具体实施方式

参照图1A至图2，示出了包括地面接合工具控制系统150的作业车辆100。虽然在图1A中，将作业车辆100示为包括机动平地机，但应注意，在其它实施方式中，作业车辆100的类型可以根据应用和/或规格要求而改变。例如，在一些实施方式中，作业车辆100可以包括履带式或无人驾驶车辆，并且还可以包括：平路机(road grader)、推土机(dozer)、大型推土机(bulldozer)以及前端装载机(front loader)，并且本文所讨论的实施方式仅仅是出于示例性的目的，以帮助理解本公开。

如图1A所示，作业车辆100可以包括前框架102和后框架104，前框架102被支承在一对前轮106上，后框架104被支承在左右串联的后轮组108上。在各种实施方式中，前框架102和/或后框架104的设计可以基于应用要求而改变。例如，在诸如图1A所示的一些实施方式中，前框架102和后框架104可以包括刚性框架，而在其它实施方式中，各个框架皆可以包括铰接框架。

可以将驾驶室110安装在前框架102的向上倾斜的后部区域111上，并且可以包含各种手动操作的控件(诸如转向或水平控件)，这些控件可以由车辆操作员使用，以控制作业车辆100的以及附接至该作业车辆的机具(implement)的操作。用户界面117可以设置在驾驶室110中，并且可以包括一个或更多个用户显示器210(图3)，所述一个或更多个用户显示器210具有向车辆操作员提供机器数据、图像数据或者对作业车辆100的各种特征进行控制的可选菜单的屏幕。

发动机112被安装在后框架104上，并且为作业车辆100的所有从动组件供电。例如，可以将发动机112配置成驱动传动装置(未示出)，该传动装置按照前进或后退模式以各种选定速度驱动后轮108。将牵引杆122安装至前框架102的前部，该牵引杆具有通过球窝排布结构124而万向地(universally)连接至前框架102的前端，并且具有从前框架102的升高部分126悬置的相反的左右后部区域。

继续参照图1A，作业车辆100可以包括一个或更多个地面接合工具130(例如，机具)，这些地面接合工具被设置成执行多种地面准备任务。地面接合工具130可以包括推板(moldboard)。地面接合工具130可以是第一地面接合工具128或第二地面接合工具129。在一些实施方式中，可以将地面接合工具130置放在沿着作业车辆的不同部位处，例如，地面接合工具130可以包括前部地面接合工具130a、中部地面接合工具130b，或者可选地还包括后部地面接合工具130c。后部地面接合工具130c可以包括被安装至作业车辆100的后部的裂土器(ripper)/松土器(scarifier)131，并且可以被设置成在平整操作之前对地面进行操作。后部地面接合工具130c的移动可以经由后致动器123来进行控制。后致动器123可以包括：一个或更多个液压缸、气压缸、电子致动器或者这些的组合。尽管将后部地面接合工具130c示为包括裂土器/松土器131，但是应注意，图1A的非限制性示例仅仅是出于示例性的目的而提供的。在其它实施方式中，根据应用和/或规格要求，后部地面接合工具130c可以包括推板或者其它合适的工具。

中部地面接合工具130b可以包括由环形驱动总成(circle drive assembly)134提供动力的联接至前框架102的中部平整铲133。环形驱动总成134可以包括旋转传感器136，该旋转传感器136包括一个或更多个开关，这些开关对中部平整铲133相对于前框架102的移动、速度或位置进行检测。中部平整铲133的高度可以由至少一个第一致动器系统156来进行控制。在一些实施方式中，第一致动器系统156可以包括被设置成支承牵引杆122的左右升降连杆排布结构158、160。该左右升降连杆排布结构158和160可以以向上或向下运动而伸出或缩回，以利于牵引杆122的移动。在一些实施方式中，第一致动器系统156还可以包括侧致动器120，该侧致动器120引起牵引杆122的横向运动以调节中部平整铲133的斜度。左右连杆排布结构158、160以及侧致动器120可以包括：液压缸、气压缸、电子致动器或者这些的组合。

