减少作业车辆错位的磁流变流体操纵杆系统的制作方法

1.本公开涉及被配置为选择性限制操纵杆运动以减少作业车辆错位(也就是说，以增加作业车辆的不稳定性或作业车辆碰撞的可能性的方式来定位作业车辆)的作业车辆磁流变流体(mrf)操纵杆系统。


背景技术：

2.操纵杆装置常用于控制在建筑、农业、林业和采矿业内采用的作业车辆的各种操作方面。例如，在配备有动臂组件的作业车辆的情况下，操作者可利用一个或更多个操纵杆装置来控制动臂组件移动，因此控制安装于动臂组件的外部终端端部的工具或机具的移动。具有这种由操纵杆控制的动臂组件的作业车辆的常见示例包括挖掘机、伐木归堆联合机、集材机、牵引机(可在其上可安装模块化前端装载机和反铲附件)、牵引机装载机、轮式装载机和各种紧凑型装载机。类似地，在推土机、平地机和其他配备有推土铲刀的作业车辆的情况下，操作者可接合一个或更多个操纵杆来控制铲刀的移动和定位。如在平地机、推土机和诸如滑移式装载机这样的某些装载机的情况下，操纵杆装置也常用于操纵或以其他方式控制作业车辆底盘本身的定向移动。给出作业车辆内的操纵杆装置的普遍使用结合作业车辆经常在其中进行操作的相对挑战性的动态环境，对作业车辆操纵杆系统的设计和功能的改进存在继续的需求，特别是到达这种改进可提高作业车辆操作的安全性和效率的程度。


技术实现要素：

3.公开了一种在作业车辆上使用的作业车辆磁流变流体(mrf)操纵杆系统。在实施方式中，作业车辆mrf操纵杆系统包括操纵杆装置、mrf操纵杆阻力机构和控制器架构。操纵杆装置又包括底座壳体、安装于底座壳体并相对于底座壳体可移动的操纵杆以及被配置为监控操纵杆相对于底座壳体移动的操纵杆位置传感器。mrf操纵杆阻力机构至少部分被集成到底座壳体中，并且可受控制以选择性抵抗操纵杆相对于底座壳体的移动。控制器架构联接到mrf操纵杆阻力机构和操纵杆位置传感器。该控制器架构被配置为：(i)检测操作者何时使操纵杆在操作者输入方向上移动；(ii)当检测到操作者在操作者输入方向上移动操纵杆时，确定在操作者输入方向上的操纵杆移动是否将以增加作业车辆不稳定性和作业车辆碰撞的可能性中的至少一种的方式使作业车辆错位；以及(iii)当确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动会使作业车辆错位时，命令mrf操纵杆阻力机构产生mrf阻力，以阻止操纵杆在操作者输入方向上继续移动。
4.在其他实施方式中，作业车辆mrf操纵杆系统包含操纵杆装置，该操纵杆装置包括相对于底座壳体可旋转的操纵杆、可受控制以选择性抵抗操纵杆绕至少一条轴线相对于底座壳体旋转的mrf操纵杆阻力机构以及被配置为检测作业车辆附近的障碍物的障碍物检测系统。控制器架构联接到操纵杆装置、mrf操纵杆阻力机构和障碍物检测系统。该控制器架构被配置为：(i)响应于操作者使操纵杆在操作者输入方向上旋转，确定在操作者输入方向
上的操纵杆继续旋转是否将增加作业车辆与靠近作业车辆的障碍物碰撞的可能性并由障碍物检测系统检测；以及(ii)当确定在操作者输入方向上的操纵杆继续旋转将增加作业车辆碰撞的可能性时，命令mrf操纵杆阻力机构产生mrf阻力，以阻止在操作者输入方向上的操纵杆继续旋转。
5.在其他实施方式中，作业车辆mrf操纵杆系统包括操纵杆装置，该操纵杆装置具有相对于底座壳体可旋转的操纵杆、可受控制以选择性抵抗操纵杆绕至少一条轴线相对于底座壳体旋转的mrf操纵杆阻力机构以及被配置用于估计作业车辆底盘相对于重力的当前方向的车辆方向数据源。控制器架构联接到操纵杆装置、mrf操纵杆阻力机构和车辆方向数据源。该控制器架构被配置为：(i)响应于操作者将操纵杆在操作者输入方向上旋转，至少部分基于作业车辆底盘的当前方向来确定在操作者输入方向上的操纵杆继续旋转是否将增加作业车辆不稳定性；以及(ii)当确定在操作者输入方向上的操纵杆继续旋转将增加作业车辆与障碍物碰撞的容易度时，命令mrf操纵杆阻力机构产生mrf阻力，以阻止在操作者输入方向上的操纵杆继续旋转。
