CN105765495B - 用于单个操作杆驱动车辆控制的减小的死区 - Google Patents

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Abstract

用于利用操作杆控制车辆的系统和方法，其包括实现用于操作杆的至少一个死区。当操作杆在死区区内时，死区防止车辆的移动。死区区是可调整的，并且采取包括在死区区的区之间具有间隙的多种形状。这些死区通过针对操作者无意移动操作杆抑制操作杆的控制信号，而允许车辆的平滑操作。死区的可调整性允许基于操作杆类型、车辆类型以及所期望的控制的调整。

Description

用于单个操作杆驱动车辆控制的减小的死区
相关申请
本申请要求2013年9月9日提交的美国临时申请No.61/875,465的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
本发明涉及对操作杆控制系统中死区的使用，以减小无意的移动。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了具有减小的死区的用于控制车辆的移动的单个操作杆驱动系统。例如，车辆可包括前端装载机、起重机、或者远程控制车辆。在基于电压的操作杆中，可以通过改变电压或电流参数在控制器中实现死区的修改。在具有经处理的输出的操作杆中，可通过改变输出来实现死区修改。另外，可通过改变操作杆的机械学来在机械上完成死区修改。
在一个实施例中，本发明提供了用于使用具有X轴和Y轴的操作杆来控制车辆的系统。操作杆配置为输出指示操作杆手柄相对于操作杆基座的位置的位置信号。操作杆的死区区域从操作杆手柄的原点延伸至围绕原点的区域，其表示其中位置信号指示原点的操作杆手柄的行程区。控制器实现死区区域，使得至车辆的控制信号维持在指示原点的电平。这防止了车辆的基于操作杆手柄的少量无意移动的不想要的移动。
在另一实施例中，本发明提供了使用具有减小的死区的单个操作杆控制车辆的移动的方法。操作杆的死区限制为操作杆手柄位置的特定区域，以便提供更具反应性的转向控制。该方法包括输出位置信号并维持死区区域，该位置信号指示操作杆手柄相对于基座的位置，该死区区域从操作杆手柄的原点延伸至围绕原点的区域。该死区区域表示其中位置信号指示操作杆手柄处于原点的操作杆手柄的行程区。控制信号维持在指示操作杆手柄的原点的电平。
在另一实施例中，本发明提供了用于控制包括操作杆和控制器的车辆的系统。操作杆具有基座和可相对于基座移动的操作杆手柄。操作杆配置为输出位置信号，其指示操作杆手柄相对于X轴原点位置的X轴位置以及操作杆手柄相对于Y轴原点位置的Y轴位置。控制器电子地耦合到操作杆并且配置为从操作杆接收位置信号。然后，控制器基于操作杆手柄的Y轴位置确定X轴死区宽度，并确定操作杆手柄的X轴位置是否在X轴死区宽度内。当操作杆手柄的X轴位置在所确定的X轴死区宽度外时，基于X轴位置操作车辆。然而，当操作杆手柄的X轴位置在所确定的X轴死区宽度内时，基于等于X轴死区默认值的X轴位置操作车辆。
本发明的其他方面将通过考虑详细描述和附图而变得清楚。
附图说明
图1是根据一个实施例的操作杆的正视图。
图2是用于图1的操作杆的控制系统的方框图。
图3是用于图1的操作杆的均匀+/-8％死区的图。
图4是用于图1的操作杆的具有受限范围的均匀死区的图。
图5是具有图1的操作杆的8％的附加行程的可变宽度、过渡到零(transition-to-zero)的死区的图。
图6是具有图1的操作杆的24％的附加行程的可变宽度、过渡到零的死区的图。
图7是具有图1的操作杆的8％的附加行程的可变宽度、过渡到零的死区以及在图1的操作杆的向前-直线跟踪的末端的过渡到+/-8％的死区的图。
