EP2580152A1 - Verfahren zum bestimmen einer kippwahrscheinlichkeit bei einem flurförderzeug - Google Patents

Verfahren zum bestimmen einer kippwahrscheinlichkeit bei einem flurförderzeug

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EP2580152A1
EP2580152A1 EP11745480.1A EP11745480A EP2580152A1 EP 2580152 A1 EP2580152 A1 EP 2580152A1 EP 11745480 A EP11745480 A EP 11745480A EP 2580152 A1 EP2580152 A1 EP 2580152A1
Authority
EP
European Patent Office
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probability
fzvl
determined
fzvr
fzhl
Prior art date
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Application number
EP11745480.1A
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English (en)
French (fr)
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EP2580152B1 (de
Inventor
Manfred Gerdes
Stefan Otterbein
Ralf Becker
Christian Schmidt
Martin Gustmann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2580152A1 publication Critical patent/EP2580152A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2580152B1 publication Critical patent/EP2580152B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F9/00—Devices for lifting or lowering bulky or heavy goods for loading or unloading purposes
    • B66F9/06—Devices for lifting or lowering bulky or heavy goods for loading or unloading purposes movable, with their loads, on wheels or the like, e.g. fork-lift trucks
    • B66F9/075—Constructional features or details
    • B66F9/07559—Stabilizing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F17/00—Safety devices, e.g. for limiting or indicating lifting force
    • B66F17/003—Safety devices, e.g. for limiting or indicating lifting force for fork-lift trucks

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a probability of tipping in an industrial truck, such as a forklift.
  • Forklift trucks (so-called FLT, English: fork-lift truck) from different manufacturers are constructed very similar in terms of the chassis.
  • Predominant are a front-axle drive with a front axle fixed to the body, a rear axle steering with a pendulum axle and an almost complete absence of a suspension (only the tire has elastic properties).
  • the steering is usually carried out as a hydrostatic steering, i.
  • the steering wheel angle is transmitted to the wheel steering angle via hydraulic connecting elements.
  • the lift mast with the fork is mounted in front of the front axle, the driver sits between the axles.
  • the drive of the FLT generates not only the driving torque but also the braking torque via the drive train.
  • a service brake which acts on all four wheels, is usually not provided.
  • FLTs are very compact, i. narrow and short, built, very agile and can lift large loads very high. This may result in load bearing, driving and especially on sloping roads possibly high risk of tipping over because of the loads on the fork, the overall center of gravity of the FLTs is greatly shifted and the static and dynamic tipping stability of the FLT u.U. very much reduced, which is not always predictable for the driver.
  • the x-axis points in the direction of travel, the y-axis perpendicular to the right along the front axis.
  • the z-axis is perpendicular to the xy plane and points downwards (legal system).
  • the rotation about the x-axis (longitudinal axis) is referred to as rolling, the rotation about the y-axis (transverse axis) as pitching, and the rotation about the z-axis (yaw axis) as yawing.
  • DE 103 04 658 A1 discloses a device for controlling the driving stability of a forklift and a method for controlling a forklift.
  • Sensors are used to record the load, the inclination of the mast and the lifting frame, the lifting height of the load, the tipping forces acting on the mast and the accelerations acting on the vehicle in the longitudinal and transverse directions and compared with specified limit values.
  • limit values which are dependent on the driving state, can not be arbitrarily exceeded by the driver, so that the vehicle generally remains stable regardless of the driving state (cornering, straight ahead, downhill, etc.).
  • the invention can purposefully improve the determination of the danger of tipping on industrial trucks by performing a tipping evaluation defined on an axle-specific and / or side-by-side basis.
  • the normal forces acting on the wheels are compared, wherein based on the normal forces preferably roll and pitch probabilities as tilting probabilities be determined.
  • the determination is based in particular on the forces in the z-direction (normal forces), in a four-wheel device, for example on FZVR.
  • FZVL normal force front right or left
  • F ZH R, F zhl normal force rear right or left.
  • preferred equations are given to determine certain roll and pitch probabilities. These equations are characterized by their particularly simple shape and still lead to very useful tipping ratings.
  • a counteracting tiltering operation is automatically performed in response to the certain probability of tilting.
  • setpoint accelerations in the x and y direction of the industrial truck are determined in order to reduce or eliminate the danger of tipping over.
  • the reliability can be significantly increased. Damage to man and / or machine can be avoided.
  • limit values for the lift mast drive to prevent inadmissible fork heights and lift mast inclinations can be specified. As an intervention, the driving speed can also be limited.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a counterweight forklift in a side view.
  • FIG. 2 shows an exemplary control circuit according to a preferred embodiment of the invention.
  • Figure 3 shows schematically the flow of a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a counterweight forklift 1 (hereinafter FLT) with a driver's cab 2, a chassis with a front axle 4, a steerable rear axle 6, for example a pendulum axle, and a counterweight 8 arranged in the region of the rear axle 6, schematically from the side.
  • FLT counterweight forklift 1
  • FIG. 1 shows a counterweight forklift 1 (hereinafter FLT) with a driver's cab 2, a chassis with a front axle 4, a steerable rear axle 6, for example a pendulum axle, and a counterweight 8 arranged in the region of the rear axle 6, schematically from the side.
