DE69838471T2 - Gerät zum Messen des Schwenkwinkels einer Industriefahrzeugachse - Google Patents

Gerät zum Messen des Schwenkwinkels einer Industriefahrzeugachse Download PDF

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Masakatsu Kariya-shi Suzuki
Kazuo Kariya-shi Komori
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Industriefahrzeug und ein Achsschwenkwinkelerfassungsgerät für ein Industriefahrzeug mit einer Schwenkachse.
  • In einem typischen Industriefahrzeug, wie zum Beispiel einem Gabelstapler, schwenkt bzw. dreht sich eine Achse zum Abstützen der Hinterräder relativ zu einem Karosserierahmen zum Stabilisieren des Karosserierahmens. Jedoch, falls solch ein Gabelstapler gelenkt wird, um Richtungen zu ändern, wirkt eine durch eine Zentrifugalkraft erzeugte laterale Kraft auf das Fahrzeug und kippt den Gabelstapler. Das Kippen kann den Karosserierahmen neigen und dadurch das Fahrzeug destabilisieren.
  • Eine japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 58-211903 beschreibt einen Gabelstapler, der ein Erfassungsgerät zum Erfassen einer Zentrifugalkraft hat. Falls die erfasste Zentrifugalkraft einen vorbestimmten Wert überschreitet, wenn das Fahrzeug Richtungen ändert, sperrt ein Verriegelungsmechanismus die Achse zu dem Karosserierahmen, um ein Kippen des Karosserierahmens zu minimieren. Der Gabelstapler lenkt sich daher in einer stabilen Art und Weise.
  • Eine japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 58-167215 beschreibt einen Gabelstapler, der ein Erfassungsgerät zum Erfassen des Gewichts einer Ladung auf der Gabel und der Höhe der Gabeln erfasst. Falls das erfasste Ladungsgewicht und die Gabelhöhe vorbestimmte Grenzwerte übersteigen, sperrt ein Verriegelungsmechanismus die Achse. Der Verriegelungsmechanismus gemäß diesem Dokument sperrt die Achse durch ein Einfügen zweier Blöcke zwischen den Karosserierahmen und die Achse. Jedoch können die Sperren nicht eingefügt werden, wenn die Achse geschwenkt ist, da ein Schwenken der Achse den Zwischenraum zwischen der Achse und dem Karosserierahmen einengt. Mit anderen Worten, wenn sie angehoben ist, kann die Achse nicht gesperrt werden. Deshalb gibt es keine nachfolgende Erschütterung, die durch ein sinkendes Rad verursacht wird.
  • Eine japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-315125 , die durch den vorliegenden Bevollmächtigten eingereicht wurde, beschreibt ein Achssperrgerät, das in 12 dargestellt ist. Hinterräder 91 werden durch eine Hinterachse 92 abgestützt. Die Hinterachse 92 ist an einem Rahmen 93 durch einen Mittelzapfen 94 schwenkbar abgestützt. Ein hydraulischer Dämpfer 95 befindet sich zwischen der Hinterachse 92 und dem Rahmen 93. Ein elektromagnetisches Ventil 96 befindet sich an dem Dämpfer 95. Ein Steuergerät (nicht gezeigt) erregt oder entregt einen Solenoid des Ventils 96, um dadurch den Dämpfer 95 zu sperren oder zu entriegeln. Speziell das Steuergerät veranlasst den Dämpfer 95, die Hinterachse 92 zu sperren, wenn die Gabelhöhe und das Ladungsgewicht größer als vorbestimmte Grenzwerte sind. Der Dämpfer 95 funktioniert als eine Vorrichtung zum Sperren der Hinterachse 92 als auch als ein Stoßdämpfer. Die Verwendung des Dämpfers 95 reduziert daher die Anzahl der Teile in dem Gerät und vereinfacht die Konstruktion.
  • Da die Grenzwerte nur für die Gabelhöhe und das Ladungsgewicht eingestellt sind, kann die Hinterachse 92 gesperrt werden, während sie relativ zu dem Rahmen 93 gekippt wird. Zum Beispiel kann die Hinterachse 92 gesperrt werden, selbst wenn eines der Hinterräder 91 auf einer Stufe oder einem Höcker bzw. Erhebung ist. Wenn der Gabelstapler sich demnach auf einer flachen Straßenoberfläche bewegt, verliert das angehobene Hinterrad 91 den Kontakt zu der Straßenoberfläche. Das heißt, da der Schwerpunkt relativ nahe bei den Vorderrädern ist, wenn der Gabelstapler eine relativ schwere Last an einer relativ hohen Position trägt, bleibt das Hinterrad 91 angehoben, das durch einen Höcker angehoben wurde. Folglich wird das Fahrzeug nur durch drei Räder abgestützt, oder durch die Vorderräder und das andere Hinterrad 91. Dies destabilisiert das Fahrzeug.
  • Ferner veranlasst ein Entsperren bzw. Freigeben der Hinterachse 92, während eines der Hinterräder 91 angehoben ist, das angehobene Rad 91 auf den Boden zu fallen, was in einer großen Erschütterung bzw. Stoß resultiert. Die kann eine Ladung auf einer Palette bzw. Laderost, der durch die Gabeln getragen wird, veranlassen, sich zu verschieben. Insbesondere, wenn die Hinterachse gesperrt ist, sind die Gabelhöhe und das Ladungsgewicht größer als die Grenzwerte, das heißt, die getragene Ladung ist schwer und wird an einer hohen Position gehalten. In diesem Zustand kann ein Entsperren der Hinterachse 92 die Ladung verschieben und den Betrieb stören.
