專(zhuān)利名稱(chēng)：控制移動(dòng)機(jī)械的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里所描述的實(shí)施方式針對(duì)一種用于控制移動(dòng)機(jī)械的方法和系統(tǒng)。更具體來(lái)說(shuō)，這些實(shí)施方式涉及用于控制移動(dòng)機(jī)械的引導(dǎo)系統(tǒng)。這種機(jī)械包括農(nóng)機(jī)車(chē)輛。
背景技術(shù)：
操作諸如拖拉機(jī)和收割機(jī)之類(lèi)的農(nóng)機(jī)車(chē)輛經(jīng)常要求高度重復(fù)的操作。例如，當(dāng)在土地上耕作和種植時(shí)，操作人員必須反復(fù)地穿過(guò)土地。由于工作的反復(fù)特性和地形的不規(guī)則性，在農(nóng)作物的行中可能出現(xiàn)間隙和重疊。這能夠?qū)е罗r(nóng)作物破壞，過(guò)度種植或每英畝產(chǎn)量降低。隨著農(nóng)機(jī)車(chē)輛和農(nóng)具的規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，精確地控制它們的運(yùn)動(dòng)變得更加重要。
引導(dǎo)系統(tǒng)越來(lái)越多地用于控制農(nóng)業(yè)和環(huán)境管理設(shè)備和例如路側(cè)噴灑、道路撒鹽以及積雪清除的操作，其中期望沿預(yù)先定義的路徑進(jìn)行操作。與人工操縱車(chē)輛的通常實(shí)現(xiàn)相比，這允許對(duì)車(chē)輛進(jìn)行更精確的控制。許多有賴(lài)于犁溝跟隨器(furrow follower)，該犁溝跟隨器以機(jī)械方式檢測(cè)該車(chē)輛的行進(jìn)是否與預(yù)先耕作的種植犁溝平行。然而，這些引導(dǎo)系統(tǒng)在平坦地形和在檢測(cè)沿直線耕作的犁溝時(shí)最為有效。此外，這些系統(tǒng)大多要求工廠安裝，并且這些系統(tǒng)大多過(guò)于昂貴或不便于售后安裝。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要一種適于對(duì)諸如農(nóng)機(jī)車(chē)輛之類(lèi)的移動(dòng)機(jī)械進(jìn)行引導(dǎo)的系統(tǒng)。在滿(mǎn)足上述需要的同時(shí)，還期望該引導(dǎo)系統(tǒng)適用于在那些車(chē)輛中進(jìn)行售后安裝。
這里描述的實(shí)施方式闡述了用于控制移動(dòng)機(jī)械的方法和系統(tǒng)。在一種實(shí)施方式中，系統(tǒng)包括用于確定移動(dòng)機(jī)械的地理位置的位置決定部件。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)向部件，用于響應(yīng)于一條消息而控制移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括與位置確定部件相耦合并與轉(zhuǎn)向部件相耦合的控制部件。該控制部件響應(yīng)于從位置確定部件接收到位置數(shù)據(jù)而向轉(zhuǎn)向部件產(chǎn)生消息。


并入本說(shuō)明書(shū)并形成本說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施方式，并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。除非特別指出，本說(shuō)明中涉及的附圖不應(yīng)當(dāng)被理解為需要按比例繪制。
圖1A和圖1B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制移動(dòng)機(jī)械的示例性系統(tǒng)。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的示例性系統(tǒng)架構(gòu)；圖3A和圖3B分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制移動(dòng)機(jī)械的系統(tǒng)的側(cè)視圖和俯視圖。
圖4A和圖4B分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制移動(dòng)機(jī)械的系統(tǒng)的側(cè)視圖和俯視圖。
圖5A和圖5B分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制移動(dòng)機(jī)械的系統(tǒng)的側(cè)視圖和俯視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制農(nóng)機(jī)車(chē)輛的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中示出其例子。盡管將結(jié)合以下實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但需要理解的是這些實(shí)施方式不旨在將本發(fā)明限制在這些實(shí)施方式中。相反，本發(fā)明旨在覆蓋可包含在如本發(fā)明所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍中的可選方案、修改方案以及等同方案。此外，在本發(fā)明以下的詳細(xì)描述中，闡述了多個(gè)具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明完整的理解。然而，在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施方式。在其他實(shí)例中，沒(méi)有詳細(xì)描述公知的方法、過(guò)程、部件以及電路，以避免不必要地模糊本發(fā)明的多個(gè)方面。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制移動(dòng)機(jī)械105的示例性系統(tǒng)100的框圖。在圖1中，位置確定系統(tǒng)經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)或聯(lián)結(jié)器115與控制部件120以及轉(zhuǎn)向部件130相耦合。此外，系統(tǒng)100可以包括也與聯(lián)結(jié)器115耦合的可選擇的鍵板140和/或地形補(bǔ)償模塊部件(例如，TCM 150)。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，聯(lián)結(jié)器115是串行通信總線。在一種實(shí)施方式中，聯(lián)結(jié)器115服從但不限于服從控制器局域網(wǎng)(CAN)協(xié)議。CAN是一種在20世紀(jì)80年代早期為汽車(chē)使用而開(kāi)發(fā)的串行總線系統(tǒng)。汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)(SAE)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種基于CAN規(guī)范2.0的標(biāo)準(zhǔn)CAN協(xié)議SAE J1939。SAE J1939規(guī)范提供即插即用能力并允許來(lái)自各個(gè)供應(yīng)商的部件很容易地集成在開(kāi)放架構(gòu)中。
