DE3222149C2

DE3222149C2 -

Info

Publication number: DE3222149C2
Application number: DE3222149A
Authority: DE
Inventors: Takenobu Takatsuki Osaka Jp Yabuta; Takashi Ryugasaki Ibaragi Jp Sugata
Original assignee: Toyo Umpanki Co Ltd
Current assignee: TCM Corp
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1987-12-10
Also published as: DE3222149A1; JPS6334073B2; FI78647C; FI78647B; SE8203358L; GB2116344B; US4480714A; FR2522845A1; IT1156371B; GB2116344A; FI821913A0; FR2522845B1; SE444307B; IT8267792A0; JPS58152793A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Vermeidung des Seitwärtskippens eines Fahrzeuges, insbesondere eines Portalhubwagens, das eine Ladung, insbesondere einen Container trägt, mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit und zur Erzeugung eines dazu proportionalen ersten Signals, mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung des jeweiligen Steuerwinkels und zur Erzeugung eines dazu proportionalen zweiten Signals, mit einer Einrichtung zur Verarbeitung des ersten und zweiten Signals zwecks Erzeugung eines dritten Signals und mit einer Einrichtung zur Verarbeitung des dritten Signals und eines kritischen Bezugswertes als Informationsgrundlage für die Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit bei Überschreiten des Bezugswertes.

Eine solche Vorrichtung ist in der DE-OS 30 48 856 beschrieben. Bei ihr werden die zur Fahrgeschwindigkeit und zum Steuerwinkel proportionalen Signale durch Summieren und Verstärken zu einem dritten Signal verarbeitet, das einem bestimmten, konstanten Bezugswert gegenübergestellt wird. Bei Überschreiten dieses Bezugswertes wird ein viertes Signal erzeugt, das für die Änderung eines Betriebsparameters des Fahrzeuges verwendet wird. Die Veränderung kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß die Servounterstützung der Lenkhilfe verringert, der Kraftstoffzufluß zum Antriebsmotor unterbrochen oder das Gaspedal unwirksam gemacht wird.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß der nutzbare Fahrbereich, bei dem noch keine Gefahr des Seitwärtskippens besteht, nur unvollkommen erfaßt wird. Die Stabilität gerade eines Portalhubwagens hängt nämlich im wesentlichen Maße vom Gewicht der Ladung und von deren Höhe, auf die sie für den Transport angehoben worden ist, ab. Diese Änderungen können durch einen festen Bezugswert nicht berücksichtigt werden. Will man sicher gehen, muß der Bezugswert so hoch angesetzt werden, daß auch bei ungünstigen Bedingungen, also am höchsten liegenden Gesamtschwerpunkt des Fahrzeuges mit Ladung, keine Gefahr des Seitwärtskippens besteht. Beim Transport von leichteren und tiefer aufgehängten Ladungen ist dann der von der Vorrichtung erlaubte Fahrbereich erheblich geringer als der tatsächlich nutzbare Fahrbereich, mit der Folge, daß die mögliche Transportgeschwindigkeit des Portalhubwagens nicht optimal genutzt wird. Hinzu kommt, daß die dem Bezugswert gegenübergestellte Größe, nämlich das durch Addition der Signale von Geschwindigkeit und Lenkwinkel gebildete dritte Signal, nicht exakt den tatsächlichen Gegebenheiten entspricht, was ebenfalls dazu führen muß, den Bezugswert höher als in den meisten Fällen notwendig anzusetzen.

In der DE-OS 28 35 942 ist eine Vorrichtung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges beschrieben. Diese Vorrichtung weist eine Meßeinrichtung für die Querbeschleunigung des Fahrzeuges auf, deren Meßwert zur Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung einer Regeleinrichtung zugeführt wird. Mit Hilfe dieser Regeleinrichtung wird die Fahrgeschwindigkeit so beeinflußt, daß eine bestimmte Querbeschleunigung nicht überschritten wird.

