CN109890686A - 用于铰接式卡车的自主转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于使作业机器(20)转向的控制系统(64)。控制系统(64)可包括被配置成使引导机器模块(22)转向的转向输入装置(32)，以及设置在引导机器模块(22)与从动机器模块(24)之间的铰接模块(42)。控制系统(64)可进一步包括被配置成在第一和第二铰接汽缸(48)第一位置与第一和第二铰接汽缸(48)第二位置之间进行致动的第一铰接汽缸(46)和第二铰接汽缸(48)。此外，电子控制器(60)与第一铰接汽缸和第二铰接汽缸(48)进行通信，并被编程成传递控制信号，从而使得第一铰接汽缸在第一汽缸第一位置与第一汽缸第二位置之间进行致动，且第二铰接汽缸在第二汽缸第一位置与第二汽缸第二位置之间进行致动。

Description

用于铰接式卡车的自主转向系统

技术领域

本发明总体上涉及转向系统，具体涉及一种用于使铰接式卡车转向并对其进行操纵的自动转向控制系统及方法。

背景技术

作业机器(例如，铰接式卡车、越野机器、道路机器、自动平地机、推土机等)可用于采矿、建筑、农业、石油以及其他此类应用中。在操作期间，作业机器可能需要在作业现场周围进行操纵，该作业现场可包括狭窄的通道以及许多急弯和险弯。在一个非限制性示例中，作业机器可包括被配置成拉动或通过其他方式推动后拖运模块的前车辆模块(即拖拉机)。此外，前车辆可配置有发动机或其他此类动力源以及转向机构，以在作业现场周围推动并操纵作业机器。另外，前车辆模块可与后车辆模块可枢转地联接，这可提供较小的转弯半径以及其他操纵功能，从而使得作业车辆能够沿着狭窄的作业现场通道进行转向和操纵。

通常而言，作业机器可配置有一个前车辆模块以及一个后拖运模块，以在各种地形上拖运材料，例如，行进通过矿场或采石场中狭窄且曲折的通道。然而，采用一个后拖运车辆可能会限制作业机器的拖运能力、增加完成特定任务所需的作业机器的数量，以及增加完成特定任务所需的时间量。因此，期望的是将作业机器配置成包括一个以上的后拖运模块，这些后拖运模块附接或通过其他方式联接在引导车辆模块后面。例如，两个或多个后拖运模块可联接在引导车辆模块后面，以提供额外的拖运能力。然而，增加额外的后拖运模块可增加作业机器的总长度。增加的长度可能会给操作者沿着狭窄且曲折的作业现场通道转向并操纵长度增加的作业机器带来挑战。

发明名称为“用于道路车辆的具有动轮齿轮的双接头枢轴单元”的第WO 2014/0300082号国际专利申请公开文献(‘082公开文献)公开了一种用于道路车辆的双枢轴接头。在该公开文献中公开的双枢轴接头配备有接头单元，该接头单元包括双枢轴，并被配置成联接车辆的前构件和后构件。‘082公开文献的接头单元还包括位于接头单元的朝向前构件的部分中的第一旋转环以及位于接头单元的朝向后构件的部分中的第二旋转环。此外，接头单元包括通过铰接接头连接至摇杆齿轮的液压缸。在正常操作期间，液压缸随着摇杆齿轮进行运动，并充当为减振器。然而，液压缸被配置成在检测到车辆的前构件和后构件突然大幅度转弯的情况下阻碍摇杆齿轮的运动；因此，车辆的相应构件无法相对于彼此进行旋转。

然而，‘082公开文献没有利用作业机器的转向角、路线信息以及操作条件来控制和调整车辆的前构件与后构件之间的角度。

发明内容

根据一个实施例，公开了用于使作业机器转向的控制系统。控制系统可包括被配置成使作业机器的引导机器模块转向的转向输入装置。此外，铰接模块可设置在引导机器模块与从动机器模块之间，且铰接模块可被配置成绕着铰接模块枢转点可枢转地联接引导机器模块和从动机器模块。第一铰接汽缸可包括在铰接模块中，并可以可操作地联接至引导机器模块和从动机器模块，且第一铰接汽缸可被配置成在第一汽缸第一位置与第一汽缸第二位置之间进行致动。此外，第二铰接汽缸可包括在铰接模块中，并可以可操作地联接至引导机器模块和从动机器模块，该第二铰接汽缸可被配置成在第二汽缸第一位置与第二汽缸第二位置之间进行致动。控制系统可进一步包括与铰接模块的第一铰接汽缸和第二铰接汽缸电子通信的电子控制器，该电子控制器可被编程成将控制信号传递至第一铰接汽缸和第二铰接汽缸中的每一个。控制信号可被传递来致使第一铰接汽缸在第一汽缸第一位置与第一汽缸第二位置之间进行致动，以及致使第二铰接汽缸在第二汽缸第一位置与第二汽缸第二位置之间进行致动，从而使得引导机器模块和从动机器模块均绕着铰接模块枢转点进行枢转。

根据另一实施例，公开了用于使作业机器转向并对其进行操纵的方法。方法可包括通过铰接模块将引导机器模块联接至从动机器模块，该铰接模块设置在引导机器模块与从动机器模块之间。方法可进一步包括将铰接模块的第一铰接汽缸附接至引导机器模块和从动机器模块，以及将铰接模块的第二铰接汽缸附接至引导机器模块和从动机器模块。此外，方法可包括通过电子控制器编程控制信号。方法可进一步包括传递控制信号以在第一汽缸第一位置与第一汽缸第二位置以及第二汽缸第一位置与第二汽缸第二位置之间致动第一铰接汽缸和第二铰接汽缸。