位置確定系統(tǒng)110確定移動(dòng)機(jī)械105的地理位置。為了本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“地理位置”意味著在至少二維(例如緯度和經(jīng)度)中確定移動(dòng)機(jī)械105的位置。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，位置確定系統(tǒng)110是基于衛(wèi)星的位置確定系統(tǒng)并且該系統(tǒng)經(jīng)由圖1B的天線107從衛(wèi)星接收導(dǎo)航數(shù)據(jù)。基于衛(wèi)星的位置確定系統(tǒng)的例子包括全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航系統(tǒng)、差分GPS系統(tǒng)、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)(RTK)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化RTK系統(tǒng)等等。盡管本實(shí)施方式具體引用了這些位置確定系統(tǒng)，但可以理解的是，本發(fā)明的實(shí)施方式還可以很好的適合于使用其他位置確定系統(tǒng)，例如基于地面的位置確定系統(tǒng)或其他基于衛(wèi)星的位置確定系統(tǒng)，諸如GLONASS系統(tǒng)或目前正處于開(kāi)發(fā)中的伽利略(Galileo)系統(tǒng)。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，控制部件120從位置確定系統(tǒng)110接收位置數(shù)據(jù)并產(chǎn)生用于控制移動(dòng)機(jī)械105的命令。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，移動(dòng)機(jī)械105是諸如拖拉機(jī)、收割機(jī)等的農(nóng)機(jī)車(chē)輛。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式還很好地適用于控制其他車(chē)輛，例如積雪清除、道路撒鹽或路側(cè)噴灑設(shè)備。在一種實(shí)施方式中，響應(yīng)于從位置確定系統(tǒng)110接收到的位置數(shù)據(jù)，控制部件120向轉(zhuǎn)向部件130產(chǎn)生一個(gè)消息(例如，轉(zhuǎn)向命令)，然后該轉(zhuǎn)向部件130控制移動(dòng)機(jī)械105的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，控制部件120可操作用于根據(jù)系統(tǒng)100的配置而向電子轉(zhuǎn)向部件和液壓轉(zhuǎn)向部件產(chǎn)生轉(zhuǎn)向命令。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，鍵板130向系統(tǒng)100提供附加的輸入/輸出能力。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，鍵板130還可以包括裝置驅(qū)動(dòng)131，其允許讀取諸如壓縮盤(pán)(CD)、數(shù)字多功能盤(pán)(DVD)、記憶棒等媒體存儲(chǔ)裝置。這允許例如集成來(lái)自各種軟件應(yīng)用(例如映射軟件)的數(shù)據(jù)，以便促進(jìn)對(duì)移動(dòng)機(jī)械105的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。例如，可以容易地將場(chǎng)地邊界輸入給系統(tǒng)100，以促進(jìn)對(duì)移動(dòng)機(jī)械105的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。
TCM 150提供對(duì)地形變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪芰Γ渲羞@種地形變化能夠降低位置確定系統(tǒng)110在確定移動(dòng)機(jī)械105的地理位置中的精度。例如，當(dāng)穿過(guò)山坡時(shí)，位置確定系統(tǒng)110的天線107可位移到相對(duì)于移動(dòng)機(jī)械105中心線的一側(cè)或另一側(cè)，從而在確定移動(dòng)機(jī)械105的地理位置中產(chǎn)生誤差。結(jié)果，當(dāng)跨越仿形地形(contoured terrain)來(lái)執(zhí)行耕作時(shí)會(huì)出現(xiàn)間隙或重疊。TCM 150可以檢測(cè)天線107相對(duì)于移動(dòng)機(jī)械105中心線的位移幅度(例如由于橫滾、傾斜和偏移所致)，并發(fā)送允許控制部件120產(chǎn)生轉(zhuǎn)向命令的信號(hào)，該轉(zhuǎn)向命令對(duì)在確定移動(dòng)機(jī)械105的地理位置中的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。需要理解的是，參考圖1描述的部件可以實(shí)現(xiàn)為分離部件。然而，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，這些部件可以集成為離散部件的各種組合或集成為單個(gè)裝置。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的示例性系統(tǒng)架構(gòu)200。在圖2的實(shí)施方式中，控制部件120包括與轉(zhuǎn)向控制器220相耦合的車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)210。需要理解的是，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)210和轉(zhuǎn)向控制器220可以實(shí)現(xiàn)為單個(gè)單元或分離的單元。分離地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制器220的優(yōu)點(diǎn)在于其促進(jìn)了將本發(fā)明實(shí)現(xiàn)為可以被容易地添加到現(xiàn)有車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)上的售后工具箱。