Auch diese Vorrichtung kann nicht die Veränderung des Gesamtschwerpunktes eines Portalhubwagens nach Aufnahme der Ladung berücksichtigen. Zur Vermeidung des Umkippens eines solchen Fahrzeuges muß deshalb die Vorrichtung auf den ungünstigsten Lastfall ausgelegt werden. Bei günstigeren Lastverhältnissen kann deshalb der zulässige Fahrbereich nicht ausgenutzt werden.

Die DE-OS 23 36 753 beschreibt einen Geschwindigkeitsbegrenzer für Fahrzeuge. Zur Vermeidung des Umkippens eines solchen Fahrzeuges wird unter anderem auch der Neigungswinkel des Fahrzeuges gegenüber der Fahrbahn mit einbezogen. Dieser Weg eignet sich für Portalhubwagen nicht, weil deren Federung nicht mit der von Personenkraftwagen vergleichbar ist. Außerdem ist der tatsächliche Neigungswinkel kaum präzise zu ermitteln und deshalb nur eine ungenaue Grundlage für die Festlegung des Grenzbereiches.

Die DE-PS 19 02 944 offenbart eine Vorrichtung zur Vermeidung des Schleuderns von Fahrzeugen, bei dem die Winkelbewegung der gefederten Massen um ihre Trägheitsachsen, die Querbeschleunigung und die Fahrgeschwindigkeit erfaßt und trotz hoher Beeinflussung von Einrichtungen für die Spurhaltung des Fahrzeuges bei Erreichen eines vorbestimmten Grenzwertes der Querbeschleunigung benutzt werden. Dabei werden die Winkelbewegungen der gefederten Massen des Fahrzeuges durch einen im Gesamtschwerpunkt angeordneten Kreisel ermittelt.

Für diese Vorrichtung gilt dasselbe wie für die nach der DE-OS 23 36 753, da auch sie mit von den Bewegungen der gefederten Massen abhängigen Werten arbeitet, was für beispielsweise Portalhubwagen aus den vorgenannten Gründen nicht brauchbar ist. Einer Veränderung des Gesamtschwerpunktes wird auch bei dieser Vorrichtung nicht Rechnung getragen und hat zudem die Folge, daß die Winkelbewegungen wegen des dann außerhalb dieses Gesamtschwerpunkts liegenden Kreisels nicht mehr exakt erfaßbar sind.

Die DE-OS 28 19 175 beschreibt schließlich eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsregelung eines Fahrzeuges. Sie befaßt sich nicht mit dem Problem des Seitwärtkippens von Fahrzeugen, sondern beschreibt nur einige Möglichkeiten zur gegebenenfalls stufenweise wirkenden Geschwindigkeitsbeeinflussung von Fahrzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß eine Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit auf wesentlich exakterer Grundlage möglich ist und somit der tatsächlich zur Verfügung stehende Fahrbereich optimal ausgenutzt werden kann.

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

(a) eine Meßeinrichtung zur Erfassung des Gewichtes und der Schwerpunkthöhe der Ladung;
(b) eine Einrichtung zur Berechnung der Höhe des Gesamtschwerpunktes des Fahrzeuges mit der Ladung aus dem Gewicht und der Höhe des Fahrzeugschwerpunktes und aus dem gemessenen Gewicht und der gemessenen Schwerpunkthöhe der Ladung;
(c) eine Einrichtung zur Berechnung der statischen Stabilität des Fahrzeuges als kritischer Bezugswert aus dem Quotienten von Fahrzeugspur und zweifacher Höhe des Gesamtschwerpunkts;
(d) eine Einrichtung zur Berechnung der dynamischen Instabilität als drittem Signal aus dem Quotienten von Fahrzeuggeschwindigkeit im Quadrat und dem Produkt des aus dem jeweiligen Steuerwinkel berechneten Kurvenradius mit der Erdbeschleunigung.