  • Zusätzlich zu den voranstehend erwähnten Nachteilen kann ein stabiler Betrieb eines solchen Industriefahrzeugs durch Umfeldbedingungen beeinflusst werden, was eine Kippmessung negativ beeinflussen kann.
  • Eine japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift JP 60-252011 offenbart ein Rollwinkelerfassungsgerät zur Erfassung einer stetigen Variation eines Chassis-Rollwinkels eines Fahrzeugs. Die Achse eines Rades und das Chassis bzw. Fahrgestell sind durch ein oberes und ein unteres Verbindungselement verbunden, und ein Potentiometer wird an einem Basisendteil des oberen Verbindungselements installiert. Eine Spannung wird auf das rechte bzw. linke Potentiometer aufgebracht, die jeweils mit den Rädern einer Achse verbunden sind, und der Unterschied zwischen den Ausgabesignalen wird als Hinweis auf den Rollwinkel des Fahrgestells genommen.
  • Jedoch, wenn solch ein Erfassungsmechanismus des Standes der Technik Fremdstoffen, die durch die Räder verteilt werden, ausgesetzt ist, können die Verbindungselemente als auch das Potentiometer leicht beschädigt werden.
  • Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Achsschwenkwinkelerfassungsgerät für Industriefahrzeuge mit erhöhter Verlässlichkeit vorzusehen, das den Schwenkwinkel einer Achse erfasst, die die Räder abstützt, und ein Sperren der Achse in Übereinstimmung mit dem Schwenkwinkel der Achse steuert.
  • Um die vorangehende und andere Aufgaben und in Übereinstimmung mit dem Zweck der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird ein Achsschwenkwinkelerfassungsgerät für ein Industriefahrzeug vorgesehen. Das Fahrzeug hat eine Achse, die ein Rad abstützt, und ist schwenkbar an einem Rahmen um eine Schwenkachse herum abgestützt. Das Gerät hat eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Schwenkwinkels der Achse und einen Wandler zum Umwandeln einer Schwenkbewegung der Achse in eine Dreh- oder Linearbewegung. Die Erfassungseinrichtung befindet sich an dem Rahmen oder der Achse. Der Wandler betätigt die Erfassungseinrichtung in Übereinstimmung mit der umgewandelten Bewegung und ist von der Schwenkachse beabstandet.
  • Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen genommen wird, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellen.
  • Die Erfindung, zusammen mit Aufgaben und Vorteilen von dieser, können durch Bezug auf die folgende Beschreibung der derzeitig bevorzugten Ausführungsformen, zusammen mit den angefügten Zeichnungen, am besten verstanden werden, wobei:
  • 1 ist eine Teilrückansicht, die ein Achsschwenkwinkelerfassungsgerät darstellt, das gemäß einer ersten Ausführungsform an einen Gabelstapler montiert ist;
  • 2 ist eine vergrößerte Draufsicht von 1;
  • 3 ist eine vergrößerte Ansicht von 1;
  • 4 ist eine schematische Ansicht, die ein Schwenkwinkelsteuerungsgerät zeigt, das in den Gabelstapler der ersten Ausführungsform eingesetzt ist;
  • 5 ist eine schematische Rückansicht, die den Gabelstapler von 4 darstellt;
  • 6 ist eine Seitenansicht, die den Gabelstapler von 5 darstellt;
  • 7 ist ein Kennfeld, das in einer Schwenkwinkelsteuerung für den Gabelstapler von 4 verwendet wird, und
  • 8 ist ein Diagramm, das die Schwenkbereiche einer Hinterachse zeigt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 1 bis 8 beschrieben.
  • Ein in 6 dargestellter Gabelstapler 1 hat angetriebene Vorderräder 7 und gelenkte Hinterräder 11. Ein Paar von äußeren Masten 2 sind an der Front eines Karosserierahmens 1a angeordnet. Ein Paar von inneren Masten 3 ist zwischen den äußeren Masten 2 angeordnet. Eine Gabel 4 ist an jeden inneren Mast 3 durch eine Kette und ein Hubzahnrad (beide nicht gezeigt) gekoppelt. Die äußeren Masten 2 sind an den Karosserierahmen 1a durch Kippzylinder 5 gekoppelt, welche die Masten relativ zu dem Karosserierahmen 1a kippen. Ein Hubzylinder 6 befindet sich an der Rückseite eines jeden äußeren Masts 2. Jeder Hubzylinder 6 hat einen Kolbenstab 6a, der an das obere Ende des entsprechenden inneren Masts 3 gekoppelt ist. Die Hubzylinder 6 verlängern die Kolbenstäbe 6a und ziehen sie zurück, wodurch sich die Gabeln 4 heben und senken.
