CN109963808B

CN109963808B - 基于转向轮动态的牵引速度恢复

Info

Publication number: CN109963808B
Application number: CN201780071814.6A
Authority: CN
Inventors: 史蒂芬·T·曼格提
Original assignee: Crown Equipment Corp
Current assignee: Crown Equipment Corp
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2037-11-10
Also published as: CA3039984A1; KR20190107082A; KR102350703B1; US10414288B2; AU2017393175B2; EP3568374B1; MX2019008406A; AU2017393175A1; US20180201156A1; EP3568374A1; CN109963808A; WO2018132169A1

Abstract

本发明涉及用于控制物料搬运车辆(10)的牵引电动机(264)的方法和系统，包括：接收转向命令信号(278)；生成与转向命令信号的改变速度成比例的输出值(320)；确定该输出值是否大于或等于预定的阈值(324)；确定用于控制物料搬运车辆的牵引电动机的原始目标转向角度值；以及，计算当前的目标转向角度值(330)，这是基于：输出值是否大于或等于预定的阈值(324)，以及原始目标位置值是否小于或等于先前计算的目标转向角度值(322)，基于目标转向角度值计算牵引设定点以及基于该牵引设定点控制牵引电动机。

Description

基于转向轮动态的牵引速度恢复

技术领域

本发明主要涉及物料搬运车辆的诊断，并且更特别是涉及控制车辆的牵引速度。

背景技术

叉车以及其他类型的工业车辆需要在各种不同的条件下工作。此外，此类车辆通常包括多个不同的功能系统，比如：牵引系统，其用于控制车辆的行进速度；以及，转向系统，其用于控制车辆行进的方向。

在各种车辆工作条件下，可能有利的是，改变控制车辆的牵引轮和转向轮的方式，从而降低由于车辆运动而被施加给车辆操作人员的力。

发明内容

根据本发明的第一方面，提出了一种计算机实现的方法，其用于控制物料搬运车辆的牵引电动机。该方法包括：通过处理器从物料搬运车辆的转向控制输入传感器接收转向命令信号；通过处理器生成与转向命令信号的改变速度成比例的当前的输出值；通过处理器确定原始目标转向角度值；通过处理器计算当前的目标转向角度值，这是基于与预定的阈值相比的、当前的输出值以及与先前计算的目标转向角度值相比的、原始目标转向角度值；通过处理器计算牵引速度限制，这是基于所计算的当前的目标转向角度值；通过处理器计算牵引设定点，这是基于牵引速度限制；以及，基于牵引设定点控制物料搬运车辆的牵引电动机。

当原始目标角度值大于先前计算的目标角度值时，所计算的当前的目标角度值等于原始目标角度值。

在当前的输出值大于或等于预定的阈值时；以及，原始目标角度值小于或等于先前计算的目标角度值时，所计算的当前的目标角度值等于先前计算的目标角度值。

在当前的输出值小于预定的阈值时；以及，原始目标角度值小于或等于先前计算的目标角度值时，所计算的当前的目标角度值等于一相较于先前计算的目标角度值而言更接近原始目标角度值的值。

所计算的当前的目标角度值可通过向原始目标角度值应用平滑滤波函数来计算。平滑滤波函数可包括可调的乘数系数。

生成与转向命令信号的改变速度成比例的当前的输出值，可包括：通过处理器计算与转向命令信号的改变速度成比例的当前的输入值；将当前的输入值与先前的输出值相比较；如果当前的输入值等于或小于先前的输出值，通过处理器计算当前的输出值，这是通过将先前的输出值乘以预定的滤波器衰减率；以及，如果输入值大于先前的输出值，将当前的输出值设定为等于当前的输入值。

通过处理器确定当前的输出值是否大于或等于预定的阈值。

当前的目标角度值可被计算，这是基于：当前的输出值是否大于或等于预定的阈值；以及，原始目标角度值是否小于或等于先前计算的目标角度值。

控制牵引电动机可包括：控制牵引电动机的速度或牵引电动机的扭矩中的至少一个。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于控制物料搬运车辆的牵引电动机的系统。该系统可包括：物料搬运车辆的转向控制输入传感器；处理器，其耦连至存储器，其中，存储器储存程序代码，该程序代码由处理器执行以便：从物料搬运车辆的转向控制输入传感器接收转向命令信号；生成与转向命令信号的改变速度成比例的当前的输出值；确定原始目标角度值；基于与预定的阈值相比的、当前的输出值和与先前计算的目标角度值相比的、原始目标角度值来计算当前的目标角度值；基于所计算的当前的目标角度值计算牵引速度限制；以及，基于牵引速度限制计算牵引设定点。牵引控制器可基于牵引设定点来控制物料搬运车辆的牵引电动机。牵引速度限制可以为牵引轮速度限制或牵引电动机速度限制。

在原始目标角度值大于先前计算的目标角度值时，所计算的当前的目标角度值等于原始目标角度值。

在执行程序代码以生成与转向命令信号的改变速度成比例的当前的输出值时，处理器：计算与转向命令信号的改变速度成比例的当前的输入值；将当前的输入值与先前的输出值相比较；以及，如果当前的输入值等于或小于先前的输出值，则通过将先前的输出值乘以预定的滤波器衰减率来计算当前的输出值；以及，如果输入值大于先前的输出值，则将当前的输出值设定为等于当前的输入值。

存储器储存程序代码，该程序代码在由处理器执行时确定当前的输出值是否大于或等于预定的阈值。

牵引控制器可控制牵引电动机的速度或牵引电动机的扭矩中的至少一个。

根据本发明的第三方面，提出了一种用于控制物料搬运车辆的牵引电动机的系统。该系统可包括：物料搬运车辆的转向控制输入传感器；以及，处理器，该处理器被配置为：从物料搬运车辆的转向控制输入传感器接收转向命令信号；生成与转向命令信号的改变速度成比例的当前的输出值；确定原始目标转向角度值；基于与预定的阈值相比的、当前的输出值和与先前计算的目标转向角度值相比的、原始目标转向角度值来计算当前的目标转向角度值；基于所计算的当前的目标转向角度值来计算牵引速度限制；以及，基于牵引速度限制来计算牵引设定点。牵引控制器可基于牵引设定点来控制物料搬运车辆的牵引电动机。关于本发明的第二方面所描述的任何特征同样适用于本方面。

根据本发明的第四方面，提出了一种车辆，其包括根据本发明的第二和第三方面的系统。

根据本发明的第五方面，提出了一种用于控制物料搬运车辆的牵引电动机的方法。该方法包括：从物料搬运车辆的转向控制输入传感器接收转向命令信号；生成与转向命令信号的改变速度成比例的当前的输出值；确定原始目标转向角度值；基于与预定的阈值相比的、当前的输出值和与先前计算的目标转向角度值相比的、原始目标转向角度值来计算当前的目标转向角度值；基于所计算的当前的目标转向角度值来计算牵引速度限制；基于牵引速度限制来计算牵引设定点；以及，基于牵引设定点来控制物料搬运车辆的牵引电动机。关于本发明的第一方面所描述的任何特征同样适用于本方面。

附图简述

图1是根据本发明一个方面的物料搬运车辆的透视图。

图2A示出了一种计算环境，其用于提供在图1所示车辆的车辆控制模块(VCM)中的控制逻辑。

图2B示意性地示出了车辆和示例车辆控制模块的选定特征，其有助于描述利用了根据本发明原理的牵引模型的、基于模型的诊断技术。

图3A至图3I示出了根据本发明原理的、用于计算目标轮角度值的示例算法的流程图。

图4A至图4C示出了根据本发明原理的、转向应用和牵引应用的示例控制算法的流程图。

图5A至图5C示出了能够用于根据本发明原理来计算关于牵引轮和转向轮的值的不同查询表。

图6A和6B示出了用于根据本发明原理来测量和计算与转向轮角度相关的值的参照系。

图7A和7B分别示出了能够根据本发明原理来执行以控制物料搬运车辆的牵引电动机或牵引轮的示例过程的相应流程图。

实现本发明的最佳模式

在以下关于优选实施方式的详细描述中，参考作为说明书一部分的附图，其中通过举例说明的方式而不是通过限制性的方式来示出(能够以其实现本发明的)特别优选的实施方式。要理解的是，也可在不偏离本发明的精神和保护范围情况下利用其他实施方式并对其做出改变。

现在参考图1，其中示出了物料搬运车辆10(以下称为“车辆”)。尽管本发明在下文中参考所示车辆10(包括叉车)进行了描述，但是对于本领域技术人员而言很明显的是，本发明能够用于各种其他类型的物料搬运车辆。

