führen eine Drehbewegung mit der Säule aus, die das Steuerrad 8 trägt. Wenn ein magnetoelektrischer Meßwandler verwendet wird, so wird an der Lenksäule ein Magnet befestigt, während der Meßwandler gegenüber diesem Magneten angeordnet ist. Die Fahrgeschwindigkeit wird durch einen Geschwindigkeitsmesser erfaßt, beispielsweise einen Drehmeßwandler zur Erfassung der Anzahl der Umdrehungen einer Welle im Kraftübertragungssystem. In beiden Fällen werden der gemessene Steuerwinkel θ und die Fahrgeschwindigkeit V in digitale Signale umgewandelt und anschließend der CPU 40 zugeführt. Obwohl der Steuerwinkel θ richtungsabhängig ist, erfüllt der absolute Wert, bezogen auf die neutrale Position_rden angestrebten Zweck.

Die Figuren 10 bis 12 zeigen Beispiele des Grundkonzepts der Erfindung zur Verhinderung eines seitlichen Umkippens. Die Bezugszeichen zur Figur 10, nämlich Wl , Hl , W und H, werden wie folgt definiert:

Wl : Gewicht des Portalhubwagens; Hl : Höhe des Schwerpunkts des Portalhubwagens; W : Gesamtgewicht von Portalhubwagen und Container 10;

H : Höhe des Gesamtschwerpunktes von Portalhubwagen und Container 10.

Der Container 10 hat ein Gewicht W2 und eine Höhe H2 des Schwerpunktes. Daraus ergeben sich folgende Gleichungen:

W = Wl + W2 H-W = Hl + H2-W2

Die Gleichungen in (1) und (2) führen zu folgender Gleichung:

H =

Hl-Wl

H2-W2

Wl + W2 Wl + W2

(3)

Figur 11 läßt erkennen, wie der Portalhubwagen durch Drehen des Steuerrads 8 in einer Kurve gelenkt wird. In Bezug auf diese Figur werden die Bezugszeichen R, L, T und oc wie folgt definiert:

R: Kurvenradius;

L: Der Abstand zwischen dem ersten Rad 6 zum vierten Rad 6 (Radstand);

T: Der Abstand zwischen zwei jeweils gegenüberliegenden Rädern 6 (Spur).

Unter Verwendung des Steuerwinkels θ ergibt sich folgende Beziehung:

= 90° - θ

tan o< -

R - T/2 L/2

Die Gleichung (5) führt zu folgender Gleichung:

L T

R - 2" · tan X + -r

Obwohl der Winkel, der durch die Meßeinrichtung 45 zur

■ ♦ *

·■"·· - 3222H9

Erfassung des Steuerwinkels gemessen wird, und der Winkel, mit dem das erste Rad 6 tatsächlich gesteuert wird, beide durch θ repräsentiert werden« treten keine Schwierigkeiten auf, da diese Winkel proportional zueinander sind. Obwohl des weiteren die Winkel, mit denen die jeweils gegenüberliegenden ersten Räder gesteuert werden, voneinander unterschiedlich sind, wird ein durchschnittlicher Winkel als θ angenommen. Der Kurvenradius R des Portalhubwagens wird durch die Gleichungen (4) und (6) oder, falls gewünscht, von Modifikationen dieser Gleichungen erhalten, wenn der gemessene Steuerwinkel θ verwendet wird.

Die Kräfte, die auf den Portalhubwagen während der Kurvenfahrt wirken, sind in Figur 12 dargestellt. In ihr sind die Bezugszeichen F, g und Wout wie folgt definiert:

F: Zentrifugalkräfte während der Kurvenfahrt;

2 g: Gravitationsbeschleunigung (9,8 m/sec );

Wout: Belastung der äußeren Räder während der Kurvenfahrt.

Die Zentrifugalkraft F wird durch die folgende Gleichung unter Verwendung der Fahrgeschwindigkeit V, des Gesamtgewichts W und des Kurvenradius R:

Es wird nun angenommen, daß die Lage des Gesamtschwerpunktes durch die Zentrifugalkraft F während der Kurvenfahrt zu einem Ort versetzt wird, der um den Abstand

Z von dem äußeren Rad 6a entfernt ist, wie dies durch 35

"3222 U

die gestrichelte Linie dargestellt ist. Wenn das Reaktionsmoment , angezeigt durch die gestrichelte Linie, gegen die Kraft, die auf das äußere Rad 6 ausgeübt wird, und das Moment aufgrund des angenommenen Schwerpunktes, jeweils bezogen auf das innere Rad 6b_rim Gleichgewicht sind, so haben wir folgende Gleichung:

Wout . T = (T - ^ ) . W (8) Dies führt zu der weiteren Gleichung.:

Wenn andererseits das Reaktionsmoment entgegen der auf das äußere Rad 6a wirkenden Kraft und das aus dem Gesamtgeweicht W und der Zentrifugalkraft P kombinierte Moment um das innere Rad 6b im Gleichgewicht sind, so ergibt sich folgende Gleichung:

Wout · T = | . W + F . H (lo)

Aus Gleichung (7) und (lo) ergibt sich folgende weitere Gleichung:

Wout „ _ V².H T (11)

"~W~ * ^T ~ "RTi ⁺ 2

Beim Einsetzen (11) in Gleichung (9) ergibt sich fol gende Beziehung:

^=T ( ^y2 · ^H + 1)

^=T ( + ) ^Z ^{T l} R . g ⁺ 2^]

Ο ₌ T _ V² . H , .

