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DE102009007954A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Wegsteuerung eines Fahrzeuges - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Wegsteuerung eines Fahrzeuges Download PDF

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DE102009007954A1
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energy
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charge
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Ronny Olsson
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Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Wegsteuerung eines Fahrzeuges, wobei das Fahrzeug einen Energiespeicher umfasst, wobei dem Fahrzeug induktiv Energie zuführbar ist, solange es in einem ersten Bereich sich befindet, wobei dem Fahrzeug induktiv keine Energie zuführbar ist, solange es in einem zweiten Bereich sich befindet, wobei der Weg von einer ersten Position zu einer zweiten Position des Fahrzeuges - unter Berücksichtigung des Verlaufes der im ersten Bereich aufnehmbaren Leistung und/oder des Ladezustandes oder - unter Berücksichtigung der im ersten Bereich aufnehmbaren Energie bestimmt und/oder ausgeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wegsteuerung eines Fahrzeuges.
  • Als Fahrzeuge sind Gabelstapler allgemein bekannt. Diese weisen einen batteriebetriebenen Antrieb auf, wobei der Gabelstapler zum Aufladen seiner Batterie in Stillstand versetzt wird.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren weiterzubilden, wobei Stillstandzeiten vermeidbar sind.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 und bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass das Verfahren zur Wegsteuerung eines Fahrzeuges vorgesehen ist,
    wobei das Fahrzeug einen Energiespeicher umfasst,
    wobei dem Fahrzeug induktiv Energie zuführbar ist, solange es in einem ersten Bereich sich befindet,
    wobei dem Fahrzeug induktiv keine Energie zuführbar ist, solange es in einem zweiten Bereich sich befindet,
    wobei der Weg von einer ersten Position zu einer zweiten Position des Fahrzeuges
    • – unter Berücksichtigung des Verlaufes der im ersten Bereich aufnehmbaren Leistung und/oder des Ladezustandes oder
    • – unter Berücksichtigung der im ersten Bereich aufnehmbaren Energie
    bestimmt und/oder ausgeführt wird.
  • Von Vorteil ist dabei, dass nicht nur der Ladezustand sondern auch die bei Durchfahren des ersten Bereiches ermöglichte Energiezufuhr berücksichtigt wird, so dass nicht die kürzeste und schnellste Verbindungslinie sondern ein energiebezogen optimierter Weg bestimmt wird. Auf diese Weise sind Stillstandzeiten zum Aufladen der Batterie vermeidbar. Außerdem sind entsprechende Plätze, also Raumbereiche, einsparbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Position des Fahrzeuges bestimmt und beim Steuern des Fahrzeuges berücksichtigt, insbesondere das Fahrzeug auf einen Sollpositionsverlauf hin geregelt wird. Von Vorteil ist dabei, dass das Fahrzeug derart viel Intelligenz in seiner Steuerelektronik umfasst, dass eine positionsbezogene energieoptimierte Wegführung ermöglicht ist. Insbesondere ist das Fahrzeug somit fahrerlos ausführbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Weg, also die Bahnkurve des Fahrzeuges, vor Beginn des Abfahrens des Weges bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass der Ladezustand des Energiespeichers vor Beginn des Abfahrens des Weges berücksichtigt wird.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Weg derart bestimmt, dass der Energiespeicher höchstens bis zu einem kritischen Mindestwert an Ladung entladen wird während des Abfahrens des Weges, insbesondere wobei der Mindestwert ein Sicherheitswert ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Sicherheitsreserve mitberücksichtigbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der kürzestes und/oder am schnellsten abfahrbare Weg ausgewählt, wobei der Verlauf des Weges außerhalb des ersten Bereichs
    • – minimal kurz gewählt wird oder
    • – derart kurz gewählt wird, dass der Ladezustand einen oder den vorgebbaren Mindestwert an Ladung, also gespeicherter zur Verfügung stellbarer Energie im Energiespeicher, nicht unterschritten wird.