結(jié)果，降低了本發(fā)明的控制系統(tǒng)的安裝的成本和部件的成本。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式也非常適于象移動(dòng)機(jī)械105的原始設(shè)備那樣進(jìn)行工廠安裝。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)210使用來(lái)自位置確定系統(tǒng)110的位置數(shù)據(jù)、用戶(hù)輸入(例如期望模式或方向)以及向量數(shù)據(jù)(例如確定用于引導(dǎo)移動(dòng)車(chē)輛105的路線糾正的期望方向和距離)。來(lái)自TCM 150的橫滾、傾斜以及偏移數(shù)據(jù)也可以用于確定移動(dòng)機(jī)械105的路線糾正。為了本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“路線糾正”的意思是移動(dòng)機(jī)械105行進(jìn)方向中的下列改變，即將移動(dòng)機(jī)械105從當(dāng)前行進(jìn)方向引導(dǎo)到期望的行進(jìn)方向。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)210是一種商業(yè)可用的引導(dǎo)系統(tǒng)，例如加利福尼亞州桑尼維爾市的Trimble Navigation有限公司生產(chǎn)的AgGPS引導(dǎo)系統(tǒng)。
用于確定路線糾正的附加數(shù)據(jù)還可以包括條帶(swath)計(jì)算，該計(jì)算考慮了可以與移動(dòng)機(jī)械105耦合的各種器具的寬度。例如，如果收割機(jī)能夠在每次通過(guò)時(shí)清除15英尺的條帶，那么車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)210可以產(chǎn)生使移動(dòng)機(jī)械105在下一次通過(guò)時(shí)向一側(cè)移動(dòng)15英尺的轉(zhuǎn)向命令。還可以對(duì)車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)210進(jìn)行編程以遵循直線或曲線路徑，這在操作于不規(guī)則形狀或仿形區(qū)域中或設(shè)置于中心軸周?chē)鷧^(qū)域中時(shí)是有用的。這在移動(dòng)機(jī)械105所遵循的路徑被模糊的情況下也是有用的。例如，掃雪機(jī)的操作人員由于路面積雪而可能看不到正被清掃的道路。此外，能見(jiàn)度可能會(huì)被雪、雨或霧所模糊。因此，有益的是利用本發(fā)明的實(shí)施方式以在這些情況中引導(dǎo)移動(dòng)機(jī)械105。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，位置確定部件110可以集成在車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)120中或可以是分離的單元。此外，如以上參考圖1所述，位置確定部件110、控制部件120和轉(zhuǎn)向部件130可以集成在本發(fā)明實(shí)施方式的單個(gè)單元中。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，將車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)210所計(jì)算的路線糾正從車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)210發(fā)送至轉(zhuǎn)向控制器220。
轉(zhuǎn)向控制器220將由引導(dǎo)系統(tǒng)210產(chǎn)生的路線糾正轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向命令，用于操縱移動(dòng)機(jī)械105的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向控制器220產(chǎn)生將轉(zhuǎn)向命令傳送至轉(zhuǎn)向部件130的消息。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)210、轉(zhuǎn)向控制器220和轉(zhuǎn)向部件130之間的通信耦合利用聯(lián)結(jié)器115(例如串行總線或CAN總線)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向部件130可以包括電子轉(zhuǎn)向部件131或液壓轉(zhuǎn)向部件132。因此，如圖2所示，轉(zhuǎn)向控制器220包括第一輸出221，用于將轉(zhuǎn)向控制器220與電子轉(zhuǎn)向部件131耦合起來(lái)；以及第二輸出222，用于將轉(zhuǎn)向控制器220與液壓轉(zhuǎn)向部件132耦合起來(lái)。由于聯(lián)結(jié)器115可以服從CAN協(xié)議，因此促進(jìn)了在系統(tǒng)200中實(shí)現(xiàn)即插即用功能。因此，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向控制器可以根據(jù)使用了轉(zhuǎn)向控制器220的哪個(gè)輸出來(lái)確定其與哪個(gè)轉(zhuǎn)向部件耦合。
然后，轉(zhuǎn)向控制器220根據(jù)與其耦合的轉(zhuǎn)向部件來(lái)產(chǎn)生消息，該消息使得該轉(zhuǎn)向部件對(duì)移動(dòng)機(jī)械105的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行致動(dòng)。例如，如果轉(zhuǎn)向控制器220確定輸出221正被使用，那么其產(chǎn)生被格式化為控制電子轉(zhuǎn)向部件131的轉(zhuǎn)向命令。如果轉(zhuǎn)向控制器220確定輸出222正被使用，那么其產(chǎn)生被格式化為控制液壓轉(zhuǎn)向部件132的轉(zhuǎn)向命令。
圖3A和圖3B分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制移動(dòng)機(jī)械的系統(tǒng)300的側(cè)視圖和俯視圖。在圖3A的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向部件(例如圖2中的電子轉(zhuǎn)向部件131)包括經(jīng)由軸312與致動(dòng)裝置(actuator device)相耦合的電動(dòng)機(jī)310。在圖3A的實(shí)施方式中，致動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)盤(pán)311，其與移動(dòng)機(jī)械105的方向盤(pán)330接觸。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)310可以與驅(qū)動(dòng)盤(pán)311直接耦合，或者可以經(jīng)由低比率齒輪(low ratio gear)(未示出)耦合。利用這些方法將電動(dòng)機(jī)313與驅(qū)動(dòng)盤(pán)311耦合的優(yōu)點(diǎn)在于可以使用較小的電動(dòng)機(jī)，同時(shí)仍然產(chǎn)生足夠的扭矩來(lái)控制方向盤(pán)330。因此，如果用戶(hù)希望手動(dòng)地操縱移動(dòng)機(jī)械105，那么用戶(hù)在電動(dòng)機(jī)310空閑時(shí)將從該電動(dòng)機(jī)310受到較少的阻力。