  • Jedes Vorderrad 7 ist durch ein Differentialhohlrad 8 (siehe 4) und einer Übersetzung (nicht gezeigt) mit einer Brennkraftmaschine 9 verbunden. Dadurch werden die Vorderräder 7 durch die Brennkraftmaschine 9 angetrieben. Wie in 4 und 5 gezeigt ist, erstreckt sich eine Hinterachse 10 durch den unteren Heckabschnitt des Karosserierahmens 1a. Die Hinterachse 10 ist an dem Boden des Karosserierahmens 2 durch einen Mittelzapfen 10a befestigt und schwenkt um den Mittelzapfen 10a. Die Hinterräder 11, die zum Drehen des Fahrzeugs gelenkt werden, sind an die Enden der Hinterachse 10 gekoppelt. Ein Lenkzylinder (nicht gezeigt) befindet sich an der Hinterachse 10. Der Lenkzylinder hat ein Paar von Kolbenstangen, wovon jeder an eines der Hinterräder 11 gekoppelt ist. Der Lenkzylinder wird durch ein Lenkrad 12 gesteuert, wodurch die Hinterräder 11 gelenkt werden.
  • Wie in 5 gezeigt ist, verbindet ein Dämpfer (Hydraulikzylinder) 13 die Hinterachse 10 mit dem Karosserierahmen 1a. Der Dämpfer 13 hat ein Gehäuse 13a und einen Kolben 13b. Das Gehäuse 13a ist an den Karosserierahmen 1a gekoppelt, und der Kolben 13b hat einen Kolbenstab 13c, der sich von diesem aus erstreckt. Das distale Ende des Kolbenstabes 13c ist an die Hinterachse 10 gekoppelt.
  • Der Kolben 13b definiert eine erste Kammer R1 und eine zweite Kammer R2 in dem Gehäuse 13a. Die erste und zweite Kammer R1, R2 sind mit einem ersten und zweiten Kanal P1 bzw. P2 verbunden. Der erste Kanal P1 und der zweite Kanal P2 verbinden die erste Kammer R1 und die zweite Kammer R2 jeweils mit einem Steuerventil 14. Das Steuerventil 14 ist ein normal geschlossenes Zweiwegeschaltventil, das zwei Anschlüsse und eine Spule hat. Die Spule hat eine Trennposition 15 und eine Verbindungsposition 16. Der zweite Kanal P2 ist an einen Speicher 17 durch einen dritten Kanal P3 und ein Sperrventil 18 gekoppelt. Der Speicher 17 speichert Hydrauliköl und gleicht ein Hydraulikölentweichen von dem Dämpfer 13 aus. Der zweite Kanal P2 hat eine Drossel 19.
  • Wenn die Spule des Ventils 14 an der wie in 5 gezeigten geschlossenen Position 15 ist, wird ein Ölfluss zwischen den Kammern R1, R2 verhindert. Entsprechend ist der Dämpfer 13 gesperrt. Folglich ist die Hinterachse 10 zu dem Karosserierahmen 1a gesperrt und kann nicht schwenken. Wenn in der Verbindungsposition 16, die gegenüber von der Trennposition 16 ist, was in 5 gezeigt ist, erlaubt die Spule einen Ölfluss zwischen den Kammern R1, R2. In diesem Zustand ist der Dämpfer 13 unverriegelt und die Hinterachse 10 ist schwenkbar. Ein Schwenken der Achse 10 wird durch ein Paar von Anschlägen 1b begrenzt, die an dem Boden des Rahmens 1a ausgebildet sind. Speziell die Anschläge 1b begrenzen ein Schwenken der Achse 10 innerhalb eines Bereichs von ± 4°. Das Steuerventil 14 wird durch ein Steuergerät 20 gesteuert, das an der Vorderseite des Rahmens 1a montiert ist.
  • Wie in 4 gezeigt ist, hat der Gabelstapler 1 einen Gierratensensor 21, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 22, zwei Gabelhöhensensoren 23, 24, einen Drucksensor 25 und ein Potentiometer 26. Die Sensoren 21 bis 25 und das Potentiometer 26 sind in eine Achsenschwenksteuerung zum Sperren der Hinterachse 10 eingesetzt und sind mit dem Steuergerät 20 verbunden.
  • Der Gierratensensor 21 hat zum Beispiel ein Gyroskop und ist an der Front des Karosserierahmens 1a in einer vorbestimmten Orientierung befestigt zum Erfassen der Gierrate Y (Rad pro Sekunde) oder einer Winkelgeschwindigkeit des Gabelstaplers 1. Das Gyroskop des Sensors 21 kann ein piezoelektrisches Modell, ein Gasratenmodell oder ein optisches Modell sein.
  • Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 22 erfasst die Drehzahl des Zahnrads 8, wodurch die Geschwindigkeit V des Gabelstaplers 1 gemessen wird. Der Sensor 22 gibt dann ein für die Gabelstaplergeschwindigkeit V bezeichnendes Signal an das Steuergerät 20 ab.
  • Die Gabelhöhensensoren 23, 24 befinden sich an einem der äußeren Masten 2 an vorbestimmten Höhen. Die Sensoren 23, 24 haben zum Beispiel Begrenzungsschalter. Die maximale Höhe Hmax der Gabel 4 ist 5 oder 6 m. Der Höhensensor 23 wird abgeschaltet, wenn die Höhe der Gabel 4 kleiner als 2 m ist, und wird angeschaltet, wenn die Gabelhöhe 2 m oder mehr ist. Der Höhensensor 24 wird abgeschaltet, wenn die Gabelhöhe kleiner als 4 m ist, und wird angeschaltet, wenn die Gabelhöhe 4 m oder mehr ist. Daher teilen die Höhensensoren 23, 24 die Gabelhöhe in drei Höhenbereiche, oder einen unteren Höhenbereich (0 bis 2 m), einen mittleren Höhenbereich (2 bis 4 m) und einen hohen Höhenbereich (4 m und höher). Bezug nehmend auf Signale von den Höhensensoren 23, 24, entscheidet das Steuergerät 20, in welchem Bereich die Gabeln 4 sind.
