DE102021203189A1 - Magnetorheologische fluidjoysticksysteme, die fehlpositionierungen von arbeitsfahrzeugen reduzieren - Google Patents

Magnetorheologische fluidjoysticksysteme, die fehlpositionierungen von arbeitsfahrzeugen reduzieren Download PDF

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Todd F. Velde
Madeline T. Oglesby
Lance R. Sherlock
Benjamin P. Koestler
Mark D. Anderson
Aaron R. Kenkel
Doug M. Lehmann
Craig Christofferson
Kenneth Franck
Christopher J. Meyer
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Deere and Co
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Abstract

In Ausführungsformen beinhaltet ein magnetorheologisches Fluid- (MRF) Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug eine Joystickvorrichtung, einen MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus und eine Steuerungsarchitektur. Die Joystickvorrichtung wiederum beinhaltet ein Basisgehäuse, einen Joystick und einen Joystick-Positionssensor. Der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus ist steuerbar, um einer Bewegung des Joysticks relativ zum Basisgehäuse selektiv zu widerstehen. Die Steuerungsarchitektur ist konfiguriert, um: (i) bei Erkennen einer Bedienerdrehung des Joysticks in einer Bedienereingaberichtung zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug in einer Weise fehlpositionieren wird, die mindestens eine von einer Instabilität des Arbeitsfahrzeugs und einer Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht; und (ii) beim Bestimmen, dass eine fortgesetzte Joystick-Drehung das Arbeitsfahrzeug fehlpositionieren wird, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anzuweisen, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung verhindert.

Description

  • QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
  • Nicht zutreffend.
  • ANGABE ÜBER STAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
  • Nicht zutreffend.
  • GEBIET DER OFFENBARUNG
  • Diese Offenbarung bezieht sich auf magnetorheologische Fluid-(MRF-) Joysticksysteme für ein Arbeitsfahrzeug, die konfiguriert sind, um die Joystick-Bewegung selektiv einzuschränken, um eine Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs zu reduzieren, d. h. ein Arbeitsfahrzeug auf eine Weise zu positionieren, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs oder eine Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht.
  • HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
  • Joystickvorrichtungen werden häufig verwendet, um verschiedene Betriebsaspekte von Arbeitsfahrzeugen zu steuern, die in der Bau-, Land- und Forstwirtschaft und im Bergbau eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein Bediener bei einem Arbeitsfahrzeug, das mit einer Auslegerbaugruppe ausgestattet ist, eine oder mehrere Joystickvorrichtungen verwenden, um die Bewegung der Auslegerbaugruppe und damit die Bewegung eines Werkzeugs oder Anbaugeräts, das an dem äußeren Anschlussende der Auslegerbaugruppe montiert ist, zu steuern. Gängige Beispiele für Arbeitsfahrzeuge mit solchen joystickgesteuerten Auslegerbaugruppen sind Bagger, Fäller-Bündler, Skidder, Traktoren (an denen modulare Frontlader und Baggeranbaugeräte installiert werden können), Traktorlader, Radlader und verschiedene Kompaktlader. In ähnlicher Weise kann ein Bediener bei Planierraupen, Motorgradern und anderen Arbeitsfahrzeugen, die mit Erdbewegungsscharen ausgestattet sind, eine Schnittstelle zu einem oder mehreren Joysticks herstellen, um die Bewegung und Positionierung der Scharen zu steuern. Joystickvorrichtungen werden auch häufig verwendet, um die Richtungsbewegung des Arbeitsfahrzeugfahrgestells selbst wie bei Motorgradern, Planierraupen und bestimmten Ladern, wie etwa Kompaktladern, zu lenken oder anderweitig zu steuern. Angesichts der Verbreitung von Joystickvorrichtungen innerhalb von Arbeitsfahrzeugen in Kombination mit den relativ anspruchsvollen, dynamischen Umgebungen, in denen Arbeitsfahrzeuge häufig arbeiten, besteht ein anhaltender Bedarf an Weiterentwicklungen in der Konstruktion und Funktion von Joysticksystemen für ein Arbeitsfahrzeug, insbesondere in dem Maße, in dem solche Weiterentwicklungen die Sicherheit und Effizienz des Arbeitsfahrzeugbetriebs verbessern können.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Es wird ein magnetorheologisches Fluid-(MRF-) Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug zur Verwendung an Bord eines Arbeitsfahrzeugs offenbart. In Ausführungsformen beinhaltet das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug eine Joystickvorrichtung, einen MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus und eine Steuerungsarchitektur. Die Joystickvorrichtung wiederum beinhaltet ein Basisgehäuse, einen Joystick, der an dem Basisgehäuse montiert ist und in Bezug darauf beweglich ist, und einen Joystick-Positionssensor, der konfiguriert ist, um die Joystick-Bewegung relativ zu dem Basisgehäuse zu überwachen. Der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus ist zumindest teilweise in das Basisgehäuse integriert und ist steuerbar, um der Bewegung des Joysticks relativ zum Basisgehäuse selektiv zu widerstehen. Die Steuerungsarchitektur ist mit dem MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus und dem Joystick-Positionssensor gekoppelt. Steuerungsarchitektur, die konfiguriert ist, um: (i) zu erfassen, wann ein Bediener den Joystick in einer Bedienereingaberichtung bewegt; (ii) wenn eine Bedienerbewegung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung erkannt wird, zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug in einer Weise fehlpositionieren wird, die mindestens eine Instabilität des Arbeitsfahrzeugs und eine Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht; und (iii) wenn bestimmt wird, dass eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug fehlpositionieren wird, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anzuweisen, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung verhindert.
  • In weiteren Ausführungsformen enthält das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug eine Joystickvorrichtung, die einen Joystick beinhaltet, der relativ zu einem Basisgehäuse drehbar ist, einen MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus, der steuerbar ist, um einer Drehung des Joysticks relativ zu dem Basisgehäuse um mindestens eine Achse selektiv zu widerstehen, und ein Hinderniserkennungssystem, das konfiguriert ist, um Hindernisse innerhalb einer Nähe des Arbeitsfahrzeugs zu erkennen. Eine Steuerungsarchitektur ist mit der Joystickvorrichtung, dem MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus und dem Hinderniserkennungssystem gekoppelt. Die Steuerungsarchitektur, die konfiguriert ist, um: (i) als Reaktion auf eine Bedienerdrehung des Joysticks in einer Bedienereingaberichtung zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung eine Wahrscheinlichkeit einer Kollision eines Arbeitsfahrzeugs mit einem Hindernis in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs erhöht und durch das Hinderniserkennungssystem erkannt wird; und (ii) wenn bestimmt wird, dass eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anzuweisen, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung verhindert.
  • In noch weiteren Ausführungsformen beinhaltet das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug eine Joystickvorrichtung mit einem Joystick, der relativ zu einem Basisgehäuse drehbar ist, einen MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus, der steuerbar ist, um einer Drehung des Joysticks relativ zum Basisgehäuse um mindestens eine Achse selektiv zu widerstehen, und eine Fahrzeugausrichtungsdatenquelle, die konfiguriert ist, um eine aktuelle Ausrichtung des Arbeitsfahrzeugfahrgestells relativ zur Schwerkraft zu schätzen. Eine Steuerungsarchitektur ist mit der Joystickvorrichtung, dem MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus und der Fahrzeugausrichtungsdatenquelle gekoppelt. Die Steuerungsarchitektur ist konfiguriert, um: (i) als Reaktion auf eine Bedienerdrehung des Joysticks in einer Bedienereingaberichtung zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs zumindest teilweise auf Grundlage der aktuellen Ausrichtung des Arbeitsfahrzeugfahrgestells erhöht; und (ii) wenn bestimmt wird, dass eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung die Anfälligkeit des Arbeitsfahrzeugs für eine Kollision mit einem Hindernis erhöht, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anzuweisen, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung verhindert.
  • Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den beigefügten Zeichnungen sowie in der nachstehenden Beschreibung festgelegt. Andere Eigenschaften und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.
  • Figurenliste
  • Mindestens ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben:
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften magnetorheologischen Fluid-(MRF-) Joysticksystems an Bord eines Arbeitsfahrzeugs (hier eines Baggers), das konfiguriert ist, um Joystick-Bewegungen zu verhindern, die zu potenziellen Fehlpositionierungen des Arbeitsfahrzeugs führen, wie in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht von innerhalb der Baggerkabine aus 1, die zwei Joystickvorrichtungen veranschaulicht, die in dem beispielhaften MRF-Joysticksystem enthalten sein und von einem Bediener verwendet werden können, um die Bewegung der Baggerauslegerbaugruppe zu steuern;
    • Die 3 und 4 sind Querschnittsschemata des beispielhaften MRF-Joysticksystems, wie teilweise gezeigt und entlang senkrechter Schnittebenen durch einen Joystick aufgenommen, die eine mögliche Konstruktion des MRF-Joysticksystems veranschaulichen;
    • 5 ist ein Flussdiagramm eines Masterprozesses, der durch eine Steuerungsarchitektur des MRF-Joysticksystems durchgeführt wird, um die Wahrscheinlichkeit einer Fehlpositionierung eines Arbeitsfahrzeugs während des Betriebs des in 1 gezeigten Baggers in einer beispielhaften Ausführungsform zu verringern;
    • 6 ist ein Flussdiagramm eines ersten beispielhaften Unterprozesses, der in geeigneter Weise während des Verlaufs des Masterprozesses aus 5 durchgeführt wird, um Joystick-Bewegungen zu verhindern, die die Wahrscheinlichkeit einer möglichen Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöhen;
    • 7 ist ein Flussdiagramm eines zweiten beispielhaften Unterprozesses, der in geeigneter Weise während des Masterprozesses aus 5 durchgeführt wird (zusätzlich oder anstelle des Unterprozesses aus 6), um Joystick-Bewegungen, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs erhöhen, zu verhindern; und
    • 8 ist eine Grafik, die auf nicht erschöpfende Weise zusätzliche beispielhafte Arbeitsfahrzeuge veranschaulicht, in die Ausführungsformen des MRF-Joysticksystems vorteilhaft integriert werden können.
  • Gleiche Bezugssymbole in den unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente. Aus Gründen der Einfachheit und Klarheit der Darstellung können Beschreibungen und Details bekannter Merkmale und Techniken weggelassen werden, um unnötiges Verdecken der in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beschriebenen beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsformen der Erfindung zu vermeiden. Es versteht sich ferner, dass Merkmale oder Elemente, die in den begleitenden Figuren erscheinen, nicht zwangsläufig maßstabsgetreu gezeichnet sind, sofern nicht anders vermerkt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in den beigefügten Figuren der vorstehend kurz beschriebenen Zeichnungen dargestellt. Verschiedene Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen können von Fachleuten in Betracht gezogen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen festgelegt. Wie hier dargestellt, beinhaltet der Begriff „Arbeitsfahrzeug“ alle Teile eines Arbeitsfahrzeugs. Somit umfasst der Begriff „Arbeitsfahrzeug“ in Implementierungen, in denen eine Auslegerbaugruppe, die in einem Anbaugerät endet, an dem Fahrgestell eines Arbeitsfahrzeugs angebracht ist, sowohl das Fahrgestell als auch die Auslegerbaugruppe sowie das an dem Anschlussende der Auslegeranordnung montierte Anbaugerät.
  • ÜBERSICHT
  • Im Folgenden werden magnetorheologische Fluid-(MRF-) Joysticksysteme offenbart, die konfiguriert sind, um die Joystick-Bewegung intelligent einzuschränken, um eine Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs zu verhindern (d. h. zu verhindern oder zu unterbinden). Wie in diesem Dokument dargestellt, bezieht sich der Begriff „Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs“ auf die Bewegung eines Arbeitsfahrzeugs in eine Position, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs erhöht, in eine Position, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht, oder beides. In Bezug auf die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs kann insbesondere ein Arbeitsfahrzeug falsch positioniert sein, wenn die Positionierung des Arbeitsfahrzeugs das Arbeitsfahrzeug anfällig für ein Umkippen macht; z. B. aufgrund der Ausrichtung des Fahrzeugfahrgestells relativ zur Schwerkraft, einer beliebigen Last, die derzeit von dem Arbeitsfahrzeug getragen wird (teilweise wenn es Material oder eine Nutzlast transportiert), Trägheitskräften, die auf das Arbeitsfahrzeug wirken, und anderen derartigen Faktoren. In ähnlicher Weise kann die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs in Ausführungsformen, in denen das Arbeitsfahrzeug mit einer Auslegerbaugruppe ausgestattet ist, durch Positionieren und Bewegen der Auslegerbaugruppe beeinflusst werden. In letzterer Hinsicht kann es wünschenswert sein, die Joystick-Bewegung selektiv auf eine Weise einzuschränken, die die Fahrzeuginstabilität aufgrund von Überdehnung oder anderer unsachgemäßer Positionierung der Auslegerbaugruppe reduziert, insbesondere wenn sie in einem Lastbewegungsanbaugerät (z. B. einer Schaufel oder einem Greifer) endet, das während des Arbeitsfahrzeugbetriebs an verschiedenen Verbindungsstellen stark belastet sein kann. Wenn das MRF-Joysticksystem versucht, Joystick-Bewegungen zu verhindern, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöhen, kann das MRF-Joysticksystem selektiv Joystick-Bewegungen widerstehen, die andernfalls zu einer bevorstehenden Kollision mit einem Hindernis führen würden, sowie Joystick-Bewegungen, die vorhergesagt werden, um die Anfälligkeit des Arbeitsfahrzeugs für eine solche Kollision zu erhöhen; z. B. wie es der Fall sein kann, wenn eine bestimmte Joystick-Bewegung, wenn sie uneingeschränkt fortgesetzt werden darf, projiziert wird, um einen Teil des Arbeitsfahrzeugs in eine unerwünscht enge Nähe zu einem benachbarten Hindernis zu bringen.
  • Ausführungsformen des MRF-Joysticksystems beinhalten einen MRF-basierten Widerstandsmechanismus (hier den „MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus“), ein Verarbeitungs-Teilsystem oder eine „Steuerungsarchitektur“ und eine oder mehrere bedienerbetätigte Joystickvorrichtungen. Während des Betriebs des MRF-Joysticksystems bewertet oder projiziert die Steuerungsarchitektur wiederholt, ob erkannte vom Bediener befohlene Joystick-Bewegungen zu einer Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs führen, wenn solche Joystick-Bewegungen ohne Einschränkung fortgesetzt werden. Dabei kann die Steuerungsarchitektur eine Joystick-Bewegung (z. B. Drehung) relativ zu einem Basisgehäuse der Joystickvorrichtung überwachen. Wenn eine Joystick-Bewegung in einer bestimmten Richtung (hier die „Bedienereingaberichtung“) auftritt, bestimmt die Steuerungsarchitektur, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug in einer Weise fehlpositionieren wird, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs erhöht, oder in einer Weise, die eine Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs darstellt. Wenn dies bestimmt wird, steuert oder weist die Steuerungsarchitektur den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus an, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung verhindert. Dies stellt einen intuitiven taktilen Hinweis für den Bediener des Arbeitsfahrzeugs bereit, um die Bewegung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung zu verlangsamen, wenn nicht sogar anzuhalten. Ferner kann in Fällen, in denen die Steuerungsarchitektur den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anweist, eine maximale MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die MRF-Widerstandskraft ausreichend sein, um eine Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung vollständig zu stoppen (oder zumindest eine solche Joystick-Bewegung sehr schwierig zu machen). Wenn umgekehrt die Steuerungsarchitektur bestimmt, dass eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung keine Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs verursacht, ermöglicht die Steuerungsarchitektur, dass die Joystick-Bewegung ungehindert fortgesetzt wird. Intelligent auf diese Weise angewendet, kann der MRF-Joystickwiderstand unter normalen Betriebsbedingungen für einen Bediener des Arbeitsfahrzeugs effektiv transparent sein, wenn Joystick-Bewegungen nicht Gefahr laufen, das Arbeitsfahrzeug falsch zu positionieren.
  • Die bestimmte Technik oder der Algorithmus, die bzw. der von der Steuerungsarchitektur verwendet wird, um zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in einer Bedienereingaberichtung zu einer Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs führt, wird sich je nach verschiedenen Faktoren zwischen den Ausführungsformen unterscheiden. Solche Faktoren können den Typ des Arbeitsfahrzeugs, in das das MRF-Joysticksystem integriert ist, die joystickgesteuerten Funktionen, die von dem Arbeitsfahrzeug unterstützt werden, und den Typ oder die Typen von Fehlpositionierung beinhalten, zu deren Verhinderung das MRF-Joysticksystem ausgelegt ist. Im Allgemeinen wird die Steuerungsarchitektur typischerweise relevante Daten auf einer relativ schnellen (Echtzeit-) iterativen Basis erfassen; und als Reaktion auf die Erkennung einer Joystick-Bewegung in einer bestimmten Bedienereingaberichtung die erfassten Daten verwenden, um die zukünftige Positionierung des Arbeitsfahrzeugs in einem nahen zukünftigen Zeitrahmen (Vorschaufenster) vorherzusagen, sollte die neu erkannte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung fortgesetzt werden. Die Steuerungsarchitektur kann dann bestimmen, ob das Arbeitsfahrzeug, das in eine solche zukünftige Position bewegt wird, wahrscheinlich instabil wird, mit einem nahe gelegenen Objekt kollidiert (einschließlich möglicherweise eines anderen Abschnitts des Arbeitsfahrzeugs selbst) oder einer solchen Kollision unerwünscht nahe kommt.