電子轉(zhuǎn)向部件131進(jìn)一步包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元313，其與電動(dòng)機(jī)310耦合并通過(guò)聯(lián)結(jié)器115與圖2的控制部件120耦合。在圖3A中，電動(dòng)機(jī)310經(jīng)由托架320與轉(zhuǎn)向柱(steering column)340耦合。可以理解的是，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)310可以利用除托架320之外的另一設(shè)備與轉(zhuǎn)向柱340耦合起來(lái)。例如，在一種實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)310可以與一個(gè)托架耦合，該托架經(jīng)由吸盤(pán)附著在移動(dòng)機(jī)械105的擋風(fēng)玻璃或檔泥板上。在另一實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)310可以與在移動(dòng)機(jī)械105的底部和頂部之間延展的桿體(pole)耦合。而且，盡管本發(fā)明示出了與電動(dòng)機(jī)310直接耦合的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元313，但本發(fā)明的實(shí)施方式可以很好地適于使用其他配置。例如，在一種實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元313可以實(shí)現(xiàn)為控制單元120的子部件，并且可以經(jīng)由電子聯(lián)結(jié)器(未示出)而僅向電動(dòng)機(jī)310發(fā)送控制電壓。在另一實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元313可以實(shí)現(xiàn)為分離單元，其經(jīng)由連接器115與控制單元120通信地耦合，并經(jīng)由電子聯(lián)結(jié)器(未示出)與電動(dòng)機(jī)310通信地耦合。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)盤(pán)311以足夠的摩擦力與方向盤(pán)330相耦合，從而驅(qū)動(dòng)盤(pán)311的旋轉(zhuǎn)引起方向盤(pán)330的旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，彈簧(未示出)保持足夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)盤(pán)311與方向盤(pán)330耦合的壓力。然而，彈簧在驅(qū)動(dòng)盤(pán)311和方向盤(pán)330之間保持的壓力不足以例如在用戶(hù)手動(dòng)操縱移動(dòng)機(jī)械105并且該用戶(hù)的手指通過(guò)驅(qū)動(dòng)盤(pán)311和方向盤(pán)330之間時(shí)夾住用戶(hù)的手指。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)310是可反轉(zhuǎn)的，因此，根據(jù)從控制部件120發(fā)送的轉(zhuǎn)向命令，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元313控制至電動(dòng)機(jī)310的電流，從而其以順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。結(jié)果，方向盤(pán)330也以順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。通常，對(duì)流經(jīng)電動(dòng)機(jī)310的電流進(jìn)行校準(zhǔn)從而驅(qū)動(dòng)盤(pán)311使方向盤(pán)330轉(zhuǎn)動(dòng)而不產(chǎn)生過(guò)多的扭矩。這促進(jìn)了允許用戶(hù)取代電子轉(zhuǎn)向部件。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)310可以是永磁電刷直流(DC)發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)刷DC發(fā)動(dòng)機(jī)、步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)或交流(AC)發(fā)動(dòng)機(jī)。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元313可以檢測(cè)用戶(hù)何時(shí)以與電子轉(zhuǎn)向部件131轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反的方向來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)330。例如，可以使用軸編碼器(未示出)來(lái)確定軸312正在哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，當(dāng)用戶(hù)以與電動(dòng)機(jī)310轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反的方向來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)330時(shí)，軸編碼器檢測(cè)出用戶(hù)正在轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)330并向發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元313產(chǎn)生信號(hào)。