^z 2 R . g ^Kl*^]

Die Stabilität S des Portalhubwagens während der Kur venfahrt wird durch folgende Gleichung definiert:

(13)

Wird Gleichung (12) für X in Gleichung (13) eingesetzt, erhält man:

Der Ausdruck T/2H in dieser Gleichung bedeutet die

Stabilität der Ruhelage, während der Ausdruck V²/(R.g) Io

die Instabilität im dynamischen Stadium representiert. Die Bedingung, unter der der Portalhubwagen seitwärt kippt, ist dann gegeben, wenn £■ gleich Null ist, d.h. wenn

S=O (15)

Entsprechend muß, damit diese Bedingung nicht eintritt, folgendes gelten:

Daraus ergibt sich, daß der Portalhubwagen seitwärts kippt, wenn die dynamische Instabilität größer ist als die statische Stabilität.

Wenn gemäß Gleichung (14) S gleich Null ist, so errechnet sich die Geschwindigkeit V in kritischem Kippstadium durch folgende Gleichung:
3o

V =

Figur 3 zeigt einen Teil des Schreib-Lese-Speichers (RAM) 42, der einen Bereich zur Speicherung verschiedener Konstanten hat, so für Wl, Hl, L und T, die abhängig sind von dem Typ des Portalhubwagens, die Gra-

vitationsbeschleunigung g und die Sicherheitsfaktoren Kl und K2. Desweiteren ist ein Bereich für die Speicherung der Meßwerte W2, H2, θ und V sowie ein zusätzlicher Bereich für die Speicherung der Werte W und H, die unter Verwendung der Gleichungen (1) und (2) errechnet werden, vorhanden. Die zwei Sicherheitsfaktoren Kl und K2 sind beide kleiner als 1 und K 1 ist kleiner als K2.

Figur 9 zeigt die Arbeitsschritte der CPU 4o. Die Arbeitsweise der CPU 4o umfaßt Datenleseprozesse, Rechenkontrolprozesse und Anzeigeprozesse. Diese werden zeitgleich nebeneinander durchgeführt. Beim Datenleseprozeß werden das Containergewicht W2, die Höhe des Schwerpunktes des Containers H2, der Steuerwinkel θ und die Fahrgeschwindigkeit"V, die durch die Meßeinrichtungen 43 bis 46 erhalten werden, eingelesen (Schritte lol bis Io4). Anschließend werden diese Datenarten in dem Schreib-Lese-Speicher (RAM) 42 gespeichert. Wenn der Container Io mittels des Tragrahmens 31 auf eine bestimmte Höhe gehoben worden ist, so wird das Gewicht W2 und die Höhe des Schwerpunktes H2 des Containers Io bestimmt, so daß die Leseschritte lol und Io2 durchgeführt werden, nach dem der Container Io seinen Platz erhalten hat. Gleich zeitig wird der Steuerwinkel θ und die Fahrgeschwindigkeit V wiederholt in sehr kurzen Abständen eingelesen und der jeweils letzte Wert in dem Schreib-Lese-Speicher (RAM) eingespeichert. Alternativ dazu können diese Daten in ein geeignetes Register geladen werden.

In den Rechenkontrollprozessen werden das Gesamtgewicht W und die Höhe H des Schwerpunktes aus den Gleichungen (1) und (3) unter Verwendung der Konstanten Wl und Hl und der gemessenen Werte W2 und H2 errechnet

und die sich daraus ergebenden Werte in dem Schreib-Lese-Speicher (RAM) 42 gespeichert (Schritt 111). Die statische Stabilität T/2 H wird unter Verwendung der Konstante T und des berechneten Wertes H ermittelt (Schritt 112). Anschließend wird die Stabilität T/2H mit den Sicherheitsfaktoren Kl und K2 multipliziert, um eine erste und eine zweite zulässige Grenze zu erhalten. Die Werte werden jeweils in die Register A und B geladen (Schritte 113, 114). Diese Grenzen werden mit Beendigung der Aufnahme des Containers 10 in den Portalhubwagen bestimmt, so daß die Schritte 111 bis 114 mit dieser Beendigung durchgeführt werden.