  • a mast 10 is mounted with a tiltable about a tilt axis 12 mast 14.
  • a fork 17 is slidably guided, wherein the lifting height h G by means of a schematically indicated lifting cylinder 18 is adjustable.
  • the FLT 1 further comprises a control unit 20, which can be integrated in the vehicle control or designed as an external module.
  • the control unit 20 is arranged to carry out the invention. In the following, simple feasible estimates are explained, which can serve as a starting point for the following description.
  • the position (X F LT, V FLT, Z F _T) of the FLT center of gravity can be determined.
  • inclined planes and load cells can be used for axle load determination, ie such a determination can possibly take place with relatively little effort.
  • the FLT can be regarded as point mass m FLT .
  • the moment of inertia of the FLTs can be measured around the vertical axis JZZFLT and thus assumed to be known.
  • the fork load m La st and the position of the fork load center can, as described above, estimated or determined eg according to DE 103 04 658 A1. This results in a FLT overall model with two masses with two centers of gravity, which can be combined into a total mass total, a total center of gravity and a total moment of inertia.
  • the total mass m Ge berichtd determined to:
  • mTotal m L ast + TlFLT ⁇ tal
  • the vertical distance of the center of gravity ZG total from the origin is determined as:
  • ZTotal (TIFLT'ZFLT + rnL a st * Zload) / rnTotal
  • the total moment of inertia JzzTotal of the FLT around the vertical axis is determined as:
  • JzzTotal JzzFLT + TlLast'XLast 2 -
  • the normal forces on each wheel can be estimated, for example, from sensor signals and using the calculation model explained below by way of example:
  • a FLT generally has no separate suspension, ie the rear swing axle is hinged unsprung on the FLT structure and the front wheels of the FLT are mounted directly and rigidly on the body.
  • the FLT structure is mechanically at three points, ie at the front wheels and at the joint of the pendulum axle, fixed. If the roll and pitch angles of the FLT are now measured, the road inclinations in these directions are estimated, and the yaw rate v Gi , the transverse and longitudinal accelerations a y and a x are measured, the normal forces can be calculated from the force and torque sums of the FLT structure at the front wheels Fzvi and F Z V R are determined as well as the transverse and normal forces F QH and F ZH in the joint of the pendulum axle:
  • F ZH - nva y 'sin ( ⁇ p R + ⁇ p) - (F Z V R + F Z V L );
  • F Z VR 1/2 '[(FZVL + FZVR) - (FZVL-FZVR)]
  • FZVL [(FZVL + FZVR) - ZV]
  • hpG height of joint swing axle over ground [m]
  • RQHA (FZHR-FZHL) / (FZHR + FZHL) -
  • RLL (FZVL-FZHL) / (FZVL + FZHL)
  • RLR (FZVR-FZHR) / (FZVR + FZHR) - It is also intended to determine a total rolling probability R L :
  • a tilting counteracting intervention is performed automatically.
  • the need for a corrective intervention can be derived from the amounts for the risk of tipping near 1.
  • a threshold a value of eg
  • 0.9 can be used.
  • the FLT can swing up with a high probability of overturning. It is also possible to set the turn-off threshold (e.g., at 0.8) for interventions to be lower than the turn-on threshold (e.g., at 0.9).
  • the equations given above may be for a target size, here e.g. maximum allowable lateral acceleration ayumvA or ayumHA.
  • desired values RovAum or RoHAUm are specified, e.g. as a fixed quantity or as a time-variable variable with a sliding adjustment to the actual value:
  • ayLimVA ⁇ ⁇ , ⁇ 8 « ⁇ ⁇ 1/2 ⁇ ⁇ ( ⁇ ⁇ ⁇ 8 ( ⁇ + ⁇ ) + h S 'Sin ( P +)) +
  • the smaller of the lateral acceleration values is selected and used for the limiting value formation:
  • ayLim min ⁇ ayLimVA; a LimHA ⁇ .
  • the lateral acceleration for example by means of steering and / or drive interventions, is now regulated so that the specific limit value is not exceeded.
  • the effectiveness of a lateral acceleration control can be improved. For example. results from the dynamic behavior of the FLTs when driving forward a poor controllability of the lateral acceleration, ie the gain of the lateral acceleration loop can not be chosen very large. Therefore, in a preferred embodiment, a second control loop is established via the yaw rate v G i of the FLT.
  • the task is transmitted to the yaw rate control loop to generate quasi-stationary movement behavior of the FLT in the sense of a subordinate control loop.
  • the target value v G iso of the yaw rate control is assumed on the assumption that the slip angle gradient of the FLT should become small
  • v is the longitudinal velocity of the FLT.
  • FIG. 2 schematically shows a control loop structure 200 for regulating a lateral acceleration a y and a yaw rate v Gi .
  • the control loop 200 is supplied with corresponding setpoints aysoii and v GiS oii as reference variables.
  • the setpoints are each fed to a comparison element, to which the instantaneous actual values a y and v Gi are also supplied as control variables.
  • the comparison elements determine the respective control deviation.
