CN101006402B - 控制移动式机器中的转向死区的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于控制移动式机器中的转向死区的方法和系统。该方法包括测量死区、存储对应于死区的值以及将死区值应用到转向机构的控制器。由此，根据死区值控制转向机构而补偿死区。

Description

控制移动式机器中的转向死区的方法和系统

相关美国申请

本申请是由Arthur Lange等于2004年7月14日提交的名称为“AMethod and System for Controlling a Mobile Machine(用于控制移动式机器的方法和系统)”、申请号为10/892,002的共同待决的美国专利申请的部分连续申请，该申请已经转让给本发明的受让人。为了不再重复，这里通过参引将该相关申请结合入本文。

技术领域

本发明总体涉及控制移动式机器。更具体地，本发明的实施方式涉及控制移动式机器中的转向死区。

背景技术

现代公用事业车辆在包括农业、建筑、路面和场地维护、采矿、勘测等领域中执行各种功能。在许多涉及这些领域的作用中，一些车辆的操作倾向于重复进行。虽然这里的讨论涉及所有这些领域以及在其中使用的车辆，为清楚和简明起见，这里的讨论将集中于农用车辆来进行阐释和说明。

操作例如拖拉机、收割机等农用车辆会涉及这种重复性。例如，当耕作或种植一块田地时，操作者必须在田地中反复穿越，该田地可能有很大面积(例如以英亩计的面积等)。由于工作的重复性和地形的不规则性，在成行的农作物中会产生间隙和重叠。这会导致毁坏农作物、种植过密或者每英亩产量降低。随着农用车辆和农具的尺寸的增加，精确控制其运动变得更加重要。

对于在期望沿事先确定的路线行进的情况下控制农业和环境管理设备以及诸如路边喷洒、路面撒盐和扫雪等操作，越来越多地使用引导系统。与车辆由人转向的情况下通常实现的控制相比，这使得可以对车辆进行更精确的控制。许多情况下依赖于机械地检测车辆是否平行于先前犁开的种植沟移动的犁沟跟随器。然而，这些引导系统在平坦的地形中并且在检测成直线犁开的犁沟时最有效。此外，许多这些系统需要在工厂安装并且成本过高或不便于售后安装。

此外，几乎所有用于农业和类似作用的公用事业车辆和机器都具有如下特征：其转向控制(例如方向盘)的定位相对于车轮所朝向的实际方向有一定量的差异。该差异在转向机构中通常称为“游隙”，其可以方向盘耦联到车轮的死区表征。术语“死区”或转向游隙是指：当方向盘移动时接触地面的导向轮的位置不变的情况。车辆与车辆间，例如拖拉机与拖拉机间，该死区的范围可能不同。这种转向游隙会对引导系统的性能产生不利地影响。

转向游隙常常涉及多种机械对准、调整、缓慢积聚的机械变化的总和，所述缓慢积聚的机械变化诸如与松弛，联动装置、液压致动器、阀上的磨损，泄漏以及压力变化等相关。由此，转向游隙通常在旧车辆中比在新车辆中更明显。此外，旧车辆比新车辆通常以更快的速度磨损、松弛和以其他方式改变位置。由此，在旧车辆中，在经历相对较短的操作期和/或较轻的操作负荷之后，转向游隙就会增加。

在一个或多个重复操作中定位车辆时，这种游隙会导致变化和/或误差。这种变化需要校正，这样的校正会分散操作者的注意力和占用操作者的精力，例如用于手动补偿、调节引导系统等。分散操作者的注意力会扰乱操作者，这会对安全性和经济性有负面影响。占用操作者的精力使得与不发生这种情况时相比操作车辆更费力和麻烦。

此外，这种误差会导致如下后果：例如实际上错过了一部分应进行车辆作业的土地，而其它部分进行不必要的重复作业。这两种后果会对经济性和其它作用有负面影响。例如，错过犁耕、种子、肥料、杀虫剂等的作物部分会没有产出，或者车辆的作业可能需要重复进行(或者通过例如校正性的手工作业或者其它车辆的作业代替)以覆盖错过的部分。而其它区域，例如在被错过的部分的附近，会发生不必要的重复作业，这会产生浪费和/或是有害的。一些经济成本通常产生于重复本身。例如，当过量的种子、肥料、杀虫剂等意外地(例如不准确地、错误地等)施加到位于被错过的部分附近的先前已经覆盖的区域时，在此附近区域，作物产量降低或者没有产出。

发明内容

因此，需要一种用于引导例如农用车辆和其它车辆等的移动式机器的方法和系统，该方法和系统减轻了所不期望的与引导相关的作用以及其他与转向游隙相关的作用。还期望这种方法和系统自动减轻这种与转向游隙相关的作用。此外，期望这种系统以一种可改善自动转向控制导航且适于售出后在这些车辆中安装的构造实现。

公开了用于控制移动式机器中的转向死区的方法和系统。该方法包括使车辆操作者手动测量死区、手动存储对应于该死区的值以及在转向机构的控制器中使用该死区值。由此，根据死区值控制转向机构而补偿死区。该方法和系统自动减轻所不期望的与引导相关的作用以及其他与死区相关的作用，该死区表征转向游隙。在一个实施方式中，实施该系统以改善自动转向控制导航并且适于售出后在车辆中安装。这些车辆可包括例如拖拉机、联合收割机、收割机等农用机械，以及公用事业、商用、建筑和维护车辆。该手动测量通过削减在昂贵的成套传感器上的成本而节约了相当大的成本。