车辆10包括主体或动力单元12，其包括定义了车辆10的主结构组件的框架14并且容纳了电池15。车辆10还包括：一对叉侧(fork-side)的支撑轮16，其耦连至第一和第二支腿(outrigger)18；从动和转向轮20，其靠近动力单元12的后部12A的第一角部安装；以及，万向轮(未示出)，其安装在动力单元12的后部12A的第二角部。轮16、20允许车辆10在地面上移动。

操作舱22位于动力单元12内，其用于容纳驾驶车辆10的操作人员。操纵杆旋钮24被设置在操作舱22内，用于控制车辆10的转向。车辆10运动的速度和方向(向前或向后)由操作人员通过设置在操作人员座椅28附近的多功能控制手柄26来控制，正如本领域普通操作人员能够认识到的，所述控制手柄26可控制一个或多个其他车辆功能。车辆10还包括顶部护罩30，其包括固定到车辆框架14的竖直支撑结构32。

车辆10的负载处理组件40通常包括桅杆组件(mast assembly)42和托架组件44，该托架组件44可竖直地沿着桅杆组件42移动。桅杆组件42位于支腿18之间，并且包括固定至框架14的固定桅杆构件46以及嵌套的第一和第二可移动桅杆构件48、50。要注意的是，相较于图1中所示的两个可移动构件(即第一和第二可移动构件48、50)而言，桅杆组件42可包括额外的或更少的可移动桅杆构件。托架组件44包括常规的结构，该常规的机构包含有：前移组件52；叉架54；以及，叉结构，其包括一对叉56A、56B。如本文中所定义的可移动组件47包括可上下移动的桅杆构件48、50和托架组件44。该桅杆组件42可被配置为美国专利第8,714,311号中所描述的单桅杆，该专利于2014年5月5日授权给Steven C.Billger等人并转让给本发明的申请人，Crown Equipment Corporation(皇冠设备公司)，其全部公开内容通过引用并入本文。

图1中的车辆10通过举例说明的方式提出，并且多种不同类型的物料搬运车辆被认为在本发明的范围内。正如下文中更详细地描述的，提出了车辆控制模块的一些方面，其允许多个相同的部件被用到各种车辆上，即使这些车辆可能是不同类型的。

图2A根据在本文中显示和描述的一个或多个实施方式描绘了用于提供在车辆控制模块(VCM)200中的控制逻辑和软件应用的计算环境的块级视图。车辆控制模块200及其与车辆10的各种操作人员控制和其他功能系统接口的方式可类似于在美国专利公开文件第2010/0228428号和第2014/0188324号中所公开的控制结构，这些专利公开文件的公开内容通过整体引用并入本文。VCM是(例如牵引控制模块(TCM)或转向控制模块(SCM)以外的)多种协作的模块中的一个，其用于协同控制车辆10的操作。所述协作的模块中的每一个都包括：一个或多个相应的处理器、储存可执行的程序代码的存储器以及被配置成执行其独立功能以及彼此通信的其他电路，正如下文中详细描述的。TCM在本文中也可称为“牵引控制器”，而SCM在本文中也可称为“转向控制器”。

在所示的实施方式中，VCM 200包括一个或多个处理器或微控制器216、输入/输出硬件218、网络接口硬件220、数据储存组件222以及存储器组件202。数据储存组件222和存储器组件202可各自被配置为易失性的和/或非易失性的存储器，并因此，可包括随机存取存储器(包括SRAM、DRAM和/或其他类型的RAM)、闪存、安全数字(SD)存储器、寄存器、光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)和/或其他类型的非暂时性计算机可读介质。在车辆10关机和重新启动之后可用的任何被存储的信息可被有益地储存在非易失性的存储器中。此外，取决于特定的实施方式，上面提到的非暂时性的计算机可读介质可以驻留在VCM 200内和/或在VCM 200外部。

此外，存储器组件202可储存软件或应用，这些软件或应用能够由一个或多个处理器或微控制器216执行(即使用可执行的代码)。因此，存储器组件202可储存操作应用或逻辑204、牵引应用或逻辑208、转向应用或逻辑206、升降应用或逻辑210以及附件应用或逻辑212。操作逻辑204可包括操作系统和其他软件，例如，用于管理VCM 200的组件的诊断相关的应用程序。牵引应用或逻辑208可借助一个或多个便于车辆10的最佳牵引控制的算法和参数来配置。转向应用或逻辑206可借助一个或多个便于车辆10的最佳转向控制的算法和参数来配置。升降应用或逻辑210可包括一个或多个便于车辆10的最佳升降控制的算法和参数，其用作主要的负载处理组件系统，用于升高和降低车辆10的可移动组件47。此外，附件应用或逻辑212可包括一个或多个用于提供对车辆10的附件(比如辅助的负载处理组件系统)的控制的算法和参数，其执行额外的任务，比如倾斜和侧移托架组件44。在图2A中还包括本地通信接口214，其可被实现为总线或其他通信接口，以便于在VCM 200的组件之间的通信。

所述一个或多个处理器或微控制器216可包括任何处理组件，其可操作以接收和执行指令(比如来自数据储存组件222和/或存储器组件202的程序代码)。处理器或微控制器216可包括任何以下种类的设备，即接收输入数据的设备，通过计算机指令处理数据的设备，以及生成输出数据的设备。此类处理器能够为微控制器、手持设备、膝上型电脑或笔记本电脑、台式计算机、微计算机、数字信号处理器(DSP)、主机、服务器、蜂窝电话、个人数字助理、其他可编程的计算设备或其任意组合。此类处理器也可使用可编程逻辑设备(比如现场可编程门阵列(FPGA))来实现，或者可选地被实现为专用集成电路(ASIC)或类似设备。术语“处理器”还旨在涵盖两个或更多个上述设备(例如，两个或更多个微控制器)的组合。

输入/输出硬件218可包括以下装置和/或被配置为与以下装置接口：监视器、定位系统、键盘、触摸屏、鼠标、打印机、图像捕获设备、麦克风、扬声器、陀螺仪、罗盘和/或其他(用于接收、发送和/或呈现数据的)设备。网络接口硬件220可包括任何有线或无线的联网的硬件和/或被配置为与任何有线或无线的联网的硬件通信，所述联网的硬件包括：天线、调制解调器、LAN端口、无线保真(Wi-Fi)卡、WiMax卡、移动通信硬件和/或用于与其他网络和/或设备通信的其他硬件。由这种连接，促进了在VCM 200与其他计算设备之间的通信，所述其他设备包括与车辆10上的CAN总线或类似网络耦连的其他组件。

应当理解的是，在图2A中示出的组件仅仅是示例性的，并且无意于限制本公开内容的范围。虽然图2A中的组件被显示为驻留在VCM 200内，但这仅仅是一个示例。在一些实施方式中，所述组件中的一个或多个可驻留在VCM200以外。还应该理解的是，虽然图2A中的VCM 200被显示为单个设备，但这也仅仅是一个示例。在一些实施方式中，牵引应用208、转向应用206、升降应用210和/或附件应用212可驻留在不同的设备上。此外，虽然VCM 200被示出为具有作为独立逻辑组件的牵引应用208、转向应用206、升降应用210以及附件应用212，但这也仅仅是一个示例。在一些实施方式中，单个复合的软件应用可使得VCM 200提供所描述的功能。

本申请通过引用并入了以下共同转让给本申请人且待决的美国专利申请中的每一个，即：美国专利申请第15/234120号，于2016年8月11日递交，标题为“MODEL BASEDDIAGNOSTICS BASED ON TRACTION MODEL(基于牵引模型的基于模型的诊断)”；美国专利申请第15/234152号，于2016年8月11日递交，标题为“DIAGNOSTIC SUPERVISOR TO DETERMINEIF A TRACTION SYSTEM IS IN A FAULT CONDITION(确定牵引系统是否处于故障状态的诊断监督)”；以及，美国专利申请第15/234168号，于2016年8月11日递交，标题为“STEERINGAND TRACTION APPLICATIONS FOR DETERMINING A STEERING CONTROL ATTRIBUTE AND ATRACTION CONTROL ATTRIBUTE(用于确定转向控制属性和牵引控制属性的转向和牵引应用)”。

还应该理解的是，VCM 200可与车辆10的各种传感器和其他控制电路通信，从而协调车辆10的各种手动操作条件和自动操作条件。

在下面的说明书中，以下术语被使用并旨在传达以下定义：

转向命令信号：来自操作人员转向机制的传感器输出信号值。

Wheel_Angle_Cmd(轮角度命令)：由转向应用生成的值，并且是转向控制输入的数字化值到反应了角度值/角速度值的单位的转化。

原始Wheel_Angle_Target(轮角度目标)或原始目标转向角度φ_T：基于操作人员的输入，其为由转向应用生成的值。依赖于车辆当前的操作，其值能够为Wheel_Angle_Cmd或Wheel_Angle(轮角度)中的一个。

