CN100555139C - 用于利用参数驱动脱离实现自动车辆控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本文实施例提出了用于利用参数驱动脱离实现自动车辆控制的方法和系统。在一个实施例中，确定车辆被自动引导所沿的路线。接收已经超出预定义参数的指示。响应于收到所述指示，中止车辆控制命令的产生。

Description

用于利用参数驱动脱离实现自动车辆控制的方法和系统
技术领域
本文所述实施例涉及控制可移动机器。更具体地，这些实施例涉及用于自动车辆控制系统的参数驱动脱离的方法和系统。
背景技术
操作农用车辆如拖拉机和收割机往往要求高重复性的操作。例如，当耕作或播种一块田地时，操作员必须重复穿过田地。由于该工作的重复性的特点和地形的不规则性，在农作物行中可能出现空隙和重叠。这可导致损坏农作物、过度播种或减少亩产量。随着农用车辆和农具的尺寸持续增加，精确控制其动作变得更加重要。
引导系统越来越多地用于控制农用和环境管理设备以及诸如路边喷洒、道路撒盐和扫雪这样的操作，这些操作期望沿着预定的路线进行。与车辆由人驾驶的通常实现的情况相比，这提供了对车辆的更精确的控制。许多农用车辆依赖于沟跟踪器，其机械地检测车辆是否平行于先前耕作的播种沟移动。但是，这些引导系统在平坦地形中以及在检测以直线耕作的沟时最有效。此外，许多这种系统要求工厂安装，而进行售后安装则太昂贵或者不方便。
用于控制车辆的转向机构的部件被用来控制车辆沿期望的方向运动。因此，引导系统产生由控制转向机构的部件执行的驾驶命令。通常，控制部件与液压泵直接耦合并且操纵液压泵，液压泵包括车辆的动力驾驶系统。其它控制部件操纵车辆的驾驶盘。
现有技术引导系统的问题在于通常没有采取措施用于逻辑脱离引导系统。因此，如果车辆操作员试图手动驾驶车辆(例如，以便从岩石的旁边经过)，引导系统将继续试图以原来的方向驾驶车辆。这对于操作员可能是不安全的并且可导致对车辆的损害，或者对操作员的伤害。因为没有针对引导系统的逻辑脱离，所以，用户必须手动操作马达座500以将其从驾驶盘脱离。
发明内容
因此，需要一种方法和系统，用于实现便于将引导系统从驾驶控制设备逻辑脱离而无需驾驶控制设备从车辆的转向机构物理脱离的自动车辆控制。
这里所述实施例提出了用于利用参数驱动脱离实现自动车辆控制的方法和系统。在一个实施例中，确定车辆被自动引导所沿的路线。接收已经超出预定义参数的指示。响应于收到所述指示，中止车辆控制命令的产生。
附图说明
说明书中所包括的附图构成该说明书的一部分，其示出了本发明的实施例，并且与说明书中的描述一起，用于解释本发明的原理。除非特别注明，该说明书中引用的附图应理解为未按比例画出。
图1A和图1B示出了根据本发明实施例的用于利用参数驱动脱离控制可移动机器的示例性系统。
图2示出了根据本发明实施例的示例性系统架构。
图3A和图3B分别示出了根据本发明实施例的用于利用参数驱动脱离控制可移动机器的系统的侧视图和俯视图。
图4A和图4B分别示出了根据本发明实施例的用于利用参数驱动脱离控制可移动机器的系统的侧视图和俯视图。
图5A和图5B分别示出了根据本发明实施例的用于利用参数驱动脱离控制可移动机器的系统的侧视图和俯视图。
图6是根据本发明实施例的用于利用参数驱动脱离实现自动车辆控制的方法的流程图。
图7A、7B和7C是根据本发明实施例的用于利用参数驱动脱离实现自动车辆控制的方法的流程图。
图8示出了根据本发明实施例的利用参数驱动脱离实现自动车辆控制的车辆。
图9是根据本发明实施例的所使用的示例性车辆引导系统的框图。
具体实施方式
现在，将参考本发明的实施例具体说明本发明的示例，而不受附图中的限制。尽管本发明将结合以下实施例予以说明，应当理解，其并非旨在将本发明仅仅限制于这些实施例。相反，本发明旨在覆盖可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围中的变化、修改和等同内容。而且，在本发明的以下具体描述中，阐述了大量的特定细节以便提供对本发明的透彻的理解。尽管如此，可以没有这些特定细节而实施本发明的实施例。在其它情况下，没有具体描述熟知的方法、过程、部件和电路，以免不必要地使本发明的方面不清晰。
标记和术语
以下的部分具体描述采用对计算机存储器中的数据比特的操作的过程、逻辑块、处理和其它符号表示的用语来表示。这些描述和表示是数据处理领域中的技术人员用以最有效地将其工作的实质传达给本技术领域中的其他技术人员的手段。在本申请书中，过程、逻辑块、处理等被认为是通向期望结果的自相一致的步骤序列或指令。所述步骤是那些要求对物理量的物理操作的步骤。虽然不一定，但是通常这些量采用能够被存储、传送、组合、比较和其它在计算机系统中操作的电或磁信号的形式。
但是，应该牢记，所有这些及类似术语是与适当的物理量相关联的，并且仅仅是应用于这些量的方便的标记。除非特别说明，否则，如同从以下讨论中容易看出的那样，应当理解，在整个本发明中，使用诸如“确定”、“接收”、“中止”、“使用”等术语的讨论指计算机系统或类似电子计算设备的动作和处理，其对在计算机系统的寄存器和存储器中表示为物理(电子)量的数据进行操作并将其转换成在计算机系统存储器或寄存器或其它这种信息存储、传输或显示设备中类似地表示为物理量的其它数据。