附图说明

结合到本说明书中并且形成了本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式，并且与说明书文字部分一起用来解释本发明的原理。除非特别指出，本说明书所涉及的附图应当理解为并非按比例绘制。

图1A和1B示出了根据本发明实施方式的用于控制移动式机器的示例系统。

图2示出了根据本发明的实施方式的示例系统的体系结构。

图3A和3B分别示出了根据本发明实施方式的用于控制移动式机器的示例系统的侧视图和俯视图。

图4A和4B分别示出了根据本发明实施方式的用于控制移动式机器的示例系统的侧视图和俯视图。

图5A和5B分别示出了根据本发明实施方式的用于控制移动式机器的示例系统的侧视图和俯视图。

图6是根据本发明实施方式的用于控制车辆的示例方法的流程图。

图7是根据本发明实施方式的用于控制移动式机器中的转向死区的示例方法的流程图。

图8是根据本发明实施方式的用于测量移动式机器的转向机构中的死区的示例方法的流程图。

图9是根据本发明实施方式的用于测量移动式机器的转向机构中的死区的示例方法的流程图。

图10是根据本发明实施方式的用于控制移动式机器中的转向死区的示例方法的流程图。

图11绘出了根据本发明实施方式的用于控制转向机构中的死区的示例系统。

具体实施方式

这里所描述的实施方式涉及用于控制移动式机器中的转向死区的方法和系统。下面将详细描述实施方式，其示例在附图中示出。虽然本发明将参照下列实施方式进行描述，应当理解这些实施方式并非用来将本发明仅限制于这些实施方式。相反，本发明意在包括可包含在由所附权利要求及其等同内容所限定的本发明的主旨和范围内的替代方式、修改方式和等同方式。

此外，在下列详细描述的实施方式中，列举出了许多特定的细节以提供对本发明的全面理解。然而，本发明的实施方式可在没有这些特定细节的情况下实施。在其它示例中，没有详细描述众所周知的方法、系统、过程、部件、电路、设备和装置等，以免不必要地淡化本发明的方面。

下面所详细描述的部分根据过程来提出和讨论。虽然其步骤和顺序在描述这些过程(例如各个过程600-1000)的操作的图中(例如图6-10)公开，但这些步骤和顺序是示例性的。本发明的实施方式也很好地适于执行各种其它步骤和在此流程图中描述的步骤的变体，并且其顺序可不同于在此所绘制和描述的顺序。

本发明的实施方式提供了用于控制移动式机器中的转向死区的方法和系统。在一个实施方式中，该方法包括测量死区、存储对应于该死区的值和将该死区值应用到转向机构的控制器。由此，根据死区值控制转向机构而补偿死区。

因此，减轻了所不期望的与引导相关的作用和其他与死区相关的作用，其中死区表征转向游隙。有利地，在一个实施方式中，实施该系统以改善自动转向控制导航并且适于售出后在车辆中安装，这可以延长车辆和移动式机器的有效操作寿命，特别是延长那些因负载性质和循环而导致转向机构磨损的车辆和移动式机器的有效操作寿命。

第一部分：示例移动式机器控制平台和过程

本发明的实施方式涉及用于控制移动式机器中的转向死区的方法和系统。对于控制移动式机器中的死区的方法和系统的描述从第二部分和图7开始。首先，第一部分、图1-6讨论了用于控制移动式机器的示例方法和系统，以为第二部分对用于控制移动式机器中的转向死区的方法和系统提供关联背景。

图1是根据本发明实施方式的用于控制移动式机器105的示例系统100的框图。在图1中，位置确定系统经由通信网或耦联装置115与控制部件120和转向部件130耦联。此外，系统100可包括可选的小键盘140和/或地形补偿模块部件(例如TCM 150)，它们也与耦联装置115耦联。

在本发明的实施方式中，耦联装置115是串行通信总线。在一个实施方式中，耦联装置115适应于但并非受限于控制器局域网(CAN)协议。CAN是一种串行总线系统，其在二十世纪八十年代早期开发出来用于汽车应用。汽车工程师协会(SAE)已经开发出了基于CAN规范2.0的标准CAN协议SAE J1939。SAE J1939规范提供了即插即用能力并且使来自不同供应商的部件可以容易地集成到开放体系结构中。

位置确定系统110确定移动式机器105的地理位置。针对本发明目的，术语“地理位置”指在至少两个维度(例如纬度和经度)上确定移动式机器105的所在位置。在本发明的一个实施方式中，位置确定系统110是基于卫星的位置确定系统且其通过图1B中的天线107从卫星接收导航数据。卫星定位系统的示例包括全球定位系统(GPS)导航系统、差转GPS系统、实时运动(RTK)系统、网络RTK系统等。虽然本实施方式具体列举了这些位置确定系统，但可以理解，本发明的实施方式也很好地适于使用其它位置确定系统，例如基于地面的位置确定系统，或者例如GLONASS系统或当前正在开发的Galileo(伽利略)系统等其它基于卫星的位置确定系统。