根据又一实施例，公开了作业机器。作业机器可包括被布置成列车状结构的引导机器模块以及至少一个从动机器模块，该引导机器模块包括被配置成使作业机器转向的转向输入装置，且该至少一个从动机器模块定位在引导机器模块后面。作业机器可进一步包括设置在引导机器模块与至少一个从动机器模块之间的铰接模块，该铰接模块被配置成可枢转地联接引导机器模块和至少一个从动机器模块，从而使得引导机器模块和至少一个从动机器模块绕着铰接枢转点进行枢转。第一铰接汽缸可包括在铰接模块中，并可以可操作地联接至引导机器模块和至少一个从动机器模块，该第一铰接汽缸可被配置成在第一汽缸第一位置与第一汽缸第二位置之间进行致动。第二铰接汽缸可包括在铰接模块中，并可以可操作地联接至引导机器模块和至少一个从动机器模块，该第二铰接汽缸可被配置成在第二汽缸第一位置与第二汽缸第二位置之间进行致动。作业机器可进一步包括与第一铰接汽缸和第二铰接汽缸电子通信的电子控制器。电子控制器可被编程成将控制信号传递至第一铰接汽缸和第二铰接汽缸中的每一个，从而使得所传递的控制信号可致使第一铰接汽缸在第一汽缸第一位置与第一汽缸第二位置之间进行致动，以及致使第二铰接汽缸在第二汽缸第一位置与第二汽缸第二位置之间进行致动，从而使得引导机器模块和至少一个从动机器模块相对于彼此绕着铰接模块枢转点进行枢转。

通过阅读以下结合附图进行的详细描述之后，将更易于理解本发明的这些方面和特征以及其他方面和特征。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施例的作业机器的透视侧视图；

图2是示出了根据本发明的实施例的图1的作业机器的俯视图；

图3是示出了根据本发明的实施例的用于控制图1的作业机器的控制系统的示意图；

图4是示出了根据本发明的实施例的图1的包括两个从动机器模块的作业机器的俯视图；以及

图5是示出了根据本发明的实施例的由图3的控制系统执行以使图1的作业机器转向并对其进行操纵的方法的流程图。

具体实施方式

现参照附图，特别参照图1，示出了根据本发明的特定实施例的作业机器20。虽然作业机器20的一个非限制性示例被示出为铰接式卡车，但将理解的是，作业机器20可包括其他类型的机器，例如，但不限于：道路卡车、越野卡车、自动平地机、工业采矿设备、机车以及任何其他此类机器。作业机器20可包括联接至从动机器模块24(例如，装载箱)的引导机器模块22(例如，拖拉机)。虽然图1示出了与引导机器模块22相联接的一个从动机器模块24，但将理解的是，一个以上的从动机器模块24可以以列车状结构(即，在该结构中，机车被配置成拉动其后面的一个或多个有轨车厢)的方式定位在引导机器模块22后面。此外，引导机器模块22可包括被配置成支撑动力源28的机架26以及操作者隔室或操作者舱室30。在某些实施例中，动力源28可为动力产生源，例如，但不限于：柴油燃烧发动机、汽油燃烧发动机、发电机以及电动马达或其他已知的动力产生源。而且，操作者隔室30可配置有一组操作控制件，例如，但不限于：转向输入装置32、节气门控制件(未示出)、机器机具控制件(未示出)以及其他此类操作控制件。此外，从动机器模块24可包括被配置成支撑倾卸台36或其他此类拖运容器的机架34。在某些实施例中，倾卸台36可枢转地附接至机架34，并被配置成填充作业材料，例如，泥土、石子、沙砾等。此外，倾卸台36可通过一个或多个倾卸致动器38联接至机架34，从而使得倾卸台36可升高和/或降低以倾卸从动机器模块24所拖运的材料。

作业机器20可进一步包括一组地面接合构件40，该组地面接合构件分别可旋转地联接至引导机器模块22和从动机器模块24的机架26以及机架34。地面接合构件40可由动力源28驱动，以沿着移动方向推动作业机器20。此外，引导机器模块22的地面接合构件40可以可操作地联接至转向输入装置32(例如，方向盘或一个或多个操纵杆)，并可被配置成在使用时使作业机器20转向并对其进行操纵。例如，提供至转向输入装置32的输入可传送至引导机器模块22的地面接合构件40，这可调整地面接合构件40的位置，进而致使作业机器20转弯。在某些实施例中，转向输入装置32还可联接至与从动机器模块24的机架34相联接的地面接合构件40，且提供至转向输入装置32的输入可额外地调整从动机器模块24的地面接合构件40的位置(即，使其转向)。虽然该组地面接合构件40被示出为轮子，但可采用其他类型的接合装置，例如，连续履带等。将理解的是，作业机器20主要出于说明的目的而示出，以辅助公开本发明的各种实施例的特征，且图1并没有示出作业机器20的所有部件。

现参照图2，继续参照图1，示出了作业机器20的俯视图。在一个非限制性示例中，作业机器20以列车状结构的方式布置有一个引导机器模块22以及一个从动机器模块24，该从动机器模块直接定位在引导机器模块22后面。然而，将理解的是，作业机器20的其他布置和结构也是可能的，其在引导机器模块22后面添加一个以上的从动机器模块24。此外，引导机器模块22和从动机器模块24可通过铰接连接模块42(即铰接接头)可枢转地联接在一起。如图2所示，铰接连接模块42可定位在引导机器模块22与从动机器模块24之间，且铰接连接模块42可被配置成可枢转地调整引导机器模块22相对于从动机器模块24的位置。此外，额外的从动机器模块24可通过额外的铰接连接模块42添加在引导机器模块22和从动机器模块24后面，以将相邻的从动机器模块24可枢转地联接在一起。

在某些实施例中，铰接连接模块42被配置成绕着铰接连接模块42的枢转点44进行枢转或通过其他方式进行旋转，以辅助作业机器20操纵并绕过其路径中的物体。在一个非限制性示例中，铰接连接模块42可包括联接至引导机器模块22和从动机器模块24并沿着铰接连接模块42的第一侧定位的第一铰接汽缸46。铰接连接模块42可进一步包括联接至引导机器模块22和从动机器模块24并沿着铰接连接模块42的第二侧定位的第二铰接汽缸48。虽然示出了第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48，但可选数量的汽缸(即，更少或更多)也是可能的。