图1是根据本发明实施例的用于控制可移动机器105的示例性系统100的框图。在本发明的实施例中，系统100是用于产生并实施车辆控制命令以便于自动控制车辆的车辆引导系统。在图1中，位置确定系统110通过通信网络或耦合部115与控制部件120和驾驶部件130耦合。另外，系统100可以包括可选的键区140和/或地形补偿模块(TCM)部件(例如，TCM 150)，其也与耦合部115耦合。
在本发明的实施例中，耦合部115是串行通信总线。在一个实施例中，耦合部115符合但不限于控制系统局域网络(CAN)协议。CAN是20世纪80年代初开发的用于汽车的串行总线系统。美国汽车工程师协会(SAE)基于CAN规范2.0开发了标准的CAN协议、SAE J1939。SAE J1939规范提供即插即用能力，并且使得来自各个提供商的部件容易地集成在开放架构中。但是，本发明的实施例可以使用其它通信系统如无线网络而通信地耦合。
位置确定系统110确定可移动机器105的地理位置。针对本发明的目的，术语“地理位置”意思是以至少二维(例如，纬度和经度)确定可移动机器105的位置。在本发明的一个实施例中，位置确定系统110是基于卫星的位置确定系统，并且经由图1B的天线107从卫星接收导航数据。基于卫星的位置确定系统的示例包括全球定位系统(GPS)导航系统、差分GPS系统、实时动态定位(RTK)系统、网络化RTK系统等。虽然本实施例特别叙述了这些位置确定系统，但是，应当理解，本发明的实施例也很适合使用其它位置确定系统如地基位置确定系统，或者其它基于卫星的位置确定系统如格洛纳斯(GLONASS)系统，或者当前正在开发的伽利略(Galileo)系统。
在本发明的实施例中，控制部件120从位置确定系统110接收位置数据，并且产生用于控制可移动机器105的命令。在本发明的实施例中，可移动机器105是农用车辆如拖拉机、收割机等。但是，本发明的实施例也很适合控制其它车辆如扫雪机、建筑设备、道路撒盐机或路边喷洒设备。在一个实施例中，响应于从位置确定系统110接收的位置数据，控制部件120产生消息(例如，驾驶命令)给驾驶部件130，驾驶部件130于是控制可移动机器105的转向机构。在本发明的一个实施例中，依赖于系统100的配置，控制部件120可操作用于产生驾驶命令给电动驾驶部件和液压驾驶部件。
在本发明的实施例中，键区140向系统100提供附加的输入/输出能力。在本发明的实施例中，键区140还可以包括设备驱动，其允许读取介质存储设备如光盘(CD)、数字视频盘(DVD)、存储棒等。这允许例如集成来自各种软件应用如地图软件的数据，以便有助于控制可移动机器105的移动。例如，可将田地边界容易地输入到系统100以便于控制可移动机器105的运动。
TCM 150提供补偿地形变化的能力，地形变化会降低位置确定系统110在确定可移动机器105的地理位置时的精度。例如，当穿过山坡时，位置确定系统110的天线107可能会偏移到相对于可移动机器105的中心线的一侧或另一侧，从而在确定可移动机器105的地理位置时引起误差。结果，在耕作轮廓地形(contoured terrain)时，可能出现空隙或重叠。TCM 150可以检测天线107相对于可移动机器105的中心线的偏移量(例如，由于横摆(roll)，横倾(pitch)以及纵倾(yaw))并且发送信号，该信号使得控制部件120产生驾驶命令，该驾驶命令对确定可移动机器105的地理位置时的误差进行补偿。应当理解，参考图1描述的部件可以实施为单独的部件。但是，在本发明的实施例中，这些部件可以集成为分立部件的各种组合，或者为单个设备。
图2示出了根据本发明实施例的示例性系统架构200。在图2的实施例中，控制部件120包括与驾驶控制器220耦合的车辆引导系统210。应当理解，在本发明的实施例中，车辆引导系统210和驾驶控制器220可以实现为单个单元，或者单独实现。单独实现驾驶控制器220的优点在于其有便于将本发明实现为可以容易地添加到现有车辆导航系统的售后工具包。结果，用于本发明的部件和控制系统安装的成本减少了。但是，本发明的实施例也非常适于工厂安装作为可移动机器105的原始配件。
在本发明的实施例中，车辆引导系统210使用来自位置确定系统110的位置数据、用户输入如期望的图形和方向、以及矢量数据如期望的方向和距离，以便确定用于引导可移动机器105的路线校正。来自TCM 150的横摆、横倾和纵倾数据也可以用于确定用于可移动机器105的路线校正。为本发明的目的，术语“路线”意思是至少两个地理位置之间的方向。针对本发明的目的，术语“路线校正”意思是可移动机器105行进方向的改变，使得将可移动机器105从当前行进方向引导到期望的行进方向以及/或者从当前地理位置引导到期望的地理位置。在本发明的实施例中，车辆引导系统210是商业可用的引导系统如由加利福尼亚TrimbleNavigation Lid.Of Sunnyvale公司制造的
Figure C20058004099700101
引导系统。
用于确定路线校正的其它数据还可以包括将可以与可移动机器105耦合的各种器具的宽度考虑在内的刈幅(swath)计算。例如，如果收割机每次经过会清除15英尺的刈幅，则车辆引导系统210可以产生驾驶命令，其使得可移动机器105在下次经过时向一侧移动15英尺。车辆引导系统210还可以被编程成沿直的或曲线的路径行进，这在不规则形状的或轮廓的田地上操作或者在围绕中心轴布置的田地上操作时是有用的。在可移动机器105行进的路径模糊不清的情况下，这也是有用的。例如，扫雪机的操作员由于道路上的积雪而可能看不见正在清理的道路。此外，可见度可能由于雪、雨或雾而变得模糊。因此，在这些情况下，利用本发明的实施例以引导可移动机器105是有利的。在本发明的实施例中，位置确定部件110可以被集成到车辆引导系统210中，或者可以是单独的单元。另外，如上面参考图1所述，在本发明的实施例中，位置确定部件110、控制部件120和驾驶部件130可以集成为单个单元。