  • Der Drucksensor 25 befindet sich am Boden von einem der Hubzylinder 6 und erfasst den Druck in dem Zylinder 6. Der Druck in dem Hubzylinder 6 ist eine Funktion des Gewichts w auf den Gabeln 4. Der Sensor 25 erfasst demnach indirekt das Gewicht w auf den Gabeln 4 und sendet den erfassten Wert an das Steuergerät 20. Bezogen auf den eingegebenen Wert, entscheidet das Steuergerät 20 ob das Gewicht w größer als ein vorbestimmter Wert w0 ist. Der Wert w0 ist ein Referenzwert zum Beurteilen des Gewichts w. Das Steuergerät 20 entscheidet, dass das Gewicht w relativ leicht ist, wenn es gleich oder leichter als der Referenzwert w0 (w ≤ w0) ist. Das Steuergerät 20 entscheidet, dass das Gewicht w relativ schwer ist, wenn es schwerer als der Referenzwert w0 (w > w0) ist.
  • Wie in 4 und 5 gezeigt ist, befindet sich das Potentiometer 26 an einer Seite des Karosserierahmens 1a zum Erfassen des Schwenkwinkels θ der Hinterachse 10. Das Potentiometer 26 ist an die Hinterachse 10 durch einen Verbindungsmechanismus 27 gekoppelt. Der Verbindungsmechanismus 27 wandelt eine Schwenkbewegung der Hinterachse 10 in eine Drehbewegung um. Das Potentiometer 26 erfasst die Drehbewegung und sendet den erfassten Wert an das Steuergerät 20. Der Schwenkwinkel θ ist der Winkel der Hinterachse relativ zu einer horizontalen Ebene, die relativ zu dem Rahmen 1a festgelegt ist. Der Schwenkwinkel θ ist 0°, wenn die Hinterachse 10 parallel zu der horizontalen Ebene des Rahmens 1a ist, und der Bereich des Schwenkwinkels ist -4° bis +4° (-4° ≤ θ ≤ 4°). Das Potentiometer 26 und der Verbindungsmechanismus 27 bilden ein Schwenkwinkelerfassungsgerät 28.
  • Der Aufbau des Schwenkwinkelerfassungsgeräts 28 wird nun mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist eine erste Halterung 29 an eine Seite des Karosserierahmens 1a durch Schrauben 30 gehalten. Die erste Halterung 29 erstreckt sich diagonal abwärts in Richtung der Hinterachse 10. Eine u-förmige zweite Haltung 31 ist an der ersten Halterung 29 durch eine Schraube 32 befestigt. Das Potentiometer 26 erstreckt sich durch eine Wand der zweiten Halterung 31 und ist an der zweiten Halterung 31 durch eine Abstützplatte 33 befestigt. Eine Eingangswelle 26a des Potentiometers 26 befindet sich innerhalb der zweiten Halterung 31.
  • Eine dritte Halterung 35 ist an der oberen Fläche der Hinterachse 10 direkt unterhalb der zweiten Halterung 31 befestigt. Die dritte Halterung 35 hat eine Wand 35a, die sich aufwärts erstreckt. Der Verbindungsmechanismus 27 hat ein kurzes erstes Verbindungselement 37 und ein langes zweites Verbindungselement 38. Das untere Ende des ersten Verbindungselements 37 ist durch einen Zapfen 39 schwenkbar an die Wand 35a gekoppelt. Das obere Ende des ersten Verbindungselements 37 ist durch einen Zapfen 40 schwenkbar an das untere Ende des zweiten Verbindungselements 38 gekoppelt. Das obere Ende des zweiten Verbindungselements 38 ist an die Eingangswelle 36a des Potentiometers 26 befestigt. Der Verbindungsmechanismus 27 wandelt eine Schwenkbewegung der Hinterachse 10 in eine Drehbewegung der Eingangswelle 26a um.
