CN104520513A - 用于自动平地机的自动斜行操作 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种装置和方法，其用于协助自动平地机(10)的操作者以斜行转向模式使自动平地机(10)转向。该方法包括接收操作者的自动斜行转向模式的选择，确定自动平地机(10)的操作条件是这样的以致准许自动斜行转向，并且接收操作者转向命令。所接收的操作者转向命令被转换成铰接命令，以将机器置于斜行转向模式中。铰接命令被执行并且也被转换成与铰接命令一致的最终转向命令，并且然后执行最终转向命令。

Description

用于自动平地机的自动斜行操作

技术领域

本发明涉及自动平地机操作，并且更具体地涉及用于自动控制机器转向以将机器放置或维持在斜行转向位置的系统和方法。

背景技术

自动平地机为用于道路施工、沟渠施工、场地整理和其它表面轮廓加工与修整任务的通用装置。显著数量的自动平地机的多功能性由其多个路线设置和路线变化选项提供。具体地，自动平地机通常包括由可转向的接地轮实施的转向功能，同时也允许经由机器框架的横向拱起或铰接的某种程度的路线校正或转向。以这种方式，例如，自动平地机可经转向并铰接沿着曲线而不驱动后轮穿过在曲线内部的区域。

通过自动平地机的多个路线设置选项成为可能的另一种类型的操作模式有时被称为“斜行转向”或“斜行”位置。斜行转向或斜行位置为在其中前后轮组非同轴但彼此平行的模式。在该位置中，自动平地机顺着与机器轴线非平行的直线移动。

以这种位置操作自动平地机的可能原因有许多。例如，斜行转向允许自动平地机将路面的伸展分级而不驱动机器的后轮越过刚刚分级的路面部分。因此，例如，机器前轮可以在路面上而后轮可完全离开路面，并且尽管如此，机器仍能够平行于路面行进。以斜行转向模式操作的其它好处包括，例如，增强的侧坡稳定性，从而为安全起见或防止路肩车辙，允许串联轮的偏移远离边缘堵塞，并且允许操作者使卡车倾倒的材料水平而不用将机器的前方行驶越过堆。

然而，由于路面弯曲、轻微的机器扰动等，长期维持斜行转向模式可以是困难的。具体地，维持精确的斜行转向通常要求操作者注意任何偏差，确定注意到的偏差是否是由于转向或铰接错误，并且然后作出必要的初级修正和任何必要的次级修正。

尽管有用于在自动平地机中使用的所描述的某些自动转向的解决方案，但这些解决方案未解决长期维持斜行位置的问题。例如，美国发布的专利申请20110035109描述了其中基于机器转向自动控制机器铰接的系统。然而，‘109申请的系统调节机器铰接以维持在机器的前后轮之间的追随。参见该‘109申请的第[0051]段。

本发明针对解决以上阐述的问题中的一个或多个的系统和方法。然而，应该清楚，除非到清楚注明的程度，否则任何特定问题的解决方案并非对该发明范围的限制，也不是对随附权利要求的限制。此外，除非另外清楚注明，否则在该背景部分中的任何问题或解决方案的包含并非指示问题或解决方案代表已知的现有领域。

发明内容

依照本发明的一方面，提供了一种用于协助具有转向和铰接的自动平地机的操作者以斜行(crab)转向模式使自动平地机转向的方法。该自动平地机具有安装到铰接框架上的前可转向轮和一组后串联轮(串联装置，纵列装置，tandem)，并且该方法包括接收操作者的自动斜行转向模式的选择，确定自动平地机的条件是这样的以致准许自动斜行转向，并且接收操作者转向命令。所接收的操作者转向命令被转换成铰接命令，以将自动平地机置于斜行转向模式中，铰接命令被执行并且也被转换成与铰接命令一致的最终转向命令，并且然后执行该最终转向命令。

依照本发明的另一方面，提供了一种用于自动引导自动平地机的方法。该自动平地机具有附接到能够铰接的框架上的一个或多个可转向前轮和一个或多个后轮。该方法包括：接收来自自动平地机的操作者的命令，该命令为转向命令和铰接命令中的其中一个；以及，响应该命令自动铰接框架并且使可转向前轮转向，使得一个或多个后轮平行但不追随一个或多个可转向前轮。

