DE10204742B4 - Flurförderzeug mit einem Joystick zur Steuerung des Fahrantriebs, der Lenkanlage und der Bremsanlage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Flurförderzeug, insbesondere Gabelstapler, mit einem Fahrantrieb, einer Bremsanlage und einer Lenkanlage. Um mit geringem Aufwand die Sicherheit gegen Umkippen zu erhöhen und die Bedienung zu vereinfachen, ist erfindungsgemäß zur Steuerung des Fahrantriebs, der Lenkanlage und der Bremsanlage ein gemeinsamer Joystick (1) vorgesehen. Dieser kann ausgehend von einer Nullstellung innerhalb eines x-y-Koordinatensystems mit vier Quadranten allseitig auslenkbar sein. Hierbei sind jeder Stellung des Joysticks (1) Sollwertsignale für die Bewegungsrichtung, die Fahrgeschwindigkeit und die Lenkung zugeordnet. Durch Betätigen des Joysticks (1) in x-Richtung ist der Lenkwinkel (α) und/oder die Geschwindigkeit der Lenkwinkeländerung steuerbar. Durch Betätigen des Joysticks (1) in y-Richtung sind die Bewegungsrichtung, die Fahrbeschleunigung, die Fahrgeschwindigkeit und die Bremsverzögerung steuerbar.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Flurförderzeug, insbesondere Gabelstapler, mit einem Fahrantrieb, einer Bremsanlage und einer Lenkanlage, zu deren Steuerung ein gemeinsamer Joystick vorgesehen ist, der ausgehend von einer Nullstellung innerhalb eines x-y-Koordinatensystems mit vier Quadranten allseitig auslenkbar ist, wobei jeder Stellung des Joysticks Sollwertsignale für eine Bewegungsrichtung, eine Fahrgeschwindigkeit und eine Lenkung zugeordnet sind und wobei durch Betätigen des Joysticks in x-Richtung ein Lenkwinkel und/oder eine Geschwindigkeit einer Lenkwinkeländerung steuerbar ist und durch Betätigen des Joysticks in y-Richtung die Bewegungsrichtung, eine Fahrbeschleunigung, eine Fahrgeschwindigkeit und eine Bremsverzögerung steuerbar sind.
- Als klassische Gegengewichts-Gabelstapler ausgeführte Flurförderzeuge verfügen aufgrund ihrer ungefederten Radaufhängung – unabhängig von der Bauweise als Dreirad- oder Vierradfahrzeug – über ein bestimmtes Gefährdungspotential hinsichtlich einer Kippbewegung um die Vorderachse (beim Bremsen) und um eine seitliche Achse, die bei einer Ausführung als Dreiradstapler zwischen einem der Vorderräder und dem mittigen Hinterrad und bei einer Ausführung als Vierradstapler zwischen einem der Vorderräder und der Aufhängung der hinteren Pendelachse verläuft. Die letztgenannte Kippbewegung kann bei Kurvenfahrt auftreten. Um die Kippgefährdung gering zu halten, muss die Bedienperson sich abzeichnende gefährliche Fahrzustände erkennen und die Bedienorgane, nämlich das Lenkrad und die Fahr- und Bremspedale koordiniert und konzentriert betätigen.
