具有改进的装载机/器具位置控制和返回就位功能的作业车辆的制作方法
【专利说明】具有改进的装载机/器具位置控制和返回就位功能的作业车辆
技术领域
[0001]本发明整体涉及作业车辆，更具体地，本发明涉及用于自动地控制作业车辆的提升组件的操作以允许车辆的装载机臂和/或器具运动或返回到预定位置的系统和方法。
【背景技术】
[0002]具有提升组件的作业车辆，例如滑移装载机、伸缩式处理机、轮式装载机、挖掘装载机、叉车、紧凑型履带式装载机和类似作业车辆，是建筑工程工业的支柱。例如，滑移装载机通常包括枢转连接到车辆的底盘的一对装载机臂，所述一对装载机臂可以在操作者的命令下升高和降低。装载机臂通常具有附接到其端部的器具，由此在装载机臂升高和降低时允许器具相对于地面运动。例如，铲斗通常联接到装载机臂，其允许滑移装载机用来围绕工地运载供应物或颗粒物，例如碎石、沙子或粉尘。
[0003]过去已经公开了控制系统，其允许将用于装载机臂或器具的预定位置存储在车辆的控制器中。在操作者选择预定位置的情况下，控制器试图自动控制装载机臂或器具的运动，以便将这样的部件运动到预定位置。遗憾的是，现有的控制系统通常缺乏响应于操作者的预定位置选择而精确定位装载机臂或器具的能力。例如，这些控制系统通常采用简单的开环控制算法，其不能够提供将装载机臂或器具正确地定位在操作者选择的位置处所需的精度。具体地，常规的控制系统通常导致操作者选择的位置的调整不足或调整过度。
[0004]因此，在技术上需要自动地控制车辆的提升组件的操作以允许装载机臂和/或器具精确地且高效地运动到操作者选择的预定位置的改进的系统和方法。
【发明内容】
[0005]本发明的各方面和优点将在以下的描述中部分地说明，或者可以从说明书中是明显的，或者可以通过实施本发明而得以获悉。
[0006]在一个方面中，本发明涉及自动地控制作业车辆的提升组件的操作的方法，其中提升组件包括器具和联接到器具的一对装载机臂。该方法整体可以包括:接收与使装载机臂和/或器具运动到预定位置的指令相关的输入；以及监测装载机臂和/或器具相对于预定位置的位置。此外，当与装载机臂和/或器具相关的基准部位位于相对于与该预定位置相关的基准位置限定的外部阈值边界外侧时，该方法可以包括发送至少一个第一命令信号，以使装载机臂和/或器具朝向预定位置运动，其中第一命令信号与使装载机臂和/或器具以对应于期望恒定速度的运动速度进行运动相关。此外，当基准部位在外部阈值边界内运动时，该方法可以包括发送至少一个第二命令信号，以便当装载机臂和/或器具运动靠近预定位置时装载机臂和/或器具的运动速度从恒定速度斜降。
[0007]在另一个方面中，本发明涉及自动地控制作业车辆的提升组件的操作的方法，其中提升组件包括器具和联接到器具的一对装载机臂。该方法整体可以包括:接收与使装载机臂和/或器具运动到预定位置的指令相关的输入；以及监测装载机臂和/或器具相对于预定位置的位置。此外，当与装载机臂和/或器具相关的基准部位位于相对于与该预定位置相关的基准位置限定的外部阈值边界外侧时，该方法可以包括:利用闭环速度控制子算法生成至少一个第一命令信号；以及将第一命令信号发送到至少一个阀，以使装载机臂和/或器具朝向预定位置运动，其中第一命令信号与使装载机臂和/或器具以对应于期望恒定速度的运动速度进行运动相关。此外，当基准部位在外部阈值边界内运动时，该方法可以包括:利用闭环速度控制子算法或闭环位置控制子算法生成至少一个第二命令信号；以及将第二命令信号发送到所述至少一个阀，以便当装载机臂和/或器具运动靠近预定位置时装载机臂和/或器具的运动速度从期望恒定速度斜降。
[0008]参考以下的说明书和所附的权利要求，将会更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。被并入本文中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
【附图说明】
[0009]参考附图，在说明书中描述了针对本领域普通技术人员的本发明的完全和全部公开，包括其最佳模式，其中:
[0010]图1示出了作业车辆的一个实施例的侧视图；
[0011]图2示出了根据本发明各方面的用于控制作业车辆各种部件的合适控制系统的一个实施例的示意图，具体示出了被构造成用于控制作业车辆各种液压部件(例如作业车辆的阀和相关的液压缸)的控制系统；
[0012]图3示出了图1所示的作业车辆的另一个侧视图，具体示出了可以存储在车辆控制器中以用于自动地定位车辆的装载机臂的两个不同预定位置；
[0013]图4示出了图1所示的作业车辆的器具的侧视图，具体示出了可以存储在车辆控制器中以用于自动地定位该器具的两个不同预定位置；
[0014]图5示出了图1所示的作业车辆的另一个侧视图，具体示出了绕与用于装载机臂的预定位置相关的基准位置限定的外部和内部阈值边界；
[0015]图6示出了根据本发明各方面的能够在使装载机臂和/或器具运动到其一个预定位置时使用的合适速度分布的示例性曲线；
[0016]图7示出了图4所示的器具的另一个侧视图，示出了绕与用于器具的预定位置相关的基准位置限定的外部和内部阈值边界；
[0017]图8示出了根据本发明各方面的可以用来自动地控制装载机臂和/或器具的位置的闭环控制算法的一个实施例的流程图；
[0018]图9示出了根据本发明各方面的可以实施的闭环速度控制子算法的一个实施例的流程图；
[0019]图10示出了根据本发明各方面的可以实施的闭环位置控制子算法的一个实施例的流程图；
[0020]图11示出了根据本发明各方面的可以用来自动地控制装载机臂和/或器具的位置的半闭环控制算法的一个实施例的流程图；以及