在本发明的实施方式中，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移动式机器105的命令。在本发明的实施方式中，移动式机器105是例如拖拉机、收割机等的农用于车辆。然而，本发明的实施方式也很好地适于控制其它车辆，例如扫雪机、路面撒盐机或者路边喷洒设备。在一个实施方式中，响应从位置确定系统110接收的位置数据，控制部件120向转向部件130发出消息(例如转向命令)，而后，转向部件控制移动式机器105的转向机构。在本发明的实施方式中，根据系统100的构造，操作控制部件120工作而向电动转向部件和液压转向部件发出转向命令。

在本发明的实施方式中，小键盘130向系统100提供额外的输入/输出能力。在本发明的实施方式中，小键盘130还可包括设备驱动装置131，其允许读取例如光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)、记忆棒等介质存储设备。这使得例如可以从诸如映射软件等多种软件应用中整合数据以利于控制移动式机器105的运动。例如，田地边界可容易地输入到系统100中以利于控制移动式机器105的运动。

TCM 150提供了对可能降低位置确定系统110在确定移动式机器105的地理位置过程中的精确性的地形变化进行补偿的能力。例如，当经过山坡时，位置确定系统110的天线107会相对于移动式机器105的中心线位移到一侧或另一侧，由此导致确定移动式机器105的地理位置时的误差。由此，当耕作凸凹不平的地形时会产生间隙或重叠。TCM 150可检测天线107相对于移动式机器105的中心线的位移量(例如，由于滚动、倾斜和偏航产生的)并且发送信号，该信号使得控制部件120可以产生转向命令，该转向命令对确定移动式机器105的地理位置过程中的误差进行补偿。应当理解，参照图1描述的部件可作为分开的部件来实施。然而，在本发明的实施方式中，这些部件可集成为离散部件的多种组合体或者单一设备。

图2示出了根据本发明实施方式的示例系统体系结构200。在图2的实施方式中，控制部件120包括与转向控制器220耦联的车辆引导系统210。应当理解，在本发明的实施方式中，车辆引导系统210和转向控制器220可作为单一单元实施或者分开实施。分开实施转向控制器220是有利的，这是因为，其利于将本发明作为售出后的成套工具实施，该成套工具可容易地添加到现有的车辆导航系统。由此，降低了本发明的控制系统的部件成本和安装成本。然而，本发明的实施方式也很好地适于作为用于移动式机器105的初始设备在工厂安装。在一个实施方式中，车辆引导系统210工作以对车辆的转向机构中的死区进行补偿。

在本发明的实施方式中，车辆引导系统210使用来自位置确定系统110的位置数据、诸如所期望的模式或方向等的用户输入以及诸如所期望的方向和距离等的矢量数据来确定路线修正量，该路线修正量用来引导移动式机器105。还可使用来自TCM 150的滚动、倾斜和偏航数据来确定移动式机器105的路线修正量。针对本发明目的，术语“路线修正量”指将移动式机器105从当前的行进方向引导到期望的行进方向时在移动式机器105行进方向上的改变。在本发明的实施方式中，车辆引导系统210是可从市场上买到的引导系统，诸如加利福尼亚州桑尼维尔的Trimble Navigation Ltd.制造的AgGPS

引导系统。

其它用于确定路线修正量的数据还可包括刈幅计算量，该刈幅计算量考虑了可与移动式机器105耦联的不同工具的宽度。例如，若收割机每穿越一次可扫过15英尺的刈幅，则车辆引导系统210会产生使得移动式机器105在下一次穿越时向一侧移动15英尺的转向命令。车辆引导系统210还可被编程为遵循直线或弯曲路径，当在形状不规则的或者凸凹不平的田地中或者在绕着枢转中心的分布的田地中操作时这是有用的。这在不清楚移动式机器105所遵循的路径时的情况下也是有利的。例如，由于雪在路面上的积聚，扫雪车的操作者可能无法看到正清扫的路面。此外，视线可能被雪、雨或雾所阻碍。由此，在这些条件下使用本发明的实施方式引导移动式机器105是有利的。在本发明的实施方式中，位置确定系统110可集成到车辆引导系统210中或者可作为独立单元。此外，如上参照图1所述，在本发明的实施方式中，位置确定部件110、控制部件120和转向部件130可集成到单一单元中。

在本发明的实施方式中，由车辆引导系统210计算出的路线修正量从车辆引导系统210发送到转向控制器220。

转向控制器220将引导系统210产生的路线修正量转换为转向命令，用来操纵移动式机器105的转向机构。转向控制器220产生将转向命令发送到转向部件130的消息。在本发明的实施方式中，车辆引导系统210、转向控制器220和转向部件130之间的通信耦联通过使用耦联装置115(例如，串行总线或者CAN总线)来完成。

在本发明的实施方式中，转向部件130可包括电转向部件131或者液压转向部件132。由此，如图2所示，转向控制器220包括第一输出装置221和第二输出装置222，第一输出装置221用来将转向控制器220与电转向部件131耦联，第二输出装置222用来将转向控制器220与液压转向部件132耦联。由于耦联装置115可适应CAN协议，在系统200中利于实现即插即用功能。因此，在本发明的实施方式中，转向控制器可根据使用转向控制器220的哪个输出装置来确定耦联哪个转向部件。

而后，转向控制器220基于所耦联的转向部件产生消息，该消息使得转向部件致动移动式机器105的转向机构。例如，若转向控制器220确定正在使用输出装置221，则其产生格式适于控制电转向部件131的转向命令。若转向控制器220确定正在使用输出装置222，则其产生格式适于控制液压转向部件132的转向命令。