響應(yīng)于確定用戶(hù)正在轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)330，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元313可以切斷供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)310的動(dòng)力。結(jié)果，電動(dòng)機(jī)310現(xiàn)在憑慣性前行并且可以被用戶(hù)更容易地操作。在另一實(shí)施方式中，當(dāng)方向盤(pán)330的轉(zhuǎn)動(dòng)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元313中的電路檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)310失速并且切斷供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)310的動(dòng)力。在另一實(shí)施方式中，開(kāi)關(guān)檢測(cè)方向盤(pán)330的旋轉(zhuǎn)并向發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元313發(fā)送信號(hào)。然后，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元313可以確定用戶(hù)正在手動(dòng)地操縱移動(dòng)機(jī)械105并且使電動(dòng)機(jī)310脫離。結(jié)果，當(dāng)用戶(hù)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)330時(shí)，如果他們的手指通過(guò)驅(qū)動(dòng)盤(pán)311和方向盤(pán)330之間，則他們的手指將不會(huì)被夾住，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)310在切斷動(dòng)力后是憑慣性前行的。
與傳統(tǒng)車(chē)輛控制系統(tǒng)相比，本發(fā)明的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于它可以容易并快速地作為售后工具箱來(lái)安裝。例如，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)通常利用與車(chē)輛的動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)耦合的螺線管(solenoid)和液壓流量閥(hydraulic flow valve)來(lái)控制車(chē)輛。這些系統(tǒng)比以上所述的系統(tǒng)更難安裝并且更加昂貴，這是因?yàn)槁菥€管和液壓流量閥的較高成本以及安裝該系統(tǒng)時(shí)涉及的附加工作量。圖3的實(shí)施方式可以很容易地栓接至轉(zhuǎn)向柱340上并且可以與轉(zhuǎn)向控制器220相耦合。此外，通過(guò)簡(jiǎn)單地將托架320替換成針對(duì)特定車(chē)輛模型而配置的托架，電動(dòng)機(jī)310可適用于多種車(chē)輛。而且，本發(fā)明的實(shí)施方式不依賴(lài)于犁溝感應(yīng)器(furrow feeler)，其中，通常當(dāng)?shù)竭_(dá)犁溝一端時(shí)必須從犁溝提起該犁溝感應(yīng)器或?qū)⒃摾鐪细袘?yīng)器下放到犁溝中。結(jié)果，在提起或下放該犁溝感應(yīng)器中損失了少量時(shí)間。
圖4A和圖4B分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制移動(dòng)機(jī)械的系統(tǒng)400的側(cè)視圖和俯視圖。在圖4A中，轉(zhuǎn)向部件(例如圖2的電子轉(zhuǎn)向部件131)包括經(jīng)由軸412與驅(qū)動(dòng)盤(pán)411耦合的電動(dòng)機(jī)410以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元413。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元413將電動(dòng)機(jī)410與圖2的轉(zhuǎn)向控制器220耦合。在圖4A中，電動(dòng)機(jī)410經(jīng)由托架420與轉(zhuǎn)向柱440耦合起來(lái)。在圖4A和圖4B的實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)盤(pán)411與子盤(pán)(sub wheel)431耦合，該子盤(pán)經(jīng)由托架432與方向盤(pán)330耦合。
在圖4A和圖4B的實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)410根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元413接收到的轉(zhuǎn)向命令以順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果，驅(qū)動(dòng)盤(pán)411使得子盤(pán)431也以順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。利用子盤(pán)431防止了如果用戶(hù)選擇手動(dòng)地操縱車(chē)輛時(shí)用戶(hù)的手指被夾在方向盤(pán)430和驅(qū)動(dòng)盤(pán)411之間。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，可以通過(guò)例如將托架432附著在方向盤(pán)430的輪輻(spoke)上而簡(jiǎn)單并快速地將子盤(pán)431與方向盤(pán)430耦合。
圖5A和圖5B分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制移動(dòng)機(jī)械的系統(tǒng)500的側(cè)視圖和俯視圖。在圖5A中，轉(zhuǎn)向部件(例如圖2的電子轉(zhuǎn)向部件131)包括電動(dòng)機(jī)510，其經(jīng)由軸512與齒輪511耦合并與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元513耦合。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元413將電動(dòng)機(jī)510與圖2的轉(zhuǎn)向控制器220耦合。在圖5A中，電動(dòng)機(jī)510與轉(zhuǎn)向柱540耦合。