- Es gibt daher vielfältige Bestrebungen, ein Umkippen des Gabelstaplers durch technische Maßnahmen zu verhindern. Hierbei wird zwangsgesteuert beispielsweise in den Fahrantrieb und/oder die Lenkanlage eingegriffen, um eine Stabilisierung des Flurförderzeugs zu erzielen. Aus der
DE 100 17 358 A1 ist es auch bekannt, zur Verbesserung der Stabilität bei Kurvenfahrt, ein Lastaufnahmemittel seitlich zu verschieben, wodurch sich der Abstand des Fahrzeugschwerpunkts zur Kippachse vergrößert. Es liegt auf der Hand, dass diese Maßnahmen einen erhöhten Aufwand bei der Herstellung von Flurförderzeugen mit sich bringen. - Flurförderzeuge werden in der Regel mittels eines Lenkrades gelenkt und mittels einer Pedalanordnung gefahren und gebremst. Zur Steuerung der Arbeitshydraulik ist häufig ein Joystick vorgesehen. Aus der Druckschrift
DE 94 06 512 U1 ist es bekannt, einen solchen Joystick auch zur Vorwahl der Bewegungsrichtung einzusetzen, damit die Bedienperson von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt umschalten kann und umgekehrt, ohne die Hand vom Joystick zu nehmen. Dadurch soll ein ermüdungsfreies Arbeiten erzielt werden. Die Steuerung der Fahrgeschwindigkeit und Fahrbeschleunigung und die Steuerung des Lenkwinkels erfolgt dabei – wie gewohnt – durch Pedale bzw. ein Lenkrad. - Sowohl aus der
DE 26 51 594 A1 als auch aus derDE 196 54 700 A1 ist jeweils ein gattungsgemäßes Flurförderzeug bekannt, bei dem sich die Betriebsarten Fahren, Bremsen und Lenken des Flurförderzeugs durch ein gemeinsames, als Joystick ausgebildetes Bedienorgan steuern lassen. Die Anzahl der Bedienorgane wird dadurch drastisch verringert, was den Fahrzeugaufbau vereinfacht. Ferner wird durch das Vorhandensein nur eines einzigen Bedienorganes für die genannten Funktionen nicht nur die Bedienung des Flurförderzeugs in ergonomisch günstiger Weise verbessert, sondern darüber hinaus zur Fahrstabilisierung des Flurförderzeugs im Sinne einer Erhöhung der Sicherheit gegen Umkippen beigetragen. Durch die Einhandbedienung des Flurförderzeugs wird also sowohl der Bedienungskomfort erhöht als auch das Flurförderzeug leichter beherrschbar, zumal es hierzu keiner koordinierten Fuß- und Handbewegungen der Bedienperson mehr bedarf, wie bei den eingangs genannten Flurförderzeugen. Im Ergebnis hat die Bedienperson das erfindungsgemäße Flurförderzeug buchstäblich „besser im Griff”, zumal die Zuordnungen der Joystickauslenkungen zu den damit erzielten Effekten funktionslogisch sinnvoll sind. - So bedeutet eine Auslenkung des Joysticks aus der Nullstellung nach vorne (erster und zweiter Quadrant des x-y-Koordinatensystems), dass sowohl ein Sollwertsignal für die Bewegungsrichtung „Vorwärts” als auch für die dabei gewünschte Fahrgeschwindigkeit des Flurförderzeugs vorgegeben wird. Hingegen bewirkt eine Auslenkung des Joysticks nach hinten (dritter und vierter Quadrant) die Vorgabe der Bewegungsrichtung „Rückwärts” und gleichzeitig die Vorgabe eines Fahrgeschwindigkeits-Sollwerts des Flurförderzeugs.
- Die Geschwindigkeit mit der dabei der Joystick aus der Nullstellung heraus nach vorne und hinten bewegt wird, bestimmt die Fahrbeschleunigung. Die Geschwindigkeit, mit der der Joystick aus der ausgelenkten Position in Richtung zur Nullstellung zurück bewegt wird, bestimmt die Bremsverzögerung. Hierbei kann die Bremsverzögerung des Flurförderzeugs – je nach Bewegungsgeschwindigkeit des Joysticks – durch Eingriffe in den Fahrantrieb und/oder durch Eingriffe in die Bremsanlage bestimmt werden. Es ist auch möglich, durch Reversieren, d. h. durch Verschwenken des Joysticks über die Nullstellung hinaus, die Sollwertsignale für die Bremsverzögerung weiter zu erhöhen, obwohl die ursprüngliche Bewegung noch nicht beendet ist.
