CN106103849A - 自动铰接故障模式保护 - Google Patents

Abstract

铰接式机器(10)中的自动铰接控制功能的启动被延迟，直到清除错误状况或校正相对于对准角度错配的转向角度。控制器(102)对指示期望启动自动铰接控制功能的选择器(110)设定进行监控。控制器(102)还评估是否存在诸如低地速、来自所需传感器的信号丢失、或铰接未对准的状况。如果存在，则监控所述状况并且在校正后启动自动铰接控制功能。指示器(204、206)可设定为通知操作员自动铰接控制功能等待启动。

Description

自动铰接故障模式保护

技术领域

本发明总体上涉及铰接式机器，如自行式平地机，并且更具体地涉及一种用于自动控制铰接式机器铰接的系统和方法。

背景技术

铰接式机器(诸如自行式平地机)是用于公路作业、挖掘作业、场地整理及其它表面修整任务的通用装置。自行式平地机的多功能性很大部分通过所述平地机的多个路线设定和路线改变选项来提供。特别地，自行式平地机通常具有通过可转向接地轮实施的转向功能，同时也允许经由机器框架的侧面拱起或铰接进行一定程度的路线修正或转向。通过这种方式，例如，自行式平地机可以在不驱使后轮跨越曲线内区域并破坏刚刚平整的区域的情况下，通过转向和铰接沿曲线行进。

通过上述内容应该认识到，自行式平地机和其他铰接式机器是重型机器的复杂零件，并且操作复杂。控制自行式平地机包括使前轮转向、定位铲、控制铰接、控制松土器和犁等附属设备的多个手动操作控制装置，以及监测机器状况和/或功能的各种显示器。控制自行式平地机要求高技能且专注的操作者，从而在定位铲同时控制转向。

自动铰接控制可有助于铰接式机器的操作者在转弯时(如果没有包括安全的一些原因)从铰接的时时监控中解脱出来，这种系统可在不同的状况下解除，诸如在车辆速度超过阈值速度的时候。例如，美国专利申请公开2011/0035109(“具有自动铰接控制的转向系统(Steering System with Automated Articulation Control)”)描述了一种这样的系统，其中机器铰接基于机器转向而自动控制。该‘109公开中的系统调整机器铰接以遵循转向角度和命令，从而维持机器的前轮和后轮之间的跟踪。当机器的地速超过极限时，自动解除自动铰接。

然而，存在这样的情形，其中自动铰接控制功能的自动解除可使机器处于不理想的铰接位置，诸如在执行转弯时增加速度超越极限或其他状况的时候。当没有对准实际和期望转向角度时，自动铰接控制功能的突然再启动可能造成铰接角度的快速变化，也许是意想不到的变化。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种管理铰接式机器中的铰接的方法包括：在电子控制器处识别与自动铰接控制不相容的操作状况，接收请求启动自动铰接控制功能的信号，以及当存在与自动铰接控制功能的操作不相容的操作状况时等待自动铰接控制功能的启动。该方法也可包括：确定已清除所述操作状况，并且在该操作状况被清除时启动自动铰接控制功能。该方法也可包括：在启动自动铰接控制功能之后，响应于铰接式机器的转向角度变化，改变铰接式机器的铰接角度。

根据本发明的另一个方面，一种管理铰接式机器中的铰接的控制器可包括：处理器、接收用于确定实际铰接角度的信息的至少一个传感器输入，以及接收用于确定转向角度的信息的至少一个传感器输入，该转向角度用于确定期望铰接角度。控制器也可包括存储计算机可执行指示的存储器，当由处理器执行指示时，使得控制器接受请求启动自动铰接控制功能的信号，并且评估实际铰接角度和期望铰接角度是否处于预设范围内。控制器也可编程为仅在实际铰接角度和期望铰接角度处于预设范围内时启动自动铰接控制功能，并且编程为在启动自动铰接控制功能之后，响应于转向角度变化，提供使铰接式机器的铰接角度改变的信号。