依照本发明的另一方面，提供了一种具有自动斜行转向功能的自动平地机。该自动平地机包括安装在自动平地机前部上的一个或多个可转向前轮和附接到可相对于前部铰接的自动平地机后部上的一个或多个后轮。控制器经配置用于接收操作者转向命令和操作者铰接命令中的其中一个，并且作为响应生成使一个或多个前轮转向的转向命令和相对于前部铰接框架后部的铰接命令两者，使得一个或多个后轮变成平行于但不追随一个或多个可转动前轮。

结合包括的附图阅读以下详细发明，所发明的系统和原则的其它特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1为自动平地机的示意性侧视图，本发明的一个或多个实施例可在该自动平地机内实施；

图2为自动平地机的示意性俯视图，本发明的一个或多个实施例可在该自动平地机内实施；

图3为依照本发明的一个或多个实施例的在操作的斜行转向模式期间的自动平地机的示意性俯视图；

图4为示出依照该发明一方面的实施自动斜行转向模式的过程的流程图；

图5为示出依照该发明可选方面的实施自动斜行转向模式的过程的流程图；

图6为示出依照该发明一方面的在自动斜行转向模式衔接期间的不同机器状态的说明性状态图。

具体实施方式

本发明提供了用于使自动平地机操作者能够将机器自动维持在斜行转向位置的系统和方法。具体地，对于基于位置和基于速度的控制杆转向配置两者，操作者均能够选择自动斜行模式，并且以诸如将机器维持在斜行转向位置这样的方式使得机器响应铰接命令和/或转向命令进行转向。

对于基于位置的控制杆转向配置—即，其中控制杆的位置一般用于设置机器可转向轮的转向角的那些配置—而言，当受到正确致动时，自动斜行系统通过调节控制杆的位置作出响应。对于基于速度的控制杆转向配置而言，当受到正确致动时，自动斜行系统通过简单调节机器转向而不修改控制杆位置来响应铰接命令。在一个实施例中，转向命令可停止，转换为铰接命令，照此执行，并且然后转向可经调节以提供适当的斜行转向。

在一个实施例中，自动斜行转向设置被锁定在某些速度范围或档位范围。这就在机器行进太快以致不能以斜行位置行进时、例如当以与作业模式相反的运输模式行进时，防止机器进行自动斜行。

已经概括讨论了若干实施例，现在我们转向某些实施例的详细说明。图1为依照本发明的一个实施例的自动平地机的示意性侧视图。自动平地机10包括前框架12、后框架14，和施工工具16，例如，铲刀组件18，也被称为拉杆-环圈-推板组件(DCM)。后框架14包括包含在后车厢20内的动力源(未示出)，该动力源通过变速器(未示出)可操作地联接到后牵引设备或轮22上以用于初级机器推进。

如图所示，后轮22被可操作地支承在串联装置24上，该串联装置24在自动平地机10的每一侧上在后轮22之间可枢转连接到该机器上。动力源可以为，例如，柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机，或在本领域中已知的任何其它发动机。动力源也可以为连结到燃料电池的电动马达、电容式存储设备、电池，或在本领域中已知的其它动力源。变速器可以为机械变速器、液压变速器，或在本领域中已知的任何其它类型的变速器。变速器可经操作产生动力源与驱动牵引设备之间的多个输出速度比(或连续可变的速度比)。

前框架12支承操作者站台26，该站台26包括操作者控制装置以及用于将信息传达至操作者的各种显示器或指示器，用于自动平地机10的初级操作。前框架12也包括支承铲刀组件18的横梁28，并且横梁28用于相对于自动平地机10将铲刀30移动至大范围的位置。铲刀组件18包括经由球形接头(未示出)枢转安装到横梁28的第一端34上的拉杆32。拉杆32的位置由三个液压气缸控制：控制垂直移动的右侧提升气缸36和左侧提升气缸38(图2)，和控制水平移动的中间偏移气缸40。右侧提升气缸36和左侧提升气缸38连接到联接器70，联接器70包括可枢转连接到横梁28以围绕轴线C旋转的提升臂72。联接器70的底部具有连接到中间偏移气缸40的可调节长度的水平构件74。