Erfindungsgemäß wird hier also ein von der Schwerpunkthöhe und dem Gewicht der jeweiligen Ladung abhängiger und somit variabler Bezugswert ermittelt und zusammen mit einer exakt berechneten dynamischen Instabilität verarbeitet. Eine solch genaue Erfassung gibt die Möglichkeit, die Grenzen für den zulässigen Fahrbereich je nach Art der aufgenommenen Ladung exakt festzulegen und schafft eine Grundlage dafür, den jeweils nutzbaren Fahrbereich je nach Art der aufgenommenen Ladung genau festzulegen und schafft eine Grundlage dafür, den jeweils nutzbaren Fahrbereich ohne Beeinträchtigung der Sicherheit voll auszuschöpfen.

Die Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit kann dabei mit Hilfe nachgeschalteter Einrichtungen erfolgen, die direkt auf die Steuereinrichtungen für die Fahrzeuggeschwindigkeit wirken (Ansprüche 2 bis 5) und/oder die den Fahrzeugführer durch optische Anzeigemittel in die Lage versetzen, selbst auf die Steuereinrichtungen einzuwirken (Ansprüche 6 und 7).

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

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Portalhubwagens;

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

Fig. 3 eine Darstellung eines Teils des Schreib- Lese-Speichers nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Ansicht einer Einrichtung zur Messung des Gewichts eines Containers;

Fig. 5 ein Blockdiagramm des elektrischen Schaltkreises dieser Einrichtung;

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

Fig. 7 ein Blockdiagramm für eine Einrichtung zur Steuerung einer Kupplung;

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 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 Fahrzeugrahmens 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 in 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 dargestellt) 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.

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 Kettenzahnräder 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 Kettenzahnräder 24, an denen der hintere Quertragbalken 22 gehalten wird, ist mit seinem einen Ende an diesem befestigt, um die Kettenzahnräder 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 die Detektoren 34 gemessen, die als Meßwandler für die Drehbewegung zur Ermittlung des Betrages und der Richtung der Drehbewegung der Kettenzahnräder 28, 29 ausgebildet sind. Die Kettenzahnräder 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 Mikroprozessor. 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 43 zur Erfassung des Gewichts des Containers 10, einer Meßeinrichtung 44 für die Erfassung der Höhe des Containers 10, und zur Bestimmung dessen Schwerpunkts, einer Meßeinrichtung 45 zur Erfassung des Steuerwinkels des Portalhubwagens und einer Meßeinrichtung 46 zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit des Portalhubwagens.

Die CPU 40 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 Fig. 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 Kraftmeßdosen 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 Ausgangssignale der Additionsschaltung 64 werden durch einen Analog-Digital-Wandler 65 in Digitalsignale umgewandelt und dann zu der CPU 40 geführt.

Fig. 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 Analog-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 Steuerrades 8 mißt, und weist beispielsweise einen Drehwiderstand oder einen magnetoelektrischen Meßumwandler, beispielsweise eine Hall- 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 R und die Fahrgeschwindigkeit V in digitale Signale umgewandelt und anschließend der CPU 40 zugeführt. Obwohl der Steuerwinkel R richtungsabhängig ist, erfüllt der absolute Wert, bezogen auf die neutrale Position, den angestrebten Zweck.

Die Fig. 10 bis 12 zeigen Beispiele des Grundkonzepts der Erfindung zur Verhinderung eines seitlichen Umkippens. Die Bezugszeichen zur Fig. 10, nämlich W 1, H 1, W und H werden wie folgt definiert:

W 1 Gewicht des Portalhubwagens; H 1 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 W 2 und eine Höhe H 2 des Schwerpunktes. Daraus ergeben sich folgende Gleichungen:

W = W 1 + W 2 (1)
H · W = H 1 + H 2 · W 2 (2)

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

Fig. 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 α 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 R ergibt sich folgende Beziehung:

Die Gleichung (5) führt zu folgender Gleichung:

Obwohl der Winkel, der durch die Meßeinrichtung 45 zur Erfassung des Steuerwinkels gemessen wird, und der Winkel, mit dem das erste Rad 6 tatsächlich gesteuert wird, beide durch R 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 R 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 R verwendet wird.