铰接连接模块42可被配置成使得铰接连接模块42的枢转点44位于引导模块纵轴50与从动模块纵轴52之间的交点处。此外，铰接连接模块42的铰接角54可形成在引导模块纵轴50与从动模块纵轴52相交的位置处。在一个非限制性示例中，第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48被定位成使得枢转点44位于第一铰接汽缸46与第二铰接汽缸48之间，且第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的致动(即伸展和回缩)可致使从动机器模块24绕着枢转点44进行枢转或通过其他方式进行旋转。因此，从动机器模块24相对于引导机器模块22的位置可通过第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的致动来精确地控制。

第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的致动可由液压控制回路(未示出)进行控制，该液压控制回路被配置成将加压液压流体输送至第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48中的每一个。液压控制回路可包括用于加压并泵送流体的泵(未示出)以及一系列液压流体管路(未示出)，这些液压流体管路用于将流体输送至第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48以及作业机器20的其他已知液压部件。例如，第一铰接汽缸46可与第一液压控制阀56流体联接，且第二铰接汽缸48可与第二液压控制阀58流体联接，而且第一液压控制阀56和第二液压控制阀58可被配置成选择性地控制液压流体的输送，以使第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48伸展和/或回缩。

此外，作业机器20可包括至少一个电子控制器60，该电子控制器被编程成控制液压控制回路、第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48、第一液压控制阀56和第二液压控制阀58，以及/或者作业机器20的其他部件和系统。在一个非限制性示例中，电子控制器60可位于引导机器模块22的操作者隔室30内部，并可以以电子和通信的方式联接至作业机器20的各种系统和部件。在一个非限制性示例中，第一液压控制阀56和第二液压控制阀58可为电子控制电磁阀或其他已知可控阀，其联接至电子控制器60并由其进行控制。此外，电子控制器60可被编程成将一个或多个控制信号传递至第一液压控制阀56和第二液压控制阀58，且该一个或多个控制信号可指示第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48进行展开和/或回缩。在某些实施例中，电子控制器60可被进一步配置成执行程序或其他此类控制指令集，其可精确地控制第一液压控制阀56和第二液压控制阀58以及第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48，以形成铰接连接模块42的预定或期望铰接角54。

在某些实施例中，第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48中的每一个可进一步包括至少一个铰接汽缸位置传感器62，该铰接汽缸位置传感器被配置成监测第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的位置(即伸展和回缩)。此外，铰接汽缸位置传感器62可以以电子和通信的方式联接至电子控制器60，并可被配置成将第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的位置数据传递至电子控制器60。因此，电子控制器60可利用从铰接汽缸位置传感器62接收到的数据来确定第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的精确伸展和/或回缩位置。电子控制器60可被编程成利用这一从铰接汽缸位置传感器62接收到的精确伸展和/或回缩位置数据来推导铰接连接模块42的当前或实际铰接角54。此外，将理解的是，在作业机器20的实施例中(在这些实施例中，多个铰接连接模块42用于将多个从动机器模块24联接在一起)，电子控制器60可被配置成从联接至各铰接连接模块42的第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的铰接汽缸位置传感器62接收位置数据，并推导各铰接连接模块42的单独确定铰接角54。

参照图3，并继续参照图1～2，作业机器20可包括电子控制系统64，该电子控制系统被配置成监测和控制一个或多个铰接连接模块42、第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48，以及作业机器20的其他系统和部件。电子控制系统64可包括电子控制器60，该电子控制器被编程成在各种输入装置(例如，但不限于：铰接汽缸位置传感器62、机器转向系统66、路线和位置信息系统68、机器操作参数监测系统70，以及作业机器20的其他此类系统和输入装置)之间发送和接收数据信号以及其他信息。此外，电子控制器60可包括软件或其他可执行数据文件，其被配置成分析和处理从铰接汽缸位置传感器62、机器转向控制系统66、路线和位置信息系统68、机器操作参数监测系统70以及其他此类系统和输入装置接收到的数据信号以及其他信息。此外，根据对所接收到的数据信号以及其他收集到的输入信息的分析，电子控制器60可将多个命令和控制信号输出至或通过其他方式传递至第一液压控制阀56和第二液压控制阀58、第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48，以及作业机器20的其他系统和部件。

如图3所示，电子控制系统64可包括独立的阀控制器72，该阀控制器与电子控制器60以及第一液压控制阀56和第二液压控制阀58可通信地联接。阀控制器72可从电子控制器60接收命令和控制信号或其他此类指令。阀控制器72可被进一步配置成将命令和控制信号传递至第一液压控制阀56和第二液压控制阀58，该第一和第二液压控制阀被配置成控制第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的致动。在可选实施例中，阀控制器72可并入至电子控制器60中，从而使得电子控制器60直接与第一液压控制阀56和第二液压控制阀58相联接，并传递命令和控制信号以控制第一液压控制阀56和第二液压控制阀58以及第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的致动。

电子控制器60可包括用于执行软件、程序和/或算法的微处理器74，这些软件、程序和/或算法被配置成控制、监测和测量作业机器20的各种功能。此外，微处理器74可包括存储器模块76，该存储器模块进一步包括被配置成储存软件、程序、算法和数据的只读存储器(ROM)78。此外，存储器模块76可包括随机存取存储器(RAM)80，该随机存取存储器为在软件、程序和/或算法的执行期间生成的数据提供储存空间。虽然微处理器74示出在图3中，但将理解的是，其他部件(例如，但不限于：微控制器、专用集成电路(ASIC)或其他电子装置)可用于控制和操作作业机器20。

电子控制器60可容纳在作业机器20的操作者隔室30(图1)内。此外或可选地，电子控制器60可被配置为与位于作业机器20的多个位置中的一个或多个额外控制器可通信地联接的主控制器，从而使得数据和其他信息可在电子控制器60与各额外控制器之间传递和接收。在一个非限制性示例中，作业机器20包括被配置成控制和监测作业机器20的至少两个控制器，即电子控制器60和阀控制器72。然而，如上所述，作业机器20的其他控制器结构也是可能的。