6.在附图和以下描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求书，其他特征和优点将变得清楚。
附图说明
7.下文中，将结合以下附图来描述本公开的至少一个示例：
8.图1是按照本公开的示例实施方式例示的在作业车辆(这里是挖掘机)上并被配置为阻止操纵杆运动从而导致潜在的作业车辆错位的示例磁流变流体(mrf)操纵杆系统的示意图；
9.图2是例示了可被包括在示例mrf操纵杆系统中并被操作者用来控制挖掘机动臂组件的移动的两个操纵杆装置的图1中示出的挖掘机驾驶舱内的立体图；
10.图3和图4是沿着穿过操纵杆的垂直截面平面部分示出和截取的示例mrf操纵杆系统的剖面示意图，例示了mrf操纵杆系统的一种可能构造；
11.图5是示例性实施方式中的由mrf操纵杆系统的控制器架构执行的用于降低图1中示出的挖掘机的操作期间作业车辆错位的可能性的主过程的流程图；
12.图6是在图5的主过程的过程期间适当执行的用于阻止增加潜在的作业车辆碰撞可能性的操纵杆运动第一示例子过程的流程图；
13.图7是在图5的主过程(作为图6的子过程的补充或替代)期间适当执行的用于阻止增加作业车辆不稳定性的操纵杆运动的第二示例子过程的流程图；以及
14.图8是以非穷举方式例示了mrf操纵杆系统的实施方式可被有益地集成到其中的另外的示例作业车辆的曲线图。
15.在各个附图中，类似的参考符号指示类似的元件。为了图示的简单和清楚起见，可省略公知特征和技术的描述和细节，以避免不必要地混淆在随后的详细描述中描述的本发明的示例和非限制实施方式。应当进一步理解，除非另外说明，否则附图中出现的特征或元件不必按比例绘制。
具体实施方式
16.在以上简要描述的图的附图中示出了本公开的实施方式。本领域的技术人员可在不脱离如所附权利要求书阐述的本发明的范围的情况下料想到对示例实施方式的各种修改。如本文中出现的，术语“作业车辆”包括作业车辆的所有部分。因此，在其中终止于机具的动臂组件附接到作业车辆的底盘的实现方式中，术语“作业车辆”包含底盘和动臂组件二者还有安装于动臂组件的终端端部的机具。
17.概述
18.以下公开了被配置为智能地限制操纵杆运动以阻止(也就是说，阻拦或防止)作业车辆错位的作业磁流变流体(mrf)操纵杆系统。如在整个本文献中出现的，术语“作业车辆错位”是指作业车辆移动到增加了作业车辆不稳定性的位置、移动到增加了作业车辆碰撞可能性的位置、或这二者。相对于作业车辆不稳定性，特别地，当作业车辆的定位例如，由于车辆底盘相对于重力的取向、作业车辆当前承受的任何负载(部分是运输材料或有效载荷)、作用在作业车辆上的惯性力和其他这种因素而致使作业车辆容易倾翻时，作业车辆可错位。类似地，在作业车辆配备有动臂组件的实施方式中，作业车辆的不稳定性会受到动臂组件的姿势和移动的影响。就后一种情况而言，可能期望的是以降低由于尤其是当终止于在作业车辆操作期间的各个特定时刻可带有重负载的负载移动机具(例如，铲斗或抓斗)时动臂组件的过度伸展或其他不正确姿势而导致的车辆不稳定性的方式，选择性限制操纵杆运动。类似地，当mrf操纵杆系统试图阻止增加作业车辆碰撞可能性的操纵杆运动时，mrf操纵杆系统可选择性抵抗原本将导致与障碍物的迫近碰撞的操纵杆运动，以及抵抗预测会增加作业车辆对这种碰撞的敏感性的操纵杆运动(例如，当预计特定操纵杆移动(如果被许可一直不受限制)使作业车辆的某个部分与邻近的障碍物非常不希望地靠近时，视情况而定)。