  • the lateral acceleration control deviation is fed to a yaw rate controller 201, the yaw rate deviation is fed to a yaw rate controller 202.
  • the two control elements each determine a manipulated variable, for example a steering movement, which are summed up and supplied with a possible disturbance variable L w to a lateral acceleration control path 203 and a yaw rate control path 204.
  • the actual values a y and v Gi resulting from the controlled systems are, as already mentioned, used as a control variable for comparison with the respective reference variable.
  • the statements made above regarding the lateral acceleration a y apply in a correspondingly adapted manner for the longitudinal acceleration a x .
  • a permissible longitudinal acceleration a x u m is determined from the inversion of the equation for the pitch probability and the actual longitudinal acceleration is limited to this value, for example via a drive intervention.
  • the travel speed is expediently limited to low values. If it is determined in the load identification that there is a load on the fork that would lead to (static) overturning of the FLT with the existing (ascertained) road inclination above a certain lifting height, the lifting height is expediently limited accordingly. This can be done, for example, by limiting the switching through of the control valves of the lifting mast, so that the lifting mast can not be moved to critical heights. Alternatively or additionally, the driver at the driver's seat, the criticality of the load, for example visually or acoustically, are displayed.
  • a block 301 necessary parameters are determined, for example estimated or measured. These include the roadway inclination in the longitudinal and transverse directions, which can be estimated, for example, from center of gravity signals. Furthermore, the recorded fork load and the fork load dimension are determined, which can be estimated for example due to Hubmastsignalen. On the basis of these and in particular further immutable variables, the total center of gravity of the loaded FLT is determined in a block 302.
  • a block 303 the four forces acting on one wheel-in the present case-are determined.
  • various tilting probabilities R such as those shown in FIG. Rolling probabilities and pitch probabilities, certainly.
  • the determined tilting probabilities are evaluated by, for example, being compared with a predetermined threshold value. It can also be considered how long and by how much the respective probability of tipping exceeds first threshold. If it is determined in this evaluation that there is no danger of tipping over, the method returns to the starting point 301.
  • a tamper-evident intervention is automatically performed in step 306.
  • This intervention may consist in particular of regulating a transverse and / or longitudinal acceleration and / or a yaw rate-as explained above.
  • a subsequent step 307 it is checked whether a predetermined overturning condition still exists, for example by checking whether a certain tilting probability has fallen below a second threshold value.
  • the first and second threshold values may be different in particular. If the tilt condition continues, the engagement 306 continues to be performed, but if the condition is no longer present, it returns to the starting point 301. Also in the evaluation in step 307, it is advantageously taken into account how long the second threshold value has been undershot in order to prevent rocking.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Kippwahrscheinlichkeit eines Flurförderzeugs (1) mit wenigstens drei Rädern, wobei für wenigstens zwei Räder jeweils die in z-Richtung wirkende Normalkraft (FZVL, FZHL) bestimmt wird, wobei wenigstens zwei Normalkräfte (FZVL, FZHL) verglichen werden und die Kippwahrscheinlichkeit des Flurförderzeugs (1) aufgrund des Vergleichsergebnisses bestimmt wird.

Description

Verfahren zum Bestimmen einer Kippwahrscheinlichkeit bei einem Flurförderzeug
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Kippwahrscheinlichkeit bei einem Flurförderzeug, wie bspw. einem Gabelstapler.
Stand der Technik
Gabelstapler (sog. FLT, englisch: Fork-Lift-Truck) unterschiedlicher Hersteller sind bzgl. des Fahrwerks sehr ähnlich aufgebaut. Vorherrschend sind ein Vorderachsantrieb mit einer am Aufbau fest montierten Vorderachse, eine Hinterachslenkung mit einer Pendelachse und ein nahezu vollständiger Verzicht auf eine Federung (nur der Reifen hat elastische Eigenschaf- ten). Die Lenkung wird üblicherweise als hydrostatische Lenkung ausgeführt, d.h. der Lenkradwinkel wird über hydraulische Verbindungselemente auf den Radlenkwinkel übertragen. Der Hubmast mit der Lastgabel ist vor der Vorderachse montiert, der Fahrer sitzt zwischen den Achsen. Der Antrieb des FLTs erzeugt neben den antreibenden Momenten auch die bremsenden Momente über den Antriebsstrang. Eine Betriebsbremse, die auf alle vier Räder wirkt, ist üblicherweise nicht vorgesehen.
FLTs sind sehr kompakt, d.h. schmal und kurz, gebaut, sehr wendig und können große Lasten sehr hoch heben. Dabei entsteht bei der Lastaufnahme, beim Fahren und insbesondere auf geneigten Fahrbahnen eine ggf. hohe Umkippgefahr, da durch die Lasten auf der Gabel der Gesamtschwerpunkt des FLTs stark verschoben wird und sich die statische und dynamische Kippstabilität des FLTs während der Fahrt u.U. sehr stark reduziert, was für den Fahrer nicht immer vorhersehbar ist.