- Eine Auslenkung des Joysticks nach rechts oder nach links bewirkt funktionslogisch einen Radeinschlag in die gewünschte Richtung, also eine Fahrtrichtungsänderung nach rechts oder nach links, wobei entweder ein Sollwert für den Absolutwert des Lenkwinkels oder ein Sollwert für die Geschwindigkeit der Lenkwinkeländerung vorgegeben wird.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Flurförderzeug der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem die Sicherheit gegen Umkippen weiter erhöht ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verstellweg und/oder die Verstellgeschwindigkeit des Joysticks in Abhängigkeit von Betriebszustandsparametern begrenzt ist, die für die Fahrstabilität, insbesondere die Kippsicherheit des Flurförderzeugs, charakteristisch sind. Dazu ist es erforderlich, geeignete Betriebsparameter fortlaufend zu erfassen und in Abhängigkeit von der Größe dieser Parameter die Bewegung des Joysticks, d. h. letztlich die Sollwertbildung zu beeinflussen. Als Betriebszustandsparameter kommen beispielsweise die Last, das Lastmoment und die Hubhöhe in Frage. Die Begrenzung der „Bedienfläche” und/oder der Verstellgeschwindigkeit des Joysticks kann mechanisch und/oder durch Software erfolgen. Im letztgenannten Fall kann die Bedienfläche dynamisch begrenzt werden, also abhängig vom tatsächlichen Beladungs- und Belastungszustand des Flurförderzeugs. Die Sicherheit gegen Umkippen des Flurförderzeugs lässt sich auf diese Weise signifikant erhöhen.
- Zweckmäßigerweise steigt die Betätigungskraft mit zunehmender Auslenkung des Joysticks an. Dadurch erhält man ein besseres Gefühl für die Bedienung des Joysticks.
- Der Erhöhung der Sicherheit des Flurförderzeugs dient ferner eine Ausgestaltung der Erfindung, gemäß der die Verstellgeschwindigkeit des Joysticks in Abhängigkeit von Grenzwerten für die Fahrbeschleunigung und/oder für die Bremsverzögerung und/oder für den Lenkwinkel und/oder für die Geschwindigkeit der Lenkwinkeländerung des Flurförderzeugs begrenzt ist. Auch hier werden also durch Eingriffe am Joystick Sollwerte erzeugt, mit denen gefährliche Fahrzustände praktisch ausgeschlossen sind.
- Zweckmäßigerweise ist der Joystick in Bezug auf eine Auslenkung in y-Richtung mit einer in Richtung zur Nullstellung wirksamen Mittenzentrierung versehen ist.
- Beim Loslassen des Joysticks aus einer ausgelenkten Stellung, die der Vorwärts- oder der Rückwärts-Bewegungsrichtung zugeordnet ist, wird dann der Joystick in die Nullstellung zurück bewegt und das erfindungsgemäße Flurförderzeug automatisch gebremst.
- Hierbei ist es günstig, wenn der in y-Richtung ausgelenkte Joystick gemäß einer vorbestimmten Rückstellgeschwindigkeit selbsttätig in die Nullstellung zurück bewegbar ist. Dadurch ergibt sich ein bestimmter Verlauf des Abbremsvorganges.
- Wenn die Mittenzentrierung des Joysticks auf die Y-Richtung beschränkt bleibt, ergibt sich eine besonders praxisnahe Bedienungsanordnung, insbesondere dann, wenn das in x-Richtung erzeugte Sollwertsignal der Lenkanlage direkt den Lenkwinkel vorgibt, bevorzugt proportional zur Auslenkung. Beim Loslassen des Joystick bleibt dann seine Auslenkung in x-Richtung und damit der eingestellte Lenkwinkel erhalten, während sich der Joystick in Bezug auf die y-Richtung in seine Nullstellung zurück bewegt und dadurch das Geschwindigkeits-Sollwertsignal auf Null zurück geht.
- Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass der Joystick in Bezug auf eine Auslenkung in x-Richtung mit einer in Richtung zur Nullstellung wirksamen Mittenzentrierung versehen ist.