19.mrf操纵杆系统的实施方式包括基于mrf的阻力机构(本文中，“mrf操纵杆阻力机构”)、处理子系统或“控制器架构”以及一个或更多个由操作者操纵的操纵杆装置。在mrf操纵杆系统操作期间，控制器架构反复评估或预计检测到的由操作者操纵的操纵杆运动是否将导致作业车辆错位，如果这种操纵杆运动没有限制地继续的话。这样做，控制器架构可监控操纵杆相对于操纵杆装置的底座壳体的移动(例如，旋转)。当在特定方向(本文中，“操作者输入方向”)上出现操纵杆移动时，控制器架构确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动是否会以增加作业车辆不稳定性的方式或有作业车辆碰撞的可能性的方式使作业车辆错位。如果确定是这样，则控制器架构控制或命令mrf操纵杆阻力机构产生mrf阻力，以阻止操纵杆在操作者输入方向上的继续移动。这为作业车辆操作者提供了减缓(如果没有停止的话)操纵杆在操作者输入方向上的移动的直观触觉提示。另外，在控制器架构命令mrf操纵杆阻力机构产生最大mrf阻力的情形下，mrf阻力可能足以完全中止操纵杆在操作者输入方向上的运动(或至少致使这种操纵杆运动非常困难)。相反，如果控制器架构确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动将不造成作业车辆错位，则控制器架构使操纵杆移动继续而不受阻碍。mrf操纵杆阻力在以这种方式智能地施加时对于操纵杆运动没有使作业车辆错位的风险时的正常操作条件下的作业车辆操作者而言实际上是显而易见的。
20.对于取决于各种因素的实施方式，控制器架构用来确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动是否会导致作业车辆错位的特定技术或算法将是不同的。这种因素可包括其
中集成了mrf操纵杆系统的作业车辆的类型、作业车辆所支持的由操纵杆控制的功能以及被设计为被阻止的mrf操纵杆系统错位的类型(一种或多种)。通常，控制器架构通常将在相对快速的(实时)迭代基础上捕获相关数据；并且，响应于操纵杆在特定操作者输入方向上的移动的检测，如果新检测到的操纵杆运动在操作者输入方向上继续，利用所采集的数据来预告作业车辆在近期时间范围(超前窗口)中的进一步定位。然后，控制器架构可确定移动到这种将来位置的作业车辆是否有可能变得不稳定，从而与附近物体(包括有可能与作业车辆本身的另一部分)碰撞或不希望地接近这种碰撞。
21.在其中mrf操纵杆系统试图阻止造成作业车辆不稳定性的操纵杆运动的实施方式中，控制器架构可评估将来的作业车辆定位是否将导致诸如作业车辆倾翻高概率这样的过度的作业车辆不稳定性。在致使进行该预报或确定时，控制器架构考虑从多个数据源输入的数据。这种数据源可包括作业车辆上的各种传感器，这些传感器提供指示以下参数中的一个或更多个的数据：(i)作业车辆底盘相对于重力的当前取向(例如，由一个或更多个包含微机电系统(mems)装置的惯性测量单元(imu)、倾角仪或作业车辆上的类似传感器监控)，(ii)作业车辆的当前运动状态(例如，如imu或作业车辆上的其他传感器所报告的)，(iii)作业车辆当前承载的任何负载(如作业车辆配备有底座、箱、铲斗、抓钩或其他承载机具)，和/或(iv)附接到作业车辆的任何动臂组件的当前位置和移动；例如，如集成到动臂组件中的动臂跟踪传感器测得的。还可从存储器调出与作业车辆的物理特性有关的各种数据项(例如，作业车辆的履带或轴距、作业车辆的重心(cg)、附接到作业车辆的任何动臂组件的模型和其他这种数据)，以有助于如果检测到的操纵杆运动在操作者输入方向上继续的话，对将来作业车辆不稳定性进行预计或建模。