  • Von Vorteil ist dabei, dass Stillstand aufgrund entleertem Energiespeicher vermeidbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird generatorisch frei werdende elektrische Leistung, beispielsweise durch Absenken eines auf dem Fahrzeug vorhandenen Hubwerks, berücksichtigt, insbesondere zum Verbrauch durch den elektrischen Antrieb oder zum Aufladen des Energiespeichers. Von Vorteil ist dabei, dass zusätzlich zum Energiespeicher auch ein weiterer Energiespeicher, nämlich ein Hubwerk mitverwendbar ist. Im ersten Bereich wird also beispielsweise die zu transportierende Last angehoben und bei Durchfahren des zweiten Bereichs abgesenkt.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden während des Abfahrens des Wegs der Ladezustand des Energiespeichers und der kürzeste Abstand zum ersten Bereich bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass ständig überwachbar ist, ob der erste Bereich noch erreichbar ist oder nicht.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei Absinken des Ladezustandes und Erreichen eines Ladezustandes, welcher zum Durchfahren des kürzesten Abstandes oder bei Fehlen eines Primärleitersystems im Bereich der zweiten Position, zweifach kürzesten zum ersten Bereichs gerade noch ausreicht, insbesondere unter Berücksichtigung einer sicherheitsrelevanten Restmenge an Ladeenergie, das Fahrzeug zum ersten Bereich hin gesteuert und dort, also innerhalb des ersten Bereichs, zum Punkt des kürzesten Abstandes zur zweiten Position, also Zielposition, hin gesteuert. Von Vorteil ist dabei, dass im Notfall der erste Bereich sozusagen mit der Restladeenergiemenge erreichbar ist und ein energiesicherer Weg weiterfahrbar ist, der trotz Energiemangel weiter auf das Ziel hin führt und die Aufladung des Energiespeichers verbessert, so dass schnellstmöglich der kürzeste Abstand vom ersten Bereich zum Ziel und gegebenenfalls zurück überwindbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zum Ladezustand für den Antrieb oder den Energiespeicher verfügbar machbare, potentielle Energie eines auf dem Fahrzeug vorgesehenen Hubwerkes hinzugerechnet. Von Vorteil ist dabei, dass die speicherbare Energiemenge größer ist und somit eine größere Reichweite innerhalb des zweiten Bereichs erreichbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein am Fahrzeug vorgesehenes Hubwerk als weiterer Energiespeicher berücksichtigt, insbesondere im ersten Bereich aufgeladen wird und im zweiten Bereich entladen wird, insbesondere wobei die vom Fahrzeug zu transportierende Last auf dem Hubwerk vorgesehen ist, also hebbar und absenkbar. Von Vorteil ist dabei, dass im ersten Bereich potentielle Energie speicherbar und im zweiten Bereich entnehmbar ist. Hierbei ist allerdings der Antrieb vorzugsweise mit einem Vierquadrantensteller ausgeführt.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Fahrzeug ein Antikollisionssystem und hält bei Detektion eines in den empfindlichen Bereich eintretendes anderen Fahrzeuges oder Hindernisses an oder führt ein Ausweichen aus, insbesondere wobei die für ein solches Ausweichen notwendige Energie in der Sicherheitsreserve berücksichtigt wird. Von Vorteil ist dabei, dass Kollisionen vermeidbar sind und somit mehrere fahrerlose Transportfahrzeuge innerhalb der Anlage in erfindungsgemäßer Weise betreibbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Fahrzeug ein fahrerloses Transportfahrzeug. Von Vorteil ist dabei, dass eine genügend intelligente Steuerung und ein Kollisionen verhinderndes System auf dem Fahrzeug vorsehbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden zur Erfassung der Position des Fahrzeuges unterschiedliche Laufzeiten von Signalen mindestens zweier in der Anlage angeordneter Sender bestimmt und es wird daraus die Position bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass die Position in einfacher aber auch exakter Weise bestimmbar ist. Insbesondere ist ein GPS oder ein dem GPS ähnliches Infrarot- oder Funkwellensystem verwendbar oder ein Laserstrahlenbasiertes System.
