本發(fā)明總體上涉及鉸接式機器，如自行式平地機，并且更具體地涉及一種用于自動控制鉸接式機器鉸接的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

鉸接式機器(諸如自行式平地機)是用于公路作業(yè)、挖掘作業(yè)、場地整理及其他表面修整任務(wù)的通用裝置。自行式平地機的多功能性很大部分通過所述平地機的多個路線設(shè)定和路線改變選項來提供。特別地，自行式平地機通常具有通過可轉(zhuǎn)向接地輪實施的轉(zhuǎn)向功能，同時也允許經(jīng)由機器框架的側(cè)面拱起或鉸接進行一定程度的路線修正或轉(zhuǎn)向。通過這種方式，例如，自行式平地機可以在不驅(qū)使后輪跨越曲線內(nèi)區(qū)域并破壞剛剛平整的區(qū)域的情況下，通過轉(zhuǎn)向和鉸接沿曲線行進。

通過上述內(nèi)容應(yīng)該認識到，自行式平地機和其他鉸接式機器是重型機器的復雜零件，并且操作復雜?？刂谱孕惺狡降貦C包括使前輪轉(zhuǎn)向、定位鏟、控制鉸接、控制松土器和犁等附屬設(shè)備的多個手動操作控制器，以及監(jiān)測機器狀況和/或功能的各種顯示器?？刂谱孕惺狡降貦C要求高技能且專注的操作者，從而在定位鏟同時控制轉(zhuǎn)向。

在進行轉(zhuǎn)彎時，自動鉸鏈控制可以幫助鉸接式機器的操作者從每時每刻監(jiān)測鉸接中解脫出來，但出于各種原因包括安全原因，在不同狀況下，諸如當車輛的速度超過閾值速度時，可脫離接合此類系統(tǒng)。例如，美國專利申請公布US 2011/0035109(“具有自動化鉸接控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Steering System with Automated Articulation Control)”)描述了系統(tǒng)，其中機器鉸接基于機器轉(zhuǎn)向而自動控制。‘109公布的系統(tǒng)調(diào)節(jié)機器鉸接，以遵循轉(zhuǎn)向角和命令，從而維持機器的前輪和后輪之間的軌跡。當該機器的地速超過極限時，應(yīng)當自動解除自動鉸接。

然而，可以存在以下情況：自動鉸接控制的操作者預期不同于實際狀態(tài)，這可導致操作困難或甚至危害安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，使用電子控制器管理鉸接式機器中的鉸接的方法包括在電子控制器處確定鉸接式機器是以低于最小閾值速度的地速操作。響應(yīng)于確定鉸接式機器以低于最小閾值速度操作，當?shù)谝粻顟B(tài)或第二狀態(tài)中的一者為真時，電子控制器可以禁用自動鉸接控制功能。第一狀態(tài)是當鉸接式機器的變速器在中間位置時，且第二狀態(tài)是當模式選擇器在機器鍵循環(huán)、機器動力循環(huán)或‘操作者不存在’的狀態(tài)之前被設(shè)置為持續(xù)啟動。

在本發(fā)明的另一方面，用于管理鉸接式機器中的鉸接的系統(tǒng)包括控制器，其實施鉸接式機器中的自動鉸接控制功能?？刂破骺梢园ㄌ幚砥?、接收鉸接式機器的地速的至少一個傳感器輸入以及存儲數(shù)據(jù)和計算機可執(zhí)行指令的存儲器。當由處理器執(zhí)行時計算機可執(zhí)行指令使控制器確定模式選擇器處于啟動狀態(tài)、比較鉸接式機器的地速與最小速度，且當?shù)厮俚陀谧钚∷俣葧r，確定存在排除自動鉸接控制功能的操作的條件?？刂破鹘又梢苑乐棺詣鱼q接控制功能改變鉸接式機器的鉸接角。

在本發(fā)明的又另一個方面，操作管理鉸接式機器中的鉸接角的控制器的方法可以包括識別模式選擇器在啟動位置。當鉸接式機器的地速低于閾值速度時，所述方法可以識別預定操作條件為真，并且可以防止控制器改變鉸接式機器的鉸接角。

通過接合附圖閱讀以下詳細描述，本發(fā)明系統(tǒng)和原理的其他特征和優(yōu)勢將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的自行式平地機的側(cè)視圖；

圖2為圖1所示自行式平地機的俯視圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的自行式平地機在自動鉸接操作模式期間的俯視圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明的示例性轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的框圖；以及