  • Eine Drehung der Hinterachse 10 um den Mittelzapfen 10a wird nicht direkt erfasst. Stattdessen erfasst das Potentiometer 26 eine Bewegung der Hinterachse 10. Da das Potentiometer 26 und die Halterung 35 relativ weit von dem Mittelzapfen 10a entfernt sind, ist die durch das Potentiometer 26 erfasste Bewegung relativ groß. Jedoch, falls das Potentiometer 26 zu nahe an dem Hinterrad 11 ist, können durch das Hinterrad 11 verteilte Fremdstoffe das Potentiometer 26 beschädigen. Deshalb besteht zwischen dem Potentiometer 26 und dem Rad 11 ein sicherer Abstand. Auch die zweite Halterung 31 hat eine mittlere Wand, die dem Hinterrad 11 zugewandt ist, und eine Öffnung, die dem Mittelzapfen 10a zugewandt ist. Die Verbindungselemente 37, 38 und die Eingangswelle 26a des Potentiometers 26 befinden sich innerhalb der zweiten Halterung 31. Die zweite Halterung 31 schützt deshalb die Eingangswelle 26a und die Verbindungselemente 37, 38 vor Schmutz und kleinen Steinen, die durch das Hinterrad 11 verteilt werden.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist der Abstand zwischen der Achse des Mittelzapfens 10a und dem unteren Ende des ersten Verbindungselements 37 (die Mitte des Zapfens 39) als ein Abstand A definiert. Die Länge des zweiten Verbindungselements 38 (der Abstand zwischen der Achse der Eingangswelle 26a und der Mitte des Zapfens 40) ist als ein Abstand B definiert. Falls eine Hinterachse 10 um einen wie in 3 dargestellten Winkel Δθ schwenkt, wird die Eingangswelle 26a um einen Winkel gedreht, der durch Multiplizieren der Winkeländerung Δθ mit einer Zahl K, die größer als 1 ist, erhalten wird. Die Zahl K ist der Abstand A, der durch den Abstand B geteilt wird (K = A/B). Das untere Ende des ersten Verbindungselements 37 befindet sich soweit wie möglich von der Mitte des Mittelzapfens 10a zum Maximieren der Zahl K entfernt. Aus demselben Grund wird die Länge des zweiten Verbindungselements 38 minimiert. In der Ausführungsform der 1 bis 8 ist die Zahl K (A/B) ungefähr 4 (A/B ≈ 4). Dadurch wird die Winkeländerung Δθ der Hinterachse 10 vierfach verstärkt, wenn an die Eingangswelle 26a eingegeben. Die Winkeländerung Δθ wird verstärkt, falls die Zahl K größer als 1 ist.
  • Eine Achsschwenksteuerung, die durch das Steuergerät 20 ausgeführt wird, wird nun beschrieben.
  • Das Steuergerät 20 hat einen Mikrocomputer und einen Festspeicher bzw. ROM (beide nicht gezeigt). Der Mikrocomputer führt ein Achsschwenksteuerprogramm aus, das in dem Festspeicher (ROM) gespeichert ist, in vorbestimmten Zeitintervallen, zum Beispiel alle 10 Millisekunden. Das Achsschwenksteuerprogramm bezieht sich auf eine Steuerungsprozedur zum Sperren der Hinterachse, wenn der Fahrzustand des Gabelstaplers und der Ladezustand auf den Gabeln vorbestimmte Bedingungen erfüllen. Die Sensoren 21, 22 erfassen den Fahrzustand und die Sensoren 23, 24 und 25 erfassen den Ladezustand.
  • Der Fahrzustand des Gabelstaplers 1 wird basierend auf der Änderungsrate ΔY/ΔT der Gierrate Y und der seitlichen Beschleunigung Gs beurteilt, welche auf den Gabelstapler 1 wirkt, wenn sich der Gabelstapler 1 dreht. Die seitliche Beschleunigung Gs wird durch Multiplizieren der Fahrzeuggeschwindigkeit V mit der Gierrate Y berechnet (Gs = V·Y). Die Änderungsrate ΔY/ΔT der Gierrate Y wird basierend auf dem Unterschied zwischen der Gierrate Y in einer vorangehenden Routine bzw. Programmablauf und der Gierrate Y in der vorliegenden Routine berechnet. Wenn einer der Werte Gs und ΔY/ΔT einen entsprechenden Bestimmungswert g0 und y0 überschreitet, sperrt das Steuergerät 20 die Hinterachse 10.
  • Die Verriegelungsbedingung bzw. Sperrbedingung hinsichtlich des Ladezustands (Ladebedingung) ist erfüllt, wenn der Schwerpunkt des Gabelstaplers aufgrund einer hohen Gabelposition und einer schweren Last auf den Gabeln hoch ist. Wenn die Ladebedingung erfüllt ist, wird die Hinterachse 10 normalerweise gesperrt. Jedoch, falls die Ladebedingung erfüllt ist, wird die Hinterachse 10 nicht gesperrt, falls der Absolutwert des durch das Potentiometer 26 erfasste Schwenkwinkel θ, oder der Winkel der Hinterachse 10 relativ zu dem Karosserierahmen 1a, 2° übersteigt (θ > 2° oder θ < -2°). Das heißt, die Hinterachse 10 wird nicht gesperrt, wenn der Schwenkwinkel θ in einem der freien Bereiche von 8 ist. Die Hinterachse 10 wird deshalb vom verriegelt Werden abgehalten, wenn eines der Hinterräder 11 über eine Stufe oder einen Höcker läuft.
  • Das Kennfeld M von 7 wird verwendet zum Bestimmen, ob die Lastbedingung erfüllt ist. Auf das Kennfeld M wird ebenfalls Bezug genommen zum Wählen eines Schwellenwerts g0 der seitlichen Beschleunigung Gs. Entsprechend des Kennfeldes M wird die Hinterachse 10 gesperrt, wenn die Gabeln 4 hoch sind (H ≥ 4 m) und die Last schwer ist (w ≥ w0). Die seitliche Beschleunigung hat zwei Schwellenwerte (g0). Wenn die Gabelhöhe niedriger als 2 m ist, wird der Schwellenwert g0 zum Beispiel auf 0,18 (N) gesetzt. Wenn die Gabelhöhe gleich oder größer als 2 m ist, wird der Schwellenwert g0 zum Beispiel auf 0,08 (N) gesetzt. Die Schwellenwerte g0, y0 werden basierend auf Straßentests bestimmt oder werden theoretisch berechnet, so dass ein Verriegeln der Hinterachse 10 den Gabelstapler stabilisiert. Die Werte g0, y0 werden in Übereinstimmung mit dem Fahrzeugtyp oder den Bedingungen, in denen das Fahrzeug verwendet wird, geändert.