22.在其中mrf操纵杆系统用于阻止增加作业车辆碰撞可能性的操纵杆运动的实施方式中，控制器架构再次利用相关数据输入，以预报或预计近期时间范围中的作业车辆的位置(例如，几秒或更少)，如果操纵杆移动不受阻地在操作者输入位置处继续的话。然后，控制器架构可将所预计的作业车辆的将来位置与作业车辆附近的任何障碍物的位置(有可能是运动状态)进行比较，以确定是否引起作业车辆碰撞的不希望的升高风险。常常位于作业车辆的操作环境内的障碍物的示例包括其他作业车辆、人造结构(例如，建筑物、标牌、电线杆、灯柱、停车结构等)、人员和地理特征(包括水体、树木和地质特征)。另外，在其中作业车辆的一部分(例如，机具)能够无意中撞击作业车辆的另一部分(例如，车辆车身或轮胎)的实施方式中，控制器架构还可利用这种潜在碰撞来确定特定操纵杆运动(如果被许可不受阻地继续)是否有可能导致作业车辆与其本身碰撞。
23.在评估由操作者所命令的操纵杆运动造成的碰撞风险时，控制器架构可利用任意数量的数据源来确定这种障碍物相对于作业车辆的位置。这种数据源的非穷举列表包括所存储的地图数据(如果标记了作业环境内障碍物的位置)、由作业车辆上的障碍物检测系统提供的数据(例如，360度雷达、激光雷达、照相机或超声波传感器系统)或者有可能作业车辆附近的报告作业车辆当前位置的作业车辆交通数据。控制器架构还收集数据以预测作业车辆的将来位置(包括或有可能仅集中于任何动臂组件(如果存在的话)的将来位置)，其中这种数据可能包括作业车辆的当前运动状态(例如，由一个或更多个imu测得的)和/或作业车辆在被绘制地图环境中的当前位置(例如，利用全球定位系统(gps)模块或其他定位系统进行监控)。同样，可从存储器调出作业车辆或作业车辆模型的物理特性(包括任何动臂组
件的尺寸和运动特性)，控制器架构利用该物理特性来确定操纵杆在操作者输入方向上的继续运动是否将导致作业车辆与附近障碍物碰撞或者有可能作业车辆的一个部分与作业车辆的另一个部分碰撞的可能性增加。
24.mrf操纵杆系统的实施方式可根据例如所预测的潜在作业车辆错位事件的严重性或即时性来提供一定范围的mrf阻力响应。例如，在其中mrf操纵杆系统试图阻止增加作业车辆碰撞可能性的操纵杆运动的实施方式中，控制器架构可命令mrf操纵杆阻力机构产生峰值或最大的阻力，以在确定存在作业车辆碰撞的迫近风险时试图显著阻止(如果没有完全中止的话)操纵杆运动。如果替代地确定这种碰撞风险升高但不是迫近的，则控制器架构可命令mrf操纵杆阻力机构初始地施加低或中等的mrf阻力从而确定有问题的操纵杆运动。然后，尽管初始地施加了mrf阻力，如果操作者使操纵杆在操作者输入方向上继续移动，则控制器架构可按逐步或阶式方式增大mrf阻力。
25.同样地，在mrf操纵杆系统试图阻止增加作业车辆不稳定性的操纵杆运动的实现方式中，可采用类似的方法。在后一种情况下，如果控制器架构确定特定的操纵杆运动(如果被许可继续)将导致诸如作业车辆倾覆或倾翻高概率这样的临界作业车辆不稳定性，则控制器架构可命令mrf操纵杆阻力机构产生最大阻力，以试图完全中止操作者输入方向上的操纵杆运动。相比之下，如果确定操纵杆运动将导致作业车辆不稳定状态升高，但作业车辆临界状态较低，则控制器架构可命令mrf阻力机构初始地产生抵抗操作者输入方向上的操纵杆继续运动的较低mrf阻力。然后，控制器架构可酌情命令mrf阻力机构以连续或阶式的方式增加mrf阻力。有利地，这种方法向操作者提供了通过mrf操纵杆装置本身传送的高度直观的触觉提示，以增强操作者的关于可能造成作业车辆错位的操纵杆运动的认识。原本将造成对作业车辆碰撞的敏感性增加或作业车辆不稳定性的可能性增加的操纵杆运动可被最小化，如果该结果是不可避免的话。