Im Rahmen dieser Erfindung werden nachfolgende Begriffe und Definitionen verwendet: l Die x-Achse weist in die Fahrtrichtung, die y-Achse senkrecht dazu nach rechts entlang der Vorderachse. Die z-Achse steht senkrecht auf der x-y-Ebene und weist nach unten (Rechtssystem). Die Drehung um die x-Achse (Längsachse) wird als Wanken, die Drehung um die y-Achse (Querachse) als Nicken und die Drehung um die z-Achse (Hochachse/Gierachse) als Gieren bezeichnet.
Aus der DE 103 04 658 A1 , auf die für Details hinsichtlich des einem Gabelstapler zugrunde liegenden Stabilitätsmodells ausdrücklich verwiesen wird, ist eine Einrichtung zur Steuerung der Fahrstabilität eines Flurförderzeugs und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Flurförderzeugs bekannt. Über eine Sensorik werden die Last, die Neigung des Mastes und des Hub- gerüsts, die Hubhöhe der Last, die auf den Mast wirkenden Kippkräfte sowie die in Längsund Querrichtung auf das Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen erfasst und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen. Diese vom Fahrzustand abhängigen Grenzwerte können vom Fahrer willkürlich nicht überschritten werden, so dass das Fahrzeug in der Regel unabhängig vom Fahrzustand (Kurvenfahrt, Geradeausfahrt, Bergabfahrt ...) stabil bleibt.
Es ist wünschenswert, ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen einer Kippwahrscheinlichkeit anzugeben, um dann ggf. schneller reagieren zu können, um ein Kippen zu verhin- dem.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Kippwahrscheinlichkeit eines Flurförderzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung kann die Bestimmung der Kippgefahr bei Flurförderzeugen gezielt verbessern, indem eine achsweise und/oder seitenweise definierte Kippbewertung durchgeführt wird. Dabei werden die auf die Räder wirkenden Normalkräfte verglichen, wobei anhand der Normalkräfte vorzugsweise Wank- und Nickwahrscheinlichkeiten als Kippwahrscheinlichkeiten bestimmt werden. Die Bestimmung basiert insbesondere auf den Kräften in z-Richtung (Normalkräfte), bei einem Vierrad-Gerät bspw. auf FZVR. FZVL (Normalkraft vorne rechts bzw. links) und FZHR, Fzhl (Normalkraft hinten rechts bzw. links). In den abhängigen Ansprüchen sind u.a. bevorzugte Gleichungen angegeben, um bestimmte Wank- und Nickwahrschein- lichkeiten zu bestimmen. Diese Gleichungen zeichnen sich durch ihre besonders einfache Form aus und führen dennoch zu sehr brauchbaren Kippbewertungen.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung wird in Reaktion auf die bestimmte Kippwahrscheinlichkeit ein dem Kippen entgegenwirkender Eingriff automatisch durchgeführt. Zweckmäßi- gerweise werden Soll-Beschleunigungen in x- und y-Richtung des Flurförderzeugs bestimmt, um die Kippgefahr zu vermindern oder zu beheben. Damit kann die Betriebssicherheit deutlich erhöht werden. Schäden an Mensch und/oder Maschine werden vermieden. In Ausgestaltung können Begrenzungswerte für den Hubmastantrieb zur Verhinderung unzulässiger Gabelhöhen und Hubmastneigungen vorgegeben werden. Als Eingriff kann auch die Fahr- geschwindigkeit begrenzt werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gegengewichtstaplers in einer Seitenansicht.
Figur 2 zeigt einen beispielhaften Regelkreis gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Figur 3 zeigt schematisch den Ablauf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Wenngleich im Folgenden die Erfindung im Hinblick auf einen Gegengewichtsstapler erläutert wird, geschieht dies rein exemplarisch. Es sei betont, dass die beschriebenen Modelle auch auf andere Flurförderzeuge anwendbar sind, um die Erfindung zu verwirklichen.
Figur 1 zeigt einen Gegengewichtstapler 1 (im Folgenden auch FLT) mit einer Fahrerkabine 2, einem Fahrwerk mit einer Vorderachse 4, einer lenkbaren Hinterachse 6, beispielsweise einer Pendelachse, sowie einem im Bereich der Hinterachse 6 angeordneten Gegengewicht 8 schematisch von der Seite. O.E. sei im Folgenden angenommen, dass der Koordinatenursprung im Zentrum der Vorderachse liege, wobei die sich ergebenden Koordinatenachsen x, y und z in Figur 1 eingezeichnet sind.