  • In Ausführungsformen, in denen das MRF-Joysticksystem versucht, Joystick-Bewegungen zu verhindern, die eine Instabilität des Arbeitsfahrzeugs verursachen, kann die Steuerungsarchitektur bewerten, ob die zukünftige Positionierung des Arbeitsfahrzeugs zu einer übermäßigen Instabilität des Arbeitsfahrzeugs führen würde, wie etwa einer hohen Wahrscheinlichkeit eines Umkippens des Arbeitsfahrzeugs. Bei der Darstellung dieser Prognose oder Bestimmung berücksichtigt die Steuerungsarchitektur Dateneingaben aus mehreren Datenquellen. Solche Datenquellen können verschiedene Sensoren an Bord des Arbeitsfahrzeugs beinhalten, die Daten bereitstellen, die einen oder mehrere der folgenden Parameter angeben: (i) eine aktuelle Ausrichtung des Arbeitsfahrzeugfahrwerks relativ zur Schwerkraft (z. B. überwacht durch eine oder mehrere Trägheitsmesseinheiten (IMUs), die mikroelektromechanische System-(MEMS-) Vorrichtungen, Neigungsmesser oder ähnliche Sensoren an Bord des Arbeitsfahrzeugs enthalten), (ii) einen aktuellen Bewegungszustand des Arbeitsfahrzeugs (z. B. gemeldet durch IMUs oder andere Sensoren an Bord des Arbeitsfahrzeugs), (iii) eine beliebige Last, die derzeit von dem Arbeitsfahrzeug getragen wird (was relevant sein kann, wenn das Arbeitsfahrzeug mit einer Ladefläche, einem Tank, einer Schaufel, einem Greifer oder einem anderen Lastaufnahmemittel ausgestattet ist), und/oder (iv) die aktuelle Position und Bewegung einer beliebigen Auslegerbaugruppe, die an dem Arbeitsfahrzeug angebracht ist; z. B. gemessen durch Auslegerverfolgungssensoren, die in die Auslegerbaugruppe integriert sind. Verschiedene Datenelemente können auch aus dem Speicher abgerufen werden, der sich auf die physikalischen Eigenschaften des Arbeitsfahrzeugs (z. B. die Raupenkette oder den Radstand des Arbeitsfahrzeugs, den Schwerpunkt (SP) des Arbeitsfahrzeugs, ein Modell einer beliebigen Auslegerbaugruppe, die an dem Arbeitsfahrzeug angebracht ist, und andere derartige Daten) bezieht, soweit dies nützlich ist, um zukünftige Arbeitsfahrzeuginstabilität zu projizieren oder zu modellieren, sollte die erkannte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung fortgesetzt werden.
  • In Ausführungsformen, in denen das MRF-Joysticksystem funktioniert, um Joystick-Bewegungen zu verhindern, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöhen, verwendet die Steuerungsarchitektur wiederum relevante Dateneingaben, um eine Position des Arbeitsfahrzeugs in einem nahen zukünftigen Zeitrahmen (z. B. ein paar Sekunden oder weniger) vorherzusagen oder zu prognostizieren, sollte die Joystick-Bewegung ungehindert in der Bedienereingabeposition fortgesetzt werden. Die Steuerungsarchitektur kann dann die projizierte zukünftige Position des Arbeitsfahrzeugs mit der Position (und möglicherweise dem Bewegungszustand) beliebiger Hindernisse in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs vergleichen, um zu bestimmen, ob ein unerwünscht erhöhtes Risiko einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs auftritt. Beispiele für Hindernisse, die sich üblicherweise innerhalb der Betriebsumgebungen von Arbeitsfahrzeugen befinden, umfassen andere Arbeitsfahrzeuge, künstliche Strukturen (z. B. Gebäude, Beschilderungen, Telefonmasten, Lichtmasten, Parkstrukturen usw.), Personal und geografische Merkmale einschließlich Gewässer, Bäume und topologische Merkmale. Zusätzlich kann die Steuerungsarchitektur in Ausführungsformen, in denen ein Abschnitt eines Arbeitsfahrzeugs (z. B. ein Anbaugerät) in der Lage ist, versehentlich auf einen anderen Abschnitt des Arbeitsfahrzeugs (z. B. die Fahrzeugkarosserie oder -reifen) aufzuprallen, auch eine solche potenzielle Kollision beim Bestimmen, ob eine bestimmte Joystick-Bewegung, wenn sie ungehindert fortgesetzt werden darf, wahrscheinlich zu einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs mit sich selbst führen wird.
  • Bei der Bewertung des Kollisionsrisikos, das durch vom Bediener befohlene Joystick-Bewegungen gegeben ist, kann die Steuerungsarchitektur die Position solcher Hindernisse in Bezug auf das Arbeitsfahrzeug unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Datenquellen bestimmen. Eine nicht erschöpfende Liste solcher Datenquellen beinhaltet gespeicherte Kartendaten (wenn die Position von Hindernissen innerhalb der Arbeitsumgebung markiert wird), Daten, die von einem Hinderniserkennungssystem an Bord des Arbeitsfahrzeugs bereitgestellt werden (z. B. ein 360-Grad-Radar-, Lidar-, Kamera- oder Ultraschallsensorsystem), oder möglicherweise Verkehrsdaten des Arbeitsfahrzeugs, die die aktuellen Positionen von Arbeitsfahrzeugen in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs melden. Die Steuerungsarchitektur sammelt ferner Daten, um die zukünftige Position des Arbeitsfahrzeugs vorherzusagen (einschließlich oder möglicherweise ausschließlich auf die zukünftige Position einer Auslegerbaugruppe, falls vorhanden), wobei solche Daten möglicherweise den aktuellen Bewegungszustand des Arbeitsfahrzeugs (z. B. gemessen durch eine oder mehrere IMUs) und/oder die aktuelle Position des Arbeitsfahrzeugs in einer abgebildeten Umgebung (z. B. überwacht unter Verwendung eines GPS-Moduls oder eines anderen Ortungssystems) beinhalten. Wiederum können physikalische Eigenschaften des Arbeitsfahrzeugs oder eines Arbeitsfahrzeugmodells (einschließlich der Abmessungen und Bewegungseigenschaften einer beliebigen Auslegerbaugruppe) aus dem Speicher abgerufen und von der Steuerungsarchitektur verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Bewegung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs mit einem nahegelegenen Hindernis oder möglicherweise einer Kollision zwischen einem Abschnitt des Arbeitsfahrzeugs mit einem anderen Abschnitt des Arbeitsfahrzeugs führt.
  • Ausführungsformen des MRF-Joysticksystems können eine Reihe von MRF-Widerstandsreaktionen bereitstellen, die zum Beispiel von der prognostizierten Schwere oder Unmittelbarkeit eines potenziellen Arbeitsfahrzeug-Fehlpositionierungsereignisses abhängen. Beispielsweise kann die Steuerungsarchitektur den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus in Implementierungen, in denen das MRF-Joysticksystem versucht, Joystick-Bewegungen zu verhindern, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöhen, anweisen, eine Spitzen- oder maximale Widerstandskraft zu erzeugen, um die Joystick-Bewegung signifikant zu behindern, wenn nicht sogar vollständig zu stoppen, wenn bestimmt wird, dass ein unmittelbares Risiko einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs besteht. Wenn stattdessen bestimmt wird, dass ein solches Kollisionsrisiko erhöht ist, aber nicht unmittelbar bevorsteht, kann die Steuerungsarchitektur den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anweisen, anfänglich eine niedrige oder moderate MRF-Widerstandskraft aufzubringen, die die problematische Joystick-Bewegung bestimmt. Die Steuerungsarchitektur kann dann die MRF-Widerstandskraft entweder graduell oder schrittweise erhöhen, sollte der Bediener den Joystick trotz der anfänglichen Anwendung der MRF-Widerstandskraft weiterhin in die Bedienereingaberichtung bewegen.
  • Ein ähnlicher Ansatz kann ebenfalls in Implementierungen verwendet werden, in denen das MRF-Joysticksystem versucht, Joystick-Bewegungen verhindern, die die Arbeitsfahrzeuginstabilität erhöhen. In diesem letzteren Fall kann die Steuerungsarchitektur den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anweisen, eine maximale Widerstandskraft in einem Versuch zu erzeugen, die Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung vollständig zu stoppen, sollte die Steuerungsarchitektur bestimmen, dass eine bestimmte Joystick-Bewegung, wenn sie fortgesetzt werden darf, zu kritischer Instabilität des Arbeitsfahrzeugs führt, wie etwa eine hohe Wahrscheinlichkeit eines Umstürzens oder Umkippens des Arbeitsfahrzeugs. Vergleichend kann die Steuerungsarchitektur den MRF-Widerstandsmechanismus anweisen, anfänglich eine niedrigere MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die einer fortgesetzten Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung widersteht, wenn bestimmt wird, dass eine Joystick-Bewegung zu einem erhöhten, aber weniger kritischen Zustand der Instabilität des Arbeitsfahrzeugs führt. Die Steuerungsarchitektur kann dann den MRF-Widerstandsmechanismus anweisen, die MRF-Widerstandskraft gegebenenfalls kontinuierlich oder schrittweise zu erhöhen. Vorteilhafterweise bietet ein solcher Ansatz Bedienern sehr intuitive taktile Hinweise, die über die MRF-Joystickvorrichtung selbst kommuniziert werden, um das Bewusstsein des Bedieners für Joystick-Bewegungen zu erhöhen, die möglicherweise eine Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs verursachen. Joystick-Bewegungen, die andernfalls eine erhöhte Anfälligkeit für Kollisionen des Arbeitsfahrzeugs oder eine erhöhte Wahrscheinlichkeit einer Instabilität des Arbeitsfahrzeugs verursachen würden, können als Ergebnis minimiert, wenn nicht vermieden werden.
  • Insbesondere bietet die Verwendung der MRF-Technologie, um problematischen Joystick-Bewegungen selektiv zu widerstehen (hier werden Joystick-Bewegungen vorhergesagt, die zu einer Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs führen) mehrere Vorteile gegenüber der Verwendung anderer Mechanismen (z. B. Bremsmechanismen und künstliche Kraftrückkopplungsmotoren (AFF)), die ebenfalls in der Lage sind, Joystick-Bewegungen selektiv einzuschränken. Als einen solchen Vorteil können die rheologischen Eigenschaften (z. B. Viskosität) eines gegebenen magnetorheologischen Fluids oft auf relativ genaue, drastische und schnelle Weise durch Variationen in der Stärke eines elektromagnetischen Felds (EM) eingestellt werden, in das das magnetorheologische Fluid eingetaucht ist. Da die Stärke eines EM-Feldes ebenfalls kontrolliert und reaktionsfähig variiert werden kann, kann der MRF-Joystick-Widerstand stark verkürzte, niedrige Verzögerungsantwortzeiten in der Größenordnung von beispielsweise einigen Millisekunden (ms) oder weniger bereitstellen. Ferner kann der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus in der Lage sein, die Stärke der MRF-Widerstandskraft über einen kontinuierlichen Bereich genau zu variieren. Diese Eigenschaften ermöglichen es der MRF-Joystickvorrichtung, verschiedene unterschiedliche taktile Widerstandseffekte zu erzeugen, die für Arbeitsfahrzeugbediener wahrnehmbar sind. Solche Widerstandseffekte können Arretiereffekte, progressive Erhöhungen des Joystickwiderstands oder „Steifigkeit“ beinhalten, wenn der Joystick in eine bestimmte Richtung bewegt wird, und die Erzeugung virtueller harter Anschläge oder Wände, die eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in eine bestimmte Richtung verhindern (oder zumindest stark abhalten). Als noch weiterer Vorteil kann das MRF-Joysticksystem einen hochzuverlässigen, geräuscharmen Betrieb bereitstellen, während die Verwendung von nicht-toxischen (z. B. Carbonyleisen enthaltenden) magnetorheologischen Fluiden einbezogen wird, wie weiter unten erörtert.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform eines MRF-Joysticksystems für ein Arbeitsfahrzeug wird nun in Verbindung mit den 1-7 beschrieben. In dem nachstehend beschriebenen Beispiel wird das MRF-Joysticksystem hauptsächlich im Zusammenhang mit einem bestimmten Arbeitsfahrzeugtyp, nämlich einem Bagger, erörtert. Zusätzlich beinhaltet das MRF-Joysticksystem in dem folgenden Beispiel zwei Joystickvorrichtungen, die jeweils einen Joystick aufweisen, der um zwei senkrechte Achsen drehbar ist, und die verwendet werden, um die Bewegung der Baggerauslegerbaugruppe und des daran angebrachten Anbaugeräts (z. B. Schaufel) zu steuern. Ungeachtet des folgenden Beispiels kann das MRF-Joysticksystem in weiteren Implementierungen eine größere oder kleinere Anzahl von Joysticks beinhalten, wobei jede Joystickvorrichtung in einer beliebigen Anzahl von Freiheitsgraden (FG) und entlang eines beliebigen geeigneten Bewegungsmusters bewegbar ist; z. B. kann ein gegebener Joystick in alternativen Ausführungsformen um eine einzelne Achse drehbar oder möglicherweise auf eine Bewegung entlang einer vorbestimmten Spur (z. B. H-förmige Spur) oder eines Bewegungsmusters beschränkt sein. Ferner können Ausführungsformen des unten beschriebenen MRF-Joysticksystems in einer Vielzahl von Arbeitsfahrzeugen mit verschiedenen joystickgesteuerten Funktionen eingesetzt werden, von denen weitere Beispiele im Folgenden in Verbindung mit 8 erörtert werden.
  • BEISPIELHAFTES MRF-JOYSTICKSYSTEM ZUR REDUZIERUNG VON FEHLPOSITIONIERUNGEN VON ARBEITSFAHRZEUGEN
  • Unter Bezugnahme zunächst auf 1 wird ein beispielhaftes Arbeitsfahrzeug (hier ein Bagger 20) dargestellt, das mit einem MRF-Joysticksystem 22 für ein Arbeitsfahrzeug ausgestattet ist. Zusätzlich zu dem MRF-Joysticksystem 22 beinhaltet der Bagger 20 eine Auslegerbaugruppe 24, die in einem Werkzeug oder Anbaugerät, wie etwa einer Schaufel 26, endet. Verschiedene andere Anbaugeräte können mit der Schaufel 26 ausgetauscht und an das Anschlussende der Auslegerbaugruppe 24 angebracht werden, einschließlich beispielsweise anderer Schaufeln, Greifer und Hämmer. Der Bagger 20 weist eine Karosserie oder ein Fahrgestell 28, ein Raupenfahrwerk 30, das das Fahrgestell 28 trägt, und eine Kabine 32 auf, die sich an einem vorderen Abschnitt des Fahrgestells 28 befindet und eine Bedienerstation umschließt. Die Baggerauslegerbaugruppe 24 erstreckt sich von dem Fahrgestell 28 und enthält als Hauptstrukturkomponenten einen inneren oder proximalen Ausleger 34 (nachfolgend der „Hubausleger 34“), einen äußeren oder distalen Ausleger 36 (nachfolgend der „Löffelstiel 36“) und eine Anzahl von Hydraulikzylindern 38, 40, 42. Die Hydraulikzylinder 38, 40, 42 wiederum beinhalten zwei Hubzylinder 38, einen Löffelstielzylinder 40 und einen Schaufelzylinder 42. Das Aus- und Einfahren der Hubzylinder 38 dreht den Hubausleger 34 um ein erstes Drehgelenk, an dem der Hubausleger 34 mit dem Baggerfahrgestell 28 verbunden ist, hier an einer Stelle benachbart zu (rechts von) der Kabine 32. Das Aus- und Einfahren des Löffelstielzylinders 40 dreht den Löffelstiel 36 um ein zweites Drehgelenk, an dem der Löffelstiel 36 mit dem Hubausleger 34 verbunden ist. Schließlich dreht oder „rollt“ das Aus- und Einfahren des Schaufelzylinders 42 die Baggerschaufel 26 um ein drittes Drehgelenk, an dem die Schaufel 26 mit dem Löffelstiel 36 verbunden ist.
  • Die Hydraulikzylinder 38, 40, 42 sind in einem elektrohydraulischen (EH) Betätigungssystem 44 enthalten, das von einem Kasten 46 mit dem Titel „Stellglieder für joystickgesteuerte Funktionen“ in 1 umgeben ist. Die Bewegungen der Baggerauslegerbaugruppe 24 werden mithilfe mindestens eines Joysticks gesteuert, der sich innerhalb der Baggerkabine 32 befindet und in dem MRF-Joysticksystem 22 enthalten ist. Insbesondere kann ein Bediener den Joystick oder die Joysticks, der bzw. die in dem MRF-Joysticksystem 22 enthalten ist bzw. sind, verwenden, um das Aus- und Einfahren der Hydraulikzylinder 38, 40, 42 zu steuern, sowie die Schwenkwirkung der Auslegerbaugruppe 24 über eine Drehung des Baggerfahrgestells 28 relativ zu dem Raupenfahrwerk 30 zu steuern. Das dargestellte EH-Betätigungssystem 44 enthält auch verschiedene andere nicht veranschaulichte hydraulische Komponenten, die Strömungsleitungen (z. B. flexible Schläuche), Rückschlag- oder Überdruckventile, Pumpen, Armaturen, Filter und dergleichen beinhalten können. Zusätzlich enthält das EH-Betätigungssystem 44 elektronische Ventilstellglieder und Strömungssteuerventile, wie beispielsweise Mehrwegeventile vom Schieber-Typ, die moduliert werden können, um den Durchfluss von unter Druck stehendem Hydraulikfluid zu und von den Hydraulikzylindern 38, 40, 42 zu regulieren. Dies besagt, dass die bestimmte Konstruktion oder Architektur des EH-Betätigungssystems 44 für Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weitgehend unbedeutend ist, vorausgesetzt, dass die nachfolgend beschriebene Steuerungsarchitektur 50 die Bewegung der Auslegerbaugruppe 24 über Befehle steuern kann, die an ausgewählte der Stellglied 46 übertragen werden, die die joystickgesteuerten Funktionen des Baggers 20 bewirken.
  • Wie schematisch in einem oberen linken Abschnitt von 1 gezeigt, enthält das MRF-Joysticksystem 22 für ein Arbeitsfahrzeug eine oder mehrere MRF-Joystickvorrichtungen 52, 54. Wie hier dargestellt, bezieht sich der Begriff „MRF-Joystickvorrichtung“ auf eine Bedienereingabevorrichtung, die mindestens einen Joystick oder Steuerhebel beinhaltet, dessen Bewegung mithilfe eines MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus des hier beschriebenen Typs selektiv behindert werden kann. Während eine solche MRF-Joystickvorrichtung 52 schematisch in 1 der Übersichtlichkeit halber gezeigt ist, kann das MRF-Joysticksystem 22 eine beliebige praktische Anzahl von Joystickvorrichtungen beinhalten, wie durch Symbol 58 angezeigt. Im Fall des beispielhaften Baggers 20 beinhaltet das MRF-Joysticksystem 22 typischerweise zwei Joystickvorrichtungen; z. B. Joystickvorrichtungen 52, 54, die im Folgenden in Verbindung mit 2 beschrieben sind. Die Art und Weise, in der zwei derartige Joystickvorrichtungen 52, 54 verwendet werden können, um die Bewegung der Baggerauslegerbaugruppe 24 zu steuern, wird weiter unten erörtert. Zunächst wird jedoch eine allgemeine Erörterung der Joystickvorrichtung 52, wie schematisch in 1 veranschaulicht, bereitgestellt, um einen allgemeinen Rahmen festzulegen, in dem Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung besser verstanden werden können.