圖5為用于自動鉸接控制功能的座艙控制的簡化圖；

圖6為示出執(zhí)行自動鉸接控制功能過程的流程圖；

圖7至圖10為與全范圍、非線性鉸接角相對于轉(zhuǎn)向角控制相關(guān)的示例性傳遞函數(shù)；以及

圖11至圖12為與部分范圍轉(zhuǎn)向控制角相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)傳遞函數(shù)。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種使用自動鉸接系統(tǒng)使自行式平地機或其他鉸接式機器的操作者能夠優(yōu)化使用鉸接式機器的鉸接功能的系統(tǒng)和方法。特別地，所述系統(tǒng)和方法可以采用控制器，當檢測到多種狀況中的任意一者時，所述控制器阻止自動鉸接控制功能啟動或停用自動鉸接控制。此外，一些自動鉸接控制特征可以允許有限操作，從而在停用或停止操作前糾正非期望的鉸接角。如下文所述，自動鉸接控制功能既能提高安全性，方便使用，也能提供附加鉸接跟蹤模式。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的鉸接式機器10，尤其是自行式平地機的示意性側(cè)視圖。鉸接式機器10包括前框架12、后框架14和作業(yè)裝置16，例如鏟組件18，也稱之為拉桿-環(huán)圈-推板組件(DCM)。后框架14包括容納在后隔間20內(nèi)的動力源(未示出)，所述動力源通過變速器(未示出)可操作地接合至后牽引設(shè)備或輪22，用于主要機器推進。

如圖所示，后輪22可操作地支撐在串聯(lián)軸24上，所述串聯(lián)軸在鉸接式機器10兩側(cè)的后輪22之間可樞轉(zhuǎn)地與機器相連接。動力源可以是例如柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機、天然氣發(fā)動機或者本領(lǐng)域已知的任何其他發(fā)動機。動力源也可以是與燃料電池相連的電動馬達、電容性存儲設(shè)備、電池或本領(lǐng)域已知的其他動力源。變速器可以是機械變速器、液壓變速器或其他任何本領(lǐng)域已知的變速器類型。所述變速器可以可操作地在動力源和被驅(qū)動牽引裝置之間產(chǎn)生多級輸出速度比(或連續(xù)變化的速度比)。

前框架12通常支撐操作臺26，所述操作臺包括操作者控制106以及用于將信息傳遞給操作者的各種顯示器或指示器，用于鉸鏈式機器10的主要操作。前框架12還可以包括支撐刀片組件18的梁28，所述梁28用于相對于鉸鏈式機器10將刀片30移動至許多不同位置。刀片組件18包括通過球形關(guān)節(jié)(未示出)等可樞轉(zhuǎn)地安裝于梁28的第一端34的拉桿32。拉桿32的位置通常由三個液壓汽缸控制：控制豎直運動的右提升缸36和左提升缸38(圖2)，以及控制水平運動的中央位移缸40。右提升缸36和左提升缸38與聯(lián)接器70相連接，所述聯(lián)接器包括可樞轉(zhuǎn)地連接到梁28以繞軸線C轉(zhuǎn)動的提升臂72。聯(lián)接器70的底部具有與中央位移缸40相連的可調(diào)整長度的水平部件74。

拉桿32可以包括大的、平坦的板，通常叫做軛板42。軛板42下是圓形的齒輪裝置和安裝架，通常被叫做回轉(zhuǎn)盤44?；剞D(zhuǎn)盤44由例如叫做回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置46的液壓馬達帶動轉(zhuǎn)動。由回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置46帶動的回轉(zhuǎn)盤44的轉(zhuǎn)動使連接的鏟刀30繞垂直于拉桿軛板42的平面的軸線A轉(zhuǎn)動。鏟刀切角被定義為作業(yè)機具16相對于前框架12的縱軸48的角。例如，當鏟刀切角為零度時，鏟刀30與前框架12的縱軸線48和梁28呈直角排列(圖2)。

鏟刀30也通過允許鏟刀30相對于回轉(zhuǎn)盤44傾斜的樞軸組件50安裝到回轉(zhuǎn)盤44上。鏟刀翻轉(zhuǎn)汽缸52用于使鏟刀30向前或向后傾斜。換句話說，鏟刀翻轉(zhuǎn)汽缸52用于使鏟刀30的上邊緣54相對于下切削邊緣56翻轉(zhuǎn)或傾斜，這通常被叫做鏟刀翻轉(zhuǎn)。鏟刀30也安裝在與回轉(zhuǎn)盤44相接合的滑動接頭上，所述滑動接頭使得鏟刀30可以相對于回轉(zhuǎn)盤44左右滑動或移動。所述左右移動通常被叫做鏟刀側(cè)移?；破?未示出)等用于控制鏟刀側(cè)移。