在本发明的实施例中，由车辆引导系统210计算的路线校正从车辆引导系统210发送到驾驶控制器220。
驾驶控制器220将由引导系统210产生的路线校正转化成用于操纵可移动机器105的转向机构的驾驶命令。驾驶控制器220产生将驾驶命令传送到驾驶部件130的消息。在本发明的实施倒中，车辆引导系统210、驾驶控制器220和驾驶部件130之间的通信耦合使用耦合部115(例如串行总线或CAN总线)来实现。
在本发明的实施例中，驾驶部件130可包括电动驾驶部件131或液压驾驶部件132。因此，如图2所示，驾驶控制器220包括：第一输出221，用于将驾驶控制器220与电动驾驶部件131耦合；以及第二输出222用于将驾驶控制器220与液压驾驶部件132耦合。因为耦合部115可以符合CAN协议，所以，系统200中配备了即插即用功能。因此，在本发明的实施例中，驾驶控制器可以依赖于使用驾驶控制器220的哪个输出而确定耦合哪个驾驶部件。
驾驶控制器220接着基于其耦合的驾驶部件而产生消息，其使得驾驶部件激励可移动机器105的转向机构。例如，如果驾驶控制器220确定正在使用输出221，则其产生格式化的用于控制电动驾驶部件131的驾驶命令。如果驾驶控制器220确定正在使用输出222，则其产生格式化的用于控制液压驾驶部件132的驾驶命令。在本发明的实施例中，由驾驶控制器220发送的消息可以包括控制电压或控制电流。
图3A和图3B分别示出了根据本发明实施例的用于控制可移动机器的系统300的侧视图和俯视图。在图3A的实施例中，驾驶部件(例如，图2的电动驾驶部件131)包括电动机310，其通过轴312与激励器设备耦合。在图3A的实施例中，激励器设备包括驱动轮311，其与可移动机器105的驾驶盘330接触。在本发明的实施例中，电动机310可以与驱动轮311直接耦合，或者可以通过低传动比率齿轮(未示出)耦合。使用这些方法耦合电马达313和驱动轮311是有利的，因为可以使用较小的电动机，同时仍产生足够的扭矩以控制驾驶盘330。因此，如果用户想手动驾驶可移动机器105，则当马达脱离时，用户将遇到较少的来自电动机310的阻力。
在本发明的实施例中，与驱动轮311耦合的电动机是非齿轮马达，并且这样选择耦合的电动机的性能参数，使得例如电动机310可以安装在不同类型和/或厂商的车辆中。例如，期望有一定量的扭矩以便能够转动驾驶盘330。确定马达产生的扭矩与驱动马达的电流之间的期望的比率也是重要的。因为穿过包括控制部件120的晶体管有功率损失，其与流经电路的电流的平方(X2)成比例，所以，期望使用较低量的电流。但是，如果使用的电流太小，则马达转动太慢，不能提供对驾驶命令的期望的响应水平。此外，如果扭矩常数(例如，盎司/英寸每安培)太高，则过多的“反电动势”由马达产生并且干扰流入马达的电流，其中“反电动势”是电磁场。尽管较高的电压可以克服反电动势问题，大多数车辆使用12伏电池，由此指示期望较高的电流。在本发明的实施例中，使用了产生约十九盎司/英寸扭矩每安培电流的非齿轮电动机。在本发明的其它实施例中，选择电动机的性能参数以更专门地匹配具有特定车辆类型、型号或厂商的马达。
电动驾驶部件131还包括马达控制单元313，其与电动机310耦合，并且通过耦合部115与图2的控制部件120耦合。在图3A中，电动机310通过支架320与转向柱340耦合。应当理解，在本发明的实施例中，电动机310可以使用其它器件而不是支架320与转向柱340耦合。例如，在一个实施例中，电动机310可以与通过吸盘而与可移动机器105的挡风玻璃或仪表板附着的支架耦合。在另一个实施例中，电动机310可以与在可移动机器105的底部和顶部之间延伸的杆耦合。而且，尽管本实施例显示马达控制单元313直接与电动机310耦合，但是本发明的实施例很适于使用其它配置。例如，在一个实施例中，马达控制单元313可以实现为控制单元120的子部件，并且可以通过电耦合(未示出)仅发送控制电压到电动机310。在另一个实施例中，马达控制单元313可以实现为单独的单元，其通过耦合部115与控制单元120通信地耦合并且通过电耦合(未示出)与电动机310耦合。
在本发明的实施例中，驱动轮311以充足的摩擦力与驾驶盘330耦合，使得驱动311的旋转引起驾驶盘330的旋转。在本发明的实施例中，弹簧(未示出)维持用于耦合驱动轮311和驾驶盘330的足够的压力。但是，如果例如用户手动驾驶可移动机器105并且用户的手指在驱动轮311和驾驶盘330之间经过，则弹簧在驱动轮311和驾驶盘330之间并不维持足够的压力挤压用户的手指。尽管图3A和图3B的实施例显示驱动轮311与驾驶盘330的外部接触，但是，在本发明的其它实施例中，驱动轮311与驾驶盘330的内部接触。