图3A和3B分别示出了根据本发明的用于控制移动式机器的系统300的侧视图和俯视图。在图3A的实施方式中，转向部件(例如，图2的电转向部件131)包括电动机310，该电动机通过轴312与致动设备耦联。在图3A的实施方式中，致动设备包括驱动轮311，该驱动轮与移动式机器105的方向盘330接触。在本发明的实施方式中，电动机310可直接与驱动轮311耦联，或者可通过低速齿轮(未示出)耦联。使用这些方法来耦联电动机310和驱动轮311是有利的，这是因为，可使用较小的电动机且同时仍然产生足够的扭矩来控制方向盘330。由此，若用户想手动转向移动式机器105，当断开电动机310时，用户遇到的来自电动机310的阻力较小。

电转向部件131还包括马达控制单元313，该马达控制单元313通过耦联装置115与图2的电动机310和控制部件120耦联。在图3A中，电动机310通过支架320与转向柱340耦联。应当理解，在本发明的实施方式中，电动机310可使用支架320之外的其它装置与转向柱340耦联。例如，在一个实施方式中，电动机310可与支架耦联，该支架通过吸盘与移动式机器105的挡风玻璃或仪表板附连。在另一实施方式中，电动机310可与在移动式机器105的底板和顶篷之间延伸柱杆耦联。此外，虽然本实施方式示出马达控制单元313直接与电动机310耦联，本发明的实施方式也很好地适于使用其它构造。例如，在一个实施方式中，马达控制单元313可实施为控制单元120的子部件并且可通过电耦联装置(未示出)仅向电动机310发送控制电压。在另一实施方式中，马达控制单元313可实施为独立的单元，其通过耦联装置115与控制单元120通信耦联并且通过电耦联装置(未示出)与电动机310通信耦联。

在本发明的实施方式中，驱动轮311以足够的摩擦与方向盘330耦联，使得驱动轮311的旋转引起方向盘330旋转。在本发明的实施方式中，弹簧(未示出)维持了用于耦联驱动轮311与方向盘330的足够压力。然而，弹簧在在驱动轮311和方向盘330之间维持的压力不足以在例如用户手动转向移动式机器105且用户手指自驱动轮311与转向轮330之间通过时夹住用户手指。

在本发明的实施方式中，电动机310可以反向，由此，根据从控制部件120发出的转向命令，马达控制单元313控制输送到电动机310的电流，使其在顺时针方向或逆时针方向旋转。由此，方向盘330也沿着顺时针方向或逆时针方向转动。通常，流过电动机310的电流被校准为使得驱动轮311转动方向盘330而没有产生多余扭矩。这利于允许用户超驰(override)电转向部件131。在本发明的实施方式中，电动机310可以是永磁刷式直流(DC)电动机、无刷DC电动机、步进电动机或者交流(AC)电动机。

在本发明的实施方式中，马达控制单元313可检测何时用户沿着与电转向部件正在转动的方向相反的方向转动方向盘330。例如，可使用轴角编码器(未示出)来确定轴312正沿哪个方向转动。由此，当用户沿着与电动机310的转动方向相反的方向转动方向盘330时，轴角编码器检测到用户正在转动方向盘330并且向马达控制单元313发出信号。响应于对用户正在转动方向盘330情况的确定，马达控制单元313可切断供应到电动机310的电力。这样，电动机310现在空转并且可由用户更容易地操作。在另一实施方式中，马达控制单元313检测到方向盘330沿着与电动机的转动方向相反的方向转动时，在马达控制单元313内的电路检测到电动机310停转并且切断供应到电动机310的电力。在另一实施方式中，开关检测方向盘330的转动并且向马达控制单元313发送信号。然后，马达控制单元313可确定用户正手动转向移动式机器105，进而断开电动机310。由此，当用户转动方向盘330时，因为切断电力后电动机310空转，在其手指从驱动轮311和方向盘330之间通过时不会被夹住。

本发明的实施方式相对于传统的车辆控制系统的有利之处在于其能够作为在市场上出售的成套工具而容易且快速地进行安装。例如，传统的控制系统通常使用耦联到车辆的动力转向系统的电磁阀和液压流量阀控制车辆。由于电磁阀和液压流量阀的较高成本以及安装系统时所需的额外劳动，相较于上述系统，这些系统更难以安装并且更贵。图3的实施方式可容易地通过螺栓连接到转向柱340并且与转向控制器220耦联。此外，电动机310可通过简单地更换针对特定车辆型号构造的支架320而适配到多种车辆上。此外，本发明的实施方式不依赖于犁沟探测器——当抵达犁沟的端点时犁沟探测器必须从犁沟升起以及下降到犁沟内。由此，减少了在升降犁沟探测器过程中的时间损耗。

图4A和4B分别示出了根据本发明实施方式的用于控制移动式机器的系统400的侧视图和俯视图。在图4A中，转向部件(例如图2的电转向部件131)包括电动机410和马达控制单元413，电动机410通过轴412与驱动轮411耦联。马达控制单元413将电动机410与图2的转向控制器220耦联。在图4A中，电动机410通过支架420与转向柱440耦联。在图4A和4B的实施方式中，驱动轮411与副轮431耦联，副轮431通过支架432与方向盘430耦联。