  • Wie schematisch in 1 veranschaulicht, beinhaltet die MRF-Joystickvorrichtung 52 einen Joystick 60, der an einer unteren Stützstruktur oder einem Basisgehäuse 62 montiert ist. Der Joystick 60 ist relativ zum Basisgehäuse 62 in mindestens einem FG beweglich und kann relativ zum Basisgehäuse 62 um eine oder mehrere Achsen drehbar sein. In der dargestellten Ausführungsform und wie durch die Pfeile 64 angegeben, ist der Joystick 60 der MRF-Joystickvorrichtung 52 relativ zum Basisgehäuse 62 um zwei senkrechte Achsen drehbar und wird nachstehend als solche beschrieben. Die MRF-Joystickvorrichtung 52 beinhaltet einen oder mehrere Joystick-Positionssensoren 66 zum Überwachen der aktuellen Position und Bewegung des Joysticks 60 relativ zum Basisgehäuse 62. Verschiedene andere Komponenten 68 können auch in der MRF-Joystickvorrichtung 52 enthalten sein, einschließlich Knöpfen, Drehreglern, Schaltern oder anderen manuellen Eingabefunktionen, die sich an dem Joystick 60 selbst, an dem Basisgehäuse 62 oder einer Kombination davon befinden können. Federelemente (gasförmig oder mechanisch), Magnete oder Fluiddämpfer können in die Joystickvorrichtung 52 integriert sein, um eine gewünschte Rückkehrrate in eine Ausgangsposition des Joysticks bereitzustellen und um das gewünschte Gefühl oder die gewünschte „Steifigkeit“ für den Joystick 60, das von einem Bediener bei der Interaktion mit der MRF-Joystickvorrichtung 52 wahrgenommen wird, fein abzustimmen. In komplexeren Komponenten können verschiedene andere Komponenten (z. B. potenziell einen oder mehrere künstliche Kraftrückkopplungsmotoren (AFF) beinhaltend) ebenfalls in die MRF-Joystickvorrichtung 52 integriert werden. In anderen Implementierungen können solche Komponenten in der MRF-Joystickvorrichtung 52 weggelassen werden.
  • Ein MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 ist zumindest teilweise in das Basisgehäuse 62 der MRF-Joystickvorrichtung 52 integriert. Der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 kann gesteuert werden, um der Joystick-Bewegung relativ zum Basisgehäuse 62 selektiv zu widerstehen (d. h. zu verhindern oder zu behindern). Während des Betriebs des MRF-Joysticksystems 22 kann die Steuerungsarchitektur 50 selektiv den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 anweisen, eine gesteuerte Widerstandskraft (hier eine „MRF-Widerstandskraft“) anzuwenden, die die Joystick-Drehung um eine bestimmte Achse oder eine Kombination von Achsen behindert. Wie nachstehend ausführlicher erörtert, kann die Steuerungsarchitektur 50 den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 anweisen, eine solche MRF-Widerstandskraft anzuwenden, indem die Stärke eines EM-Feldes erhöht wird, in das ein in dem Mechanismus 56 enthaltenes magnetorheologisches Fluid zumindest teilweise eingetaucht ist. Ein allgemeines Beispiel für eine Art und Weise, in der der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 realisiert werden kann, wird im Folgenden in Verbindung mit den 3 und 4 erörtert. Die Steuerungsarchitektur 50 kann den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 anweisen, eine solche MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, wenn bestimmt wird, dass eine fortgesetzte Drehung des Joysticks 60 in eine bestimmte Richtung (hier die „Bedienereingaberichtung“) zu einer Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs führt; das heißt, das Positionieren des Arbeitsfahrzeugs auf eine Weise, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs oder einer Instabilität des Arbeitsfahrzeugs erhöht. Insbesondere im Fall des Baggers 20 bestimmt die Steuerungsarchitektur 50, ob eine fortgesetzte Drehung des Joysticks 60, der in der MRF-Joystickvorrichtung 52 enthalten ist (und/oder eine fortgesetzte Drehung eines anderen Joysticks, der in einer zweiten, ähnlichen MRF-Joystickvorrichtung enthalten ist), die Baggerauslegerbaugruppe 24 in einer Weise fehlpositionieren wird, die Folgendes erhöht: (i) die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen der Auslegerbaugruppe 24 (einschließlich der Schaufel 26) und beliebigen nahegelegenen Hindernissen (einschließlich anderer Abschnitte des Baggers 20) und/oder (ii) die Baggerauslegerinstabilität aufgrund einer unsachgemäßen Positionierung der Auslegerbaugruppe 24 erhöht, insbesondere wenn die Schaufel 26 stark belastet ist.
  • Beim Projizieren, ob eine Drehung des Joysticks 60 (und/oder eines zweiten Joysticks, der in dem MRF-Joysticksystem 22 beinhaltet ist) die Baggerauslegerbaugruppe 24 falsch positionieren wird, berücksichtigt die Steuerungsarchitektur 50 eine Eingabe von mehreren Datenquellen, einschließlich einer Anzahl von Nicht-Joysticksensoren 70 an Bord des Baggers 20. Solche Nicht-Joysticksensoren 70 können Sensoren beinhalten, die in einem Hinderniserkennungssystem 72 enthalten sind, das in Ausführungsform in den Bagger 20 integriert sein kann. In dieser Hinsicht sind bestimmte Arbeitsfahrzeuge (einschließlich Bagger) jetzt üblicherweise mit relativ umfassenden (z. B. 360-Grad) Hinderniserkennungssystemen ausgestattet, die eine hochgenaue, umfassende Erkennung von Hindernissen in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs unter Verwendung von z. B. Lidar-, Radar- oder Ultraschallsensorarrays bereitstellen. Ein solches Hinderniserkennungssystem 72 kann auch Hindernisse in der Nähe des Baggers 20 durch visuelle Analyse oder Bildverarbeitung von Live-Kamera-Feeds erkennen, die von einer oder mehreren Kameras bereitgestellt werden, die in Ausführungsformen um den Bagger 20 positioniert sind. Diese Hinderniserkennungsdaten, wie sie vom Hinderniserkennungssystem 72 gesammelt werden, können dann auf einen Fahrzeugbus, wie etwa einen Controller Area Network (CAN) -Bus 84, platziert werden oder können anderweitig der Steuerungsarchitektur 50 zur Berücksichtigung in Ausführungsformen bereitgestellt werden, in denen der Bagger 20 mit einem solchen Hinderniserkennungssystem 72 und dem MRF-Joysticksystem 22 versucht, Joystick-Bewegungen zu verhindern, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Baggers erhöhen.
  • Die Nicht-Joystick-Sensoreingänge 70 des Baggers 20 können ferner eine beliebige Anzahl und Art von Sensoren zum Überwachen der Position, Ausrichtung und Bewegung des Baggerfahrgestells 28 und/oder zum Überwachen der Position und Bewegung der Baggerauslegerbaugruppe 24 enthalten. Unter erster Berücksichtigung des Baggerfahrgestells 28 kann die Position und Bewegung des Baggerfahrgestells 28 in Ausführungsformen überwacht werden, in denen das MRF-Joysticksystem 22 Joystick-Bewegungen verhindern möchte, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision oder Instabilität des Baggers erhöhen. Sensorsysteme, die zum Überwachen der Position und Bewegung des Baggerfahrgestells 28 geeignet sind, beinhalten GPS-Module, Sensoren, aus denen die Drehrate der Fahrwerksketten berechnet werden kann, elektronische Kompasse und MEMS-Vorrichtungen, wie etwa Beschleunigungsmesser und Gyroskope, die als eine oder mehrere IMUs verpackt sein können. Gleichermaßen kann die Ausrichtung des Baggerfahrgestells 28 relativ zur Schwerkraft (oder einer anderen Referenzrichtung) unter Verwendung von einer oder mehreren MEMS-Vorrichtungen oder Neigungssensoren (Neigungsmessern), die in Ausführungsformen an dem Fahrgestell 28 befestigt sind, überwacht werden. Die lokale Neigung oder Topologie des Geländes unter dem Bagger 20 kann auch unter Verwendung von Kartendaten (wie nachstehend beschrieben) oder Sensoren (z. B. laserbasierten Sensoren) zum Messen der lokalen Bodenneigung gemessen oder geschätzt werden.
  • Die Nicht-Joystick-Eingangssensoren 74 können ferner eine beliebige Anzahl und Art von Auslegerbaugruppen-Verfolgungssensoren enthalten, die zum Verfolgen der Position und Bewegung der Baggerauslegerbaugruppe 24 geeignet sind. Solche Sensoren können in Ausführungsformen drehende oder lineare variable Wegaufnehmer beinhalten, die in die Baggerauslegerbaugruppe 24 integriert sind. Beispielsweise können in einer möglichen Implementierung Drehpositionssensoren in die Drehgelenke der Auslegerbaugruppe 24 integriert sein; und die von den Drehpositionssensoren erfassten Winkelverschiebungsmesswerte können in Verbindung mit bekannten Abmessungen der Auslegerbaugruppe 24 (wie aus dem Speicher 48 abgerufen) verwendet werden, um die Stellung und Position der Auslegerbaugruppe 24 (einschließlich der Schaufel 26) im dreidimensionalen Raum zu verfolgen. In anderen Fällen kann das Aus- und Einfahren der Hydraulikzylinder 38, 40, 42 gemessen (z. B. unter Verwendung linearer variabler Wegaufnehmer) und verwendet werden, um die aktuelle Stellung und Position der Baggerauslegerbaugruppe 24 zu berechnen. Zusätzlich zu oder anstelle der vorgenannten Sensormesswerte können auch andere Sensoreingaben von der Steuerungsarchitektur 50 berücksichtigt werden, wie etwa trägheitsbasierte Sensormesswerte (wie sie von IMUs erfasst werden, die in die Auslegerbaugruppe 24 integriert sind) und/oder Sichtsystemverfolgung des Aushubanbaugeräts, um nur einige Beispiele aufzuführen.
  • Ein oder mehrere Lastmesssensoren 76, wie etwa gewichts- oder belastungsbasierte Sensoren, können ferner in den Nicht-Joystick-Sensoreingaben 70 in zumindest einigen Implementierungen des MRF-Joysticksystems 22 des Arbeitsfahrzeugs enthalten sein. In Ausführungsformen können solche Lastmesssensoren 76 verwendet werden, um die Last, die von der Schaufel 26 getragen wird (im Allgemeinen ein „Lastbewegungsanbaugerät“), zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Baggerbetriebs direkt zu messen. Die Lastmesssensoren 76 können auch andere Parameter messen (z. B. einen oder mehrere Hydraulikdrücke innerhalb des EH-Betätigungssystems 44), die die Last angeben, die von der Auslegerbaugruppe 24 in Ausführungsformen getragen wird. In anderen Realisierungen kann das MRF-Joysticksystem 22 in ein Arbeitsfahrzeug mit einer Ladefläche oder einem Tank zum Transportieren eines Materials, wie etwa der Ladefläche eines knickgelenkten Muldenkippers, integriert sein. In diesem letzteren Fall können die Lastmesssensoren 76 die Form von Nutzlastwägesensoren annehmen, die das Gewicht des Materials, das innerhalb der Ladefläche oder des Tanks des Arbeitsfahrzeugs getragen wird, zu einem beliebigen bestimmten Zeitpunkt wiegen oder schätzen können.
  • Ausführungsformen des MRF-Joysticksystems 22 können ferner eine beliebige Anzahl zusätzlicher Nicht-Joystick-Komponenten 78 beinhalten, wie etwa eine drahtlose Datenverbindung 80, eine Anzeigevorrichtung 82, die sich in der Baggerkabine 32 befindet, und verschiedene andere nicht dargestellte Komponenten des Typs, der üblicherweise in Arbeitsfahrzeugen enthalten ist. Die Datenverbindung 80 kann, wenn vorhanden, die Form eines drahtlosen (z. B. Hochfrequenz-) Transceivers annehmen, der verwendet wird, um drahtlose Daten zu empfangen, die sich auf den Standort und die Bewegung von Hindernissen in einer Arbeitsumgebung beziehen, in der der Bagger 20 arbeitet. Zu diesem Zweck können ein oder mehrere Arbeitsfahrzeuge, die in einem gemeinsamen Arbeitsbereich mit dem Bagger 20 arbeiten, wiederholt Verkehrsmeldungssignale übertragen, die Standort- und/oder Bewegungs- (Vektor-) Daten zu den benachbarten Arbeitsfahrzeugen enthalten, die von der Datenverbindung 80 empfangen und als Arbeitsfahrzeug-Verkehrsdaten an die Steuerungsarchitektur 50 weitergeleitet werden können. Die Steuerungsarchitektur 50 kann dann solche Arbeitsfahrzeug-Verkehrsdaten verwenden, um die benachbarten Arbeitsfahrzeuge zu verfolgen (wiederum von dem Begriff „Hindernisse“ umfasst) und um zu beurteilen, ob eine gegebene Joystick-Bewegung, wenn sie unvermindert fortgesetzt werden darf, zu einer potenziellen Kollision (oder Beinahe-Kollision) zwischen der Auslegerbaugruppe 24 und einem benachbarten Fahrzeug führt. Schließlich kann sich die Anzeigevorrichtung 82 innerhalb der Kabine 32 befinden und kann die Form einer beliebigen Bilderzeugungsvorrichtung annehmen, auf der visuelle Warnungen und andere Informationen visuell dargestellt werden können. Die Anzeigevorrichtung 82 kann auch eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) zum Empfangen von Bedienereingaben erzeugen oder andere Eingaben (z. B. Tasten oder Schalter) zum Empfangen von Bedienereingaben beinhalten, die für die Steuerungsarchitektur 50 relevant sein können, wenn die unten beschriebenen Prozesse durchgeführt werden.
  • Wie weiter schematisch in 1 abgebildet, ist die Steuerungsarchitektur 50 mit einem Speicher 48 verbunden und kann mit den verschiedenen veranschaulichten Komponenten über eine beliebige Anzahl von kabelgebundenen Datenverbindungen, drahtlosen Datenverbindungen oder eine beliebige Kombination davon kommunizieren; z. B. kann die Steuerungsarchitektur 50, wie allgemein veranschaulicht, Daten von verschiedenen Komponenten über ein zentralisiertes Fahrzeug oder einen CAN-Bus 84 empfangen. Der Begriff „Steuerungsarchitektur“, wie er hierin dargestellt, wird in einem nicht einschränkenden Sinne verwendet, um sich allgemein auf das Verarbeitungs-Teilsystem eines MRF-Joysticksystems für ein Arbeitsfahrzeug zu beziehen, wie etwa das beispielhafte MRF-Joysticksystem 22. Dementsprechend kann die Steuerungsarchitektur 50 eine beliebige praktische Anzahl von Prozessoren, individuellen Steuerungen, computerlesbaren Speichern, Stromversorgungen, Speichervorrichtungen, Schnittstellenkarten und anderen standardisierten Komponenten beinhalten oder damit verbunden sein. In vielen Fällen kann die Steuerungsarchitektur 50 eine lokale Steuerung beinhalten, die direkt der Joystick-Schnittstelle zugeordnet ist, und andere Steuerungen, die sich innerhalb der Bedienerstation befinden, die von der Kabine 32 umschlossen ist, wobei die lokale Steuerung bei Bedarf mit anderen Steuerungen an Bord des Baggers 20 kommuniziert. Die Steuerungsarchitektur 50 kann auch eine beliebige Anzahl von Firmware- und Softwareprogrammen oder computerlesbaren Anweisungen enthalten oder mit diesen interagieren, die zur Ausführung der verschiedenen hier beschriebenen Prozessaufgaben, Berechnungen und Steuerfunktionen dienen. Solche computerlesbaren Anweisungen können in einem nichtflüchtigen Sektor des Speichers 48 gespeichert sein, der der Steuerungsarchitektur 50 zugeordnet (für diese zugänglich) ist. Während allgemein in 1 als ein einziger Block veranschaulicht, kann der Speicher 48 eine beliebige Anzahl und Art von Speichermedien umfassen, die sich zur Speicherung eines computerlesbaren Codes oder von Anweisungen eignen, sowie andere Daten, die zur Unterstützung des Betriebs des MRF-Joysticksystems 22 verwendet werden. Der Speicher 48 kann in Ausführungsformen wie beispielsweise ein System-in-Package, ein System-on-a-Chip oder eine andere Art von mikroelektronischem Paket oder Modul in die Steuerungsarchitektur 50 integriert sein.
  • Unter ausführlicherer Erörterung der Joystick-Konfiguration oder des Layouts des Baggers 20 werden die Anzahl der Joystickvorrichtungen, die in dem MRF-Joysticksystem 22 enthalten sind, und die strukturellen Aspekte und die Funktion solcher Joysticks zwischen den Ausführungsformen variieren. Wie bereits erwähnt, obwohl nur eine einzige Joystickvorrichtung 52 schematisch in 1 gezeigt ist, wird das MRF-Joysticksystem 22 typischerweise zwei Joystickvorrichtungen 52, 54 aufweisen, die die Steuerung der Baggerauslegerbaugruppe unterstützen. Um diesen Punkt weiter zu veranschaulichen, bietet 2 eine perspektivische Ansicht vom Inneren der Baggerkabine 32 und stellt zwei MRF-Joystickvorrichtungen 52, 54 dar, die in geeigneter Weise in Ausführungsformen des MRF-Joysticksystems 22 enthalten sind. Wie ersichtlich, sind die MRF-Joystickvorrichtungen 52, 54 auf gegenüberliegenden Seiten eines Bedienersitzes 86 so positioniert, dass ein Bediener unter Verwendung beider Hände gleichzeitig sowohl die linke MRF-Joystickvorrichtung 52 als auch die rechte Joystickvorrichtung 54 mit relativer Leichtigkeit manipulieren kann. Unter Beibehaltung der Bezugszeichen, die oben in Verbindung mit 1 eingeführt wurden, beinhaltet jede Joystickvorrichtung 52, 54 einen Joystick 60, der an einer unteren Stützstruktur oder einem Basisgehäuse 62 zur Drehung relativ zum Basisgehäuse 62 um zwei senkrechte Achsen montiert ist. Die Joystickvorrichtungen 52, 54 beinhalten zudem jeweils eine flexible Abdeckung oder eine Muffe 88, die zwischen einem unteren Abschnitt der Joysticks 60 und ihren jeweiligen Basisgehäusen 62 verbunden sind. Zusätzliche Joystickeingaben sind auch an jedem Joystick 60 in Form von mit dem Daumen erreichbare Tasten und möglicherweise als andere nicht dargestellte manuelle Eingaben (z. B. Tasten, Drehregler und/oder Schalter), die an den Basisgehäusen 62 bereitgestellt sind, vorgesehen. Weitere bemerkenswerte Merkmale des Baggers 20 sind in 2 gezeigt und beinhalten die zuvor erwähnte Anzeigevorrichtung 82 und Pedal-/Steuerhebelmechanismen 90, 92 zum Steuern der jeweiligen Bewegung der rechten und linken Kette des Raupenfahrwerks 30.