在本发明的实施例中，电动机310是可倒转的，因此，依赖于从控制部件120发送的驾驶命令，马达控制单元313控制到电动机310的电流，使电动机310沿顺时针或逆时针方向旋转。结果，驾驶盘330也沿顺时针或逆时针方向旋转。通常，对流过电动机310的电流进行校准使驱动轮311在不产生过多扭矩的情况下转动驾驶盘330。这有利于允许用户超越(override)电动驾驶部件131。在本发明的实施例中，电动机310可以是永磁刷直流(DC)电动机、无刷DC电动机、步进电动机或者交流(AC)电动机。
在本发明的实施例中，当用户以与电动驾驶部件131转动的方向相反的方向转动驾驶盘330时，马达控制单元313能够检测出来。例如，轴编码器(未示出)可以用于确定轴312转向哪个方向。因此，当用户以与电动机310转动的方向相反的方向转动驾驶盘330时，轴编码器检测到用户正在转动驾驶盘330并且产生到马达控制单元313的信号。响应于确定用户正在转动驾驶盘330，马达控制单元313可以切断提供给电动机310的电源。结果，电动机310现在是不受约束的并且可以由用户更加容易地操作。在另一个实施例中，当驾驶盘330以与电动机转动方向相反的方向转动时，马达控制单元313中的电路检测到电动机310停转并且切断提供到电动机310的电源。在另一个实施例中，开关检测到驾驶盘330的旋转并且发送信号到马达控制单元313。马达控制单元313于是可以确定用户正在手动驾驶可移动机器105，并且脱离电动机310。结果，当用户转动驾驶盘330时，即使其手指在驱动轮311和驾驶盘330之间经过也不会被挤压，因为当电源被切断时电动机310不受约束。
本发明的实施例相比传统的车辆控制系统是有利的，因为其可以容易地并且快速地作为售后市场工具安装。例如，传统的控制系统通常使用与车辆的动力转向机构相耦合的螺线管和水流阀来控制车辆。由于螺线管和水流阀的较高的成本以及安装系统的过程中涉及的额外的劳力，这些系统相比上述系统更加难于安装并且更加昂贵。图3的实施例可以容易地栓接到转向柱340上并且与驾驶控制器220耦合。而且，通过简单地将支架320与针对特定车辆型号配置的支架交换，电动机310可以适于多种车辆。此外，本发明的实施例不依赖于沟探测器，沟探测器必须在到达沟的终点时从沟升起及降到沟中。结果，在上升或下降沟探测器中损失较少时间。
图4A和图4B分别示出了根据本发明实施例的用于控制可移动机器的系统400的侧视图和俯视图。在图4A中，驾驶部件(例如，图2的电动驾驶部件131)包括通过轴412与驱动轮411耦合的电动机410，以及马达控制单元413。马达控制单元413将电动机410与图2的驾驶控制器220耦合。在图4A中，电动机410通过支架420与转向柱440连接。在图4A和图4B的实施例中，驱动轮411与子轮431耦合，子轮431通过支架432与驾驶盘330耦合。
在图4A和图4B的实施例中，电动机410依赖于马达控制单元413接收到的驾驶命令而沿顺时针或逆时针方向转动。结果，驱动轮411使得子轮431也沿顺时针或逆时针方向转动。使用子轮431防止在用户选择手动驾驶车辆时用户的手指在驾驶盘430和驱动轮411之间受挤压。在本发明的实施例中，通过例如将支架432附着到驾驶盘430的轮辐，子轮431可以容易地并且快速地与驾驶盘430耦合。
图5A和图5B分别示出了根据本发明实施例的用于控制可移动机器的系统500的侧视图和截面图。在图5A中，驾驶部件(例如，图2的电动驾驶部件131)包括通过轴512与齿轮511耦合并且与马达控制单元513耦合的电动机510。马达控制单元413将电动机510与图2的驾驶控制器220耦合。在图5A中，电动机510与转向柱540耦合。
图5B是系统500的截面图，并且示出了置于转向柱540内的转向轴550。齿轮551将转向轴550与电动驾驶部件131的齿轮511耦合。在本实施例中，电动机510依赖于马达控制单元513接收到的驾驶命令而沿顺时针或逆时针方向转动。结果，齿轮511也沿顺时针或逆时针方向转动，从而使得转向轴550由于齿轮551传送的力而转动。尽管本实施例叙述使用齿轮将电动驾驶部件131与转向轴550耦合，但是，本发明的实施例也非常适合使用其它机械耦合如齿轮和链条、带和滑轮等。
图6是根据本发明实施例的用于利用参数驱动脱离实现自动车辆控制的方法600的流程图。在本发明的实施例中，实现方法600以利于以安全的方式实现自动车辆控制。在本发明的实施例中，通过例如系统100的控制部件120实现方法600。应当注意，尽管以下讨论将叙述结合农用车辆使用方法600，但是，本发明的实施例可以用于其它应用如建筑设备和/或道路服务设备如扫雪机或撒盐车。
在图6的步骤610中，确定了车辆将被自动引导的路线。在本发明的实施例中，系统100的用户可以输入限定车辆105的路线的坐标。在一个实施例中，用户使用键区140手动输入限定车辆的路线的坐标。在本发明的实施例中，用户可以输入用于不止一个车辆路线的坐标。例如，用户可以对系统100进行编程以沿着包括一系列曲线的路径(例如，道路)行进，所述一系列曲线可以限定为一系列短的直线段。因此，一系列车辆路线可以限定使用系统100引导车辆105行进的道路。而且，在本发明的实施例中，可以将其它信息如车辆105或与其耦合的器具(例如，耕作附件)的宽度输入到系统105中。这有利于确定用于驾驶车辆105的矢量以避免覆盖范围中的过度播种或产生空隙。