自行式平地機的轉(zhuǎn)向通過結(jié)合前輪轉(zhuǎn)向和機器鉸接兩者實現(xiàn)。如圖2所示，可轉(zhuǎn)向牽引設(shè)備，比如右輪58和左輪60與梁28的第一端34相接合。輪58、60可以都是可轉(zhuǎn)動且可傾斜的，以在轉(zhuǎn)向以及平整工作表面86的過程中使用(圖1)。前輪58、60通過轉(zhuǎn)向裝置88相連，所述轉(zhuǎn)向裝置可以包括連桿機構(gòu)90和用于實現(xiàn)圍繞前輪樞軸點80旋轉(zhuǎn)的液壓汽缸(未示出)，如圖3所示，以及用于使前輪傾斜的傾斜汽缸92。可轉(zhuǎn)向前輪58、60和/或后從動牽引裝置22可以包括履帶、皮帶或本領(lǐng)域已知的可以替代輪的其他牽引裝置。前輪58、60也可以被驅(qū)動，如設(shè)置了全輪驅(qū)動的自行式平地機的情形。例如，動力源可以可操作地與液壓泵(未示出)相連，所述液壓泵與一個或多個與前輪58、60相接合的液壓馬達(未示出)流體相連。

參考圖1和圖3，鉸接式機器10包含可樞轉(zhuǎn)地連接前框架12和后框架14的鉸接接頭62。右鉸接汽缸64和左鉸接汽缸66(圖3)在鉸接式機器10的相對側(cè)面連接在前框架12和后框架14之間。右鉸接汽缸64和左鉸接汽缸66用于使前框架12相對于后框架14繞鉸接軸B樞轉(zhuǎn)(圖1)。在圖2中，鉸接式機器10被置于中間位置或零鉸接角位置，其中前框架12的縱軸48與后框架14的縱軸68對齊。

圖3是鉸接式機器10的示意性俯視圖，所述鉸接式機器10的前框架12轉(zhuǎn)過鉸接角α，該角度由前框架12的縱軸48與后框架14的縱軸68交叉限定，所述交叉與鉸接接頭62的位置相對應(yīng)。在這個附圖中，正α角表示從面向前方的操作者的視角看去的左側(cè)鉸接運動，負α角(未示出)則表示右側(cè)鉸接運動。前輪轉(zhuǎn)向角θ限定在與前框架12的縱軸48平行的縱軸76和前輪58、60的縱軸78之間，角θ具有位于前輪58、60的樞轉(zhuǎn)點80的起點。圖中示出其與右前輪58相連接，但是同樣可應(yīng)用在左前輪60上。對于鉸接角，正θ角被定義為前輪58、60位于縱軸76的左邊，負θ角被定義為前輪58、60位于縱軸76的右邊。

為了簡明并使模糊根據(jù)本發(fā)明原理和概念的任何風險最小化，除非另有規(guī)定，轉(zhuǎn)向角度和鉸接角的描述假定為有絕對值的大小。也就是說，0度到20度的鉸接范圍指0度到+20度和0度到-20度的范圍。同樣地，0度到12度的轉(zhuǎn)向角范圍包括0度到+12度和0度到-12度的范圍。另一個+12度到50度的轉(zhuǎn)向角范圍包括+12度到+50度的范圍和-12度到-50度的轉(zhuǎn)向角范圍。最后，轉(zhuǎn)向角范圍和鉸接角范圍假定為沒有重復值，從而當一個范圍是比如0度到+12的的轉(zhuǎn)向范圍，且另一個范圍是+12度到+50度的范圍，一個值要么比正巧12度略高，要么比正巧12度略低。

參加圖4，圖4是根據(jù)本申請實施例的示例性的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)100的框圖?？刂葡到y(tǒng)100主要包括電子控制器102，所述電子控制器配置為，例如，通過控制算法接收來自不同傳感器的多個指令以及/或者操作者命令，并且響應(yīng)地提供指令用于控制多種機器制動器以及/或者與機器設(shè)備操作者進行通信?？刂破?02可以包括執(zhí)行軟件指令的多個部件，所述軟件指令設(shè)計為調(diào)節(jié)鉸接式機器10的各種子系統(tǒng)。例如，控制器102可以包括處理器103，以及可以包括隨機訪問存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)的存儲器105。存儲器105也可以包括大容量存儲裝置、數(shù)據(jù)存儲器和/或可移除存儲介質(zhì)，例如CD、DVD和/或閃存設(shè)備，但不包括傳播媒介，比如載波。控制器102可以執(zhí)行存儲器105中存儲的機器可讀指令?？刂破?02也可以包括輸入/輸出硬件107，該輸入/輸出硬件107聯(lián)接于以下描述的各種傳感器和輸出設(shè)備。

