CN103562006A - 采用操作员输入和自动控制器输入二者的协作车辆控制 - Google Patents

Abstract

对车辆(106)执行任务的控制采用由操作员(126)提供的第一控制输入(122)和由自动控制器(128)提供的第二控制输入(124)。确定第一控制输入(122)和第二控制输入(124)之间的关系。基于所确定的关系使用第一控制输入(122)或第二控制输入(124)来控制车辆(106)以执行该任务。当由操作员(126)提供的控制输入(122)正被用于控制车辆(106)时，指示器(150)可用于向操作者(126)发出提示。

Description

采用操作员输入和自动控制器输入二者的协作车辆控制

技术领域

说明性实施例整体上涉及车辆，并且特别地涉及用于控制车辆以执行任务的方法和设备。更特别地，说明性实施例提供了通过采用来自操作员和自动控制器二者的控制输入来控制车辆以执行任务的方法和设备。

背景技术

车辆用来执行多种任务。例如，车辆通常用在建筑施工中用于建造结构。这种结构可以包括，例如，建筑物、坝、桥、制造设施、道路和其它结构。由车辆执行的建筑相关任务包括，例如，装载物品和物料、从期望的位置移动物品和物料或将物品和物料移动到期望位置、挖洞和沟、以及其它建筑相关任务。用来执行建筑相关任务的车辆可以包括，例如，平地机、装载机、反铲挖土机、挖掘机、推土机和其它类型的车辆。

操作员利用智力技能来操作各种类型的车辆以执行建筑相关任务。智力技能是协调肌肉运动与知觉提示以执行任务的能力。例如，智力技能包括与来自眼睛的视觉信息相协调的、用于执行任务的手部运动。

智力任务的实例是驾驶汽车。在该情况中，人工驾驶员处理多个提示或信息片段并执行具体的身体动作。例如，驾驶员基于驾驶员对道路、天气、障碍物和其它提示的感知执行转向这一物理任务。

智力任务的另一个实例是操作车辆以执行建筑相关任务。例如，为了操作铲斗装载机，操作者操纵控制器，如操纵杆，以升高悬臂和卷起铲斗以执行挖掘或铲斗填充操作。操作者基于操作者对车辆、悬臂和铲斗相对于将被装载到铲斗中的物料的位置和定向的感知以及其它提示执行该任务。

发明内容

说明性实施例提供了一种控制车辆的方法。获得第一控制输入。第一控制输入与由操作员提供的手动输入相关。还获得多个传感器输入。所述多个传感器输入指示车辆的状态。采用所述多个传感器输入生成第二控制输入。确定第一控制输入和第二控制输入之间的关系。基于已确定的第一控制输入和第二控制输入之间的关系选择第一控制输入和第二控制输入中的一个。响应于选择第一控制输入，采用由操作员提供的手动输入控制车辆。响应于选择第二控制输入，采用第二控制输入控制车辆。

说明性实施例还提供了一种用于控制车辆的设备。该设备包括操作员控制器、安装在车辆上的多个传感器和处理器单元。操作员控制器被配置以接收来自操作员的手动输入以控制车辆。操作员控制器被配置以提供与所述手动操作相关的第一控制输入。所述多个传感器被配置以产生多个传感器输入。所述多个传感器输入指示车辆的状态。处理器单元连接至操作员控制器和所述多个传感器。处理器单元被配置以采用所述多个传感器输入产生第二控制输入、确定第一控制输入和第二控制输入之间的关系、基于第一控制输入和第二控制输入之间已确定的关系选择第一控制输入和第二控制输入中的一个、响应于选择第一控制输入而采用由操作员提供的手动输入产生第一控制信号以控制车辆，以及响应于选择第二控制输入而采用第二控制输入产生第一控制信号以控制车辆。

说明性实施例还提供了用于控制车辆的计算机程序产品。该计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的程序指令。所述程序指令包括：用于获得第一控制输入的程序指令，其中第一控制输入与由操作员提供的手动输入相关；用于获得多个传感器输入的程序指令，其中所述多个传感器输入指示车辆的状态；使用所述多个传感器输入生成第二控制输入的程序指令；用于确定第一控制输入和第二控制输入之间的关系的程序指令；基于第一控制输入和第二控制输入之间已确定的关系选择第一控制输入和第二控制输入中的一个程序指令；响应于选择第一控制输入而采用由操作员提供的手动输入产生第一控制信号以控制车辆的程序指令；和响应于选择第二控制输入而采用第二控制输入产生第一控制信号以控制车辆的程序指令。

各种特征、功能和优点可以在各个说明性实施例中独立地实现，或者可以在其它实施例中组合，其中可以参照接下来的描述和附图查看进一步的细节。

附图说明

在随附权利要求中列出了说明性实施例的确信的新颖性特征。然而，当结合附图阅读下文中关于本发明的说明性实施例的详细描述时，可以最佳地理解说明性实施例及其优选的使用模式、其它目标和优点，其中：

图1是根据说明性实施例的用于控制车辆的控制系统的框图；

图2是根据说明性实施例的数据处理系统的框图；

图3是根据说明性实施例的用来控制车辆的部件的框图；

图4是根据说明性实施例的传感器系统的框图；

图5至图7示出在处于各个操作位置并且同时在根据说明性实施例的控制系统的控制下的的车辆的侧视图；

图8是根据说明性实施例的由操作员提供以及由自动控制器产生的、用于控制车辆的控制输入与时间之间的关系的图示；

图9是根据说明性实施例的用于控制车辆的过程的流程图；

图10是根据另一个说明性实施例的用于控制车辆的过程的流程图；以及

图11是根据说明性实施例的用于生成控制装载机以执行铲斗填充任务的自动控制输入的过程的流程图。

具体实施方式

不同的说明性实施例认识到并考虑了多个不同的考虑因素。例如，不同的说明性实施例认识到并考虑到利用智力技能的任务的复杂性是该任务置于执行该任务的人上的身体和认知需求的函数。例如，任务的复杂性可以是人必须注意到以同步地执行该任务的知觉提示或输入的数量的函数。复杂性也可以是人必须处理以执行该任务的提示的特性和所需要的物理响应的特性的函数。对于非常复杂的任务，可能花费操作者数百或数千次试验来实现渐近的表现水平。

其中复杂性高的智力任务中的一个领域是操作各种类型的车辆以执行与建筑相关的任务。为了操作这些类型的车辆，操作员必须注意多种提示，解释并整合这些提示的含义，并执行控制动作以控制车辆的运动。然而，操作员的表现受到能够处理的信息量和能够同时执行的动作的数量的限制。操作者的表现可能会根据操作者的技能水平、经验、疲劳度和注意力以及其他因素而改变。例如，对于用于装载或挖掘物料的装载机或其它车辆来说，新手操作者可能不能像有经验的操作者那样有效地移动或操纵物料。

不同的说明性实施例认识到并考虑到试图改进车辆的性能以执行超出操作员能力范围的建筑相关任务的一种方法是是使某些特定的任务功能自动化。例如，自动控制系统已经被开发以用于自动控制装载机以将物料装载到装载机铲斗中。在该情况中，自动控制系统执行一种方法，该方法的目的是在铲斗填充任务中用自动化的铲斗填充系统代替操作员的人工输入。

不同的说明性实施例认识到并考虑到在铲斗装载操作上使用自动化铲斗填充系统的一个限制在于，自动化系统不能利用操作员的知识和感知能力来执行该任务。在填充装载机的铲斗的过程期间可能存在这样一种情况，即操作员的智力技能能够做的比自动化技术更好。

不同的说明性实施例同样认识到并考虑到，在很多情况下，操作员可能需要花费很长的时间才能获得控制车辆以成功地执行建筑相关任务所必要的知识和智力技能。因此，一旦开发出这些技能就能够获得并利用这些技能是有价值的。

根据说明性实施例，提供了用于控制车辆的方法和设备，其中操作员的控制输入与自动化系统的控制输入相集成。根据说明性实施例，来自操作员的控制输入与自动化系统的控制输入结合使用，以提供协作车辆控制，从而执行建筑相关任务。

例如，根据说明性实施例，操作员的控制输入与自动化系统的控制输入结合使用，以控制装载机，从而执行铲斗填充的该任务。采用操作员控制输入和自动化系统控制输入二者进行铲斗填充的协作方法可以在铲斗填充操作期间提供比排他地使用单独来自操作员或单独来自自动化系统的输入更高的性能水平。