26.注意的是，使用mrf技术选择性抵抗有问题的操纵杆运动(这里，预测会导致作业车辆错位的操纵杆运动)提供优于使用也能够选择性限制操纵杆运动的其他机构(例如，制动机构和人工力反馈(aff)电机)的几个益处。作为一种这样的益处，经常可通过将磁流变流体浸没在其中的电磁(em)场的强度的变化，以相对精确、剧烈和快速的方式来调节给定磁流变流体的流变特性(例如，粘度)。由于em场的强度同样可按受控制的响应方式进行变化，因此mrf操纵杆阻力可提供例如约数毫秒(ms)或更短的高度缩短的低延迟响应时间。另外，mrf操纵杆阻力机构可能能够将mrf阻力的强度在连续范围内精确变化。这些特性使mrf操纵杆装置能够产生作业车辆操作者可感知的各种不同的触觉阻力效果。这种阻力效果可包括制动效果、随着操纵杆在特定方向上移动的操纵杆阻力或“刚度”的逐渐增加以及防止(或至少强烈阻止)给定方向上的操纵杆继续运动的虚拟硬限位器或壁的产生。作为其他益处，mrf操纵杆系统可提供高度可靠的低噪声操作，同时结合使用了无毒的(例如，含羰基铁的)磁流变流体，如下面进一步讨论的。
27.现在，将结合图1至图7描述作业车辆mrf操纵杆系统的示例实施方式。在下述的示例中，主要在特定类型的作业车辆即挖掘机的背景下讨论mrf操纵杆系统。另外，在以下示例中，mrf操纵杆系统包括两个操纵杆装置，这两个操纵杆装置均具有绕两条垂直轴线可旋转的操纵杆并被用于控制挖掘机动臂组件和附接到动臂组件的机具(例如，铲斗)的移动。尽管有以下示例，但在其他实现方式中，mrf操纵杆系统可包括更多或更少数量的操纵杆，
其中，各操纵杆装置都可按任何数量的自由度(dof)并沿着任何合适的运动模式移动；例如，在替代实施方式中，给定的操纵杆可绕单条轴线可旋转，或者有可能可限制于沿着预定轨迹(例如，h形轨迹)或运动模式移动。另外，下述的mrf操纵杆系统的实施方式可被部署在具有各种不同的由操纵杆控制的功能的各式各样的作业车辆上，下面结合图8讨论其另外的示例。
28.减少作业车辆错位的示例mrf操纵杆系统
29.初始地参照图1，呈现了配备有作业车辆mrf操纵杆系统22的示例作业车辆(这里是挖掘机20)。除了mrf操纵杆系统22之外，挖掘机20还包括终止于诸如铲斗26这样的工具或机具的动臂组件24。各种其他机具可与铲斗26互换并附接到动臂组件24的终端端部，包括例如其他铲斗、抓斗和锤。挖掘机20以主体或底盘28、支撑底盘28的履带式底架30以及位于底盘28的前部并包围操作者工位的驾驶舱32为主要组成。挖掘机动臂组件24从底盘28延伸出来并包含内部或近侧动臂34(下文中，“起重动臂34”)、外部或远侧动臂36(下文中，“铲斗柄36”)和多个液压缸38、40、42作为主要结构部件。液压缸38、40、42又包括两个起重缸38、铲斗柄缸40和铲斗缸42。起重缸38的伸出和缩回使起重动臂34绕第一枢转接头旋转，在第一枢转接头处，起重动臂34接合到挖掘机底盘28，这里，接合到与驾驶舱32(的右侧)相邻的位置处。铲斗柄缸40的伸出和缩回使铲斗柄36绕第二枢转接头旋转，在该第二枢转接头处，铲斗柄36接合到起重动臂34。最后，铲斗缸42的伸出和缩回使挖掘机铲斗26绕第三枢转接头旋转或“卷曲”，在该第三枢转接头处，铲斗26接合到铲斗柄36。