图8是针对操作杆的控制的方法的流程图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明并不在其应用方面被限制到在以下说明书中阐述或在附图中图示的部件的构造和和布置的细节。本发明能够有其他实施例并且以各种方式被实践或实行。
应当指出的是，多个基于硬件和软件的设备、以及多个不同的结构部件可被用于实现本发明。此外，应该理解的是，本发明的实施例可包括硬件、软件和电子部件或模块，为了讨论的目的，它们可以图示和描述为犹如大多数部件仅在硬件中实现一样。然而，本领域普通技术人员，并在阅读此详细描述的基础上，将认识到在至少一个实施例中，本发明的基于电子的方面可以在由一个或多个处理器可执行的软件(例如，存储在非暂态计算机可读介质上)中实现。因此，应当指出，多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件可用于实现本发明。例如，在说明书中描述的“控制单元”和“控制器”可以包括一个或多个处理器、包括非暂态计算机可读介质的一个或多个存储器模块、一个或多个输入/输出接口，以及连接部件的各种连接(例如，系统总线)。
图1图示了操作杆702的示例，其包括操作杆手柄802和基座804。在例如前端装载机(例如滑移装载机或紧凑型履带装载机)的各种系统中，操作杆手柄802被操纵以相对于基座804移动来控制系统的移动和操作。操作杆702输出位置信号，其指示手柄802相对于基座804的位置。该位置信号典型地定义操作杆手柄802在笛卡尔或径向坐标中从归属原点位置的当前位移。虽然下面描述的示例主要参考笛卡尔坐标(即(x，y))，但系统的各方面可以适配为以径向坐标系起作用。
如图2中所图示的，操作杆702将位置信号作为电压信号、电流信号、数字串行输出或其他控制信号输出至控制器704。控制器704包括处理器710、存储器712以及输入/输出接口714。一旦从操作杆接收位置信号，控制器704就基于来自操作杆的位置信号(例如，通过发送控制信号)来操作车辆系统708。例如，车辆系统708可包括车轮或引擎控制系统，其执行前端装载机的驱动动作。控制器704还与用户接口706通信，用户接口706允许用户输入诸如调整的信息至操作杆死区，如下面将进一步详细描述的。
在一些构造中，控制器704特别地实现为操作杆控制器，并且可容纳于操作杆本身的基座804内。在其他构造中，控制器704实现为通用车辆控制系统的一部分，并与操作杆分离地被容纳。
当使用操作杆控制来操作车辆(或其他系统)时，操作杆将偶尔经历来自用户的无意移动。例如，当驾驶员沿Y轴向上定位操作杆手柄(即意图使车辆向前且直线移动)时，可能难以物理地阻止操作杆手柄向左或右移动。死区可用来定义这样的区域，在此区域中操作杆的移动将不登记(register)或影响系统的输出性能。
图3图示了沿X轴和Y轴中的每一个均匀的死区区域的示例。每个死区区域沿操作杆手柄的原点位置定中心，并从操作杆手柄的原点位置延伸大约+/-8％(即操作杆手柄的最大行程距离的8％)。X轴死区区域104沿整个Y轴长度拉伸，并且Y轴死区区域102沿整个X轴长度拉伸。
Y轴死区区域102定义了多个操作杆手柄802位置，在这些位置处由操作杆操作的系统将如同操作杆手柄802定位在Y轴原点位置(例如，Y＝0)一样操作。操作杆手柄在Y轴死区区域的宽度内的任何上或下移动将不导致车辆在向前或向后方向的任何移动。如果操作杆手柄802定位在该区域上方，则车辆将向前移动。如果操作杆手柄802定位在该区域下方，则车辆将向后移动。
类似的，X轴死区区域104定义了多个操作杆手柄803位置，在这些位置处由操作杆操作的系统将如同操作杆手柄802定位在X轴原点位置(例如，X＝0)一样操作。操作杆在X轴死区区域的宽度内的任何左或右移动将不登记。然而，如果操作杆手柄802定位到该区域的左边或右边，则车辆将相应地转向。也如图1的示例中所图示的，X轴死区和Y轴死区在区域106处重叠。限制在该重叠区域106内的操作杆手柄802的任何移动将不导致车辆的任何移动。
