CN111137355A - 车辆转向控制系统和方法 - Google Patents

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杜哲康
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Abstract

根据本公开内容，一种用于在双路径机器中提供转向控制的系统包括：推进控制器，其可操作地连接到机器的用于驱动地面接触元件的机组，该推进控制器被配置为通过被发送到机组的驱动信号来控制双路径机器的转向；以及制动控制器，其可操作地连接到机器的左制动器和右制动器，该制动控制器被配置为通过向左制动器和右制动器提供差动制动压力来控制机器的转向。本公开内容的所述系统通过以下方式提供冗余转向控制：在制动控制器处接收带有转向位置的指示的输入信号；在制动控制器处接收带有制动位置的指示的输入信号；以及基于转向输入信号和制动输入信号向双路径机器的制动器提供差动制动压力。

Description

车辆转向控制系统和方法
技术领域
本公开内容涉及具有转向系统的机器，并且更具体地涉及用于双路径车辆的转向系统。
背景技术
诸如越野车等机器包括用于在地形上驱动机器和使机器转向的系统。这些系统可以包括单独的专用推进系统和转向系统，或者可以包括也用作转向系统的推进系统。例如，在双路径(双履带)车辆的情况下，推进系统还用作转向系统，其中，通过以不同的速度驱动双路径车辆的每一侧上的车轮/履带来实现转向操作。然而，在紧急情况下，诸如当马达或泵出现故障时，双路径车辆的转向控制可能会完全失效，从而导致车辆在开始停止时偏离其期望路线转向。
发明内容
根据本公开内容，提供了一种用于双路径机器的转向系统。该双路径机器包括分别由左机组和右机组驱动的左地面接触元件和右地面接触元件，以及分别向所述左地面接触元件和右地面接触元件施加制动力的左制动器和右制动器。所述转向系统包括可操作地连接到所述左机组和右机组的推进控制器，以及可操作地连接到所述左制动器和右制动器的制动控制器。所述推进控制器被配置为通过被发送到所述左机组和右机组的驱动信号来控制所述双路径机器的转向，并且所述制动控制器被配置为通过向所述左制动器和右制动器提供差动制动压力(differential brake pressures)来控制所述双路径机器的转向。
根据本公开内容，所述转向系统可以包括与所述制动控制器通信的转向传感器，所述转向传感器用于向所述制动控制器提供所述双路径机器的转向元件的位置的指示。所述转向系统还可以包括与所述制动控制器通信的制动传感器，所述制动传感器用于向所述制动控制器提供所述双路径机器的制动元件的位置的指示。所述制动控制器可以基于所述转向元件的位置和所述制动元件的位置向所述左制动器和右制动器提供差动制动压力。
根据本公开内容，所述转向系统可以被配置为当检测到机器故障时将转向控制从所述推进控制器切换到所述制动控制器。例如，所述制动控制器可以被配置为检测所述双路径机器的制动元件的致动，所述致动指示所述机器故障。替代性地，所述制动控制器可以被配置为监测所述推进系统以检测其中的故障，推进系统故障指示所述机器故障。
根据本公开内容，一种用于向双路径机器提供冗余转向控制的方法包括：在车辆控制系统处检测是否已经发生机器故障；以及如果未检测到机器故障，那么通过机器推进系统的机组来命令转向，或者如果检测到机器故障，那么通过所述双路径机器的制动器来命令转向。
根据本公开内容，在所述车辆控制系统处检测是否已经发生机器故障可以包括检测所述双路径机器的制动元件是否已经被致动，或者可以包括监测所述双路径机器的推进系统以检测其中的故障。
根据本公开内容，用于向所述双路径机器提供冗余转向控制的方法还可以包括：从转向传感器接收转向输入信号，所述转向传感器提供所述双路径机器的转向元件的转向位置的指示。所述方法还可以包括从制动传感器接收制动输入信号，所述制动传感器提供所述双路径机器的制动元件的制动位置的指示。可以通过向所述双路径机器的制动器施加差动制动压力来提供冗余转向，其中，所述差动制动压力可以基于所述转向元件的转向位置和所述制动元件的制动位置。