根据说明性实施例，操作员和自动控制器二者都产生用于控制车辆以执行任务的控制输入。来自操作员和来自自动控制器的单独的控制输入被比较，以确定两种控制输入中的哪一个用来控制车辆以执行该任务。在任意特定时间点处，基于该时刻的控制输入之间的关系，选择来自操作员的控制输入或来自自动控制器的控制输入来控制车辆以执行任务。例如，为了优化任务的性能，在任意时间点处具有相对低的值的控制输入可以用来在该时间点控制车辆。

根据另一个实例，可以假设自动控制器产生的控制输入能够以接近最佳的水平执行任务。因此，当操作员控制输入在自动控制器控制输入的范围内时，操作员的输入用来控制车辆以执行该任务。当操作员的控制输入落在自动控制器控制输入的范围之外时，可以假设操作员是新手或者由于某种其它原因而很明显地不能以理想的水平执行任务。在该情况中，来自自动控制器的控制输入可以用来控制车辆以执行该任务。

现在参照图1，其描绘了根据说明性实施例的用于控制车辆的控制系统的框图。根据说明性实施例，控制系统100产生用于控制车辆106的状态104的控制信号102。

车辆106的状态104涉及车辆106在任意时间点处的一般操作状态。状态104可以包括车辆106在任意时间点处的物理和操作状况二者。例如，状态104可以包括车辆106在何时间点处的位置、定向或操作状况。状态104还可以包括车辆106的任意部件或子结构在任意时间点处的位置、定向或操作状况。根据说明性实施例，可以在一定时间周期内控制车辆106的状态104以执行任务。例如，可以在一定时间周期内控制车辆106的状态104以执行建筑相关的任务。

车辆106可以包括被设计以执行任务的任意机器。例如，车辆106可以是被设计以执行建筑相关任务的车辆。例如，车辆106可以是平地机、装载机、反铲挖土机、挖掘机、推土机或其它类型的车辆。

根据说明性实施例，车辆106可以是装载机108。装载机108可以被支撑在一个或多个可移动的地面接合结构110上。例如，地面接合结构110可以包括车轮112、履带114、或车轮112和履带114的组合。装载机108可以在地面接合结构110上穿越地面。

装载机108包括安装在悬臂118的端部处的铲斗116。悬臂118可响应控制信号102而相对于装载机108移动。铲斗116可响应控制信号102而相对于悬臂118移动。通过以协调方式移动装载机108、悬臂118和铲斗116，可以将物料120装载到铲斗116中。物料120可包括在建筑作业过程中可使用或者在建筑作业过程中需移动的任意颗粒物料或独立的物件。例如，物料120可以包括沙子、石砾、土壤、岩石、建筑材料、或可以由装载机108移动的任意其它材料或物件。将物料120装载到铲斗116中的任务可以称为铲斗填充。

根据说明性实施例，控制系统100采用第一控制输入122和第二控制输入124的组合产生用于控制车辆106的控制信号102。第一控制输入122由操作员126提供。第二控制输入124由自动控制器128提供。

第一控制输入122与由操作员126提供的手动输入相关。操作员126通过与操作员控制器130相互作用提供第一控制输入122。操作员控制器130可以包括能够直接地或间接地响应由操作员126操作的操作员控制器130的操作而产生第一控制输入122的任意装置或系统。操作员控制器130在任意特定应用中的实施方案将取决于被控制的任务以及操作员126如何与操作员控制器130相互作用以执行该任务。例如，操作员126可以通过手、通过脚、连同操作者的身体的另一部分、或者连同操作者的身体的多个部分与操作员控制器130相互作用。

例如，操作员控制器130可以包括操纵杆132。操纵杆132可以沿第一方向移动以产生用于控制装载机108的悬臂118的运动第一控制输入122。在该情况中，用于控制悬臂118的运动的第一控制输入122的幅度可以与操作员126沿第一方向移动操纵杆132的距离相关。操纵杆132可以沿第二方向移动以产生用于控制装载机108的铲斗116相对于悬臂118的运动的第一控制输入122。在该情况中，用于控制铲斗116的运动的第一控制输入122的幅度可以与操作员126沿第二方向移动操纵杆132的距离相关。

自动控制器128根据由传感器系统136提供的传感器输入134产生第二控制输入124。传感器系统136可以包括多个传感器138。传感器138用来检测车辆106的状态104。例如，单独的传感器138可以用来检测车辆106的独立部件或子系统的状态104。由传感器系统136提供至自动控制器128的传感器输入134因此与车辆106的状态104相关。传感器138在特定应用中的实施方案将取决于车辆106或车辆106的部件的特定状态104，其中该状态104需要被检测并作为传感器输入134被提供至自动控制器128以产生第二控制输入124。

自动控制器128基于传感器系统136对状态104的检测产生用于控制车辆106的状态104以执行任务的第二控制输入124。自动控制器128可以产生第二控制输入124以控制车辆106的多个部件的状态104。用于产生第二控制输入124的传感器输入134可以从传感器138获得，传感器138可以用来检测车辆106的部件的状态104，其中这些部件可以与正被自动控制器128基于这些传感器输入134进行控制的车辆106的部件相同或不同。

自动控制器128可以产生用于控制车辆106以执行建筑相关任务的第二控制输入124。例如，自动控制器128可以产生用于控制装载机108的悬臂118和铲斗116以将物料120装载到铲斗116中的第二控制输入124。

用于自动控制这种铲斗填充操作的第二控制输入124可以由使用传感器输入134的自动控制器128提供，其中，所述传感器输入134包括由扭矩传感器140提供的传感器输入134。扭矩传感器140可以包括用于检测或确定施加至装载机108的至少一个车轮112的扭矩水平的传感器装置、系统或自动程序。由扭矩传感器140检测或确定的扭矩水平作为传感器输入134中的一种被提供至自动控制器128。

轮缘牵引力是车轮112和地面或其它表面之间可用于移动装载机108或将装载机108推入一堆物料120中的作用力或扭矩。轮缘牵引力受到车轮112相对于地面或其它表面的附着摩擦力(traction)的限制。轮缘牵引力或扭矩水平的值指示车辆在推或拉时的困难程度。装载机108可以在挖掘或其它操作期间推入一堆物料120中，在这一过程中中铲斗116中装填物料120。扭矩传感器140检测或估算与装载机108的一个或多个车轮112相关的轮缘牵引力或扭矩水平。自动控制器128可以基于来自扭矩传感器140的一个或多个采样、读数或测量值估算扭矩水平或轮缘牵引力。

根据说明性实施例，自动控制器128可以被配置以产生第二控制输入124，从而控制装载机108以下述方式执行用物料120填充铲斗116的任务。该过程以悬臂118降低和铲斗116处于起始位置开始。随着装载机108向前移动到一堆物料120中，当从扭矩传感器140确定的扭矩水平超过第一阈值时，自动控制器128产生第二控制输入124以升高悬臂118。自动控制器128产生第二控制输入124以在从扭矩传感器140确定的扭矩水平达到或超过第二阈值时向上转动铲斗116。

说明性实施例不限于作为用于产生第二控制输入124以控制装载机108去自动地执行铲斗填充的任务的例子实例而被描述的方法。其它方法可以由自动控制器128用来产生第二控制输入124以执行该任务。用于产生第二控制输入124的其它方法可以采用由用于代替扭矩传感器140或除扭矩传感器140之外的多个其它传感器142提供的传感器输入134。例如，其它传感器142可以包括用于检测车辆106的地面速度或悬臂118的加速度的多个传感器。

根据说明性实施例，来自操作员126的第一控制输入122和来自自动控制器128的第二控制输入124是同时产生的。输入选择功能144被配置以确定第一控制输入122或第二控制输入124中的哪一个用来产生控制信号102，从而控制车辆106在任意时间点处的状态104以执行目标任务。

根据说明性实施例，输入选择功能144确定第一控制输入122和第二控制输入124之间的关系145。例如，关系145可以被确定以指示第一控制输入122或第二控制输入124中的哪一个在任意时间点处具有相对较低的值146。可替换地，或额外地，关系145可以被确定，以指示在任意时间点处第一控制输入122是否在第二控制输入124的范围147内。可替换地，或额外地，输入选择功能144可以确定第一控制输入122和第二控制输入124之间的任意其它关系145。