此外，电子控制器60可以可操作地联接至输入/输出装置82，且作业机器20的操作者可利用输入/输出装置82来访问并选择性地操作电子控制器60。例如，输入/输出装置82可被配置成允许操作者通过键盘、鼠标、标度盘、按钮、操纵杆、触摸屏、麦克风或其他已知的输入装置输入或执行传递至电子控制器60的命令。此外，电子控制器60提供的数据和其他此类信息可输出至显示装置，例如，但不限于：监视器、扬声器、视频屏幕或其他能够将电子控制器60的输出提供至操作者的可视/音频显示装置。在某些实施例中，输入/输出装置82可通过有线连接联接至电子控制器60，且输入/输出装置82可被定位成邻近作业机器20的操作者隔室30中的电子控制器60。可选地，输入/输出装置82可通过无线通信网络(例如：蓝牙网络、近场通信网络、射频通信网络、计算机数据网络、WiFi数据网络、蜂窝数据网络、卫星数据网络或其他此类数据通信网络)联接至电子控制器60。此外，输入/输出装置82可被配置为无线连接至电子控制器60的手持式移动装置，例如，但不限于：平板计算机、智能电话、蜂窝电话、膝上型计算机或其他此类移动电子装置。因此，操作者和输入/输出装置82可远离电子控制器60。在某些实施例中，输入/输出装置82可被配置成使得操作者与电子控制器60远程通信，以在操作者隔室30以外的位置处控制和监测作业机器20。此外，监管者、规划师、机修工或其他相关人员可通过与电子控制器60远程通信的独立输入/输出装置82访问电子控制器60，以监测和查看作业机器20的活动。

在操作期间，电子控制系统64可被配置成控制和监测铰接连接模块42以及作业机器20的其他系统和部件。在某些实施例中，作业机器20可配置有引导机器模块22，该引导机器模块通过铰接连接模块42可操作地联接至从动机器模块24。此外，铰接连接模块42可被配置成在作业机器20沿着路线或通道84(图2)行进时辅助其操纵。在某些实施例中，一个或多个额外的从动机器模块24可添加至作业机器20，且各额外从动机器模块24通过额外的铰接连接模块42联接至相邻的从动机器模块24。因此，电子控制系统64可被配置成控制各铰接连接模块42，由此控制和监测包括在作业机器20中的引导机器模块22和各从动机器模块24的转向和操纵。

在某些实施例中，铰接连接模块42包括分别流体联接至第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的第一液压控制阀56和第二液压控制阀58。此外，电子控制器60可将至少一个控制信号传递至阀控制器72，且阀控制器72将该控制信号传递至第一液压控制阀56和第二液压控制阀58中的每一个。可选地，电子控制器60可被配置成包括阀控制器72，并可直接将控制信号传递至第一液压控制阀56和第二液压控制阀58。因此，第一液压控制阀56和第二液压控制阀58可被控制或通过其他方式指示来引导液压流体到第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的流动，从而使得液压流体的选择性控制致使第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48伸展和/或回缩。

通常而言，第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48被配置成使得当第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48中的一个伸展时，第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48中的另一个回缩。因此，第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的相对铰接可调整相邻的引导机器模块22和从动机器模块24相对于彼此的位置。此外，电子控制器60可被编程成使第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48伸展和/或回缩预定量，从而使得期望铰接角54(图2)形成在相邻定位的引导机器模块22与从动机器模块24之间。如上所述，铰接角54可限定为在引导模块纵轴50(图2)与从动模块纵轴52(图2)之间的交点处形成的角，且该交点可进一步限定铰接连接模块42的枢转点44(图2)。

此外，第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48中的每一个可联接至铰接汽缸位置传感器62，该铰接汽缸位置传感器被配置成监测第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的伸展和/或回缩位置。各铰接汽缸位置传感器62还可被配置成将所收集到的位置数据传递至电子控制器60。在某些实施例中，电子控制器60可利用从各铰接汽缸位置传感器62接收到的位置数据来确定或通过其他方式推导铰接连接模块42的实际铰接角54。因此，电子控制器60可被配置成将通过对第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的位置数据进行分析得到的实际铰接角54与编程或通过其他方式输入至电子控制器60中的期望铰接角54进行比较。在某些实施例中，电子控制器60可计算实际铰接角54与期望铰接角54之间的差值。此外，电子控制器60可基于一组预定控制方案参数(例如，但不限于：比例增益、积分增益以及微分增益)推导或通过其他方式生成控制信号。电子控制器60可将推导控制信号发送至阀控制器72，以控制第一液压控制阀56和第二液压控制阀58，并调整第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48以校正实际铰接角54与期望铰接角54之间的差值。可选地，当实际铰接角54等于期望铰接角54时，电子控制器60无需传递调整控制信号。

在某些实施例中，电子控制器60可联接至一个或多个额外系统和部件，这些额外系统和部件提供用于控制作业机器20的数据和其他此类信息。电子控制器60可利用该额外数据来控制和监测铰接连接模块42。例如，电子控制器60可以以电子和通信的方式联接至作业机器20的机器转向控制系统66，且转向控制系统66可监测引导机器模块22的转向输入装置32(图1)和/或前地面接合元件40的角度或位置。电子控制器60可被编程成接收并利用转向输入装置32和前地面接合元件40的角度或位置来作为额外或可选方法，以推导铰接连接模块42的形成在相邻定位的引导机器模块22与从动机器模块24之间的期望铰接角54。引导机器模块22的前地面接合元件40通常响应于转向输入装置32的相应移动而进行移动，该相应移动在使作业机器20转向或通过其他方式对其进行操纵时执行。因此，转向输入装置32和/或前地面接合元件40的角度或位置可用于推导或通过其他方式计算铰接连接模块42的相对铰接角54。