  • Während eines Betriebs des Gabelstaplers 1, führt der Mikrocomputer in dem Steuergerät 20 die Winkelschwenksteuerung aus. Der Mikrocomputer liest die Gierrate Y, die Fahrzeuggeschwindigkeit V, die Gabelhöhe H, das Ladungsgewicht w und den Schwenkwinkel θ zum Erfassen des Fahrzustands und des Ladezustands des Gabelstaplers 1 ein. Zum Beurteilen des Fahrzustands berechnet der Mikrocomputer die Änderungsrate ΔY/ΔT der Gierrate Y (Gierbeschleunigung) und die seitliche Beschleunigung bzw. laterale Beschleunigung Gs (Gs = V Y) basierend auf den erfassten Werten Y und V.
  • Der Schwellenwert g0 der lateralen Beschleunigung Gs ist auf 0,08 oder auf 0,18 in Übereinstimmung mit dem aktuellen Ladezustand gesetzt. Falls die Änderungsrate ΔY/ΔT der Gierrate Y gleich oder größer als der Schwellenwert y0 ist oder falls die seitliche Beschleunigung Gs gleich oder größer als der Schwellenwert g0 ist, wird die Hinterachse 10 gesperrt.
  • Wenn der Gabelstapler 1 nach einem Fahren in einer geraden Linie anfängt sich zu drehen, wird die Hinterachse 10 gesperrt, falls der Wert ΔY/ΔT gleich oder größer als y0 ist (ΔY/ΔT ≥ y0). Deshalb ist die Hinterachse 10 gesperrt, während sie noch immer ungeschwenkt ist, bevor die seitliche Beschleunigung Gs den Grenzwert g0 erreicht. Falls der Gabelstapler 1 eine Richtung ändert, wird das Lenkrad 12 gedreht und die seitliche Beschleunigung Gs wird 0 während der Richtungsänderung. Jedoch bleibt der Wert ΔY/ΔT gleich oder größer als y0 (ΔY/ΔT ≥ y0), während das Lenkrad 12 gedreht wird. Die Hinterachse 10 bleibt daher gesperrt, während der Änderung der Richtung, und der Gabelstapler 1 bleibt stabil.
  • Wenn die Gabeln 4 beladen oder entladen werden, ist die Hinterachse 10 gesperrt, wenn die Lastbedingung erfüllt ist, selbst wenn der Achswinkel θ in dem Bereich zwischen -2° und 2° ist (-2° ≤ θ ≤ 2°). Deshalb, wenn der Schwerpunkt des Fahrzeugs relativ hoch ist, neigt sich der Gabelstapler 1 nicht leicht nach rechts oder nach links. Das heißt, der Gabelstapler 1 ist stabil, wenn die Gabeln 4 beladen oder entladen werden.
  • Wenn die Gabeln 4 beladen oder entladen werden, kann eines der Hinterräder 11 auf eine signifikant große Stufe oder Höcker fahren. Dies wird die Hinterachse 10 relativ zu dem Karosserierahmen 1a um einen Winkel größer als 2° (θ > 2° oder θ < -2°) schwenken. In diesem Zustand ist die Hinterachse 10 nicht gesperrt, selbst wenn die Lastbedingung zum Sperren erfüllt ist. Stattdessen ist die Hinterachse 10 frei zu schwenken. Wenn der Gabelstapler 1 sich auf einer flachen Straßenoberfläche bewegt, erlaubt ein Schwenken der Hinterachse 10 dem Hinterrad 11, das auf einer Stufe oder einem Höcker war, von der Stufe oder dem Höcker herunterzufahren und die flache Straßenoberfläche zu berühren. Daher bewegt sich der Gabelstapler 1 nicht mit einem Hinterrad 11, das von der Straßenoberfläche abgehoben ist. Da der Gabelstapler 1 an vier Punkten abgestützt ist, oder durch die zwei Vorderräder 7 und die zwei Hinterräder 11, nach einem Überfahren einer Stufe oder eines Höckers, ist der Gabelstapler 1 stabil. Ferner wird das Hinterrad 11, das auf der Stufe oder dem Höcker ist, langsam von der Stufe oder dem Höcker herunterbewegt. Deshalb erzeugt ein Überfahren der Stufe oder des Höckers eine kleine Erschütterung an dem Gabelstapler 1.
  • Wenn ein Rad des Gabelstaplers 1 über eine Stufe oder einen Höcker fährt, ist die Hinterachse 10 frei zu schwenken, falls der Absolutwert des Schwenkwinkels θ größer als 2° ist. Jedoch verursacht ein Schwenken der Hinterachse 10 ein kleines Problem, da die Anschläge 1b den Winkel θ der Hinterachse 10 innerhalb 4° begrenzen. Ferner, wenn der Absolutbetrag des Schwenkwinkels θ größer als 2° ist, wird die Hinterachse 10 gesperrt, falls eine der Ungleichungen Gs ≥ g0 und ΔY/ΔT ≥ y0 erfüllt ist.