基于第一控制输入122和第二控制输入124之间确定的关系145，输入选择功能144选择第一控制输入122或第二控制输入124用来产生用于在任意时间点处控制车辆106的操作的控制信号102。例如，根据第一说明性实施例，输入选择功能144可以选择第一控制输入122或第二控制输入124中的在任意时间点处具有相对较低的值146的一个，用于在该时间点处控制车辆106。可替换地，根据第二说明性实施例，输入选择功能144可以在确定第一控制输入122位于第二控制输入124的范围147内时选择从由操作员126提供的第一控制输入122产生的用于控制车辆106的控制信号102。在该情况中，输入选择功能144在确定第一控制输入122不位于第二控制输入124的范围147内时选择从由自动控制器128提供的第二控制输入124产生的用于控制车辆106的控制信号102。产生控制信号功能148根据输入选择功能144做出的确定从第一控制输入122或第二控制输入124产生控制信号102。

根据说明性实施例，可以假设自动控制器128产生第二控制输入124，其中该第二控制输入124以接近最佳的水平执行目标任务。当来自操作员126的第一控制输入122具有比来自自动控制器128的第二控制输入124更低的值146或该值146位于第二控制输入124的范围147之内时，第一控制输入122和第二控制输入124之间的变化可以表示由操作员126的未被自动控制器128中实施的方法获得的技能引起了潜在的性能改善。因此，在这种情况中，来自操作员126的输入可以用来控制车辆106以执行该任务。然而，当来自操作员126的第一控制输入122不具有比由自动控制器128提供的第二控制输入124更低的值146或该值146落在由自动控制器128提供的第二控制输入124的范围147之外时，则假设操作员126是新手或者仅仅是由于某种其它原因而不能以理想的水平执行任务。在这些情况中，来自自动控制器128的第二控制输入124可以用来控制车辆106以执行该任务。结果，根据说明性实施例，通过在任务过程期间在合适的时刻采用手动或自动控制可以改善整体任务性能。

通过输入选择功能144进行第一控制输入122与第二控制输入124的比较以确定关系145可能需要以可比较的格式提供第一控制输入122和第二控制输入124或者将第一控制输入122和第二控制输入124转换成可比较的格式。例如，第一控制输入122和第二控制输入124可以被提供为或转换成可以由输入选择功能144进行比较以确定关系145的多个数值。可替换地，第一控制输入122和第二控制输入124可以被提供为或转换成可以由输入选择功能144进行比较以确定关系145的多个信号电平。在任意特定应用中用于由输入选择功能144执行比较以确定关系145的第一控制输入122和第二控制输入12具体格式可以取决于多个因素。例如，这种因素可以包括由操作员控制器130提供的输出的格式、由自动控制器128提供的输出的格式、以及输入选择功能144的实施细节。

用于任意特定应用的产生控制信号功能148的实施方案也可能取决于多个因素。例如，这种因素可以包括提供第一控制输入122和第二控制输入124的格式和用来控制车辆106的状态104的控制信号102所需要的格式。在一种情况中，可以以控制信号102的格式提供第一控制输入122和第二控制输入124。在该情况中，产生控制信号功能148可以被实现为开关，其在输入选择功能144的控制下，从第一控制输入122和第二控制输入124之间选择控制信号102。在其它情况中，产生控制信号功能148可以被配置以将第一控制输入122和第二控制输入124从由输入选择功能144使用以执行比较的格式转换成用作控制信号102的格式。

根据说明性实施例，由控制系统100产生的控制信号102还可以用来控制指示器150。当来自操作员126的第一控制输入122被用于控制车辆106时，或者当来自自动控制器128的第二控制输入124被用于控制车辆106时，指示器150可以被控制以向操作员126提供指示。。指示器150可以是视觉指示器152。例如，视觉指示器152可以包括灯泡或发光二极管。视觉指示器152可以被安装在车辆106上并在操作员126的视线内。可替换地，或此外，指示器150可以包括音响指示器、触觉指示器、或以不同方式实现的视觉指示器。

指示器150可以被控制以训练新手操作者控制车辆106以执行任务。例如，当车辆106正被来自操作员126的第一控制输入122控制时视觉指示器152可以打开，并且当车辆106正被来自自动控制器128的第二控制输入12控制时视觉指示器152可以关闭。在该情况中，当经由操作员控制器130提供的输入对应于或处于最佳的或理想的性能范围内时，向新手操作员提供正反馈。当性能落在理想水平或范围之外时，视觉指示器152向正在训练的操作者提供即时反馈。操作者能够通过调整经由操作员控制器130提供的输入而立即响应于这种反馈，直到视觉指示器152再次打开。以这种方式，操作者利用车辆106执行任务所需要的智力技能在较少次数的试验内可以被更快速地学会。而且，甚至在这种训练期间，也能维持有效率的生产率水平，因为无论何时新手操作者的表现落在可接受的水平或范围之外时，任务性能的控制都将被移交给自动控制器128。

根据说明性实施例，控制系统100可以在数据处理系统154中实施。例如，数据处理系统154可以包括处理器单元156和多个存储装置158。处理器单元156可以包括，例如，可编程的数字装置。存储装置158可以包括，例如，处理器单元156可访问的存储器。存储装置158可以包括存储在其上的用于控制处理器单元156以实现控制系统100的功能的程序指令。例如，存储装置158可以具有存储在其上的用于获得第一控制输入122和第二控制输入124以及用于实现输入选择功能144和产生控制信号功能148的程序指令。存储装置158还可以在其上存储用于获得传感器输入134和用于实现自动控制器128的功能的程序指令。可替换地，自动控制器128可以被实现为与数据处理系统154分离但与数据处理系统154通信。存储装置158还可以存储供处理器单元156使用的数据。例如，存储装置158可以存储供处理器单元156在实现自动控制器128、输入选择功能144和产生控制信号功能148时使用的第一控制输入122、传感器输入134、第二控制输入124和范围147。

图1的图示并不意味着对可实施的不同的说明性实施例的方式施加物理上的或架构上的限制。图示部件之外的或用于替代图示部件的其它部件也是可以使用的。一些部件在某些说明性实施例中可能是不必要的。此外，方框被呈现以图示一些功能性部件。当在不同的说明性实施例中实施时，这些方框中的一个或多个可以被组合或被划分成不同的方框。

例如，操作员126、控制系统100或二者可以都设置车辆106上，同时车辆106正由控制系统100控制。可替换地，操作员126、控制系统100或二者可以被设置成远离车辆106，同时车辆106正由控制系统100控制。第一控制输入122可以经由有线或无线连接从远程操作员控制器130提供至安装在车辆106上的控制系统100。在另一个例子实例中，控制信号102可以经由有线或无线连接从远程控制系统100提供至车辆106。

车辆106的状态104可以通过多个致动器的操作而改变。在任意特定应用中采用的致动器可能取决于多个因素。这种因素可以包括，例如，车辆106的类型、将由车辆106执行的任务、和将由致动器改变的特定状态104。可以使用任意适当的电的、机械的、机电的或液压的装置或这些装置的任意组合来实现这种致动器。可提供适当的电气接口以将控制信号102施加至这种致动器，从而以期望的方式改变状态104。在任意特定应用中采用的电气接口可能取决于多个因素。这种因素可以包括，例如，由控制系统100提供的控制信号102的形式和将被这种信号控制的致动器。例如，电气接口可以包括致动器、螺线管、继电器、伺服马达、电控的或电子控制的阀、或用于控制液压阀或与液压缸相关的液压流体的液压流的其他机电装置。

控制系统100可以被实现为数字系统。例如，控制系统100可以被实现为包括与存储装置158中的软件结合的处理器单元156的数字系统。可替换地，控制系统100可以被实现为模拟系统或者被实现为带有用于执行本文中描述的功能的模拟和数字部件的组合。

现在参照图2，其描绘了根据说明性实施例的数据处理系统的框图。数据处理系统200是图1中的数据处理系统154的一种实施方案的实例。在该说明性实例中，数据处理系统200包括通信结构202，其在处理器单元204、存储器206、永久存储器208、通信单元210、输入/输出(I/O)单元212和显示器214之间提供通信。