在图4A和4B的实施方式中，电动机410根据由马达控制单元413接收的转向命令沿顺时针或逆时针方向转动。由此，驱动轮411使得副轮431也沿顺时针或逆时针方向转动。在用户选择手动转向车辆的情况下，使用副轮431防止用户的手指被夹在方向盘430和驱动轮411之间。在本发明的实施方式中，副轮431可例如通过将支架432附连到方向盘430的轮辐上而容易且快速地与方向盘430耦联。

图5A和5B分别示出了根据本发明实施方式的用于控制移动式机器的系统500的侧视图和截面图。在图5A中，转向部件(例如图2的电转向部件131)包括电动机510和马达控制单元513，电动机510通过轴512与齿轮511耦联。马达控制单元413将电动机510与图2的转向控制器220耦联。在图5A中，电动机510与转向柱540耦联。

图5B是系统500的截面图，并且示出了设置在转向柱540内的转向轴550。齿轮551将转向轴550和电转向部件131的齿轮511耦联。在本发明的实施方式中，电动机510根据马达控制单元513所接收的转向命令沿顺时针或逆时针方向转动。由此，齿轮511也沿着顺时针或逆时针方向转动，从而使转向轴550因齿轮551所传递的力而转动。虽然本实施方式叙述了使用齿轮耦联电转向部件131与转向轴550，但本发明的实施方式很好地适于使用例如齿轮和链条、带和带轮等其它机械耦联装置。

图6是根据本发明实施方式的用于控制车辆(例如农用、维护、公用事业、商用车辆等)的方法600的流程图。在图6的步骤610中，使用基于卫星的位置确定部件来确定农用车辆的地理位置。如上参照图1所述，位置确定部件110是诸如全球定位系统(GPS)导航系统、差转GPS系统、实时运动(RTK)系统、网络RTK系统等的基于卫星的位置确定系统。在本发明的实施方式中，位置确定系统在至少两个维度上确定移动车辆105的位置。

在图6的步骤620中，使用控制部件来基于农用车辆的地理位置产生转向命令。如上参照图2所述，使用控制部件120来基于从位置确定部件110接收的地理数据产生用于移动式机器的转向命令。在本发明的实施方式中，控制部件120包括车辆引导系统(例如图2的210)，其与转向控制器(例如图2的220)耦联。车辆引导系统210使用从位置确定部件110接收的位置数据来确定用于移动式机器105的路线修正量。转向控制器220将路线修正量转换为转向命令。

在图6的步骤630中，转向部件用来响应转向命令控制农用车辆的转向机构。

第二部分：用于控制移动式机器中的转向死区的方法和系统

本发明的实施方式提供了用于控制移动式机器中的转向死区的方法和系统。

示例过程

图7是根据本发明实施方式的用于控制移动车辆的转向死区的示例过程700的流程图，所述移动式机器诸如从事农业、维护、公用事业、建筑和/或商业相关的作用的车辆。过程700起始于步骤701，在步骤701中测量在转向机构中的死区。

在步骤702中，存储对应于所测量的死区的值，例如存储在非易失性存储器中，其中包含例如存储的路径、程序控制的转向设置和转向机构位置等。在步骤703中，死区值应用到所述转向机构的控制器，其中控制器根据死区值致动转向机构，由此补偿死区。

图8是根据本发明实施方式的用于测量移动式机器的转向机构中的死区的示例过程800的流程图。过程800起始于步骤801，其中从转向机构中去除自由间隙。在步骤801，沿第一方向致动转向机构，直至初次检测到车辆的触地轮的响应运动。在一个实施方式中，这诸如通过车辆的操作者部分手动地执行。在步骤802中，将检测到触地轮的运动的转向机构的位置记下(例如做标记等)作为初始(例如第一)位置。

利用如此记下的例如方向盘等的转向机构部件的第一位置，在步骤803中沿与第一方向相反的第二方向致动(例如转动)方向盘(例如，或者其它转向机构部件)。

在步骤804中，响应转向机构沿第二方向的运动确定移动式机器的触地轮的运动。当没有检测到触地轮的运动时，步骤803持续(例如，沿着转动开始的方向持续转动方向盘)。当初次检测到响应的触地轮运动时，在步骤805中，记下方向盘的第二位置，其对应于触地轮响应方向盘的转动而开始运动的位置。

在步骤806中，确定第一和第二转向部件位置之间的差。第一和第二转向部件之间的差可包括一个或多个测量值、定义和/或值的描述符。

例如，第一和第二转向部件位置之间的差可给定为顶点在方向盘的中心的角，其中，角的射线包括第一位置和第二位置处的例如在射线与方向盘的圆周相交的点处的方向盘半径。对应于第一和第二转向部件位置之间的差的此角度值可采用诸如弧度、梯度和/或度等任何角测量值形式进行存储和/或应用。

第一和第二转向部件位置之间的差还可给定为部分圆周距离，该部分圆周距离对应于与第一和第二转向部件位置之间的差相对应的角所划出的方向盘圆周部分。此外，第一和第二转向部件位置之间的差可给定为割线的长度，该割线由与第一和第二方向盘位置之间的差相对应的角和方向盘圆周的交点所划定。本发明的实施方式很好地适于在第一和第二转向部件位置之间的差以上述任意形式、其任意组合和/或其它描述方式给出情况下发挥作用。