此外，机器转向控制系统66可被配置成以两个或多个操作模式进行操作。在第一模式下，转向控制系统66可被选择成在全自动模式下进行操作，从而使得转向控制系统66、电子控制系统64以及其他系统和部件自动控制作业机器20的操作。在全自动模式下，转向控制系统66可从电子控制器60接收控制信号，以在作业机器20的转向和操纵事件期间自动控制引导机器模块22的前地面接合元件40的方向。此外，电子控制器60和阀控制器72可自动控制第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的致动，以获得期望铰接角54，该期望铰接角根据从转向控制系统66接收到的输入、从路线和位置信息系统68接收到的路线信息以及从机器参数监测系统70接收到的机器操作参数(即机器速度、总载荷以及净载荷)进行推导。因此，当作业机器20在全自动模式下进行操作时，作业机器20的转向和操纵以及引导机器模块22和从动机器模块24的相对位置的控制是完全自主的，操作者无需输入任何输入。

可选地，在第二模式下，转向控制系统66可被选择成在半自动模式下进行操作，从而使得作业机器20的操作者可将手动输入提供至机器转向控制系统66，且电子控制系统64可自动控制铰接连接模块42的相对位置。在半自动模式下，转向输入装置32可由操作者手动控制，以在转向或操纵事件期间改变引导机器模块22的前地面接合元件40的方向。然而，电子控制器60和阀控制器72可自动控制铰接连接模块42的第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48以及其他部件的致动，以获得期望铰接角54，该期望铰接角根据从转向控制系统66接收到的输入、从路线和位置信息系统68接收到的路线信息以及从机器参数监测系统70接收到的机器操作参数(即机器速度、总载荷以及净载荷)进行推导。因此，在半自动模式下，作业机器20的操作者可控制作业机器20的转向和操纵，同时电子控制系统64自动控制铰接连接模块42的相对位置，以操纵引导机器模块22和从动机器模块24。

在某些实施例中，作业机器20还可配置有路线和位置信息系统68，该路线和位置信息系统通过通信模块(未示出)将限定的路线信息提供至作业机器20。例如，电子控制系统64可与路线和位置信息系统68可通信地联接，并可被配置成接收与建议路线相关的数据和其他信息，其中作业机器20在作业现场周围沿着该建议路线行进。一个此类通信模块可根据共同转让的第2016/0057004A1号美国专利申请公开文献所公开的系统进行配置，该公开文献名称为“用于机器对机器自组通信的系统及方法”，其通过引用的方式结合在本文中。在一个非限制性示例中，路线和位置信息系统68以电子和通信的方式联接至电子控制器60。此外，路线和位置信息系统68可由电子控制器60使用来分析和准备作业现场周围的导航计划。例如，路线信息可用于确定路线或通道84(图2)的某些条件，例如，但不限于：作业机器20会遇到的转弯、上坡、下坡、宽度以及其他此类路线条件。

电子控制器60以及路线和位置信息系统68可基于路线和通道84的条件确定转向和操纵计划，并形成一系列控制信号，以供电子控制器60传递至第一液压控制阀56和第二液压控制阀或铰接连接模块42的其他部件。在某些实施例中，电子控制器60可利用从转向控制系统66接收到的输入、路线和位置信息系统68所接收到的路线信息以及从机器参数监测系统70接收到的机器操作参数(即机器速度、总载荷以及净载荷)来确定一组期望铰接角54，从而使得铰接连接模块42的第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48被调整以沿着路线或通道84操纵引导机器模块22和从动机器模块24。此外，在全自动模式下，电子控制器60可基于路线信息确定一组转向控制信号，并可将转向控制信号传递至转向控制系统66。

例如，电子控制器60可将至少一个控制信号传递至第一液压控制阀56和第二液压控制阀58或铰接连接模块42的其他部件，以致动第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48，并形成第一期望铰接角54，从而使得作业机器20围绕路线或通道84的转弯或其他此类特征进行转向或操纵。此外，电子控制器60可将至少一个控制信号传递至转向控制系统66，以控制转向输入装置32，从而控制引导机器模块22的前地面接合元件40。当作业机器20继续在作业现场周围行进时，额外的控制信号可由第一液压控制阀56和第二液压控制阀58的电子控制器60进行传递，以致动第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48，从而形成额外的期望铰接角54。在某些实施例中，电子控制器60以及路线和位置信息系统68可用于形成尽可能多的控制信号，以指示形成作业机器20沿着路线或通道84顺利行进和操纵所需的尽可能多的额外期望铰接角54。例如，路线和位置信息系统68可提供作业机器20意图沿其行进的路线或通道84的信息。电子控制器60可被编程成分析预定路线或通道84的转弯、上坡、下坡、宽度以及其他此类路线条件，并基于对路线或通道84的分析生成一组期望铰接角54。当作业机器20开始沿着路线或通道84移动时，电子控制器60可将预定期望铰接角54传递至铰接连接模块42，以在作业机器20沿着路线或通道84行进时对其进行调整和操纵。

作业机器20可进一步包括机器参数监测系统70，该机器参数监测系统被配置成监测作业机器20的一个或多个操作条件，例如，但不限于：机器速度、净机器载荷、相邻的引导机器模块22和从动机器模块24的相对位置以及其他已知的机器参数。此外，机器参数监测系统70可以以电子和通信的方式与电子控制系统64进行联接。机器参数监测系统70可被配置成将机器参数数据传递至电子控制器60，并从电子控制器60以及电子控制系统64的其他部件接收控制信号。在一个非限制性示例中，电子控制器60可在确定铰接连接模块42的期望铰接角54时利用机器操作条件(即当前速度、总载荷、净载荷以及相对位置)。此外，机器操作条件可影响作业机器20的转向和操纵，且期望铰接角54可能需要相应地进行调整。例如，机器参数监测系统70所监测到的机器速度越高，就可得到越小的期望铰接角54，以防止作业机器20发生折叠或其他此类非期望操纵事件。此外，总载荷和/或净载荷可影响作业机器20的操纵性，且根据机器参数监测系统70所检测到的总载荷和净载荷，可能需要较大或较小的期望铰接角54。将理解的是，其他条件也可由机器参数监测系统70进行监测，并可由电子控制器60利用来确定铰接连接模块42的期望铰接角54。