参照图1A和图1B，前部地面接合工具130a可以包括被设置在中部平整铲133前方的多方位铲135，诸如具有多个旋转和运动角度的动力角倾斜铲(power-angle-tiltblade)。例如，多方位铲135可以是六方位动力角倾斜铲137，该六方位动力角倾斜铲137被配置成，在铲高度方向138、铲角度方向139、铲倾斜方向140和铲侧滚方向141中的至少一个方向上双向地移动或转动。在一些实施方式中，多方位铲135可以经由第二致动器系统162可移动地联接至安装部157，该第二致动器系统162使铲135沿升降、倾斜、角度或侧滚方向移动或转动。例如，第二致动器系统162可以液压地致动多方位铲135，以沿铲升降/高度方向138进行竖直向上或竖直向下移动，沿铲倾斜方向140进行上仰(pitch up)或下俯，以及沿铲角度方向139进行向左偏斜(yaw left)或向右偏斜，以及沿铲侧滚方向141进行向左侧滚(roll left)或向右侧滚。第二致动器系统162可以包括：液压缸、气压缸、电子致动器或者这些的组合。

中部平整铲133和多方位铲135中的各个铲可以被配置成跨工地10来切割、分离或运输地面物料。例如，随着作业车辆100跨工地10行进，铲133、135中的各个铲可以被设置成从地形中收集诸如土壤、污物、雪以及沙砾这样的地面物料，并且将所收集到的地面物料移动至不同位置。还应注意，多方位铲135的布置是特别有利的，因为该多方位铲通过其增加的运动范围(例如，六向移动)提供了改进的运输控制，而该运动范围可使同时完成多个任务。例如，多方位铲135可以在地面上创建特征，包括：平坦区域、斜坡(grade)、诸如小丘的升高区域、道路或者形状更复杂的特征。

现在参照图2和图3，地面接合工具控制系统150可以包括：第一致动器系统156和第二致动器系统162中的各个致动器系统、第一传感器系统152、第二传感器系统154、以及图像传感器164或者其它感知传感器，这些皆被以通信方式联接至电子数据处理器202。在一些实施方式中，第一传感器系统152可以包括一个或更多个第一传感器153，所述一个或更多个第一传感器153被可移除地或固定地联接至后部地面接合工具130c和中部地面接合工具130b中的任一个或两个。所述一个或更多个第一传感器153可以包括：位置或斜度传感器、GPS(例如，位置确定接收器218)、角度传感器、旋转传感器、线性传感器、陀螺仪、加速度计、惯性测量单元、或者被配置成对后部地面接合工具130c或中部地面接合工具130b相对于作业车辆100的实际位置进行检测的其它合适装置。另选地，所述一个或更多个第一传感器153可以检测指示后部地面接合工具130c或中部地面接合工具130b相对于作业车辆100的实际位置的位置。

第二传感器系统154可以包括可移除地或固定地联接至前部地面接合工具130a的一个或更多个第二传感器155。将所述一个或更多个第二传感器155配置成，对多方位铲135的位置进行检测。另选地，所述一个或更多个第二传感器155可以检测指示第二地面接合工具129或多方位铲135的实际位置的位置。所述一个或更多个第二传感器155可以包括：GPS(例如，位置确定接收器218)、激光雷达(LIDAR)系统、雷达系统、视觉系统、陀螺仪、加速度计、惯性测量单元、或者对多方位铲135的角速度或线性加速度进行测量的其它合适的装置。例如，在一些实施方式中，可以将第二传感器155配置成，通过测量三个大致垂直的轴线上的线性加速度来检测多方位铲135的倾斜角，从而基于重力方向来确定倾斜角。

可以将电子数据处理器202在本地设置为作业车辆100的车辆电子单元200的一部分(图3)，或者远程地设置在远程处理中心处(未示出)。在各种实施方式中，电子数据处理器202可以包括：微处理器、微控制器、中央处理单元、可编程逻辑阵列、可编程逻辑控制器、适于执行数据处理和/或系统控制操作的其它合适可编程电路。例如，电子数据处理器202可以从第一传感器系统152、第二传感器系统154以及图像传感器164中的每一者接收数据信号，以确定最佳铲位置。

如本领域技术人员将意识到，提供图1A至图3仅仅是出于例示性和示例性的目的，而决非旨在限制本公开或其应用。在其它实施方式中，各种系统和车辆组件的布置和/或结构性配置可以改变。例如，在一些实施方式中，地面接合工具130的结构布置和数量可以根据设计和规格要求而改变。尽管在本文所讨论的实施方式中，将作业车辆100示为包括三个地面接合工具130，但是在其它实施方式中，作业车辆可以包括更少或更多的地面接合工具130以及所用工具类型的变化。例如，在一些实施方式中，地面接合工具130可以包括双铲布置，该双铲布置包括前接合工具130a以及后部地面接合工具130c或者中部地面接合工具130b或者其它合适配置。此外，还在其它实施方式中，地面接合工具控制系统150可以包括附加传感器或者其它控制装置，这些传感器或其它控制装置被安装在所述总成以及附接至该总成的组件的外表面或内表面上。