30.液压缸38、40、42被包括在电动液压(eh)致动系统44中，该系统44由图1中的标题为“用于由操纵杆控制的功能的致动器”的箱体46包围。利用位于挖掘机驾驶舱32内并包括在mrf操纵杆系统22中的至少一个操纵杆来控制挖掘机动臂组件24的移动。具体地，操作者可利用mrf操纵杆系统22中所包括的一个或更多个操纵杆来控制液压缸38、40、42的伸出和缩回，同时经由挖掘机底盘28相对于履带式底架30的旋转来控制动臂组件24的摆动动作。所描绘的eh致动系统44还包含各种其他未例示的液压部件，液压部件可包括流线(例如，柔性软管)、止回阀或溢流阀、泵、配件、过滤器等。另外，eh致动系统44包含可被调整以调节进出液压缸38、40、42的加压液压流体的流量的电子阀致动器和诸如滑阀式多路阀这样的流量控制阀。如此说来，eh致动系统44的特定构造或架构在很大程度对本公开的实施方式而言是微不足道的，只要下述的控制器架构50能够经由传输到致动器46的被选择用于实现挖掘机20的由操纵杆控制的功能的致动器的命令来控制动臂组件24的移动即可。
31.如图1左上部所示意性例示的，作业车辆mrf操纵杆系统22包含一个或更多个mrf操纵杆装置52、54。如本文中出现的，术语“mrf操纵杆装置”是指包括至少一个操纵杆或控制杆的操作者输入装置，可利用本文中描述类型的mrf操纵杆阻力机构来选择性阻碍该操作者输入装置的移动。尽管为了清楚起见在图1中示意性示出了一个这样的mrf操纵杆装置52，但mrf操纵杆系统22可包括任何实际数量的操纵杆装置，如符号58所指示的。在示例挖掘机20的情况下，mrf操纵杆系统22将典型地包括两个操纵杆装置；例如，下面结合图2描述的操纵杆装置52、54。下面进一步讨论可利用两个这样的操纵杆装置52、54来控制挖掘机动臂组件24的移动的方式。然而，首先，提供了对如图1中示意性例示的操纵杆装置52的大体讨论，以建立可更好地理解本公开的实施方式的大体框架。
32.如图1中示意性例示的，mrf操纵杆装置52包括安装于下部支撑结构或底座壳体62
的操纵杆60。操纵杆60能够以至少一个dof相对于底座壳体62移动，并且可相对于底座壳体62绕一条或更多条轴线旋转。在所描绘的实施方式中，并且如箭头64所指示的，mrf操纵杆装置52的操纵杆60可绕两条垂直轴线相对于底座壳体62旋转，并且将在下面进行如此的描述。mrf操纵杆装置52包括用于监控操纵杆60相对于底座壳体62的当前位置和移动的一个或更多个操纵杆位置传感器66。mrf操纵杆装置52中还可包括各种其他部件68，包括按钮、拨盘、开关或其他可位于操纵杆60本身上、位于底座壳体62上或其组合的手动输入特征。弹簧元件(气体或机械的)、磁体或流体阻尼器可被装入操纵杆装置52中，以提供所期望的返回到操纵杆原始位置的速率，同时微调操作者在与mrf操纵杆装置52互动时察觉到的操纵杆60的所期望的感觉或“刚度”。在更复杂的部件中，各种其他部件(例如，有可能包括一个或更多个人aff电机)也可被装入mrf操纵杆装置52中。在其他实现方式中，可在mrf操纵杆装置52中省去这样的部件。
33.mrf操纵杆阻力机构56至少部分地被集成到mrf操纵杆装置52的底座壳体62中。可控制mrf操纵杆阻力机构56，以选择性抵抗(也就是说，阻碍或防止)操纵杆相对于底座壳体62的运动。在mrf操纵杆系统22操作期间，控制器架构50可选择性命令mrf操纵杆阻力机构56施加阻碍操纵杆绕特定轴线或轴线的组合旋转的受控制的阻力(本文中，“mrf阻力”)。如下面更充分讨论的，控制器架构50可以命令mrf操纵杆阻力机构56通过增加em场(包含在机构56中的磁流变流体至少部分浸没在其中)的强度而施加这种mrf阻力。下面，结合图3和图4描述可实现mrf操纵杆阻力机构56的一种方式的常见示例。