此外，电子控制器60的存储器模块76可被配置成保存从铰接汽缸位置传感器62、转向控制系统66、路线和位置信息系统68、机器参数监测系统70以及其他系统和部件接收到的数据，以创建作业机器20的历史操作数据集。此外，电子控制器60可保存或记录期望铰接角54与实际铰接角54不匹配的事件所产生的机器操作条件以及汽缸位置数据。此外，电子控制器60可保存和记录传递至阀控制器72、第一液压控制阀56和第二液压控制阀58、第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48以及作业机器20的其他系统和部件的校正动作控制信号。在某些实施例中，电子控制系统64可被进一步配置成分析保存在电子控制器60上的历史数据集，以识别任何操作趋势或其他信号，这些操作趋势或其他信号可允许电子控制系统64预测何时会出现异常操纵和转向条件。此外，电子控制系统64能够基于对历史数据集的分析适应性地调整或优化预定控制方案参数(即比例增益、积分增益以及微分增益)，以改善作业机器20的未来操纵性能。

参照图4，并继续参照图2～3，示出了作业机器20的非限制性示例。如图所示，作业机器20可被配置成包括引导机器模块22，该引导机器模块被配置成拉动第一从动机器模块86以及第二从动机器模块88。虽然图4示出了拉动两个从动机器模块86、88的引导机器模块22，但将理解的是，可添加额外的机器模块。在某些实施例中，引导机器模块22可通过第一铰接连接模块90可枢转地联接至第一从动机器模块86，且第一从动机器模块86还可通过第二铰接连接模块92可枢转地联接至第二从动机器模块88。第一铰接连接模块90和第二铰接连接模块92中的每一个可包括第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48(如图2所示)，从而使得引导机器模块22和第一从动机器模块86的相对位置可独立于第一从动机器模块86和第二从动机器模块88的相对位置而进行控制。

此外，第一铰接连接模块90和第二铰接连接模块92中的每一个可独立致动，以形成第一铰接角94和第二铰接角96。第一铰接角94可通过引导模块纵轴50与第一从动模块纵轴98之间的相交来形成，且第二铰接角96可通过第一从动模块纵轴98与第二从动纵轴100之间的相交来形成。因此，引导机器模块22、第一从动机器模块86和第二从动机器模块88的相对位置可在作业机器20的操作期间精确地控制。

在某些实施例中，作业机器20在作业现场周围行进时可能会遇到复杂的路线或通道102。例如，如图4所示，复杂路线或通道102可包括多个方向改变(即多个转弯)，从而使得作业机器20的转向和操纵变得越来越困难。此外，第一从动机器模块86和第二从动机器模块88的添加所形成的作业机器20的结构使得操作者难以沿着复杂路线或通道102手动转向和操纵。然而，电子控制系统64、路线和位置信息系统68、转向控制系统66(图3)以及第一铰接模块90和第二铰接模块92可使得作业机器20能够沿着复杂路线或通道102进行转向和操纵。

例如，路线和位置信息系统68可提供作业机器20意图沿其行进的复杂路线或通道102的信息。电子控制器60可被编程成分析预定的复杂路线或通道102的转弯、上坡、下坡、宽度以及其他此类路线条件，并基于对复杂路线或通道102的分析生成一组期望铰接角54。此外，电子控制器60可利用对复杂路线或通道102的分析来生成一组用于转向控制系统66的控制信号。在一个非限制性示例中，作业机器20的操作者可以可操作地选择电子控制系统64来在全自动模式下进行操作，以辅助作业机器20沿着复杂路线或通道102行进。在全自动模式下，电子控制器60可传递一组期望铰接角54，以自动控制第一铰接模块90和第二铰接模块92。此外，电子控制器60可将一组控制信号传递至转向控制系统66，以自动控制转向输入装置32(图1)，从而自动调整引导机器模块22的前地面接合元件40。因此，作业机器20可在沿着复杂路线或通道102继续行进时，沿着各种转弯、上坡、下坡以及其他此类障碍物自动行进和操纵。将理解的是，作业机器20可在全自动模式下进行操作，以沿着路线或通道84或作业机器20所行进的任何其他通道行进。

工业实用性

通常而言，本发明可应用于许多行业，包括但不限于：采矿、建筑、农业以及其他此类行业。在某些实施例中，作业机器20可包括引导机器模块22以及至少一个从动机器模块22。作业机器20可被配置成沿着路线或通道84、102行进。此外，在作业机器20的操作期间，电子控制系统64可被配置成监测和控制作业机器20的转向以及操纵。更具体地，电子控制系统64可控制形成在引导机器模块22与一个或多个从动机器模块24之间的定位相对角。此外，电子控制系统64可以以电子和通信的方式与一个或多个机器系统(例如，但不限于：转向控制系统66、路线和位置信息系统68、机器参数监测系统70以及其他此类机器系统)进行联接。

参照图5，并继续参照图1～4，示出了用于使作业机器20转向并对其进行操纵的方法104。在方法104的第一框106中，作业机器20可被选择成在全自动模式或半自动模式下进行操作。在某些实施例中，操作者可在电子控制器60或作业机器20的其他此类控制部件上输入或通过其他方式选择操作模式。在全自动模式下，转向控制系统66可被配置成自动控制引导机器模块22的前地面接合元件40的方向，且各铰接连接模块42可由电子控制系统64自动控制。可选地，在半自动模式下，操作者可通过控制转向输入装置32来手动控制引导机器模块22的前地面接合元件40的方向，且各铰接连接模块42可由电子控制系统64自动控制。