在步骤807中，保存(例如存储)转向机构的第一和第二位置之间的差。

图9是根据本发明实施方式的用于测量移动式机器的转向机构中的死区的示例过程900的流程图。过程900从步骤901开始，其中通过沿第一方向致动转向机构直至初次测量到触地轮的响应运动(此时记下转向机构的第一位置)而校正转向机构内的自由间隙。

在步骤902中，沿与第一方向相反的第二方向致动方向盘或者其它转向机构部件。

在步骤903中，确定移动式机器的触地轮的响应运动。当没有检测到触地轮的运动时，步骤902持续。当初次检测到触地轮的响应运动时，在步骤904中记下方向盘的第二位置，该第二位置对应于触地轮响应方向盘的转动而开始运动时的位置。

在步骤905中，确定第一和第二转向部件位置之间的第一差。在步骤906中，再次沿着第一方向致动方向盘或者其它转向机构部件。

在步骤907中，确定移动式机器的触地轮响应于转向机构的操作的运动。当没有检测到触地轮的运动时，步骤906持续。当初次检测到触地轮的响应运动时，在步骤908中记下方向盘的第三位置，该第三位置对应于触地轮响应方向盘沿第一方向的转动开始运动的位置。

在步骤909中，确定第三和第二转向部件位置之间的第二差。在步骤910中，保存(例如，存储)第一和第二差。在一个实施方式中，第一和第二差相加并且取其平均值，以产生平均双向死区值。

应当理解，过程700-1000可与其它用于控制车辆或者其它移动式机器的过程一起操作(例如，包括其中一部分、并行地、有效同时地，等等)，例如与过程600(上述第一部分图6)一起操作。

图10是根据本发明实施方式的用于控制车辆中的转向死区的示例过程1000的流程图。过程1000从步骤1001开始，在步骤1001中测量与车辆转向机构相关的死区。

在步骤1002中，将对应于所测量的死区的值存储在自动转向控制设备中。在步骤1003中，自动转向控制设备用于自动控制车辆的转向，例如，通过操作诸如方向盘等的转向设备。

在步骤1004中，确定在自动操作车辆的转向过程中致动方向盘或其它转向设备时是否发生方向反转。若没有发生，在步骤1005中，没有死区校正应用到自动转向控制过程。当确定在致动方向盘等过程中发生方向反转时，在步骤1006中，将对应于方向盘反转的死区的附加角度加到自动转向控制过程。不论发生哪种情况都自动控制转向而补偿所应用的死区值。

过程1000可与用于由车辆的转向机构控制车辆运动的自动导航过程(例如，过程600，图6)一起发生(例如，并行地、有效同时地、和/或作为其一部分)。在步骤1007中，导航过程在需要时校正下一转向调节。当校正了转向调节时，过程1000返回并且重复步骤1004。

示例系统

图11绘出了根据本发明实施方式的用于控制移动式机器的转向机构中的死区的示例系统1100。系统1100控制转向机构1111的死区，转向机构1111操作位于地面上的车轮1112以将车辆转向。

测量死区，并且将测量值通过输入机构1105存储到死区设置存储装置1104。存储装置1104可包括诸如闪存等的非易失性存储器、诸如磁盘驱动设备、闪存驱动设备等的驱动设备、对应于死区的值可记录在其中的计算机可读介质、寄存器等。

死区控制器1103从存储装置1104获得对应于死区的值并且向转向机构致动器1102发送对应于该值的控制信号。转向机构致动器1102自动操作转向机构1111而通过根据导航设置将车轮1112定位为按程序控制的路线对车辆进行转向来补偿死区，所述程序控制的路线诸如为存储的路径。

在一个实施方式中，死区控制器1103和/或死区设置存储装置1104包括控制部件120(图2)的一部分。在此实施方式中，死区控制器1103的控制过程(例如，在软件、固件等中编写指令)(例如，过程700；图7)与转向控制器220(图2)共享、并行或者有效并发或同时执行。在一个实施方式中，过程700和/或部分过程800-1000(分别为图8-10)通过计算机系统(例如，系统100；图1)执行，该计算机系统执行包含在计算机可读介质内的编码。

在一个实施方式中，死区控制器1103从移动车辆控制系统100(图1A)获得输入，该移动车辆控制系统100根据来自位置确定系统110的输入控制车轮1112的转向。由此，死区控制系统有效地过滤来自控制系统100的输入以在其上增加转向死区控制。在可选实施方式中，转向机构致动器1102包括系统100的部件，并且从系统1100的死区控制器1103提供输入而用于其控制。

总之，本发明的实施方式提供了控制移动式机器中死区的方法和系统。该方法包括测量死区、存储对应于死区的值以及将死区值应用于转向机构的控制器。由此，根据死区值控制转向机构而补偿死区。

由此，描述了用于控制移动式机器中转向死区的方法和系统。虽然已经在具体实施方式中描述了本发明，应当理解，本发明不应当解释为限制于这些实施方式，而应当根据权利要求进行解释。

Claims (37)