  • Verschiedene Steuerschemata können verwendet werden, um die Bewegung der Joysticks 60, die in den Joystickvorrichtungen 52, 54 enthalten sind, in eine entsprechende Bewegung der Baggerauslegerbaugruppe 24 umzusetzen. In vielen Fällen unterstützt der Bagger 20 die Steuerung der Auslegerbaugruppe entweder in (und ermöglicht oft das Umschalten zwischen) einer „Baggersteuerung“ oder „SAE-Steuerung“ und einem „International Standard Organization“ oder „ISO“-Steuerungsmuster. Im Falle des Baggersteuerungsmusters schwenkt eine Bewegung des linken Joysticks 60 nach links vom Bediener (Pfeil 94) die Baggerauslegerbaugruppe 24 nach links (entsprechend einer Drehung des Fahrgestells 28 gegen den Uhrzeigersinn relativ zum Raupenfahrwerk 30), eine Bewegung des linken Joysticks 60 nach rechts vom Bediener (Pfeil 96) schwenkt die Auslegerbaugruppe 24 nach rechts (entsprechend einer Drehung des Fahrgestells 28 im Uhrzeigersinn relativ zum Raupenfahrwerk 30), eine Bewegung des linken Joysticks 60 in eine Vorwärtsrichtung (Pfeil 98) senkt den Hubausleger 34 und eine Bewegung des linken Joysticks 60 nach hinten oder in eine Rückwärtsrichtung (Pfeil 100) hebt den Hubausleger 34 an. Auch im Falle des Baggersteuerungsmusters rollt eine Bewegung des rechten Joysticks 60 nach links (Pfeil 102) die Schaufel 26 nach innen ein, eine Bewegung des rechten Joysticks 60 nach rechts (Pfeil 104) entrollt oder „öffnet“ die Schaufel 26, eine Bewegung des rechten Joysticks 60 in Vorwärtsrichtung (Pfeil 106) dreht den Löffelstiel 36 nach außen und eine Bewegung des rechten Joysticks 60 in Rückwärtsrichtung (Pfeil 108) dreht den Löffelstiel 36 nach innen. Im Falle eines ISO-Steuermusters sind die Joystick-Bewegungen für die Schwenkbefehle und die Schaufel-Einroll-Befehle im Vergleich dazu unverändert, während die Joystick-Zuordnungen des Hubauslegers und des Löffelstiels umgekehrt sind. Somit steuert in dem ISO-Steuermuster die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des linken Joysticks 60 die Drehung des Löffelstiels in der zuvor beschriebenen Weise, während die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des rechten Joysticks 60 die Bewegung (Anheben und Absenken) des Hubauslegers 34 in der vorstehend beschriebenen Weise steuert.
  • Unter Bezugnahme nun auf die 3 und 4 ist eine beispielhafte Konstruktion der MRF-Joystickvorrichtung 52 und des MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 durch zwei vereinfachte Querschnittsschemata dargestellt. Wenngleich diese Zeichnungsfiguren eine einzelne MRF-Joystickvorrichtung (d. h. die MRF-Joystickvorrichtung 52) veranschaulichen, gilt die folgende Beschreibung gleichermaßen für die andere MRF-Joystickvorrichtung 54, die in dem beispielhaften MRF-Joysticksystem 22 enthalten ist. Die folgende Beschreibung wird nur als nicht einschränkendes Beispiel bereitgestellt, wobei darauf hingewiesen wird, dass zahlreiche unterschiedliche Joystickdesigns, die MRF-Joystick-Widerstandsmechanismen beinhalten oder funktionell mit diesen zusammenwirken, möglich sind. Auch die besondere Zusammensetzung des magnetorheologischen Fluids ist für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weitgehend unbedeutend, vorausgesetzt, dass signifikante Schwankungen der rheologischen Eigenschaften (Viskosität) des magnetorheologischen Fluids in Verbindung mit kontrollierten Schwankungen der EM-Feldstärke auftreten, wie nachstehend beschrieben. Der Vollständigkeit halber wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine magnetorheologische Fluidzusammensetzung, die für die Verwendung in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gut geeignet ist, magnetisch permeable (z. B. Carbonyl-Eisen) Partikel enthält, die in einem Trägerfluid dispergiert sind, das vorwiegend aus einem Öl oder einem Alkohol (z. B. Glykol) nach Gewicht zusammengesetzt ist. Solche magnetisch permeablen Partikel können einen durchschnittlichen Durchmesser (oder eine andere maximale Querschnittsabmessung, wenn die Partikel eine nichtsphärische (z. B. längliche) Form besitzen) im Mikrometerbereich aufweisen; z. B. werden in einer Ausführungsform sphärische magnetisch permeable Partikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen einem und zehn Mikrometern verwendet. Verschiedene andere Additive, wie etwa Dispergiermittel oder Verdünnungsmittel, können ebenfalls in dem magnetorheologischen Fluid enthalten sein, um dessen Eigenschaften fein abzustimmen.
  • Unter Bezugnahme nun auf die beispielhafte Joystick-Konstruktion, die in den 3 und 4 gezeigt ist und wiederum nach Bedarf unter Beibehaltung der zuvor eingeführten Bezugszeichen, beinhaltet die MRF-Joystickvorrichtung 52 einen Joystick 60 mit mindestens zwei unterschiedlichen Abschnitten oder Strukturbereichen: einen oberen Griff 110 (von denen nur ein vereinfachter, unterer Abschnitt in den Zeichnungsfiguren gezeigt ist) und einen unteren, im Allgemeinen sphärischen Basisabschnitt 112 (im Folgenden die „allgemein kugelförmige Basis 112“). Die allgemein kugelförmige Basis 112 des Joysticks 60 ist zwischen zwei Wänden 114, 116 des Basisgehäuses 62 eingefangen, die sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken können, um einen oberen Abschnitt des Basisgehäuses 62 zu bilden. Vertikal ausgerichtete zentrale Öffnungen sind durch die Gehäusewände 114, 116 bereitgestellt, wobei die jeweiligen Durchmesser der zentralen Öffnungen so ausgelegt sind, dass sie kleiner als der Durchmesser der allgemein kugelförmigen Basis 112 sind. Der Abstand oder vertikale Versatz zwischen den Wänden 114, 116 ist ferner so ausgewählt, dass der Großteil der allgemein kugelförmigen Basis 112 zwischen den vertikal beabstandeten Gehäusewänden 114, 116 erfasst wird, um eine Kugelgelenkverbindung zu bilden. Dies ermöglicht die Drehung des Joysticks 60 relativ zum Basisgehäuse 62 um zwei senkrechte Achsen, die der X- und Y-Achse einer Koordinatenlegende 118 entsprechen, die in den 3 und 4 gezeigt ist; während im Allgemeinen eine Translationsbewegung des Joysticks 60 entlang der X-, Y- und Z-Achse der Koordinatenlegende 118 verhindert wird. In weiteren Ausführungsformen können verschiedene andere mechanische Anordnungen verwendet werden, um einen Joystick an einem Basisgehäuse zu montieren, während eine Drehung des Joysticks um zwei senkrechte Achsen ermöglicht wird, wie etwa eine Kardananordnung. In weniger komplexen Ausführungsformen kann ein Dreh- oder Stiftgelenk bereitgestellt werden, um die Drehung des Joysticks 60 relativ zum Basisgehäuse 62 um eine einzelne Achse zu ermöglichen.
  • Der Joystick 60 der MRF-Joystickvorrichtung 52 beinhaltet ferner einen Stachel oder untere Joystickverlängerung 120, die von der allgemein kugelförmigen Basis 112 in einer Richtung entgegengesetzt zum Joystickgriff 110 vorsteht. Die untere Joystickverlängerung 120 ist mit einem statischen Befestigungspunkt des Basisgehäuses 62 durch eine einzelne Rückstellfeder 124 in dem veranschaulichten Schema gekoppelt; hier ist anzumerken, dass eine solche Anordnung zur Veranschaulichung vereinfacht ist und komplexere Federrückstellanordnungen (oder andere Joystick-Vorspannmechanismen, falls vorhanden) typischerweise in tatsächlichen Ausführungsformen der MRF-Joystickvorrichtung 52 verwendet werden. Wenn der Joystick 60 aus der in 3 gezeigten neutralen oder Grundstellung verschoben wird, biegt sich die Rückstellfeder 124 ab, wie in 4 gezeigt, um die Rückkehr des Joysticks 60 in die Grundstellung (3) zu veranlassen. Folglich kehrt beispielsweise nach Drehung in die in 4 gezeigte Position, der Joystick 60 in die in 3 gezeigte neutrale oder Grundstellung unter dem Einfluss der Rückstellfeder 124 zurück, sollte der Bediener des Arbeitsfahrzeugs anschließend den Joystickgriff 110 loslassen.
  • Der beispielhafte MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 beinhaltet einen ersten und zweiten MRF-Zylinder 126, 128, die in den 3 bzw. 4 gezeigt sind. Der erste MRF-Zylinder 126 (3) ist mechanisch zwischen der unteren Joystickverlängerung 120 und einem teilweise gezeigten statischen Befestigungspunkt oder Infrastrukturmerkmal 130 des Basisgehäuses 62 verbunden. In ähnlicher Weise ist der zweite MRF-Zylinder 128 (4) mechanisch zwischen der unteren Joystickverlängerung 120 und einem statischen Befestigungspunkt 132 des Basisgehäuses 62 verbunden, wobei der MRF-Zylinder 128 relativ zum MRF-Zylinder 126 um ungefähr 90 Grad um die Z-Achse der Koordinatenlegende 118 gedreht ist. Aufgrund dieses strukturellen Aufbaus ist der MRF-Zylinder 126 (3) steuerbar, um einer Drehung des Joysticks 60 um die X-Achse der Koordinatenlegende 118 selektiv zu widerstehen, während der MRF-Zylinder 128 (4) steuerbar ist, um einer Drehung des Joysticks 60 um die Y-Achse der Koordinatenlegende 118 selektiv zu widerstehen. Zusätzlich können beide MRF-Zylinder 126, 128 gemeinsam gesteuert werden, um einer Drehung des Joysticks 60 um eine beliebige Achse, die zwischen die X- und Y-Achse fällt und sich innerhalb der X-Y-Ebene erstreckt, selektiv zu widerstehen. In anderen Ausführungsformen kann eine andere MRF-Zylinderkonfiguration verwendet werden und eine größere oder kleinere Anzahl von MRF-Zylindern beinhalten; z. B. kann in Implementierungen, in denen es wünschenswert ist, einer Drehung des Joysticks 60 nur um die X-Achse oder nur um die Y-Achse selektiv zu widerstehen, oder in Implementierungen, in denen der Joystick 60 nur um eine einzelne Achse drehbar ist, ein einzelner MRF-Zylinder oder ein Paar entgegenwirkender Zylinder verwendet werden. Schließlich kann, obwohl in den vereinfachten Schemata nicht gezeigt, in weiteren Implementierungen eine beliebige Anzahl zusätzlicher Komponenten in den MRF-Zylindern 126, 128 enthalten oder diesen zugeordnet sein. Solche zusätzlichen Komponenten können Sensoren zum Überwachen des Hubs der Zylinder 126, 128 beinhalten, wenn dies wünschenswerterweise bekannt ist, z. B. die Joystickposition anstelle der unten beschriebenen Joystick-Sensoren 182, 184 zu verfolgen.
  • Die MRF-Zylinder 126, 128 beinhalten jeweils einen Zylinderkörper 134, an dem ein Kolben 138, 140 verschiebbar angebracht ist. Jeder Zylinderkörper 134 enthält einen zylindrischen Hohlraum oder eine zylindrische Bohrung 136, in der ein Kopf 138 eines der Kolben 138, 140 für eine Translationsbewegung entlang der Längsachse oder Mittellinie des Zylinderkörpers 134 angebracht ist. Um seinen Außenumfang ist jeder Kolbenkopf 138 mit einer oder mehreren dynamischen Dichtungen (z. B. O-Ringen) ausgestattet, um abdichtend mit den Innenflächen des Zylinderkörpers 134 in Eingriff zu treten, wodurch die Bohrung 136 in zwei entgegenwirkende Hydraulikkammern mit variablem Volumen unterteilt wird. Die Kolben 138, 140 weisen ferner jeweils eine längliche Kolbenstange 140 auf, die vom Kolbenkopf 138 in Richtung der unteren Joystickverlängerung 120 des Joysticks 60 vorsteht. Die Kolbenstange 140 erstreckt sich durch eine Endkappe 142, die über dem offenen Ende des Zylinderkörpers 134 befestigt ist (das wiederum mit einer beliebigen Anzahl von Dichtungen in Eingriff stehend), um an einem Joystick-Befestigungspunkt 144 an der unteren Joystickverlängerung 120 befestigt zu werden. Im veranschaulichten Beispiel nehmen die Joystick-Befestigungspunkte 144 die Form von Stift- oder Drehgelenken an; in anderen Ausführungsformen können jedoch komplexere Gelenke (z. B. Kugelgelenke) verwendet werden, um diese mechanische Kopplung zu bilden. Gegenüber den Joystick-Befestigungspunkten 144 sind das gegenüberliegende Ende der MRF-Zylinder 126, 128 über Kugelgelenke 145 an den jeweiligen statischen Befestigungspunkten 130, 132 angebracht. Schließlich sind in den gegenüberliegenden Endabschnitten jedes MRF-Zylinders 126, 128 ferner Hydraulikanschlüsse 146, 148 vorgesehen, um das Einströmen und Ausströmen von magnetorheologischem Fluid in Verbindung mit einer Translationsbewegung oder einem Hub der Kolben 138, 140 entlang der jeweiligen Längsachsen der MRF-Zylinder 126, 128 zu ermöglichen.
  • Die MRF-Zylinder 126, 128 sind jeweils über Strömungsleitungsverbindungen 178, 180 fluidisch mit entsprechenden MRF-Ventilen 150, 152 verbunden. Wie bei den MRF-Zylindern 126, 128 sind die MRF-Ventile 150, 152 im veranschaulichten Beispiel identisch dargestellt, können jedoch in weiteren Implementierungen variieren. Obwohl durch gemeinsame Terminologie als „Ventile“ bezeichnet (insbesondere wenn man bedenkt, dass die MRF-Ventile 150, 152 dazu dienen, den magnetorheologischen Fluidstrom zu steuern), wird beobachtet, dass den MRF-Ventilen 150, 152 Ventilelemente und andere bewegliche mechanische Teile im vorliegenden Beispiel fehlen. Als vorteilhafte Folge stellen die MRF-Ventile 150, 152 einen ausfallsicheren Betrieb bereit, indem im unwahrscheinlichen Fall eines Ausfalls des MRF-Ventils ein magnetorheologischer Fluidfluss durch die MRF-Ventile 150, 152 mit relativ geringem Widerstand noch zulässig ist. Folglich kann, falls eines oder beide der MRF-Ventile 150, 152 aus irgendeinem Grund ausfallen, die Fähigkeit des MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56, Widerstandskräfte aufzubringen, die die Joystick-Bewegung einschränken oder verhindern, beeinträchtigt werden; der Joystick 60 bleibt jedoch frei um die X- und Y-Achse auf eine Weise drehbar, die einem herkömmlichen, Nicht-MRF-Joysticksystem ähnlich ist, und die MRF-Joystickvorrichtung 52 kann die Baggerauslegerbaugruppe 24 weiterhin wie üblich steuern.
  • In der dargestellten Ausführungsform beinhalten die MRF-Ventile 150, 152 jeweils ein Ventilgehäuse 154, das Endkappen 156 enthält, die über gegenüberliegenden Enden eines länglichen Zylinderkerns 158 befestigt sind. Ein im Allgemeinen ringförmiger oder rohrförmiger Strömungskanal 160 erstreckt sich um den Zylinderkern 158 und zwischen zwei Fluidanschlüssen 162, 164, die durch die gegenüberliegenden Endkappen 156 bereitgestellt sind. Der ringförmige Strömungskanal 160 ist von einer Anzahl von EM-Induktionsspulen 166 (im Folgenden „EM-Spulen 166“) umgeben (erstreckt sich dadurch), die um paramagnetische Halter 168 gewickelt sind und mit einer Anzahl von Ferritringen 170 mit axialem oder longitudinalem Abstand durchsetzt sind. Eine rohrförmige Abdeckung 172 umgibt diese Baugruppe, während eine Anzahl von Leitungen durch die Abdeckung 172 bereitgestellt ist, um die elektrische Verbindung mit den untergebrachten EM-Spulen 166 zu erleichtern. Zwei derartige Leitungen und die entsprechenden elektrischen Verbindungen zu einer Stromversorgungs- und Steuerquelle 177 sind in den 3 und 4 durch die Linien 174, 176 schematisch dargestellt. Wie durch Pfeile 179 angezeigt, ist die Steuerungsarchitektur 50 betriebsfähig mit der Stromversorgungs- und Steuerungsquelle 177 gekoppelt, um es der Steuerungsarchitektur 50 zu ermöglichen, die Quelle 177 zu steuern, um den Strom, der den EM-Spulen 166 zugeführt wird, oder die Spannung, die über diese angelegt wird, während des Betriebs des MRF-Joysticksystems 22 zu variieren. Diese strukturelle Anordnung ermöglicht es somit der Steuerungsarchitektur 50, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 anzuweisen oder zu steuern, um die Stärke eines von den EM-Spulen 166 erzeugten EM-Feldes zu variieren. Der ringförmige Strömungskanal 160 erstreckt sich durch die EM-Spulen 166 (und kann im Wesentlichen koaxial dazu sein), so dass das magnetorheologische Fluid durch die Mitte des EM-Feldes verläuft, wenn das magnetorheologische Fluid durch die MRF-Ventile 150, 152 geleitet wird.
