具有包括觸覺反饋裝置的轉向系統(tǒng)的材料搬運車輛的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種材料搬運車輛（10），包括：車架，其包括駕駛室（30）；支撐在車架上的輪，所述輪中的至少一個輪為轉向輪（74）；和線控轉向系統(tǒng)，其與轉向輪相關聯(lián)，以實現(xiàn)轉向輪的角運動。車輛還包括控制設備。線控轉向系統(tǒng)包括控制把手（90）、觸覺反饋裝置（100）和轉向馬達（120）?？刂圃O備構造成響應于操作者進入駕駛室增加觸覺反饋裝置信號，以便禁止操作者經(jīng)由控制把手作出急轉彎請求。取決于操作者是在駕駛室內(nèi)或在駕駛室外，轉向輪可運動至對應的不同角度范圍。
【專利說明】具有包括觸覺反饋裝置的轉向系統(tǒng)的材料搬運車輛
[0001]本申請是名稱為“具有包括觸覺反饋裝置的轉向系統(tǒng)的材料搬運車輛”、國際申請日為2009年I月27日、國際申請?zhí)枮镻CT/US2009/032135、國家申請?zhí)枮?00980104175.4的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種材料搬運車輛，其具有包括觸覺反饋裝置的轉向系統(tǒng)。
【背景技術】
[0003]美國專利N0.6，564，897公開了一種用于材料搬運車輛的線控轉向系統(tǒng)(steer-by-wire system)。車輛包括轉向桿。然而，轉向桿沒有機械地聯(lián)接至轉向輪。馬達或電磁制動器用于提供反作用轉向阻力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種材料搬運車輛，包括:車架，其包括駕駛室和能夠產(chǎn)生指示操作者進入駕駛室的信號的傳感器；輪，其支撐在車架上；牽引馬達，其聯(lián)接至輪中的一個輪，以實現(xiàn)該一個輪的旋轉；以及線控轉向系統(tǒng)，其與轉向輪相關聯(lián)，以實現(xiàn)轉向輪繞第一軸線的角運動。該線控轉向系統(tǒng)包括:控制把手，其能夠通過操作者運動，以限定與轉向輪期望的角度位置對應的轉向控制信號；觸覺反饋裝置，其與控制把手相關聯(lián)，以對控制把手產(chǎn)生基于可變觸覺反饋裝置信號而改變的反作用力；以及轉向馬達，其聯(lián)接至轉向輪，以實現(xiàn)轉向輪繞第一軸線的角運動。車輛還可包括控制設備，該控制設備聯(lián)接至傳感器以從該傳感器接收指示操作者進入駕駛室的信號，該控制設備聯(lián)接至控制把手以接收轉向控制信號，該控制設備聯(lián)接至轉向馬達以響應于來自控制把手的轉向控制信號向轉向馬達產(chǎn)生第一驅動信號、以實現(xiàn)轉向輪繞第一軸線的角運動，該控制設備聯(lián)接至牽引馬達以向牽引馬達產(chǎn)生第二驅動信號，并且該控制設備聯(lián)接至觸覺反饋裝置以產(chǎn)生觸覺反饋裝置信號?？刂圃O備可響應于操作者進入駕駛室增加觸覺反饋裝置信號，以禁止操作者經(jīng)由控制把手作出急轉彎請求。
[0005]控制設備可使到轉向馬達的第一驅動信號改變，以便在操作者進入駕駛室之后逐漸提高轉向馬達操作的速率。
[0006]控制設備可響應于操作者進入駕駛室增加觸覺反饋裝置信號預定一段時間。
[0007]當操作者在駕駛室內(nèi)時，轉向輪能夠運動至第一角度范圍內(nèi)的一角度位置，而當操作者在駕駛室外時，轉向輪能夠運動至比第一角度范圍小的第二角度范圍內(nèi)的一角度位置。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種材料搬運車輛，包括:車架，其包括駕駛室；輪，其支撐在車架上；牽引馬達，其聯(lián)接至輪中的一個輪，以實現(xiàn)該一個輪的旋轉；以及線控轉向系統(tǒng)，其與轉向輪相關聯(lián)，以實現(xiàn)轉向輪繞第一軸線的角運動。線控轉向系統(tǒng)包括能夠通過操作者而運動的控制把手以及聯(lián)接至轉向輪以實現(xiàn)該轉向輪繞第一軸線的角運動的轉向馬達。車輛還可包括控制設備，該控制設備聯(lián)接至轉向馬達以向轉向馬達產(chǎn)生第一驅動信號，以便實現(xiàn)轉向輪繞第一軸線的角運動，并且該控制設備聯(lián)接至牽引馬達以向牽引馬達產(chǎn)生第二驅動信號，以控制牽引馬達的速度?？刂圃O備可使到轉向馬達的第一驅動信號根據(jù)牽引馬達的速度而改變，以便改變轉向馬達的速度極限。
[0009]控制設備可將到轉向馬達的第一驅動信號改變至超出預定的牽引馬達速度，以便當牽引馬達的速度提高時降低轉向馬達的速度極限。
[0010]車輛還可包括叉。當沿叉的第一方向驅動車輛時，控制設備可減小到轉向馬達的第一驅動信號的值。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種材料搬運車輛，包括:車架，其包括駕駛室和能夠產(chǎn)生指示操作者離開駕駛室的信號的傳感器；輪，其支撐在車架上，所述輪中的至少一個輪為轉向輪；以及線控轉向系統(tǒng)，其與轉向輪相關聯(lián)，以實現(xiàn)轉向輪繞第一軸線的角運動。該線控轉向系統(tǒng)包括:控制把手，其能夠通過操作者而運動，以產(chǎn)生與轉向輪期望的角度位置對應的轉向控制信號；偏壓結構，其與控制把手相關聯(lián)，以朝與轉向輪處于直行位置對應的中心位置偏壓控制把手；觸覺反饋裝置，其與控制把手相關聯(lián)以對控制把手產(chǎn)生與操作者施加的力相反作用的力，該反作用力基于可變觸覺反饋裝置信號而改變；以及轉向馬達，其聯(lián)接至轉向輪，以實現(xiàn)轉向輪繞第一軸線的角運動。車輛還包括控制設備，該控制設備聯(lián)接至傳感器以從該傳感器接收指示操作者離開駕駛室的信號，控制設備聯(lián)接至控制把手以接收轉向控制信號，控制設備聯(lián)接至轉向馬達以響應于來自控制把手的轉向控制信號向轉向馬達產(chǎn)生第一驅動信號、以實現(xiàn)轉向輪繞第一軸線的角運動，并且控制設備聯(lián)接至觸覺反饋裝置以產(chǎn)生觸覺反饋裝置信號。當操作者在駕駛室內(nèi)時，轉向輪能夠運動至第一角度范圍內(nèi)的一角度位置，而當操作者在駕駛室外時，轉向輪能夠運動至比第一角度范圍小的第二角度范圍內(nèi)的一角度位置。