Wheel_Angle_Target或目标转向角度θ_T：基于操作人员的输入、车辆的工作条件以及原始目标转向角度φ_T，其为由转向应用计算的值并被提供至牵引应用，以便计算第二Trx_Speed_Limit₂(第二牵引速度限制)。

Wheel_Angle_Limit(轮角度限制)：最高可允许的转向轮角度，其由转向应用基于牵引轮/电动机的速度的测量值来生成，并且能够被用于修改Wheel_Angle_Setpoint(轮角度设定点)，以便能够停留在期望的轮角度与牵引速度(Wheel Angle-to-Traction Speed)的关系内。

Wheel_Angle_Setpoint或转向设定点ω₁或θ₁：由转向应用基于操作人员的输入来生成且基于牵引速度来修改的值，其作为输入被发送至转向控制模块从而影响转向轮角度/角速度的改变。

转向反馈(ω₂或θ₂)或Wheel_Angle：转向轮角度/角速度的测量值，由转向控制模块生成。

牵引速度命令信号：从操作人员所控制的传感器/致动器接收的值。

Trx_Speed_Cmd(牵引速度命令)：由牵引应用生成的值，其为牵引速度控制输入的数字化电压读数到反映了速度的单位的转化。

第一Trx_Speed_Limit₁(第一牵引速度限制)：关于特定轮角度值的最高可允许的牵引轮/电动机的速度，其基于期望的轮角度与牵引速度的关系，如图5A中的示图所定义。第一Trx_Speed_Limit₁由转向应用生成并且使用Wheel_Angle_Cmd作为特定的轮角度值，见图5A。第一Trx_Speed_Limit₁由转向应用使用，从而确定初始的Wheel_Angle_Target和Wheel_Angle_Setpoint。

第二Trx_Speed_Limit₂：该第二Trx_Speed_Limit₂由牵引应用生成，并且使用初始的或经修改的Wheel_Angle_Target作为特定的轮角度值，见图5A。第二Trx_Speed_Limit₂由牵引系统使用，从而在需要停留在期望的轮角度与牵引速度的关系内时减慢车辆。

牵引速度设定ω₄：由牵引应用基于操作人员的输入生成并且基于Trx_Speed_Limit₂修改的值；该速度值将通过牵引应用最终转换为扭矩值。

牵引设定点τ₁：基于牵引速度设定和车辆当前的速度的扭矩值，其由牵引应用生成。

Trx_Speed(牵引速度)或速度反馈ω₃：牵引轮/电动机速度的测量值，其由牵引控制模块生成。

图2B示意性地示出了车辆10和示例车辆控制模块200的选定特征，其有助于描述利用了牵引应用和转向应用的车辆控制操作。根据图1和图2A描述的车辆10和VCM 200的其他特征从图2B省略，以免模糊此处描述的车辆操作的示例性控制的一些方面。

参考图2B，VCM 200包括处理器216，其被显示为包括转向应用206、牵引应用208和由处理器216执行的其他应用(未显示)。在其他示例实施方式中，VCM 200可包括多于一个的微控制器，比如主微控制器和从微控制器。

在图2B中，操作人员控制的转向控制输入传感器276(其形成转向设备的一部分)包括在图1中阐释的车辆10的操纵杆旋钮24，并将定义了一个或多个转向命令信号278(例如，模拟电压)的传感器输出信号值提供至车辆控制模块(VCM)200。转向控制输入传感器276还可形成另一转向设备的一部分，所述转向设备包括转向轮、控制手柄、转向操纵杆或类似的转向元件。转向命令信号278可以被调整或者以其他方式调节，并且可例如被提供至VCM 200内的处理器216的输入引脚。该信号可以被进一步调节，并作为输入值被提供至由处理器216执行的转向应用206。例如转向命令信号278的电压或者该电压的改变速度能够变化，这是基于与转向设备(即所示实施方式中的操纵杆旋钮24)相关联的转向控制输入传感器276的位置和位置改变速度。基于转向应用206所接收的、对应于转向命令信号278的输入信号，转向应用206确定与车辆的转向轮20相关联的控制属性的设定点。例如，能够将电压值与查询表一起使用，从而将电压值关联至关于转向设定点的特定轮角度值，或者电压的改变速度能够乘以预定的比例因数，从而将该改变速度转换成改变转向电动机角速度的设定点。于是，控制属性可以例如为转向轮角度或转向电动机274的角速度，并因此，设定点的值可以为转向轮角度θ₁或转向电动机角速度ω₁。转向设定点ω₁或θ₁可被提供至转向控制模块(SCM)272。SCM 272使用该设定点ω₁或θ₁来控制转向电动机274，该转向电动机274对转向轮20进行定位以符合期望的位置，如由操作人员对转向控制输入传感器276的操纵所指明的位置。SCM 272还能够提供与转向轮相关联的控制属性的反馈值θ₂或ω₂。特别地，该反馈值是转向轮20测量的或实际的转向轮角度θ₂，或者是转向电动机274测量的或实际的角速度ω₂。SCM 272能够例如将反馈值θ₂或ω₂提供至转向应用206。

转向应用206额外产生目标转向角度θ_T或Wheel_Angle_Target，其被提供至牵引应用208。如以下关于图4A至4B所讨论的，轮角度/牵引速度的限制过程由转向应用206和牵引应用208执行，其中，转向应用206确定以下两项：

a)转向设定点或Wheel_Angle_Setpoint，ω₁或θ₁，以及

b)目标转向角度或Wheel_Angle_Target，θ_T。

如下文中详细描述的，目标转向角度θ_T可具有初始计算的原始目标转向角度φ_T，其随后要在被传递至牵引应用之前基于车辆的操作特征进行修改。在牵引应用208从转向应用206接收的目标转向角度θ_T用作限制约束条件，其通过牵引应用208经由预定期望的速度与轮角度的关系转换为牵引控制速度限制，并且被用于确定期望的牵引速度设定ω₄和牵引扭矩设定点τ₁。牵引轮速度或牵引电动机速度能够被认为是与车辆10的牵引轮或从动轮20相关联的控制属性，并且期望的牵引速度设定ω₄(对于牵引电动机264或牵引轮20)和牵引扭矩设定点τ₁(对于牵引电动机)能够被认为是与牵引轮相关联的控制属性的相应设定点。

牵引扭矩设定点τ₁能够被提供至牵引控制模块(TCM)258。TCM 258使用牵引扭矩设定点τ₁来控制牵引电动机264的操作，正如下文中进一步描述的。TCM 258监控牵引电动机264，并且将牵引反馈速度ω₃提供至牵引应用208和转向应用206。在一些实施方式中，可能有益的是，通过牵引应用208将牵引速度或速度反馈ω₃转换成车辆10实际的线速度。如果，例如，速度反馈ω₃是牵引电动机264的角速度，则牵引应用208能够将该值缩放为车辆10实际的线速度v₃，这是基于a)在牵引电动机264和从动轮20之间的传动比，以及b)从动轮20的周长。可供选择地，如果速度反馈ω₃是从动轮20的角速度，则牵引应用208能够将该值缩放为车辆10实际的线速度v₃，这是基于从动轮20的周长。假设从动轮处没有滑动，车辆的线速度等于从动轮20的线速度。

牵引设定点τ₁由牵引应用208使用Trx_Speed_Cmd来确定，Trx_Speed_Cmd由牵引应用208生成并且是基于从操作人员控制的牵引速度控制输入传感器262(比如车辆10的多功能控制手柄26)接收的牵引速度命令信号260和从转向应用206输出的目标转向角度θ_T。牵引设定点τ₁从牵引应用208作为扭矩值输出至TCM 258，其得到在TCM 258控制下的牵引电动机264的相应速度。

图3A示出了根据本发明原理的、用于执行转向应用计算和牵引应用计算的示例性算法的流程图。

在步骤302，转向应用206(其在VCM 200的处理器216上执行)接收用于控制车辆10的转向轮20的转向命令信号278，以及，与转向轮相关的控制属性(比如转向轮角度或转向电动机角速度)的测量的反馈值θ₂、ω₂。转向应用206还接收与车辆10的牵引轮20相关联的控制属性(比如牵引轮速度或牵引电动机速度)的测量的反馈值ω₃。

随后，基于转向命令信号278，与转向轮相关联的控制属性的测量值θ₂、ω₂以及与牵引轮相关联的控制属性的测量值，转向应用(在步骤304)确定与转向轮相关联的控制属性的设定点值θ₁、ω₁，以及转向轮的原始目标转向角度φ_T。计算原始目标转向角度φ_T的方式在下文中根据图4A、5A和5B来讨论。