圖5B是系統(tǒng)500的剖面圖，其示出了轉(zhuǎn)向柱540中設(shè)置的轉(zhuǎn)向軸550。齒輪551將轉(zhuǎn)向軸550與電子轉(zhuǎn)向部件131的齒輪511耦合。在本實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)510根據(jù)由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元513接收到的轉(zhuǎn)向命令而以順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果，齒輪511也以順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，從而由于齒輪551所傳送的力而使得轉(zhuǎn)向軸550轉(zhuǎn)動(dòng)。盡管本實(shí)施方式提出了利用齒輪將電子轉(zhuǎn)向部件131與轉(zhuǎn)向軸550耦合起來(lái)，但本發(fā)明的實(shí)施方式很好地適于使用其他機(jī)械聯(lián)結(jié)器，例如齒輪鏈(gear and chain)、帶(belt)和滑輪(pulley)等等。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于控制農(nóng)機(jī)車(chē)輛的方法600的流程圖。在圖6的步驟610中，使用基于衛(wèi)星的位置確定部件來(lái)確定農(nóng)機(jī)車(chē)輛的地理位置。如以上參考圖1所述，位置確定部件110是基于衛(wèi)星的位置確定系統(tǒng)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航系統(tǒng)、差分GPS系統(tǒng)、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)(RTK)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化RTK系統(tǒng)等等。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，位置確定系統(tǒng)在至少二維上確定移動(dòng)機(jī)械105的位置。
在圖6的步驟620中，控制部件用于基于農(nóng)機(jī)車(chē)輛的地理位置而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向命令。如以上參考圖2所述，控制部件120用于基于從位置確定部件110接收到的地理數(shù)據(jù)而產(chǎn)生針對(duì)移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向命令。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，控制部件120包括與轉(zhuǎn)向控制器(例如圖2的220)耦合的車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)(例如，圖2的210)。車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)210使用從位置確定部件110接收到的位置數(shù)據(jù)來(lái)確定用于移動(dòng)機(jī)械105的路線糾正。轉(zhuǎn)向控制器220將路線糾正轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)向命令。
在圖6的步驟630中，轉(zhuǎn)向部件用于響應(yīng)于轉(zhuǎn)向命令而控制農(nóng)機(jī)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
以上描述了本發(fā)明的用于控制移動(dòng)機(jī)械的方法和系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式。盡管以特定實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式不應(yīng)當(dāng)理解為是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，而應(yīng)當(dāng)根據(jù)隨后的權(quán)利要求書(shū)來(lái)理解本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于控制農(nóng)機(jī)車(chē)輛的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括位置確定部件，用于確定所述移動(dòng)機(jī)械的地理位置；電子轉(zhuǎn)向部件，用于響應(yīng)于一個(gè)消息而控制所述移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；控制部件，其與所述位置確定部件耦合并與所述轉(zhuǎn)向部件耦合，所述控制部件用于響應(yīng)于從所述位置確定部件接收到位置數(shù)據(jù)而產(chǎn)生所述消息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述位置確定系統(tǒng)是基于地面的位置確定系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述位置確定系統(tǒng)是基于衛(wèi)星的位置確定系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述基于衛(wèi)星的位置確定系統(tǒng)是從包括下列系統(tǒng)的組中選擇出來(lái)的全球定位系統(tǒng)(GPS)系統(tǒng)、差分GPS系統(tǒng)、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)(RTK)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化RTK系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)以及伽利略系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制部件向所述電子轉(zhuǎn)向部件產(chǎn)生控制電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括串行通信總線，其將所述控制部件、所述轉(zhuǎn)向部件和所述位置確定部件通信地耦合起來(lái)。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述串行通信總線基本上服從控制器局域網(wǎng)(CAN)協(xié)議。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制部件可進(jìn)一步操作為對(duì)與所述移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)耦合的液壓轉(zhuǎn)向部件進(jìn)行控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)向部件包括電動(dòng)機(jī)，其與所述控制部件相耦合；以及致動(dòng)裝置，其與所述電動(dòng)機(jī)相耦合并配置為控制所述移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述電動(dòng)機(jī)與所述致動(dòng)裝置直接耦合。