[0012]車輛還可包括牽引馬達，其聯(lián)接至轉向輪，以實現(xiàn)轉向輪繞大致橫向于第一軸線的第二軸線的旋轉。控制設備可聯(lián)接至牽引馬達，并根據(jù)轉向輪期望的角度位置限制牽引馬達的速度。
[0013]控制設備可根據(jù)牽弓I馬達的速度改變觸覺反饋裝置信號。
[0014]控制設備還可根據(jù)由轉向控制信號限定的轉向輪的期望位置與轉向輪的確定實際位置之間的誤差而改變觸覺反饋裝置信號。
[0015]控制設備可使到轉向馬達的第一驅動信號根據(jù)牽引馬達的速度而改變，以便改變轉向馬達的速度極限。
[0016]觸覺反饋裝置可包括產(chǎn)生基于觸覺反饋裝置信號的量值而改變的力的電控制動器。例如，電控制動器包括電流變裝置、磁流變裝置和電磁裝置中的一個。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是結合有本發(fā)明的材料搬運車輛的透視圖；
[0018]圖1A是來自圖1所示車輛的包括地板的駕駛室的一部分的分解圖；
[0019]圖2是來自圖1所示車輛的控制設備的示意性框圖；
[0020]圖3-5是圖1中的車輛的動力單元的透視圖，其中蓋子從動力單元拆除；
[0021]圖6是圖1所示車輛的觸覺反饋裝置的視圖；[0022]圖6A是從控制把手基部向下延伸的銷、彈簧和固定到轉向柱板上的塊的局部剖視圖；
[0023]圖7和圖8是圖1所示的車輛的控制把手的透視圖；
[0024]圖9是控制把手和觸覺反饋裝置的局部剖視圖；
[0025]圖10示出當沿動力單元第一方向操作車輛時用于基于當前牽引馬達速度限定轉向馬達速度極限的第一曲線C1,以及當沿叉的第一方向操作車輛時用于基于當前牽引馬達速度限定轉向馬達速度極限的第二曲線C2 ；
[0026]圖11示出根據(jù)期望轉向輪角度位置或計算出的實際轉向輪角度位置描繪出第一牽引馬達速度極限或第二牽引馬達速度極限的曲線C3 ；
[0027]圖1lA示出用于基于轉向輪誤差限定第三牽引馬達速度極限的曲線Ca;
[0028]圖1lB示出用于基于轉向速率限定第四牽引馬達速度極限的曲線Cb;
[0029]圖1lC示出用于基于計算出的轉向輪當前實際角度位置確定第一加速度換算系數(shù)RFl的曲線Cc;
[0030]圖1lD示出用于基于牽引速度確定第二加速度換算系數(shù)RF2的曲線Cd ；
[0031]圖12示出用于基于牽引馬達速度確定第一觸覺反饋裝置信號值的曲線C4 ；
[0032]圖13示出用于基于轉向輪誤差確定第二觸覺反饋裝置信號值的曲線C5 ;以及
[0033]圖14以框圖形式示出用于確定觸覺反饋裝置信號設定點TFDS的步驟。
【具體實施方式】
[0034]圖1中示出根據(jù)本發(fā)明構成的材料搬運車輛，其包括示出實施例中的碼垛車10。碼垛車10包括車架20，該車架20包括駕駛室30、用于容納電池42的電池隔室40、形成動力單元50的一部分的基部52和一對負載運送叉60A和60B。各叉60A、60B包括對應的負載輪組件62A、62B。當負載輪組件62A、62B相對于叉60A、60B樞轉時，叉60A、60B運動至提升位置。駕駛室30和電池隔室40與叉60A、60B —起相對于動力單元50運動。
[0035]駕駛室30由操作者靠背32、電池隔室40的側壁44和地板34限定。操作者在位于駕駛室30內(nèi)時站在地板34上。見圖1A，在示出的實施例中，地板34沿第一邊緣部34A經(jīng)由螺栓134A、墊圈134B、螺母134C、間隔件134D和柔性索環(huán)134E聯(lián)接至車架基部20A。地板34的與第一邊緣部34A相對的第二邊緣部34B擱在一對彈簧135上。地板34能夠繞軸線Afb樞轉，該軸線Afb延伸通過第一邊緣部34A和柔性索環(huán)134E。見圖1A和2，鄰近地板34設置有接近傳感器36，用于感測地板34的位置。當操作者站在地板34上時，該地板34繞軸線Afb樞轉并朝接近傳感器36運動，使得該地板34被傳感器36感測到。當操作者離開地板34時，由彈簧135沿離開傳感器36的方向偏壓地板34，使得地板34不再被傳感器36感測到。因此，接近傳感器36產(chǎn)生操作者狀態(tài)信號，其指示操作者站在駕駛室30中的地板34上或者沒有操作者站在駕駛室30中的地板34上。操作者狀態(tài)信號的變化指示操作者已進入或離開駕駛室30。
[0036]見圖3-8，動力單元50包括基部52、側壁54和轉向柱56?；?2、側壁54和轉向柱56固定在一起，使得轉向柱56在示出的實施例相對于側壁54或基部52不旋轉或運動。第一和第二腳輪(在圖1中僅示出第一腳輪58)在基部52的相對側52A和52B上聯(lián)接至基部52。[0037]見圖4和5，動力單元50還包括安裝至基部52的驅動單元70，以便可相對于基部52繞第一軸線A1旋轉。見圖3-5，驅動單元70包括安裝至基部52以便可相對于基部52旋轉的支撐結構71、安裝至支撐結構71的牽引馬達72、和安裝至支撐結構71的從動轉向輪74。轉向輪74聯(lián)接至牽引馬達72，以便繞第二軸線A2 (見圖1)由牽引馬達72驅動。轉向輪74還與牽引馬達72和支撐結構71 —起繞第一軸線A1運動。