在该说明性实例中，处理器单元204是图1中的处理器单元156的一种实施方案的实例。处理器单元204用来执行用于可以被加载在存储器206中的软件的指令。取决于特定实施方案，处理器单元204可以由一个或多个处理器构成的一套部件或者可以是多处理器核。而且，可以采用一个或多个异种处理器系统实现处理器单元204，在这种异种处理器系统中主处理器与辅助处理器一起位于单个芯片上。作为另一个说明性实例，处理器单元204可以是包含相同类型的多个处理器的对称的多处理器系统。

存储器206和永久存储器208是存储装置的实例。在该说明性实例中，存储器206和永久存储器208是图1中的存储装置158的一种实施方案的实例。存储装置是能够在其上临时地和/或永久地存储信息的任意硬件。在这些实例中，存储器206可以是，例如，随机存取存储器或任意其它适当的易失性或非易失性存储装置。根据特定的实施方案，永久存储器208可以具有各种形式。例如，永久存储器208可以包含一个或多个部件或装置。例如，永久存储器208可以是硬盘驱动器、闪存、可擦写的光盘、可擦写的磁带或上述装置的某种组合。永久存储器208所使用的媒介也是可移除的。例如，可移除的硬盘驱动器可以用于永久存储器208。

在这些实例中，通信单元210提供与其它数据处理系统或装置的通信。在这些实例中，通信单元210是网络接口卡。通信单元210可以通过采用物理和无线通信链路中的任一种或二者提供通信。

输入/输出单元212允许用可以连接至数据处理系统200的其它装置输入和输出数据。例如，输入/输出单元212可以提供供用户通过键盘和鼠标输入的连接。而且，输入/输出单元212可以将输出发送至打印机。显示器214提供将信息显示给用户的机构。

用于操作系统的指令以及应用程序或程序存储在永久存储器208上。这些指令可以被加载到存储器206中以供处理器单元204执行。不同实施例的过程是通过处理器单元204使用计算机执行的指令而实现的，其中这些指令被存储在存储器(如存储器206)。这些指令被称为可以由处理器单元204中的处理器读取和执行的程序指令、程序代码、计算机可用的程序代码、或计算机可读取的程序代码。不同实施例中的程序代码可以被嵌入不同的物理的或有形的计算机可读介质(如存储器206或永久存储器208)中。

程序指令216以功能形式位于计算机可读介质218上，计算机可读介质218能够选择性地移除并且可以加载或转移到数据处理系统200上以供处理器单元204执行。程序指令216和计算机可读介质218在这些实例中形成计算机程序产品220。在一个实例中，计算机可读介质218可以是有形形式的，例如，被插入或置入驱动器或是作为永久存储器208的一部分的其它装置中的光盘或磁盘，用于转移到存储装置上，例如作为永久存储器208的一部分的硬盘驱动器。在有形的形式中，计算机可读介质218还可以采取连接至数据处理系统200的永久存储器(如硬盘驱动器、U盘或闪存)的形式。计算机可读介质218的有形形式也被称为计算机可读存储介质或计算机可记录存储介质。在一些例子中，计算机可读介质218可能不是可移除的。

可替换地，程序指令216可以通过通向通信单元210的通信链路和/或通过通向输入/输出单元212的连接从计算机可读介质218转移到数据处理系统200。在说明性实例中，所述通信链路和/或连接可以是实体的或无线的。计算机可读介质也可以采用非有形介质的形式，如包含程序代码的通信链路或无线传输装置。

针对数据处理系统200描绘的不同部件并不试图对可实现不同实施例的方式提供架构上的限制。不同的说明性实施例也可以在其他数据处理系统中实现，其中所述其他数据处理系统包括针对数据处理系统200描绘的部件之外的部件，或者所述其他数据处理系统包括针对数据处理系统200描绘的部件的替代部件。图2中示出的其它部件可与图示的说明性实例中的部件不同。

作为一个实例，数据处理系统200中的存储装置是可以存储数据的任意硬件设备。存储器206、永久存储器208和计算机可读介质218是有形形式的存储装置的实例。

在另一个实例中，总线系统可以用来实现通信结构202并且可以由诸如系统总线或输入/输出总线之类的一个或多个总线组成。当然，可以采用用于在连接至总线系统的不同部件或装置之间转移数据的任意合适类型的架构实现总线系统。此外，通信单元210可以包括用来传输和接收数据的一个或多个装置，如调制解调器或网络适配器。而且，存储器例如可以是如在通信结构202中可能存在的接口和存储器控制器网络集线器中找到的存储器206或高速缓冲存储器。

现在参照图3，其描绘了根据说明性实施例的用来控制车辆的部件的框图。在该实例中，车辆300是图1中的车辆106的一种实施方案的实例。在该实例中，车辆300包括控制系统302、转向系统304、制动系统306、推进系统308、传感器系统310和工具系统312。

控制系统302例如可以是数据处理系统，如图1中的数据处理系统154或图2中的数据处理系统200，或者可以是能够执行过程以控制车辆300的运动某种其它装置。控制系统302例如可以是计算机、专用集成电路、和/或某些其它适当的装置。不同类型的装置和系统可以用来提供冗余和容错。控制系统302可以执行用于控制转向系统304、制动系统306和推进系统308以控制车辆300的运动的过程。控制系统302可以执行用于控制工具系统312以及车辆300的运动以执行任务的过程。控制系统302可以采用从传感器系统310提供的传感器数据来执行由控制系统302提供的控制功能。

控制系统302可以将各种指令发送至车辆300的各种其它系统，从而以不同的操作模式操作车辆300。这些指令可以根据实施方案而具有各种形式。例如，所述指令可以是模拟电信号，其中电压和/或电流变化用来控制这些系统。在其它实施方案中，所述指令可以采用被发送至系统以启动所期望的动作的数据的形式。在任一情况下，这种指令也可以被称为控制信号。

转向系统304可以响应于从控制系统302接收到的指令控制车辆300的方向或转向。转向系统304例如可以是电控液压转向系统、电驱动齿轮齿条副转向系统、阿克曼转向系统、滑移转向系统、差速转向系统或某种其它合适的转向系统。

制动系统306可以响应于来自控制系统302的指令减慢和/或停止车辆300。制动系统306可以是电控制动系统。制动系统306例如可以是液压制动系统、摩擦制动系统、可以被电控的某种其它合适的制动系统。

推进系统308可以响应于来自控制系统302的指令移动车辆300。推进系统308可以响应于从控制系统302接收的指令维持增加车辆300移动的速度。推进系统308可以是电控推进系统。推进系统308例如可以是内燃机、内燃机/电混合系统、电动机、或某种其它合适的推进系统。

传感器系统310可以是用于收集关于车辆系统和车辆300周围的环境的信息的一组传感器。例如，来自传感器系统310的信息可以发送至控制系统302以在确认车辆300应当如何以不同的操作模式移动时提供数据。在这些实例中，“一组(a set of)”涉及一个或多个物件。一组传感器在这些实例中为一个或多个传感器。

工具系统312可以包括可以被操作以执行任务的多个机械结构。形成工具系统312的机械结构可以由致动器操作。这种致动器可以包括电的、机械的、机电的或液压的装置、或这些装置的组合。工具系统312中的致动器可以由从控制系统302接收的控制信号操作。

工具系统312在任意特定应用中的实施方案将取决于将要通过工具系统312的操作而被执行的任务。例如，对于挖掘或装载任务，工具系统312可以包括活动悬臂，并且活动悬臂带有安装在该悬臂的端部上的活动铲斗。

现在参照图4，图示了根据说明性实施例的传感器系统的框图。传感器系统400是图1中的传感器系统136和图3中的传感器系统310的一种实施方案的实例。

传感器系统400例如包括扭矩传感器402、车轮滑动检测器404、地面速度传感器406、成像系统408、加速计410、抬升位置传感器412和倾斜位置传感器414。这些不同的传感器可以用来确定移动多用途车辆的当前状态和该移动多用途车辆周围的工作环境。由此处图示和描述的具体传感器提供的传感器数据可以用于自动控制由装载机进行的铲斗填充操作。根据使用来自这些传感器的输入而由车辆执行的具体任务或其它操作，传感器系统400可以包括更多、更少或不同的传感器。通常，传感器系统400中的传感器可以被选择，以用于检测操作车辆以执行期望的车辆操作所需要的条件。