  • Wichtige Merkmale bei der Vorrichtung sind, dass sie zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren vorgesehen ist, wobei das Fahrzeug einen Energiespeicher und mindestens einen Antrieb als Fahrantrieb umfasst, wobei die ans Fahrzeug maximal induktiv übertragbare Leistung kleiner ist als die maximal erlaubte und/oder auftretende elektrische Verbrauchsleistung des Fahrzeugs, insbesondere seiner Antriebe. Von Vorteil ist dabei, dass abschnittsweise zwar weniger elektrische Leistung ans Fahrzeug zuführbar ist als verbraucht wird, der Energiespeicher jedoch ermöglicht, dass trotzdem diese zeitlichen und räumlichen Abschnitte ohne Einbußen an Funktion überbrückbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Fahrzeug einen weiteren elektrischen Antrieb, der als Hubantrieb eines Hubwerks ausgebildet ist, insbesondere generatorisch und motorisch betreibbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass nicht nur in den Energiespeicher sondern auch im Hubwerk Energie speicherbar ist. Abhängig vom Grad der rückgewinnbaren Energie wird induktiv zugeführte und nicht von den Antrieben verbrauchte Leistung dem Energiespeicher oder dem Hubwerk zugeführt. Denn beim Laden einer Batterie als Energiespeicher sind auch die Lademittel und die das Entladen der Batterie steuernden Mittel verlustbehaftet. Beim Hubwerk hingegen treten die Reibungsverluste sowie die Verluste des Wechselrichters auf. Abhängig von der Auslegung der Systeme wird also im ersten Bereich zuerst das Hubwerk oder alternativ der Energiespeicher aufgeladen. Dabei kann auch berücksichtigt werden, dass bei sehr kleinen dem Energiespeicher und Hubwerk zum Speichern zur Verfügung stehender Leistungen ein Aufladen des Energiespeichers vorteilhafter sein kann, da beim Hubwerk beispielsweise zumindest die Haftreibung und dann Gleitreibung zu überwinden sind.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
    • 1
    Steuerelektronik
    2
    elektrischer Antrieb
    3
    Energiespeicher
    4
    Sekundärspule
    5
    Einspeisung
    21
    Fahrzeug im Bereich mit Energieübertragung
    22
    Fahrzeug im Bereich ohne Energieübertragung
  • Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
  • In der 1 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung an ein Fahrzeug skizziert. In 2 ist eine zugehörige Anlage symbolisch dargestellt.
  • Dabei prägt eine Einspeisung 5 einen mittelfrequenten Wechselstrom in ein Primärleitersystem ein, das in einem ersten Bereich des Bodens einer Anlage verlegt ist. Die Frequenz beträgt hierbei zwischen 10 und 500 kHz.
  • Das Fahrzeug umfasst eine Sekundärspule 4, die induktiv an das Primärleitersystem gekoppelt ist, solange das Fahrzeug im ersten Bereich sich aufhält.
  • Der erste Bereich ist vorzugsweise linienförmig verlegt, wie in 2 ersichtlich ist. Hierbei ist die Verlegung linienförmig am äußeren Umfang ausgeführt.
  • Die Sekundärspule 4 ist induktiv gekoppelt an das Primärleitersystem, wenn das Fahrzeug im ersten Bereich sich aufhält. Der Sekundärspule 4 ist eine Kapazität derart in Reihe oder parallel zugeschaltet, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Mittelfrequenz entspricht.