[0038]編碼器172 (見圖2)聯(lián)接至牽引馬達72的輸出軸(未示出)，以產(chǎn)生指示牽引馬達72的旋轉速度和旋轉方向的信號。
[0039]碼垛車10包括用于實現(xiàn)轉向輪74繞第一軸線A1的角運動的線控轉向系統(tǒng)80。見圖3、4、6和9，線控轉向系統(tǒng)80包括控制把手90、觸覺反饋裝置100、偏壓結構110、轉向馬達120和轉向輪74。線控轉向系統(tǒng)80不包括將控制把手90直接連接至轉向輪74以實現(xiàn)輪74的轉向的機械連接結構。術語“控制把手”用于包含在圖1中示出的控制把手90和包括轉向桿和方向盤的類似控制把手。
[0040]控制把手90能夠通過操作者從中心位置旋轉大約+/-60度，其中中心位置對應于轉向輪74位于直行位置。控制把手90聯(lián)接至觸覺反饋裝置100，該觸覺反饋裝置100繼而經(jīng)由在圖6中示出但在圖9中未示出的螺栓101聯(lián)接至轉向柱56的板56A。螺栓101穿過板56A中的孔，并接合觸覺反饋裝置100的在圖9中示出的凸起部106中的螺紋孔。觸覺反饋裝置100可包括能夠產(chǎn)生與控制把手90的運動相對的阻力或反作用力的電控制動器，其中力基于以下將討論的觸覺反饋裝置信號的量值改變。例如，電控制動器可包括電流變裝置、磁流變裝置、和電磁裝置中的一個。在示出的實施例中，觸覺反饋裝置100包括可從Lord Corporation買到的產(chǎn)品代號為“RD2104-01”的裝置。
[0041]如圖9中所示的，控制把手90固定地聯(lián)接至觸覺反饋裝置100的軸102，使得控制把手90和軸102 —起旋轉。在裝置100內(nèi)設置有可磁控介質(未不出)。磁場產(chǎn)生兀件(未示出)形成裝置100的一部分，并且能夠產(chǎn)生隨觸覺反饋裝置信號改變的可變強度磁場?？纱趴亟橘|可具有與磁場的強度成比例改變的剪切強度，并向軸102提供可變阻力或反作用力，該力通過軸102傳遞至控制把手90。當由觸覺反饋裝置100產(chǎn)生的可變阻力增大時，控制把手90變得更難于由操作者旋轉。
[0042]觸覺反饋裝置100還包括在圖2中示出但在圖9中未示出的控制把手位置傳感器100A，其在示出的實施例中感測控制把手90的在大約+/-60度的角度范圍內(nèi)的角度位置。在示出的實施例中，控制把手位置傳感器100A包括第一和第二電位計，所述第一和第二電位計中的每個電位計感測軸102的角度位置。第二電位計產(chǎn)生冗余位置信號。因此，僅需要單個電位計感測軸102的角度位置。軸102的角度位置對應于控制把手90的角度位置。操作者在示出的實施例中在大約+/-60度的角度范圍內(nèi)旋轉控制把手90，以控制轉向輪74的運動，該輪74在示出的實施例中能夠從中心位置旋轉大約+/-90度。當控制把手90由操作者旋轉時，控制把手位置傳感器100A感測該旋轉、即量值和方向，并向轉向控制模塊或單元220產(chǎn)生與轉向輪74期望的角度位置對應的轉向控制信號。
[0043]見圖6、6A和9，偏壓結構110在示出的實施例中包括具有第一和第二端112A和112B的螺旋彈簧112。見圖9，彈簧112圍繞觸覺反饋裝置100的凸起部106設置。在圖6和6A中示出但在圖9中未示出的銷92從控制把手90的基部94向下延伸并與控制把手90 一起運動。見圖6A，當控制把手90位于其中心位置時，銷92位于第一與第二彈簧端部112A與112B之間并鄰近該第一和第二彈簧端部112A和112B。見圖6和6A，當控制把手90處于其中心位置時，彈簧端部112A和112B接合固定至轉向柱56的板56A并從該板56A向下延伸的塊115A，并靠在該塊115A上。當控制把手90通過操作者旋轉離開其中心位置時，銷92接合并推到彈簧端部112AU12B中的一個上，以使該彈簧端部112AU12B運動離開塊115A。響應地，該彈簧端部112AU12B沿推壓控制把手90以回到其中心位置的方向對銷92、以及因此對控制把手90施加回復力。當操作者不再握緊和轉動控制把手90并且由觸覺反饋裝置100產(chǎn)生的所有阻力小于由彈簧112施加的偏壓力時，彈簧112使控制把手90回到其中心位置。
[0044]轉向柱56還包括僅在圖7和8中而未在圖6和9中示出的蓋子部56B，其覆蓋觸覺反饋裝置100。
[0045]見圖3和4，轉向馬達120包括聯(lián)接至轉向馬達輸出軸123的驅動齒輪122。驅動單元70還包括聯(lián)接至支撐結構71的可旋轉齒輪76，使得可旋轉齒輪76的運動實現(xiàn)支撐結構71、牽引馬達72和轉向輪74繞第一軸線A1的旋轉，見圖3 — 5。鏈124圍繞驅動齒輪122和可旋轉齒輪76延伸，使得轉向馬達輸出軸123和驅動齒輪122的旋轉引起驅動單元70的旋轉和轉向輪74對應的角運動。
[0046]見圖2、3和7，車輛10還包括控制設備200，其在示出的實施例中包括牽引控制模塊210、轉向控制模塊220和顯示模塊230。模塊210、220和230中的每個模塊包括用于實現(xiàn)以下將討論的功能的控制器或處理器。由模塊210、220和230實現(xiàn)的功能可替代性地由單個模塊、兩個模塊或超過三個的模塊執(zhí)行。牽引控制模塊210安裝至側壁54，轉向控制模塊220安裝至基部52，而顯示模塊230安裝在轉向柱56內(nèi)。