扭矩传感器402可以被以任意合适的方式实现以检测上述轮缘牵引力。扭矩传感器402的输出可以被提供为模拟或数字形式的扭矩信号或扭矩数据。扭矩传感器402可以安装在车辆的动力传动系统中的任意位置处以直接地或间接地确定或估算与车辆的一个或多个车轮相关的扭矩。

例如，扭矩传感器402可以包括传感器输入轴和传感器输出轴。换能器、应变仪、压电构件或压阻构件被联接或连接在传感器输入轴和传感器输出轴之间。在该情况中，从连接在传感器输入轴和传感器输出轴之间的装置的响应于施加在传感器输入轴和传感器输出轴之间的扭矩而产生的电特性变化可产生传感器输出。

在可替换实施例中，扭矩传感器402可以包括磁换能器、磁传感器与一个或多个磁铁的组合、或磁阻传感器与一个或多个磁铁的组合。例如，一个或多个磁性构件可以固定至车轮、车轮的轮毂、车轮轴、或从动轴。换能器、磁阻传感器或磁传感器装置与磁性构件或多个磁性构件隔开。换能器、磁阻传感器或磁传感器测量当所述轴旋转时由磁性构件产生的磁场中的变化。从所测得的磁场的变化可以估算扭矩、轴转速、车轮转速(如，速度)或这些参数的组合。

车轮滑动检测器404检测车辆的一个或多个车轮相对于支撑车轮的地面或其他表面的滑动。驱动马达控制器可向车轮滑动检测器404提供马达控制信号或马达数据，如马达轴速度数据或相关的马达扭矩数据。扭矩传感器402将所检测到的与一个或多个车辆相关的扭矩提供至车轮滑动检测器404。如果瞬时马达扭矩数据与通过材料差异估算或检测到的瞬时扭矩不同，则车轮滑动检测器404可以检测到车轮滑动。可替换地，车轮滑动检测器404可以基于车轮瞬时速度和由驱动马达或发动机施加的瞬时速度之间的差检测车轮滑动。

根据说明性实施例，扭矩调整模块或控制器可依据可替换地或累加地采用的各种技术响应所检测到的车轮滑动。在第一种技术下，扭矩调整模块响应于原始检测的车轮滑动改变马达控制信号或马达数据，如马达轴速度数据或相关马达扭矩数据。在第二种技术下，扭矩调整模块响应于车轮滑动降低用于自动车辆控制的基准扭矩水平数据或各种扭矩阈值。例如，扭矩调整模块可以在典型的或假设的牵引程度未出现在车辆当前正在运行的地面或表面上时补偿车轮滑动。扭矩调整模块负责发送基准扭矩水平的扭矩调整程度，通过参照可能存储在数据存储装置上的方程、查找表、图表、数据库、或其他数据结构来补偿检测到的车轮滑动。在第三种技术下，扭矩调整模块可向马达驱动控制器提供基准扭矩水平数据，使得马达驱动控制器可以延迟所施加的转动能量，从而防止车轮滑动或使进入待被移动或挖掘的物料堆中的推进量最大化。

地面速度传感器406可以包括里程表，航位推算系统，位置确定接收器，如全球定位系统接收器，或可以提供车辆相对于地面的观察速度或观察速率的其他装置。

成像系统408可以包括，例如，相机和用于处理由相机提供的图像数据的图像处理系统。例如，成像系统408可以采用颜色识别软件或图案识别软件，用于识别或确认待通过铲斗填充操作装载到装载机的铲斗中的物料堆的存在或位置。

加速计410可以包括，例如，安装在悬臂上或与装载机的悬臂相关联的一个或多个加速计。这些加速计410可以检测或测量悬臂的加速度或减速度。悬臂加速度可以用来估算何时悬臂接近或进入停止状态、何时加速度接近零或落在最小阈值以下。例如检测到的悬臂加速度可以在自动铲斗填充操作期间用于触发铲斗的卷起、铲斗的向上转动、铲斗的其它运动以释放应力。

抬升位置传感器412和倾斜位置传感器414可以分别提供指示装载机的悬臂和铲斗的位置的信号。例如，抬升位置传感器412可以响应悬臂抬升致动器的伸出而产生信号。倾斜位置传感器414可以响应铲斗倾斜致动器的伸出而产生信号。例如，可以使用射频共振传感器实现抬升位置传感器412和倾斜位置传感器414，以分别检测悬臂和铲斗位置。可替换地，抬升位置传感器412和倾斜位置传感器414可以通过使用旋转电位计等获得从接合角度测量值导出的位置信息，以分别测量悬臂抬升致动器和铲斗倾斜致动器的转动。

现在转向图5至图7，其描绘了在根据说明性实施例的控制系统的控制下处于各种操作位置的车辆的侧视图。在该实例中，车辆500是图1中的车辆106或图3中的车辆300的一种实施方案的实例。在该实例中，车辆500足装载机。车辆500包括悬臂502和铲斗504。图5至图7示出了在车辆500被操作以执行铲斗填充操作时处于各种位置中的悬臂502和铲斗504。例如，根据说明性实施例，通过使用操作员输入和自动控制器输入二者，悬臂502和铲斗504移动经过图5至图7中图示的各种位置以执行铲斗填充操作。

根据说明性实施例，悬臂502可以通过图6中的第一液压缸603的操作移动到各种位置。根据说明性实施例，铲斗504可以通过第二液压缸505的操作移动到所图示的各种位置。

车辆500可以包括驾驶室506。车辆500的操作者在车辆500执行任务的操作期间位于驾驶室506中。根据说明性实施例，图1的操作员控制器130和指示器150可以设置在驾驶室506中。在其它实施例中，驾驶室506可以不存在。

在该实例中，车辆500包括用于在地面或其他表面上推进车辆500的车轮508。在其它实施例中，车轮508可以由嵌齿轮(cogwheel)代替，如链轮齿和履带。履带可以包括联接构件或带。嵌齿轮接合联接构件或带，用于在地面或其他表面上推进车辆500。如果车辆500装配由履带而不是车轮508，则车辆500可以称为履带式车辆或履带牵引装置。车辆500的一个或多个车轮508或嵌齿轮和履带可以由内燃机、电动马达或二者推进，以移动车辆500穿过地面或其他表面。

在图5中，车辆500被示出处于预备位置。预备位置可以表示可以开始挖到物料堆中的位置。预备位置与处于低悬臂位置的悬臂502相关联。预备位置或低悬臂位置可以被定义为悬臂502具有小于地面上方的临界高度的悬臂高度。可替换地，可以根据悬臂502相对于车辆500的支撑件514或相对于垂直基准轴线516的悬臂角度512定义所述低悬臂位置。因此，低悬臂位置可以与相对于垂直基准轴线516具有大于临界悬臂角度的悬臂角度512相关联。

在图5中图示的预备位置中，相对于悬臂502的铲斗角度518可以落入从近似零到近似25度的范围内。可替换地，处于预备位置的铲斗角度518可以落入适合挖入物料堆中的其它范围内。例如，在预备位置中，铲斗504的底部可以处于大致水平位置或大致平行于地面。在该情况中，铲斗角度518为近似零度。

在图6，车辆500被示出处于第二位置。第二位置以悬臂502的、高于与预备位置相关联的第一悬臂位置的第二悬臂位置或悬臂高度600为特征。第二位置与高于所述低悬臂位置的高悬臂位置相关联。第二位置或高悬臂位置可以被定义为悬臂502具有大于地面510上方的临界高度的悬臂高度600。可替换地，可依据悬臂502相对于车辆500的支撑件514或相对于垂直基准轴线516的悬臂角度512定义第二悬臂位置或高悬臂位置。因此，第二悬臂位置或高悬臂位置可以与相对于垂直基准轴线516小于或等于临界悬臂角度的悬臂角度512相关联。

与图6中图示的第二位置相关联的铲斗角度518可以位于与图5中图示的预备位置相关的铲斗角度518的范围大致相同的范围内。可替换地，与第二位置相关联的铲斗角度518可以位于适合挖入物料堆中的任意其它范围内。