An der Vorderseite des FLTs ist ein Hubgerüst 10 mit einem um eine Neigungsachse 12 kippbaren Mast 14 gelagert. Die Einstellung des Neigungswinkels a des Masts 14 erfolgt über eine Neigungseinrichtung mit beispielsweise zwei Neigungszylindern 16, die gelenkig am Fahrzeugrahmen und am Mast 14 befestigt sind. An dem rahmenförmigen Mast ist eine Gabel 17 verschiebbar geführt, wobei die Hubhöhe hG mittels eines schematisch angedeuteten Hubzylinders 18 einstellbar ist. Der FLT 1 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 20, die in die Fahrzeugsteuerung integriert oder als externes Modul ausgeführt sein kann. Die Steuereinheit 20 ist zur Durchführung der Erfindung eingerichtet. Im Folgenden werden zunächst einfach durchführbare Abschätzungen erläutert, die als Ausgangspunkt für die nachfolgende Beschreibung dienen können. Für weitere Details betreffend die Bestimmung verschiedener Größen bei einem Gabelstapler sei ausdrücklich auf die DE 103 04 658 A1 verwiesen. Es wird vorgeschlagen, mit Hilfe z.B. eines sogenannten Sensorwürfels mit Gierraten- und Beschleunigungssensoren in jede Richtung des Raumes den Bewegungszustand des FLTs zu messen, sodass eine quasistatische Bewegungstrajektorie des FLTs auf der Fahrebene (xy) von den dynamischen Signalanteilen der Bewegung, welche durch Lenk- und Antriebseinflüsse hervorgerufen werden, separiert werden kann. Damit kann die Fahrbahnnei- gung in Längs- und Querrichtung geschätzt werden. Diese Schätzwerte können vorteilhaft für die weiter unten beschriebenen Modellrechnungen verwendet werden.
Aus der Vermessung des leeren FLTs kann die Lage (XFLT, VFLT, ZF_T) des FLT-Schwerpunkts ermittelt werden. Bspw. können hierzu können schiefe Ebenen und Wägezellen zur Achslastermittlung genutzt werden, d.h. eine solche Ermittlung kann u.U. mit relativ niedrigem Aufwand erfolgen. In der Folge kann der FLT als Punktmasse mFLT betrachtet werden. Außerdem kann das Trägheitsmoment des FLTs um die Hochachse JZZFLT vermessen und damit als bekannt vorausgesetzt werden.
Die Gabellast mLast und die Lage des Gabellastschwerpunktes können, wie oben beschrieben, geschätzt oder z.B. gemäß DE 103 04 658 A1 bestimmt werden. Damit ergibt sich ein FLT-Gesamtmodell mit zwei Massen mit zwei Schwerpunkten, die zu einer Gesamtmasse niGesamt, einer Gesamtschwerpunktslage und einem Gesamtträgheitsmoment zusammenge- fasst werden können.
Die Gesamtmasse mGesamtwird ermittelt zu:
mGesamt = mLast + TlFLT · Der x-Schwerpunktsabstand zur Vorderachse xGesamt wird ermittelt zu:
^Gesamt = ( ΓΠρ_ *Χρΐ-Τ ~~ mLast'XLast ) / ITlGesamt-
Der vertikale Abstand des Gesamtschwerpunkts ZGesamt vom Ursprung wird ermittelt zu:
ZGesamt= (TIFLT'ZFLT + rnLast*ZLast)/rnGesamt-
Das Gesamtträgheitsmoment JzzGesamt des FLTs um die Hochachse wird ermittelt zu:
«JzzGesamt = JzzFLT + TlLast'XLast2-
In der Folge können die Normalkräfte an jedem Rad bspw. aus Sensorsignalen und anhand des nachfolgend beispielhaft erläuterten Rechenmodells abgeschätzt werden:
Ein FLT hat i.A. keine gesondert ausgeführte Federung, d.h. die hintere Pendelachse ist ungefedert am FLT-Aufbau angelenkt und die Vorderräder des FLT sind direkt und starr am Aufbau montiert. Damit ist der FLT-Aufbau mechanisch an drei Punkte, d.h. an den Vorder- rädern und am Gelenk der Pendelachse, fixiert. Werden nun Wank- und Nickwinkel des FLT gemessen, die Fahrbahnneigungen in diese Richtungen geschätzt, und die Gierrate vGi, die Quer- und Längsbeschleunigung ay bzw. ax gemessen, so können aus den Kräfte-und Momentensummen des FLT-Aufbaus die Normalkräfte an den Vorderrädern Fzvi und FZVR ebenso ermittelt werden wie die Quer- und Normalkraft FQH und FZH im Gelenk der Pendelachse:
(FZVL+FZVR) = + hS'Sin( P+v)) + m«ax'hs -Jy d dt2]/(lv+lH);
(FZVL-FZVR) = {m'[a cos(<pR+<p)+g*sin(<pR+(p)] +Jxx »ö2(p/öt2
FQH = {Jzz'dvci dt + m'lv'[ay «cos(9R+9) + g'sin(<pR+(p)]}/(lH+lv);
FZH = - nvay'sin(<pR+<p) - (FZVR+FZVL);
Die Normalkräfte an den Vorderrädern ergeben sich zu:
FZVR = 1/2'[(FZVL+FZVR) - (FZVL-FZVR)]
FZVL = [(FZVL+FZVR) - ZV ]
Die Normalkräfte an den Hinterrädern FZHL und FZHR ergeben sich zu:
FzHL -FQH*hpG SWH+FzH/2
Parameter:
m : Gesamtmasse FLT in [kg]
9 : Erdbeschleunigung [m/s2]
IH : Längsabstand der Hinterachse zum Schwerpunkt [m]
lv : Längsabstand der Vorderachse zum Schwerpunkt [m]
ax : Längsbeschleunigung [m/s2]
hs : Höhe Schwerpunkt über Grund [m]
hP : Höhe Schwerpunkt über Gelenk Pendelachse [m]
hpG : Höhe Gelenk Pendelachse über Grund [m]
SWV : Spurweite vorne [m]
SWH : Spurweite hinten [m]
Jyy : Trägheitsmoment in Nickrichtung [kgm2]
J : Trägheitsmoment in Wankrichtung [kgm2] φκ : Wankwinkel [rad]
φ : Fahrbahnneigung in Wankrichtung [rad]
ψΡ : Nickwinkel [rad]
ψ : Fahrbahnneigung in Nickrichtung [rad]
vGi : Gierrate
Es handelt sich hierbei um eine bevorzugte Möglichkeit zur Bestimmung der Normalkräfte an den Rädern. Es versteht sich jedoch, dass die Normalkräfte prinzipiell auch auf andere Weise bestimmbar sind, z.B. mit Hilfe von Reduktionen oder Erweiterungen obiger Gleichungen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass FLTs dazu neigen, an einer Achse frühzeitig zu kippen, während die andere noch am Boden bleibt. Die Kippwahrscheinlichkeit, hier Nickwahrscheinlichkeit, wird daher zweckmäßig achsweise, bspw. als RovA ür die Vorderachse und RQHA für die Hinterachse, gemäß nachfolgendem bevorzugtem Zusammenhang ermittelt: RQVA = (FZVR-FZVLV(FZV +FZVL)
RQHA = (FZHR-FZHL)/(FZHR+FZHL)-
In Längsrichtung kann eine ähnliche Bewertung der Kippwahrscheinlichkeit, hier Wankwahrscheinlichkeit, stattfinden. Dabei ist angedacht, die linke FLT-Seite mit einer Wankwahr- scheinlichkeit RLL getrennt von der rechten Seite mit einer Wankwahrscheinlichkeit RLR zu bewerten:
RLL = (FZVL-FZHL)/(FZVL+FZHL)
RLR = (FZVR-FZHR)/(FZVR+FZHR)- Ebenfalls ist angedacht, eine Gesamtwankwahrscheinlichkeit RL zu bestimmen:
(FZVL+FZVR-FZHL-FZHRV( FZVL+FZVR+FZHL+FZHR)
Erreicht eine der bestimmten Kippwahrscheinlichkeiten einen Wert nahe einem Betrag von 1 , so wirkt auf wenigstens ein Rad nur noch eine sehr kleine Normalkraft, so dass erkannt wird, dass der FLT zu kippen droht. Bleibt der Betrag der bestimmten Kippwahrscheinlichkeiten nahe Null, so besteht keine Kippgefahr. In bevorzugter Weiterbildung wird ein dem Kippen entgegenwirkender Eingriff automatisch durchgeführt. Beispielsweise lässt sich die Notwendigkeit eines korrigierenden Eingriffs aus den Beträgen für die Kippgefahr nahe 1 ableiten. Als Schwellwert kann ein Wert von z.B.
0,9 verwendet werden. Hierbei ist auch vorteilhaft, die Zeitdauer, in der solche Werte beobachtet werden, mit in die Definition des Eingriffsbeginn einzubeziehen, beispielsweise über geeignete Filteralgorithmen, so dass hohe Kippgefahren über einen definierten Zeitraum ermitteln sein müssen, um einen Eingriffsbeginn auszulösen.
In die Bedingung für das Ende der Regelung geht eine Zeitabhängigkeit ebenfalls zweckmäßigerweise ein, um zu frühes Abschalten des Eingriffes zu verhindern. Ansonsten kann es aufgrund schwingender Ein- und Ausschaltbedingungen zu einem Aufschaukeln des FLT mit hoher Umkippwahrscheinlichkeit kommen. Es ist überdies möglich, die Abschaltschwelle (z.B. bei 0,8) für Eingriffe niedriger anzusetzen als die Einschaltschwelle (z.B. bei 0,9).