在步骤306，转向应用206确定针对原始目标转向角度φ_T计算的初始的值是否应当调整到不同的值，这是基于车辆当前的工作条件。正如在下文中详细说明的，车辆的牵引速度能够基于转向轮的角度来限制，以便控制被施加给操作人员的力，从而帮助维持操作人员的稳定性。在转向轮角度保持相对恒定的条件下，牵引速度和轮角度要使得通常能够实现目标加速度。然而，在动态转向条件下(即，在转向轮角度调整期间)，针对可允许的车辆速度和转向轮角度的目标有可能更加难以实现，这是因为相较于车辆速度的调整而言转向轮角度能够被非常迅速的调整。因此，牵引系统和转向系统可能导致：a)无法及时地应用牵引加速度；b)牵引滑脱；以及，c)小于由操作人员实现的期望的感觉。

如下关于图5A所讨论的，牵引速度相对于轮角度的约束允许在更小的转向轮角度上有更快的车辆速度，其中当车辆以所示实施方式中的直线行进时转向轮角度为0度，并且随着车辆以不断增大的转弯速度偏离直线移动时转向轮角度的幅度增大。因此，当转向轮角度从较大角度改变至较小角度时，在动态转向条件期间可能导致上述不期望的副作用趋于发生。当转向运动从一侧极值快速移动至另一侧极值时发生不期望的副作用的可能性进一步加剧，这是因为车辆的速度随着转向轮角度减小并接近0度而增大，随后车辆速度将在转向轮角度移动穿过0度并且幅度增大之后减小。于是，当转向轮角度朝着0度移动时操作人员将承受非常快的速度增加，而当转向轮角度的幅度从0度增大时操作人员将承受非常快的速度减小。

因此，在从大到小和某些随后从小到大的轮角度调整期间，转向应用206能够操作以进一步调整转向轮的原始目标转向角度φ_T从而限制牵引速度，正如以下将进一步讨论的。举例而言，当转向轮角度保持相对稳定在一大的(即高幅度的)转向轮角度值上时，牵引系统控制逻辑将实现其定义的速度。一旦接收转向命令信号，该转向命令信号将会导致转向轮角度返回到一轮角度，该轮角度具有的绝对值小于初始的大转向轮角度的绝对值(例如，从急转弯状态改变至直行行进状态)，则转向应用206能够基于所述较小的轮角度计算转向轮的原始目标转向角度φ_T当前的值。然而，正如以下关于图3B讨论的，转向应用206能够——代替使用该原始目标转向角度φ_T当前的值——可选地使用目标转向角度θ_T先前计算的值(即基于初始的大转向轮角度来计算)。因此，即使原始目标转向角度φ_T当前的值被计算出具有较小的绝对值，通过将目标转向角度θ_T先前计算的、较大的值提供至牵引应用，该牵引应用将会把牵引速度限制保持在以最初大的转向轮角度实现的值，直至轮调整停止，或者至少降至运动阈值以下。因此，在步骤304计算的初始的原始目标转向角度φ_T可被不变地提供至牵引应用或者可以在作为目标转向角度θ_T被提供至牵引应用之前进行修改或调整。

在步骤308，牵引应用208——其在VCM 200的处理器216上执行——接收与牵引轮20相关联的控制属性的测量的速度反馈ω₃、来自转向应用206的目标转向角度θ_T以及牵引速度命令信号260，从而控制牵引电动机264，其接下来控制车辆10的牵引轮20的速度。基于牵引速度命令信号260、与牵引轮相关联的控制属性的测量的速度反馈ω₃以及目标转向角度θ_T，牵引应用208在步骤310确定与牵引轮20相关联的控制属性的设定点值τ₁或ω₄。

图3B是用于实现以上关于图3A的步骤306所描述的功能性的示例性方法的流程图。特别地，在步骤320，转向应用206生成或计算指明转向命令信号278并且与转向命令信号278的改变速度成比例的输出值y[t]，其中，在所示实施方式中，每个转向命令信号包括电压值。生成输出值y[t]的细节在下文中根据图3C进行描述。在步骤322，转向应用确定在步骤304计算的原始目标转向角度φ_T的绝对值是否大于先前计算的目标转向角度θ_T的绝对值。参考图3B的流程图中的最后一个步骤，在步骤330，流程图的输出是经过图3B流程的一次迭代(即当前的迭代)的目标转向角度θ_T(本文中也称为当前的目标位置值)。因此，在所述流程的前一次迭代中也有一目标转向角度θ_T其为能够被称为先前的目标转向角度θ_T的输出。对于经过图3B的流程的第一迭代，先前的目标转向角度θ_T被设定为等于0。

如果在步骤304计算的原始目标转向角度φ_T的绝对值大于先前计算的目标转向角度θ_T的绝对值，如在步骤322所示以及还如图3E的步骤370所示，控制转至步骤329并且目标转向角度θ_T经由图3E的步骤374、376、386被设定为等于在步骤304计算的原始目标转向角度φ_T。如果原始目标转向角度φ_T的绝对值不大于(即等于或小于)先前计算的目标转向角度θ_T的绝对值，则控制转至步骤324，对应于图3E的步骤372。因此，当转向命令信号指明操作人员期望转向轮角度在幅度上相等或有所减小，从而使得原始目标转向角度φ_T当前的值的绝对值等于或小于先前的目标转向角度θ_T的绝对值，则到达步骤324。于是，如果先前的目标转向角度θ_T等于+45度，则当原始目标转向角度φ_T在+45度与-45度之间时将到达步骤324。在步骤324，转向应用206确定在步骤320生成的输出值y[t]是否等于或大于预定的阈值。如以上所述，转向命令信号278可例如涉及一电压水平输出，该电压水平输出来自于与转向设备相关联的转向控制输入传感器276。这些信号的改变速度(即电压改变速度)的测量单位为mV/s或类似测量单位。因此，与转向命令信号的改变速度成比例的输出值y[t]将指明的是，在特定的时间周期上，所述电压水平将发生特定量的改变。于是，输出值y[t]对应于操作人员移动或旋转转向设备的当前的速度。当如由输出值y[t]所定义的改变速度等于或大于预定的阈值，则操作人员被认为是以快速的速度移动转向设备。示例性的预定的阈值可具有介于大约0.01至大约0.03伏特/秒之间的值，但是也可使用本领域技术人员认为合适的其他的值。

在步骤324，如果确定所述改变速度或当前的输出值y[t]等于或大于预定的阈值，则其指明操作人员在快速移动转向控制机制，并且移动该转向控制机制的方式将导致转向轮角度的绝对值从其当前的绝对值减小。在这些车辆工作条件下，在步骤326，目标转向角度θ_T经由图3E的步骤378、382、386被设定为等于先前计算的目标转向角度，所述先前计算的目标转向角度是在图3B流程先前的迭代期间计算的。

在步骤324，如果确定所述改变速度或当前的输出值y[t]不等于或大于预定的阈值，则其指明操作人员在相对慢速移动转向控制机制，并且移动该转向控制机制的方式将导致转向轮角度从其当前的值减小。在这些车辆工作条件下，在步骤328，目标转向角度θ_T通过滤波器计算，其生成从先前计算的目标转向角度向着原始目标转向角度φ_T衰减的值。该滤波器的细节在下文中根据图3E来描述。

如上所述，在步骤330，转向应用206提供或输出目标转向角度θ_T。

图3C是用于实现以上关于图3B的步骤320所描述的功能性的示例性方法的流程图。在步骤332，转向应用206接收转向命令信号276。如所述，这些信号276能够为由转向控制输入传感器278所产生的变化电压的一系列单独样本，其中，每个电压样本被认为是命令信号。在步骤334，在每个预定的时间周期(例如10毫秒)确定当前的命令信号与先前的命令信号之差，以便输出指明命令信号278和与转向命令信号278的改变速度成比例的值。两个信号之差能够为正值或者负值，这取决于转向控制机构的运动或方向。在步骤336，可选地修正所述差，从而使得其幅值不超过预定的量。因此，也可以计算经过修正的差的绝对值。因此，在步骤336，为滤波器生成当前的输入值x[t]，在所示实施方式中，其包括绝对值和经过修正的当前的命令信号和先前的命令信号之差，其指明转向命令信号278和与转向命令信号278的改变速度成比例。

在步骤338，转向应用将滤波器应用至当前的输入值x[t]，从而平滑滤波器输出信号y[t]的计算结果，所述滤波器输出信号y[t]与操作人员移动车辆转向控制机制的速度成比例，并且指明操作人员移动车辆转向控制机制的速度。图3D是用于实现以上关于图3C的步骤338所描述的功能性的示例性方法的流程图。