在图7中示出了车辆500，其中铲斗504和悬臂502处于铲斗卷起位置。铲斗卷起位置通常表示在铲斗50保持、包含或占有所收集的物料之后的铲斗504的位置。在卷起位置中，铲斗504的口部通常面朝上或向上倾斜。可以以进入输入卷起位置作为挖掘过程或其中铲斗504填满物料的其他操纵的结束部分。

现在转向图8，其呈现了根据说明性实施例的、由操作员提供并且由自动控制器产生的用于控制车辆的控制输入与时间之间的关系图。图8描绘了根据说明性实施例的、用于选择操作员的输入或来自自动控制器的输入用于控制车辆的操作以执行诸如铲斗填充操作之类的任务的过程。在图8中，x轴800表示用于执行诸如填充装载机铲斗之类的任务的周期时间，y轴802表示用于执行该任务的控制输入的值或水平。

在该实例中，实线804表示由自动控制器产生的控制输入与任务周期时间之间的关系。虚线806和808分别表示实线804附近的上限和下限阈值。在该任务周期中的任意点处的虚线806和808之间距离因此限定了实线804的范围810。在该实例中，由虚线806和808限定的范围810从小于由自动控制器提供的控制输入的水平延伸到大于由自动控制器提供的控制输入的水平。在其它实施例中，范围810可以仅沿一个方向在由自动控制器提供的控制输入的上方或下方延伸。在该实例中，范围810在用于执行该任务的整个周期期间内是恒定的。在其它实施例中，范围810在用于执行该任务的周期期间内可以改变。通常，范围810的大小和其它特性可以被选择以优化任务性能。

由操作员提供的用于图8中图示的任务周期的控制输入由虚线812表示。根据说明性实施例，可以在整个任务周期期间确定由自动控制器提供的控制输入(实线804)和由操作员提供的控制输入(虚线812)之间的关系。在该周期中的任意点处控制车辆以执行该任务的控制可由来自自动控制器的控制输入或由操作员提供的控制输入提供，这取决于在这一点处确定的上述输入之间的关系，。

根据第一说明性实施例，当来自操作员的输入位于自动控制器输入的范围810内时，则来自操作员的输入被用于控制车辆操作。然而，如果操作员输入不在范围810内，则自动控制器输入用来控制车辆操作。在该情况中，针对图8中描绘的实例，最初，由操作员提供的控制输入(虚线812)在范围810之外。在此期间，自动控制器输入被用于控制任务操作。在该周期的中间，即时刻t₁和t₂之间，来自操作员的输入落在范围810内。因此，在此段时间内，来自操作员的输入被用于控制车辆操作以执行该任务。在该周期的时刻t₂之后的最后部分中，操作员输入再次落在范围810之外。因此，在时刻t₂之后，自动控制器输入再次被用于控制任务操作。

根据另一个说明性实施例，在该任务周期中的任意点处自动控制器输入或来自操作员的输入中较低的一个用来在该点处控制车辆以执行该任务。在该情况中，针对图8中描绘的实例，最初，由自动控制器提供的控制输入(实线804)低于由操作员提供的输入(虚线812)。在此期间，自动控制器输入用来控制任务操作。在该任务周期进行约一半时，在时刻t₃处，来自操作员的控制输入变为低于来自自动控制器的输入。在时刻t₃和时刻t₄之间，来自操作员的输入低于来自自动控制器的输入。因此，在此期间，来自操作员的输入用来控制车辆操作以执行该任务。在时刻t₄之后，来自自动控制器的输入再次低于操作员的输入。因此，在时刻t₄之后，自动控制器输入再次用来控制任务操作。

现在转向图9，其图示了根据说明性实施例的用于控制车辆的过程的流程图。图9中图示的过程例如可以在图1的控制系统100中实现。图9中图示的过程可以用来控制车辆以执行建筑相关的任务。例如，图9中图示的过程可以用来控制装载机以执行铲斗填充任务。可以在用于控制车辆以执行任务的整个运行周期中周期性地或连续地重复执行图9中图示的过程。

根据说明性实施例，获得与操作员提供的手动输入相关的第一控制输入(步骤900)。例如，步骤900可以包括从由操作员操纵的操作员控制器获得操作员输入。

同时，获得传感器输入(步骤902)，并且由传感器输入生成用于控制车辆以执行任务的自动控制输入(步骤904)。例如，步骤902可以包括获得指示正被控制的车辆或车辆的各种部件的当前状态的传感器输入。步骤904可以包括采用合适的控制算法由所提供的传感器输入生成自动控制输入。

确定由操作员提供的第一控制输入和自动产生的第二控制输入之间的关系(步骤905)。基于所确定的关系，确定操作员控制输入是否处于自动控制输入的范围内(步骤906)。可以在控制车辆以执行任务的整个循环周期内周期性地或连续地执行步骤906。

作为对于确定操作员控制输入落入所述范围内的响应，操作员控制输入被用于控制车辆以执行该任务(步骤908)。操作员控制输入正在被用于控制车辆的事实可以被提示给操作员(步骤910)，在此之后该过程结束。例如，步骤910可以包括打开视觉指示器以提示操作员控制正在被用于控制车辆。

作为对于确定操作员控制输入不在该范围内的响应，自动控制输入被用于控制车辆以执行该任务(步骤912)，在此之后该过程结束。

现在转向图10，其描绘了根据另一说明性实施例的用于控制车辆的过程的流程图。图10中图示的过程例如可以在图1中的控制系统100中实现。图10中图示的过程可以用来控制车辆以执行建筑相关的任务。例如，图10中图示的过程可以用来控制装载机以执行铲斗填充任务。可以在用于控制车辆以执行任务的整个运行周期中周期性地或连续地重复执行图10中图示的过程。

根据说明性实施例，获得与操作员提供的手动输入相关的第一控制输入(步骤1000)。例如，步骤1000可以包括从由操作员操纵的操作员控制器获得操作员输入。

同时，获得传感器输入(步骤1002)，并且由传感器输入生成用于控制车辆以执行任务的自动控制输入(步骤1004)。例如，步骤1002可以包括获得指示正被控制的车辆或车辆的各种部件的当前状态的传感器输入。步骤1004可以包括采用合适的控制算法由所提供的传感器输入生成自动控制输入。

确定由操作员提供的第一控制输入和自动产生的第二控制输入之间的关系(步骤1005)。基于所确定的关系，确定操作员控制输入是否处于自动控制输入的范围内(步骤1006)。可以在控制车辆以执行任务的整个循环周期内周期性地或连续地执行步骤1006。

作为对于确定操作员控制输入低于自动控制输入的响应，操作员控制输入用来控制车辆以执行该任务(步骤1008)。操作员控制输入用来控制车辆的事实可以被提示给操作员(步骤1010)，随后该过程结束。例如，步骤1010可以包括打开视觉指示器以提示操作员控制正被用于控制车辆。

作为对于确定操作员控制输入不低于自动控制输入的响应，自动控制输入用来控制车辆以执行该任务(步骤1012)，随后该过程结束。

图11是根据说明性实施例的用于生成控制装载机以执行铲斗填充任务的自动控制输入的过程的流程图。例如，图11中图示的过程可以用来在图9中的步骤904或图10中的步骤1004中生成自动控制输入。

施加至正在被控制的车辆的至少一个车辆的扭矩的第一扭矩水平被获得(步骤1100)。例如，步骤1100可以包括从扭矩传感器获得第一扭矩水平。该第一扭矩水平可以是在车辆的附件或铲斗与物料堆接合时或者当车辆处于预备位置(其中，悬臂位于第一较低位置)时检测到的。可以基于与传动装置、动力驱动系统、变矩器或其它装置的轴相关联的扭矩测量值得出或估算检测到的第一扭矩水平或轮缘牵引力。

判断检测到的第一扭矩水平是否超过第一扭矩阈值(步骤1102)。第一扭矩阈值涉及与车辆的预备位置或低悬臂位置相关联的第一最大扭矩水平，或从该第一最大扭矩水平导出。低悬臂位置或预备悬臂位置可以被定义为小于临界悬臂高度的悬臂葛度或相对于垂直基准轴线大于临界悬臂角度的悬臂角度。

在一个实施例中，可以基于车轮在预备位置或较低位置中松开牵引力或在地面上的滑移或滑动时的第一最大扭矩水平建立第一扭矩阈值。第一最大扭矩水平可以但不需要被降低一安全裕度以提高可靠性。可以基于型号、经验学习、现场测试或其它方式建立该第一最大扭矩水平。