根据本公开内容，一种机器可以包括：本体；左地面接触元件和右地面接触元件；左机组和右机组，其被配置为分别驱动所述左地面接触元件和右地面接触元件；以及左制动器和右制动器，其被配置为分别向所述左地面接触元件和右地面接触元件施加制动力。所述机器还可以包括用于命令转向的转向元件、用于命令制动的制动元件以及包括推进控制器和制动控制器的车辆控制系统。所述推进控制器可以可操作地连接到所述左机组和右机组，所述推进控制器被配置为通过被发送到所述左机组和右机组的驱动信号来控制所述机器的转向。所述制动控制器可以可操作地连接到所述左制动器和右制动器，所述制动控制器被配置为通过向所述左制动器和右制动器提供差动制动压力来控制所述机器的转向。
根据本公开内容，所述机器还可以包括转向传感器，所述转向传感器被配置为向所述制动控制器提供所述转向元件的位置的指示。所述机器还可以包括制动传感器，所述制动传感器被配置为向所述制动控制器提供所述制动元件的位置的指示。所述制动控制器可以基于所述转向元件的位置和所述制动元件的位置向所述左制动器和右制动器提供差动制动压力。
根据本公开内容，所述车辆控制系统还可以被配置为当检测到机器故障时将转向控制从所述推进控制器切换到所述制动控制器。所述车辆控制系统可以被配置为通过检测所述制动元件是否已经被致动或者通过监测所述左机组和右机组以检测其中的故障来检测是否已经发生机器故障。
根据对本公开内容的如附图所示的实施例的详细描述，本公开内容的这些和其他目的、特征和优点将变得明显。
附图说明
图1是包括根据本公开内容的车辆控制系统的机器的示意图；
图2是用于在图1的机器中提供冗余转向控制的示意性控制图；
图3是用于在图1的机器中提供冗余转向控制的示意性控制图；以及
图4是图1的机器在操作期间的俯视图。
具体实施方式
在进一步详细描述各个实施例之前，应当理解，本发明不限于所描述的特定实施例。本领域的普通技术人员将理解的是，本文所述的控制器、系统和方法可以被变型和修改为适合于正在处理的应用，并且本文所述的控制器、系统和方法可以用于其他合适的应用，并且这样的其他添加和修改将不脱离其范围。
参考图1，示出了包括根据本公开内容的车辆控制系统12的机器10。机器10可以是任何类型的双路径(双履带)车辆，例如滑移转向机、叉车、推土机、自推进式割晒机、自推进式打包机、甘蔗收割机或任何其他类似的越野车或全地形车。
机器10包括用于容置车辆控制系统12的本体14。机器10还包括推进致动器16、转向元件18和制动元件20，它们各自可操作地连接到车辆控制系统12并向其提供输入。机器10包括左机组22和右机组24，它们分别可操作地连接到车辆控制系统12的推进控制器26。机器10还包括左制动器28和右制动器30，它们分别可操作地连接到车辆控制系统12的制动控制器32。机器10还包括转向传感器34和制动传感器36，转向传感器被配置为检测转向元件18的致动程度并向车辆控制系统12提供其指示，制动传感器被配置为检测制动元件20的致动并且向车辆控制系统12提供其指示。
左机组22包括马达、泵和/或其他类似的液压和/或机器元件，该马达、泵和/或其他类似的液压和/或机器元件可操作地联接到机器10的左侧上的一个或多个车轮、踏面和/或其他类似的驱动元件，以驱动机器10的左侧上的所述车轮、踏面和/或其他类似的驱动元件。右机组24包括马达、泵和/或其他类似的液压和/或机器元件，该马达、泵和/或其他类似的液压和/或机器元件可操作地联接到机器10的右侧上的一个或多个车轮、踏面和/或其他类似的驱动元件，以驱动机器10的右侧上的所述车轮、踏面和/或其他类似的驱动元件。左机组22和右机组24被配置为推进本体14越过地形，并且还通过以不同的速度被驱动而为机器10提供转向。