然而，使用沿整个X轴和Y轴均匀的死区也可能减小用于驱动前端装载机时的转向控制。例如，如果前端装载机正在向前移动并左转(即操作杆手柄定位在左上象限中)并且驾驶员想要前端装载机向前移动并右转，则他或她需要跨操作杆的整个X轴死区区域移动操作杆手柄以进行响应。结果，在操作杆从左至右跨X轴死区移动的整个时间内，操作杆系统将如同操作杆的X轴位置处于原点位置(即X＝0)一样操作。这可能导致车辆的急动、不连贯的移动。
图4图示了具有不沿轴的整个长度延伸的+/-8％的死区的操作杆702的本发明的实施例。所述8％表示操作杆手柄802的行程的最大距离的8％。X和Y轴死区202是操作杆手柄802位置的这样的区域，在该区域中操作杆702将不登记垂直或水平方向上的任何移动。如果操作杆手柄802定位在该区域中，则车辆将不移动。当操作杆手柄802定位在X和Y轴死区202外时，操作杆702的所有水平和垂直移动将被登记并且车辆将相应地移动。
图5图示了可通过操作杆系统实现的另一组死区区域的示例。图3的示例实现了超过叠加死区区域202的8％(TTZ 8％)的附加行程期间的过渡到零的死区。因此，X轴死区区域提供了跨Y轴位置的范围的变化的死区宽度，其延伸出至操作杆手柄702在Y轴方向上的总行程距离的16％的距离。X和Y轴死区202的交集与图2类似。然而，在图3的示例中，X和Y轴死区中的每个沿相应的轴锥形化至一点。这样，X死区的宽度基于操作杆的Y轴位置而确定，并且Y死区的宽度基于操作杆的X轴位置而确定。Y轴TTZ 8％死区304是操作杆手柄802位置的这样的区域，在该区域中操作杆702将不登记向前或向后方向的任何移动。如果操作杆手柄802定位在任一区域中，则车辆将只左转或右转。X轴TTZ 8％死区306是操作杆手柄802位置的这样的两个区域，在该区域中操作杆702将不登记左或右方向的任何移动。如果操作杆手柄802定位在任一区域中，则车辆将只向前或向后移动。
图6图示了具有24％(TTZ 24％)的附加行程期间的过渡到零的死区的操作杆702的本发明的实施例。因此，死区延伸出至操作杆手柄702的总行程距离的32％的距离。同样，X死区的宽度基于操作杆的Y轴位置而确定，并且Y死区的宽度基于操作杆的X轴位置而确定。Y轴TTZ 24％死区404是操作杆手柄802位置的这样的区域，在该区域中操作杆702将不登记向前或向后方向的任何移动。如果操作杆手柄802定位在任一区域中，则车辆将只左转或右转。X轴TTZ 24％死区406是操作杆手柄802位置的这样的两个区域，在该区域中操作杆702将不登记左或右方向的任何移动。如果操作杆手柄802定位在任一区域中，则车辆将只向前或向后移动。
图7图示了具有8％的附加行程期间的过渡到零的死区以及在向前-直线跟踪的行程末端的过渡到+/-8％的死区的操作杆702的本发明的实施例。该实施例与图3的实施例类似，但包括第三区域X轴死区508。在该第三X轴死区区域508中，车辆将以最大速度向前移动并且具有死区以防止影响直线跟踪的无意移动。
应理解的是，图2-5中包括的死区的形状以及过渡到零的死区的附加行程的百分比值只是示例。死区的形状和过渡到零的死区的附加行程的百分比值是可调整的，而且可以基于操作杆702的机械和/或电气特性以及受控的机器的类型而确定。例如，死区的形状可采取矩形区、圆形区、十字形区、菱形区、星形区以及椭圆形区的形式。另外，操作杆702可具有多个死区，它们彼此分离且不同，并且位于操作杆手柄802的行程区内的任何位置。如下面所示出的，通过将所述坐标值设置为等于零，操作杆手柄802在给定方向的输出可独立于其他方向被抑制。
图8图示了使用图3-7中图示的任何一个死区区域布置的操作杆702的驱动控制机制。驱动控制方法使用带有X和Y坐标的位置信号以标识操作杆手柄802的位置。控制器从操作杆接收位置信号(包括X和Y位置坐标)(步骤602)。如果操作杆手柄的X轴位置没有在X死区区域内(步骤604)且操作杆手柄的Y轴位置没有在Y死区区域内(步骤606)，那么控制器对从操作杆接收到的X和Y位置坐标不做修改(步骤608)，并且相应地操作车辆系统(步骤618)。