  • Aus dieser Sekundärspule 4 ist dann Energie einem Energiespeicher 3 zuführbar und/oder einem oder mehreren elektrischen Antrieben 2 des Fahrzeuges. Beispielsweise umfasst das Fahrzeug einen Antrieb 2 als Fahrantrieb. Ein weiterer elektrischer Antrieb, wie beispielsweise Hubantrieb oder Versorgung von Satellitenfahrzeugen, ist ebenfalls vorsehbar und aus dem Energiespeicher und/oder der Sekundärspule versorgbar.
  • Das Fahrzeug umfasst des Weiteren eine Steuerelektronik 1, die den Antrieb steuert sowie das Energiemanagement. Hierzu bestimmt die Steuerelektronik einen Wert für den Ladezustand des Energiespeichers.
  • Des Weiteren beeinflusst oder bestimmt die Steuerelektronik den Weg des Fahrzeugs. Hierzu ist die Steuerelektronik mit einem Positionserfassungssystem verbunden, das beispielhaft mittels eines GPS Systems realisiert ist.
  • In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das GPS System in der Lage aufgrund der Signale von geostationär angeordneten Satteliten die Position zu bestimmen.
  • In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind innerhalb der Anlage mehrere Sender, insbesondere Infrarot-Sender oder Funkwellen-Sender, vorgesehen, so dass ein mit der Steuerelektronik verbundener Empfänger die Position des Fahrzeuges bestimmt und die Steuerelektronik diese berücksichtigt.
  • Das Fahrzeug nach 1 und 2 weist außerdem eine Verbindung zum Datenaustausch mit einem stationäre Rechner der Anlage auf. Dieser vergibt einen Fahrauftrag an das Fahrzeug, das somit von einer ersten zu einer zweiten Position fahren soll.
  • Die Steuerelektronik könnte zwar den kürzesten oder den am schnellsten zurücklegbaren Weg bestimmen. Erfindungsgemäß wird aber ein optimaler Weg bezüglich der Energieaufnahme gewählt.
  • Auf diese Weise wird ein Stillstand des Fahrzeuges zum Zwecke des Aufladens vermeidbar.
  • In 2 ist ein Fahrzeug 21 im Bereich mit Energieübertragung, also im ersten Bereich, gezeigt und ein Fahrzeug 22 im Bereich ohne Energieübertragung, also in einem zweiten Bereich.
  • Wichtig ist auch, dass die maximal über die induktive Kopplung übertragbare elektrische Leistung kleiner ist als die maximal von den Antrieben des Fahrzeuges verbrauchbare Leistung. Somit ist bei einem höheren Verbrauch als induktiv nachführbar der Energiespeicher entladbar. Die Steuerelektronik ist nun in der Lage, in Kenntnis des Zeitverlaufs der geplanten Verbrauchsleistung den Weg für das Fahrzeuges von der ersten zur zweiten Position zu bestimmen, wobei der je nach Wegführung ermöglichte Verlauf der induktiven übertragenen Leistung und des Ladezustandes des Energiespeichers berücksichtigt wird.
  • Auf diese Weise ist ein Stillstand wegen entleertem Energiespeicher oder wegen Aufladens des Energiespeichers vermeidbar.
  • Der Energiespeicher ist als Batterie, also Doppelschicht-Kondensator, wie Ultracap oder dergleichen, oder als Brennstoffzelle ausführbar.
  • Vorzugsweise sind die Antriebe als elektromotorische Antriebe ausgeführt, die von einem gleichspannungsversorgten Umrichter oder Wechselrichter gespeist werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Wegsteuerung eines Fahrzeuges, wobei das Fahrzeug einen Energiespeicher umfasst, wobei dem Fahrzeug induktiv Energie zuführbar ist, solange es in einem ersten Bereich sich befindet, wobei dem Fahrzeug induktiv keine Energie zuführbar ist, solange es in einem zweiten Bereich sich befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg von einer ersten Position zu einer zweiten Position des Fahrzeuges – unter Berücksichtigung des Verlaufes der im ersten Bereich aufnehmbaren Leistung und/oder des Ladezustandes oder – unter Berücksichtigung der im ersten Bereich aufnehmbaren Energie bestimmt und/oder ausgeführt wird.