  • Die Fluidanschlüsse 162, 164 der MRF-Ventile 150, 152 sind fluidisch mit den Anschlüssen 146, 148 der entsprechenden MRF-Zylinder 126, 128 durch die oben genannten Leitungen 178, 180 verbunden. Bei den Leitungen 178, 180 kann es sich beispielsweise um Längen von flexiblen Schläuchen handeln, die ausreichend Spiel aufweisen, um jegliche Bewegung der MRF-Zylinder 126, 128 zu berücksichtigen, die in Verbindung mit einer Drehung des Joysticks 60 auftritt. Zu betrachten ist in dieser Hinsicht das beispielhafte Szenario von 4. In diesem Beispiel hat ein Bediener den Joystick-Griff 110 so in eine Bedienereingaberichtung (angegeben durch den Pfeil 185) bewegt, dass sich der Joystick 60 um die Y-Achse der Koordinatenlegende 118 im Uhrzeigersinn dreht. In Kombination mit dieser Joystick-Bewegung dreht sich der MRF-Zylinder 128 um das Kugelgelenk 145, um sich leicht nach oben zu neigen, wie gezeigt. Außerdem zieht sich zusammen mit dieser von Bediener gesteuerten Joystick-Bewegung der Kolben 138, 140, der in dem MRF-Zylinder 128 enthalten ist, derart zurück, dass sich der Kolbenkopf 138 in 4 nach links bewegt (in Richtung des Befestigungspunkts 132). Die Translationsbewegung des Kolbens 138, 140 zwingt den magnetorheologischen Fluidstrom durch das MRF-Ventil 152, um die volumetrische Abnahme der Kammer auf der linken Seite des Kolbenkopfs 138 und die entsprechende volumetrische Zunahme der Kammer auf der rechten Seite des Kolbenkopfs 138 aufzunehmen. Folglich kann die Steuerungsarchitektur 50 an einem beliebigen Punkt während einer solchen vom Bediener gesteuerten Joystick-Drehung den Strom, der den EM-Spulen 166 zugeführt wird, oder die Spannung über diesen variieren, um den kraftbeständigen magnetorheologischen Fluidstrom durch das MRF-Ventil 152 zu variieren und dadurch eine gewünschte MRF-Widerstandskraft zu erreichen, die einem weiteren Hub des Kolbens 138, 140 widersteht.
  • Angesichts der Reaktionsfähigkeit des MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 kann die Steuerungsarchitektur 50 den Widerstandsmechanismus 56 steuern, um eine solche MRF-Widerstandskraft nur kurz anzuwenden, die Stärke der MRF-Widerstandskraft auf eine vordefinierte Weise (z. B. graduell oder stufenweise) mit zunehmender Kolbenverschiebung zu erhöhen oder verschiedene andere Widerstandseffekte (z. B. eine taktile Arretierung oder pulsierende Wirkung) bereitzustellen, wie nachstehend ausführlich erörtert. Die Steuerungsarchitektur 50 kann ebenfalls den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 steuern, um selektiv solche Widerstandseffekte bereitzustellen, wie der Kolben 138, 140, der in dem MRF-Ventil 150 enthalten ist, in Verbindung mit einer Drehung des Joysticks 60 um die X-Achse der Koordinatenlegende 118 einen Hub ausführt. Darüber hinaus können die MRF-Joystick-Widerstandsmechanismen 56 in der Lage sein, die von den EM-Spulen 166 innerhalb der MRF-Ventile 150, 152 erzeugte EM-Feldstärke unabhängig zu variieren, um eine unabhängige Steuerung der MRF-Widerstandskräfte zu ermöglichen, die eine Joystick-Drehung um die X- und Y-Achse der Koordinatenlegende 118 verhindern.
  • Die MRF-Joystickvorrichtung 52 kann ferner einen oder mehrere Joystick-Positionssensoren 182, 184 (z. B. optische oder nicht-optische Sensoren oder Transformatoren) zum Überwachen der Position oder Bewegung des Joysticks 60 relativ zum Basisgehäuse 62 enthalten. Im veranschaulichten Beispiel beinhaltet die MRF-Joystickvorrichtung 52 insbesondere einen ersten Joystick-Positionssensor 182 (3) zum Überwachen der Drehung des Joysticks 60 um die X-Achse der Koordinatenlegende 118 und eines zweiten Joystick-Positionssensors 184 (4) zum Überwachen der Drehung des Joysticks 60 um die Y-Achse der Koordinatenlegende 118. Die Datenverbindungen zwischen den Joystick-Positionssensoren 182, 184 und der Steuerungsarchitektur 50 werden jeweils durch Linien 186, 188 dargestellt. In weiteren Implementierungen kann die MRF-Joystickvorrichtung 52 verschiedene andere nicht dargestellte Komponenten beinhalten, ebenso wie der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56. Solche Komponenten können Bedienereingaben und entsprechende elektrische Verbindungen beinhalten, die an dem Joystick 60 oder dem Basisgehäuse 62 bereitgestellt sind, AFF-Motoren und Druck- und/oder Durchflussratensensoren, die gegebenenfalls in dem Durchflusskreis des MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 enthalten sind, um einer bestimmten Anwendung oder Verwendung am besten zu entsprechen.
  • Wie zuvor betont, wird die oben beschriebene Ausführungsform der MRF-Joystickvorrichtung 52 nur als nicht einschränkendes Beispiel bereitgestellt. In alternativen Implementierungen kann sich die Konstruktion des Joysticks 60 in verschiedener Hinsicht unterscheiden. Auch kann sich der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 in weiteren Ausführungsformen in Bezug auf das in 3 und 4 gezeigte Beispiel unterscheiden, vorausgesetzt, dass der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 durch die Steuerungsarchitektur 50 steuerbar ist, um selektiv eine Widerstandskraft (durch Änderungen in der Rheologie eines magnetorheologischen Fluids) aufzubringen, die eine Bewegung eines Joysticks relativ zu einem Basisgehäuse in mindestens einem FG verhindert. In weiteren Realisierungen können EM-Induktionsspulen ähnlich oder identisch mit den EM-Spulen 166 direkt in die MRF-Zylinder 126, 128 integriert sein, um den gewünschten steuerbaren MRF-Widerstandseffekt bereitzustellen. In solchen Realisierungen kann ein magnetorheologischer Fluidstrom zwischen den Kammern mit variablem Volumen innerhalb eines gegebenen MRF-Zylinders 126, 128 über das Bereitstellen einer oder mehrerer Öffnungen durch den Kolbenkopf 138, durch Bereitstellen eines Rings oder eines leichten Ringspalts um den Kolbenkopf 138 und die Innenflächen des Zylinderkörpers 134 oder durch Bereitstellen von Strömungskanälen durch den Zylinderkörper 134 oder die Hülse selbst ermöglicht werden. Vorteilhafterweise kann eine solche Konfiguration dem MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus ein relativ kompaktes, integriertes Design verleihen. Vergleichend kann die Verwendung eines oder mehrerer externer MRF-Ventile, wie etwa der MRF-Ventile 150, 152 (3 und 4), eine kostengünstige Herstellung erleichtern und zumindest in einigen Fällen die Verwendung handelsüblicher modularer Komponenten ermöglichen.
  • In noch weiteren Implementierungen kann das Design der MRF-Joystickvorrichtung dem magnetorheologischen Fluid ermöglichen, einen unteren Abschnitt des Joysticks 60 selbst, wie etwa die kugelförmige Basis 112 im Fall des Joysticks 60, mit EM-Spulen, die um den unteren Abschnitt des Joysticks herum angeordnet sind und den Körper des magnetologischen Fluids umgeben, zu umhüllen und direkt darauf einzuwirken. In solchen Ausführungsformen kann die kugelförmige Basis 112 mit Rippen, Nuten oder ähnlichen topologischen Merkmalen versehen sein, um die Verschiebung des magnetorheologischen Fluids in Verbindung mit der Joystick-Drehung zu fördern, wobei die Erregung der EM-Spulen die Viskosität des magnetorheologischen Fluids erhöht, um den Fluidfluss durch eingeschränkte Strömungskanäle, die um die kugelförmige Basis 112 bereitgestellt sind, oder möglicherweise aufgrund von Umführen des magnetorheologischen Fluids in Verbindung mit der Joystick-Drehung zu behindern. Verschiedene andere Designs sind in weiteren Ausführungsformen des MRF-Joysticksystems 22 ebenfalls möglich.
  • Unabhängig von der besonderen Konstruktion des MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 bietet die Verwendung der MRF-Technologie zum selektiven Erzeugen einer variablen MRF-Widerstandskraft, die problematische Joystick-Bewegungen hemmt (widersteht oder verhindert), mehrere Vorteile. Als primärer Vorteil sind der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 (und der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus im Allgemeinen) sehr reaktionsfähig und können gewünschte Änderungen in der EM-Feldstärke, in der Rheologie des magnetorheologischen Fluids und letztendlich in der MRF-Widerstandskraft bewirken, die Joystick-Bewegungen in stark verkürzten Zeiträumen hemmt; z. B. Zeiträume in der Größenordnung von 1 ms in bestimmten Fällen. Entsprechend kann der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 ermöglichen, dass die MRF-Widerstandskraft mit einer gleichen Schnelligkeit entfernt (oder zumindest stark reduziert) wird, indem der Stromfluss durch die EM-Spulen schnell reduziert wird und es ermöglicht wird, dass die Rheologie des magnetorheologischen Fluids (z. B. Fluidviskosität) in den normalen, unstimulierten Zustand zurückkehrt. Die Steuerungsarchitektur 50 kann ferner den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 steuern, um die MRF-Widerstandskraft so zu erzeugen, um einen kontinuierlichen Bereich von Stärken oder Intensitäten innerhalb von Grenzen durch entsprechende Änderungen der Stärke des unter Verwendung der EM-Spulen 166 erzeugten EM-Feldes aufzuweisen. Vorteilhafterweise kann der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 einen zuverlässigen, im Wesentlichen geräuschlosen Betrieb über lange Zeiträume bereitstellen. Zusätzlich kann das magnetorheologische Fluid so formuliert werden, dass es nicht-toxischer Natur ist, wie etwa wenn das magnetorheologische Fluid Partikel auf Carbonyl-Eisenbasis enthält, die in einem Trägerfluid auf Alkoholbasis oder Ölbasis dispergiert sind, wie zuvor beschrieben. Schließlich ermöglicht die oben beschriebene Konfiguration des MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 als noch weiterer Vorteil dem MRF-Joysticksystem 22, selektiv eine erste Widerstandskraft zu erzeugen, die eine Joystick-Drehung um eine erste Achse (z. B. die X-Achse der Koordinatenlegende 118 in den 3 und 4) verhindert, während ferner selektiv eine zweite Widerstandskraft erzeugt wird, die eine Joystick-Drehung um eine zweite Achse (z. B. die Y-Achse der Koordinatenlegende 118) unabhängig von der ersten Widerstandskraft verhindert; das heißt, dass die ersten und zweiten Widerstandskräfte auf Wunsch unterschiedliche Größen aufweisen.
  • Als nächstes zu einer Erörterung von 5 wird ein beispielhafter Masterprozess 190 gezeigt, der in geeigneter Weise durch die Steuerungsarchitektur 50 ausgeführt wird, um die Wahrscheinlichkeit einer Fehlpositionierung des Baggers (oder eines anderen Arbeitsfahrzeugs) zu reduzieren. Der Masterprozess 190 (nachfolgend der „selektive MRF-Joystick-Bewegungseinschränkungsprozess 190“) beinhaltet eine Anzahl von PROZESSSCHRITTEN 192, 194, 196, 198, 200, 202, 204, 206, von denen jeder wiederum nachfolgend beschrieben wird. Abhängig von der besonderen Art und Weise, in der der selektive MRF-Joystick-Bewegungseinschränkungsprozess 190 implementiert wird, kann jeder der in 5 allgemein dargestellten Schritte einen einzelnen Prozess oder mehrere Unterprozesse beinhalten. Ferner sind die in 5 dargestellten und nachstehend beschriebenen Schritte nur als nicht einschränkendes Beispiel bereitgestellt. In alternativen Ausführungsformen des selektiven MRF-Joystick-Bewegungseinschränkungsprozesses 190 können zusätzliche Prozessschritte durchgeführt werden, bestimmte Schritte können weggelassen und/oder die veranschaulichten Prozessschritte können in alternativen Sequenzen durchgeführt werden.
  • Der selektive MRF-Joystick-Bewegungsbegrenzungsprozess 190 beginnt bei SCHRITT 192 als Reaktion auf das Auftreten eines vorbestimmten Auslöseereignisses. Das Auslöseereignis kann das Starten eines Arbeitsfahrzeugs (z. B. des Baggers 20 aus den 1 und 2) oder stattdessen die Eingabe einer Bedienereingabe sein, die spezifisch die intelligente MRF-Joystick-Bewegungswiderstandsfunktion aktiviert; z. B. kann ein Bediener in einer Ausführungsform mit einer GUI interagieren, die auf der Anzeigevorrichtung 82 erzeugt wird, um diese Funktion als eine vom Benutzer auswählbare Option zu aktivieren. In anderen Fällen kann der Masterprozess 190 beginnen, wenn die Steuerungsarchitektur 50 die Aktivierung oder Verwendung einer joystickgesteuerten Arbeitsfahrzeugfunktion erkennt, die anfällig für eine Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs ist. Beispielsweise kann der Bagger 20 im Falle des beispielhaften Baggers 20 (1) das Auslöseereignis, das den Masterprozess 190 initiiert, die Verwendung der MRF-Joystickvorrichtungen 52, 54 sein (1-4), um die Bewegung der Baggerauslegerbaugruppe 24 zu steuern; z. B. kann der Masterprozess 190 nach einem definierten Zeitraum (z. B. ein paar Sekunden) einer kontinuierlichen Auslegerbaugruppenbewegung beginnen. In noch anderen Fällen kann die Steuerungsarchitektur 50 ein anderes Auslöseereignis überwachen, das den Masterprozess 190 einleitet, wie etwa Anbringen eines bestimmten Typs von Werkzeug oder Arbeitsgerät an dem Arbeitsfahrzeug; z. B. kann der Masterprozess 190 im Fall des Baggers 20 eingeleitet werden, wenn ein Lastbewegungsgerät, wie etwa eine Schaufel oder ein Greifer, an dem Anschlussende der Auslegerbaugruppe 24 angebracht ist. Eine nicht erschöpfende Liste noch weiterer Auslöseereignisse, die potenziell verwendet werden, um den Masterprozess 190 in Ausführungsformen einzuleiten, beinhaltet das Fahren des Arbeitsfahrzeugs bei Geschwindigkeiten, die einen Geschwindigkeitsschwellenwert überschreiten, den Betrieb des Arbeitsfahrzeugs in einer hindernisdichten Arbeitsumgebung oder den Betrieb des Arbeitsfahrzeugs auf unebenem Gelände.
  • Nach Beginn des selektiven MRF-Joystick-Bewegungseinschränkungsprozesses 190 geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 194 über und sammelt Eingabedaten von einer oder mehreren Datenquellen an Bord des Arbeitsfahrzeugs. Tatsächlich sammelt die Steuerungsarchitektur 50 während SCHRITT 194 die Informationen, die zum Durchführen des restlichen Masterprozesses 190 verwendet werden. Die bestimmten Datenparameter, die die Steuerungsarchitektur 50 während SCHRITT 194 sammelt, variieren zwischen den Ausführungsformen, die zum Teil von der Art des betrachteten Arbeitsfahrzeugs, der Joystick-gesteuerten Funktion oder den betrachteten Funktionen und der Art der fraglichen Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs abhängen. Beispiele von Datenparametern, die während SCHRITT 194 des Masterprozesses 190 in Fällen gesammelt wurden, in denen das MRF-Joysticksystem 22 Joystick-Bewegungen behindert oder verhindert, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöhen, werden im Folgenden in Verbindung mit 6 dargestellt. In ähnlicher Weise werden Beispiele der Datenparameter, die während des SCHRITTS 194 in Ausführungsformen gesammelt wurden, in denen das MRF-Joystick-System 22 Joystick-Bewegungen behindert oder verhindert, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs erhöhen, nachstehend in Verbindung mit 7 beschrieben.
  • Übergehend zu SCHRITT 198 des selektiven MRF-Joystick-Bewegungseinschränkungsprozesses 190, empfängt die Steuerungsarchitektur 50 als nächstes Daten, die die aktuelle Joystick-Bewegung und Position der betrachteten MRF-Joystickvorrichtung(en) 50 angeben. Im Fall des beispielhaften Baggers 20 empfängt die Steuerungsarchitektur 50 Daten von den Joystick-Positionssensoren 182, 184, die in den MRF-Joystick-Vorrichtungen 52, 54 während SCHRITT 198 enthalten sind, die die Bewegung der jeweiligen Joysticks 60 betreffen, die in den Vorrichtungen 52, 54 enthalten sind. Die Steuerungsarchitektur 50 verwendet dann diese Daten, um zu bestimmen, ob eine betriebssignifikante Bewegung von einem oder mehreren Joysticks aufgetreten ist, wobei Joystickjitter oder andere unbeabsichtigte Joystick-Bewegungen, die möglicherweise in Umgebungen mit hohen Vibrationen auftreten, ausgeschlossen werden. Wenn eine solche Joystick-Bewegung erkannt wird, geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 196 des selektiven MRF-Joystick-Bewegungsbegrenzungsprozesses 190 über, wie nachfolgend beschrieben. Andernfalls geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 204 über und bestimmt, ob die aktuelle Iteration des selektiven MRF-Joystick-Bewegungseinschränkungsprozesses 190 enden sollte; z. B. aufgrund einer Abschaltung des Arbeitsfahrzeugs, aufgrund fortgesetzter Inaktivität der joystickgesteuerten Funktion für einen vorbestimmten Zeitraum oder aufgrund der Entfernung der Bedingung oder des Auslöseereignisses als Reaktion darauf, dass der Masterprozess 190 anfänglich begonnen wurde. Wenn bestimmt wird, dass der selektive MRF-Joystick-Bewegungseinschränkungsprozess 190 bei SCHRITT 206 beendet werden soll, geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 206 des Masterprozesses 190 über, der Masterprozess 190 endet entsprechend. Wenn stattdessen bestimmt wird, dass der selektive MRF-Joystick-Bewegungseinschränkungsprozess 190 fortgesetzt werden soll, kehrt die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 194 zurück und die oben beschriebenen Prozessschritte wiederholen sich.