Die oben angeführten Gleichungen können bspw. nach einer Zielgröße, hier z.B. einer maximal zulässigen Querbeschleunigung ayumvA bzw. ayumHA, aufgelöst werden. Hierzu werden erwünschte Werte RovAum bzw. RoHAUm vorgegeben, z.B. als feste Größe oder als zeitlich veränderliche Größe mit gleitender Anpassung an den Istwert:
ayLimVA = {^ Αυσ,·8«ν·1/2^·(ΐΗ·οο8(ψρ+ψ) + hS'Sin( P+ )) +
+ ax'hs-Jyy/nrrd dt2} +
+ Jzz/rrvihs-hpJ'dVGi/dt - Jxx/m-hs'(lv+lH j'ö St2] / (hs »lH + ly'hP) -
- g«sin(<pR+(p) } /
/ COS(<pR+(p). ayLimHA = [RQHAüm,sWH'{g*[cos( p+ )»((lv+lH),cos(9R+9)-lH) -
- ax'hs+Jyy/m'ö dt2}] - {Jzz/m'övGi/öt+lv'g*sin(9R+9)}'hPG »2]/
/[lv* pG*2«COS((pR+<p) + RaHALim'SwH' v+lH^SiniipR+i )]
In bevorzugter Ausgestaltung wird der kleinere der Querbeschleunigungswerte ausgewählt und für die Grenzwertbildung herangezogen:
ayLim = min{ayLimVA; a LimHA}. In weiterer bevorzugter Ausgestaltung wird nun die Querbeschleunigung, bspw. mittels Len- kungs- und/oder Antriebseingriffen, so geregelt, dass der bestimmte Grenzwert nicht überschritten wird. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass die Wirksamkeit einer Querbeschleunigungsrege- lung verbessert werden kann. Bspw. ergibt sich aus dem dynamischen Verhalten des FLTs bei Vorwärtsfahrt eine schlechte Regelbarkeit der Querbeschleunigung, d.h. die Verstärkungsfaktoren des Querbeschleunigungsregelkreises können nicht sehr groß gewählt werden. Daher wird in bevorzugter Ausgestaltung ein zweiter Regelkreis über die Gierrate vGi des FLTs aufgebaut. Dabei wird dem Gierratenregelkreis die Aufgabe übertragen, im Sinne eines unterlagerten Regelkreises verstärkt quasistationäres Bewegungsverhalten des FLTs zu erzeugen. Damit wird der Sollwert vGiso der Gierratenregelung unter der Annahme, dass der Schwimmwinkelgradient des FLTs klein werden soll, zu
VGiSo = ayso / v,
wobei v die Längsgeschwindigkeit des FLTs ist.
Der Regelkreis über die Gierrate dient insbesondere dazu, zusätzlich dynamische Anteile des Bewegungsverhaltens einzuregeln. Ein beispielhafter Regelkreis wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 2 dargestellt. Figur 2 zeigt schematisch eine Regelkreisstruktur 200 zur Regelung einer Querbeschleunigung ay sowie einer Gierrate vGi. Zu diesem Zweck werden dem Regelkreis 200 entsprechende Sollwerte aysoii und vGiSoii als Führungsgrößen zugeführt. Die Sollwerte werden jeweils einem Vergleichsglied zugeführt, dem weiterhin die momentanen Istwerte ay bzw. vGi als Regelgrößen zugeführt werden. Die Vergleichsglieder bestimmen die jeweilige Regelabweichung.
Die Querbeschleunigungsregelabweichung wird einem Querbeschleunigungsregelglied 201 , die Gierratenabweichung einem Gierratenregelglied 202 zugeführt. Die beiden Regelglieder bestimmen jeweils eine Stellgröße, beispielsweise eine Lenkbewegung, die aufsummiert und mit einer eventuellen Störgröße Lw beaufschlagt einer Querbeschleunigungsregelstrecke 203 und einer Gierratenregelstrecke 204 zugeführt werden. Die sich anhand der Regelstrecken ergebenden Istwerte ay bzw. vGi werden, wie bereits erwähnt, zum Vergleich mit der jeweiligen Führungsgröße als Regelgröße herangezogen. Die zuvor gemachten Ausführungen betreffend die Querbeschleunigung ay gelten in entsprechend angepasster Weise für die Längsbeschleunigung ax. In Ausgestaltung der Erfindung wird auf Grundlage der Fahrbahnneigung, des Lastgewichts und der Lastschwerpunktslage eine zulässige Längsbeschleunigung axum aus der Invertierung der Gleichung für die Nickwahrscheinlichkeit bestimmt und - beispielsweise über einen Antriebseingriff - die tatsächliche Längsbeschleunigung auf diesen Wert begrenzt.
Wird optional erkannt, dass sich der Hubmast in nicht abgesenktem Zustand befindet, wird die Fahrgeschwindigkeit zweckmäßigerweise auf niedrige Werte begrenzt. Wird in der Last- Identifikation festgestellt, dass sich auf der Gabel eine Last befindet, die bei der bestehenden (ermittelten) Fahrbahnneigung ab einer gewissen Hubhöhe zum (statischen) Umkippen des FLTs führen würde, wird die Hubhöhe zweckmäßig entsprechend begrenzt. Dies kann bspw. dadurch erfolgen, dass die Durchschaltung der Bedienventile des Hubmastes begrenzt wird, so dass der Hubmast nicht in kritische Höhen verfahren werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann dem Fahrer am Fahrerplatz die Kritikalität der Last, beispielsweise optisch oder akustisch, angezeigt werden.
Anhand von Figur 3 wird der Ablauf einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch erläutert. In einem Block 301 werden notwendige Parameter bestimmt, bei- spielsweise geschätzt oder gemessen. Dazu gehören die Fahrbahnneigung in Längs- und Querrichtung, welche beispielsweise aus Schwerpunktssignalen geschätzt werden kann. Weiterhin werden die aufgenommene Gabellast sowie die Gabellastdimension ermittelt, was beispielsweise aufgrund von Hubmastsignalen abgeschätzt werden kann. Auf Basis dieser sowie insbesondere weiterer unveränderlicher Größen wird in einem Block 302 die Gesamt- schwerpunktslage des beladenen FLTs bestimmt.