一旦作业机器20的操作模式被选定，则在下一框108中，电子控制系统64可接收作业机器20的至少一个操作输入。例如，电子控制系统64的电子控制器60可以可通信地联接至转向控制系统66。在某些实施例中，转向控制系统66可被配置成监测引导机器模块22的前地面接合元件40的角度或其他此类位置。此外或可选地，转向控制系统66可被配置成监测位于作业机器20的操作者隔室30中的转向输入装置32的角度或位置。因此，转向控制系统66可将前地面接合元件40和/或转向输入装置32的角度和位置传递或通过其他方式传输至电子控制器60。此外，电子控制系统64可以可通信地联接至路线和位置信息系统68，该路线和位置信息系统可被配置成提供与作业机器20的规划行进路线相关的详细信息。此外，路线和位置信息系统68还可被配置成提供作业机器20沿着作业现场路线或通道84、102的移动的实时数据。电子控制系统64还可以可通信地联接至机器参数监测系统70，该机器参数监测系统可被配置成传递或通过其他方式传输机器操作参数，例如，但不限于：速度、总载荷、净载荷、相邻的引导机器模块22和从动机器模块24的相对位置以及作业机器20的其他此类操作参数。

在下一框110中，电子控制系统64可确定或通过其他方式计算各铰接连接模块42的期望铰接角54。在某些实施例中，电子控制器60可利用从转向控制系统66、路线和位置信息系统68、机器参数监测系统70以及作业机器20的其他此类系统接收到的一个或多个操作输入来确定或通过其他方式计算期望铰接角54。例如，转向输入装置32和/或前地面接合元件40的角度或位置可由电子控制器60利用来推导或通过其他方式计算铰接连接模块42的相对期望铰接角54。路线和位置信息系统68可提供作业机器20意图沿其行进的路线或通道84和/或复杂路线或通道102的信息。电子控制器60可被编程成分析预定路线或通道84和/或复杂路线或通道102的转弯、上坡、下坡、宽度以及其他此类路线条件，并基于通道分析生成一组期望铰接角54。此外，机器参数监测系统70可提供机器速度、总载荷、净载荷以及其他机器参数，这些参数可由电子控制器60在计算或推导期望铰接角54时进行使用。

在下一框112中，电子控制器60可将期望铰接角54与实际铰接角54进行比较，以推导或通过其他方式确定期望铰接角54的误差。在某些实施例中，期望铰接角54的误差阈值或容限(其用于评估误差的相对显著性)可根据预订路线或地图进行确定。此外，误差阈值或容限可在作业机器20的校准过程期间进行确定。当误差的绝对值被确定为等于或大于阈值或容限时，该误差是显著的，且需要采取校正动作，以减轻误差。

在电子控制系统64确定各铰接连接模块42的期望铰接角54以及期望铰接角54的误差之后，电子控制器60随后可在下一框114中基于期望铰接角54的误差形成控制信号，以控制各铰接连接模块42的第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的伸展和回缩。在某些实施例中，控制信号可控制第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的致动，从而使得各铰接连接模块42在引导机器模块22与各从动机器模块24之间形成期望铰接角54。因此，引导机器模块22和一个或多个从动机器模块24中的每一个相对于彼此精确地定位，以使作业机器20转向并对其进行操纵。

在下一框116中，电子控制器60可将控制信号传递至阀控制器72，该阀控制器可控制第一液压控制阀56和第二液压控制阀58的致动。可选地，在某些实施例中，阀控制器72可与电子控制器60相结合，且控制信号直接从电子控制器60传递至第一液压控制阀56和第二液压控制阀58。第一液压控制阀56和第二液压控制阀58的致动可控制液压流体的流动，并可致使第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48伸展和/或回缩，从而使得各铰接连接模块42被调整以形成期望铰接角54。

在某些实施例中，第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48中的每一个可联接至铰接位置传感器62，该铰接位置传感器可被配置成监测相应的第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的伸展和/或回缩位置。此外，各铰接位置传感器62可以可通信地联接至电子控制器60，并可被配置成传递或通过其他方式传输第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48中的每一个的伸展和/或回缩位置。因此，在下一框118中，各铰接汽缸位置传感器62被配置成监测第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48中的一个，并将位置数据传递或通过其他方式传输至电子控制器60。

在下一框120中，电子控制器60可基于第一铰接汽缸46和第二铰接汽缸48的各位置推导或通过其他方式计算实际铰接角54。因此，方法104可返回至框112，且电子控制器60可被配置成确定各铰接连接模块42的实际铰接角54与期望铰接角54之间的误差或差值。若实际铰接角54与期望铰接角54之间的比较值或差值处于预定阈值或容限内，则电子控制系统64无需执行任何校正动作或调整。若实际铰接角54与期望铰接角54之间的差值超出预定阈值或容限，则电子控制系统64可传递用于作业机器20的转向和操纵的校正动作。可选地，若实际铰接角54与期望铰接角54之间的差值超出预定阈值或容限，则电子控制系统64可返回至框106，且操作者可改变作业机器20在全自动模式或半自动模式下进行操作的选择。

虽然已针对某些特定实施例给出并提供了上述详细描述，但将理解的是，本发明的范围不应局限于此类实施例，且这些实施例仅出于可实现性及最佳模式的目的而提供。与具体公开并包含在所附权利要求书中的实施例相比，本发明的宽度和精神要更加宽广。此外，虽然某些特征结合某些特定实施例进行描述，但这些特征并不限于仅与描述其的实施例一起使用；相反，这些特征可与结合可选实施例公开的其他特征一起使用或分开使用。

Claims (10)

1.一种用于使作业机器(20)转向的控制系统(64)，所述控制系统(64)包括：

转向输入装置(32)，所述转向输入装置，其被配置成使所述作业机器(20)的引导机器模块(22)转向；

铰接模块(42)，所述铰接模块设置在所述引导机器模块(22)与从动机器模块(24)之间，其中所述铰接模块(42)被配置成绕着铰接模块枢转点(44)可枢转地联接所述引导机器模块(22)和所述从动机器模块(24)；