车辆控制系统12的推进控制器26接收来自推进致动器16的输入并通过转向传感器34接收来自转向元件18的输入，并控制左机组22和右机组24以根据输入来驱动机器10和使机器转向。车辆控制系统12的制动控制器32通过制动传感器36接收来自制动元件20的输入并通过转向传感器34接收输入，并控制左制动器28和右制动器30以根据本公开内容在制动期间提供冗余转向。
推进致动器16和转向元件18可以是用于分别向机器10施加驱动移动和转向移动的任何合适的已知致动器，包括用于上述各种机器的任何已知的操作员控件。例如，推进致动器16可以包括一个或多个操纵杆、踏板或任何其他类似的操作员控件。类似地，转向元件18可以包括转向盘、一个或多个操纵杆、踏板或任何其他类似的操作员控件。制动元件20也可以是用于向机器10施加制动控制的任何合适的已知致动器，包括用于上述各种机器的任何已知的操作员控件。例如，制动元件20可以包括踏板、手刹或任何其他类似的操作者控件。
包括推进控制器26和制动控制器32、左机组22、右机组24、左制动器28、右制动器30以及各种致动器和传感器的车辆控制系统12与机器10的其他各个子系统可以通过控制器局域网(CAN或CAN总线)或者其他类似网络彼此连接，其中，所述网络允许各种控制系统、控制器、机组、制动器、致动器、传感器以及各种其他子系统、微处理器和/或任何其他设备与CAN或其他类似网络连接以使用CAN或本领域已知的其他通信协议彼此通信的其他类似网络彼此连接，其中，所述各种致动器和传感器包括推进致动器16、转向元件18、制动元件20、转向传感器34和制动传感器36。
包括推进控制器26和制动控制器32的车辆控制系统12包括所有必需的电子器件、软件、存储器、储存器、数据库、固件、逻辑/状态机、微处理器、通信链路和任何其他输入/输出接口，以执行本文描述的功能和/或实现本文描述的结果。例如，车辆控制系统12、推进控制器26和/或制动控制器32可以包括一个或多个处理器和存储器或与之通信，该处理器和存储器可以包括系统存储器，包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。可以向车辆控制系统12、推进控制器26和/或制动控制器32提供适当的计算机程序代码，以执行多种功能，包括结合制动控制器32和推进控制器26讨论的那些功能。
一个或多个处理器可以包括一个或多个常规微处理器，并且还可以包括一个或多个辅助协同处理器，诸如数学协同处理器等。一个或多个处理器可以被配置为与其他网络和/或设备诸如服务器、其他处理器、计算机、蜂窝电话、平板电脑等通信。
一个或多个处理器可以与存储器通信，该存储器可以包括磁性存储器、光学存储器和/或半导体存储器，诸如例如，随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、闪速存储器、光学存储器或硬盘驱动器存储器。存储器可以存储通常在包括操作系统的计算设备中发现的任何数据和/或信息，和/或存储下述一个或多个其他程序(例如，计算机程序代码和/或计算机程序产品)，所述一个或多个其他程序存储在非暂时性存储器部分中并适于指导包括推进控制器26和制动控制器32的车辆控制系统12根据本文所讨论的各种实施例进行执行。推进控制器26、制动控制器32和/或其部分和/或任何其他程序可以例如以压缩格式、未编译格式和/或加密格式进行存储，并且可以包括可由一个或多个处理器执行的计算机程序代码。可以从除存储器之外的非暂时性计算机可读介质将计算机程序代码的可执行指令读入一个或多个处理器的主存储器中。虽然程序中的指令序列的执行使一个或多个处理器执行本文所述的处理步骤，但是硬连线电路可以代替或结合可执行软件指令用于实现本发明的处理。因此，本发明的实施例不限于硬件和软件的任何特定组合。