- Sofern der Zusammenhang zwischen der Auslenkung des Joysticks und den in Abhängigkeit von der Auslenkung erzeugten Sollwertsignalen in Kennlinien gespeichert ist, lässt sich im Prinzip jedes beliebige Beschleunigungs-, Brems- und Lenkverhalten erzielen. Es ist dann z. B. in Bezug auf den Fahrantrieb möglich, in dem an die Nullstellung des Joysticks anschließenden Verstellweg durch entsprechende Gestaltung der Kennlinie einen Feinsteuerbereich vorzusehen, bei dem sich die Fahrgeschwindigkeit des Flurförderzeugs bei Joystickbewegungen nur geringfügig ändert. Dadurch wird die Bedienung des erfindungsgemäßen Flurförderzeugs insbesondere beim Durchlaufen von Arbeitsspielen, in denen auch die Arbeitshydraulik betätigt wird, erleichtert.
- Es kann bei der Verwendung von Kennlinien vorteilhaft sein, wenn die der x-Richtung zugeordnete Kennlinie sich von der Kennlinie, die der y-Richtung zugeordnet ist, unterscheidet.
- Es ist aber auch möglich, auf spezielle Kennlinien zu verzichten und eine Anordnung zu wählen, bei der die Höhe des Sollwertsignals für die Fahrgeschwindigkeit proportional zur Auslenkung des Joysticks ist. Damit ist dann auch die erzielte Fahrgeschwindigkeit proportional zur Joystickstellung.
- Es ist ferner günstig, wenn das Sollwertsignal für die Lenkung als Signal für die Geschwindigkeit der Lenkwinkeländerung ausgebildet und proportional zur Größe der Auslenkung des Joysticks ist.
- In der Praxis kann ein Verhalten erzielt werden, bei dem durch Loslassen des ausgelenkten und mit Mittenzentrierungen in x- und in y-Richtung versehenen Joysticks dieser in die Nullstellung zurückbewegt und dadurch das Flurförderzeug automatisch gebremst wird, während die von der Lenkanlage eingestellte Bewegungsrichtung hingegen trotz Einnahme der Nullstellung des Joysticks beibehalten wird. Erst beim Auslenken des Joysticks in die entgegengesetzte Lenkrichtung wird dann auch die Lenkung zurückgeschwenkt.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt
-
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Flurförderzeugs, -
2 eine Ansicht eines Joysticks im Flurförderzeug, -
3 die Bedienfläche des Joysticks, -
4 eine Übertragungsfunktion des Joysticks für die Fahrgeschwindigkeit und -
5 eine Übertragungsfunktion des Joysticks für den Lenkwinkel. - Das in
1 dargestellte Flurförderzeug ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als elektrisch angetriebener Gegengewichts-Gabelstapler ausgebildet. Zur Steuerung eines Fahrantriebs, einer Bremsanlage und einer Lenkanlage des Gabelstaplers ist ein gemeinsamer Joystick1 vorgesehen. Es bedarf somit weder eines Lenkrads noch einer Pedalanordnung für die Steuerung der Fahrgeschwindigkeit und der Fahrtrichtung. Zur Steuerung anderer Funktionen des Gabelstaplers, z. B. einer Arbeitshydraulik (Hubzylinder etc.) sind weitere, in den Figuren nicht dargestellte Bedienorgane vorgesehen, beispielsweise ein zweiter Joystick. - Der Joystick
1 lässt sich, wie aus2 ersichtlich, die eine Ansicht aus der Position einer auf dem Fahrersitz2 des Flurförderzeugs befindlichen Bedienperson zeigt, von der rechten Hand der Bedienperson betätigen und nach vorne und hinten, nach rechts und links (durch Pfeile angedeutet) und in beliebige Zwischenstellungen auslenken. - Selbstverständlich ist es auch möglich, den Joystick so anzuordnen, das eine Betätigung mit der linken Hand erfolgt, während mit der rechten Hand ein Joystick für die Arbeitshydraulik bedient werden kann.