参考图3D，在步骤350，将到达滤波器的当前的输入值x[t]与滤波器的先前的输出值y[t-1]相比。如果x[t]大于y[t-1]，则控制转至步骤352，其中滤波器的第一中间值i₁[t]被设定为等于当前的输入值x[t]。如果当前的输入值x[t]小于或等于先前的输出值y[t-1]，则控制转至步骤354，其中第一中间值i₁[t]被设定为等于0。

在步骤356，滤波器计算第一和s₁[t]，其等于(i₁[t]-y[t-1])。在步骤358，类似于步骤350，将到达滤波器的当前的输入值x[t]与滤波器先前的输出值y[t-1]相比。如果x[t]大于y[t-1]，则控制转至步骤360，其中滤波器的第二中间值i₂被设定为等于0。如果当前的输入值x[t]小于或等于先前的输出值y[t-1]，则控制转至步骤362，其中第二中间值i₂[t]被设定为等于所述和s₁[t]。在步骤364，滤波器计算乘积p₁，其等于滤波器的第二中间值i₂[t]与预定的衰减率g₁的乘积。g₁的值可例如在0.9与0.999之间，其中较高的值代表滤波器较低的衰减率。

在步骤366，滤波器计算第二和s₂[t]，其等于(i₁[t]-p₁)。在步骤368，滤波器计算输出值y[t]，其等于s₂[t]。如上所述，通过将值y[t]与预定的阈值相比较，输出值y[t]能够用于确定操作人员是否正相对快速地移动转向机构。

在图3F中示出了根据图3D执行的示例性滤波器计算的值，其中，数字值不由来自转向控制输入传感器278的实际转向命令信号生成，并且仅用于示出图3D中所示的步骤。在图3F，第一当前的输入值x[t]＝1.5并且大于先前的输出值y[t-1]＝0.2。于是，在步骤352，第一中间值i₁[t]被设置为等于当前的输入值＝1.5。第一和s₁[t]被设置成等于i₁[t]减去先前的输出值y[t-1]，从而使得在步骤356，第一和s₁[t]等于1.3。因为当前的输入值x[t]大于先前的输出值y[t-1]，在步骤360，第二中间值i2[t]被设置成等于0，使得乘积p₁也为零，正如在步骤364所计算的。在步骤366，第二和s₂[t]等于第一中间值i₁减去乘积p₁[t]，使得输出y[t]等于x[t]＝1.5。

见图3F，第六输入值x[t]＝3，并且小于先前的输出值y[t-1]＝11。于是，控制转至步骤354，其中i₁[t]＝0。在步骤356，第一和s₁[t]＝-11。在步骤364，假设g₁＝0.9，乘积p₁[t]＝-9.9。在步骤366，第二和s₂[t]＝+9.9。在步骤368，输出y[t]＝9.9。

在图3G中，曲线P₁和P₂示出了来自图3F的当前的输入值x[t]和当前的输出值y[t]。正如由图3G可见，在当前的输入值x[t]大于先前的输出值y[t-1]时，输出值y[t]等于当前的输入值x[t]。在当前的输入值x[t]等于或小于相应的先前的输出值y[t-1]时，则相应的当前的输出值y[t]被过滤，从而使得其变化更加平滑和连续并且不会比输入值x[t]突出。有利的是，例如操作人员非常快速地移动转向设备使得相应的输出值y[t]大于阈值，但是非常简单地，操作人员在重新快速增大转向设备的速度之前减慢转向设备的旋转。在操作人员减慢转向设备的移动期间，一个或多个输入值x[t]小于相应的先前的输出值y[t-1]。在这种情况下，如果当前的输出值y[t]被设定为等于当前的输入值x[t]，则一个或多个当前的输出值y[t]可以在阈值以下。当转向设备的速度快速增大时，则输出值y[t]可能在阈值以上。滤波器可防止或平滑输出值y[t]的以下波动，即在阈值以上的输出值y[t]下降到阈值以下并随后到阈值以上的情况。

图3E是用于实现以上关于图3B的步骤322-330所描述的功能性的示例性方法的流程图。图3E的输出h(t)取决于原始目标转向角、先前的目标转向角的条件，以及HndlSpdGTThrsh的状态，其中，“HndlSpdGTThrsh”是一个标志，其值在当图3C中的步骤338所计算的输出值y[t]大于或等于预定的阈值时为“TRUE(真)”并且在当所述输出值小于预定的阈值时为“FALSE(假)”。

图3E中所示的滤波器在时间t接收输入信号或值r[t]，其对应于原始目标转向角度φ_T，并且中间值g[t]在以下任一情况下被设定为等于r[t]：

a)原始目标转向角度的绝对值大于先前的目标转向角度的绝对值，这对应于图3B的步骤329；或者

b)原始目标转向角度的绝对值等于或小于先前的目标转向角度的绝对值并且HndlSpdGTThrsh为FALSE，这对应于图3B的步骤328。

否则，中间值g(t)等于先前的目标转向角，这对应于图3B的步骤326。因此，在图3E的流程图中，方框370等价于图3B的方框322，方框372等价于图3B的方框324，方框374和376等价于图3B的方框329，以及方框378和382等价于图3B的方框326。

在达到图3B的步骤328(r(t)<＝h(t-1)并且HndlSpdGTThrsh＝FALSE)时，滤波器被应用于中间值g(t)，其在该示例中等于输入值r[t]，从而使得其从h(t-1)衰减至g(t)。在步骤380，滤波器计算第三和s₃[t]，其等于(g[t]-h[t-1])。(该情况讨论r(t)<＝h[t-1]并且另一中间值i₃[t]被设定为等于s₃[t])。

在步骤384，滤波器计算乘积p₂[t]，其等于i₃[t]与滤波器的预定衰减率g₂(本文中也称为“可调的乘数系数”)的乘积。g₂的值可在例如0.9与0.999之间，其中较高的值代表滤波器较慢的衰减率。在步骤384，滤波器计算输出h[t]，其等于(g[t]-p₂[t])，并且在步骤386输出该值h[t]。如上所述，输出值h[t]能够被用作目标转向角度θ_T当前的值。

在图3H中示出了根据图3E执行的示例性滤波器计算的值，其中数字值不是实际的目标转向值并且仅用于示出图3E中的步骤。在图3H，第一原始目标转向角度φ_T或当前的输入值r[t]等于15.5，并且先前的目标转向角度θ_T或先前的输出值h[t-1]等于80。在步骤380，在已经确定了当前的输入值r[t]小于先前的输出值h[t-1](在步骤370)以及HNDLSPDGTThrsh＝FALSE(在步骤372)之后，第三和s₃[t]被计算为等于-64.5；于是，控制转至步骤380，其中中间值g[t]被设定为等于r[t]且中间值i₃被设定为等于第三和s₃[t]。假设衰减率g₂被设定为等于0.9，在步骤384确定的乘积p₂[t]被设定为等于-58.05并且滤波器计算输出h[t]等于73.55。

在图3I中，曲线P₃和P₄示出了当前的输入值r[t]和所计算的对应的当前的输出值h[t]。在图3H和3I所示的特定状况下，要注意的是，每个输出值h[t]2-20相较于先前的输出值h[t-1]而言等于更接近其相关的原始目标位置值r[t]的值。还要注意的是，在所示示例中，随着当前的输入值r[t]减小，相应的当前的输出值h[t]也减小，但以缓慢的大致连续的速率向输入值r[t]衰减。这是有利的，因为输出h[t]为用于计算最高可允许的牵引轮/电动机速度的目标转向角度θ_T，见图5A。如果允许目标转向角度θ_T或输出h[t]匹配输入值r[t]而不进行滤波，则有可能造成车辆的一些突然移动。于是，在当输出值h[t]从其当前的值改变至其下一个值时，滤波器使得这些过渡以平滑或趋势型的方式发生，而不会以突然的非连续方式发生。

如前所述，转向应用206和牵引应用208彼此协同操作，以控制车辆10的转向轮角度和牵引速度。与转向轮或操纵杆旋钮相关联的转向控制输入传感器276能够生成转向命令信号278，其根据操作人员对设备的操纵发生变化。这些信号中的每一个能随后被转换成数字值，其能够被缩放和调整以代表具有适用于转向轮角度(例如以度为单位)或转向电动机的角速度(例如以RPM为单位)的单位的值。例如，这样的值能够被称为Wheel_Angle_Cmd并且代表操作人员期望的轮位置或转向电动机角速度。包括转向控制输入传感器276、转向应用206、SCM 272、转向电动机274和转向轮20的转向系统的一个要优先考虑的事项(priority)在于，要将转向轮定位至由Wheel_Angle_Cmd指明的期望的操作人员设定。因为Wheel_Angle能够通过转向系统非常快速地进行调整，这种快速的位置改变可导致操作人员的不稳定性。因此，期望的是，转向应用206产生将尽可能快地实现Wheel_Angle_Cmd而没有明显的延迟的控制，同时在适当的情况下还要降低牵引速度以便实现期望的轮角度与牵引速度的关系(其一个示例在图5A中示出)，从而维持操作人员的稳定性。使用Wheel_Angle_Cmd和当前的Trx_Speed，转向应用206能够确定两个限制约束：第一Trx_Speed_Limit₁和Wheel_Angle_Limit。使用这四个值和当前的Wheel_Angle，转向应用206确定转向设定点(Wheel_Angle_Setpoint)和Wheel_Angle_Target。Wheel_Angle_Setpoint是传递给SCM 272用于轮角度位置调整的值(即ω₁或θ₁)。Wheel_Angle_Target是传递给牵引应用208用于确定第二Trx_Speed_Limit₂的值的目标转向角度θ_T。