拉杆32包括通常称为轭板42的大的平板。在轭板42下方为通常称为环圈44的圆形齿轮装置和底座。环圈44由例如被称为环圈驱动46的液压马达带动进行旋转。通过环圈驱动46的环圈44的旋转使附接的铲刀30围绕垂直于拉杆轭板42的平面的轴线A进行旋转。铲刀切削角限定为铲刀16相对于前框架12的纵向轴线48的角度。例如，在零度铲刀切削角处，铲刀30以直角与横梁28和前框架12的纵向轴线48对齐(图2)。

经由允许铲刀30相对于环圈44偏斜的枢轴组件50，铲刀30也安装到环圈44。铲刀倾斜气缸52用于使铲刀30向前或向后偏斜。即，铲刀倾斜气缸52用于使上边缘54相对于铲刀30的底切削边缘56倾斜或偏斜，其通常被称为铲刀倾斜。铲刀30也安装到与环圈44相联的滑动接头上，该滑动接头允许铲刀30相对于环圈44从一侧到另一侧滑动或偏移。从一侧到另一侧偏移通常称为铲刀侧偏移。侧偏移气缸(未示出)用于控制铲刀侧偏移。

自动平地机路线引导通过前轮转向和机器铰接两者的组合完成。如图2所示，可转向牵引设备，右轮58和左轮60与横梁28的第一端34相联。轮子58、60既可旋转又可偏斜，用于在施工表面86(图1)的转向和矫平期间使用。前轮58、60经由转向装置88连接，转向装置88可包括联动装置90和用于围绕前轮枢轴点80(图3)旋转的液压气缸(未示出)，以及用于前轮偏斜的偏斜气缸92。正如在本领域中所已知，前可转向设备58、60和/或后驱动牵引设备22可包括履带、皮带或其它牵引设备作为轮子的替换。前轮58、60也可像在具有全轮驱动的自动平地机的情况下一样被驱动。例如，动力源可操作连接到流体联接到与前轮58、60相联的一个或多个液压马达(未示出)的液压泵(未示出)上。

参考图1和图3，自动平地机10包括可枢转连接前框架12和后框架14的铰接接头62。右铰接气缸64和左铰接气缸66(图3)均在机器10的相对侧上的前框架12与后框架14之间连接。右铰接气缸64和左铰接气缸66用于使前框架12围绕铰接轴线B(图1)相对于后框架14枢转。在图2中，自动平地机10位于中间位置或零铰接角度的位置，其中前框架12的纵向轴线48与后框架14的纵向轴线68对齐。

相反，在图3中，自动平地机10位于斜行转向位置，其中前框架12的纵向轴线48与后框架48的纵向轴线68不对齐。然而，要注意的是，在所示的斜行转向位置中，前轮58、60的方向D与后串联轮22的方向E对齐。

如上所述，由于许多必需的正在进行的调节，所以对于操作者来说将自动平地机长期维持在斜行转向是困难的。然而，在一个实施例中，操作者能够选择自动斜行转向控制以协助维持斜行转向位置。

在自动平地机中的转向最经常经由操作者控制的控制杆完成。有两种主要类型的控制杆控制，也就是基于位置的控制杆控制和基于速度的控制杆控制，在基于位置的控制杆控制中，转向角与控制杆的位置直接相关，在基于速度的控制杆控制中，控制杆的正常位置为中间的，并且操作者执行从中间偏离以作为在所指示的方向中进一步转向的命令。关于斜行转向控制，需要使得在基于位置的系统中的控制杆的位置仍匹配实际转向角度以避免在过渡阶段期间在控制杆与转向角度之间的失配。即，当接入(engage)和脱离自动斜行转向模式时，需要避免控制杆位置发生骤变。

因此，在其中控制杆基于位置的一个实施例中，控制杆致动器用于在自动斜行转向期间设置控制杆的位置。借助于图4的流程图，这将从过程100中显而易见。在过程100的阶段101中，操作者首先选择自动斜行转向特征。特征的选择可借助于开关、按钮、操作者界面图标等做出。