第一铰接汽缸(46)，所述第一铰接汽缸包括在所述铰接模块(42)中，并可操作地联接至所述引导机器模块(22)和所述从动机器模块(24)，其中所述第一铰接汽缸(46)被配置成在第一汽缸第一位置与第一汽缸第二位置之间进行致动；

第二铰接汽缸(48)，所述第二铰接汽缸包括在所述铰接模块(42)中，并可操作地联接至所述引导机器模块(22)和所述从动机器模块(24)，其中所述第二铰接汽缸(48)被配置成在第二汽缸第一位置与第二汽缸第二位置之间进行致动；以及

电子控制器(60)，所述电子控制器与所述铰接模块(42)的所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)电子通信，其中所述电子控制器(60)被编程成将控制信号传递至所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)中的每一个，

其中所述控制信号被传递来致使所述第一铰接汽缸(46)在所述第一汽缸第一位置与所述第一汽缸第二位置之间进行致动，以及致使所述第二铰接汽缸(48)在所述第二汽缸第一位置与所述第二汽缸第二位置之间进行致动，从而使得所述引导机器模块(22)和所述从动机器模块(24)均绕着所述铰接模块枢转点(44)进行枢转。

2.根据权利要求1所述的控制系统(64)，其进一步包括联接至所述第一铰接汽缸(46)的第一阀(56)以及联接至所述第二铰接汽缸(48)的第二阀(58)，

其中所述控制信号控制所述第一阀(56)和所述第二阀(58)中的每一个，从而使得所述第一铰接汽缸(46)相对于所述第二铰接汽缸(48)沿着相反方向进行致动，其中所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)的致动在所述引导机器模块(22)与所述从动机器模块(24)之间形成铰接角(54)，所述铰接角(54)由所述引导机器模块(22)的引导机器纵轴(50)和所述从动机器模块(24)的从动机器纵轴(52)在所述铰接模块枢转点(44)处的相交限定。

3.根据权利要求2所述的控制系统(64)，进一步包括联接至所述第一铰接汽缸(46)并被配置成监测第一铰接汽缸位置的第一位置传感器(62)以及联接至所述第二铰接汽缸(48)并被配置成监测第二铰接汽缸位置的第二位置传感器(62)，其中所述第一铰接汽缸位置和所述第二铰接汽缸位置被传递至所述电子控制器(60)，且所述电子控制器(60)被编程成基于所述第一铰接汽缸位置和所述第二铰接汽缸位置推导所述铰接角(54)。

4.根据权利要求1所述的控制系统(64)，其中所述电子控制器(60)包括被配置成接收预定路线数据集的电子路线和位置信息系统(68)，其中所述电子控制器(60)被编程成基于所述预定路线数据集将所述控制信号传递至所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)，且其中，机器参数监测系统(70)与所述电子控制器(60)电子通信，并被配置成监测并将至少一个操作参数传递至所述电子控制器(60)，且所述电子控制器(60)基于接收到的所述作业机器(20)的所述至少一个操作参数将所述控制信号传递至所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)。

5.根据权利要求1所述的控制系统(64)，其中所述电子控制器(60)能够在自动操作模式与半自动操作模式之间可操作地进行选择，其中所述自动操作模式被配置成指示所述电子控制器(60)自动控制所述转向输入装置(32)、所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)，且所述半自动模式被配置成使得能够手动控制所述转向输入装置(32)，并能够自动控制所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)。

6.一种用于使作业机器(20)转向并对所述作业机器进行操纵的方法，所述方法包括：

通过铰接模块(42)将引导机器模块(22)联接至从动机器模块(24)，其中所述铰接模块设置在所述引导机器模块(22)与所述从动机器模块(24)之间；

将所述铰接模块(42)的第一铰接汽缸(46)附接至所述引导机器模块(22)和所述从动机器模块(24)；

将所述铰接模块(42)的第二铰接汽缸(48)附接至所述引导机器模块(22)和所述从动机器模块(24)；

通过电子控制器(60)编程控制信号；以及

传递所述控制信号以在第一汽缸第一位置与第一汽缸第二位置以及第二汽缸第一位置与第二汽缸第二位置之间致动所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)。

7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括联接至所述第一铰接汽缸(46)的第一阀(56)以及联接至所述第二铰接汽缸(48)的第二阀(58)，其中所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)的致动包括将所述控制信号传递至所述第一阀(56)和所述第二阀(58)，从而使得所述第一铰接汽缸(46)相对于所述第二铰接汽缸(48)沿着相反方向进行致动，其中所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)的致动包括在所述引导机器模块(22)与所述从动机器模块(24)之间形成铰接角(54)，并通过引导机器纵轴(50)和从动机器纵轴(52)在铰接模块枢转点(44)处的相交限定所述铰接角(54)。

8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：联接至所述第一铰接汽缸(46)并被配置成监测第一铰接汽缸位置的第一位置传感器(62)以及联接至所述第二铰接汽缸(48)并被配置成监测第二铰接汽缸位置的第二位置传感器(62)；将所述第一铰接汽缸位置和所述第二铰接汽缸位置传递至所述电子控制器(60)；以及基于所述电子控制器(60)所接收到的所述第一铰接汽缸位置和所述第二铰接汽缸位置推导所述铰接角(54)。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述电子控制器(60)与被配置成接收预定路线数据集的电子路线和位置信息系统(68)可通信地相联接，且所述控制信号的编程包括分析所述预定路线数据集，并基于所述预定路线数据集形成所述控制信号。

10.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：可通信地联接至所述电子控制器(60)并被配置成监测并将至少一个操作参数传递至所述电子控制器(60)的机器参数监测系统(70)；以及基于接收到的所述作业机器(20)的所述至少一个操作参数将所述控制信号传递至所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)，其中所述电子控制器(60)能够在自动操作模式与半自动操作模式之间可操作地进行选择，其中所述自动操作模式被配置成指示所述电子控制器(60)自动控制转向输入装置(32)、所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)，且所述半自动模式被配置成使得能够手动控制所述转向输入装置(32)，并能够自动控制所述第一铰接汽缸(46)和所述第二铰接汽缸(48)。