控制系統(tǒng)100可以配置為根據(jù)操作者對前輪轉(zhuǎn)向的控制，控制機器鉸接。因此，控制器102可以配置為接收前輪轉(zhuǎn)向角θ的指示。在一些例子中，鉸接式機器10包括一個或多個可與右前輪58和左前輪60中的一個或兩個相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)向角傳感器104。在一些這樣的例子中，轉(zhuǎn)向角傳感器104設(shè)置為通過監(jiān)測在前輪處的轉(zhuǎn)向連桿和/或樞轉(zhuǎn)點的旋轉(zhuǎn)角度來監(jiān)測車輪轉(zhuǎn)向角θ。

轉(zhuǎn)向角傳感器104可配置為通過測量控制前輪58、60轉(zhuǎn)向的致動器(未示出)，如液壓致動器，的延伸量來監(jiān)測車輪轉(zhuǎn)向角。其他傳感器配置在本領(lǐng)域中是眾所周知的。轉(zhuǎn)向角傳感器104可提供“指示”轉(zhuǎn)向角的數(shù)據(jù)，這應(yīng)該被理解為代表對感興趣的量或特性的直接測量，以及對例如同感興趣的量或特性具有已知關(guān)系的不同的量或特性的間接測量。

控制器102可配置為接收來自一個或多于一個操作者轉(zhuǎn)向控制106的信號，操作者轉(zhuǎn)向控制106可用來提供轉(zhuǎn)向角θ的指示。這些控制106可以是，例如，如圖1-2中所示的方向盤106或任何其他類型的操作者輸入設(shè)備，如標度盤、操縱桿、鍵盤、踏板或本領(lǐng)域已知的其他設(shè)備。在一個實施例中，例如，可提供感測方向盤106的轉(zhuǎn)動或位置的方向盤傳感器，用于提供轉(zhuǎn)向角θ的指示。不管是否通過轉(zhuǎn)向角傳感器104或操作著轉(zhuǎn)向控制106接收，可產(chǎn)生在控制器中使用的轉(zhuǎn)向信號以確定前輪58、60的轉(zhuǎn)向角。

一個或多于一個鉸接傳感器108可用來提供后框架14和前框架12之間軸線B處的鉸接角α的指示。在一些示例中，鉸接傳感器108是設(shè)置在鉸接接頭62處的用于感測鉸接軸線B處轉(zhuǎn)動的樞轉(zhuǎn)傳感器。附加地或可選地，鉸接傳感器108可配置為監(jiān)測右和/或左鉸接汽缸64、66的延伸。轉(zhuǎn)向角傳感器104和鉸接傳感器108可以是本領(lǐng)域中已知的任何傳感器類型，包括，例如，電位計、延伸傳感器、近程傳感器、角傳感器等。

其他可與控制系統(tǒng)100相關(guān)聯(lián)的輸入可包括從設(shè)置在例如操作員站26中的模式選擇器110提供的指令。模式選擇器110可包括用來選擇操作模式的滑塊214和用來選擇轉(zhuǎn)向角至鉸接角模式的標度盤216，下面將詳細討論。該操作模式可用于在各種操作模式中進行選擇，這些操作模式包括，例如，手動模式或一個或多個自動模式。也可以使用其他輸入機構(gòu)和選擇。

附加輸入可包括機器速度傳感器112和位于例如后隔室20中的變速器傳感器114。機器速度傳感器112可以是配置為監(jiān)測機器運行速度的任何傳感器，例如，與前輪、后輪、驅(qū)動軸、發(fā)動機或傳動系其他部件中的任意一者相關(guān)聯(lián)的傳感器。變速器傳感器114可與變速器相關(guān)聯(lián)以提供當前齒輪速比或輸出率的指示?？蛇x地，當前齒輪速比或輸出率的指示可由與用于變速器(未示出)的操作者控制相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)提供。

控制系統(tǒng)100還可包括影響鉸接式機器10操作的輸出?？商峁﹦恿D(zhuǎn)向指令118以控制轉(zhuǎn)向致動器120。鉸接致動器64、66可由鉸接控制指令122控制，根據(jù)操作模式，控制指令122可由通過鉸接控制116的操作者輸入形成或在控制器102處自動形成。自動鉸接功能的操作狀態(tài)或操作模式可通過通信指令124和顯示面板126傳送至操作者。