即使操作人员的输入可产生Wheel_Angle_Cmd，其指明操作人员期望转向轮具有角度x，转向系统能够尽可能快地按照操作人员命令定位转向轮而没有操作人员可感知的延迟，但是为了维持在所定义的轮角度与牵引速度关系内的操作，VCM 200的转向应用206可以不立刻将新的命令x发布给SCM 272，这是基于牵引轮/电动机的速度反馈或Trx_Speed而不是将微小的延迟应用至信号x。例如，相对于车辆相对慢速地行进的情况，当车辆相对快速地行进时，急转弯变向能够产生在定义的轮角度与牵引速度的关系内的操作的可能性会有所降低。因此，车辆的牵引速度或Trx_Speed当前测量的值能够被用于将运动延迟到所命令的角度x，以便实现在所期望的轮角度与牵引速度的关系内的操作，如图5B所示。

此外，牵引应用208能够使用Wheel_Angle_Target来确定车辆能以等于Wheel_Angle_Target的轮角度行进的最大可允许的牵引速度，从而维持期望的轮角度与牵引速度的关系，如图5A所示。该最大可允许的牵引速度能够被称为第二Trx_Speed_Limit₂，牵引轮速度限制或者在将转向轮角度调整到Wheel_Angle_Cmd时车辆应降低到的牵引速度。由于牵引系统的快速响应降低车辆的速度，车辆的减速结合延迟的转向命令实现了操作人员期望的转向调节而没有如上所述的可感知的延迟。

在图4A中示出了用于VCM 200的转向应用206的示例性控制算法或处理过程。牵引应用208与转向应用206通信并且与转向应用206协同工作，从而确保Trx_Speed和Wheel_Angle维持在一个值，该值允许由期望的轮角度与牵引速度的关系所定义的安全控制和稳定性，见图5A和5B。图4B示出了生成扭矩设定点τ₁和/或牵引速度设定ω₄的一部分牵引应用的示例性算法。

在图4A中，在步骤402接收Wheel_Angle_Cmd和牵引电动机速度反馈ω₃(其定义了所测量的牵引轮或电动机速度(即Trx_Speed))，从而使得在步骤404能够计算出第一Trx_Speed_Limit₁和Wheel_Angle_Limit。在所示实施方式中，根据图5A中的图506所构造的查询表500能够用来基于Wheel_Angle_Cmd确定Trx_Speed_Limit₁。特别地，表500的x轴能够涉及轮角度量504的绝对值，所述轮角度量504能够在0至90度之间，其中，0度对应于当车辆沿直线行进时的轮角度。表500的y轴对应于牵引轮或牵引电动机的速度值502，即第一Trx_Speed_Limit₁。图5A中的图506表明了在x轴504上的轮角度值与x轴上的最大牵引速度值或限制之间的轮角度与牵引速度的关系。转向应用206使用Wheel_Angle_Cmd作为x轴的值507，并且将对应的y轴的值508定位在图506上。y轴的值508被确定为转向应用的第一Trx_Speed_Limit₁。

参考图5B，在所示实施方式中，根据图5B中的图构造的查询表510被用来基于Trx_Speed确定Wheel_Angle_Limit。特别地，表510的x轴能够涉及牵引轮或牵引轮电动机测量的速度值514，即Trx_Speed。表510的y轴能够涉及轮角度量512的绝对值，所述轮角度量512能够在0至90度之间，其中，0度对应于当车辆沿直线行进时的轮角度。图5B中的图516表明了在y轴上的最大轮角度值512与x轴上的牵引速度值514之间的轮角度与牵引速度的关系。转向应用206使用Trx_Speed作为x轴的值517，并且将对应的y轴的值518定位在图516上。y轴的值518被确定为Wheel_Angle_Limit。

转向应用206还能够接收转向轮20测量的转向轮角度θ₂和转向电动机274测量的角速度ω₂，即测量的Wheel_Angle，其具有表示车辆的转向轮当前的角度或者转向电动机的角速度的值。在步骤406确定车辆当前的牵引速度Trx_Speed是否小于第一Trx_Speed_Limit₁。如果不是的话，则车辆的牵引速度通过牵引应用208降低，同时转向应用206基于牵引速度调整Wheel_Angle等于具有微小延迟的Wheel_Angle_Cmd。正如图4A的方框410所示，转向应用206的控制逻辑能够将原始轮角度目标设定为等于Wheel_Angle_Cmd，并且在步骤422继续进行到图3A中的步骤306和图3B中的步骤320-330以便计算Wheel_Angle_Target。

图4B示出了牵引应用208如何能够产生牵引设定点从而使得在适当的情况下降低车辆的牵引速度Trx_Speed的示例性算法。参考图5A，查询表500能够用来基于Wheel_Angle_Target确定第二Trx_Speed_Limit₂，这是按照与转向应用206基于Wheel_Angle_Cmd确定Trx_Speed_Limit₁相同的方式。以这种方式，牵引应用208能够知道未来的Wheel_Angle，即Wheel_Angle_Target，并且在调整牵引速度的同时将轮角度调整至Wheel_Angle_Command，即Wheel_Angle_Target。

返回步骤406，然而，如果车辆的牵引速度在第一Trx_Speed_Limit₁以下，则不需要牵引轮或电动机的速度或Trx_Speed来满足轮角度与牵引速度的关系，如图5A中所示，Wheel_Angle等于Wheel_Angle_Cmd。同样，为了维持操作人员的稳定性，原始Wheel_Angle_Target在步骤418或420中被分别设定为等于Wheel_Angle_Cmd或Wheel_Angle中较大的一个，这是基于在步骤416执行的在Wheel_Angle_Cmd与Wheel_Angle之间的比较。如上所述，原始Wheel_Angle_Target可以在特定的车辆工作条件下被修改或调整。因此，在步骤422，控制返回步骤306(见图3A)，在以上所描述的这些步骤的另一迭代能够被执行之前并且在第二Trx_Speed_Limit₂的下一个值被确定之前，包括步骤320-330(见图3B)。用于确定第二Trx_Speed_Limit₂的下一个值的Wheel_Angle_Target将为图3B中的步骤330的输出目标转向角度θ_T。

根据图4B中示出的示例性算法，牵引应用208能够计算牵引速度设定点ω₄或牵引扭矩设定点τ₁，从而使得在适当的情况下降低了车辆10的牵引轮或电动机的速度，即Trx_Speed。在步骤450，牵引应用接收牵引速度控制输入信号260以便确定牵引速度命令，所述牵引速度控制输入信号260从操作人员控制的牵引速度控制输入传感器262接收。牵引速度控制输入信号260可以被调整或者以其他方式调节，并且可例如被提供至VCM 200内的处理器216的输入引脚。该信号可由牵引应用208进一步调节和使用，其由处理器216执行从而计算牵引速度命令Trx_Speed_Cmd。如上所述，牵引应用208还接收如通过转向应用206确定的图3B中的步骤330的目标转向角度θ_T或Wheel_Angle_Target。在步骤452，可访问查询表或类似的模型，以便计算对应于以图3B中的步骤330的Wheel_Angle_Target转向的车辆10的最大牵引速度或牵引轮速度限制(即第二Trx_Speed_Limit₂)。

回过来参考图5A，相同的查询表500(其由转向应用206使用以基于Wheel_Angle_Cmd确定第一Trx_Speed_Limit₁)能够由牵引应用208使用以基于Wheel_Angle_Target确定第二Trx_Speed_Limit₂。特别地，表500的x轴能够涉及轮角度量504的绝对值，所述轮角度量能够在0至90度之间，其中，0度对应于车辆沿直线行进时的轮角度。表500的y轴对应于牵引轮或牵引轮电动机的速度值502。图506表明在x轴504上的轮角度值与在y轴上的最大牵引速度值之间的预定的轮角度与牵引速度的关系。牵引应用208使用Wheel_Angle_Target作为x轴的值507并且将对应的y轴的值508定位在图506上。y轴的值508被确定为牵引应用208的第二Trx_Speed_Limit₂。