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

F Zentrifugalkräfte während der Kurvenfahrt; g Gravitationsbeschleunigung (9,8 m/sec²); 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 l von dem äußeren Rand 6 a entfernt ist, wie dies durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Wenn das Reaktionsmoment, angezeigt, 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 6 b, im Gleichgewicht sind, so haben wir folgende Gleichung:

Wout · T = (T - l) · W (8)

Dies führt zu der weiteren Gleichung:

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

Aus Gleichung (7) und (10) ergibt sich folgende weitere Gleichung:

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

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

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

Der Ausdruck T/2H in dieser Gleichung bedeutet die Stabilität der Ruhelage, während der Ausdruck V ²/(R · g) die Instabilität im dynamischen Stadium repräsentiert. Die Bedingung, unter der der Portalhubwagen seitwärts kippt, ist dann gegeben, wenn l gleich Null ist, d. h. wenn

S = 0 (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:

Fig. 3 zeigt einen Teil des Schreib-Lese-Speichers (RAM) 42, der einen Bereich zur Speicherung verschiedener Konstanten hat, so für W 1, H 1, L und T, die abhängig sind von dem Typ des Portalhubwagens, die Gravitationsbeschleunigung g und die Sicherheitsfaktoren K 1 und K 2. Des weiteren ist ein Bereich für die Speicherung der Meßwerte W 2, H 2, R 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 K 1 und K 2 sind beide kleiner als 1 und K 1 ist kleiner als K 2.

Fig. 9 zeigt die Arbeitsschritte der CPU 40. Die Arbeitsweise der CPU 40 umfaßt Datenleseprozesse, Rechenkontrollprozesse und Anzeigeprozesse. Diese werden zeitgleich nebeneinander durchgeführt. Beim Datenleseprozeß werden das Containergewicht W 2, die Höhe des Schwerpunktes des Containers H 2, der Steuerwinkel R und die Fahrgeschwindigkeit V, die durch die Meßeinrichtungen 43 bis 46 erhalten werden, eingelesen (Schritte 101 bis 104). Anschließend werden diesen Datenarten in dem Schreib-Lese-Speicher (RAM) 42 gespeichert. Wenn der Container 10 mittels des Tragrahmens 31 auf eine bestimmte Höhe gehoben worden ist, so wird das Gewicht W 2 und die Höhe des Schwerpunktes H 2 des Containers 10 bestimmt, so daß die Leseschritte 101 und 102 durchgeführt werden, nachdem der Container 10 seinen Platz erhalten hat. Gleichzeitig wird der Steuerwinkel R 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 W 1 und H 1 und der gemessenen Werte W 2 und H 2 errechnet und die sich daraus ergebenden Werte in dem Schreib- Lese-Speicher (RAM) 42 gespeichert (Schritt 111). Die statische Stabilität T/ 2H wird unter Verwendung der Konstante T und des berechneten Wertes H ermittelt (Schritt 112). Anschließend wird die Stabilität T/ 2H mit den Sicherheitsfaktoren K 1 und K 2 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 T und der Meßwert R 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 V ²/(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 Alarmleuchte 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 (7) Daten für eine Grafik erstellt, die die Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit V und dem Steuerwinkel R (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 K 1, K 2 oder einige andere Werte in die Grafik eingezeichnet.

Fig. 13 zeigt ein beispielhaftes Bild der Anzeigeeinheit 56. Die Fahrgeschwindigkeit V ist als Abszisse und der Steuerwinkel R 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 R geliefert. Die Punkte d 1 bis d 4 auf der Anzeigeeinheit 56 sind eingezeichnet, um solche Messungen beispielhaft nacheinander darzustellen (Schritt 133).