參照圖5，用于自動鉸接控制功能的座艙控制125可包括以上所討論的模式選擇器110和顯示面板126。顯示面板126可包括“開”指示器202和“未激活”指示器204。未激活指示器204可大致指示一種或多種情況正在阻止自動鉸接控制功能激活。在示出的實施例中，多個指示器可用來分別代表一些不同的操作狀態(tài)，如“待命”206，“僅中心”208和“錯誤情況”210。在一些情況中，多于一個顯示器可同時激活，如“錯誤情況”210和“未激活”204。在一些實施例中，消息區(qū)212可向操作者提供更詳細的信息，或如果自動鉸接控制功能處于所指示的狀態(tài)之一，可在采取的步驟中為操作者提供指令。在不同實施例中，其他指示器和顯示技術(shù)組合可用來接收模式選擇，并用來傳遞關(guān)于自動鉸接控制功能狀態(tài)的信息、相關(guān)消息和幫助信息。這些顯示技術(shù)可包括觸摸屏、語音識別等。

工業(yè)實用性

圖6示出了用于管理自動鉸接行為的示例性控制過程300。該控制過程可利用儲存在存儲器105中的計算機可執(zhí)行指令由控制器102的處理器103執(zhí)行。

在塊302處，模式選擇器110的位置可通過已知機構(gòu)確定。如果該模式選擇器處在其中一個自動模式選擇位置，執(zhí)行可繼續(xù)進行至塊304。如果鉸接式機器10的速度低于閥值速度，例如，包括停止小于每小時一英里或兩英里，可沿“是”分支到塊306。

大體上，在塊306處，當模式選擇器110設(shè)置為自動操作設(shè)置時，做出鉸接式機器10是否處于操作者可能沒有意識到自動鉸接模式設(shè)置的狀態(tài)的確定。在沒有安全超控的情況下，自動鉸接可在操作者沒有期待的情況下發(fā)生。鉸接角的變化改變車輛的轉(zhuǎn)向形式，所以如果操作者不期待時發(fā)生這種變化，鉸接式機器10可能與預料的轉(zhuǎn)動不同且可能導致事故。

所以，在塊306處，檢查指示操作者可能沒有意識到模式選擇器110被設(shè)置為開的情況。這些情況可包括機器鍵循環(huán)或機器動力循環(huán)。也就是說，當發(fā)動機上一次被啟動時，模式選擇器110被設(shè)置于“開”的位置。另一個示例性情況可以是當模式選擇器110設(shè)置在開的位置時，座椅或座艙傳感器指示沒有操作者在場。在這些情形中，操作者可能沒有意識到預先存在的自動鉸接模式選擇。

如果任何這些示例性情況或其他類似的情況被識別，來自塊306的“是”分支可隨后到塊308。在塊308處，自動鉸接控制功能可停用或禁止。這并不一定代表錯誤情況，且可能只需要操作者撥動模式選擇器110到“關(guān)”再撥回到“開”，如塊310所示。適當?shù)闹甘酒骺稍陲@示面板126處被激活。撥動模式選擇器110后，執(zhí)行可返回到塊304。在一個實施例中，這些情況可獨立于地速停用自動鉸接控制功能。也就是說，交替控制過程可獨立于地速檢查或平行于地速檢查來評測這些因素。

如果，在塊304處，鉸接式機器10的地速低于閥值速度，和前面一樣，“是”分支可被帶到塊306。在塊306處，如果與禁用自動鉸接控制功能的操作相關(guān)聯(lián)的情況已經(jīng)清楚，來自塊306的“否”分支可被帶到塊312。

在塊312處，可檢查以確定變速器是否處于空擋，例如利用變速器傳感器114。由于變速器處于空擋且地速處于或接近零，可以假設(shè)車輛停放或停止了。但是，即使在停止時，操作者或維護人員也可轉(zhuǎn)動前輪58、60以檢查輪胎狀況或進入機械部件進行檢測或維修。與以上情況類似，如果操作者在車輛不運動時轉(zhuǎn)動前輪58、60，且如果沒有對這種情況的檢查，鉸接式機器10可改變其鉸接角，導致前框架12、后框架14或兩者運動。這種非期待的運動可傷害人員或損壞鄰近裝備或建筑。所以，如果變速器處于空擋，來自塊312的“是”分支可被帶到塊326，且自動鉸接控制功能可被停用或禁止。一旦被停用，自動鉸接控制功能可根據(jù)自塊302處開始的步驟重新激活。適當?shù)闹甘酒骺稍陲@示面板126處被激活。

返回塊312，如果鉸接式機器10的速度低于閾值速度且沒有出現(xiàn)限定條件，并且如果變速器不在空檔位置，那就可以假定鉸接式機器10正常運行并可以繼續(xù)執(zhí)行塊314或?qū)嵤├龎K318(未具體示出)。例如，鉸接式機器10可能在陡上坡上運行或刮擦重型或困難作業(yè)表面86，這會造成機器10短暫停頓或至少速度降到閾值速度之下。在這種情況下，如果自動鉸接控制功能自動停用，而如果操作者在不知道自動鉸接已被停用時期望自動鉸接，這至少將造成不便，至多甚至會引起安全隱患。出于安全和便利的雙重原因，塊312的決定點允許自動鉸接控制在此種情況下繼續(xù)運行。應(yīng)注意，通常只有在自動鉸接控制功能已經(jīng)激活并運行時才能達到此條件。