根据本发明的又一个方面，铰接式机器具有可转向的前轮，其中前轮附接至前车架，前车架和后车架枢转地连接在铰接接头，该铰接式机器可以采用一种使用电子控制器来管理自动铰接控制功能的方法。该方法可包括：确定自动铰接控制功能等待启动，确定存在妨碍自动铰接控制功能启动的状况，以及继续等待自动铰接控制功能的启动直到已经清除妨碍自动铰接控制功能启动的所有状况。该方法还可包括：在电子控制器处启动自动铰接控制功能，并且使用自动铰接控制功能来操作铰接式机器。

通过结合附图阅读以下详细描述，本发明的系统和原理的其他特征和优势将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明构造的自行式平地机的侧视图；

图2为图1所示自行式平地机的俯视图；

图3为根据本发明的自行式平地机在自动铰接操作模式期间的俯视图；

图4为根据本发明的示例性转向控制系统的框图；以及

图5为用于自动铰接控制功能的座舱控制的简化图；

图6为示出执行自动铰接控制功能过程的流程图；

图7至图10为与全范围、非线性铰接角相对于转向角控制相关的示例性传递函数；以及

图11至图12为与部分范围转向控制角相关的现有技术传递函数。

具体实施方式

本发明提供了一种使用自动铰接系统使自行式平地机或其他铰接式机器的操作者能够优化使用铰接式机器的铰接功能的系统和方法。特别地，所述系统和方法可以采用控制器，当检测到多种状况中的任意一者时，所述控制器阻止自动铰接控制功能启动或停用自动铰接控制。此外，一些自动铰接控制特征可以允许有限操作，从而在停用或停止操作前纠正非期望的铰接角。如下文所述，自动铰接控制功能既能提高安全性，方便使用，也能提供附加铰接跟踪模式。

图1为根据本发明实施例的铰接式机器10，尤其是自行式平地机的示意性侧视图。铰接式机器10包括前框架12、后框架14和作业机具16，例如刀片组件18，也称之为拉杆-环圈-推板组件(DCM)。后框架14包括容纳在后隔室20内的动力源(未示出)，所述动力源通过变速器(未示出)可操作地接合至后牵引设备或轮22，用于主要机器推进。

如图所示，后轮22可操作地支撑在串联轴24上，所述串联轴在铰接式机器10两侧的后轮22之间可枢转地与机器相连接。动力源可以是例如柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机或者本领域已知的任何其他发动机。动力源也可以是与燃料电池相连的电动马达、电容性存储设备、电池或本领域已知的其它动力源。变速器可以是机械变速器、液压变速器或其他任何本领域已知的变速器类型。所述变速器可以可操作地在动力源和受驱动牵引装置之间产生多级输出速度比(或连续变化的速度比)。

前框架12通常支撑操作站26，所述操作站包括操作者控制装置106以及用于将信息传递给操作者的各种显示器或指示器，用于铰接式机器10的主要操作。前框架12还可以包括支撑刀片组件18的梁28，所述梁28用于相对于铰接式机器10将刀片30移动至许多不同位置。刀片组件18包括通过球形接头(未示出)等可枢转地安装于梁28的第一端34的拉杆32。拉杆32的位置通常由液压汽缸控制：控制竖直运动的右提升缸36和左提升缸38(图2)，以及控制水平运动的中央位移缸40。右提升缸36和左提升缸38与联接器70相连接，所述联接器包括可枢转地连接到梁28以绕轴线C转动的提升臂72。联接器70的底部具有与中央位移缸40相连的可调整长度的水平构件74。

拉杆32可以包括大的、平坦的板，通常称作轭板42。轭板42下是圆形的齿轮装置和安装架，通常称作回转盘44。回转盘44由例如称作回转驱动装置46的液压马达带动转动。由回转驱动装置46带动的回转盘44的转动使连接的刀片30绕垂直于拉杆轭板42的平面的轴线A转动。刀片切角限定为作业机具16相对于前框架12的纵轴48的角。例如，当刀片切角为零度时，刀片30与前框架12的纵轴48和梁28呈直角排列(图2)。