例如，还可以在可编程硬件设备诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等中实现本文讨论的方法和系统。程序还可以在软件中实现，以通过各种类型的计算机处理器执行。可执行代码的程序可以例如包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，其可以例如被组织为对象、过程、进程或功能。然而，所标识的程序的可执行文件不必在物理上定位在一起，而是可以包括存储在不同位置的单独指令，这些指令当在逻辑上结合在一起时包括该程序并实现该程序的所述目的，诸如提供工作流分析。在实施例中，可执行代码的应用可以是许多指令的编译，这些指令可以分布在多个不同的代码分区或段上，在不同的程序之间并且跨越多个设备。
例如，尽管推进控制器26和制动控制器32在图1中被示出为车辆控制系统12的整体系统，但是推进控制器26和/或制动控制器32可以相反是单独的部件，包括容置所有必要的处理器、存储器等的壳体，以提供根据本公开内容的推进控制和/或制动控制。单独的推进控制器26和/或制动控制器32可以通过CAN总线或其他类似网络可操作地彼此连接和/或与车辆控制系统12连接。另外，尽管为简单起见，在本文中将推进控制器26和制动控制器32示出和描述为单独的控制器，但是推进控制器26和制动控制器32可以形成为单个控制器，该单个控制器提供如本文所述的推进控制器26和制动控制器32两者的功能。
本文所使用的术语“计算机可读介质”是指提供或参与向车辆控制系统12的包括推进控制器26和制动控制器32(或此处描述的设备的任何其他处理器)的一个或多个处理器提供指令和/或数据以用于执行的任何介质。这样的介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质或存储器及易失性存储器。非易失性存储器可以包括例如光盘、磁盘或光磁盘、或其他非易失性存储器。易失性存储器可以包括通常构成主存储器或其他暂时性存储器的动态随机存取存储器(DRAM)。
图2示出了用于在图1所示的机器10的操作期间实现本公开内容的紧急转向控制的示例性方法。例如，在机器10的操作期间，车辆控制系统12可以在步骤38评估是否检测到推进系统故障。为了确定是否检测到推进系统故障，车辆控制系统12监测图1所示的左机组22和右机组24的马达、泵、和/或其其他类似的液压和/或机器元件的适当运行。例如，图1所示的机器10可以包括与车辆控制系统12通信的监测这些元件中的一个或多个的操作的各种传感器。车辆控制系统12还可以在推进控制器26处通过读取推进控制器26处的电流、电感或其他类似的控制信号以确定电流、电感或其他类似的控制信号是否在正常运行范围之外变化，由此监测图1所示的左机组22和右机组24的元件中的一个或多个元件的适当运行。正常运行范围之外的变化可以指示相应机组的元件的故障。
如果车辆控制系统12在步骤38确定推进系统中没有故障，那么车辆控制系统12在步骤40通过推进控制器26控制机器10的转向。通过控制图1所示的左机组22和右机组24使用来自推进致动器16和测量转向元件18的位置以提供期望转向的指示的转向传感器34的输入以不同的速度驱动机器10的每一侧上的车轮/履带来以常规方式实现用于双路径车辆的通过推进控制器26进行的该转向控制。
或者，如果车辆控制系统12在步骤38确定推进系统中存在故障，那么车辆控制系统12在步骤42通过制动控制器32控制机器10的转向，这是因为推进系统的元件的故障导致通过推进控制器26的转向控制的失效。为了通过制动控制器32控制车辆转向，车辆控制系统12使用来自测量转向元件位置(例如转向盘位置)的转向传感器34和测量制动元件位置(例如制动踏板位置)的制动传感器36的输入，以通过左制动器28和右制动器30向机器10的每一侧上的每个车轮/履带施加差动压力。例如，制动控制器32可以根据下述等式向左制动器28和右制动器30施加差动压力：
PressLeft＝Posbrake+PosSteer
PressRight＝Posbrake-PosSteer
其中：
PressLeft是施加到左制动器28的差动压力；
PressRight是施加到右制动器30的差动压力；