在另一个实施例中，坐标可以存储在与系统100耦合的存储器设备中。例如，在先存储的车辆路线的坐标可以被存储在非易失性存储器或数据存储设备中。可替选地，可以由另一计算机系统确定车辆路线的坐标，并且使用例如可移动存储器设备如SmartCard存储器、通用串行总线(USB)存储器设备等将其传送到系统100。在另一个实施例中，无线通信系统可以将车辆105与通信网络(例如，因特网)通信地耦合，从该通信网络可以访问车辆路线坐标。在另一个实施例中，用户可以驱动车辆105并且设置系统100以继续沿当前方向行进指定的距离。
在图6的步骤620中，接收已经超出预定义参数的指示。本发明的实施例利用多种预定义参数，其用于限定用于系统100的操作参数。例如，在本发明的实施例中，当收到系统故障错误时，车辆控制命令的产生被中止，直到故障被纠正。
在本发明的实施例中，用于系统100的其它预定义参数包括但不限于最小车速、最大车速、车辆105和路线矢量之间的接近角、跨轨迹误差限制(例如，车辆105和路线矢量之间的距离)和/或用户的手动取代。
在图6的步骤630中，响应于步骤620中的接收指示，车辆控制命令的产生被中止。在本发明的实施例中，如果已经超出上面参考步骤620讨论的预定义参数之一，则用于自动引导车辆105的车辆控制命令被自动中止。在本发明的实施例中，不会恢复产生车辆控制命令，直到车辆105重新在预定义参数内操作，或者直到车辆105的用户作出恢复自动车辆控制的指示，从而发起新的车辆导向会话过程。
本发明的实施例有利于自动车辆引导系统的安全操作，原因是在预义参数被超出时，自动车辆引导系统被逻辑地脱离。在现有技术中，机械传感器(例如，沟探测器)被用于确定拖拉机是否精确地跟踪耕作的沟，并且脱离引导系统的唯一方法是手动地将操纵马达从车辆的驾驶盘脱离，或者手动地将沟探测器从沟脱离。
本发明的实施例逻辑地确定车辆是否在一组预定义参数中操作，该组预定义参数指示用户所希望的自动车辆控制。例如，如果系统100检测到用户手动驾驶车辆100，则很可能用户不想要系统100产生驾驶命令。如果这些命令由与驾驶盘(例如，图3的电动机310)耦合的驱动马达实施，则可能妨碍用户对车辆的控制并且导致不安全的操作情形。另外，如果车辆在最小车速以下操作，则可能显示用户尝试停止车辆，因此可能不想要自动车辆引导系统接替操作车辆。另外，如果用户尝试例如三点调头，则进行停止/减速动作，同时转换到倒退，使得系统逻辑上脱离对车辆105的控制。如果需要，用户可以按下接合按钮以重新接合当前路线矢量。
如果车辆在最大车速以上操作，可能指示用户已经驶离田地，因此不想自动车辆引导系统接替操作车辆。而且，如果车辆已经超出来自部分路线矢量的距离参数，则可能指示例如用户已经驾驶车辆105离开田地并且不再希望实施自动车辆控制。另外，如果用户已经驾驶车辆105离开田地，但是现在平行与田地(例如，在平行于田地的道路上)驾驶，则最大速度参数使系统100脱离以防止在用户在道路上操作车辆105时系统100试图控制车辆。
因此，本发明的实施例有利于车辆引导系统100的逻辑脱离，同时仍然允许其与被控制车辆的转向机构的物理耦合。这对于用户方便得多，以前他们必须手动地将驱动马达从车辆的驾驶盘脱离。对于许多用户，在执行重复性操作如耕作田地时，这是尤其令人厌烦的，需要重复进行手动分离驱动轮的操作。
图7A、7B和7C是根据本发明实施例的用于实现自动车辆控制的方法700的流程图。应当注意，除了图7A、7B和7C所示的步骤之外，用户可以通过例如按下指定按钮在任何时间中止或者终止系统100的操作。在图7的步骤701中，通过用户按下系统100的电源按钮向系统100提供电源。
在图7的步骤702中，发起新的引导会话过程。在本发明的实施例中，用户指示新的引导会话过程正被发起。
在图7的步骤703中，接收用于新的引导会话过程的路线参数。如上参考图6的步骤610所述，系统100存取限定车辆105的车辆路线的坐标。例如，将刈幅(也称为“A-B线”)的起点和终点输入系统100。
在图7的步骤704中，接合控制系统。一旦用户已经输入限定车辆路线的坐标，用户手动指示系统100将被接合。这防止车辆路线坐标一被输入系统100，系统100就自动接合并且自动引导车辆105。
在图7的步骤705中，接收速度数据。在本发明的实施例中，从各个监视设备接收数据以确定车辆105的操作参数。在步骤705，由控制部件120接收指示车辆105当前的操作速率或速度的数据。
在图7的步骤706中，执行逻辑操作以确定车辆105的当前速度是否在最小速度参数之上。在本发明的实施例中，控制部件120将步骤705中收到的车辆105的当前速度与预定义的最小速度参数进行比较。如果车辆105未超出最小速度参数(例如，5英里每小时)，则方法700继续步骤718并且中止车辆控制命令的产生。如果车辆105在最小速度参数之上行使，则方法700进入步骤707。在一个实施例中，对于每200毫秒(200ms)进行的五个连续读取，车辆105的当前速度必须在最小速度参数之上。
在图7的步骤707中，执行逻辑操作以确定车辆105的当前速度是否在最大速度参数之下。在本发明的实施例中，控制部件120将步骤705中收到的车辆105的当前速度与预定义的最大速度参数进行比较。如果车辆105超出最大速度参数(例如，15英里每小时)，则方法700继续步骤718并且中止车辆控制命令的产生。如果车辆105在最大速度参数之下行使，则方法700进入步骤708。在一个实施例中，对于每200毫秒(200ms)进行的五个连续读取，车辆105的当前速度必须在最大速度参数之下。