刀片30也通过允许刀片30相对于回转盘44倾斜的枢轴组件50安装到回转盘44上。刀片翻转汽缸52用于使刀片30向前或向后倾斜。换句话说，刀片翻转汽缸52用于使刀片30的上边缘54相对于下切削边缘56翻转或倾斜，这通常称作刀片翻转。刀片30也安装在与回转盘44相接合的滑动接头上，所述滑动接头使得刀片30可以相对于回转盘44左右滑动或移动。所述左右移动通常称作刀片侧移。滑移汽缸(未示出)等用于控制刀片侧移。

自行式平地机的转向通过结合前轮转向和机器铰接两者实现。如图2所示，可转向牵引设备，比如右轮58和左轮60与梁28的第一端34相接合。轮58、60可以都是可转动且可倾斜的，以在转向以及平整作业表面86的过程中使用(图1)。前轮58、60通过转向装置88相连，所述转向装置可以包括用于实现围绕前轮枢轴点80旋转的连杆机构90和液压汽缸(未示出)，如图3所示，以及用于使前轮倾斜的倾斜汽缸92。可转向前轮58、60和/或后从动牵引装置22可以包括履带、带或本领域已知的可以替代轮的其他牵引装置。前轮58、60也可以受驱动，如设置了全轮驱动的自行式平地机的情形。例如，动力源可以可操作地与液压泵(未示出)相连，所述液压泵与一个或多个与前轮58、60相接合的液压马达(未示出)流体联接。

参考图1和图3，铰接式机器10包含可枢转地连接前框架12和后框架14的铰接接头62。右铰接汽缸64和左铰接汽缸66(图3)在铰接式机器10的相对侧面连接在前框架12和后框架14之间。右铰接汽缸64和左铰接汽缸66用于使前框架12相对于后框架14绕铰接轴B枢转(图1)。在图2中，铰接式机器10置于中间位置或零铰接角位置，其中前框架12的纵轴48与后框架14的纵轴68对准。

图3是铰接式机器10的示意性俯视图，所述铰接式机器10的前框架12转过铰接角α，该角度由前框架12的纵轴48与后框架14的纵轴68交叉限定，所述交叉与铰接接头62的位置相对应。在这个附图中，正α角表示从面向前方的操作者的视角看去的左侧铰接角，负α角(未示出)则表示右侧铰接角。前轮转向角θ限定在与前框架12的纵轴48平行的纵轴76和前轮58、60的纵轴78之间，角θ具有位于前轮58、60的枢转点80的起点。图中示出其与右前轮58相连接，但是同样可应用在左前轮60上。对于铰接角，正θ角限定为前轮58、60位于纵轴76的左边，负θ角限定为前轮58、60位于纵轴76的右边。

为了简明并使模糊根据本发明原理和概念的任何风险最小化，除非另有规定，转向角度和铰接角的描述假定为有绝对值的大小。也就是说，0度到20度的铰接范围指0度到+20度和0度到-20度的范围。同样地，0度到12度的转向角范围包括0度到+12度和0度到-12度的范围。另一个+12度到50度的转向角范围包括+12度到+50度的范围和-12度到-50度的转向角范围。最后，转向角范围和铰接角范围假定为没有重复值，从而当一个范围是比如0度到+12的转向范围，且另一个范围是+12度到+50度的范围，一个值要么比恰好12度略高，要么比恰好12度略低。

参加图4，图4是根据本申请实施例的示例性的转向控制系统100的框图。控制系统100主要包括电子控制器102，所述电子控制器配置为，例如，通过控制算法接收来自不同传感器的多个指令以及/或者操作者命令，并且响应地提供指令用于控制多种机器制动器以及/或者与机器设备操作者进行通信。控制器102可以包括执行软件指令的多个部件，所述软件指令设计为调节铰接式机器10的各种子系统。例如，控制器102可以包括处理器103，以及可以包括随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的存储器105。存储器105也可以包括大容量存储装置、数据存储器和/或可移除存储介质，例如CD、DVD和/或闪存设备，但不包括传播媒介，比如载波。控制器102可以执行存储器105中存储的机器可读指令。控制器102也可以包括输入/输出硬件107，该输入/输出硬件107联接至以下描述的各种传感器和输出设备。