返回塊304，如果鉸接式機器10的地速大于閾值速度，“否”分支可以從塊304出來，且執(zhí)行可繼續(xù)至塊314。在塊314，可以將實際鉸接角和所需鉸接角進行對比。通過鉸接傳感器108接收的數(shù)據(jù)可以直接或間接確定實際鉸接角值。根據(jù)轉(zhuǎn)向控制106和/或轉(zhuǎn)向角傳感器104的輸入可以計算所需鉸接角，即，通過估計當前轉(zhuǎn)向角來確定所需鉸接角。在一些實施例中，當前轉(zhuǎn)向角與所需鉸接角的比可以是非線性傳遞函數(shù)或其他映射算法函數(shù)，下文中將詳細描述。

一些情況中的任意一種都可以導致實際鉸接角不等于所需鉸接角。在一種情況下，在當前轉(zhuǎn)向角規(guī)定了僅僅不等于當前鉸接角的所需鉸接角時，操作者可以，例如，在塊302，接合自動鉸接控制功能。例如，鉸接式機器可以與零鉸接角對齊，且方向盤向左轉(zhuǎn)35度。在下文更詳細討論的另一個例子中，造成自動鉸接控制功能暫時停用的錯誤情況可以清除，但實際鉸接角和所需鉸接角會在自動鉸接控制功能停用期間有所偏離。在這種狀況下，激活自動鉸接會造成鉸接角突然劇烈變化并且可以造成轉(zhuǎn)向變化，這對于操作者來說可能很難或不可能控制。最壞的情況是，如果鉸接為-20度而轉(zhuǎn)向為+45度，則激活自動鉸接控制功能將造成后框架14急速移動完整的40度。

在之前的一些自動鉸接控制實施例中，可能會要求操作者手動觀察前輪58、60的轉(zhuǎn)向角和當前鉸接角，并在兩角似乎對齊的精確時間點上嘗試激活自動鉸接控制功能。這對于操作者來說既困難又容易分神。

在塊314，當實際及所需鉸接角不相等，或在閾值角范圍之內(nèi)，如0.2度到-0.2度時，“否”分支可以被帶到塊320。

在塊320，自動鉸接控制功能可以被配備，即處于待機狀態(tài)，使得電子控制器102能夠監(jiān)測實際和所需鉸接角，并在它們處于閾值角范圍內(nèi)時接合自動鉸接控制功能。這減輕了對操作者手動觀察并準時激活該功能的需求，同時保留了接合自動鉸接控制功能時避免鉸接式機器10鉸接角快速顯著變化的理想特性。

當在塊314，實際及所需鉸接角都為零或在閾值角范圍之內(nèi)時，“是”分支可以帶到塊316。在塊316，控制器102可以篩選若干錯誤情況中的任意一種，包括但不局限于，鉸接式機器10的地速超過限制、無效信號或無效輸入信號，如控制器102中沒有可用的地速信號，或其他錯誤如轉(zhuǎn)向傳感器錯誤。在一個實施例中，地速或閾值地速的上限為約20英里每小時，但可以根據(jù)不同種類的鉸接式機器10或者甚至不同的操作條件而改變。當沒發(fā)現(xiàn)錯誤情況時，執(zhí)行會隨著“否”分支到塊318。

在塊318，可以激活自動鉸接控制功能并且根據(jù)激活的任何控制策略控制鉸接式機器10鉸接。下文結(jié)合圖7至圖10詳細討論了不同控制策略。

在一個示例性實施例中，響應(yīng)于電子控制器102的指令，可以在前框架12和后框架14之間以大于零的鉸接角α操作鉸接式機器10。例如，當前輪58、60從完全對齊的位置向左轉(zhuǎn)(+θ)，電子控制器102可以使鉸接式機器10向左鉸接，將其指定為正鉸接角或+α。同樣，當前輪58、60從完全對齊的位置向右轉(zhuǎn)(-θ)，電子控制器102可以使鉸接式機器10向右鉸接，將其指定為負鉸接角或-α。無論向左鉸接還是向右鉸接，當前框架12和后框架14沒有對齊時，角α的大小都不為零。

返回塊316，當出現(xiàn)錯誤情況時，“是”分支將從塊316被帶到塊322。在塊322，確定鉸接式機器10是否以非零鉸接角處于鉸接狀態(tài)，即，角大小在以上討論的閾值角范圍之外。