[0047]控制把手90還包括形成速度控制設備96的一部分的第一和第二可旋轉速度控制元件96A和96B。見圖2、7和8，速度控制元件96A、96B中的一個或兩者可由操作者握緊和旋轉，以控制車輛10的運動的方向和速度。第一和第二速度控制元件96A和96B機械聯(lián)接到一起，使得一個元件96A、96B的旋轉實現(xiàn)另一元件96B、96A的旋轉。速度控制元件96A和96B被朝中心中性位置或原始位置彈簧偏壓，并聯(lián)接至信號發(fā)生器SG，該信號發(fā)生器SG繼而聯(lián)接至牽引控制模塊210。例如電位計的信號發(fā)生器SG形成速度控制設備96的一部分，并且能夠向牽引控制模塊210產(chǎn)生速度控制信號。速度控制信號基于速度控制元件96A、96B從它們的原始位置順時針或逆時針的旋轉方向在符號上改變，并基于速度控制元件96A、96B從它們原始位置旋轉的量改變量值。如圖7中所觀察到的，當操作者沿順時針方向旋轉控制元件96A、96B時，向牽引控制模塊210產(chǎn)生與沿動力單元第一方向的車輛運動對應的速度控制信號。如圖7中所觀察到的，當操作者沿逆時針方向旋轉控制元件96A、96B時，向牽引控制模塊210產(chǎn)生與沿叉的第一方向的車輛運動對應的速度控制信號。
[0048]見圖2、7和8，控制把手90還包括速度選擇開關98，其能夠在與“高速”模式對應的高速位置和與“低速”模式對應的低速位置之間來回觸發(fā)?；谒俣冗x擇開關98的位置，該速度選擇開關98向牽引控制模塊210產(chǎn)生速度選擇信號。如果開關98處于其低速位置，則牽引控制模塊210可將車輛10沿叉的第一方向和動力單元第一方向的最高速度限制到大約3.5MPH。如果開關98處于其高速位置，則除非基于其他的車輛狀態(tài)另有限定，例如見以下關于圖1lUlA和IlB的討論，否則當沿叉的第一方向操作車輛時，牽引控制模塊210允許以達到例如6.0MPH的第一最大車輛速度操作車輛，并且當沿動力單元第一方向操作車輛時，該牽引控制模塊210允許以達到例如9.0MPH的第二最大車輛速度操作車輛。應指出的是，當操作者在不站在地板34上的情況下操作車輛10時，即在稱為以下進一步討論的“步行(walkie)”模式下，即使開關98處于其高速位置，牽引控制模塊210也將車輛的最高速度限制到與開關低速位置對應的最高速度，例如大約3.5MPH。應指出的是，在與低速模式/步行模式、高速模式/第一最高車輛速度、和高速模式/第二最高速度中的一個對應的例如0-3.5MPH、0-6.0MPH和0-9.0MPH的速率范圍內(nèi)，車輛10的速度與被旋轉的速度控制元件96A、96B的旋轉量成比例。
[0049]見圖2，轉向馬達120包括位置傳感器124。當轉向馬達輸出軸123和驅動齒輪122旋轉時，位置傳感器124向轉向控制單元220產(chǎn)生轉向馬達位置信號，該信號指示轉向輪74的角度位置和轉向輪74繞第一軸線A1的旋轉速度。轉向控制單元220從轉向馬達位置信號計算轉向輪74當前實際的角度位置、以及轉向輪74繞第一軸線A1的當前旋轉速度。轉向控制單元將計算出的轉向輪74當前角度位置和轉向輪74的當前旋轉速度傳到顯示模塊230。
[0050]轉向控制單元220還從控制把手位置傳感器100A接收轉向控制信號，如上所述，該控制把手位置傳感器100A在示出的實施例中感測控制把手90在大約+/-60度的角度范圍內(nèi)的角度位置。轉向控制單元220將轉向控制信號傳到顯示模塊230。由于當前轉向控制信號對應于控制把手90落入自大約+/-60度的范圍內(nèi)的當前位置，而轉向輪74能夠旋轉過+/-90度的角度范圍，所以顯示模塊230在示出的實施例中通過將當前控制把手位置乘以等于或大約90/60的比率，來將如由轉向控制信號所指示的當前控制把手位置轉換成轉向輪74對應的期望角度位置，例如控制把手90的+60度的角度位置等于轉向輪74的+90度的期望角度位置。顯示模塊230還利用轉向控制信號確定轉向速率、即控制把手90在每單位時間內(nèi)角度位置的變化。例如，顯示模塊230可比較每32毫秒所確定的控制把手90的角度位置，以確定轉向速率。
[0051 ] 如上所述，接近傳感器36產(chǎn)生操作者狀態(tài)信號，其指示操作者站在駕駛室30中的地板34上或者沒有操作者站在駕駛室30中的地板34上。接近傳感器36聯(lián)接至牽引控制模塊210，使得牽引控制模塊210從接近傳感器36接收操作者狀態(tài)信號。牽引控制模塊210將操作者狀態(tài)信號發(fā)送到顯示模塊230。如由操作者狀態(tài)信號所指示的，如果操作者站在駕駛室30中的地板34上，則顯示模塊230允許轉向輪74運動到落入第一角度范圍內(nèi)的角度位置，該第一角度范圍在示出的實施例中等于大約+/-90度。然而，如果操作者沒有站在駕駛室30中的地板34上，則顯示模塊230將轉向輪74的運動限制到第二角度范圍內(nèi)的角度位置，該第二角度范圍在示出的實施例中等于大約+/-15度。應指出的是，當操作者站在駕駛室30中的地板34上時，以諸如上述高速模式或低速模式的乘坐模式(rider mode)操作車輛。當操作者沒有站在駕駛室30中的地板34上時，可以“步行”模式操作車輛，其中操作者在車輛10的旁邊行走時抓握和操縱控制把手90和第一與第二可旋轉速度控制元件96A與96B中的一個可旋轉速度控制元件。因此，在步行模式期間將轉向輪74的旋轉限制到第二角度范圍內(nèi)的角度位置。