现在，参照图3，示出了根据实施方式的车辆电子单元200。车辆电子单元200可以包括：电子数据处理器202、数据存储装置204、电子装置206、无线通信装置216、用户显示器210、位置确定接收器218以及车辆数据总线220，这些皆与数据总线208以通信方式经接口连接。如图所描绘的，各种装置(即，数据存储装置204、无线通信装置216、用户显示器210以及车辆数据总线220)可以通过数据总线208向电子数据处理器202传送信息，诸如传感器信号。

数据存储装置204存储信息和数据(例如，地理坐标或地图数据)，以供电子数据处理器202或车辆数据总线220访问。数据存储装置204可以类似地包括：电子存储器，非易失性随机存取存储器，光学存储装置，磁存储装置，或者用于在任何可记录、可重写或可读取的电子、光学或磁存储介质上存储和访问电子数据的另一装置。

位置确定接收器218可以包括：使用卫星信号、地面信号或者这两者来确定物体或车辆的位置或方位的接收器。在一个实施方式中，位置确定接收器218包括具有差分校正接收器的全球定位系统(GPS：Global Positioning System)接收器，该GPS接收器用于提供车辆的地理坐标或位置的精确测量。差分校正接收器可以从具有通常已知的地理坐标的一个或更多个参考站接收校正信息的卫星或地面信号传输，以便于在确定GPS接收器的位置时提高准确度。在其它实施方式中，可以采用诸如同时定位和映射(SLAM：simultaneouslocalization and mapping)这样的定位和映射技术。例如，在接收率低的区域和/或室内环境(诸如洞穴、矿井或城市工地)中，可以将SLAM技术用于提高那些区域内的定位准确度。

电子数据处理器202管理各种车辆系统与组件之间的数据传递，这在一些实施方式中，可以包括向远程处理系统(未示出)和从远程处理系统进行数据传递。例如，电子数据处理器202收集并处理来自数据总线208的数据(例如，地面地形数据、坡度分布图数据以及地图数据)，以用于沿向前或向后方向传输。

电子装置206可以包括：电子存储器，非易失性随机存取存储器，触发器(flip-flop)，计算机可写或计算机可读存储介质，或者用于存储、检索、读取或写入数据的另一电子装置。电子装置206可以包括一个或更多个软件模块，该软件模块记录和存储由第一传感器系统152、第二传感器系统154、图像传感器164、或者联接至车辆数据总线220或能够与该车辆数据总线进行通信的其它网络装置所收集的数据。在一些实施方式中，一个或更多个软件模块可以包括：坡度分布图模块230，铲定位模块232，或者可选地还包括坡度控制模块234，这些模块皆包括由电子数据处理器202处理的可执行软件指令或数据结构。

如本文所用，术语“模块”可以包括进行操作以执行一个或更多个功能的硬件和/或软件系统。各个模块皆可以以多种合适的配置来实现，并且不应被限制成本文举例说明的任何特定实现，除非明确指出了这种限制。此外，在本文所描述的各种实施方式中，各个模块皆对应于定义的功能；然而，在其它实施方式中，各个功能皆可以分布至多于一个的模块。同样地，在其它实施方式中，多个定义的功能可以由执行该多个功能的单个模块来实现、可能与其它功能并排实现，或者与在本文的示例中具体例示的相比，在模块组之间不同地分布。

坡度分布图模块(grade profile module)230可以记录并存储由图像传感器164收集的实时成像数据。例如，坡度分布图模块230可以基于所捕获的图像来生成地面物料的二维或三维坡度分布图。另外，在一些实施方式中，坡度分布图模块230还可以关联颜色数据、位置数据、环境数据和/或地面特性(例如，湿度或温度特性)与该坡度分布图。坡度分布图可以基于所收集或运输的地面物料的类型而改变。例如，地面物料可以基于工地作业和条件而改变，并且可以包括但不限于诸如土壤、石块、卵石、石料、矿物、有机物、粘土或植被的物料。