  • Als Reaktion auf die Erkennung einer Joystick-Drehung (oder einer anderen Bewegung) bei SCHRITT 202 geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 196 des Masterprozesses 190 über und projiziert, ob eine fortgesetzte Bewegung des Joysticks in die erkannte Richtung (die Bedienereingaberichtung) zu einer Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs führt oder diese verschlimmert. Die Steuerungsarchitektur 50 gibt diese Vorhersage auf der Grundlage der zuvor erkannten Joystick-Bewegungen, wie sie während SCHRITT 198 erkannt wurden; die während SCHRITT 194 empfangenen Dateneingaben; und andere relevante Informationen. Verschiedene unterschiedliche Modellierungsansätze oder Prognosetechniken können verwendet werden, um eine zukünftige oder „Vorschau“-Position und -Orientierung des Arbeitsfahrzeugs zu projizieren; und daher zu bestimmen, ob das Arbeitsfahrzeug so projiziert wird, dass es ein nahegelegenes Hindernis trifft (einschließlich einer Kollision zwischen verschiedenen Abschnitten eines Arbeitsfahrzeugs), unerwünscht nahe an eine Kollision mit einem nahegelegenen Hindernis kommt oder während SCHRITT 196 des Masterprozesses 190 ein gewisses Maß an Instabilität erfährt. Beispiele für solche Ansätze werden weiter unten in Verbindung mit 6 (in Bezug auf eine Fehlpositionierung, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht) und 7 (in Bezug auf eine Fehlpositionierung, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs erhöht) erörtert. Es wird jedoch betont, dass die folgenden Beispiele nur als Beispiel bereitgestellt werden und dass jede geeignete Technik, die derzeit bekannt oder später entwickelt ist, zum Vorhersagen der Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs oder der Schwere der Instabilität des Arbeitsfahrzeugs im Hinblick auf erwartete Joystick-Bewegungen in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
  • Wenn bestimmt wird, dass eine fortgesetzte Joystick-Drehung (oder eine andere Bewegung) in der Bedienereingaberichtung zu einer Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs während SCHRITT 196 des Masterprozesses 190 führt, weist die Steuerungsarchitektur 50 den MRF-Widerstandsmechanismus 56 an, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine solche fortgesetzte Joystick-Drehung verhindert. Eine Reihe von Bewegungswiderstandseffekten kann bei SCHRITT 200 des selektiven MRF-Joystick-Bewegungseinschränkungsprozesses 190 durch die Steuerungsarchitektur 50 angewendet werden. Wenn eine MRF-Widerstandskraft noch nicht angewendet wurde, kann die Steuerungsarchitektur 50 zunächst den MRF-Widerstandsmechanismus 56 anweisen, einen MRF-Widerstandseffekt auf niedrigem oder moderatem Niveau zu erzeugen. Wenn stattdessen zuvor eine MRF-Widerstandskraft erzeugt wurde und trotzdem die Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung fortgesetzt wurde, kann die Steuerungsarchitektur 50 den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 anweisen, die MRF-Widerstandskraft schrittweise (stufenweise oder kontinuierlich) zu erhöhen. Verschiedene andere taktile Effekte können wie gewünscht auch während SCHRITT 200 des Masterprozesses 190 angewendet werden, einschließlich Arretiereffekten oder pulsierenden Effekten, die einem Arbeitsfahrzeugbediener eine intuitive taktile oder haptische Benachrichtigung bereitstellen, die den Bediener auf das prognostizierte Potenzial einer Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs aufmerksam macht. Eine zusätzliche Erörterung solcher MRF-Widerstandseffekte, die in geeigneter Weise während SCHRITT 200 des Masterprozesses 190 erzeugt werden, wird im Folgenden in Verbindung mit den 5 und 6 bereitgestellt.
  • Nach dem Anwenden des gewünschten MRF-Widerstandseffekts (SCHRITT 200) geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 204 über und bestimmt, ob der selektive MRF-Joystick-Bewegungseinschränkungsprozess 190 fortgesetzt oder beendet werden soll, wie zuvor beschrieben. Wenn stattdessen bestimmt wird, dass eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der erkannten Bedienereingaberichtung nicht zu einer Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs während SCHRITT 196 führt, geht die Steuerungsarchitektur 50 direkt zu SCHRITT 204 über, während SCHRITT 200 des Masterprozesses 190 umgangen wird. Auf diese Weise ermöglicht die Steuerungsarchitektur 50 eine ungehinderte Joystick-Bewegung in einer typischen Weise, so dass die Arbeitsfahrzeug-Fehlpositionierungsvermeidungsfunktionalität des MRF-Joysticksystems 22 für Fahrzeugführer ausschließlich dann bemerkbar sein kann, wenn dies erforderlich ist, um problematische Joystick-Bewegungen zu vermeiden, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs, die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs oder beides erhöhen können.
  • Unter Erörterung der nächsten 6 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das einen beispielhaften Kollisionsvermeidungsunterprozess 208 darstellt. Der Kollisionsvermeidungsunterprozess 208 wird in geeigneter Weise während des oben beschriebenen Masterprozesses 190 (5) durchgeführt, um Joystick-Bewegungen selektiv einzuschränken, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs mit benachbarten Hindernissen erhöht wird, einschließlich einer Kollision eines Abschnitts des Arbeitsfahrzeugs, der durch Joystick-Bewegungen (z. B. eine Auslegerbaugruppe oder eine Schar) mit einem anderen Abschnitt des Arbeitsfahrzeugs (z. B. der Arbeitsfahrzeugkarosserie oder -reifen) gesteuert wird. Wie bei SCHRITT 210 angegeben, kann der Kollisionsvermeidungsunterprozess 208 nach SCHRITT 202 des Masterprozesses 190 beginnen, wobei die SCHRITTE 212, 214, 216, 218, 220 im Allgemeinen den SCHRITTEN 196, 200 des Masterprozesses 190 entsprechen (d. h. während dieser durchgeführt werden). Zusätzlich können die SCHRITTE 214, 216, 218, 220 als Teil eines größeren Prozessblocks ausgeführt werden, der durch die Steuerungsarchitektur 50 (1) durchgeführt wird, um einen Bereich von MRF-Widerstandskräften bereitzustellen, die eine Joystick-Bewegung als Funktion der vorhergesagten Wahrscheinlichkeit oder Dringlichkeit einer bevorstehenden Kollision des Arbeitsfahrzeugs behindern.
  • Nach dem Beginn des Kollisionsvermeidungsunterprozesses 208 geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 212 über und projiziert die Position des Arbeitsfahrzeugs in naher Zukunft relativ zu Hindernissen in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs. Zur Wiedergabe dieser Projektion, und wie in 6 durch den Pfeil 226 angegeben, kann die Steuerungsarchitektur 50 Echtzeitdaten sammeln, die die Position und Bewegung beliebiger bekannter Hindernisse in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs angeben. Solche Daten können von einer beliebigen Anzahl und Art von Hindernisdatenquellen an Bord des Arbeitsfahrzeugs bereitgestellt werden. Zum Beispiel und wie oben in Verbindung mit dem in 1 dargestellten beispielhaften Bagger 20 erörtert, können solche Hindernisdatenquellen gespeicherte Kartendaten beinhalten, die aus dem Speicher 48 abgerufen werden und die Hindernispositionen in der Arbeitsumgebung markieren, in der der Bagger 20 (oder ein anderes Arbeitsfahrzeug) arbeitet. Beispielsweise können in einem Ansatz Vermessungskartendaten vor der von dem Arbeitsfahrzeug ausgeführten Arbeitsaufgabe erstellt werden (insbesondere, wenn das Arbeitsfahrzeug ein Bau-, Bergbau- oder Forstfahrzeug ist), wobei solche Vermessungskartendaten die Position von Hindernissen innerhalb des Arbeitsbereichs markieren und in den lokalen Speicher 48 heruntergeladen werden (oder möglicherweise von der Steuerungsarchitektur 50 über die Datenverbindung 80 darauf zugegriffen wird). Die Hinderniserkennung kann auch durch beliebige Hinderniserkennungssensoren an Bord des Arbeitsfahrzeugs bereitgestellt werden, wie etwa Sensoren, die in dem oben beschriebenen Hinderniserkennungssystem 72 beinhaltet sind. Verkehrs- oder Überwachungsdaten des Arbeitsfahrzeugs, wie etwa Positionierungsdaten, die iterativ von anderen Arbeitsfahrzeugen in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs gesendet werden, können zumindest in einigen Ausführungsformen während SCHRITT 212 auch von dem Arbeitsfahrzeug über eine drahtlose Datenverbindung (z. B. die Datenverbindung 80) empfangen werden.
  • Zusätzlich zu den oben beschriebenen Hindernisdaten berücksichtigt die Steuerungsarchitektur 50 ferner die aktuelle Position und Bewegung des Arbeitsfahrzeugs während SCHRITT 212 des Kollisionsvermeidungsunterprozesses 208. Es existieren zahlreiche Modelle oder Algorithmen zum Berechnen oder Projizieren der zukünftigen Arbeitsfahrzeugposition auf Grundlage der aktuellen Position und des Bewegungszustands des Arbeitsfahrzeugs, von denen jedes in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Im Allgemeinen berücksichtigt die Steuerungsarchitektur 50, wenn das Fahrgestell des Arbeitsfahrzeugs in Bewegung ist und unter Verwendung einer oder mehrerer MRF-Joystickvorrichtungen steuerbar ist, den aktuellen Bewegungsvektor des Arbeitsfahrzeugs (z. B. Geschwindigkeit und Fahrtrichtung), wie aus IMU-Daten, GPS-Verfolgung, Geschwindigkeitsberechnungen, Kompassdaten und anderen derartigen Datenparametern bestimmt, um die Position des Arbeitsfahrzeugs in einem zukünftigen Zeitrahmen oder Vorschaufenster in der Größenordnung von einigen Sekunden oder weniger zu schätzen. Diese Projektion kann dann mit den bekannten Hindernispositionen und Hindernisbewegungszuständen (falls zutreffend) verglichen werden, um zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Drehung in eine bestimmte Richtung (die Bedienereingaberichtung) die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs auf ein unerwünschtes oder problematisches Niveau erhöht. Eine ähnliche Technik kann ebenfalls verwendet werden, um den nahen zukünftigen Ort der Auslegerbaugruppe eines Arbeitsfahrzeugs vorherzusagen. Zum Beispiel und nochmals unter Bezugnahme auf den in 1 gezeigten beispielhaften Bagger 20, kann die Bewegung und Positionierung der Baggerauslegerbaugruppe 24 unter Verwendung der oben beschriebenen Auslegerbaugruppen-Verfolgungssensoren, wie etwa IMUs, Neigungsmesser, Drehsensoren, Linearsensoren oder dergleichen, die in die Auslegerbaugruppe 24 integriert sind, verfolgt werden. Unter Verwendung dieser Daten bestimmt die Steuerungsarchitektur 50 dann bei SCHRITT 212, ob eine bedienergesteuerte Joystick-Bewegung, wenn sie ungehindert fortgesetzt werden kann, die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs mit einem Hindernis in der Nähe des Baggers 20 erhöht; in diesem Beispiel, wenn eine Joystick-Drehung in einer Bedienereingaberichtung dazu führen wird, dass die Auslegerbaugruppe 24 auf ein nahegelegenes Hindernis auftrifft (oder möglicherweise auf einen anderen Abschnitt des Baggers 20 selbst auftrifft), sollte die Joystick-Drehung ungehindert fortgesetzt werden. Nach dem Übergeben dieser Bestimmung fährt die Steuerungsarchitektur mit dem Verarbeiten von Block 224 des Kollisionsvermeidungsunterprozesses 208 fort.
  • Während des Prozessblocks 224 des Kollisionsvermeidungsunterprozesses 208 weist die Steuerungsarchitektur 50 die MRF-Joystick-Widerstandsmechanismen 56 an, eine MRF-Widerstandskraft mit einer festgelegten Intensität oder Stärke zu erzeugen, um eine weitere Joystick-Drehung (oder eine andere Joystick-Bewegung) in der Bedienereingaberichtung zu verhindern, wenn vorhergesagt wird, dass sie zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs führt. Zunächst bestimmt die Steuerungsarchitektur 50 bei SCHRITT 214 des Unterprozesses 208, ob eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung zu einer bevorstehenden Kollision zwischen dem Arbeitsfahrzeug und einem nahegelegenen Hindernis (oder einer bevorstehenden Kollision zwischen zwei verschiedenen Abschnitten des Arbeitsfahrzeugs selbst) führen wird; z. B. im Fall des Baggers 20, ob erwartet wird, dass das Baggerfahrgestell 28 oder die Auslegerbaugruppe 24 in einem unmittelbaren Zeitrahmen auf ein benachbartes Hindernis auftrifft, sollte die Joystick-Drehung in der erkannten Bedienereingaberichtung fortgesetzt werden. Wenn diese Anfrage positiv beantwortet wird, weist die Steuerungsarchitektur 50 den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 an oder steuert ihn, eine maximale MRF-Widerstandskraft in einem Versuch zu erzeugen, eine weitere Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung zu stoppen. Zusätzlich kann eine beliebige Kombination von visuellen, haptischen oder akustischen Warnungen während SCHRITT 216 gleichzeitig mit dieser Anwendung der maximalen MRF-Widerstandskraft erzeugt werden, um einen Bediener vor dem Potenzial einer sofortigen Kollision mit einem Hindernis zu warnen; z. B. kann im Fall des Baggers 20 eine visuelle Warnung auf einem Bildschirm der Anzeigevorrichtung 82 in einer auffälligen Farbe, wie etwa rot, zusammen mit einer entsprechenden akustischen Warnung erzeugt werden. Danach geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 222 des Unterprozesses 208 und schließlich zu SCHRITT 204 des Masterprozesses 190 (5) über.
  • Wenn stattdessen bestimmt wird, dass ein bevorstehendes Kollisionsrisiko nicht durch eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung gegeben ist (SCHRITT 214), geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 218 des Unterprozesses 208 über und bewertet, ob eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung zu einem unerwünscht erhöhten, nicht bevorstehenden Kollisionsrisiko führen wird. Wenn diese Anfrage negativ beantwortet wird, geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 222 und somit zu SCHRITT 204 des Masterprozesses 190 über, wie zuvor beschrieben. Andernfalls geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 220 über und weist den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 an, entweder: (i) anfänglich eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine weitere Drehung des Joysticks in die Bedienereingaberichtung verhindert, oder (ii) die Größe der MRF-Widerstandskraft, falls zuvor angewendet, in dem Maße zu erhöhen, dass die Joystick-Drehung in die problematische Richtung fortgesetzt wird. In diesem letzteren Fall kann die MRF-Widerstandskraft allmählich (schrittweise oder kontinuierlich) erhöht werden. Alternativ kann die Steuerungsarchitektur 50 in anderen Ausführungsformen den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 derart steuern, dass die MRF-Widerstandskraft vorübergehend angewendet und dann entfernt wird, um einen taktilen Arretiereffekt zu erzeugen. Falls gewünscht, kann ein solcher Arretiereffekt wiederholt angewendet und möglicherweise verstärkt werden, um einen pulsierenden Effekt zu erzeugen, sollte der Bediener den Joystick nach anfänglicher Anwendung der MRF-Widerstandskraft durch das MRF-Joysticksystem 22 weiterhin in die Bedienereingaberichtung drehen. Dies kann dem Bediener einen sehr wahrnehmbaren taktilen Hinweis auf die erhöhte Anfälligkeit des Arbeitsfahrzeugs für eine Kollision liefern, sollte die Joystickdrehung in der aktuellen Richtung fortgesetzt werden. Anschließend geht die Steuerungsarchitektur 50 in der zuvor beschriebenen Weise zu SCHRITT 204 des Unterprozesses 208 über und schließlich zu SCHRITT 204 des Masterprozesses 190 (5) über. Schließlich versteht es sich, dass die Steuerungsarchitektur 50 den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 anweisen kann, die MRF-Widerstandskraft zu verringern oder zu entfernen, wenn der Bediener den Joystick an einem beliebigen Punkt während des Unterprozesses 208 in eine zweite Richtung entgegen der Bedienereingaberichtung dreht, obwohl sie nicht ausdrücklich in dem Kollisionsvermeidungsunterprozess 208 abgerufen wird.
  • Beim Bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung zu einem unerwünschten oder erhöhten Kollisionsrisiko während SCHRITT 218 des Unterprozesses 208 führen wird, kann die Steuerungsarchitektur 50 zumindest in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen Ansatz verwenden, der virtuelle Verbotszonen oder einen Geozaun verwendet. In dieser Hinsicht kann der Speicher 48 Daten speichern, die die horizontalen oder Grundrissabmessungen einer oder mehrerer Verbotszonen- oder Geozauneinstellungen definieren; z. B. den Radius einer oder mehrerer kreisförmiger Verbotszonen, von oben nach unten oder der Grundrissansicht aus gesehen. Die Steuerungsarchitektur 50 kann dann in einem konzeptionellen Sinne die virtuellen Verbotszonen (Geozäune) um alle oder ausgewählte Hindernisse in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs einrichten oder konstruieren. Beispielsweise kann die Steuerungsarchitektur 50 in einem relativ einfachen Ansatz eine kreisförmige virtuelle Ausschlusszone um alle erkannten (oder anderweitig bekannten) Hindernisse herum einrichten, wobei die Verbotszone einen Radius aufweist, der durch einen im Speicher 48 gespeicherten Wert definiert ist; z. B. kann eine solche Verbotszone von beispielsweise 1-5 Metern reichen. In weiteren Ausführungsformen können die Verbotszonen oder Geozäune komplexere Formen aufweisen und/oder die Steuerungsarchitektur 50 kann bekannte Hindernisse klassifizieren und Hindernissen, die als Hindernisse mit höherem Schutzstatus klassifiziert sind, ausgedehntere Verbotszonen zuweisen. Unabhängig von dem jeweils verwendeten Ansatz kann die Steuerungsarchitektur 50 bestimmen, ob eine fortgesetzte Drehung eines Joysticks in einer Bedienereingaberichtung zu einer Verletzung einer virtuellen Verbotszone durch einen Teil des Arbeitsfahrzeugs führen wird (möglicherweise einschließlich einer beliebigen Auslegerbaugruppe, die an dem Arbeitsfahrzeugfahrgestell angebracht ist); und wenn ja, kann die Steuerungsarchitektur 50 den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 anweisen, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine fortgesetzte Drehung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung in der zuvor beschriebenen Weise verhindert.