[0021]图12示出了根据本发明各方面的可以用来自动地控制装载机臂和/或器具的位置的开环控制算法的一个实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0022]现在，将详细参照本发明的实施例，在附图中示出了这些实施例的一个或多个实例。每个例子都提供为解释本发明，而非限制本发明。事实上，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可在不脱离本发明范围或精神的前提下对本发明作出各种修改和变化。例如，示出为或描述为一个实施例的一部分的特征可以用于另一个实施例，从而又得到另一个实施例。因而，拟由本发明涵盖这些修改和变更，只要这些修改和变更落入后附的权利要求书及其等同物的范围即可。
[0023]现在参考附图，图1示出了根据本发明各方面的作业车辆10的一个实施例的侧视图。如图所示，作业车辆10被构造成滑移装载机。然而，在其它实施例中，作业车辆10可以被构造成本领域中已知的任何其他合适的作业车辆，例如包括允许操纵器具的提升组件的任何其它车辆(例如伸缩式处理机、轮式装载机、挖掘装载机、叉车、紧凑型履带式装载机、推土机和/或类似作业车辆)。
[0024]如图所示，作业车辆10包括一对前轮12 (示出了一个)、一对后轮16 (示出了一个)以及联接到车轮12、16并由车轮支撑的底盘20。操作者驾驶舱22可以由底盘20的一部分支撑，并且可以容纳多种输入装置，例如一个或多个速度控制操纵杆24以及一个或多个提升/倾斜操纵杆25，以允许操作者控制作业车辆10的操作。此外，作业车辆10可以包括发动机26和流体静力学驱动单元28，该驱动单元联接到底盘20或者以其它方式由底盘支撑。
[0025]此外，如图1所示，作业车辆10还可以包括提升组件30，该提升组件用于相对于车辆10的驱动表面34升高和降低合适的器具32 (例如铲斗)。在若干实施例中，提升组件30可以包括可枢转地联接在底盘20和器具32之间的一对装载机臂36 (示出了一个)。例如，如图1所示，每个装载机臂36都可以被构造成在前端部38和后端部40之间沿长度方向延伸，其中前端部38在前枢转部位42处可枢转地联接到器具32，后端部40在后枢转部位46处可枢转地联接到底盘20 (或者后部塔架44联接到底盘20或者以其它方式由底盘支撑)。
[0026]此外，提升组件30还可以包括联接在底盘20 (例如在后部塔架44处)和装载机臂36之间的一对液压提升缸48以及联接在装载机臂36和器具32之间的一对液压倾斜缸50。例如，如图示实施例所示，每个提升缸48能够在提升枢转部位52处可枢转地联接到底盘20，并且可以从该提升枢转部位向外延伸，以便在中间附接位置54处联接到其对应的装载机臂36，该中间附接位置限定在每个装载机臂36的前端部和后端部38、40之间。类似地，每个倾斜缸50可以在第一附接位置56处联接到其对应的装载机臂36，并且可以从该第一附接位置向外延伸，以便在第二附接位置58处联接到器具32。
[0027]本领域普通技术人员应当容易地理解，提升缸和倾斜缸48、50可以用来允许器具32相对于作业车辆10的驱动表面34升高/降低和/或枢转。例如，提升缸48可以延伸和缩回，以便使装载机臂36绕后枢转部位52相应地向上和向下枢转，由此至少部分地控制器具32相对于驱动表面34的竖向定位。类似地，倾斜缸50可以延伸和缩回，以便使器具32相对于装载机臂36绕前枢转部位42枢转，由此控制器具32相对于驱动表面34的倾斜角度和取向。如下所述，提升组件30的各个部件的定位和/或取向的这种控制可以允许装载机臂36和/或器具32在作业车辆10操作期间自动地运动到一个或多个预定位置。
[0028]应当理解，以上所述和图1所示的作业车辆10的构造仅仅是用来说明本发明的示例性应用领域。因此，应当理解，本发明可以容易地适应于任何种类的作业车辆构造。
[0029]现在参考图2，示出了根据本发明各方面的适合于自动地控制作业车辆的各个提升组件的部件的控制系统100的一个实施例。整体上，将在本文中参考以上参照图1所述的作业车辆10来描述控制系统100。然而，本领域普通技术人员应当理解，本发明所公开的系统100可以大致用来控制任何合适作业车辆的提升组件的部件。
[0030]如图所示，控制系统100大致可以包括控制器102，该控制器被构造成用以电气地控制作业车辆10的一个或多个部件的操作，例如控制作业车辆10的各种液压部件(例如提升缸48和/或倾斜缸50)。通常，控制器102可以包括本领域已知的任何合适的基于处理器的装置，例如计算装置或计算装置的任何合适的组合。因此，在若干实施例中，控制器102可以包括被构造成用以执行各种计算机应用功能的一个或多个处理器104和相关的存储装置106。如在此所用的，术语“处理器”不仅涉及在本领域中包含在计算机中的集成电路，而且还涉及控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其它可编程电路。另外，控制器102的存储装置106整体上可以包括存储元件，包括但不限于计算机可读介质(例如随机访问存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如闪存存储器)、软盘、只读光盘存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字化光盘(DVD)和/或其它合适的存储元件。这样的存储装置106可以大致被构造成用以存储合适的计算机可读指令，当由处理器104执行时，这些计算机可读指令将控制器102构造成用以执行各种计算机应用功能，例如以下参考图3和4所述的算法