正如可从图5A看出的，牵引速度相对于轮角度的约束允许在较小的转向轮角度下较快的车辆速度。如上所述，有可能在动态转向条件期间产生不期望的副作用。当转向运动从一侧极值快速移动至另一侧极值时发生不期望的副作用的可能性进一步加剧，这是因为不具有步骤306特征的车辆的速度随着转向轮角度减小并接近0度而增大，随后车辆速度将在转向轮角度移动穿过0度并且幅度增大之后减小。于是，当转向轮角度朝着0度移动时操作人员将承受非常快的速度增加，而当转向轮角度的幅度从0度增大时操作人员将承受非常快的速度减小。该潜在的问题被确信能够根据本发明避免，其中在步骤306，转向应用206基于车辆当前的工作条件确定针对每个原始目标转向角度φ_T计算的初始的值是否应当被调整至不同的值。因此，转向应用206能够操作以进一步调整转向轮的原始目标转向角度φ_T，以便根据步骤306(其包括步骤320-330)在从大到小和某些随后的从小到大的轮角度调整期间限制牵引速度。

举例而言，在接收Wheel_Angle_Command以导致转向轮角度从+45度快速且连续地移动至-46度时，转向应用206由步骤410、418或420针对每个命令确定转向轮相应的初始的原始目标转向角度φ_T，并且将每个值输入至步骤306(其包括步骤320-330)。假设每个初始的原始目标转向角度φ_T的绝对值小于或等于针对+44度至-45度的Wheel_Angle_Command相应的先前的目标转向角度θ_T的绝对值，并且在步骤320生成的每个输出值y[t]大于预定的阈值，则转向应用206针对+44度至-45度的每个Wheel_Angle_Command从步骤330输出目标转向角度θ_T＝+45度。因此，即使Wheel_Angle_Command从+44度变化至-45度，通过将先前计算的、较大的目标转向角度θ_T值＝+45度提供至牵引应用，则牵引应用将牵引速度限制(即第二Trx_Speed_Limit₂)保持到以+45度的Wheel_Angle_Target实现的值，直到原始目标转向角度φ_T的绝对值大于相应的先前的目标转向角度θ_T的绝对值，或者轮调整停止或至少在步骤320生成的输出值y[t]降到预定的阈值以下。原始目标转向角度φ_T的绝对值将大于先前的目标转向角度θ_T的绝对值，在该示例中，当原始目标转向角度φ_T＝-46度时，先前的目标转向角度θ_T等于45度。

Trx_Speed_Cmd反映了操作人员期望达到的车辆速度。在步骤454，牵引应用208可使用第二Trx_Speed_Limit₂来降低Trx_Speed_Cmd，以便计算可允许的Trx_Speed_Setting，ω₄。

在所示实施方式中，例如，由图5C中的图524所构造的查询表520能够用于限制Trx_Speed_Cmd。x轴522和y轴526二者代表了牵引轮或牵引电动机中任一项的速度值，并且图524定义了在x轴上的值与y轴上的相应值之间的关系。这些速度值能够为正的或负的，因此在图5C中示出了正极限和负极限；然而，以下描述的示例仅仅基于正的牵引速度值。牵引应用使用Trx_Speed_Cmd作为关于x轴522的速度值(例如值527)，并且将对应的速度值(例如对应于值527的值528)定位在图724的y轴上。该对应的值528通过牵引应用208输出为Trx_Speed_Settingω₄。假设图524在0与值528之间为45度线段，所述值528等于当前的第二Trx_Speed_Limit₂的值，在该范围内，沿着y轴的速度值要等于沿着x轴的速度值。然而，一旦沿着x轴的速度值超过了速度值527，所述值527等于速度值528和当前的第二Trx_Speed_Limit₂，图524具有限制到值528的y值，其再次等于第二Trx_Speed_Limit₂当前的值。因此，如果牵引应用208设定速度值528(即图524在y方向上的最大值)等于当前的第二Trx_Speed_Limit₂，随后由牵引应用接收的Trx_Speed_Cmd将不会产生超过第二Trx_Speed_Limit₂的Trx_Speed_Settingω₄。

在图4A，在步骤406，当Trx_Speed等于或大于第一Trx_Speed_Limit₁时，原始Wheel_Angle_Target被设定为等于Wheel_Angle_Cmd。如上所述，某些车辆工作条件下，在步骤306，在作为Wheel_Angle_Target被提供至牵引应用之前能够修改原始Wheel_Angle_Target。牵引应用208使用来自图3B的步骤330的Wheel_Angle_Target确定第二Trx_Speed_Limit₂。牵引应用208随后使用Trx_Speed_Cmd作为进入基于图5C中的图524的查询表520的输入并且接收输出。假设Trx_Speed通常等于Trx_Speed_Cmd并且由于Trx_Speed大于第一Trx_Speed_Limit₁，来自查询表520的输出通常等于第二Trx_Speed_Limit₂。于是，牵引应用208将第二Trx_Speed_Limit₂作为Trx_Speed_Settingω₄输出。TCM258随后将牵引轮或电动机的速度(即Trx_Speed)快速降低至第二Trx_Speed_Limit₂。

牵引设定点可以是由Trx_Speed_Settingω₄定义的牵引速度设定点ω₄，或者，牵引设定点可以是牵引扭矩设定点τ₁，其能够基于车辆的Trx_Speed_Setting和当前的Trx_Speed来计算。作为一个示例并且正如本领域技术人员已知的，可使用比例-积分-微分(PID)控制器，其接收在Trx_Speed_Setting与Trx_Speed之间的差值(作为输入)，并且计算扭矩设定点τ₁(作为输出)。因此，在步骤456，牵引应用208计算牵引设定点τ₁，TCM 258将使用该牵引设定点τ₁控制牵引电动机264的操作。计算牵引设定点τ₁从而控制牵引电动机速度，例如，在图4A中的步骤406，当Trx_Speed等于或大于第一Trx_Speed_Limit₁时降低车辆的Trx_Speed以到达Trx_Speed_Limit₂，同时还调整Wheel_Angle以到达Wheel_Angle_Target。

图3A至3E和图4A涉及转向应用206的操作，并且图4B涉及牵引应用208的操作。图4C是转向应用206与牵引应用208二者如何一起操作的概念的流程图。在步骤470，转向应用接收转向控制输入和车辆的牵引速度ω₃(Trx_Speed)当前的值。如上所述，转向应用随后能在步骤472确定转向轮的第一设定点(即转向设定点ω₁或θ₁)。转向控制模块272随后可基于第一设定点控制转向电动机274，从而实现转向轮的实际角度的改变。

在步骤472，转向应用还确定目标转向角度θ_T的值。随后，如上所述该角度能够在规定的条件下被修改。独立于转向应用的逻辑流程，执行牵引应用以便确定第二牵引设定点(即τ₁或ω₄)。特别地，在步骤474，牵引应用接收目标转向角度θ_T(即Wheel_Angle_Target)和牵引速度命令信号作为输入。在步骤476，牵引应用使用Wheel_Angle_Target或目标转向角度θ_T和附图5A的图表从而确定第二Trx_Speed_Limit₂，如上所述，其能够用于限制由牵引应用生成的牵引设定点(即τ₁或ω₄)的值。牵引控制模块(TCM)258随后可基于第二设定点控制牵引电动机264，从而实现牵引轮的实际速度的改变。

因此，VCM 200和TCM 258的各个处理器或计算电路彼此通信，从而协同计算当前的目标角度值θ_T、牵引轮速度限制(第二Trx_Speed_Limit₂)以及牵引设定点τ₁，以便使用牵引设定点τ₁来控制物料搬运车辆10的牵引电动机264。

图4C的流程图的逻辑流程从步骤476返回到步骤470，以便通过这些步骤反复迭代，从而使得在通过四个步骤470-476的每个连续迭代中，利用了关于车辆牵引速度ω₃并因此关于目标转向角度θ_T的更新的值。以这种方式，在图4A中的步骤406，当Trx_Speed等于或大于第一Trx_Speed_Limit₁时，转向应用与牵引应用协作，以便降低车辆的Trx_Speedω₃，从而达到Trx_Speed_Limit₂。同时，Wheel_Angleω₂或θ₂也基于牵引速度来调整，从而达到Wheel_Angle_Cmd。