铲定位模块232可以基于所生成的坡度分布图来确定多方位铲135和中部平整铲133的最佳铲位置。例如，铲定位模块232可以基于期望的坡度分布图，输出由第一致动器系统156和第二致动器系统162接收的命令信号，以与中部平整铲133协调地调节多方位铲135的位置。铲133、135的这种控制和位置布置是特别有利的，因为它可使在收集或移动地面物料时最佳地使地面物料位移，并且提高车辆效率。在其它实施方式中，可以通过坡度控制模块234来控制多方位铲135和中部平整铲133的取向和/或位置。例如，坡度控制模块234可以利用GPS以及所存储的由坡度控制系统236输出的地形数据来调节铲133、135的位置和取向。还在其它实施方式中，还可以将铲定位模块232配置成，与多方位铲135和中部平整铲133中的任一个或两个相组合来协调对后部地面接合工具130c的控制。

车辆控制器222可以包括以下装置：该装置基于从第一传感器系统152、图像传感器164以及第二传感器系统154接收到的反馈，来操纵或引导作业车辆100以及地面接合工具130中的各个地面接合工具。例如，在一些实施方式中，车辆控制器222可以与坡度控制系统236通信，该坡度控制系统236从位置确定接收器218接收一个或更多个位置信号以对地面接合工具130进行定位。在接收到位置信号时，坡度控制系统236可以确定中部平整铲133和多方位铲135的位置，并且生成向车辆控制器222传送的命令信号，以通过致动第一致动器系统156和第二致动器系统162，来改变铲133、135中的至少一个铲的位置。

在其它实施方式中，电子数据处理器202可以执行被存储在坡度控制模块234中的软件，以使能够将位置数据映射至坡度分布图或者与所存储的地图或模型进行交叉引用。例如，在一些实施方式中，坡度控制系统236可以包括所存储的地图和模型的集合，该地图和模型的集合可以被用于确定期望的铲位置。

现在，参照图4，示出了为地面接合工具控制系统150提供经协调的铲控制的方法400的流程图。在402，在启动作业车辆100时或者在操作员经由选择用户界面117或用户显示器210上的开始输入而启用时，可以将地面接合工具控制系统150启动，并且可以为所有地面接合工具130设定期望的平整操作和初始目标位置。该期望的平整操作可以包括表面修匀(smoothing)、沟渠创建(ditch creation)、斜面(slope)创建或者其它作业。由于可以独立地控制多方位铲135、中部平整铲133以及后部地面接合工具130c，因此，操作员可以为铲135、133以及后部地面接合工具130c中的每一个选择不同的平整操作和初始目标位置。

随着作业车辆100跨工地10行进，图像传感器164捕获工地10的多个图像，并且将图像数据发送至电子数据处理器202以进行处理。电子数据处理器202可以从第一传感器系统152和第二传感器系统154接收对中部平整铲133和多方位铲135的实际位置和目标位置进行指示的信号，该信号可以被显示在用户显示器210上。

在404，基于所选择的平整操作和所捕获的图像数据，由坡度分布图模块230生成期望的坡度分布图。例如，操作员可以基于所捕获的图像数据来选择一种或更多种平整操作(诸如表面修匀、表面整形(例如，沟渠或斜面创建))或者道路维护。

接下来，在406和408，铲定位模块232可以基于所确定的坡度分布图和所选择的平整操作，来分别确定中部平整铲133和多方位铲135的第一目标位置和第二目标位置。在一些实施方式中，所选择的平整操作和坡度分布图可能需要由中部平整铲133和多方位铲135中的各个铲在单次作业中执行两项截然不同的任务。例如，在406，可以确定中部平整铲133的第一目标位置，以使平整铲133能够执行第一平整操作，诸如表面修匀。

在408，可以基于第一目标位置来确定多方位铲135的第二目标位置，以使其能够执行第二平整操作，诸如与第一坡度作业相协调的斜面创建(图6)。在其它实施方式中，可以将多方位铲135和中部平整铲133定位成，执行相同的平整操作，并且确定各自的相应第一目标位置和第二目标位置。另外，如先前所讨论的，在一些实施方式中，也可以使后部地面接合工具130c与中部平整铲133和多方位铲135中的任一个或两个相协调。