控制系统100可以配置为根据操作者对前轮转向的控制以控制机器铰接。因此，控制器102可以配置为接收前轮转向角θ的指示。在一些例子中，铰接式机器10包括一个或多个可与右前轮58和左前轮60中的一个或两个相关联的转向角传感器104。在一些这样的例子中，转向角传感器104设置为通过监测在前轮处的转向连杆和/或枢转点的旋转角度来监测车轮转向角θ。

转向角传感器104可配置为通过测量控制前轮58、60转向的致动器(未示出)(如液压致动器)的延伸量来监测车轮转向角。其他传感器配置在本领域中是众所周知的。转向角传感器104可提供“指示”转向角的数据，这应该被理解为代表对感兴趣的量或特性的直接测量，以及对例如同感兴趣的量或特性具有已知关系的不同的量或特性的间接测量。

控制器102可配置为接收来自一个或多于一个操作者转向控制装置106的信号，操作者转向控制装置106可用来提供转向角θ的指示。这些控制装置106可以是，例如，如图1-2中所示的方向盘106或任何其他类型的操作者输入设备，如标度盘、操纵杆、键盘、踏板或本领域已知的其他设备。在一个实施例中，例如，可提供感测方向盘106的转动或位置的方向盘传感器，用于提供转向角θ的指示。不管是否通过转向角传感器104或操作者转向控制装置106接收，可产生在控制器中使用的转向信号以确定前轮58、60的转向角。

一个或多于一个铰接传感器108可用来提供后框架14和前框架12之间轴线B处的铰接角α的指示。在一些示例中，铰接传感器108是设置在铰接接头62处的用于感测铰接轴线B处转动的枢转传感器。附加地或可选地，铰接传感器108可配置为监测右和/或左铰接汽缸64、66的延伸。转向角传感器104和铰接传感器108可以是本领域中已知的任何传感器类型，包括，例如，电位计、延伸传感器、近程传感器、角传感器等。

其他可与控制系统100相关联的输入可包括从设置在例如操作站26中的模式选择器110提供的指令。模式选择器110可包括用来选择操作模式的滑块214和用来选择转向角至铰接角模式的标度盘216，下面将详细讨论。该操作模式可用于在各种操作模式中进行选择，这些操作模式包括，例如，手动模式或一个或多个自动模式。也可以使用其他输入机构和选择。

附加输入可包括机器速度传感器112和位于例如后隔室20中的变速器传感器114。机器速度传感器112可以是配置为监测机器运行速度的任何传感器，例如，与前轮、后轮、驱动轴、发动机或传动系其他部件中的任意一者相关联的传感器。变速器传感器114可与变速器相关联以提供当前齿轮速比或输出率的指示。可选地，当前齿轮速比或输出率的指示可由与用于变速器(未示出)的操作者控制装置相关联的数据提供。

控制系统100还可包括影响铰接式机器10操作的输出。可提供动力转向指令118以控制转向致动器120。铰接致动器64、66可由铰接控制指令122控制，根据操作模式，控制指令122可由通过铰接控制装置116的操作者输入形成或在控制器102处自动形成。自动铰接功能的操作状态或操作模式可通过通信指令124和显示面板126传送至操作者。

参照图5，用于自动铰接控制功能的座舱控制125可包括以上所讨论的模式选择器110和显示面板126。显示面板126可包括“开”指示器202和“未启动”指示器204。未启动指示器204可大致指示一种或多种情况正在阻止自动铰接控制功能启动。在示出的实施例中，多个指示器可用来分别代表一些不同的操作状态，如“待命”206，“仅中心”208和“错误情况”210。在一些情况中，多于一个显示器可同时启动，如“错误情况”210和“未启动”204。在一些实施例中，消息区212可向操作者提供更详细的信息，或如果自动铰接控制功能处于所指示的状态之一，可在采取的步骤中为操作者提供指令。在不同实施例中，其他指示器和显示技术组合可用来接收模式选择，并用来传递关于自动铰接控制功能状态的信息、相关消息和帮助信息。这些显示技术可包括触摸屏、语音识别等。

工业实用性

图6示出了用于管理自动铰接行为的示例性控制过程300。该控制过程可利用储存在存储器105中的计算机可执行指令由控制器102的处理器103执行。

在框302处，模式选择器110的位置可通过已知机构确定。如果该模式选择器处在其中一个自动模式选择位置，执行可继续进行至框304。如果铰接式机器10的速度低于阀值速度，例如，包括停止小于每小时一英里或两英里，可沿“是”分支到框306。