Wenn der Portalhubwagen steht, befindet sich der Punkt, der den Fahrzustand des Portalhubwagens anzeigen soll, im Ursprung des Koordinatensystems bei d 1. Wenn der Portalhubwagen geradeaus fährt, so wandert der Punkt auf der Abszisse beispielsweise zu d 2, 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 R entspricht, wie dies beispielhaft durch d 3 oder d 4 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 Meßwerte V und R werden in sehr kurzen Kreisläufen aus dem Schreib-Lese-Speicher (RAM) 42 ausgelesen, wobei jeweils der letzte Wert zu der Anzeigesteuereinrichtung 55 gegeben wird.

Die Fig. 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

1. Vorrichtung für die Vermeidung des Seitwärtskippens eines Fahrzeuges, insbesondere eines Portalhubwagens, das eine Ladung, insbesondere einen Container trägt, mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit und zur Erzeugung eines dazu proportionalen ersten Signals, mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung des jeweiligen Steuerwinkels und zur Erzeugung eines dazu proportionalen zweiten Signals, mit einer Einrichtung zur Verarbeitung des ersten und zweiten Signals zwecks Erzeugung eines dritten Signals und mit einer Einrichtung zur Verarbeitung des dritten Signals und eines kritischen Bezugswertes als Informationsgrundlage für die Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit bei Überschreiten des Bezugswertes, gekennzeichnet durch folgende Einrichtungen:

(a) eine Meßeinrichtung (43, 44) zur Erfassung des Gewichtes (W 2 und der Schwerpunkthöhe (H 2) der Ladung (10);
(b) eine Einrichtung (40) zur Berechnung der Höhe (H) des Gesamtschwerpunktes des Fahrzeuges mit der Ladung (10) aus dem Gewicht (W 1) und der Höhe (H 1) des Fahrzeugschwerpunktes und aus dem gemessenen Gewicht (W 2) und der gemessenen Schwerpunkthöhe (2) der Ladung (10);
(c) eine Einrichtung zur Berechnung der statischen Stabilität des Fahrzeuges als kritischer Bezugswert aus dem Quotienten von Fahrzeugspur (T) und zweifacher Höhe (H) des Gesamtschwerpunktes;
(d) eine Einrichtung zur Berechnung der dynamischen Instabilität als drittem Signal aus dem Quotienten von Fahrgeschwindigkeit (V) im Quadrat und dem Produkt des aus dem jeweiligen Steuerwinkel ( R ) berechneten Kurvenradius (R) mit der Erdbeschleunigung (g).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Vergleich des dritten Signals mit dem kritischen Bezugswert zur Erzeugung eines vierten Signals, wenn die dynamische Instabilität eine zulässige, von der statischen Stabilität abhängige Grenze übersteigt, sowie eine Einrichtung (52, 54) zur Steuerung der Fahrgeschwindigkeit (V) auf Grund des vierten Signals vorgesehen sind.

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

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

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Aussendung des vierten Signals zulässige Grenze zweistufig ausgebildet ist, wobei ein erstes Steuersignal zur Öffnung der Kupplung abgegeben wird, wenn die dynamische Instabilität die erste zulässige Grenze übersteigt, ein zweites Steuersignal zum Abbremsen des Fahrzeugs abgegeben wird, wenn die dynamische Instabilität die zweite zulässige Grenze übersteigt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinheit (56) zur Darstellung einer Kurve (D), die die Beziehung zwischen dem Steuerwinkel ( R ) und der auf Grund der statischen Stabilität zulässigen Fahrzeuggeschwindigkeit (V) zeigt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Anzeigeeinheit (56) durch jeweils einen Anzeigepunkt (d 1, d 2, d 3, d 4) der gemessene Steuerwinkel ( R ) und die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit (V) darstellbar ist.