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述電動(dòng)機(jī)經(jīng)由齒輪與所述致動(dòng)裝置耦合。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，所述電動(dòng)機(jī)是從包括下列發(fā)動(dòng)機(jī)的組中選擇出來(lái)的永磁電刷直流(DC)發(fā)動(dòng)機(jī)、無(wú)刷DC發(fā)動(dòng)機(jī)、步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)以及交流(AC)伺服發(fā)動(dòng)機(jī)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述電動(dòng)機(jī)與所述移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向柱相耦合，并且其中，所述致動(dòng)裝置包括控制所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的方向盤(pán)的驅(qū)動(dòng)盤(pán)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述致動(dòng)裝置經(jīng)由與所述方向盤(pán)耦合的子盤(pán)來(lái)控制所述方向盤(pán)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述致動(dòng)裝置與所述移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向軸耦合。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括檢測(cè)部件，用于確定用戶(hù)何時(shí)在操縱所述移動(dòng)機(jī)械，并用于響應(yīng)于所述確定而啟動(dòng)所述轉(zhuǎn)向部件的脫離。
17.一種用于控制農(nóng)機(jī)車(chē)輛的控制部件，所述控制部件包括車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)，用于基于從位置確定部件接收到的位置數(shù)據(jù)來(lái)確定針對(duì)所述移動(dòng)機(jī)械的路線糾正；以及轉(zhuǎn)向控制器，與所述車(chē)輛引導(dǎo)系統(tǒng)相耦合，并用于基于所述路線糾正而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向命令，并且其中，所述轉(zhuǎn)向命令被傳送給下列至少之一與所述移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)相耦合的液壓轉(zhuǎn)向部件和電子轉(zhuǎn)向部件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制部件，其中，所述控制部件和所述位置確定部件經(jīng)由串行通信總線進(jìn)行通信。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制部件，其中，所述串行通信總線基本上服從控制器局域網(wǎng)(CAN)協(xié)議。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制部件，其中，所述位置確定部件是基于地面的位置確定系統(tǒng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制部件，其中，所述位置確定部件是基于衛(wèi)星的位置確定系統(tǒng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制部件，其中，所述基于衛(wèi)星的位置確定部件是從包括下列系統(tǒng)的組中選擇出來(lái)的全球定位系統(tǒng)(GPS)系統(tǒng)、差分GPS系統(tǒng)、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)(RTK)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化RTK系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)以及伽利略系統(tǒng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制部件，其中，響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)向命令而向所述電子轉(zhuǎn)向部件和所述液壓轉(zhuǎn)向部件兩者之任意一個(gè)傳送控制電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制部件，其中，所述電子轉(zhuǎn)向部件包括電動(dòng)機(jī)，其與所述移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向柱耦合；以及致動(dòng)裝置，其與所述電動(dòng)機(jī)相耦合并被配置為控制所述移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的控制部件，其中，所述電動(dòng)機(jī)與所述致動(dòng)裝置直接耦合。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的控制部件，其中，所述電動(dòng)機(jī)經(jīng)由齒輪與所述致動(dòng)裝置耦合。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的控制部件，所述電動(dòng)機(jī)是從包括下列發(fā)動(dòng)機(jī)的組中選擇出來(lái)的永磁電刷直流(DC)發(fā)動(dòng)機(jī)、無(wú)刷DC發(fā)動(dòng)機(jī)、步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)以及交流(AC)伺服發(fā)動(dòng)機(jī)。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的控制部件，其中，所述致動(dòng)裝置包括與所述移動(dòng)機(jī)械的方向盤(pán)耦合的驅(qū)動(dòng)盤(pán)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的控制部件，其中，所述驅(qū)動(dòng)盤(pán)經(jīng)由與方向盤(pán)耦合的子盤(pán)與所述方向盤(pán)耦合。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的控制部件，其中，所述致動(dòng)裝置與所述移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向軸相耦合。