  • Schließlich unter Bezugnahme auf 7 wird ein zweiter beispielhafter Unterprozess 228 gezeigt, der in geeigneter Weise während des selektiven MRF-Joystick-Bewegungseinschränkungsprozesses 190 durchgeführt wird. Der beispielhafte Unterprozess 228 (im Folgenden der „Instabilitätsvermeidungsunterprozess 228“) kann in Verbindung mit oder anstelle des beispielhaften Kollisionsvermeidungsunterprozesses 208 durchgeführt werden, der oben in Verbindung mit 6 beschrieben. In ähnlicher Weise wie der Unterprozess 208 und wie bei SCHRITT 230 aus 7 angegeben, beginnt der Instabilitätsvermeidungsunterprozess 228 nach SCHRITT 202 des Masterprozesses 190, wobei die SCHRITTE 232, 234, 236, 238, 240 im Allgemeinen den SCHRITTEN 196, 200 des Masterprozesses 190 entsprechen. Auch hier können die SCHRITTE 234, 236, 238, 240 des Unterprozesses 224 als Teil eines größeren Prozessblocks durchgeführt werden, der in diesem Fall von der Steuerungsarchitektur 50 (1), um eine Reihe von MRF-Widerstandskräften in Abhängigkeit der erwarteten Schwere oder Unmittelbarkeit der Instabilität des Arbeitsfahrzeugs bereitzustellen. Nachdem der Instabilitätsvermeidungsunterprozess 228 beginnt, projiziert die Steuerungsarchitektur 50 den nahen zukünftigen Stabilitätszustand des Arbeitsfahrzeugs, der sich aus einer fortgesetzten Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung ergibt. Wie durch den Pfeil 246 kann die Steuerungsarchitektur 50 Daten berücksichtigen, die einen aktuellen Bewegungszustand des Arbeitsfahrzeugs angeben, wie zum Beispiel von IMUs oder Neigungsmessern an Bord des Arbeitsfahrzeugs gemeldet. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerungsarchitektur 50 in Ausführungsformen, in denen das Arbeitsfahrzeug mit einer Auslegerbaugruppe ausgestattet ist, die aktuelle Bewegung und Position der Auslegerbaugruppe berücksichtigen. Als ein konkreteres Beispiel kann im Falle des Baggers 20 (1-4) die Steuerungsarchitektur 50 Daten verwenden, die von den Auslegerbaugruppen-Verfolgungssensoren (die in den Sensoren 74 enthalten sind) bereitgestellt werden, um von einem Joystick befohlene Bewegungen der Baggerauslegerbaugruppe 24 zu überwachen; und während nachfolgender Schritte zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Drehung des Joysticks in einer bestimmten Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug auf eine Weise fehlpositionieren wird, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs zumindest teilweise auf Grundlage des von der Auslegerbaugruppe 24 befohlenen Joysticks erhöht.
  • Zusätzliche Parameter, die während SCHRITT 232 des Instabilitätsvermeidungsunterprozesses 228 möglicherweise berücksichtigt werden, beinhalten die Ausrichtung des Arbeitsfahrzeugfahrgestells relativ zur Schwerkraft. Solche Fahrgestellausrichtungsdaten können durch eine Fahrzeugausrichtungsdatenquelle an Bord des Arbeitsfahrzeugs bereitgestellt werden, wie etwa einen Neigungsmesser oder eine IMU, die an dem Arbeitsfahrzeugfahrgestell befestigt ist; z. B. die zuvor beschriebenen Fahrgestellausrichtungssensoren 74 im Fall des Baggers 20. Gleichermaßen können lokale Bodentopologie oder Gefälle berücksichtigt werden, wenn sie von Sensoren an Bord des Arbeitsfahrzeugs oder von Kartendaten bekannt sind, wie sie im Speicher 48 gespeichert oder über die Datenverbindung 80 empfangen werden. Daten, die sich auf die physikalischen Eigenschaften des Arbeitsfahrzeugs oder eines Modells des Arbeitsfahrzeugs (oder eines Teils des Arbeitsfahrzeugs, wie etwa einer Auslegerbaugruppe) beziehen, können gegebenenfalls auch während SCHRITT 232 aus dem Speicher 48 abgerufen werden. Als nicht einschränkendes Beispiel können solche abgerufenen Daten die Abmessungen des Rad- oder des Raupenkettenstands des Arbeitsfahrzeugs, andere relevante Abmessungen des Arbeitsfahrzeugs, der SP des Arbeitsfahrzeugs, ein Gewicht des Arbeitsfahrzeugs und ähnliche Parameter beschreiben. In noch weiteren Ausführungsformen, in denen das Arbeitsfahrzeug mit einem Lastbewegungsanbaugerät, wie etwa einer Schaufel (z. B. der Schaufel 26 des Baggers 20), einer Ladefläche oder einem Tank, ausgestattet ist, können Daten, die von einem Lastmesssensor bereitgestellt werden, von der Steuerungsarchitektur 50 berücksichtigt werden. Solche Daten können von der Steuerungsarchitektur 50 verwendet werden, um eine aktuelle Last zu schätzen, die von dem Lastbewegungsanbaugerät getragen wird. Die Steuerungsarchitektur 50 kann dann (während der nachfolgenden Schritte des Unterprozesses 228) ferner bestimmen, ob eine fortgesetzte Drehung des Joysticks in die Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug in einer Weise fehlpositionieren wird, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs zumindest teilweise auf Grundlage der aktuellen Last erhöht, die von dem Lastbewegungsanbaugerät getragen wird. Im Fall des Baggers 20 kann insbesondere ein solcher Lastmesssensor die Last, die von der Schaufel 26 getragen wird (oder von einem anderen Anbaugerät, das an das Anschlussende der Auslegerbaugruppe 24 angebracht ist), zu einem bestimmten Zeitpunkt direkt messen; oder stattdessen kann er einen Parameter messen (z. B. einen Hydraulikdruck innerhalb des EH-Betätigungssystems 44), von dem die Last, die von der Schaufel 26 getragen wird, geschätzt werden kann, wie zuvor beschrieben. Als ein zweites Beispiel kann im Fall eines knickgelenkten Muldenkippers oder eines anderen Arbeitsfahrzeugs mit einer befüllbaren Ladefläche oder einem Tank die aktuelle Last, die von der Ladefläche oder dem Tank des Arbeitsfahrzeugs getragen wird, unter Verwendung eines bordeigenen Nutzlastgewichtssensors gemessen werden.
  • Weiter zu Prozessblock 244 des Instabilitätsvermeidungsunterprozesses 228 (7), wobei die Steuerungsarchitektur 50 die MRF-Joystick-Widerstandsmechanismen 56 steuert oder anweist, eine Widerstandskraft zu erzeugen, die jede weitere Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung verhindert, die dazu bestimmt ist, zu einer Instabilität des Arbeitsfahrzeugs zu führen. In dieser Hinsicht bestimmt die Steuerungsarchitektur 50 bei SCHRITT 234 des Instabilitätsvermeidungsunterprozesses 228, ob eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung zu einer schweren Instabilität des Arbeitsfahrzeugs, wie etwa einem bevorstehenden Umkippen oder Überrollen des Arbeitsfahrzeugs, führen wird. Wenn dies bestimmt wird, weist die Steuerungsarchitektur 50 dann den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 an, eine maximale MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, um zu versuchen, eine weitere Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung zu stoppen. Gleichzeitig können visuelle, haptische oder akustische Warnungen auf hohem Niveau erzeugt werden, die die Anwendung der maximalen MRF-Widerstandskraft begleiten, um den Bediener schnell auf das bevorstehende Arbeitsfahrzeuginstabilitätsereignis aufmerksam zu machen. Danach geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 222 des Unterprozesses 208 und schließlich zu SCHRITT 204 des Masterprozesses 190 (5) über, wie zuvor beschrieben.
  • Wenn stattdessen bestimmt wird, dass ein bevorstehendes Umkipprisiko nicht durch eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung bei SCHRITT 234 des Instabilitätsvermeidungsunterprozesses 228 gegeben ist, geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 238 über und bewertet, ob eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung zu einem unerwünscht erhöhten Grad an Fahrzeuginstabilität führen wird. Ist dies nicht der Fall, fährt die Steuerungsarchitektur 50 mit SCHRITT 242 des Unterprozesses 228 fort. Umgekehrt geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 240 über und weist den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 an, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen (oder zu erhöhen), die eine weitere Drehung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung verhindert, wenn bestimmt wird, dass eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung zu einem unerwünscht erhöhten Grad an Fahrzeuginstabilität führt. Insbesondere und wie vorstehend in Verbindung mit SCHRITT 220 des Unterprozesses 208 erörtert, kann die Steuerungsarchitektur 50 den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus 56 steuern, um: (i) anfänglich eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine weitere Drehung des Joysticks in die Bedienereingaberichtung verhindert, oder (ii) die Größe der MRF-Widerstandskraft zu erhöhen, wenn sie zuvor angewendet wurde, während die Joystick-Drehung in die problematische Richtung fortgesetzt wird. In Bezug auf Romanette (ii) kann eine beliebige der verschiedenen Weisen, auf die eine solche MRF-Widerstandskraft erhöht oder modifiziert werden kann, wie oben in Verbindung mit SCHRITT 220 des Kollisionsvermeidungsunterprozesses 208 beschrieben; z. B. kann die MRF-Widerstandskraft graduell oder schrittweise mit fortgesetzter Drehung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung erhöht werden, oder es kann ein taktiler Effekt (z. B. ein Arretiereffekt oder ein pulsierender Widerstandseffekt) angewendet werden. Nach der Erzeugung oder Erhöhung der MRF-Widerstandskraft bei SCHRITT 240 geht die Steuerungsarchitektur 50 zu SCHRITT 204 des Unterprozesses 208 und schließlich zu SCHRITT 204 des Masterprozesses 190 (5) über.
  • ZUSÄTZLICHE BEISPIELE FÜR ARBEITSFAHRZEUGE, DIE VORTEILHAFT MIT MRF-JOYSTICKSYSTEMEN AUSGESTATTET SIND
  • Das Vorstehende hat somit Beispiele für MRF-Joysticksysteme beschrieben, die konfiguriert sind, um eine Joystick-Bewegung selektiv einzuschränken, um Fehlpositionierungen des Arbeitsfahrzeugs zu reduzieren, die zu Instabilität des Arbeitsfahrzeugs oder einer erhöhten Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs führen. Während sich die vorstehende Beschreibung hauptsächlich auf einen bestimmten Arbeitsfahrzeugtyp (einen Bagger) konzentriert, der eine bestimmte joystickgesteuerte Arbeitsfahrzeugfunktion (Auslegerbaugruppenbewegung) beinhaltet, sind Ausführungsformen des hier beschriebenen MRF-Joysticksystems der Integration in eine Vielzahl von Arbeitsfahrzeugen zugänglich, die verschiedene joystickgesteuerte Funktionen aufweisen, die für Fehlpositionierungen des Arbeitsfahrzeugs anfällig sind. Drei zusätzliche Beispiele solcher Arbeitsfahrzeuge sind im oberen Abschnitt von 8 dargelegt und beinhalten einen Radlader 248, einen Kompaktlader (SSL) 250 und einen Motorgrader 252. Zunächst bezogen auf den Radlader 248, kann der Radlader 248 mit einer beispielhaften MRF-Joystickvorrichtung 254 ausgestattet sein, die sich innerhalb der Kabine 256 des Radladers 248 befindet. Wie in 8 gezeigt, kann die MRF-Joystickvorrichtung 254 verwendet werden, um die Bewegung eines FL 258 zu steuern, der in einer Schaufel 260 endet; der FL 258 und Frontlader im Allgemeinen gelten als ein Typ von „Auslegerbaugruppe“ im Kontext dieses Dokuments. Im Vergleich dazu können sich zwei MRF-Joystickvorrichtungen 262 in der Kabine 264 des beispielhaften Kompaktladers 250 befinden und verwendet werden, um nicht nur die Bewegung des FL 266 und seiner Schaufel 268 zu steuern, sondern auch die Bewegung des Fahrgestells 270 des Kompaktladers 250 in bekannter Weise weiter zu steuern. Schließlich beinhaltet der Motorgrader 252 ebenfalls zwei MRF-Joystickvorrichtungen 272, die sich innerhalb der Kabine 274 des Motorgraders 252 befinden. Die MRF-Joystickvorrichtungen 272 können verwendet werden, um die Bewegung des Motorgrader-Fahrgestells 276 (durch Steuern eines ersten Getriebes, das die Hinterräder des Motorgraders antreibt, und möglicherweise eines zweiten (z. B. hydrostatischen) Getriebes, das die Vorderräder antreibt) sowie die Bewegung der Schaufel 278 des Motorgraders zu steuern; z. B. durch Drehung und Winkeleinstellungen der Kreismesserbaugruppe 280 sowie Einstellungen des Seitenschieberwinkels der Schar 278.
  • In jedem der oben genannten Beispiele können die MRF-Joystickvorrichtungen gesteuert werden, um Joystick-Bewegungen, die vorhergesagt werden, um zu einer Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs zu führen, zu verhindern (zu verhindern oder zu erschweren), ob eine solche Fehlpositionierung die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht (insbesondere im Fall des beispielhaften Kompaktladers 250 und des beispielhaften Motorgraders 252, in dem Bediener in der Lage sind, das Arbeitsfahrzeug durch Joystick-Bewegungen zu steuern), erhöht eine solche Fehlpositionierung die Wahrscheinlichkeit einer Instabilität des Arbeitsfahrzeugs (insbesondere im Fall des beispielhaften Radladers 248 und des beispielhaften Kompaktladers 250 mit joystickgesteuerten Auslegerbaugruppen und Schaufeln) oder beides. In Bezug auf den beispielhaften Motorgrader 252 können insbesondere Joystick-Bewegungen der MRF-Joystickvorrichtungen 272, die vorhergesagt werden, um zu einer Instabilität des Motorgraders, einer Kollision (oder Beinahe-Kollision) des Motorgraders mit einem nahegelegenen Hindernis und/oder einer Kollision der Motorgraderschar 278 mit einem anderen Abschnitt des Motorgraders 252 (z. B. den Rädern, Trittflächen oder der benachbarten Struktur des Motorgraderkörpers) zu führen, durch selektives Aufbringen einer MRF-Widerstandskraft in einer Weise analog zu der zuvor beschriebenen behindert werden. Noch weitere Beispiele von Arbeitsfahrzeugen mit joystickgesteuerten Funktionen, die anfällig für eine Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs sind, sind in einem unteren Abschnitt von 8 veranschaulicht und beinhalten einen mit einem FL ausgestatteten Traktor 282, einen Fäller-Bündler 284, einen Skidder 286, einen Mähdrescher 288 und eine Planierraupe 290.
  • AUFZÄHLUNG VON BEISPIELEN FÜR DAS MRF-JOYSTICKSYSTEM FÜR EIN ARBEITSFAHRZEUG
  • Die folgenden Beispiele für das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug sind ferner bereitgestellt und zur Vereinfachung der Bezugnahme nummeriert.
  • 1. In Ausführungsformen beinhaltet ein magnetorheologisches Fluid- (MRF) Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug eine Joystickvorrichtung, einen MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus und eine Steuerungsarchitektur. Die Joystickvorrichtung wiederum beinhaltet ein Basisgehäuse, einen Joystick, der an dem Basisgehäuse montiert ist und in Bezug darauf beweglich ist, und einen Joystick-Positionssensor, der konfiguriert ist, um die Joystick-Bewegung relativ zu dem Basisgehäuse zu überwachen. Der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus ist zumindest teilweise in das Basisgehäuse integriert und ist steuerbar, um der Bewegung des Joysticks relativ zum Basisgehäuse selektiv zu widerstehen. Die Steuerungsarchitektur ist mit dem MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus und dem Joystick-Positionssensor gekoppelt. Steuerungsarchitektur, die konfiguriert ist, um: (i) zu erfassen, wann ein Bediener den Joystick in einer Bedienereingaberichtung bewegt; (ii) wenn eine Bedienerbewegung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung erkannt wird, zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug in einer Weise fehlpositionieren wird, die mindestens eine Instabilität des Arbeitsfahrzeugs und eine Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht; und (iii) wenn bestimmt wird, dass eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug fehlpositionieren wird, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anzuweisen, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung verhindert.
  • 2. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, wobei das Arbeitsfahrzeug eine Auslegerbaugruppe und Auslegerbaugruppen-Verfolgungssensoren beinhaltet, während die Steuerungsarchitektur mit den Auslegerbaugruppen-Verfolgungssensoren gekoppelt ist. Die Steuerungsarchitektur ist konfiguriert um: (i) einen Joystick zu überwachen, der von der Auslegerbaugruppe befohlen wird, unter Verwendung von Daten, die von den Auslegerbaugruppen-Verfolgungssensoren bereitgestellt werden; und (ii) zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Bewegung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug in einer Weise falsch positioniert, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs erhöht, zumindest teilweise basierend auf dem von der Auslegeranordnung befohlenen Joystick.
  • 3. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, wobei das Arbeitsfahrzeug ein Lastbewegungsanbaugerät und einen Lastmesssensor beinhaltet, während die Steuerungsarchitektur an den Lastmesssensor gekoppelt ist. Die Steuerungsarchitektur ist konfiguriert, um: (i) eine aktuelle Last, die von dem Lastbewegungsanbaugerät getragen wird, unter Verwendung von Daten, die von dem Lastmesssensor bereitgestellt werden, zu schätzen; und (ii) zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Bewegung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug auf eine Weise fehlpositionieren wird, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs zumindest teilweise auf Grundlage der aktuellen Last, die von dem Lastbewegungsanbaugerät getragen wird, erhöht.
  • 4. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, wobei das Arbeitsfahrzeug ein Arbeitsfahrzeugfahrgestell und eine Fahrzeugausrichtungsdatenquelle beinhaltet. Die Steuerungsarchitektur ist an die Fahrzeugausrichtungsdatenquelle gekoppelt und konfiguriert, um: (i) eine aktuelle Ausrichtung des Arbeitsfahrzeugfahrgestells relativ zur Schwerkraft unter Verwendung von Daten zu schätzen, die von der Fahrzeugausrichtungsdatenquelle bereitgestellt werden; und (ii) zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug auf eine Weise fehlpositionieren wird, die die Arbeitsfahrzeuginstabilität zumindest teilweise auf Grundlage der aktuellen Ausrichtung des Arbeitsfahrzeugfahrgestells erhöht.