Posbrake是由制动传感器36测量的制动元件位置；以及
PosSteer是由转向传感器34测量的转向元件位置。
尽管上述等式是出于示例性目的而提供的，但是实际上，用于确定差动制动压力的等式可以包括各种增益和/或死区，以实现期望的差动制动水平。
对左制动器28和右制动器30的差动制动压力命令使得制动器28、30让机器10的一侧比另一侧快地减速，从而在通过推进控制器26进行的转向失效的紧急情况下提供了通过制动控制器32的冗余转向形式。
参考图3，其中，相似的数字代表相似的元件，示出了用于在机器10的操作期间实现本公开内容的紧急转向控制的另一示例性方法。如图3所示，在步骤44，没有监测推进系统中的故障，车辆控制系统12反而通过制动传感器36来监测制动元件20是否被致动。如果车辆控制系统12在步骤44确定了制动元件没有被致动，那么车辆控制系统12在步骤40以与以上结合图2描述的方式相同的方式通过推进控制器26控制机器10的转向。替代性地，如果车辆控制系统12在步骤44确定了制动元件被致动，那么车辆控制系统12在步骤42以与以上结合图2描述的方式相同的方式通过制动控制器32控制机器10的转向。在双路径机器中，制动器通常仅在紧急情况下使用，通常通过推进控制器26控制机器的减速。因此，制动元件20的致动可以指示紧急情况，因此，每当车辆控制系统12检测到制动器被致动，车辆控制系统12就可以实现通过制动控制器32的转向控制。
参考图4，被图示为示例性自推进式割晒机的机器10被示出为在例如由于左机组22或右机组24中的泵或马达故障而引起的通过推进控制器26进行的转向失效时移动并转动以跟随期望路径46。本公开内容的图1所示的车辆控制系统12有利地经由如上所述的通过制动控制器32提供冗余转向来允许机器10在开始停止时继续跟随期望路径46或接近期望路径。在缺少这种冗余转向的情况下，机器10将在开始停止时从期望路径46开始沿着非期望路径48转向。尽管在某些情况下(例如机器10在野外运行的情况下)这种非期望转向可能并不重要，但是在许多情况下从期望路径46转向可能导致严重的伤害、死亡和/或损坏，诸如当机器10在道路上、建筑物或其他结构附近、悬崖或其他危险附近和/或任何其他类似的运行情况下运行时。
因此，本公开内容的车辆控制系统12有利地在制动双路径机器时提供了冗余转向控制，这允许操作员在紧急情况下在使机器停止时继续使机器转向。另外，由于车辆控制系统12仍然将转向元件用作用于提供冗余转向控制的输入，所以有利地是，冗余转向控制对于机器的操作者进行参与而言是直观的。
尽管已经在本公开内容中描述了各种实施例，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对各种实施例进行修改。因此，在本说明书中描述的特定实施例应该被认为仅仅是说明性的，而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种用于双路径机器的转向系统，所述双路径机器包括分别由左机组和右机组驱动的左地面接触元件和右地面接触元件，以及分别向所述左地面接触元件和右地面接触元件施加制动力的左制动器和右制动器，所述转向系统包括：
推进控制器，所述推进控制器可操作地连接到所述左机组和右机组，所述推进控制器被配置为通过被发送到所述左机组和右机组的驱动信号来控制所述双路径机器的转向；以及
制动控制器，所述制动控制器可操作地连接到所述左制动器和右制动器，所述制动控制器被配置为通过向所述左制动器和右制动器提供差动制动压力来控制所述双路径机器的转向。
2.根据权利要求1所述的转向系统，还包括与所述制动控制器通信的转向传感器，所述转向传感器被配置为向所述制动控制器提供所述双路径机器的转向元件的位置的指示。
3.根据权利要求2所述的转向系统，还包括与所述制动控制器通信的制动传感器，所述制动传感器被配置为向所述制动控制器提供所述双路径机器的制动元件的位置的指示。