总体上，在框306处，当模式选择器110设置为自动操作设置时，做出铰接式机器10是否处于操作者可能没有意识到自动铰接模式设置的状态的确定。在没有安全超控的情况下，自动铰接可在操作者没有期待的情况下发生。铰接角的变化改变车辆的转向形式，所以如果操作者不期待时发生这种变化，铰接式机器10可能与预料的转动不同且可能导致事故。

所以，在框306处，检查指示操作者可能没有意识到模式选择器110设置为开的情况。这些情况可包括机器键循环或机器动力循环。也就是说，当发动机上一次启动时，模式选择器110设置在“开”的位置。另一个示例性情况可以是当模式选择器110设置在开的位置时，座椅或座舱传感器指示没有操作者在场。在这些情形中，操作者可能没有意识到预先存在的自动铰接模式选择。

如果任何这些示例性情况或其他类似的情况被识别，来自框306的“是”分支可随后到框308。在框308处，自动铰接控制功能可停用或禁止。这并不一定代表错误情况，且可能只需要操作者拨动模式选择器110到“关”再拨回到“开”，如框310所示。适当的指示器可在显示面板126处启动。拨动模式选择器110后，执行可返回到框304。在一个实施例中，这些情况可独立于地速停用自动铰接控制功能。也就是说，交替控制过程可独立于地速检查或平行于地速检查来评测这些因素。

如果，在框304处，铰接式机器10的地速低于阀值速度，和前面一样，“是”分支可被带到框306。在框306处，如果与禁用自动铰接控制功能的操作相关联的情况已经清楚，来自框306的“否”分支可被带到框312。

在框312处，可检查以确定变速器是否处于空挡，例如利用变速器传感器114。由于变速器处于空挡且地速处于或接近零，可以假设车辆停靠或停止。但是，即使在停止时，操作者或维护人员也可转动前轮58、60以检查轮胎状况或进入机械部件进行检测或维修。与以上情况类似，如果操作者在车辆不运动时转动前轮58、60，且如果没有对这种情况的检查，铰接式机器10可改变其铰接角，导致前框架12、后框架14或两者运动。这种非期待的运动可伤害人员或损坏邻近装备或建筑。所以，如果变速器处于空挡，来自框312的“是”分支可被带到框326，且自动铰接控制功能可停用或禁止。一旦被停用，自动铰接控制功能可根据自框302处开始的步骤重新启动。适当的指示器可在显示面板126处启动。

返回框312，如果铰接式机器10的速度低于阈值速度且没有出现限定条件，并且如果变速器不在空档位置，那就可以假定铰接式机器10正常运行并可以继续执行框314或实施例框318(未具体示出)。例如，铰接式机器10可能在陡上坡上运行或刮擦重型或不平整的作业表面86，这会造成机器10短暂停顿或至少速度降到阈值速度之下。在这种情况下，如果自动铰接控制功能自动停用，而如果操作者在不知道自动铰接已被停用时期望自动铰接，这至少将造成不便，至多甚至会引起安全隐患。出于安全和便利的双重原因，框312的决定点允许自动铰接控制在此种情况下继续运行。应注意，通常只有在自动铰接控制功能已经启动并运行时才能达到此条件。

返回框304，如果铰接式机器10的地速大于阈值速度，“否”分支可以从框304出来，且执行可继续至框314。在框314，可以将实际铰接角和所需铰接角进行对比。通过铰接传感器108接收的数据可以直接或间接确定实际铰接角值。根据转向控制装置106和/或转向角传感器104的输入可以计算所需铰接角，即，通过估计当前转向角来确定所需铰接角。在一些实施例中，当前转向角与所需铰接角的比可以是非线性传递函数或其他映射算法函数，下文中将详细描述。