在410，随着正在执行平整操作，通过第一传感器系统152和第二传感器系统154对中部平整铲133和多方位铲135中的各个铲的当前位置数据进行监测，并在用户显示器210上进行显示。当前位置数据可以对应于所述一个或更多个铲133、135的高度、角度或倾斜度。

基于所接收到的数据，在412，做出决定以确定实际或当前位置数据是否处于期望的阈值范围之外。例如，电子数据处理器202可以将实际位置与预定阈值(由操作员设定的目标位置或者从数据存储装置204检索到的目标位置)进行比较，以确定实际位置是否超过或低于预定阈值。如果实际位置超过或低于预定阈值，则电子数据处理器202可以经由铲定位模块232，来确定中部平整铲133和多方位铲135中的各个铲的新的第一目标位置和第二目标位置，并且重复步骤406至410。

例如，在一个实施方式中，可以例如基于由坡度控制模块236输出的地面地形数据的变化或者经由激光雷达或雷达感测到的地面地形数据的变化，来更新目标位置。作为响应，电子数据处理器202可以基于从第二传感器系统154接收到的反馈，向第二致动器系统162输出命令信号，以将多方位铲135的高度、倾斜度和/或斜度控制到目标位置。如果实际位置超过或低于预定阈值，则电子数据处理器202可以自动控制第二致动器系统162以将多方位铲135的高度调节到目标位置。在其它实施方式中，操作员可以将期望的平整操作从表面修匀(surface smoothing)改变成物料脱落(material shedding)并且输入新的目标位置，以使能够将物料从多方位铲135的一侧脱落。还在其它实施方式中，可以基于从第二传感器系统154接收到的数据输出，来自动改变期望的平整操作。

然而，应注意，无论所选择的作业如何，第二目标位置都可以与第一目标位置相协调并基于第一目标位置来确定。这种经协调的控制因多方位铲135的增加的运动范围(例如，6向移动)而有利，这可使能够对多方位铲135进行高度、角度以及倾斜度控制，从而提供对地面物料的更好控制。例如，可以将多方位铲135定位在升高的位置处，以在由中部平整铲133执行的坡度设定作业之前拆散(knock down)小丘或土堆，而可以将中部平整铲133和后部地面接合工具130c定位成在第二次拆散小丘。

一旦确定了第一目标位置和第二目标位置，就在414，通过第一致动器系统156和第二致动器系统162对中部平整铲133和多方位铲135中的各个铲的位置进行调节。在其它实施方式中，新的目标位置可以由操作员直接设定(诸如通过开关、可以修改目标位置的递增或递减按钮)，或者操作员可以通过用户显示器210输入该新的位置。

如图5至图7所示，中部平整铲133和多方位铲135的双重和独立控制可使能够单次创建多个地面特征。例如，在一个实施方式中，可以将多方位铲135相对于地面60以第一倾角(例如，θ₁)定向，而可以将中部平整铲133相对于地面60以第二角度(例如，θ₂)定向，从而创建诸如V型沟的地面特征。在诸如图6所示示例的其它示例中，可以将中部平整铲133和多方位铲135控制成不同的高度。如图6所示，可以将中部平整铲133升高至高度H，以使中部平整铲133能够沿处于较高高度的第一平面512移动地面物料，并且可以将多方位铲135定向在较低的高度，以沿第二平面514移动地面物料。另外，现在参照图7，也可以将中部平整铲133和多方位铲135以不同的倾斜角进行定位，以沿着第一路径608和第二路径610使与铲接合(enaged)的地面物料脱落。

在不以任何方式限制所呈现的权利要求的范围、解释或应用的情况下，本文所公开的示例实施方式中的一个或更多个示例实施方式的技术效果是提供铲控制和经协调的铲控制的系统和方法。经协调的地面接合工具控制系统的优点在于，它提高了车辆的效率，并且可使在作业车辆收集或移动地面物料时能够最佳地对地面物料进行移位。

虽然已经在附图和前面描述中详细地例示和描述了本公开，但是这样的例示和描述在字符上不是限制性的，应理解，已经示出和描述了例示性实施方式，并且期望保护落入本公开的精神内的所有改变和修改。本公开的另选实施方式可以不包括所描述的所有特征，但是仍然受益于这种特征的优点中的至少一些优点。本领域普通技术人员可以设计他们自己的并入了本公开的特征中的一个或更多个特征并且落入所附权利要求的精神和范围内的实现。