[0052]通常，當車輛10以步行模式操作時，操作者不需要將控制把手90從中心位置轉動至大于大約+/-45度的角度位置。如果要求將控制把手90旋轉至大于大約+/-45度的角度位置，并且以步行模式操作車輛10，則顯示模塊230將命令牽引控制模塊210使車輛10制動以停止。如果顯示模塊230使車輛10制動以停止，則在控制把手90運動至諸如+/-40度的預定范圍內(nèi)的位置并且第一與第二速度控制元件96A與96B返回至它們的中性位置/原始位置之后，顯示模塊230將允許牽引馬達72再次旋轉，以實現(xiàn)從動轉向輪74的運動。
[0053]如上所述，轉向控制單元220將計算出的轉向輪74當前角度位置和轉向輪74的當前旋轉速度傳到顯示模塊230。轉向控制單元220還將轉向控制信號傳到顯示模塊230，該模塊230將轉向控制信號轉換成轉向輪74對應要求的或期望的角度位置。如由接近傳感器36所檢測的，如果操作者站在駕駛室30中的地板34上，則顯示模塊230將轉向輪74要求的角度位置發(fā)送到轉向控制單元220，該轉向控制單元220向轉向馬達120產(chǎn)生第一驅動信號，以便轉向馬達120使轉向輪74運動至要求的角度位置。如由接近傳感器36所檢測的，如果操作者沒有站在駕駛室30中的地板34上，則顯示模塊230將確定轉向輪74要求的角度位置是否在上述第二角度范圍內(nèi)。如果是的話，則顯示模塊230將轉向輪74要求的角度位置發(fā)送到轉向控制單元220，該轉向控制單元220向轉向馬達120產(chǎn)生第一信號，以便轉向馬達120使轉向輪74運動至要求的角度位置。如果轉向輪74要求的角度位置不在第二角度范圍內(nèi)，則顯示模塊230將發(fā)送到轉向控制單元220的轉向輪74的角度位置限制到第二角度范圍合適的極限或外限。
[0054]如上所述，編碼器172聯(lián)接至牽引馬達72的輸出軸，以產(chǎn)生指示牽引馬達72的旋轉的速度和方向的信號。向牽引控制模塊210提供編碼器信號，該牽引控制模塊210根據(jù)這些信號確定牽引馬達72旋轉的方向和速度。然后，牽引控制模塊210將牽引馬達旋轉速度和方向信息發(fā)送到顯不模塊230。該信息對應于轉向輪繞第二軸線A2的旋轉的方向和速度。
[0055]顯示模塊230可基于當前牽引馬達速度利用來自一曲線的點之間的線性插值限定轉向馬達上速度極限，所述點可存儲在查找表格中。當沿動力單元第一方向操作碼垛車10時，來自諸如圖10中所示的曲線C1的曲線的點可用于基于當前牽引馬達速度限定轉向馬達速度極限。當沿叉的第一方向操作碼垛車10時，來自諸如圖10中所示的曲線C2的曲線的點可用于基于當前牽引馬達速度限定轉向馬達速度極限。見圖10中的曲線CdPC2，在示出的實施例中，隨著牽引馬達的速度增加超過大約2000RPM，轉向馬達速度上極限降低。結果，轉向馬達響應性在較高的速度時有目的地降低，以便當操作者以所述較高的速度操作車輛10時防止“痙攣”或“過度敏感”的轉向響應。因此，改善在較高的速度時車輛10的駕駛性能。應指出的是，對于叉的第一方向而言的曲線C2中的轉向馬達速度極限低于對于動力單元第一方向而言的曲線C1中的轉向馬達速度極限。由顯示模塊230向轉向控制模塊210提供基于當前牽引馬達速度的合適的轉向馬達速度極限。轉向控制模塊210在向轉向馬達120產(chǎn)生第一驅動信號時使用轉向馬達速度極限，以便將轉向馬達120的速度保持在等于或低于轉向馬達速度極限的值，直到轉向輪74運動至期望的角度位置。代替存儲來自曲線C1或曲線C2的點，可存儲與曲線C1和C2中的每根曲線對應的方程或多個方程，并且所述方程或多個方程由顯示模塊230使用，以基于當前牽引馬達速度確定轉向馬達速度極限。
[0056]如上所述，轉向控制單元220將轉向控制信號傳到顯示模塊230，該模塊230將轉向控制信號轉換成轉向輪74對應的期望角度位置。轉向控制單元220還將計算出的轉向輪74當前實際角度位置傳到顯示模塊230。顯示模塊230使用轉向輪74的期望角度位置，以利用例如來自諸如在圖11中示出的曲線C3的曲線的點之間的線性插值確定牽引馬達第一上速度極限，其中所述點可存儲在查找表格中。顯示模塊230還利用計算出的轉向輪74實際角度位置，以利用例如來自曲線C3的點之間的線性插值確定牽引馬達第二上速度極限。代替存儲來自曲線C3的點，可存儲與該曲線對應的方程或多個方程，并且所述方程或多個方程可由顯示模塊230使用，以基于轉向輪的期望角度位置和計算出的轉向輪當前角度位置確定牽引馬達第一和第二速度極限。如從圖11顯然的，牽引馬達第一 /第二速度極限隨轉向輪74的期望角度位置/計算出的角度位置提高而降低，以便在高的轉向輪角度轉彎期間改善車輛10的穩(wěn)定性。
[0057]顯示模塊230將轉向輪74當前期望的角度位置與轉向輪74當前計算出的實際位置相比較，以確定兩者之間的差等于轉向輪誤差。由于控制把手位置與轉向輪位置相互不鎖定，所以轉向輪誤差起因于延遲，該延遲為當操作者旋轉控制把手90以實現(xiàn)轉向輪74的位置改變時與轉向馬達120實現(xiàn)轉向輪74的對應運動以使轉向輪74運動至新的角度位置所花費的時間之間的延遲。
[0058]顯示模塊230使用轉向輪誤差，以利用例如來自諸如在圖1lA中示出的曲線Ca的曲線的點之間的線性插值確定牽引馬達第三上速度極限，其中所述點可存儲在查找表格中。代替存儲來自曲線的點，可存儲與曲線Ca對應的方程或多個方程，并且所述方程或多個方程可由顯示模塊230使用，以基于轉向輪誤差確定牽引馬達第三速度極限。如從圖1lA顯然的，牽引馬達第三速度極限通常隨轉向輪誤差增大而降低。