在图7的步骤708中，存取车辆105的当前位置数据。在本发明的实施例中，车辆105的当前位置数据从位置确定系统110获取。在本发明的实施例中，可以存取车辆105的一系列位置以确定车辆105行使的方向。
在图7的步骤709中，存取步骤703中接收的路线参数。
在图7的步骤710中，确定路线矢量。在本发明的实施例中，在步骤703中接收的路线参数限定第一点、第二点以及这两点之间的方向和距离。该信息可以用于本发明的实施例中以确定待由车辆105跟踪的路线的矢量。
在图7的步骤711中，确定从车辆105的当前位置到步骤710的路线矢量的角度。在本发明的实施例中，将如上面步骤708中所确定的车辆105行使的当前方向与上面步骤710中确定的路线矢量的方向进行比较。
在步骤712中，执行逻辑操作以确定从车辆105的当前位置到步骤710的路线矢量的角度是否在预定义的参数内。在本发明的实施例中，如果这两个方向之间的角度超出预定义的入口角参数(例如，自路线矢量方向30°)，则方法700进入步骤718并且中止车辆控制命令的产生。如果这两个方向之间的角度未超出预定义的入口角参数，则方法700进入步骤713。在一个实施例中，对于每200毫秒(200ms)进行的五个连续读取，从车辆105的当前位置到步骤710的路线矢量的角度必须在预定义接近角参数内。
在图7的步骤713中，确定从车辆105的当前位置到路线矢量上的点的距离。在本发明的实施例中，系统100使用来自位置确定系统110的数据以确定车辆105的当前位置。
在图7的步骤714中，执行逻辑操作以确定从车辆105的当前位置到路线矢量上的点的距离是否在预定义参数内。在本发明的实施例中，路线矢量被定义为一系列地理位置。因此，系统100可以用于确定车辆105到路线矢量上的点的距离。
在本发明的实施例中，用户可以向系统100输入附加信息，如与车辆105耦合的器具的宽度。例如，如果车辆105拉着宽度为30英尺的犁，则该信息可以用于确定车辆105与路线矢量的点之间的距离(也称为“跨轨迹误差”)是否超出预定义参数。例如，该预定义距离参数可以将车辆105和路线矢量上的点之间的最大距离限定为不远于3英尺。因此，如果车辆距指定路线矢量的点大于3英尺，则方法700进入步骤718并且中止车辆控制命令的产生。尽管本实施例叙述不大于3英尺的跨轨迹误差，但是，在本发明的实施例中，这可以是更大或更小的数字。
在本发明的实施例中，如果车辆105和路线矢量的点之间的距离超出预定义的跨轨迹误差参数，则方法700进入步骤718并且中止车辆控制命令的产生。如果车辆105和路线矢量的点之间的距离未超出预定义的跨轨迹误差参数，则方法700进入步骤719。在一个实施例中，对于每200毫秒(200ms)进行的五个连续读取，从车辆105的当前位置到路线矢量上的点的距离必须在预定义的跨轨迹误差参数内。
在图7的步骤715中，取得来自电流传感器的电流数据。在本发明的实施例中，马达控制单元313可操作用于确定流入电动机310中的电流量并且/或者确定用户是否手动操作车辆105的驾驶盘330。在另一个实施例中，马达控制单元313仅仅取得电流数据并且通过耦合部115将其发送到控制部件120。
在图7的步骤716中，执行逻辑操作以基于步骤715中获取的数据确定用户是否尝试手动操作车辆105。在本发明的实施例中，系统100可以基于流入例如电动机310的电流量确定用户是否尝试手动驾驶车辆105。如果确定用户正手动操作车辆105，则方法700进入步骤718并且中止车辆控制命令的产生。如果确定车辆105未被手动操作，则方法700进入步骤717。
在图7的步骤717中，执行逻辑操作以确定是否接收到系统故障错误。在本发明的实施例中，可执行设备轮询以确定系统100的部件是否存在系统错误情况。在其它实施例中，每个部件可以独立地产生消息给控制部件120，告知发生系统错误。应当注意，系统故障错误消息可以在方法700中的任何时间接收，并且引起车辆控制命令的立即中止。在本发明的实施例中，如果存在系统故障错误情况，则方法700进入步骤718并且中止车辆控制命令的产生。如果不存在系统故障错误情况，则方法700返回到步骤705。
在图7的步骤718中，中止车辆控制命令的产生。在本发明的实施例中，来自驾驶控制器的车辆控制命令被中止。在一个实施例中，只是不将车辆控制命令传送到驾驶部件130。在另一个实施例中，则根本不产生车辆控制命令。在另一个实施例中，可以中断来自车辆引导系统210的路线命令，以防止驾驶控制器220产生驾驶命令。
图8示出了实现根据本发明实施例的自动车辆控制的车辆。在图8中，用户操作在田地801中拉着犁801的拖拉机(例如，车辆105)。用户启动车辆引导系统100并且指示开始新的引导会话过程。用户接着输入第一刈幅820的坐标(例如，第一坐标821和第二坐标822)。在本发明的实施例中，系统100确定第一坐标821和第二坐标822的地理位置，以及这两点之间的矢量的方向和距离。这样做，系统100就已经确定用于车辆105的路线(例如，第一刈幅820)。当用户通过按下接合按钮而接合系统100时，车辆操作开始。
车辆105于是基于由控制部件120产生的车辆控制命令沿着刈幅820行进。在本发明的实施例中，用户控制车辆105的速度，同时引导系统100自动控制车辆105的驾驶以沿着由第一刈幅820限定的路线引导车辆105。因此，在本发明的实施例中，只要用户维持车辆105的速度在上和下速度限制之间，系统100就持续产生驾驶命令。