在某些型号下，可以基于下述因素中的一个或多个改变第一最大扭矩水平：车辆特性、车辆重量、车辆的重量分布、车辆悬挂结构、与车辆悬挂结构或支柱相关联的弹簧常数、车辆几何尺寸、轮胎尺寸、轮胎胎面、轮胎直径、轮胎胎面花纹、地面特性(如可压缩性和含湿量)以及地面与一个或多个轮胎之间的摩擦系数等。摩擦系数取决于组成轮胎和地面的各种材料(如铺筑的路面、混凝土、沥青、未铺筑的路面、砾石、裸露表层土、裸露下层土等)的特性。

如果在步骤1102中确定检测到的第一扭矩水平超过第一阈值，则生成自动控制输入以用于提升与车辆相关联的悬臂(步骤1104)。例如，步骤1104可包括当第一扭矩水平达到第一扭矩阈值时自动地生成控制输入以将悬臂升高至较低位置或预备悬臂位置的上方。在执行步骤1104的一个实例中，生成自动控制输入以用于将悬臂从预备位置升高至第二位置，以增加可用扭矩或者将可以被施加至车轮的扭矩保留至超过第一扭矩阈值的扭矩水平。当车辆进一步推入物料堆中并遇到更大水平的阻力时，可通过抬升悬臂至升高后的位置或第二悬臂位置以便于铲斗的填充从而产生更多的牵引力，因为升高悬臂将在前轮上施加向下的力或向下的重量。

在用于执行步骤1104的第一种技术下，可以产生自动控制器输入，用于与在一段时间间隔期间检测到的第一扭矩水平的增加成比例地将与悬臂相关联的向上悬臂运动的初始速率增加到更高的悬臂运动速率。在用于执行步骤1104的第二种技术中，可以产生自动控制器输入，用于与在一段时间间隔期间检测到的车辆地面速度的降低成比例地将与悬臂相关联的向上悬臂运动的初始速率增加到更高的悬臂运动速率。在该情况中，检测到的车辆地面速度可以由地面速度传感器提供。在第三实施例下，可以产生自动控制器输入，用于与在一段时间间隔期间检测到的第一扭矩水平的增加和检测到的车辆地面速度的降低的组合成比例地将与悬臂相关联的向上悬臂运动的初始速率增加到更高的悬臂运动速率。在第四实施例下，可以产生自动控制器输入，用于将悬臂提升一预定量，该预定量与检测到的堆的高度相当。在该情况中，可通过使用成像系统确定检测到的堆的高度。

如果在步骤1102中确定检测到的第一扭矩水平未超过阈值，则该过程可以等待一段时间间隔(步骤1106)。在步骤1106之后，可以重复执行步骤1100以再次获得第一扭矩水平，并且可以重复执行步骤1102以确定第一扭矩水平是否超过第一扭矩阈值。

在将悬臂升高至高悬臂位置的过程中或之后，获得施加至车辆的至少一个车轮的第二扭矩水平(步骤1108)。步骤1108可以包括采用扭矩传感器获得第二扭矩水平。第二扭矩水平通常大于第一扭矩水平。

判断检测到的第二扭矩水平是否超过第二扭矩阈值(步骤1110)。第二扭矩阈值涉及与处于高悬臂位置的车辆相关联的第二最大扭矩水平，或从第二最大扭矩水平导出。高悬臂位置对应于大于或等于临界高度的悬臂高度或相对于垂直基准考轴线小于临界悬臂角度的悬臂角度。第二扭矩阈值通常与车轮在第二位置松开牵引力、脱离地面、滑移或滑动时的第二最大扭矩水平相关联，其中，在所述第二位置中悬臂处于高悬臂位置或第二悬臂位置。

如果在步骤1110中确定第二扭矩水平超过第二扭矩阈值，则产生自动控制器输入用于卷起或向上转动与车辆相关联的铲斗(步骤1112)，随后该过程结束。例如，步骤1112可以包括在检测到的第二扭矩水平达到或超过第二扭矩阈值时产生自动控制器输入以使铲斗运动至铲斗卷起位置。相对于悬臂卷起铲斗减少了铲斗上来自被挖入铲斗中的物料的阻力。

可以根据可单独地或累加地应用的各种技术执行步骤1112。在执行步骤1112的第一种技术下，可以产生自动控制器输入，用于与在一段时间间隔期间检测到的第二扭矩水平的增加成比例地将与铲斗相关联的向上铲斗转动的初始速率增加到更高的铲斗转动速率。在执行步骤1112的第二种技术中，可以产生自动控制器输入，用于与在一段时间间隔期间检测到的地面速度的降低成比例地将与铲斗相关联的向上铲斗转动的初始速率增加到更高的铲斗转动速率。在执行步骤1112的第三种技术中，可以产生自动控制器输入，用于与在一段时间间隔期间检测到的第二扭矩水平的增加和在时间间隔期间检测到的地面速度的降低的组合成比例地将与铲斗相关联的向上铲斗转动的初始速率增加到更高的铲斗转动速率。

如果在步骤1110中确定第二扭矩水平未超过第二扭矩阈值，则该过程可以等待一段时间间隔(步骤1114)。在步骤1114中等待之后，该过程返回步骤1108以再次获得第二扭矩水平并确定第二扭矩水平是否超过第二扭矩阈值。

也可以使用其它过程来产生用于控制装载机以执行铲斗填充任务的自动控制器输入。这些其它过程可以包括那些包含参照图11描述的过程的变型的过程或与之完全不同的过程。

说明性实施例中的一个或多个提供了采用来自操作员和自动控制器二者的输入控制车辆以执行任务的能力。车辆控制系统确定两种输入之间的关系并基于所确定的关系确定使用这两种输入中的哪一种。采用操作员输入和自动控制器输入二者执行任务的车辆协作控制利用了操作员技能和被证实的自动控制器性能二者的优势来提高整体任务性能。说明性实施例的多个方面已参照根据说明性实施例的方法、设备和计算机程序产品的流程图和/或框图作出了描述。应当理解，流程图和/或框图中的每一个方框、以及流程图和/或框图中的方框的组合可以通过计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以被提供至通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以形成机器，从而经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令形成了用于在流程图和/或框图方框或多个方框中执行规定的功能/动作的手段。

这些计算机程序指令还可存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指引计算机或其它可编程数据处理设备或其它装置以特定方式发挥作用，从而存储在计算机可读介质中的指令产生制品，该制品包括在流程图和/或框图或多个框图中实现规定的功能/动作的指令。

计算机程序指令还可以被加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上以引起在该计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上执行一系列操作步骤，从而产生计算机实施的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于在流程图和/或框图或多个框图中执行规定的功能/动作的过程。

在图示的实例中，硬件可以采取电路系统、集成电路、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件的形式、或被配置以执行多个操作的某些其他适当的硬件形式。在采用可编程逻辑器件的情况下，该器件被配置以执行多个操作。该器件可以在稍后时间处被配置或可以被永久地配置以执行多个操作。可编程逻辑器件的实例包括，例如，可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、现场可编程逻辑阵列、现场可编程门阵列、以及其它适当的硬件器件。此外，所述过程可以在与无机部件集成的有机部件中实现和/或可以完全由除人类之外的有机部件构成。根据说明性实例的方法可以由完全或部分地由本段落中描述的电路和/或器件中的一个或多个或类似硬件构成的处理器单元执行。

附图中的流程图和框图图示了根据各个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能的实施方案的结构、功能性和操作。在这方面，流程图或框图中的每个方框可以表示模块、代码段或代码部分，其包括用于执行所规定的逻辑功能的一个或多个可执行的指令。还应当注意到，在一些可替换的实施方案中，在方框中注释的功能可能与图中的注明按照不同的次序发生。例如，根据所涉及的功能性，连续示出的两个方框事实上可以大致同时发生，或者所述方框有时可以以相反的顺序发生。还将注意到，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合可以由执行规定功能或动作的基于硬件的专用系统、或专用硬件和计算机指令的组合实现。