In einem Block 303 werden die - vorliegend vier - auf jeweils ein Rad wirkenden Normalkräfte bestimmt. In einem Block 304 werden, wie oben erläutert, basierend auf den Normalkräften verschiedene Kippwahrscheinlichkeiten R, wie z.B. Wankwahrscheinlichkeiten und Nickwahrscheinlichkeiten, bestimmt.
In einem Schritt 305 werden die bestimmten Kippwahrscheinlichkeiten bewertet, indem sie beispielsweise mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden. Dabei kann auch berücksichtigt werden, wie lange und um wie viel die jeweilige Kippwahrscheinlichkeit einen ersten Schwellwert überschreitet. Wird bei dieser Bewertung festgestellt, dass kein Umkippen droht, kehrt das Verfahren zum Ausgangspunkt 301 zurück.
Wird jedoch festgestellt, dass ein Umkippen droht, wird in Schritt 306 ein dem Kippen ent- gegenwirkender Eingriff automatisch durchgeführt. Dieser Eingriff kann insbesondere darin bestehen, eine Quer- und/oder Längsbeschleunigung und/oder eine Gierrate - wie oben erläutert - zu regeln.
In einem anschließenden Schritt 307 wird überprüft, ob eine vorgegebene Umkippbedingung weiterhin vorliegt, indem beispielsweise überprüft wird, ob eine bestimmte Kippwahrscheinlichkeit einen zweiten Schwellwert unterschritten hat. Der erste und der zweite Schwellwert können insbesondere unterschiedlich sein. Liegt die Kippbedingung weiterhin vor, wird der Eingriff 306 weiterhin durchgeführt, liegt die Bedingung jedoch nicht mehr vor, wird zum Ausgangspunkt 301 zurückgekehrt. Auch bei der Beurteilung in Schritt 307 wird vorteilhaft- erweise berücksichtigt, wie lange der zweite Schwellwert unterschritten ist, um ein Aufschaukeln zu verhindern.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung einer Kippwahrscheinlichkeit eines Flurförderzeugs (1 ) mit wenigstens drei Rädern, wobei für wenigstens zwei Räder jeweils die in z-Richtung wir- kende Normalkraft (FZVL. FZHL) bestimmt wird,
wobei wenigstens zwei Normalkräfte (FzvL, FZHL) verglichen werden und die Kippwahrscheinlichkeit des Flurförderzeugs (1 ) aufgrund des Vergleichsergebnisses bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei zur Bestimmung der wenigstens zwei Normalkräf- te (FZVL. FZHL) ein Wank- und ein Nickwinkel des Flurförderzeugs und/oder
eine Fahrbahnneigung in x- und y-Richtung bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Bestimmung der wenigstens zwei Normalkräfte (FZVL. FZHL) eine Gierrate (vGi), eine Querbeschleunigung (ay) und eine Längs- beschleunigung (ax) bestimmt werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung einer Wankwahrscheinlichkeit des Flurförderzeugs (1 ) die Normalkräfte an einer Achse (4, 6), insbesondere Vorder- und/oder Hinterachse, verglichen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Wankwahrscheinlichkeit RQVA für die Vorderachse (4) und/oder RQHA für die Hinterachse (6) bestimmt werden zu:
RQVA = (FZVR-FZVLV(FZVR+FZVL)
RQHA = (FZHR-FZHL)/(FZHR+FZHL)
mit
FZVR. FZ L: Normalkraft vorne rechts bzw. links
FZHR. FZHL: Normalkraft hinten rechts bzw. links
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung einer Nickwahrscheinlichkeit des Flurförderzeugs (1 ) die Normalkräfte (FZVL. FZHL) an einer Seite, insbesondere der rechten und/oder linken Seite, verglichen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Nickwahrscheinlichkeit RLL für die linke Seite und/oder RLR für die rechte Seite bestimmt werden zu: RLL - (FZVL-FZHL)/(FZVL+FZHL)
RLR = (FZVR-FZHRV(FZVR+F2HR)
mit
FZVR. FZ L: Normalkraft vorne rechts bzw. links
FZHR, FZHL- Normalkraft hinten rechts bzw. links
8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Gesamt-Nickwahrscheinlichkeit RL bestimmt wird zu:
RL = (FZVL+FZVR-FZHL-FZHR)/(FZVL+FZVR+FZHL+FZHR)
mit
FZVR. FZVL: Normalkraft vorne rechts bzw. links
FZHR. FZHL: Normalkraft hinten rechts bzw. links
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine bestimmte Kipp- Wahrscheinlichkeit mit einem Schwellwert verglichen wird und basierend auf dem Vergleich ein dem Kippen entgegenwirkender Eingriff automatisch durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei bei dem Vergleich zusätzlich auch berücksichtigt wird, wie lange und um wie viel die jeweils bestimmte Kippwahrscheinlichkeit den Schwell- wert überschreitet.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei als Eingriff eine Querbeschleunigung (ay), insbesondere für die Hinter- und oder Vorderachse (4, 6), und/oder eine Längsbeschleunigung (ax) geregelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei zusätzlich eine Gierrate (vGi) geregelt wird.
13. Recheneinheit (20), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
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