此外，以上讨论的图4A和4B的流程图涉及多个与转向轮角度相关的量：Wheel_Angle_Target、Wheel_Angle_Cmd、Wheel_Angle_Limit、Wheel_Angle_Setpoint以及Wheel_Angle。在使用如图6A和6B中所示的参照系测量(或计算)这些量时，这些量的绝对值能够随后在图4A和4B的比较步骤中使用，以便提供适当的逻辑流控制。转向轮的测量值在-180至+180度的范围内。为了使用查询表并且执行其他比较步骤，转向应用和牵引应用这二者将轮角度转换至在-90与+90度之间的值。对于在-90与+90度之间的所测量的轮角度，两个应用采用所测量的轮角度的绝对值。对于在90与180度之间的或在-90至-180度之间的所测量的轮角度，两个应用取得所测量的轮角度的绝对值，并对其进行转换，以及将其从180度减去。以这种方式，在90至180度之间的角度被转换至90至0度之间的角度。

图7A和7B分别示出了能够根据本发明原理来执行以控制物料搬运车辆的牵引电动机或牵引轮的示例过程的相应流程图。如上所述，这些过程中的每一个还能够在如下系统中实现，所述系统包括例如：处理器，其执行在存储器中储存的程序代码；转向控制输入传感器或转向控制设备；以及，牵引控制器，其控制牵引电动机或牵引轮。

图7A的流程图开始于步骤702，其中例如通过处理器从物料搬运车辆的转向控制输入传感器接收转向命令信号，并随后在步骤704生成与转向命令信号的改变速度成比例的当前的输出值。该过程继续进行，在步骤706要确定原始目标转向角度值，并且在步骤708计算当前的目标转向角度值，所述计算是基于以下两者：

a)与预定的阈值相比的、当前的输出值，以及

b)与先前计算的目标转向角度值相比的、原始目标转向角度值。

在步骤710，基于从步骤708所计算的当前的目标转向角度值计算牵引速度限制，并且在步骤712，基于牵引速度限制计算牵引设定点。图7A的流程图的最后一个步骤结束于步骤714，其中基于牵引设定点控制物料搬运车辆的牵引电动机。

图7B的流程图开始于步骤722，其中例如通过处理器基于车辆的转向轮的第一角度来确定第一牵引速度限制值，并随后在步骤724检测来自车辆的转向控制设备的转向命令信号。特别地，转向命令信号指明操作人员移动车辆的转向控制设备的速度，以及车辆的转向轮的初步目标角度。该过程继续进行，在步骤726维持当前的牵引速度限制值，这是当：

a)操作人员移动转向控制设备的速度大于或等于预定的阈值时，以及

b)转向轮的初步目标转向角度等于或小于转向轮的第一角度时。

在步骤728，基于当前的牵引速度限制计算牵引设定点，并且图7B的过程结束于步骤730，其中基于牵引设定点控制物料搬运车辆的牵引轮。

虽然已经示出和说明了本发明的特定实施方式，对本领域技术人员而言显而易见的是，能够做出各种其他的改变和修正而不偏离本发明的精神和保护范围。因此，在所附权利要求中旨在涵盖落于本发明保护范围内的所有此类改变和修正。

Claims

1.一种计算机实现的方法，其用于控制物料搬运车辆的牵引电动机，所述方法包括：

通过处理器从所述物料搬运车辆的转向控制输入传感器接收转向命令信号；

通过所述处理器生成与所述转向命令信号的改变速度成比例的当前的输出值；

通过所述处理器确定原始目标转向角度值；

通过所述处理器由当前的迭代计算当前的目标转向角度值，这是基于：

与预定的阈值相比的所述当前的输出值，以及

与先前计算的目标转向角度值相比的所述原始目标转向角度值；所述先前计算的目标转向角度值在所述当前的迭代之前的迭代期间通过所述处理器计算；

通过所述处理器基于所计算的当前的目标转向角度值计算牵引速度限制；通过所述处理器基于所述牵引速度限制计算牵引设定点；以及

基于所述牵引设定点控制所述物料搬运车辆的牵引电动机。

2.如权利要求1所述的方法，其中，当所述原始目标转向角度值大于所述先前计算的目标转向角度值时，所计算的当前的目标转向角度值等于所述原始目标转向角度值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所计算的当前的目标转向角度值等于所述先前计算的目标转向角度值，这是当：

所述当前的输出值大于或等于所述预定的阈值时；以及

所述原始目标转向角度值小于或等于所述先前计算的目标转向角度值时。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所计算的当前的目标转向角度值等于一相较于所述先前计算的目标转向角度值而言更接近所述原始目标转向角度值的值，这是当：

所述当前的输出值小于所述预定的阈值时；以及

5.如权利要求4所述的方法，其中，所计算的当前的目标转向角度值通过向所述原始目标转向角度值应用平滑滤波函数来计算。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述平滑滤波函数包括可调的乘数系数。

7.如权利要求1或2所述的方法，其中，生成与所述转向命令信号的改变速度成比例的当前的输出值，包括：

通过所述处理器计算与所述转向命令信号的改变速度成比例的当前的输入值；

将所述当前的输入值与先前的输出值相比较；

如果所述当前的输入值等于或小于所述先前的输出值，通过所述处理器计算当前的输出值，这是通过将所述先前的输出值乘以预定的滤波器衰减率；以及

如果所述当前的输入值大于所述先前的输出值，将所述当前的输出值设定为等于所述当前的输入值。

8.如权利要求1或2所述的方法，包括：

通过所述处理器确定所述当前的输出值是否大于或等于所述预定的阈值。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述当前的目标转向角度值被计算，这是基于：

所述当前的输出值是否大于或等于所述预定的阈值，以及

所述原始目标转向角度值是否小于或等于所述先前计算的目标转向角度值。

10.如权利要求1或2所述的方法，其中，控制所述牵引电动机包括：控制所述牵引电动机的速度或所述牵引电动机的扭矩中的至少一个。

11.一种用于控制物料搬运车辆的牵引电动机的系统，所述系统包括：

所述物料搬运车辆的转向控制输入传感器；

处理器，其耦连至存储器，其中所述存储器储存程序代码，所述程序代码由所述处理器执行，以便：

从所述物料搬运车辆的转向控制输入传感器接收转向命令信号；

生成与所述转向命令信号的改变速度成比例的当前的输出值；

确定原始目标转向角度值；

由当前的迭代计算当前的目标转向角度值，这是基于：

与预定的阈值相比的所述当前的输出值，以及

与先前计算的目标转向角度值相比的所述原始目标转向角度值；

所述先前计算的目标转向角度值在所述当前的迭代之前的迭代期间通过所述处理器计算；

基于所计算的当前的目标转向角度值计算牵引速度限制；以及

基于所述牵引速度限制计算牵引设定点；以及

牵引控制器，其基于所述牵引设定点控制所述物料搬运车辆的牵引电动机。

12.如权利要求11所述的系统，其中，当所述原始目标转向角度值大于所述先前计算的目标转向角度值时，所计算的当前的目标转向角度值等于所述原始目标转向角度值。

13.如权利要求11或12所述的系统，其中，所计算的当前的目标转向角度值等于所述先前计算的目标转向角度值，这是当：

所述当前的输出值大于或等于所述预定的阈值时；以及

14.如权利要求11或12所述的系统，其中，所计算的当前的目标转向角度值等于一相较于所述先前计算的目标转向角度值而言更接近所述原始目标转向角度值的值，这是当：

所述当前的输出值小于所述预定的阈值时；以及

15.如权利要求14所述的系统，其中，所计算的当前的目标转向角度值通过向所述原始目标转向角度值应用平滑滤波函数来计算。

16.如权利要求15所述的系统，其中，所述平滑滤波函数包括可调的乘数系数。

17.如权利要求11或12所述的系统，其中，在为了生成与所述转向命令信号的改变速度成比例的当前的输出值而执行所述程序代码时，所述处理器：

计算与所述转向命令信号的改变速度成比例的当前的输入值；

将所述当前的输入值与先前的输出值相比较；以及

如果所述当前的输入值等于或小于所述先前的输出值，则计算当前的输出值，这是通过将所述先前的输出值乘以预定的滤波器衰减率；以及

如果所述输入值大于所述先前的输出值，则将所述当前的输出值设定为等于所述当前的输入值。

18.如权利要求11或12所述的系统，其中，所述存储器储存程序代码，所述程序代码由所述处理器执行以便：

确定所述当前的输出值是否大于或等于所述预定的阈值。

19.如权利要求18所述的系统，其中，所述当前的目标转向角度值被计算，这是基于：

所述当前的输出值是否大于或等于所述预定的阈值，以及

20.如权利要求11或12所述的系统，其中，所述牵引控制器控制所述牵引电动机的速度或所述牵引电动机的扭矩中的至少一个。

21.如权利要求11或12所述的系统，其中，所述牵引速度限制是牵引轮速度限制或牵引电动机速度限制。

22.一种物料搬运车辆，包括如权利要求11至21中任一项所述的系统。