如果在塊322，鉸接式機器10沒有鉸接，執(zhí)行可以將“否”分支帶到塊326且自動鉸接控制功能可以停用。適當?shù)闹甘酒骺稍陲@示面板126處被激活。

在塊322，如果鉸接式機器10具有某個非零鉸接角，如果只是簡單地停用自動鉸接控制功能，則鉸接式機器10會以某個鉸接角被固定，這會使將來的轉(zhuǎn)向角設(shè)置適得其反。例如，如果鉸接式機器10向左轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向角為+20度而對應(yīng)的鉸接角為+20度，此時地速增加至高于地速限制，僅僅停用自動鉸接控制功能就會造成鉸接角保持在+20度不變，即使轉(zhuǎn)向角在零及以上的范圍內(nèi)向右變化。這會造成一種尷尬的情況，即機器向左鉸接而轉(zhuǎn)向向右鉸接，導致鉸接式機器10沿作業(yè)表面“橫著走”。

為避免這種情況，繼續(xù)執(zhí)行塊324。在塊324，自動鉸接控制功能被配置為在歸零模式下操作，使得此功能僅響應(yīng)能引起鉸接角歸零的轉(zhuǎn)向指令。也就是說，忽略任何檢測到的能增大所需鉸接角的轉(zhuǎn)向角，并處理任何檢測到的能引起所需鉸接角減小的轉(zhuǎn)向角。當鉸接角減小至零或在最小閾值角范圍之內(nèi)時，執(zhí)行繼續(xù)進行至塊326并停用自動鉸接控制功能。

在塊316，當錯誤情況已被清除且塊314的實際和所需鉸接角大致相等時，自動鉸接控制功能可以被重新激活并在塊318繼續(xù)正常運行。

圖6的示例性控制過程300僅僅是用于實施所公開控制和特征可遵循步驟的一種代表。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會認識到，可以發(fā)展出其他實施方案，以實現(xiàn)以上提到的安全和控制功能。例如，各種抑制和錯誤情況會導致中斷，使得能夠通過狀態(tài)改變模式執(zhí)行自動鉸接控制。

圖7至圖10示出了與全范圍、非線性轉(zhuǎn)向角與鉸接角控制比相關(guān)的示例性傳遞函數(shù)。這些圖片示出了一個示例性實施例，其中轉(zhuǎn)向角的范圍為約-50度至+50度，鉸接角的范圍為約-20度至+20度。其他鉸接式機器可以有不同的轉(zhuǎn)向角和鉸接角范圍。本發(fā)明在此公開的原理也適用于那些不同的范圍。

下文描述的鉸接角傳遞函數(shù)允許操作者對自動鉸接控制的操作模式有多種選擇。在各個實施例中，模式選擇器110的標度盤216部分可以修改為允許在各種操作環(huán)境下使用這些實例或其他類似傳遞函數(shù)的個體化選擇。

圖7示出x軸上的轉(zhuǎn)向角與y軸上的鉸接角比的非線性傳遞函數(shù)400。傳遞函數(shù)400示出從約-10度至約+10度的第一范圍402，其具有約為1的第一斜率或約為1:1的轉(zhuǎn)向角與鉸接角比。傳遞函數(shù)400示出小于約-10度的第二范圍406和大于約+10度的第二范圍404，其具有約¹/₄的第二斜率或約為1:4的鉸接角與轉(zhuǎn)向角比。

在一個實施例中，控制器102可以使用轉(zhuǎn)向角的閾值百分比，例如約45％至55％的最大轉(zhuǎn)向角范圍，而不是使用固定轉(zhuǎn)向角度來從第一范圍402轉(zhuǎn)變至第二范圍404、406。第一范圍402和第二范圍404-406構(gòu)成全轉(zhuǎn)向角范圍的子范圍。每個子范圍具有與其他子范圍不同的獨有轉(zhuǎn)向角值。

與圖11的現(xiàn)有技術(shù)傳遞函數(shù)500或圖12的現(xiàn)有技術(shù)傳遞函數(shù)510(具有轉(zhuǎn)向角與鉸接角的1:1對應(yīng)并且接著限定鉸接或轉(zhuǎn)向)相比，傳遞函數(shù)400提供轉(zhuǎn)向角全范圍內(nèi)鉸接的至少某些變化。例如，在上坡或轉(zhuǎn)彎刮擦時(諸如死路)，圖4第一范圍中約1:1的比可以允許后輪跟蹤鉸接式機器10的前輪。大于和小于約10度轉(zhuǎn)向角的第二范圍404、406允許鉸接角在剩余全部轉(zhuǎn)向角范圍中連續(xù)增加，從而允許操作者在必要時顯著地改進轉(zhuǎn)彎半徑。