- Eine durch Auslenken des Joysticks aus der Nullstellung heraus erzielbare „Bedienfläche” des Joysticks
1 ist in3 dargestellt. Hierbei entspricht die Nullstellung des Joysticks dem Nullpunkt in einem x-y-Koordinatensystem mit vier Quadranten. Eine Auslenkung des Joysticks in +y-Richtung bewirkt die Bildung von Sollwertsignalen für die Bewegungsrichtung, nämlich nach vorne, und die gewünschte Fahrgeschwindigkeit. Analog dazu bewirkt eine Auslenkung des Joysticks in die –y-Richtung die Bildung eines Sollwertsignals für die Bewegungsrichtung „Rückwärts” und eines Sollwertsignals für die dabei gewünschte Fahrgeschwindigkeit. Wird der Joystick nach rechts oder links ausgelenkt, also in die +x-Richtung oder die –x-Richtung, so wird ein Sollwert für die Lenkanlage und damit für die Fahrtrichtung bzw. für Fahrtrichtungsänderungen generiert. Hierbei kann es sich um die Geschwindigkeit handeln, mit der der Lenkwinkel verstellt wird, oder um den Absolutwert des Lenkwinkels. - Der Punkt A auf der +y-Achse entspricht der maximal erreichbaren Fahrgeschwindigkeit in Vorwärts-Bewegungsrichtung. Der Punkt B auf der –y-Achse stellt die maximale erreichbare Fahrgeschwindigkeit in Rückwärts-Bewegungsrichtung dar. Der Punkt C auf der +x-Achse ist dem maximalen Lenkwinkel nach rechts oder der maximalen Geschwindigkeit der Lenkwinkelveränderung nach rechts zugeordnet. Der Punkt D auf der –x-Achse ist dem maximalen Lenkwinkel nach links oder der maximalen Geschwindigkeit der Lenkwinkelveränderung nach links zugeordnet.
- Um die Sicherheit des Flurförderzeugs gegen Umkippen zu erhöhen, ist der Verstellweg des Joysticks
1 in x-Richtung in Abhängigkeit von der bereits erzielten Auslenkung in y-Richtung und umgekehrt der Verstellweg des Joysticks in y-Richtung in Abhängigkeit von der bereits erzielten Auslenkung in x-Richtung begrenzt. - Der auf diese Weise in jeder Verstellrichtung maximal erzielbare Ausschlag des Joysticks
1 ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet. So ist zum Beispiel in einer bestimmten Zwischenstellung Z des Joysticks1 , bei der nach rückwärts gefahren wird und die Lenkung nach links eingeschlagen wird, weder die maximale Fahrgeschwindigkeit noch der maximale Lenkeinschlag (bzw. die maximale Geschwindigkeit der Lenkwinkeländerung) erreichbar. Sowohl der Sollwert für die Fahrgeschwindigkeit als auch der Sollwert für die Lenkanlage ist also begrenzt. - Die
4 und5 zeigen mögliche Kennlinienverläufe als Funktionszusammenhang zwischen der Auslenkung des Joysticks1 und den in Abhängigkeit von der Auslenkung erzeugten Sollwertsignalen. Die Darstellung gemäß4 zeigt Kennlinien für den Fahrgeschwindigkeitsverlauf, also Kennlinien, die bei Bewegungen des Joysticks1 in Richtung der y-Achse der Bedienfläche für die Erzeugung des Sollwerts für die Fahrgeschwindigkeit maßgebend sind. - Hierbei ist auf der Abszisse der Verstellweg w des Joysticks
1 (nach rechts für die Rückwärtsfahrt und nach links für die Vorwärtsfahrt und auf der Ordinate der generierte Sollwert für die Fahrgeschwindigkeit s aufgetragen. - Die Darstellung gemäß
5 zeigt Kennlinien für den Lenkwinkel, also Kennlinien, die beim Verstellen des Joysticks in Richtung der x-Achse der Bedienfläche für die Erzeugung des Sollwerts für die Lenkanlage maßgebend sind. Hierbei ist – wie in4 – auf der Abszisse der Verstellweg w des Joysticks1 aufgetragen. Die Ordinate ist dem Sollwert des Lenkwinkel α zugeordnet. - In beiden Darstellungen ist in einem an den Nullpunkt des Koordinatensystems unmittelbar angrenzenden engen Bereich N die Nullstellung des Joysticks
1 definiert. - In Bezug auf die Darstellung gemäß
4 , ist in dem an die Nullstellung des Joysticks1 anschließenden Bereich ein Feinsteuerbereich F vorgesehen, bei dem sich bei Joystickauslenkungen der Sollwert für die Fahrgeschwindigkeit des Flurförderzeugs zunächst nur geringfügig erhöht. In diesem Bereich weist die Kennlinie also einen nicht proportionalen Verlauf auf. In dem anschließenden Bereich P gibt es einen proportionalen Zusammenhang zwischen der Joystickauslenkung und dem Anstieg des Sollwerts der Fahrgeschwindigkeit. - Die in
5 dargestellten Kennlinien für die Sollwerte α der Lenkanlage weisen durchgehend einen proportionalen Verlauf auf.