  • 5. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, wobei das Arbeitsfahrzeug ein Hinderniserkennungssystem beinhaltet, das konfiguriert ist, um Hinderniserkennungsdaten zu erzeugen, die die Position von Hindernissen in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs angeben. Die Steuerungsarchitektur ist an das Hinderniserkennungssystem gekoppelt und konfiguriert, um zumindest teilweise auf Grundlage der Hinderniserkennungsdaten zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug auf eine Weise fehlpositionieren wird, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht.
  • 6. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, der ferner Kartendaten speichert, die Hindernispositionen in einem Arbeitsbereich identifizieren, in dem das Arbeitsfahrzeug arbeitet. Die Steuerungsarchitektur ist an den Speicher gekoppelt und konfiguriert, um zumindest teilweise auf Grundlage der gespeicherten Kartendaten zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug auf eine Weise fehlpositionieren wird, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht.
  • 7. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, wobei das Arbeitsfahrzeug eine Datenverbindung beinhaltet, die konfiguriert ist, um Verkehrsdaten für ein Arbeitsfahrzeug zu empfangen, die Positionen anderer Arbeitsfahrzeuge in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs angeben. Die Steuerungsarchitektur ist an die Datenverbindung gekoppelt und konfiguriert, um zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug auf eine Weise, die eine Wahrscheinlichkeit für eine Kollision des Arbeitsfahrzeugs zumindest teilweise auf Grundlage der über die Datenverbindung empfangenen Verkehrsdaten des Arbeitsfahrzeugs erhöht, falsch positionieren wird.
  • 8. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, ferner beinhaltend einen Speicher, der Ausschlusszonendaten speichert, die mindestens eine horizontale Dimension für eine virtuelle Ausschlusszone beschreiben. Die Steuerungsarchitektur ist an den Speicher gekoppelt und konfiguriert, um: (i) eine virtuelle Ausschlusszone um ein Hindernis in einer Umgebung des Arbeitsfahrzeugs herum herzustellen; und (ii) zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug auf eine Weise fehlpositionieren wird, die eine Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs zumindest teilweise auf Grundlage eines prognostizierten Eingriffs des Arbeitsfahrzeugs in die virtuelle Ausschlusszone erhöht.
  • 9. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, wobei die Steuerungsarchitektur ferner konfiguriert ist, um den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anzuweisen, die MRF-Widerstandskraft anzuwenden und zu verringern oder zu entfernen, um einen Arretiereffekt als Reaktion auf eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung zu erzeugen.
  • 10. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, wobei die Steuerungsarchitektur nach der anfänglichen Erzeugung der MRF-Widerstandskraft den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anweist, die MRF-Widerstandskraft als Reaktion auf eine Bewegung des Joysticks in eine zweite Richtung entgegen der Bedienereingaberichtung zu entfernen oder zu verringern.
  • 11. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, wobei die Steuerungsarchitektur nach der anfänglichen Erzeugung der MRF-Widerstandskraft den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anweist, eine Größe der MRF-Widerstandskraft als Reaktion auf eine fortgesetzte Bewegung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung zu erhöhen.
  • 12. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, wobei die Steuerungsarchitektur ferner konfiguriert ist, um: (i) beim Erkennen einer Bedienerbewegung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung zu bestimmen, ob eine Kollision des Arbeitsfahrzeugs mit einem Hindernis bevorsteht, sollte eine Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung fortgesetzt werden; und (ii) beim Bestimmen, dass eine Kollision des Arbeitsfahrzeugs mit einem Hindernis bevorsteht, eine Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung fortgesetzt werden sollte, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anzuweisen, eine maximale MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, um eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung zu stoppen.
  • 13. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, wobei die Steuerungsarchitektur ferner konfiguriert ist, um: (i) beim Erfassen einer Bedienerbewegung des Joysticks in der Bedienereingaberichtung zu bestimmen, ob ein Kippen des Arbeitsfahrzeugs bevorsteht, sollte eine Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung fortgesetzt werden; und (ii) beim Bestimmen, dass ein Kippen des Arbeitsfahrzeugs für ein Arbeitsfahrzeug bevorsteht, eine Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung fortgesetzt werden sollte, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anzuweisen, eine maximale MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, um eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung zu stoppen.
  • 14. Das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug nach Beispiel 1, wobei der Joystick relativ zum Basisgehäuse um eine erste Achse und um eine zweite Achse senkrecht zur ersten Achse drehbar ist. Der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus ist steuerbar, um die erste und zweite MRF-Widerstandskraft unabhängig voneinander zu variieren, um eine Drehung des Joysticks um die erste bzw. zweite Achse zu verhindern.
  • 15. In weiteren Ausführungsformen enthält das MRF-Joysticksystem für ein Arbeitsfahrzeug eine Joystickvorrichtung, die einen Joystick beinhaltet, der relativ zu einem Basisgehäuse drehbar ist, einen MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus, der steuerbar ist, um einer Drehung des Joysticks relativ zu dem Basisgehäuse um mindestens eine Achse selektiv zu widerstehen, und ein Hinderniserkennungssystem, das konfiguriert ist, um Hindernisse innerhalb einer Nähe des Arbeitsfahrzeugs zu erkennen. Eine Steuerungsarchitektur ist mit der Joystickvorrichtung, dem MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus und dem Hinderniserkennungssystem gekoppelt. Die Steuerungsarchitektur, die konfiguriert ist, um: (i) als Reaktion auf eine Bedienerdrehung des Joysticks in einer Bedienereingaberichtung zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung eine Wahrscheinlichkeit einer Kollision eines Arbeitsfahrzeugs mit einem Hindernis in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs erhöht und durch das Hinderniserkennungssystem erkannt wird; und (ii) wenn bestimmt wird, dass eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anzuweisen, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung verhindert.
  • FAZIT
  • Das Vorstehende hat somit einzigartige MRF-Joysticksysteme bereitgestellt, die konfiguriert sind, um eine Joystick-Bewegung intelligent einzuschränken, um Fehlpositionierungen des Arbeitsfahrzeugs zu verhindern (d. h. zu verhindern oder zu erschweren). Durch die strategische Anwendung von MRF-Widerstandskräften, die Joystick-Bewegungen behindern, die projiziert werden, um eine Fehlpositionierung des Arbeitsfahrzeugs zu verursachen, stellen Ausführungsformen des MRF-Joysticksystems intuitive taktile Hinweise für Bediener bereit, um problematische Joystick-Bewegungen zu verlangsamen, wenn nicht gar zu stoppen. Zusätzlich kann das MRF-Joysticksystem in Fällen, in denen die Steuerungsarchitektur den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus anweist, eine maximale MRF-Widerstandskraft anzuwenden, möglicherweise Joystick-Bewegungen anhalten, um die Wahrscheinlichkeit von Kollisionsrisiken auf hohem Niveau oder eines Kippens des Arbeitsfahrzeugs zu verringern, wenn nicht sogar zu vermeiden. Gleichzeitig kann der MRF-Joystick-Widerstand unter normalen Betriebsbedingungen für einen Bediener des Arbeitsfahrzeugs effektiv transparent sein, wenn Joystick-Bewegungen nicht Gefahr laufen, das Arbeitsfahrzeug falsch zu positionieren. Die Gesamteffizienz und Sicherheit des Betriebs des Arbeitsfahrzeugs kann als Ergebnis verbessert werden, ohne die Bedienererfahrung zu beeinträchtigen, wenn eine Schnittstelle mit einem oder mehreren Joysticks hergestellt wird, um verschiedene Funktionen eines bestimmten Arbeitsfahrzeugs zu steuern.
  • Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ bei einer Verwendung in dieser Patentschrift das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines bzw. einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
  • Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, soll aber nicht vollständig oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind für Fachleute offensichtlich, ohne vom Umfang und Sinn der Offenbarung abzuweichen. Die hierin ausdrücklich genannten Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Änderungen und Abweichungen von den beschriebenen Beispielen zu erkennen. Dementsprechend liegen verschiedene Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche.

Claims (15)

  1. Magnetorheologisches Fluid-(MRF) Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug zur Verwendung an Bord eines Arbeitsfahrzeugs (20), wobei das MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug Folgendes umfasst: eine Joystickvorrichtung (52), umfassend: ein Basisgehäuse (62); einen Joystick (60), der an dem Basisgehäuse (62) angebracht und in Bezug darauf beweglich ist; und einen Joystick-Positionssensor (66), der konfiguriert ist, um die Joystick-Bewegung relativ zum Basisgehäuse (62) zu überwachen; einen MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56), der zumindest teilweise in das Basisgehäuse (62) integriert ist und steuerbar ist, um einer Bewegung des Joysticks (60) relativ zum Basisgehäuse (62) selektiv zu widerstehen; und eine Steuerungsarchitektur (50), die mit dem MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56) und mit dem Joystick-Positionssensor (66) gekoppelt und konfiguriert ist, um: zu erkennen, wann ein Bediener den Joystick (60) in eine Bedienereingaberichtung bewegt; beim Erkennen einer Bedienerbewegung des Joysticks (60) in der Bedienereingaberichtung zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug (20) in einer Weise fehlpositionieren wird, die zumindest eine Instabilität des Arbeitsfahrzeugs und eine Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht; und beim Bestimmen, dass eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug falsch positioniert, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56) anzuweisen, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung verhindert.
  2. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Arbeitsfahrzeug (20) eine Auslegerbaugruppe (24) und Auslegerbaugruppen-Verfolgungssensoren (74) beinhaltet; und wobei die Steuerungsarchitektur (50) mit den Auslegerbaugruppen-Verfolgungssensoren (74) gekoppelt und konfiguriert ist, um: eine von einem Joystick gesteuerten Bewegung der Auslegerbaugruppe (24) unter Verwendung von Daten zu überwachen, die durch die Auslegerbaugruppen-Verfolgungssensoren (74) bereitgestellt werden; und zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Bewegung des Joysticks in die Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug in einer Weise fehlpositionieren wird, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs zumindest teilweise auf Grundlage der vom Joystick befohlenen Bewegung der Auslegerbaugruppe (24) erhöht.
  3. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Arbeitsfahrzeug (20) ein Lastbewegungsanbaugerät (26) und einen Lastmesssensor (76) beinhaltet; und wobei die Steuerungsarchitektur (50) mit dem Lastmesssensor (76) gekoppelt und konfiguriert ist, um: eine aktuelle Last zu schätzen, die von dem Lastbewegungsanbaugerät (26) getragen wird, unter Verwendung von Daten, die durch den Lastmesssensor (76) bereitgestellt werden; und zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Bewegung des Joysticks (60) in die Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug (20) in einer Weise fehlpositionieren wird, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs zumindest teilweise auf Grundlage der aktuellen Last, die von dem Lastbewegungsanbaugerät (26) getragen wird, erhöht.
  4. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Arbeitsfahrzeug (20) ein Arbeitsfahrzeugfahrgestell (28) und eine Fahrzeugausrichtungsdatenquelle (74) beinhaltet; und wobei die Steuerungsarchitektur (50) mit der Fahrzeugausrichtungsdatenquelle (74) gekoppelt und konfiguriert ist, um: eine aktuelle Ausrichtung des Arbeitsfahrzeugfahrgestells (28) relativ zur Schwerkraft unter Verwendung von Daten zu bestimmen, die von der Fahrzeugausrichtungsdatenquelle (74) bereitgestellt werden; und zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug (20) auf eine Weise fehlpositionieren wird, die die Instabilität des Arbeitsfahrzeugs zumindest teilweise auf Grundlage der aktuellen Ausrichtung des Arbeitsfahrzeugfahrgestells (28) erhöht.
  5. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Arbeitsfahrzeug (20) ein Hinderniserkennungssystem (72) beinhaltet, das konfiguriert ist, um Hinderniserfassungsdaten zu erzeugen, die Positionen von Hindernissen in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs (20) angeben; und wobei die Steuerungsarchitektur (50) an das Hinderniserkennungssystem (72) gekoppelt ist und konfiguriert ist, um zumindest teilweise auf Grundlage der Hinderniserkennungsdaten zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug (20) auf eine Weise fehlpositionieren wird, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht.
  6. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend einen Speicher (48), der Kartendaten speichert, die Hindernispositionen in einem Arbeitsbereich identifizieren, in dem das Arbeitsfahrzeug (20) arbeitet; und wobei die Steuerungsarchitektur (50) an den Speicher (48) gekoppelt ist und konfiguriert ist, um zumindest teilweise auf Grundlage der gespeicherten Kartendaten zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug (20) auf eine Weise fehlpositionieren wird, die die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht.
  7. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Arbeitsfahrzeug (20) eine Datenverbindung (80) beinhaltet, die konfiguriert ist, um Verkehrsdaten für ein Arbeitsfahrzeug zu empfangen, die Positionen anderer Arbeitsfahrzeuge in einer Nähe des Arbeitsfahrzeugs (20) angeben; und wobei die Steuerungsarchitektur (50) an die Datenverbindung (80) gekoppelt ist und konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug (20) auf eine Weise fehlpositionieren wird, die eine Wahrscheinlichkeit für eine Kollision des Arbeitsfahrzeugs zumindest teilweise auf Grundlage der über die Datenverbindung (80) empfangenen Verkehrsdaten des Arbeitsfahrzeugs erhöht, falsch positionieren wird.
  8. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend einen Speicher (48), Ausschlusszonendaten speichert, die mindestens eine horizontale Dimension für eine virtuelle Ausschlusszone beschreiben; und wobei die Steuerungsarchitektur (50) mit dem Speicher (48) gekoppelt und konfiguriert ist, um: eine virtuelle Ausschlusszone um ein Hindernis in einer Umgebung des Arbeitsfahrzeugs (20) herum herzustellen; und zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung das Arbeitsfahrzeug (20) auf eine Weise fehlpositionieren wird, die eine Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit einem Arbeitsfahrzeug erhöht, zumindest teilweise auf Grundlage eines prognostizierten Eingriffs des Arbeitsfahrzeugs in die virtuelle Ausschlusszone.
  9. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuerungsarchitektur (50) ferner konfiguriert ist, um den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56) anzuweisen, die MRF-Widerstandskraft anzuwenden und zu verringern oder zu entfernen, um einen Arretiereffekt als Reaktion auf eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung zu erzeugen.
  10. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuerungsarchitektur (50) nach der anfänglichen Erzeugung der MRF-Widerstandskraft den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56) anweist, die MRF-Widerstandskraft als Reaktion auf eine Bewegung des Joysticks in eine zweite Richtung entgegen der Bedienereingaberichtung zu entfernen oder zu verringern.
  11. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuerungsarchitektur (50) nach der anfänglichen Erzeugung der MRF-Widerstandskraft den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56) anweist, eine Größe der MRF-Widerstandskraft als Reaktion auf eine fortgesetzte Bewegung des Joysticks (60) in die Bedienereingaberichtung zu erhöhen.
  12. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Steuerungsarchitektur (50) ferner konfiguriert ist, um: beim Erkennen einer Bedienerbewegung des Joysticks (60) in der Bedienereingaberichtung zu bestimmen, ob eine Kollision des Arbeitsfahrzeugs (20) mit einem Hindernis bevorsteht, sollte die Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung fortgesetzt werden; und beim Bestimmen, dass eine Kollision des Arbeitsfahrzeugs (20) mit einem Hindernis bevorsteht, wenn die Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung fortgesetzt wird, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56) anzuweisen, eine maximale MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, um die fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung zu stoppen.
  13. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Steuerungsarchitektur (50) ferner konfiguriert ist, um: beim Erfassen einer Bedienerbewegung des Joysticks (60) in der Bedienereingaberichtung zu bestimmen, ob ein Kippen des Arbeitsfahrzeugs bevorsteht, sollte eine Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung fortgesetzt werden; und beim Bestimmen, dass ein Kippen des Arbeitsfahrzeugs für ein Arbeitsfahrzeug bevorsteht, eine Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung fortgesetzt werden sollte, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56) anzuweisen, eine maximale MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, um eine fortgesetzte Joystick-Bewegung in der Bedienereingaberichtung zu stoppen.
  14. MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Joystick (60) relativ zum Basisgehäuse (62) um eine erste Achse und um eine zweite Achse senkrecht zur ersten Achse drehbar ist; und wobei der MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56) steuerbar ist, um die erste und zweite MRF-Widerstandskraft unabhängig voneinander zu variieren, um eine Drehung des Joysticks (60) um die erste bzw. zweite Achse zu verhindern.
  15. Magnetorheologisches Fluid-(MRF) Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug zur Verwendung an Bord eines Arbeitsfahrzeugs (20), wobei das MRF-Joysticksystem (22) für ein Arbeitsfahrzeug Folgendes umfasst: eine Joystickvorrichtung (52), die einen Joystick (60) beinhaltet, der relativ zu einem Basisgehäuse (62) drehbar ist; einen MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56), der steuerbar ist, um selektiv der Drehung des Joysticks (60) relativ zum Basisgehäuse (62) um mindestens eine Achse zu widerstehen; ein Hinderniserkennungssystem (72), das konfiguriert ist, um Hindernisse in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs (20) zu erkennen; und eine Steuerungsarchitektur (50), die mit der JoystickVorrichtung (52), mit dem MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56) und mit dem Hinderniserkennungssystem (72) gekoppelt und konfiguriert ist, um: als Reaktion auf eine Bedienerdrehung des Joysticks (60) in eine Bedienereingaberichtung zu bestimmen, ob eine fortgesetzte Joystick-Drehung in die Bedienereingaberichtung eine Wahrscheinlichkeit einer Kollision eines Arbeitsfahrzeugs mit einem Hindernis in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs (20) erhöht und durch das Hinderniserkennungssystem (72) erkannt wird; und wenn bestimmt wird, dass eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung die Wahrscheinlichkeit einer Kollision des Arbeitsfahrzeugs erhöht, den MRF-Joystick-Widerstandsmechanismus (56) anzuweisen, eine MRF-Widerstandskraft zu erzeugen, die eine fortgesetzte Joystick-Drehung in der Bedienereingaberichtung verhindert.
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