圖8示出圖7的替代實施例，其示出具有帶有第一比的第一范圍410和具有轉(zhuǎn)向角與鉸接角的第二較低比的第二范圍412、414。圖8的實施例示出‘邊沿’區(qū)域416、418，其示出最后幾度轉(zhuǎn)向角不改變鉸接角的實施例。圖7的原理以下述方式維持：第一和第二范圍各自的傳遞函數(shù)斜率允許前后輪跟蹤區(qū)域(范圍410)和小于1:1的區(qū)域(范圍412、414)。

圖9示出圖7和圖8的替代實施例，并且示出具有一個區(qū)域422的傳遞函數(shù)420，其具有比率大于一度轉(zhuǎn)向角與一度鉸接角比的恒定斜率。傳遞函數(shù)420在轉(zhuǎn)向角全范圍中提供一致的轉(zhuǎn)向?qū)︺q接變化，并且給操作者提供可預測的鉸接變化率，但不一定提供前輪對后輪跟蹤。

圖10是圖9的傳遞函數(shù)420的替代實施例，并且示出傳遞函數(shù)430，其包括轉(zhuǎn)向角對鉸接角比小于1:1的恒定比區(qū)域432，以及邊沿434和436，從而使鉸接不一定跟蹤轉(zhuǎn)向范圍的整個范圍。

可以通過增加具有不同線性或非線性斜率的區(qū)域修改圖7至圖10中的示例性實施例。以上說明在傳遞曲線實施方案的附加變動方面沒有限制。

圖7至圖10中示出的示例性實施例還可以適用于反向操作時的特殊情況。例如，操作者啟動的信號可以指示期望轉(zhuǎn)向路徑或轉(zhuǎn)向路徑變化。當沿前進方向行駛時，這可以通過發(fā)送控制前輪轉(zhuǎn)向角的信號非常自然地發(fā)生。然而，在一些情況中，首先調(diào)節(jié)鉸接角且使可轉(zhuǎn)向車輪跟蹤對鉸接角的調(diào)節(jié)可能更有優(yōu)勢。反向操作時，可能尤其如此。

可以支持自動鉸接控制的另一種模式，其允許在反向操作時通過大致上經(jīng)由操縱桿(未描繪)調(diào)節(jié)鉸接角操作者控制，進而驅(qū)動轉(zhuǎn)向角的變化而完成此方向控制?；阢q接角的轉(zhuǎn)向角變化可以使用上文討論的傳遞函數(shù)的相同變量，其包含大于1:1的轉(zhuǎn)向角與鉸接角比，以將鉸接角范圍的至少一部分映射至轉(zhuǎn)向角范圍。

圖11至12描繪與部分范圍轉(zhuǎn)向控制角相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)傳遞函數(shù)。如上文討論，圖11示出具有恒定1:1區(qū)域502以及零斜率區(qū)域504和506的現(xiàn)有技術(shù)傳遞函數(shù)500。即，對于大于+20度或小于-20度的任何轉(zhuǎn)向角，鉸接角被固定在對應(yīng)的+20度或負20度。

圖12示出具有恒定1:1區(qū)域512以及約束的轉(zhuǎn)向區(qū)域514和516的傳遞函數(shù)510，其中當達到+20和-20度的最大鉸接角時，轉(zhuǎn)向分別被限為+20度和-20度。

本發(fā)明主要涉及一種改進具有前輪轉(zhuǎn)向的鉸接式機器轉(zhuǎn)向控制的方法。一般地，所述系統(tǒng)接收來自操作者的轉(zhuǎn)向命令，并基于指示前輪轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向命令或信號，根據(jù)預定公式自動控制鉸接。鉸接角的自動控制可以在操作期間減少分散操作者注意力、改進轉(zhuǎn)彎半徑、使后輪跟蹤前輪的路徑等。

自動鉸接模式經(jīng)由存儲在物理實體計算機可讀介質(zhì)或存儲器(例如，磁盤驅(qū)動、閃存、光學存儲器、ROM等)上的指令的計算機執(zhí)行而實體化和執(zhí)行?？刂破?02可以物理地體現(xiàn)為一個或多個控制器，并且可以與一個或多個現(xiàn)有控制器(諸如一個或多個發(fā)動機控制器和/或變速器控制器)分離或可以是其一部分。

應(yīng)當明白的是，本發(fā)明提供一種利用可選擇模式以及強化安全性和性能特征促進自動鉸接模式的系統(tǒng)和方法。雖然本文僅列出某些實施例，但是替代和修改通過以上描述對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將顯而易見。這些及其他替代均被視為等同物，并且在本發(fā)明和所附權(quán)利要求書的主旨和范圍內(nèi)。