如果操作杆手柄的X轴位置不在X死区区域内(步骤604)，但操作杆手柄的Y轴位置在Y死区区域内(步骤606)，那么控制器将Y轴位置值重写为等于指示操作杆的Y轴原点位置的值(在该情况中Y＝0)，同时使X轴位置坐标不被修改(步骤610)。类似地，如果操作杆的X轴位置在X死区区域内(步骤604)，但死区的Y轴位置不与Y死区区域在一起(步骤612)，那么控制器将X轴位置值设置为等于指示操作杆的X轴原点位置的值(在该情况中X＝0)，同时使Y轴位置坐标不被修改(步骤616)。最后，如果X轴位置和Y轴位置二者都在相应的死区内(步骤604、612)，那么控制器将车辆系统操作为操作杆定位在两个坐标上的原点位置(即X＝0且Y＝0)的那些(步骤614)。
因此，除了其他以外，本发明提供了车辆控制系统，其包括操作杆并且仅在相对轴的有限范围内的可变宽度的死区内操作。

Claims (12)

1.一种用于控制车辆的系统，包括：
操作杆，包括基座和可相对于基座移动的操作杆手柄，操作杆配置为输出位置信号，所述位置信号指示操作杆手柄相对于X轴原点位置的X轴位置以及操作杆手柄相对于Y轴原点位置的Y轴位置；以及
控制器，可电子耦合到操作杆并且配置为：
从操作杆接收位置信号，
通过以下方式基于操作杆的Y轴位置来确定X轴死区宽度：确定X轴死区区域，其包括针对Y轴范围内的每个Y轴位置的X轴死区宽度，其中Y轴范围以Y轴原点位置为中心，
确定操作杆手柄的X轴位置是否在所确定的X轴死区宽度内，
当操作杆手柄的X轴位置在所确定的X轴死区宽度外时，基于X轴位置来操作车辆，以及
当操作杆手柄的X轴位置在所确定的X轴死区宽度内时，基于等于X轴死区默认值的X轴位置来操作车辆，并且
其中控制器进一步配置为基于操作杆手柄的Y轴位置和第二X轴死区区域确定X轴死区宽度，其中第二X轴死区区域包括针对第二Y轴范围内的每个Y轴位置的X轴死区宽度，并且其中第二Y轴范围从操作杆手柄的最大Y轴行程距离延伸至最大Y轴行程距离与Y轴原点位置之间的Y轴位置。
2.如权利要求1所述的系统，其中X轴死区默认值为指示操作杆手柄的X轴原点位置的值。
3.如权利要求1所述的系统，其中X轴死区区域的X轴死区宽度随操作杆手柄的Y轴位置与操作杆手柄的Y轴原点位置之间距离的增加而降低。
4.如权利要求3所述的系统，其中，根据定义的X轴死区区域，X轴死区宽度在Y轴范围的末端等于零。
5.如权利要求1所述的系统，其中基于从由用户输入和车辆系统构成的组中选择的一个源接收的死区范围输入来调整X轴死区区域的Y轴范围。
6.如权利要求1所述的系统，其中Y轴范围在从Y轴原点位置到小于或等于操作杆手柄的最大Y轴行程距离的16%的距离的任一方向延伸。
7.如权利要求1所述的系统，其中X轴死区区域由从矩形、圆形、十字形、菱形、四角星形以及椭圆形构成的组中选择的形状定义。
8.如权利要求1所述的系统，其中控制器进一步配置为：
基于操作杆手柄的X轴位置确定Y轴死区宽度，
确定操作杆手柄的Y轴位置是否在所确定的Y轴死区宽度内，
当操作杆手柄的Y轴位置在所确定的Y轴死区宽度外时，基于Y轴位置来操作车辆，以及
当操作杆手柄的Y轴位置在所确定的Y轴死区宽度内时，基于等于Y轴死区默认值的Y轴位置来操作车辆。
9.如权利要求8所述的系统，其中Y轴死区默认值为指示操作杆手柄的Y轴原点位置的值。
10.如权利要求1所述的系统，其中控制器包括处理器和存储指令的存储器，所述指令当被处理器执行时控制控制器的操作。
11.如权利要求1所述的系统，其中控制器容纳于操作杆的基座内。
12.如权利要求1所述的系统，其中控制器包括电子车辆控制系统。
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