如上所述，对于某些档位和/或机器速度而言，可锁定该特征。例如，如果机器处于任何倒档中，处于比第二前进速度高的档位，或正在以超过10MPH行进，则自动斜行转向特征可以不是可接合的。因此，在阶段102，确定是否满足用于接入自动斜行转向模式的要求。如果不满足用于接入自动斜行转向模式的要求，则过程100就返回等待接入自动斜行转向模式的另一次尝试。否则，过程100继续前进到阶段103。

在致动自动斜行转向特征的情况下，在阶段103操作者以正常方式输入铰接命令。然后，在阶段104，处理铰接命令以识别所需的转向角度，所需的转向为需要将转向轮放置在适当位置以使得转向轮尽管不追随后串联轮但大体与后串联轮平行滚动的角度。因此，更大的铰接角度将需要更大的转向角。

在阶段105，执行被识别的所需转向角和命令的铰接，并且基本上同时致动控制杆致动器，以将控制杆移动到匹配被识别的所需转向角的位置。在该阶段之后，自动平地机通过铰接命令斜行到一个位置设置，并且转向控制杆依照匹配的前轮转向角放置。

如上所述，在一个实施例中，操作者可撤销在自动斜行转向模式中采取的任何自动操作。因此，在阶段106，过程100确定系统是否已经接收到操作者撤销。如果已经接收到撤销，则过程100就终止自动斜行转向模式，并且返回以等待在阶段101的进一步的操作者输入。否则，过程100返回至阶段102以再次核实满足该模式的所有要求，并且等待进一步的操作者铰接输入。

在另一个实施例中，操作者的转向输入用于设置在自动斜行转向模式中的斜行角度，并且未使用控制杆致动器。依照这一方面，如在图5的过程110中所示，在阶段111，操作者首先选择自动斜行转向特征。可以用包括那些上述的任何方式进行特征的选择。

尽管未在图5中明确地示出，但应该理解，正如先前的实施例一样，操作者可撤销自动斜行转向模式。如果操作者在过程110期间的任何时间确实撤销了任何自动操作—不管是转向或是铰接，则过程110就离开自动斜行转向模式并且等待进一步的用户输入。

如在先前实施例中，过程110首先在阶段112检查以核实满足用于进入斜行转向模式的要求。例如，用于进入斜行转向模式的要求可包括机器速度处于某一速度或低于某一速度，机器变速箱档位处于某一档位或低于某一档位等。如果发现要求未被满足，则过程110就返回以等待接入自动斜行转向模式的另一次的操作者尝试。

否则，过程110继续到阶段113，其中操作者输入转向控制杆命令。基于控制杆命令，在阶段114计算并执行所需的铰接角度，但是也在阶段115使用该铰接角度作为计算期望转向角的基础。在阶段116执行转向角命令。

该过程避免让操作者在自动斜行转向模式中时使自动平地机转向过度到有效铰接不足以允许斜行转向的程度。例如，用于特定自动平地机的有效铰接范围可以从约-20度到+20度，然而，用于同一机器的有效轮子转向范围可以从约-47度到+47度。因此，如果操作者将要立即输入30度的轮子转向，则有效铰接将不足以允许斜行转向。

在一个实施例中，如果输入转向超过在斜行转向模式中的可允许量，则就将指示器提供给操作者。因此，在以上实例中，如果在斜行转向模式中，操作者命令轮子转向30度，则该过程就可将转向限制到仍然可能进行斜行转向的量、例如20度以内。同时，闪光信号灯、声音报警或其它指示器可警告操作者转向命令已经删减以允许斜行转向。

类似地，接入自动斜行转向模式的尝试一旦失败，就提供声音指示或目测指示。这可在例如机器行进太快或档位太高以至于不允许斜行转向的情况下发生。

当操作者决定离开自动斜行转向模式时，通过选择在驾驶室内显示器上的适当图标，或致动适当的开关或按钮，在一个实施例中，铰接和转向控制就返回至它们的正常功能。因此，例如，操作者可继续手动使机器斜行转向，或可恢复到另一个操作模式。可选地，一旦自动斜行模式停用，机器就恢复到实质上同轴(排成直线)的模式。因此，例如，铰接和转向角可返回至零。