[0059]顯示模塊230使用轉向速率，以利用例如來自諸如在圖1lB中示出的曲線Cb的曲線的點之間的線性插值確定牽引馬達第四上速度極限，其中所述點可存儲在查找表格中。代替存儲來自曲線的點，可存儲與曲線Cb對應的方程或多個方程，并且所述方程或多個方程可由顯示模塊230使用，以基于轉向速率確定牽引馬達第四速度極限。如從圖1lA顯然的，牽引馬達第四速度極限通常隨轉向速率增大而降低。
[0060]顯示模塊230從牽引馬達第一、第二、第三和第四速度極限中確定最低的值，并將該最低的速度極限發(fā)送到牽引控制模塊210，以便當向牽引馬達72產(chǎn)生第二驅動信號時用于控制牽引馬達72的速度。
[0061]當轉向控制信號對應于轉向輪離開其直行位置大于大約+/-7度的角度位置時，顯示模塊230可向牽引控制模塊210產(chǎn)生高的轉向輪轉彎信號。當顯示模塊230產(chǎn)生高的轉向輪轉彎信號時，認為車輛處于“特殊轉彎(special for turn)”模式。
[0062]在示出的實施例中，牽引控制模塊210為牽引馬達72存儲多個加速度值。各加速度值為牽引馬達72限定單個恒定的加速度速率，并對應于單獨的車輛操作模式。例如，可由牽引控制模塊210為車輛以下的操作模式中的每種操作模式存儲單個加速度值:低速/步行模式，叉的第一方向；低速/步行模式，動力單元第一方向；高速模式，叉的第一方向；高速模式，動力單元第一方向；特殊轉彎模式，叉的第一方向；和特殊轉彎模式，動力單元第一方向。牽引控制模塊210基于車輛當前的操作模式選擇合適的加速度值，并且在為牽引馬達72產(chǎn)生第二驅動信號時使用該值。
[0063]在示出的實施例中，顯示模塊230確定第一、第二和第三加速度換算系數(shù)RF1、RF2和 RF3。
[0064]如上所述，轉向控制單元220將計算出的轉向輪74當前實際角度位置和轉向輪74的當前旋轉速度傳到顯示模塊230。顯示模塊230可使用計算出的轉向輪74當前實際角度位置，以利用例如來自諸如在圖1lC中示出的曲線C。的曲線的點之間的線性插值確定第一加速度換算系數(shù)RF1，其中所述點可存儲在查找表格中。代替存儲來自曲線的點，可存儲與曲線C。對應的方程或多個方程，并且所述方程或多個方程可由顯示模塊230使用，以確定第一加速度換算系數(shù)RF1。如從圖1lC顯然的，在大約10度的轉向輪角度之后，第一加速度換算系數(shù)RFl通常隨轉向輪角度增大而線性減小。
[0065]如上所述，牽引控制模塊210將牽引馬達旋轉速度和方向信息發(fā)送到顯示模塊230。顯示模塊230可使用牽引馬達速度，以利用例如來自諸如在圖1ID中示出的曲線Cd的曲線的點之間的線性插值確定第二加速度換算系數(shù)RF2，其中所述點可存儲在查找表格中。代替存儲來自曲線的點，可存儲與曲線Cd對應的方程或多個方程，并且所述方程或多個方程可由顯示模塊230使用，以確定第二加速度換算系數(shù)RF2。如從圖1lD顯然的，第二加速度換算系數(shù)RF2通常隨牽引馬達速度提高而減小。
[0066]如上所述，操作者可旋轉第一和第二速度控制元件96A、96B中的一個或兩者，以使信號發(fā)生器SG向牽引控制模塊210產(chǎn)生對應的速度控制信號。牽引控制模塊210將速度控制信號發(fā)送到顯示模塊230。同樣如上所述，速度控制信號基于速度控制元件96A、96B從它們的原始位置的旋轉量在量值上改變。因此，速度控制信號指示速度控制元件96A、96B的當前位置。顯示模塊230可利用速度控制信號確定第三加速度換算系數(shù)RF3。例如，對于與各速度控制元件96A、96B在零或原始位置與對應于其最大旋轉位置的80%的位置之間的位置對應的所有速度控制信號，第三加速度換算系數(shù)RF3可等于例如10的第一預定值，而對于與各速度控制元件96A、96B大于其最大旋轉位置的80%的位置對應的所有速度控制信號，第三加速度換算系數(shù)RF3可等于例如128的第二預定值。
[0067]顯示模塊230確定第一、第二和第三換算系數(shù)RFl、RF2和RF3中的哪個換算系數(shù)具有最低的值，并向牽引控制模塊210提供該換算系數(shù)。牽引控制模塊210接收選定的、在示出的實施例中具有O與128之間的值的換算系數(shù)。模塊210用換算系數(shù)除128以確定改變的換算系數(shù)。將改變的換算系數(shù)乘以選定的加速度值以確定更新的選定加速度值，該更新的選定加速度值由牽引控制模塊210在向牽引馬達72產(chǎn)生第二驅動信號時使用。在除以128之前具有最低的值的換算系數(shù)實現(xiàn)加速度值最大程度地降低。
[0068]基于速度選擇開關98的位置、操作者狀態(tài)信號、是否已由顯示模塊230產(chǎn)生高的轉向輪轉彎信號、響應于第一和第二可旋轉速度控制元件96A和96B的操作由信號發(fā)生器SG產(chǎn)生的速度控制信號的符號和量值、與車輛當前操作模式對應的加速度值、選定的加速度換算系數(shù)、如由編碼器172所檢測到的當前牽引馬達速度和方向、以及選定的牽引馬達速度極限，牽引控制模塊210向牽引馬達72產(chǎn)生第二驅動信號，以便控制牽引馬達72的速度、加速度和旋轉方向，以及因此轉向輪74繞第二軸線A2旋轉的速度、加速度和方向。
[0069]代替確定第一、第二和第三換算系數(shù)、選擇最低的換算系數(shù)、用選定的換算系數(shù)除128和將改變的換算系數(shù)乘以選定的加速度值以確定更新的選定加速度值，以下的步驟可僅通過顯示模塊230或通過顯示模塊230與牽引控制模塊210結合實現(xiàn)。為車輛上述各操作模式限定三根單獨的曲線。第一曲線限定基于計算出的轉向輪74當前實際角度位置而改變的第一加速度值。第二曲線限定基于牽引馬達速度而改變的第二加速度值。第三曲線限定基于來自信號發(fā)生器SG的速度控制信號而改變的第三加速度值。顯示模塊和/或牽引控制模塊利用例如來自與車輛當前操作模式對應的第一、第二和第三曲線中的每根曲線的點之間的線性插值確定第一、第二和第三加速度值，并選擇最低的加速度值，并且當向牽引馬達72產(chǎn)生第二驅動信號時使用該最低的加速度值，其中所述點可存儲在查找表格中。