当车辆105到达第一刈幅820的终点时，用户手动地转动车辆105的驾驶盘以发起箭头830所示的转向。车辆引导系统100检测到用户手动控制车辆105(例如，图7的步骤716)并且自动中止产生车辆控制命令。这防止系统100产生驾驶命令试图引导车辆105回到第一刈幅820且因此与车辆105的手动操作发生冲突。在一个实施例中，车辆引导系统210继续产生车辆路线命令给驾驶控制器220，但是，驾驶控制器220并不响应于这些路线命令而产生驾驶命令。在另一个实施例中，来自车辆引导系统210的车辆路线命令也被中止。
只要用户在整个转向830中维持最小速度，用户就可以通过输入第一坐标841和第二坐标842而输入新的刈幅(例如840)的坐标。在转向830的特定点，用户可以通过按下按钮而重新接合系统100。系统100将接着确定路线矢量(例如840)的方向和距离以及车辆105的当前地理位置和路线。因为犁810的宽度对于系统100是已知的，所以，系统100可确定第一坐标841以定位犁810的边缘，使得空隙或耕作过度最小化。如果车辆105在预定义的距离参数范围内并且车辆105和刈幅840之间的入口角(entry angle)在参数范围内，则当车辆105被沿着刈幅840的路线引导时系统100将再次开始自动控制车辆105的操纵。而且，系统100可以向用户表示用户可以在转向830的特定点放弃对操纵的控制。系统100将接着控制车辆105的操纵使得自动引导车辆105到第一点841并且继续沿着该路线驾驶车辆。
在刈幅840的终点，用户通过箭头850限定的转向再次手动驾驶车辆105。如上所述，只要用户维持车辆105的速度在最小速度参数之上，用户就可以输入刈幅860的坐标(例如，第一坐标861和第二坐标862)，按下接合按钮，并且系统100将产生驾驶命令以沿着刈幅860引导车辆。
在刈幅860的终点，用户完成耕作田地810，将车辆105驾驶到道路870。当用户沿箭头880所示的方向驾驶车辆105时，系统100确定车辆105已超出距离参数。例如，现在，车辆105和刈幅860之间的距离超出基于犁801的宽度的3个刈幅的最大跨轨迹误差距离。
参考图9，本发明的一部分包括驻留于例如车辆引导系统210内的计算机可读的和计算机可执行的指令。应当理解，图9的车辆引导系统210仅仅是示例性的并且本发明也可以由其它计算机系统实现。
在本实施例中，车辆引导系统210包括：地址/数据总线901，用于在各个部件之间传送数字信息；中央处理单元(CPU)902，用于处理数字信息和指令；易失性主存储器903，其包括用于存储数字信息和指令的易失性随机存取存储器(RAM)以及用于存储信息和指令的具有更永久特性的非易失性只读存储器(ROM)904。另外，车辆引导系统210还可以包括用于存储大量数据的数据存储设备905(例如，磁的、光的、软盘、或磁带驱动装置等)。应当注意，用于实现自动车辆控制的本发明的软件程序可以存储在易失性存储器903、数据存储设备905中，或者在外部存储设备(未示出)中。车辆引导系统210还包括与总线901耦合的第一通信接口906，其用于接收来自位置确定系统110的地理位置数据。车辆引导系统210还包括与总线901耦合的第二通信接口907，其用于将路线校正命令传送到驾驶控制器220。在本发明的实施例中，第一通信接口906和第二通信接口907是串行通信接口。
这样，描述了本发明的优选实施例、用于实现自动车辆控制的方法和系统。尽管以特定实施例对本发明进行描述，但是，应当理解，本发明不应该理解为由这些实施例来限定，而应理解为由以下权利要求限定。

Claims (33)

1.一种用于利用参数驱动脱离实现自动车辆控制的方法，所述方法包括：
确定车辆的路线，其中，所述车辆将沿着所述路线在第一地理位置和第二地理位置之间被自动引导；
接收操作参数已超出预定义参数的指示；以及
响应于接收到所述指示而中止车辆控制命令的产生；
所述方法特征在于包括：在操作参数不再超出预定义参数时，恢复车辆控制命令的产生。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定包括：
使用位置确定系统确定所述车辆的地理位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述确定包括：
使用地基位置确定系统以确定所述车辆的地理位置。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述确定包括：
使用基于卫星的位置确定系统以确定所述车辆的地理位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述基于卫星的位置确定系统选自这样的组，该组包括全球定位系统、差分全球定位系统、实时动态定位系统、网络化实时动态定位系统、格洛纳斯系统以及伽利略系统。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
响应于从引导系统接收到路线校正，使用驾驶控制器以产生控制信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述接收进一步包括利用串行通信总线将所述驾驶控制器与驾驶部件通信地耦合。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述串行通信总线符合控制系统局域网络协议。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述驾驶部件包括选自这样的组的电动机，该组包括永磁刷直流电动机、无刷直流电动机、步进电动机和交流伺服电动机。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述路线进一步包括：