4.根据权利要求3所述的转向系统，其中，所述制动控制器被配置为基于所述转向元件的位置和所述制动元件的位置向所述左制动器和右制动器提供差动制动压力。
5.根据权利要求1所述的转向系统，其中，所述转向系统被配置为当检测到机器故障时将转向控制从所述推进控制器切换到所述制动控制器。
6.根据权利要求5所述的转向系统，其中，所述制动控制器被配置为检测所述双路径机器的制动元件的致动，所述致动指示所述机器故障。
7.根据权利要求5所述的转向系统，其中，所述制动控制器被配置为监测所述推进系统以检测其中的故障，推进系统故障指示所述机器故障。
8.一种用于向双路径机器提供冗余转向控制的方法，所述方法包括：
在车辆控制系统处检测是否已经发生机器故障；
如果未检测到机器故障，那么由所述车辆控制系统通过机器推进系统的机组来命令转向；以及
如果检测到机器故障，那么由所述车辆控制系统通过所述双路径机器的制动器来命令转向。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述车辆控制系统处检测是否已经发生机器故障包括：检测所述双路径机器的制动元件是否已经被致动。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述车辆控制系统处检测是否已经发生机器故障包括：监测所述双路径机器的推进系统以检测其中的故障。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括：
从转向传感器接收转向输入信号，所述转向传感器提供所述双路径机器的转向元件的转向位置的指示。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
从制动传感器接收制动输入信号，所述制动传感器提供所述双路径机器的制动元件的制动位置的指示。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
向所述双路径机器的制动器提供差动制动压力。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述差动制动压力基于所述转向元件的转向位置和所述制动元件的制动位置。
15.一种机器，包括：
本体；
左地面接触元件和右地面接触元件；
左机组和右机组，所述左机组和右机组被配置为分别驱动所述左地面接触元件和右地面接触元件；
左制动器和右制动器，所述左制动器和右制动器被配置为分别向所述左地面接触元件和右地面接触元件施加制动力；
用于命令转向的转向元件；
用于命令制动的制动元件；以及
车辆控制系统，其包括推进控制器和制动控制器，
其中，所述推进控制器可操作地连接到所述左机组和右机组，所述推进控制器被配置为通过被发送到所述左机组和右机组的驱动信号来控制所述机器的转向；并且
其中，所述制动控制器可操作地连接到所述左制动器和右制动器，所述制动控制器被配置为通过向所述左制动器和右制动器提供差动制动压力来控制所述机器的转向。
16.根据权利要求15所述的机器，还包括与所述车辆控制系统通信的转向传感器，所述转向传感器被配置为向所述制动控制器提供所述转向元件的位置的指示。
17.根据权利要求16所述的机器，还包括与所述车辆控制系统通信的制动传感器，所述制动传感器被配置为向所述制动控制器提供所述制动元件的位置的指示。
18.根据权利要求17所述的机器，其中，所述制动控制器被配置为基于所述转向元件的位置和所述制动元件的位置向所述左制动器和右制动器提供差动制动压力。
19.根据权利要求15所述的机器，其中，所述车辆控制系统被配置为当检测到机器故障时将转向控制从所述推进控制器切换到所述制动控制器。
20.根据权利要求19所述的机器，其中，所述车辆控制系统被配置为通过检测所述制动元件是否已经被致动或者通过监测所述左机组和右机组以检测其中的故障来检测是否已经发生机器故障。
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