[0070]如上所述，觸覺反饋裝置100能夠產(chǎn)生與控制把手90的運動相對的阻力或反作用力，其中力基于觸覺反饋裝置信號的量值改變。在示出的實施例中，顯示模塊230為觸覺反饋裝置信號限定設定點TFDSJfSSA TFDS傳送至轉向控制模塊220，而該轉向控制模塊220向觸覺反饋裝置100產(chǎn)生對應的觸覺反饋裝置信號、例如以毫安培(mA)為單位測量的電流。
[0071]在示出的實施例中，顯示模塊230如下限定觸覺反饋裝置信號設定點TFDS。顯示模塊230不斷向牽引控制模塊210查詢牽引馬達72旋轉的速度和方向，如上所述，該信息根據(jù)由編碼器172輸出的信號由牽引控制模塊210確定。見圖14中的步驟302，基于牽引馬達速度，顯示模塊230利用例如來自諸如在圖12中示出的曲線C4的曲線的點之間的線性插值確定第一觸覺反饋裝置信號值TFDl，其中所述點可存儲在查找表格中。代替存儲來自曲線的點，可存儲與曲線C4對應的方程或多個方程，并且所述方程或多個方程可由顯示模塊230使用，以確定第一值TFDl。如從圖12所能看到的，第一值TFDl通常隨牽引馬達速度而增大。
[0072]如上所述，顯示模塊230將轉向輪74當前期望的角度位置與轉向輪74當前計算出的實際位置相比較，以確定兩者之間的差等于轉向輪誤差。見圖14中的步驟302，基于轉向輪誤差，顯示模塊230利用例如來自諸如在圖13中示出的曲線C5的曲線的點之間的線性插值確定第二觸覺反饋裝置信號值TFD2，其中所述點可存儲在查找表格中。代替存儲來自曲線的點，可存儲與曲線C5對應的方程或多個方程，并且所述方程或多個方程可由顯示模塊230使用，以確定第二值TFD2。如從圖13所能看到的，第二值TFD2通常隨轉向輪誤差而增大。
[0073]在示出的實施例中，見圖14中的步驟304，顯示模塊230將第一和第二值TFDl和TFD2加到一起以確定合成的觸覺反饋裝置信號值TFDC，并且見圖14中的步驟306，該顯示模塊230將該值乘以基于車輛10運動方向的換算系數(shù)，以便確定觸覺反饋裝置信號設定點TFDS0如果沿叉的第一方向驅動車輛10，則換算系數(shù)可等于0.5。如果沿動力單元第一方向驅動車輛10，則換算系數(shù)可等于1.0。通常，當車輛10沿叉的第一方向運動時，操作者僅將一只手放在控制把手90上。因此，當車輛10沿叉的第一方向行進時，0.5的換算系數(shù)使得操作者較容易旋轉控制把手90。
[0074]顯示模塊230向轉向控制單元220提供觸覺反饋裝置信號設定點TFDS，該轉向控制單元220使用該設定點TFDS以便為觸覺反饋裝置100確定對應的觸覺反饋裝置信號。由于在示出的實施例中根據(jù)來自圖12和13中的曲線C4和C5的第一和第二值TFDl和TFD2確定觸覺反饋裝置信號，所以觸覺反饋裝置信號在量值上隨牽引馬達速度與轉向輪誤差增大而增大。因此，當牽引馬達速度提高并且轉向輪誤差增大時，由觸覺反饋裝置100產(chǎn)生并施加至控制把手90的反作用力增大，因此使得操作者更加難于轉動控制把手90。被認為有利的是，當牽引馬達速度提高時，增大由觸覺反饋裝置100產(chǎn)生的反作用力，以便當車輛10在其被在其上驅動的地面中出現(xiàn)的突出部或孔/凹陷上行進時，減小由操作者向控制把手90施加意外動作的可能，并增強操作者在車輛操作期間的穩(wěn)定性。還被認為有利的是，當轉向輪誤差增大時，增大由觸覺反饋裝置100產(chǎn)生的反作用力，以便向操作者提供與轉向輪誤差的量值相關的觸覺反饋。
[0075]在另一實施例中，提供在圖2中以虛線示出的、作為聯(lián)接至叉60A和60B用于提升叉60A和60B的液壓系統(tǒng)(未不出)的一部分的壓力變換器400。壓力變換器400向顯不模塊230產(chǎn)生指示叉60A和60B上的任何負載的重量的信號?；诓尕撦d，顯示模塊230可利用例如來自一曲線(未示出)的點之間的線性插值確定第三觸覺反饋裝置信號值TFD3，其中值TFD3可隨叉的負載而線性變化，使得值TFD3可隨叉60A和60B上的重量增加而增大。顯示模塊230可將第一、第二和第三值TFD1、TFD2和TFD3加到一起以確定合成的觸覺反饋裝置信號值TFDC，該合成的觸覺反饋裝置信號值TFDC可乘以上述基于車輛10運動方向的換算系數(shù)，以便確定觸覺反饋裝置信號設定點TFDS。顯示模塊230向轉向控制單元220提供觸覺反饋裝置信號設定點TFDS，該轉向控制單元220使用該設定點TFDS，以便為觸覺反饋裝置100確定對應的觸覺反饋裝置信號。