Die Konstanten L und D und der Meßwert θ werden in die Gleichungen (4) und (6) eingesetzt, um den Kurvenradius R zu erreichen (Schritt 115). Der errechnete Wert R, der Meßwert V und die Konstante g werden zur Errechnung der. dynamischen Instabilität V²/(R-g) verwendet, wobei dieser Wert in das Register C geladen wird (Schritt 116), Die dynamische Instabilität im Register C wird dann mit der ersten zulässigen Grenze im Register A und anschliessend mit der zweiten zulässigen Grenze im Register B verglichen (Schritte 117 und 118). Wenn die Instabilität die zweite zulässige Grenze überschreitet, wird ein zweites Steuersignal entsandt (Schritt 120). Wenn die Instabilität kleiner als jeder der beiden Grenzen ist, wird kein Steuersignal geliefert. Die Schritte 115 bis' 120 werden in sehr kurzen Kreisläufen immer wiederholt'. Obwohl für die Rechenschritte 111, 112, 115, 116 etc.

numerische Gleichungen verwendet werden, können die betreffenden Werte auch mittels zuvor hergestellten und in dem Schreib-Lese-Speicher 42 gespeicherten Tabellen erhalten werden; Die Verwendung von Tabellen ist insbesondere für die Berechnung des Kurvenradius R im Schritt 115 vorteilhaft.

Als Antwort zu dem ersten Steuersignal geht die Alarm-

leuchte 51 an, wodurch der Fahrer auf die Wahrscheinlichkeit des Umkippens hingewiesen wird. Gleichzeitig wird die Kupplung in dem Getriebe 13 gelöst, daß heißt es wird ausgekuppelt. Da nunmehr keine Antriebskraft auf die Antriebsräder 6 übertragen wird, verlangsamt sich der Portalhubwagen sofort. Wenn das zweite Steuersignal erzeugt wird, so geht der Alarmsummer 53 an, so daß der Fahrer auf eine große Gefahr hingewiesen wird. Gleichzeitig werden die Scheibenbremsen 16 betätigt, um den Portalhubwagen kräftig zu verlangsamen, wodurch verhindert wird, daß der Wagen sich auf eine Seite legt.

Beim Anzeigeprozeß werden mittels der Gleichungen (4),(6) und (6) und (7) Daten für eine Grafik erstellt, die die Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit V und dem Steuerwinkel θ (oder dem Kurvenradius R) im kritischen Stadium des Umkippens zeigt (Schritt 131). Mit diesen Daten wird die Anzeigesteuereinrichtung 55 versorgt (Schritt 132). Vorzugsweise werden die Sicherheitsfaktoren Kl, K2 oder einige andere Werte in die Grafik eingezeichnet.

Figur 13 zeigt ein beispielhaftes Bild der Anzeigeeinheit 56. Die Fahrgeschwindigkeit V ist als Abzisse und der Steuerwinkel θ als Ordinate gezeichnet. Auf der Grundlage der erhaltenen Daten ist eine Kurve D dargestellt. In dem schraffierten Bereich oberhalb der Kurve D ist die Wahrscheinlichkeit eines Umkippens gegeben. Da die Kurve D nach Beendigung der Aufnahme des Containers 10 gezeichnet wird, braucht die Aufzeichnung dieser Kurve nur einmal erfolgen.

Beim Anzeigeprozeß werden die gemessenen Werte V und θ geliefert. Die Punkte dl bis d4 auf der Anzeigeeinheit 56 sind eingezeichnet, um solche Messungen beispielhaft nacheinander darzustellen (Schritt 133).

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Wenn der Portalhubwagen steht, befindet sich der Punkt, der den Fahrzustand des Portalhubwagens anzeigen soll, im Ursprung des Koordinatensystems bei dl. Wenn der Portalhubwagen geradeaus fährt, so wandert der Punkt auf der Abszisse beispielsweise zu d2, der dann die augenblickliche Geschwindigkeit angibt. Wenn das Steuerrad 8 gedreht wird, um den Portalhubwagen in eine Kurve zu lenken, so entfernt sich der Punkt von der Abszisse und kommt in eine Lage, die der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit V und dem Steuerwinkel θ entspricht, wie dies beispielhaft durch d3 oder d4 gezeigt wird. Auf diese Weise wird durch die Position des Punktes auf der Anzeigeeinheit 56 dem Fahrer angezeigt, ob der Portalhubwagen die Gefahrenzone erreicht oder nicht. Die Meß- werte V und θ werden in sehr kurzen Kreisläufen aus dem Schreib-Lese-Speicher (RAM) 42 herausgelesen, wobei jeweils der letzte Wert zu der Anzeigesteuereinrichtung 55 gegeben wird.