  • Eine Winkeländerung Δθ der Hinterachse 10 wird durch den Verbindungsmechanismus 27 ungefähr vervierfacht. Die Eingangswelle 26a des Potentiometers 26 wird deshalb um die vierfache Winkeländerung Δθ gedreht. Dies ermöglicht es den Schwenkwinkel θ der Hinterachse 10 akkurat zu erfassen. Folglich ist die Schwenkwinkelsteuerungsprozedur, die auf dem Schwenkwinkel θ der Hinterachse 10 basiert, akkurat und verlässlich.
  • Die Ausführungsform der 1 bis 8 hat die folgenden Vorteile.
    • (a) Das Potentiometer 26 ist entfernt von der Achse des Mittelzapfens 10a um einen vorbestimmten Abstand beabstandet. Eine Schwenkwinkeländerung Δθ der Hinterachse 10 wird durch den Verbindungsmechanismus 27 verstärkt. Deshalb wird der Schwenkwinkel θ der Hinterachse 10 genau erfasst. Der Verbindungsmechanismus 27 erlaubt es auch eine kleine Änderung des Hinterachsenschwenkwinkels θ positiv zu erfassen. Entsprechend ist die Verriegelungssteuerungsprozedur der Hinterachse 10 basierend auf dem Schwenkwinkel θ akkurat bzw. genau. Das Potentiometer 26 reduziert die Kosten des Sensors.
    • (b) Das Verhältnis (A/B) des Abstands A zwischen der Mitte O des Mittelzapfens 10a und dem befestigten Ende des ersten Verbindungselements 37 zu der Länge B des zweiten Verbindungselements 38 ist größer als 1. Insbesondere in der Ausführungsform der 1 bis 8 ist das Verhältnis A/B ungefähr 4 (A/B ≈ 4). Deshalb werden Änderungen des Schwenkwinkels θ, wenn sie erfasst werden, vervierfacht. Dies ermöglicht es, Änderungen des Schwenkwinkels θ ganz sicher zu erfassen.
    • (c) Das Schwenkwinkelerfassungsgerät 28 befindet sich innerhalb von einer vertikalen Ebene, die auf halben Weg zwischen dem entsprechenden Hinterrad 11 und dem Mittelzapfen 10a ist. Diese Stelle hindert Fremdstoffe daran, die durch das Hinterrad 11 verteilt werden, am beschädigen der Teile des Geräts 28. Ferner werden die Eingangswelle 26a und der Verbindungsmechanismus 27 durch die zweite Halterung 31 abgedeckt. Die zweite Halterung 31 schützt die Welle 26a und den Mechanismus 27 von Fremdstoffen, wie zum Beispiel Schmutz und kleine Steine. Das Potentiometer 26 ist deshalb weniger störanfällig.
    • (d) Das Potentiometer 26 und das Steuergerät 20 sind an demselben Karosserierahmen 1a abgestützt. Daher werden elektrische Leitungen von dem Steuergerät 20 leicht mit dem Potentiometer 26 verbunden.
    • (e) Wenn die Gabeln 4 hoch sind und die Last schwer ist, steht es der Hinterachse 10 frei, zu schenken, falls der Absolutwert des Achsenschwenkwinkels θ größer als 2° ist. Deshalb ist die Hinterachse 10 nicht gesperrt, wenn eines der Hinterräder 11 auf einer Stufe oder einem Höcker ist. Wenn sich der Gabelstapler 1 auf einer flachen Stelle bewegt, nach einem Überfahren einer Stufe oder eines Höckers, schwenkt die Hinterachse 10 und ermöglicht daher dem Hinterrad 11, die Straßenoberfläche zu berühren. Der Gabelstapler 1 wird deshalb auf eine stabile Art und Weise beladen und entladen.
    • (f) Wenn die Gabeln 4 hoch sind und die Last schwer ist, wird die Hinterachse 10 gesperrt, falls das Schwenken der Hinterachse 10 gleich oder kleiner als 2° ist. Daher, selbst wenn der Schwerpunkt relativ hoch ist, neigt sich der Karosserierahmen 1a nicht leicht nach rechts oder nach links. Dies stabilisiert ein Beladen und ein Entladen des Gabelstaplers 1.
  • Irgendein Gerät, das eine Dreh- oder Linearbewegung erfasst, kann verwendet werden. Das Gerät ist nicht auf Geräte begrenzt, die stetige Bewegungsänderungen erfassen. Zum Beispiel kann ein Gerät mit Begrenzungsschaltern eingesetzt werden. In diesem Fall sind Erfassungsteile, wie zum Beispiel Mitnehmer, ausgebildet, um den Begrenzungsschaltern des Geräts zu entsprechen. Das Gerät erfasst den Schwenkwinkel der Hinterachse basierend auf der Kombination von AN-Signalen und AUS-Signalen der Begrenzungsschalter. Der Ausdruck „Bewegung" in dieser Beschreibung ist nicht auf Bewegungen mit einem geraden Weg begrenzt, solange eine Bewegung einen kontinuierlichen Weg hat. Zum Beispiel, falls die Eingangswelle eines Sensors schwenkt, ist die Bewegungsbahn bogenförmig. Diese bogenförmige Bewegung ist in der Definition von „Bewegung" in der vorliegenden Beschreibung enthalten.