图6示出当处于自动斜行转向模式中时，转向命令的效果。最初，在状态130下的机器140相对于一行将要被偏移(移动)的碎片141处于实质上同轴的配置中。在状态131，操作者选择自动斜行转向模式，并且输入20度的左转向输入。首先调节机器铰接以启动斜行位置，并且在状态132中当机器向前移动时，机器呈现出相对于碎片行偏离中心的位置。在状态133中，此时执行20度的左转向命令，并且前轮进行枢转以使得它们平行于后串联轮和碎片堆141。现在，机器140处于斜行转向模式，并且在状态134中，当机器140向前移动时，该行碎片141通过铲刀被偏移到机器140的下面。

工业实用性

一般地说，本发明阐述了可应用于自动平地机等的系统和方法，其中希望提供自动斜行转向的操作模式。自动斜行转向的操作模式允许操作者维持自动平地机的前轮和自动平地机的后串联轮平行但在轨道位置外。这准许自动平地机获得增大的侧坡稳定性，并且为安全起见或防止路肩车辙，也允许操作者偏移串联轮远离边缘堵塞。斜行转向模式进一步协助操作者矫平或偏移卡车倾倒的材料，而不用将机器的前方行驶越过将要矫平或偏移的堆。

经由储存在非暂时性计算机可读介质或存储器，例如磁盘驱动器、闪盘驱动器、光学存储器、ROM等上的计算机化执行，自动斜行转向模式被实例化并执行。执行实体可以为一个或多个控制器，并且可从一个或多个现有控制器中分开或可以是一个或多个现有控制器中的一部分，诸如一个或多个发动机控制器和/或变速器控制器。

应该清楚，本发明提供了用于促进自动斜行转向模式的系统和方法以改善操作者的便利性。尽管已经阐述某些实施例，但对于本领域中的技术人员来说，替换和修改从以上说明中将显而易见。这些或其它替换被认为是等效，并且在该发明和随附权利要求的精神和保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于协助具有转向和铰接的自动平地机(10)的操作者以斜行转向模式使所述自动平地机(10)转向的方法，所述自动平地机(10)具有安装到铰接框架(12，14)上的前可转向轮(58，60)和一组后串联轮(22)，该方法包括：

接收操作者的自动斜行转向模式的选择；

确定所述自动平地机(10)的条件是准许自动斜行转向的；

接收操作者转向命令；以及

将所接收的操作者转向命令转换成铰接命令，以将所述自动平地机(10)置于斜行转向模式中，执行所述铰接命令，将所述铰接命令转换为与所述铰接命令一致的最终转向命令并且执行所述最终转向命令。

2.根据权利要求1所述的用于协助自动平地机(10)的操作者的方法，其中，接收操作者的自动斜行转向模式的选择包括：接收在所述自动平地机(10)的驾驶室内的所述操作者对按钮或开关的选择。

3.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的用于协助自动平地机(10)的操作者的方法，其中，确定所述自动平地机(10)的条件是准许自动斜行转向的包括：确定所述自动平地机(10)的速度不大于预定的阈值速度。

4.根据权利要求3所述的用于协助自动平地机(10)的操作者的方法，其中，确定所述自动平地机(10)的条件是准许自动斜行转向的进一步包括：确定所述自动平地机(10)速度的变速器速度范围不大于预定阈值的变速器速度范围。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于协助自动平地机(10)的操作者的方法，其中，接收操作者转向命令包括接收来自所述操作者的控制杆命令。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于协助自动平地机(10)的操作者的方法，其中，所述控制杆为速度式控制杆。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的用于协助自动平地机(10)的操作者的方法，其中，所述控制杆为位置式控制杆。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于协助自动平地机(10)的操作者的方法，其中，在执行所述最终转向命令的所述步骤之后，所述前可转向轮(58，60)和所述一组后串联轮(22)是基本上平行的。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的用于协助自动平地机(10)的操作者的方法，进一步包括：接收来自所述操作者的撤销命令，并且作为响应终止所述斜行转向模式。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的用于协助自动平地机(10)的操作者的方法，其中，所述撤销命令为来自所述操作者的撤销所述最终转向命令的控制杆命令。