  2. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Fahrzeuges bestimmt wird und beim Steuern des Fahrzeuges berücksichtigt wird, insbesondere das Fahrzeug auf einen Sollpositionsverlauf hin geregelt wird.
  3. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg, also die Bahnkurve des Fahrzeuges, vor Beginn des Abfahrens des Weges bestimmt wird, insbesondere wobei der Ladezustand des Energiespeichers vor Beginn des Abfahrens des Weges berücksichtigt wird.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg derart bestimmt, dass der Energiespeicher höchstens bis zu einem kritischen Mindestwert an Ladung entladen wird während des Abfahrens des Weges, insbesondere wobei der Mindestwert ein Sicherheitswert ist.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kürzeste und/oder am schnellsten abfahrbare Weg ausgewählt wird, wobei der Verlauf des Weges außerhalb des ersten Bereichs – minimal kurz gewählt wird oder – derart kurz gewählt wird, dass der Ladezustand einen oder den vorgebbaren Mindestwert an Ladung, also gespeicherter zur Verfügung stellbarer Energie im Energiespeicher, nicht unterschritten wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass generatorisch frei werdende elektrische Leistung, beispielsweise durch Absenken eines auf dem Fahrzeug vorhandenen Hubwerks, berücksichtigt wird, insbesondere zum Verbrauch durch den elektrischen Antrieb oder zum Aufladen des Energiespeichers.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abfahrens des Wegs der Ladezustand des Energiespeichers und der kürzeste Abstand zum ersten Bereich bestimmt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Absinken des Ladezustandes und Erreichen eines Ladezustandes, welcher zum Durchfahren des kürzesten Abstandes zum ersten Bereichs gerade noch ausreicht, insbesondere unter Berücksichtigung einer sicherheitsrelevanten Restmenge an Ladeenergie, das Fahrzeug zum ersten Bereich hin gesteuert wird und dort, also innerhalb des ersten Bereichs, zum Punkt des kürzesten Abstandes zur zweiten Position, also Zielposition, hin gesteuert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ladezustand für den Antrieb oder den Energiespeicher verfügbar machbare, potentielle Energie eines auf dem Fahrzeug vorgesehenen Hubwerkes hinzugerechnet wird.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Fahrzeug vorgesehenes Hubwerk als weiterer Energiespeicher berücksichtigt wird, insbesondere im ersten Bereich aufgeladen wird und im zweiten Bereich entladen wird, insbesondere wobei die vom Fahrzeug zu transportierende Last auf dem Hubwerk vorgesehen ist, also hebbar und absenkbar.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Antikollisionssystem umfasst und bei Detektion eines in den empfindlichen Bereich eintretendes anderen Fahrzeuges oder Hindernisses anhält oder ein Ausweichen ausgeführt wird, insbesondere wobei die für ein solches Ausweichen notwendige Energie in der Sicherheitsreserve berücksichtigt wird.
  12. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein fahrerloses Transportfahrzeug ist.
  13. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Position des Fahrzeuges unterschiedliche Laufzeiten von Signalen mindestens zweier in der Anlage angeordneter Sender bestimmt werden und daraus die Position bestimmt wird.
  14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen Energiespeicher und mindestens einen Antrieb als Fahrantrieb umfasst, wobei die ans Fahrzeug maximal induktiv übertragbare Leistung kleiner ist als die maximal erlaubte und/oder auftretende elektrische Verbrauchsleistung des Fahrzeugs, insbesondere seiner Antriebe.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen weiteren elektrischen Antrieb umfasst, der als Hubantrieb eines Hubwerks ausgebildet ist, insbesondere generatorisch und motorisch betreibbar ist.
DE102009007954A 2009-02-06 2009-02-06 Verfahren und Vorrichtung zur Wegsteuerung eines Fahrzeuges Ceased DE102009007954A1 (de)

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