本文中使用的术语仅是用于描述特定实施例的目的并且不是意图限制本发明。如在本文中使用的那样，单数形式“一(a/an)”和“该(the)”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确地指明。进一步将会理解，术语“包括”和/或“包含”在用在本说明书中时表明所声称的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在。在本文中结合物件使用的“数量”意味着一个或多物件。

为了说明和描述的目的，本文已经给出了不同的说明性实施例的描述，但这并不是穷举的的或试图将实施例限制成所公开的形式。多种修改和变化对本领域技术人员来说都是显而易见的。而且，不同的实施例与其它实施例相比可以提供不同的优点。实施例的选择和描述是为了最好地解释说明性实施例的原理、实际应用，并且使得本领域技术人员能够理解这些说明性实施例，以及可根据预期的特定用途对说明性实施例进行各种修改。

Claims (25)

1.一种控制车辆的方法，包括下述步骤：

通过处理器单元获得第一控制输入，其中该第一控制输入与由操作员提供的手动输入相关；

通过所述处理器单元获得多个传感器输入，其中所述多个传感器输入指示车辆的状态；

通过使用所述多个传感器输入由所述处理器单元生成第二控制输入；

通过所述处理器单元确定第一控制输入和第二控制输入之间的关系；

基于所确定的第一控制输入和第二控制输入之间的关系，通过所述处理器单元选择第一控制输入和第二控制输入中的一个；

响应对于第一控制输入的选择，采用由操作员提供的手动输入控制车辆；和

响应对于第二控制输入的选择，采用第二控制输入控制车辆。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

确定第一控制输入和第二控制输入之间的关系的步骤包括确定第一控制输入和第二控制输入中的哪一个具有较低的值；并且

选择第一控制输入和第二控制输入中的一个的步骤包括响应第一控制输入具有较低的值的确定而选择第一控制输入，以及响应第二控制输入具有较低的值的确定而选择第二控制输入。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

确定第一控制输入和第二控制输入之间的关系的步骤包括确定第一控制输入是否处于第二控制输入的范围内；并且

选择第一控制输入和第二控制输入中的一个的步骤包括响应第一控制输入处于第二控制输入的范围内的确定而选择第一控制输入，以及响应第一控制输入不处于第二控制输入的范围内的确定而选择第二控制输入。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述范围从小于第二控制输入扩展到大于第二控制输入。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

响应对第一控制输入的选择，所述处理器单元控制指示器以向操作员提示由操作员提供的手动输入正被用于控制车辆。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述指示器是视觉指示器，并且其中控制所述指示器的步骤包括开启所述视觉指示器以向操作员提示由操作员提供的手动输入正被用于控制车辆。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述车辆是包括悬臂和连接至所述悬臂的铲斗的装载机；

采用由操作员提供的手动输入控制车辆的步骤包括采用由操作员提供的手动输入控制悬臂和铲斗的运动以将物料装载到铲斗中；并且

采用第二控制输入控制车辆的步骤包括采用第二控制输入控制悬臂和铲斗的运动以将物料装载到铲斗中。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述多个传感器输入包括来自被配置成用于检测施加至所述车辆的车轮的扭矩水平的传感器的输入。

9.一种设备，包括：

操作员控制器，其被配置以接收来自操作员的手动输入以控制车辆，其中，操作员控制器被配置以相对于所述手动操作提供第一控制输入；

安装在车辆上的多个传感器，其中，所述多个传感器被配置以生成多个传感器输入，并且所述多个传感器输入指示车辆的状态；和

处理器单元，其被连接至操作员控制器和所述多个传感器并且被配置以：

利用用所述多个传感器输入生成第二控制输入，

确定第一控制输入和第二控制输入之间的关系，

基于所确定的第一控制输入和第二控制输入之间的关系选择第一控制输入和第二控制输入中的一个，

响应对于第一控制输入的选择而采用由操作员提供的手动输入生成第一控制信号以控制车辆，和

响应对于第二控制输入的选择而采用第二控制输入生成所述第一控制信号以控制车辆。

10.根据权利要求9所述的设备，其中处理器单元被配置以：

通过确定第一控制输入和第二控制输入中的哪一个具有较低的值而确定第一控制输入和第二控制输入之间的关系；以及

响应对于第一控制输入具有较低的值的确定而选择第一控制输入，和响应对于第二控制输入具有较低的值的确定而选择第二控制输入，从而选择第一控制输入和第二控制输入中的一个。

11.根据权利要求9所述的设备，其中处理器单元被配置以：

通过确定第一控制输入是否处于第二控制输入的范围内而确定第一控制输入和第二控制输入之间的关系；以及

通过下述方式选择第一控制输入和第二控制输入中的一个：响应对于第一控制输入处于第二控制输入的范围内的确定而选择第一控制输入，和响应对于第一控制输入不处于第二控制输入的范围内的确定而选择第二控制输入。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述范围从小于第二控制输入扩展到大于第二控制输入。

13.根据权利要求9所述的设备，还包括指示器，并且其中所述处理器单元被连接至所述指示器，并且所述处理器单元进一步被配置以响应对于第一控制输入的选择而生成第二控制信号，其中所述第二控制信号控制所述指示器以向操作员提示由操作员提供的手动输入正被用于控制车辆。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述指示器是视觉指示器，并且其中第二控制信号包括被配置以开启视觉指示器以向操作员提示由操作员提供的手动输入正被用于控制车辆的控制信号。

15.根据权利要求9所述的设备，其中：

所述车辆是包括悬臂和连接至悬臂的铲斗的装载机；并且

所述第一控制信号被配置以控制悬臂和铲斗的运动以将物料装载到铲斗中。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述多个传感器包括被配置以检测施加至车辆的车轮的扭矩水平的传感器。

17.根据权利要求9所述的设备，其中操作员控制器包括操纵杆。

18.一种用于控制车辆的计算机程序产品，包括：

计算机可读存储介质；

用于获得第一控制输入的第一程序指令，其中第一控制输入与由操作员提供的手动输入相关；

用于获得多个传感器输入的第二程序指令，其中所述多个传感器输入指示车辆的状态；

采用所述多个传感器输入生成第二控制输入的第三程序指令；

用于确定所述第一控制输入和所述第二控制输入之间的关系的第四程序指令；

基于已确定的第一控制输入和第二控制输入之间的关系选择第一控制输入和第二控制输入其中之一的第五程序指令；

响应对于第一控制输入的选择而采用由操作员提供的手动输入生成第一控制信号以控制车辆的第六程序指令；

响应对于第二控制输入的选择而采用第二控制输入生成所述第一控制信号以控制车辆的第七程序指令；并且

其中，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七程序指令被存储在所述计算机可读存储介质上。

19.根据权利要求18所述的计算机程序产品，其中：

所述第四程序指令包括用于确定第一控制输入和第二控制输入中的哪一个具有较低的值的程序指令；并且

所述第五程序指令包括响应对于第一控制输入具有较低的值的确定而选择第一控制输入以及响应对于第二控制输入具有较低的值的确定而选择第二控制输入的程序指令。

20.根据权利要求18所述的计算机程序产品，其中：

所述第四程序指令包括用于确定第一控制输入是否处于第二控制输入的范围内的程序指令；并且

所述第五程序指令包括响应对于第一控制输入处于第二控制输入的范围内的确定而选择第一控制输入以及响应对于第一控制输入不处于第二控制输入的范围内的确定而选择第二控制输入的程序指令。

21.根据权利要求20所述的计算机程序产品，其中所述范围从小于第二控制输入扩展到大于第二控制输入。

22.根据权利要求18所述的计算机程序产品，还包括：

第八程序指令，其响应对于第一控制输入的选择而生成第二控制信号以控制指示器向操作员提示由操作员提供的手动输入正被用于控制车辆；并且

其中所述第八程序指令被存储在计算机可读存储介质上。

23.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其中所述指示器是视觉指示器，并且所述第二控制信号包括被配置以开启视觉指示器以向操作员提示由操作员提供的手动输入正被用于控制车辆的控制信号。

24.根据权利要求18所述的计算机程序产品，其中：

所述车辆是包括悬臂和连接至悬臂的铲斗的装载机；并且

所述第一控制信号被配置以控制悬臂和铲斗的运动以将物料装载到铲斗中。

25.根据权利要求24所述的计算机程序产品，其中所述多个传感器输入包括来自被配置以检测施加至车辆的车轮的扭矩水平的传感器的输入。

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