一些情况中的任意一种都可以导致实际铰接角不等于所需铰接角。在一种情况下，在当前转向角规定了仅仅不等于当前铰接角的所需铰接角时，操作者可以，例如，在框302，接合自动铰接控制功能。例如，铰接式机器可以与零铰接角对准，且方向盘向左转35度。在下文更详细讨论的另一个例子中，造成自动铰接控制功能暂时停用的错误情况可以清除，但实际铰接角和所需铰接角会在自动铰接控制功能停用期间有所偏离。在这种状况下，启动自动铰接会造成铰接角突然剧烈变化并且可以造成转向变化，这对于操作者来说可能很难或不可能控制。最坏的情况是，如果铰接为-20度而转向为+45度，则启动自动铰接控制功能将造成后框架14急速移动完整的40度。

在之前的一些自动铰接控制实施例中，可能会要求操作者手动观察前轮58、60的转向角和当前铰接角，并在两角似乎对准的精确时间点上尝试启动自动铰接控制功能。这对于操作者来说既困难又容易分神。

在框314，当实际及所需铰接角不相等，或在阈值角范围之内，如0.2度到-0.2度时，“否”分支可以被带到框320。

在框320，自动铰接控制功能可以被配备，即处于待机状态，使得电子控制器102能够监测实际和所需铰接角，并在它们处于阈值角范围内时接合自动铰接控制功能。这减轻了对操作者手动观察并准时启动该功能的需求，同时保留了接合自动铰接控制功能时避免铰接式机器10铰接角快速显著变化的理想特性。

当在框314，实际及所需铰接角都为零或在阈值角范围之内时，“是”分支可以被带到框316。在框316，控制器102可以筛选若干错误情况中的任意一种，包括但不局限于，铰接式机器10的地速超过限制、无效信号或无效输入信号，如控制器102中没有可用的地速信号，或其它错误如转向传感器错误。在一个实施例中，地速或阈值地速的上限为约20英里每小时，但可以根据不同种类的铰接式机器10或者甚至不同的操作条件而改变。当没发现错误情况时，执行会随着“否”分支到框318。

在框318，可以启动自动铰接控制功能并且根据启动的任何控制策略控制铰接式机器10铰接。下文结合图7至图10详细讨论了不同控制策略。

在一个示例性实施例中，响应于电子控制器102的指令，可以在前框架12和后框架14之间以大于零的铰接角α操作铰接式机器10。例如，当前轮58、60从完全对准的位置向左转(+θ)，电子控制器102可以使铰接式机器10向左铰接，表示为正铰接角或+α。同样，当前轮58、60从完全对准的位置向右转(-θ)，电子控制器102可以使铰接式机器10向右铰接，表示为负铰接角或-α。无论向左铰接还是向右铰接，当前框架12和后框架14没有对准时，角α的大小都不为零。

返回框316，当出现错误情况时，“是”分支将从框316被带到框322。在框322，确定铰接式机器10是否以非零铰接角处于铰接状态，即，角大小在以上讨论的阈值角范围之外。

如果在框322，铰接式机器10没有铰接，执行可以将“否”分支带到框326且自动铰接控制功能可以停用。适当的指示器可在显示面板126处启动。

在框322，如果铰接式机器10具有某个非零铰接角，如果只是简单地停用自动铰接控制功能，则铰接式机器10会以某个铰接角被固定，这会使将来的转向角设置适得其反。例如，如果铰接式机器10向左转，转向角为+20度而对应的铰接角为+20度，此时地速增加至高于地速限制，仅仅停用自动铰接控制功能就会造成铰接角保持在+20度不变，即使转向角在零及以上的范围内向右变化。这会造成一种尴尬的情况，即机器向左铰接而转向向右铰接，导致铰接式机器10沿作业表面“横着走”。

为避免这种情况，继续执行框324。在框324，自动铰接控制功能配置为在归零模式下操作，使得此功能仅响应能引起铰接角归零的转向指令。也就是说，忽略任何检测到的能增大所需铰接角的转向角，并处理任何检测到的能引起所需铰接角减小的转向角。当铰接角减小至零或在最小阈值角范围之内时，执行继续进行至框326并停用自动铰接控制功能。

在框316，当错误情况已被清除且框314的实际和所需铰接角大致相等时，自动铰接控制功能可以重新启动并在框318继续正常运行。

图6的示例性控制过程300仅仅是用于实施所公开控制装置和特征可遵循步骤的一种代表。本领域的普通技术人员会认识到，可以发展出其它实施方案，以实现以上提到的安全和控制功能。例如，各种抑制和错误情况会导致中断，使得能够通过状态改变模式执行自动铰接控制。