  • Sensoren zum Erfassen des Fahrzustands des Gabelstaplers 1 sind nicht auf den Gierratensensor 21 und Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 22 begrenzt. Jedoch können irgendwelche Sensoren verwendet werden, solange die Sensoren notwendige Werte zum Berechnen der seitlichen Beschleunigung Gs und der Änderungsrate ΔY/ΔT der Gierrate Y erzielen. Zum Beispiel kann der Gierratensensor 21 durch einen Lenkwinkelsensor ersetzt werden, der einen Radwinkel des Hinterrads 11 erfasst. In diesem Fall werden der Radwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit V verwendet zum Berechnen der lateralen Beschleunigung Gs (= V2/r) und der Änderungsrate ΔY/ΔT der Gierrate Y = (V·Δ(1/r)/ΔT), wobei „r" ein Wenderadius ist, der basierend auf dem Radwinkel beurteilt wird. Außerdem kann eine Kombination eines Beschleunigungssensors und des Gierratensensors 21 zum Berechnen der Wert Gs und ΔY/ΔT verwendet werden.
  • Der Fahrzustand des Gabelstaplers 1 kann nur auf der lateralen Beschleunigung Gs basierend beurteilt werden. Die Änderungsrate ΔY/ΔT der Gierrate Y ist nicht notwendigerweise erforderlich. Ferner kann die Änderungsrate ΔGs/ΔT der lateralen Beschleunigung Gs anstelle der Änderungsrate ΔY/ΔT der Gierrate Y verwendet werden.
  • Die Achsenschwenksteuerung kann nur auf dem Ladezustand basierend ausgeführt werden. Das heißt, die Sperrbedingungen hinsichtlich des Fahrzustands können weggelassen werden. Mit anderen Worten kann das Gerät der vorliegenden Erfindung in einem Sperrgerät verwendet werden, das eine Achse nur auf dem Ladezustand basierend sperrt.
  • Die Ausdrücke in dieser Beschreibung sind wie folgt definiert.
  • „Schwenkwinkelsteuerung": Eine Steuerung zum Senken eines Schwenkbereichs einer Achse. Die Schwenkwinkelsteuerung ist nicht auf eine Steuerung zum starren Sperren einer Achse begrenzt. „Industriefahrzeug": Industriefahrzeuge, die durch eine Bedienperson gesteuert werden und Arbeitsvorrichtungen haben. Die Industriefahrzeuge sind nicht auf Fahrzeuge zum Laden und Entladen von Fracht begrenzt, sondern beinhalten Baufahrzeuge, wie zum Beispiel Schaufellader und Fahrzeuge für hohe Hubarbeit, als auch Gabelstapler.
  • Deshalb soll die vorliegende Erfindung und Ausführungsform als illustrativ und nicht beschränkend betrachtet werden und die Erfindung ist nicht auf hierin gegebene Details begrenzt, sondern kann innerhalb des Rahmens der angefügten Ansprüche modifiziert werden.

Claims (2)

  1. Achsschwenkwinkelerfassungsgerät für ein Industriefahrzeug mit einer Achse (10), die ein Rad (11) abstützt und schwenkbar um eine Schwenkachse (10a) an einem Rahmen (1a) abgestützt ist, wobei das Gerät (28) Folgendes aufweist: eine Erfassungseinrichtung (26) zum Erfassen des Schwenkwinkels der Achse (10), wobei sich die Erfassungseinrichtung (26) an dem Rahmen (1a) befindet, wobei die Erfassungseinrichtung (26) ein Potentiometer mit einer drehbaren Eingangswelle aufweist; und einen Wandler (27) zum Umwandeln einer Schwenkbewegung der Achse (10) in eine Dreh- oder Linearbewegung, wobei der Wandler (27) die Erfassungseinrichtung (26) in Übereinstimmung mit der umgewandelten Bewegung betätigt, wobei der Wandler (27) von der Schwenkachse (10a) beabstandet ist, und wobei der Wandler (27) einen Verbindungsmechanismus (27) aufweist, der eine Bewegung der Achse (10) verstärkt und die Achsenbewegung in eine Drehbewegung umwandelt; wobei der Verbindungsmechanismus (27) ein erstes Verbindungselement (27), das durch einen Zapfen (39) an die Achse (10) gekoppelt ist, ein zweites Verbindungselement (38), das länger als das erste Verbindungselement (37) ist und an die Eingangswelle (26a) der Erfassungseinrichtung (26) gekoppelt ist, und ein Gelenk (40) hat, das das erste Verbindungselement (37) mit dem zweiten Verbindungselement (38) koppelt, wobei das erste Verbindungselement (37) und zweite Verbindungselement (38) in einem Winkel zueinander sind, und das Verhältnis (A/B) von einem Abstand (A) zwischen der Schwenkachse (10a) der Achse (10) und der Achse des Zapfens (39) zu der Länge (B) des zweiten Verbindungselements (38) größer als 1 ist, und wobei eine Abdeckung an dem Rahmen (1a) befestigt ist und einen U-förmigen Halter (31) aufweist, welcher eine Mittelwand, die dem Hinterrad (11) zugewandt ist, und eine Öffnung hat, die dem Mittelzapfen (10a) zugewandt ist, und welcher die Verbindungselemente (37, 38) und die Eingangswelle (26a) schützt, die sich innerhalb des Halters (31) befinden.
  2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (A/B) wenigstens 2 ist.
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