1.一种补偿移动式机器的转向机构中的死区的方法，包括：

测量所述死区；

存储对应于所述死区的值；以及

将所述死区值应用到所述转向机构的控制器，其中，通过以下方式来根据所述死区值控制所述转向机构而补偿所述死区：

确定在致动所述转向机构时是否发生方向反转；

当确定在致动所述转向机构的过程中发生方向反转时，将所存储的对应于所述转向机构的死区的值加到所述转向机构的控制中；以及

当确定在致动所述转向机构的过程中没有发生方向反转时，没有死区校正应用到所述转向机构的控制中。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述测量包括：

沿第一方向将所述转向机构致动到第一点，在该第一点处初次检测到所述移动式机器的触地轮响应于所述第一方向的致动而运动；

记下对应于所述第一点的所述转向机构的第一位置；

沿第二方向将所述转向机构致动到第二点，在该第二点处初次检测到触地轮响应于所述第二方向的致动而运动；

记下对应于所述第二点的所述转向机构的第二位置；以及

存储所述转向机构的第二位置和第一位置之间的差，其中，所述差对应于所述值。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述转向机构包括方向盘，并且所述差对应于一个或多个角、由所述角和对应于所述方向盘的圆周划出的割线、以及对应于由所述角划出的所述圆周的一部分的部分圆周距离。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述死区值对应于第一死区值，所述方法还包括：

当记下所述转向机构的第二位置时，沿所述第一方向将所述转向机构致动到第三点，在该第三点处初次检测到所述触地轮响应于向着第三点的所述第一方向的致动而运动；

记下对应于所述第三点的所述转向机构的第三位置；以及

存储所述转向机构的第三位置和第二位置之间的差，其中，所述第三位置和第二位置之间的差对应于第二死区值。

5.如权利要求4所述的方法，还包括比较所述第一死区值和所述第二死区值，其中：

当确定所述第一死区值和所述第二死区值相等时，所述存储包括存储所述第一死区值和所述第二死区值的相同值；以及

当确定所述第一死区值和所述第二死区值不相等时，所述存储包括如下一个或多个：

存储所述第一死区值；

存储所述第二死区值；以及

存储所述第一死区值和所述第二死区值的平均值。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述应用包括向所述控制器发送相应于所述值的信号，所述控制器根据所述信号控制所述转向机构。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述控制器包括伺服系统，且所述转向机构包括电动机驱动系统，该电动机驱动系统耦联到方向盘设备并且用于驱动该方向盘设备，所述伺服系统控制所述电动机以致动所述方向盘，从而自动补偿所述死区。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述移动式机器包括车辆，其中所述车辆应用在农业、维护、建筑、公用事业和商业中的一个或多个领域中。

9.一种控制车辆的方法，包括：

确定所述车辆的地理位置；

基于所述地理位置自动产生第一转向命令；

根据所述第一转向命令转向所述车辆；以及

测量并补偿所述车辆的转向机构的死区，其中，所述补偿包括：

确定在根据所述第一转向命令转向所述车辆时是否发生方向反转；

当确定在转向所述车辆的过程中发生方向反转时，将对应于所述转向机构的死区的值加到所述第一转向命令；以及

当确定在转向所述车辆的过程中没有发生方向反转时，没有死区校正应用到所述第一转向命令。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述补偿包括：

存储对应于所述死区的值；

基于所述死区值自动产生第二转向命令；以及

根据所述第二转向命令转向所述车辆。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述自动产生第二转向命令包括向控制器发送对应于所述值的信号，其中所述控制器根据所述信号控制所述转向机构。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述控制器包括伺服系统，且所述转向机构包括电动机驱动系统，该电动机驱动系统耦联到方向盘设备并且用于驱动该方向盘设备，所述伺服系统控制所述电动机以致动所述方向盘，从而自动补偿所述死区。

13.如权利要求10所述的方法，还包括：

确定用户何时转向所述车辆；以及

响应所述确定而超驰所述第一和第二转向命令。

14.如权利要求10所述的方法，其中，所述测量包括：

沿第一方向将所述转向机构致动到第一点，在该第一点处初次检测到所述移动式机器的触地轮响应于所述第一方向的致动而运动；

记下对应于所述第一点的所述转向机构的第一位置；

沿第二方向将所述转向机构致动到第二点，在该第二点处初次检测到触地轮响应于所述第二方向的致动而运动；

记下对应于所述第二点的所述转向机构的第二位置；以及

存储所述转向机构的第二位置和第一位置之间的差，其中，所述差对应于所述值。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述转向机构包括方向盘，并且所述差对应于一个或多个角、由所述角和对应于所述方向盘的圆周划出的割线、以及对应于由所述角划出的所述圆周的一部分的部分圆周距离。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述死区值对应于第一死区值，所述方法还包括：

当记下所述转向机构的第二位置时，沿所述第一方向将所述转向机构致动到第三点，在该第三点处初次检测到所述触地轮响应于向着第三点的所述第一方向的致动而运动；

记下对应于所述第三点的所述转向机构的第三位置；以及

存储所述转向机构的第三位置和第二位置之间的差，其中，所述第三位置和第二位置之间的差对应于第二死区值。

17.如权利要求16所述的方法，还包括比较所述第一死区值和所述第二死区值，其中：

当确定所述第一死区值和所述第二死区值相等时，所述存储包括存储所述第一死区值和所述第二死区值的相同值；以及

当确定所述第一死区值和所述第二死区值不相等时，所述存储包括如下一个或多个：

存储所述第一死区值；

存储所述第二死区值；以及

存储所述第一死区值和所述第二死区值的平均值。

18.如权利要求17所述的方法，其中，还包括向所述控制器发送相应于所述值的信号，所述控制器根据所述信号控制所述转向机构。

19.如权利要求9所述的方法，其中，用于确定所述车辆的地理位置的位置确定部件包括基于地面的位置确定部件和基于卫星的位置确定部件中的一个或多个。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述基于卫星的位置确定部件包括全球定位系统(GPS)、差转GPS系统、实时运动(RTK)系统、网络RTK系统、GLONASS系统和伽利略系统中的一个或多个。