图7至图10示出了与全范围、非线性转向角相对于铰接角控制相关的示例性传递函数。这些图片示出了一个示例性实施例，其中转向角的范围为约-50度至+50度，铰接角的范围为约-20度至+20度。其它铰接式机器可以有不同的转向角和铰接角范围。本发明在此公开的原理也适用于那些不同的范围。

下文描述的铰接角传递函数允许操作者对自动铰接控制的操作模式有多种选择。在各个实施例中，模式选择器110的标度盘216部分可以修改为允许在各种操作环境下使用这些实例或其它类似传递函数的个体化选择。

图7示出x轴上的转向角与y轴上的铰接角比的非线性传递函数400。传递函数400示出从约-10度至约+10度的第一范围402，其具有约为1的第一斜率或约为1:1的转向角与铰接角比。传递函数400示出小于约-10度的第二范围406和大于约+10度的第二范围404，其具有约1/4的第二斜率或约为1:4的铰接角与转向角比。

在一个实施例中，控制器102可以使用转向角的阈值百分比，例如约45％至55％的最大转向角范围，而不是使用固定转向角度来从第一范围402转变至第二范围404、406。第一范围402和第二范围404-406构成全转向角范围的子范围。每个子范围具有与其它子范围不同的独有转向角值。

与图11的现有技术传递函数500或图12的现有技术传递函数510(具有转向角与铰接角的1:1对应并且接着限定铰接或转向)相比，传递函数400提供转向角全范围内铰接的至少某些变化。例如，在上坡或转弯刮擦时(诸如死路)，图4第一范围中约1:1的比可以允许后轮跟踪铰接式机器10的前轮。大于和小于约10度转向角的第二范围404、406允许铰接角在剩余全部转向角范围中连续增加，从而允许操作者在必要时显著地改进转弯半径。

图8示出图7的替代实施例，其示出具有带有第一比的第一范围410和具有转向角与铰接角的第二较低比的第二范围412、414。图8的实施例示出‘边沿’区域416、418，其示出最后几度转向角不改变铰接角的实施例。图7的原理以下述方式维持：第一和第二范围各自的传递函数斜率允许前后轮跟踪区域(范围410)和小于1:1的区域(范围412、414)。

图9示出图7和图8的替代实施例，并且示出具有一个区域422的传递函数420，其具有比率大于一度转向角与一度铰接角比的恒定斜率。传递函数420在转向角全范围中提供一致的转向对铰接变化，并且给操作者提供可预测的铰接变化率，但不一定提供前轮对后轮跟踪。

图10是图9的传递函数420的替代实施例，并且示出传递函数430，其包括转向角对铰接角比小于1:1的恒定比区域432，以及边沿434和436，从而使铰接不一定跟踪转向范围的整个范围。

可以通过增加具有不同线性或非线性斜率的区域修改图7至图10中的示例性实施例。以上说明在传递曲线实施方案的附加变动方面没有限制。

图7至图10中示出的示例性实施例还可以适用于反向操作时的特殊情况。例如，操作者启动的信号可以指示期望转向路径或转向路径变化。当沿前进方向行驶时，这可以通过发送控制前轮转向角的信号非常自然地发生。然而，在一些情况中，首先调节铰接角且使可转向车轮跟踪对铰接角的调节可能更有优势。反向操作时，可能尤其如此。

可以支持自动铰接控制的另一种模式，其允许在反向操作时通过大致上经由操纵杆(未描绘)调节铰接角操作者控制，进而驱动转向角的变化而完成此方向控制。基于铰接角的转向角变化可以使用上文讨论的传递函数的相同变量，其包含大于1:1的转向角与铰接角比，以将铰接角范围的至少一部分映射至转向角范围。

图11至12描绘与部分范围转向控制角相关的现有技术传递函数。如上文讨论，图11示出具有恒定1:1区域502以及零斜率区域504和506的现有技术传递函数500。即，对于大于+20度或小于-20度的任何转向角，铰接角被固定在对应的+20度或负20度。