Claims (10)
- Flurförderzeug, insbesondere Gabelstapler, mit einem Fahrantrieb, einer Bremsanlage und einer Lenkanlage, zu deren Steuerung ein gemeinsamer Joystick vorgesehen ist, der ausgehend von einer Nullstellung innerhalb eines x-y-Kooridinatensystems mit vier Quadranten allseitig auslenkbar ist, wobei jeder Stellung des Joysticks Sollwertsignale für eine Bewegungseinrichtung, eine Fahrgeschwindigkeit und eine Lenkung zugeordnet ist und wobei durch Betätigen des Joysticks in x-Richtung ein Lenkwinkel und/oder eine Geschwindigkeit einer Lenkwinkeländerung steuerbar ist und durch Betätigen des Joysticks in y-Richtung die Bewegungsrichtung, eine Fahrbeschleunigung, die Fahrgeschwindigkeit und eine Bremsverzögerung steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstellweg und/oder eine Verstellgeschwindigkeit des Joysticks (
1 ) in Abhängigkeit von Betriebszustandsparametern begrenzt ist, die für eine Fahrstabilität, insbesondere eine Kippsicherheit des Flurförderzeugs, charakteristisch sind. - Flurförderzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellgeschwindigkeit des Joysticks (
1 ) in Abhängigkeit von Grenzwerten für die Fahrbeschleunigung und/oder für die Bremsverzögerung und/oder für die Geschwindigkeit der Lenkwinkeländerung des Flurförderzeugs begrenzt ist. - Flurförderzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigungskraft mit zunehmender Auslenkung des Joysticks (
1 ) ansteigt. - Flurförderzeug nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Joystick (
1 ) in Bezug auf eine Auslenkung in y-Richtung mit einer in Richtung zur Nullstellung wirksamen Mittenzentrierung versehen ist. - Flurförderzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in y-Richtung ausgelenkter Joystick (
1 ) gemäß einer vorbestimmten Rückstellgeschwindigkeit selbsttätig in die Nullstellung zurück bewegbar ist. - Flurförderzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Joystick (
1 ) in Bezug auf eine Auslenkung in x-Richtung mit einer in Richtung zur Nullstellung wirksamen Mittenzentrierung versehen ist. - Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang zwischen der Auslenkung des Joysticks (
1 ) und von in Abhängigkeit von der Auslenkung erzeugten Sollwertsignalen in Kennlinien gespeichert ist. - Flurförderzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die der in x-Richtung zugeordneten Kennlinie sich von der Kennlinie, die der y-Richtung zugeordnet ist, unterscheidet.
- Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Sollwertsignals für die Fahrgeschwindigkeit proportional zur Auslenkung des Joysticks ist.
- Flurförderzeug nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollwertsignal für die Lnekdung als Signal für die Geschwindigkeit der Lenkwinkeländerung ausgebildet und proportional zur Größe der Auslenkung des Joysticks ist.
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