[0076]如以上所討論的，接近傳感器36向牽引控制模塊210輸出操作者狀態(tài)信號，其中操作者狀態(tài)信號的變化指示操作者已走上或走下駕駛室30中的地板34。同樣如上所述，牽引控制模塊210向顯示模塊230提供操作者狀態(tài)信號。顯示模塊230監(jiān)控操作者狀態(tài)信號并確定操作者狀態(tài)信號變化是否對應于操作者走上或走下地板34。操作者在從駕駛室走出之前停止車輛。當操作者離開駕駛室時，如果觸覺反饋裝置信號處于力產(chǎn)生值、例如示出實施例中的非零值，引起觸覺反饋裝置100對控制把手90產(chǎn)生反作用力，則顯示模塊230以例如900mA/秒的受控速率減小觸覺反饋裝置信號設定點TFDS，直到觸覺反饋裝置信號設定點TFDS以及因此的觸覺反饋裝置信號等于零。通過以受控的速率緩慢地減小觸覺反饋裝置信號設定點TFDS以及因此減小觸覺反饋裝置信號，并且假定控制把手90離開其中心位置，則在操作者走下地板34之后，允許偏壓結構110使控制把手90回到其中心位置、SPO度，而基本上沒有越過中心位置。觸覺反饋裝置信號設定點TFDS以及因此的觸覺反饋裝置信號維持在零值預定一段時間，例如兩秒。其后，顯示模塊230確定更新的觸覺反饋裝置信號設定點TFDS，并向轉向控制單元220提供該更新的觸覺反饋裝置信號設定點TFDS。設想如果除操作者離開駕駛室和觸覺反饋裝置信號處于力產(chǎn)生值之外，控制把手90離開其中心位置，則顯示模塊230可僅減小觸覺反饋裝置信號設定點TFDS。還設想顯示模塊230可將觸覺反饋裝置信號設定點TFDS設定在零值，直到確定控制把手90已回到其中心位置。
[0077]如果在監(jiān)控操作者狀態(tài)信號的同時，顯示模塊230確定操作者狀態(tài)信號變化對應于操作者走上地板34，則顯示模塊230立即增加觸覺反饋裝置信號設定點TFDS —段時間，例如兩秒，以造成觸覺反饋裝置信號對應的增加。觸覺反饋信號的增加足以使得觸覺反饋裝置100對控制把手90產(chǎn)生足夠量值的反作用力，以禁止操作者在操作者剛進入駕駛室30之后就經(jīng)由控制把手90作出急轉彎請求。在預定時段期滿之后，顯示模塊230確定更新的觸覺反饋裝置信號設定點TFDS，并向轉向控制單元220提供該更新的觸覺反饋裝置信號設定點TFDS。
[0078]同樣響應于確定操作剛走上地板34并且如果操作者經(jīng)由控制把手90立即作出轉向請求，則顯示模塊230向轉向控制模塊220提供指令，以便以例如500RPM的第一低速操作轉向馬達120，其后在例如一秒的預定時間段內(nèi)將轉向馬達速度例如線性地提高至第二較高的速度。第二速度由圖10中的曲線C1或C2基于當前牽引馬達速度限定。因此，使到轉向馬達120的第一驅動信號改變，以使得轉向馬達120的速度，即速度遞增的速率，在操作者進入駕駛室之后從低的值逐漸提高，以免突然的急轉彎操作。
[0079]還設想不可驅動轉向輪。作為替代，將由牽引馬達72驅動形成車輛的一部分的不同的輪。在這樣的實施例中，基于速度選擇開關98的位置、操作者狀態(tài)信號、是否已由顯示模塊230產(chǎn)生高的轉向輪轉彎信號、響應于第一和第二可旋轉速度控制元件96A和96B的操作由信號發(fā)生器SG產(chǎn)生的速度控制信號的符號和量值、與車輛當前操作模式對應的加速度值、選定的加速度換算系數(shù)、如由編碼器172所檢測到的當前牽引馬達速度和方向、以及選定的牽引馬達速度極限，牽引控制模塊210可向牽引馬達72產(chǎn)生第二驅動信號，以便控制牽引馬達72旋轉的速度、加速度和方向、以及因此控制從動輪旋轉的速度、加速度和方向。
[0080]還設想假定車輛包括用于產(chǎn)生指示控制把手的角度位置和其轉向速率的信號的控制把手位置傳感器或相似的傳感器以及用于產(chǎn)生指示轉向輪的角度位置和轉向輪繞軸線A1的旋轉速度的信號的位置傳感器或相似的傳感器，則包括機械或流體靜力轉向系統(tǒng)的車輛可包括經(jīng)由如在此陳述的牽引控制模塊210和顯示模塊230控制的牽引馬達72。
[0081]盡管已示出并描述了本發(fā)明特定的實施例，但對于本領域的技術人員顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能作出各種其他的變化和變型。因此，在所附權利要求中意在包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這樣的變化和變型。
【權利要求】
1.一種材料搬運車輛，包括: 車架，其包括駕駛室； 輪，其支撐在所述車架上； 牽引馬達，其聯(lián)接至所述輪中的一個輪，以實現(xiàn)所述一個輪的旋轉； 線控轉向系統(tǒng)，其與轉向輪相關聯(lián)，以實現(xiàn)所述轉向輪繞第一軸線的角運動，所述線控轉向系統(tǒng)包括: 控制把手，其能夠通過操作者運動； 轉向馬達，其聯(lián)接至所述轉向輪，以實現(xiàn)所述轉向輪繞所述第一軸線的角運動； 控制設備，該控制設備聯(lián)接至所述轉向馬達以向所述轉向馬達產(chǎn)生第一驅動信號，以便實現(xiàn)所述轉向輪繞所述第一軸線的角運動，該控制設備聯(lián)接至所述牽引馬達，以向所述牽引馬達產(chǎn)生第二驅動信號，以控制所述牽引馬達的速度；以及 所述控制設備使到所述轉向馬達的所述第一驅動信號根據(jù)所述牽引馬達的速度而改變，以便改變所述轉向馬達的速度極限。
2.根據(jù)權利要求1所述的材料搬運車輛，其中，所述控制設備使到所述轉向馬達的所述第一驅動信號改變至超出預定的牽引馬達速度，以便當所述牽引馬達的所述速度提高時降低所述轉向馬達的速度極限。
3.根據(jù)權利要求1所述的材料搬運車輛，還包括叉，當沿叉的第一方向驅動所述車輛時，所述控制設備減小到所述轉向馬達的所述第一驅動信號的值。
4.根據(jù)權利要求1所述的材料搬運車輛，其中，所述一個輪與所述轉向輪包括同一輪。
【文檔編號】B66F9/075GK103626081SQ201310654561
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2009年1月27日 優(yōu)先權日:2008年2月5日
【發(fā)明者】G·R·韋特雷爾, J·F·施勒默爾, M·L·克拉比爾, E·L·詹森 申請人:克朗設備公司