图12示出具有恒定1:1区域512以及约束的转向区域514和516的传递函数510，其中当达到+20和-20度的最大铰接角时，转向分别被限为+20度和-20度。

本发明主要涉及一种改进具有前轮转向的铰接式机器转向控制的方法。一般地，所述系统接收来自操作者的转向命令，并基于指示前轮转向角的转向命令或信号，根据预定公式自动控制铰接。铰接角的自动控制可以在操作期间减少分散操作者注意力、改进转弯半径、使后轮跟踪前轮的路径等。

自动铰接模式经由存储在物理实体计算机可读介质或存储器(例如，磁盘驱动、闪存、光学存储器、ROM等)上的指令的计算机执行而实体化和执行。控制器102可以物理地体现为一个或多个控制器，并且可以与一个或多个现有控制器(诸如一个或多个发动机控制器和/或变速器控制器)分离或可以是其一部分。

应当明白的是，本发明提供一种利用可选择模式以及强化安全性和性能特征促进自动铰接模式的系统和方法。虽然本文仅列出某些实施例，但是替代和修改通过以上描述对于本领域技术人员来说将显而易见。这些及其它替代均被视为等同物，并且在本发明和所附权利要求书的主旨和范围内。

Claims (10)

1.一种管理铰接式机器(10)中的铰接的方法(300)，所述方法包括：

在电子控制器(102)处识别与自动铰接控制不相容的操作状况；

接收请求启动自动铰接控制功能的信号；

当存在与所述自动铰接控制功能的操作不相容的操作状况时，等待所述自动铰接控制功能的启动；

确定所述操作状况已被清除；

当清除了所述操作状况时，启动所述自动铰接控制功能；以及

在启动所述自动铰接控制功能之后，响应于所述铰接式机器(10)的转向角度变化，改变所述铰接式机器(10)的铰接角度。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述操作状况为处于预设范围之外的实际铰接角度与期望铰接角度的差，并且确定所述操作状况已被清除包括：

评估所述实际铰接角度与所述期望铰接角度之间的差是否处于所述预设范围内。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

在确定所述操作状况已被清除之后以及在启动所述自动铰接控制功能之前，确定不存在妨碍所述自动铰接控制功启动的其他状况。

4.如权利要求1所述的方法，其中接收请求启动所述自动铰接控制功能的所述信号为来自模式选择器(110)的信号。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：

在接收所述信号之后，在操作员站(26)提供所述自动铰接控制功能等待启动的通知。

6.一种管理铰接式机器(10)中的铰接的控制器(102)，所述控制器包括：

处理器(103)；

至少一个传感器输入(107)，其接收用于确定实际铰接角度的信息；

至少一个传感器输入(107)，其接收用于确定转向角度的信息，所述转向角度用于确定期望铰接角度；以及

存储器(105)，其存储计算机可执行指示，当由所述处理器(103)执行所述指示时，所述指示使得所述控制器(102)：

接收请求启动自动铰接控制功能的信号；

评估所述实际铰接角度和所述期望铰接角度是否处于预设范围内；

仅在所述实际铰接角度和所述期望铰接角度处于所述预设范围内时启动所述自动铰接控制功能；以及

在启动所述自动铰接控制功能之后，响应于所述转向角度的变化，提供使所述铰接式机器的所述实际铰接角度改变的信号。

7.如权利要求6所述的控制器，其中所述存储器存储进一步的指示，当由所述处理器执行所述进一步的指示时，使得所述控制器在启动所述自动铰接控制功能之前确定不存在不利于所述自动铰接控制功能的操作的其他状况。

8.如权利要求6所述的控制器，其中不利于所述自动铰接控制功能的操作的状况包括：所述铰接式机器的地速超过预定速度和不存在来自耦合至所述控制器的地速传感器(112)的输入信号中的一种。

9.如权利要求6所述的控制器，其中不利于所述自动铰接控制功能的操作的状况包括：在接收用于确定所述实际铰接角度的信息的所述至少一个传感器输入处的信号无效。

10.如权利要求6所述的控制器，其中所述预设范围为所述实际铰接角度与所述期望铰接角度之间的差约+1度至约-1度。