确定第一地理位置和第二地理位置之间的矢量。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
确定操作参数已经超出所述矢量上的点与所述车辆的地理位置之间的距离参数或确定操作参数已经超出所述车辆的地理位置与所述矢量上的点之间的接近角。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
确定操作参数已经超出速度参数。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
确定所述车辆的用户正手动驾驶所述车辆。
14.根据权利要求1-13中的任一项所述的方法，进一步包括在操作参数不再超出预定义参数时，向所述车辆的用户指示该用户可放弃对驾驶的控制。
15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
依赖于使用驾驶控制器的哪个输出而确定所述车辆是要用电动驾驶部件还是要用液压驾驶部件来引导。
16.一种用于实现自动车辆控制的系统，所述系统包括：
位置确定部件，其用于确定所述车辆的地理位置；
驾驶部件，其用于控制所述车辆的转向机构；以及
与所述位置确定部件和所述驾驶部件耦合的控制部件，所述控制部件用于响应于从所述位置确定部件接收到位置数据而产生路线校正，并且用于响应于接收到操作参数已经超出预定义参数的指示而中止所述路线校正的产生；所述系统的特征在于所述控制部件被提供用于在操作参数不再超出预定义参数时恢复车辆控制命令的产生。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述位置确定系统是地基位置确定系统。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述位置确定系统是基于卫星的位置确定系统。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述基于卫星的位置确定系统选自这样的组，该组包括全球定位系统、差分全球定位系统、实时动态定位系统、网络化实时动态定位系统、格洛纳斯系统和伽利略系统。
20.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制部件产生到所述驾驶部件的控制信号。
21.根据权利要求16所述的系统，进一步包括串行通信总线，其通信地耦合所述控制部件、所述驾驶部件和所述位置确定部件。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述通信总线符合控制系统局域网络协议。
23.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制部件还用于控制与所述车辆的转向机构耦合的液压驾驶部件。
24.根据权利要求16所述的系统，其中，所述驾驶部件包括选自这样的组的电动机，该组包括永磁刷直流电动机、无刷直流电动机、步进电动机和交流伺服电动机。
25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述电动机通过激励器设备与所述车辆的转向柱耦合，所述激励器设备包括控制所述转向机构的驾驶盘的驱动轮。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述激励器设备通过与所述驾驶盘耦合的子轮控制所述驾驶盘。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述激励器设备与所述车辆的转向轴耦合。
28.根据权利要求16所述的系统，进一步包括检测部件，其用于确定用户何时驾驶所述车辆，并且用于响应于所述确定而发起所述驾驶部件的脱离。
29.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制部件确定第一地理位置和第二地理位置之间的矢量。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述控制部件确定操作参数已经超出所述矢量上的点与所述车辆的地理位置之间的距离参数或确定操作参数已经超出所述车辆的地理位置与所述矢量上的点之间的接近角。
31.根据权利要求29所述的系统，其中，所述控制部件确定操作参数已经超出速度参数。
32.根据权利要求16-31中的任一项所述的系统，进一步包括用于在操作参数不再超出预定义参数时，向所述车辆的用户指示该用户可放弃对驾驶的控制的装置。
33.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制部件进一步配置成依赖于使用所述控制部件中的驾驶控制器的哪个输出而确定是否与电动驾驶部件和液压驾驶部件中的任一个耦合。
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