21.如权利要求9所述的方法，其中，所述车辆应用在农业、维护、建筑、公用事业和商业中一个或多个领域。

22.一种用于控制移动式机器的自动转向机构中的死区的系统，包括：

用于操作所述转向机构的致动器；

用于根据所存储的对应于所述死区的值自动控制所述致动器的控制器；以及

用于存储所述值的存储介质，

其中，所述控制器通过以下方式来根据所存储的对应于所述死区的值自动控制所述致动器：

确定在致动所述转向机构时是否发生方向反转；

当确定在致动所述转向机构的过程中发生方向反转时，将所存储的对应于所述转向机构的死区的值加到所述致动器的控制中；以及

当确定在致动所述转向机构的过程中没有发生方向反转时，没有死区校正应用到所述致动器的控制中。

23.如权利要求22所述的系统，其中，所述致动器包括电转向部件，该电转向部件耦联到所述移动式机器的方向盘设备并且用于驱动该方向盘设备，所述电转向部件致动所述方向盘设备而自动补偿所述死区。

24.如权利要求23所述的系统，还包括用于确定所述移动式机器的地理位置的位置确定系统，其中，所述电转向部件响应于一个消息来控制所述移动式机器的转向机构，所述控制部件响应于从所述位置确定部件接收的位置数据而发出所述消息。

25.如权利要求24所述的系统，其中，所述位置确定系统包括一个或多个基于地面的位置确定系统和基于卫星的位置确定系统。

26.如权利要求25所述的系统，其中，所述基于卫星的位置确定系统包括一个或多个全球定位系统(GPS)、差转GPS系统、实时运动(RTK)系统、网络RTK系统、GLONASS系统和伽利略系统。

27.如权利要求23所述的系统，其中，所述电转向部件包括与所述移动式机器的转向柱耦联的马达，并且所述致动设备包括控制所述转向机构的方向盘的驱动轮。

28.如权利要求22所述的系统，还包括检测部件，用于确定用户何时转向所述移动式机器，并且用于响应所述确定而开始脱开所述转向机构和所述系统的接合。

29.如权利要求22所述的系统，其中，所述移动式机器包括车辆，所述车辆应用在农业、维护、建筑、公用事业和商业中的一个或多个领域。

30.一种用于车辆的转向控制器，包括：

引导机构，其基于从位置确定系统接收的位置数据确定所述车辆的路线修正量；

与所述引导机构耦联的转向控制器，其基于所述路线修正量产生第一转向命令，其中，所述第一转向命令传输到与转向机构耦联的电转向部件和液压转向部件中的一个或多个，以致动所述转向机构，从而根据所述路线修正量自动转向所述车辆；以及

补偿机构，其耦联到所述转向控制器并且向所述转向控制器提供所存储的对应于所述转向机构的死区的值，其中，通过以下方式，所述转向控制器基于所述死区值产生第二转向命令，且所述第二转向命令传输到与转向机构耦联的电转向部件和液压转向部件中的一个或多个，以致动所述转向机构，从而根据所述死区值自动转向所述车辆，所述方式即：

确定在利用所述第一转向命令致动所述转向机构时是否发生方向反转；

当确定在致动所述转向机构的过程中发生方向反转时，通过将所存储的对应于所述转向机构的死区的值加到所述第一转向命令而产生所述第二转向命令；以及

当确定在致动所述转向机构的过程中没有发生方向反转时，产生等同于所述第一转向命令的第二转向命令。

31.如权利要求30所述的转向控制器，其中，所述位置确定系统是基于地面的位置确定系统和基于卫星的位置确定系统中的一个或多个。

32.如权利要求30所述的转向控制器，其中，所述基于卫星的位置确定系统选自全球定位系统(GPS)、差转GPS系统、实时运动(RTK)系统、网络RTK系统、GLONASS系统和伽利略系统。

33.如权利要求30所述的转向控制器，其应用在农业、维护、建筑、公用事业和商业的一个或多个领域中。

34.如权利要求30所述的转向控制器，其中，所述电转向部件包括：

与所述车辆的转向柱耦联的电动机；以及

与所述电动机耦联且构造成控制所述转向机构的致动设备。

35.如权利要求34所述的转向控制器，其中，所述电动机选自永磁刷式直流(DC)电动机、无刷DC电动机、步进电动机和交流(AC)伺服电动机。

36.如权利要求34所述的转向控制器，其中，所述致动设备包括驱动轮，该驱动轮与所述车辆的方向盘耦联。

37.如权利要求30所述的转向控制器，其中，所述电转向部件还包括检测部件，用于确定用户何时转向所述车辆，并且用于响应于对用户何时转向所述车辆的所述确定而开始脱开所述电转向部件和所述液压转向部件的接合。

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