31.根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制部件，其中所述電子轉(zhuǎn)向部件進(jìn)一步包括檢測(cè)部件，用于確定用戶(hù)何時(shí)在操縱所述移動(dòng)機(jī)械，并用于響應(yīng)于所述確定而啟動(dòng)所述電子轉(zhuǎn)向部件和所述液壓轉(zhuǎn)向部件之一的脫離。
32.一種用于控制農(nóng)機(jī)車(chē)輛的方法，包括使用位置確定部件來(lái)確定所述農(nóng)機(jī)車(chē)輛的地理位置；使用控制部件來(lái)基于所述農(nóng)業(yè)車(chē)輛的地理位置而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向命令；以及使用電子轉(zhuǎn)向部件來(lái)響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)向命令而控制所述農(nóng)機(jī)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述位置確定部件包括基于地面的位置確定系統(tǒng)。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述位置確定系統(tǒng)包括基于衛(wèi)星的位置確定部件。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述基于衛(wèi)星的位置確定部件是從包括下列系統(tǒng)的組中選擇出來(lái)的全球定位系統(tǒng)(GPS)系統(tǒng)、差分GPS系統(tǒng)、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)(RTK)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化RTK系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)以及伽利略系統(tǒng)。
36.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括，響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)向命令而產(chǎn)生控制電壓。
37.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括使用串行通信總線而將所述控制部件和所述位置確定部件通信地耦合起來(lái)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述串行通信總線基本上服從控制器局域網(wǎng)(CAN)協(xié)議。
39.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述控制部件可進(jìn)一步操作為對(duì)液壓轉(zhuǎn)向部件進(jìn)行控制。
40.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述轉(zhuǎn)向部件包括電動(dòng)機(jī)，其與所述控制部件相耦合；以及致動(dòng)裝置，其與所述電動(dòng)機(jī)相耦合并被配置為控制所述移動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述電動(dòng)機(jī)與所述致動(dòng)裝置直接耦合。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述電動(dòng)機(jī)經(jīng)由齒輪與所述致動(dòng)裝置相耦合。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，所述電動(dòng)機(jī)是從包括下列發(fā)動(dòng)機(jī)的組中選擇出來(lái)的永磁電刷直流(DC)發(fā)動(dòng)機(jī)、無(wú)刷DC發(fā)動(dòng)機(jī)、步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)以及交流(AC)伺服發(fā)動(dòng)機(jī)。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述致動(dòng)裝置包括控制所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的方向盤(pán)的驅(qū)動(dòng)盤(pán)。
45.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述致動(dòng)裝置經(jīng)由與所述方向盤(pán)耦合的子盤(pán)來(lái)控制所述方向盤(pán)。
46.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述致動(dòng)裝置與所述農(nóng)機(jī)車(chē)輛的轉(zhuǎn)向軸耦合。
47.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括確定用戶(hù)何時(shí)在操縱所述移動(dòng)機(jī)械；以及響應(yīng)于所述確定而使所述轉(zhuǎn)向部件脫離。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及一種用于控制移動(dòng)機(jī)械(105)的方法和系統(tǒng)。在一種實(shí)施方式中，系統(tǒng)(100)包括位置確定部件(110)，用于確定移動(dòng)機(jī)械的地理位置。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)向部件(130)，用于響應(yīng)于一個(gè)消息而控制移動(dòng)機(jī)械(105)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制部件(120)，其與位置確定部件(110)相耦合并與轉(zhuǎn)向部件(130)相耦合。控制部件響應(yīng)于從位置確定部件(110)接收到位置數(shù)據(jù)而向轉(zhuǎn)向部件產(chǎn)生消息。
文檔編號(hào)G05D1/02GK101040232SQ200580029009
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者A·蘭格, J·維尼齊安奧 申請(qǐng)人:天寶導(dǎo)航設(shè)備公司