Die Figuren 7 und 8 zeigen beispielhaft die Kupplungssteuereinrichtung 52 bzw. die Bremssteuereinrichtung 54. Bei jeder dieser Einrichtungen wird ein Magnetventil eines Hydraulikkreises durch ein Steuersignal angesteuert. Bei der Kupplungssteuereinrichtung wird ein Ventil 71 durch das erste Steuersignal geöffnet, um die Kupplung 58 hydraulisch zu öffnen. Bei der Bremssteuereinrichtung 54 öffnet das zweite Steuersignal ein Ventil 72, damit die Scheibenbremsen 16 an den Rädern 6 auf hydraulischem Wege betätigt werden. Die Steuersignale können so ausgesendet werden, daß sie in eine Vielzahl von Teilsignalen aufgeteilt werden, um den Öffnungsgrad der Ventile 71 und 72 bestimmen zu können. Die Kupplung und die Bremsen können bei dieser Konstruktion auch in anderer Weise angesteuert werden.

Claims

Dipl.-Ing. Dieter-Alfreä Paul 3 2 2 2 U Patentanwalt Zugelassener Vertreter beim Europäischen Patencamc Patentanwalt Dipl.-Ing. Paul. Erfcscr. B2. O-4O4O Neuss 1 Erftstn. B2 D-4O4D Neuss 1 TeL: CO 21 O13 27 32 32 Telex: S5174OG dap d Datum: Mein Zeichen: 5 vn 82 694 Firma Toyo Umpanki Co. Ltd., 15-10, Kyomachibori, 1-chome, Nishi-ku, Osaka, Japan Vorrichtung zur Verhinderung des Seitwärtskippens eines Fahrzeugs Ansprüche:

1. Vorrichtung zur Verhinderung des Seitwärtskippens eines Fahrzeugs, insbesondere eines Portalhubwagens, das eine Ladung, insbesondere einen Container (10) trägt, gekennzeichnet durch eine

a) Meßeinrichtung (43) zur Erfassung des Gewichts (W2) der Ladung 10,

2o

b) Meßeinrichtung (44) zur Erfassung der Höhe (H2) des Schwerpunkts der Ladung (10),

c) Meßeinrichtung i45) zur Erfassung des Steuerwinkels (Θ) des Fahrzeugs,

d) Meßeinrichtung (46) zur Erfassung der Geschwindigkeit (V) des Fahrzeugs,

Dresdner Bank AG Neuas 1OOB1O1 (BLZ 3OO BDO OO) ■ Postacheck Essen 2QBS 43-433 CBLZ 3SO 1OO 43)

StadcspankBSse Neuss 311 344 [BLZ 3O5 5D OOO)

3222 U9

e) Einrichtung (40) zur Ermittlung der Höhe (H) des Gesamtschwerpunkts von Fahrzeug und Ladung (10) aus dem Gewicht (Wl) und der Höhe (Hl) des Schwerpunkts des Fahrzeugs und dem gemessenen Gewicht (W2) und der gemessenen Höhe (H2) des

Schwerpunkts der Ladung (10) sowie einer Einrichtung zur Herleitung der statischen Stabilität des Fahrzeugs aus der Höhe (H) des Gesamtschwerpunkts,

f) Einrichtung zur Ermittlung der dynamischen Instabilität des Fahrzeugs während der Kurvenfahrt aus dem gemessenen Steuerwinkel (Θ) und der gemessenen Fahrgeschwindigkeit (V) des Fahrzeugs,

g) Einrichtung zum Vergleich der dynamischen Stabilität mit der statischen Stabilität und zur Aussendung eines Steuersignals, wenn die dynamische Instabilität eine zulässige, von der statischen Stabilität abhängige Grenze übersteigt,

h) Einrichtung (52, 54) zur Steuerung der Fahrgeschwindigkeit (V), angesteuert durch das Steuersignal .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug eine Kupplung zwischen einem Antriebsmotor (11) und den Antriebsrädern (6) aufweist, die durch die Einrichtung (52) zur Steuerung der Fahrgeschwindigkeit zu öffnen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug mittels der Einrichtung (54) zur Steuerung der Fahrgeschwindigkeit abbremsbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die für die Äussendung des Steuersignals zulässige Grenze zweistufig ausgebildet ist, wobei die Kupplung geöffnet wird, wenn die dynamische Instabilität die erste zulässige Grenze übersteigt, und das Fahrzeug abgebremst wird, wenn die dynamische Instabilität die zweite zulässige Grenze übersteigt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinheit (56) zur Darstellung einer Kurve (D), die die Beziehung zwischen dem Steuerwinkel (Θ) und der aufgrund der statischen Stabilität zulässigen Fahrgeschwindigkeit (V) zeigt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Anzeigeeinheit (56) durch jeweils einen Anzeigepunkt (dl, d2, d3, d4) der gemessene Steuerwinkel (Θ) und die gemessene Fahrgeschwindigkeit (V) darstellbar ist.