当确定操纵杆60在特定方向(本文中，“操作者输入方向”)上的继续旋转将导致作业车辆错位(也就是说，以增加作业车辆碰撞可能性或作业车辆不稳定性的方式定位作业车辆)时，控制器架构50可命令mrf运动阻力机构56产生这种mrf阻力。特别地，在挖掘机20的情况下，控制器架构50确定包括在mrf操纵杆装置52中的操纵杆60的继续旋转(和/或包括在类似的第二mrf操纵杆装置中的另一操纵杆的继续旋转)是否将按增加以下情况的方式使挖掘机动臂组件24错位：(i)动臂组件24(包括铲斗26)与附近的任何障碍物(包括挖掘机20的其他部分)之间碰撞的可能性，和/或(ii)特别是在铲斗26装载重物时由于动臂组件24的不正确姿势而增加的挖掘机不稳定性。
34.在预计操纵杆60(和/或mrf操纵杆系统22中包括的第二操纵杆)的旋转是否将使挖掘机的动臂组件24错位时，控制器架构50考虑来自多个数据源的输入，该多个数据源包括在挖掘机20上的多个非操纵杆传感器70。在实施方式中，这种非操纵杆传感器70可包括障碍物检测系统72中所包含的传感器，障碍物检测系统72可被集成到挖掘机20中。在这方面，某些作业车辆(包括挖掘机)现在常配备有相对全面(例如，360度)的障碍物检测系统，这些系统使用例如激光雷达、雷达或超声波传感器阵列提供对作业车辆附近的障碍物的高精度、广范围的检测。在实施方式中，这种障碍物检测系统72还可通过对由围绕挖掘机20设置的一个或更多个照相机供应的实时照相机馈送的视觉分析或图像处理来检测挖掘机20附近的障碍物。然后，障碍物检测系统72收集到的该障碍物检测数据可被置于诸如控制器局域网(can)总线84这样的车辆总线上，或者可按其他方式被提供给在具有这种障碍物检测系统72和mrf操纵杆系统22的挖掘机20试图阻止增加挖掘机碰撞可能性的操纵杆运动的实施方式中考虑的控制器架构50。
35.挖掘机20的非操纵杆传感器输入70还可包括任何数量和类型的传感器，以监控挖
掘机底盘28的位置、方向和移动和/或监控挖掘机动臂组件24的位置和移动。首先针对挖掘机底盘28，在mrf操纵杆系统22试图阻止增加挖掘机碰撞或不稳定性的可能性的操纵杆运动的实施方式中，可监控挖掘机底盘28的位置和移动。适用于监控挖掘机底盘28的位置和移动的传感器系统包括gps模块、可从中计算出底架轨道的旋转速率的传感器、电子罗盘以及可被封装为一个或更多个imu的诸如加速度计和陀螺仪这样的mems装置。类似地，在实施方式中，可利用附连到底盘28的一个或更多个mems装置或倾斜传感器(倾角计)监控挖掘机底盘28相对于重力的方向(或另一参考方向)。也可利用地图数据(如下所述)或用于测量局部地面坡度的传感器(例如，基于激光的传感器)来测量或估计挖掘机20下面的地形的局部坡度或地质。
36.非操纵杆输入传感器74还可包括适于跟踪挖掘机动臂组件24的位置和移动的任何数量和类型的动臂组件跟踪传感器。在实施方式中，这种传感器可包括集成到挖掘机动臂组件24中的旋转或线性可变位移传感器。例如，在一个可能的实现方式中，旋转位置传感器可被集成到动臂组件24的枢转接头中；并且可利用由旋转位置传感器捕获的角位移读数结合动臂组件24的已知尺寸(从存储器调出)来跟踪三维空间中的动臂组件24(包括铲斗26)的姿势和位置。在其他情形下，可测量液压缸38、40、42的伸出和反作用(例如，利用线性可变位移传感器)，并利用其来计算挖掘机动臂组件24的当前姿势和定位。控制器架构50还可考虑其他传感器输入作为诸如基于惯性的传感器读数(由装入动臂组件24中的imu捕获的)和/或挖掘机具的视觉系统跟踪(仅列举几个示例)这样的以上提到的传感器读数的补充或替代。
37.在作业车辆mrf操纵杆系统22的至少一些实现方式中，诸如基于重量或应变的传感器的一个或更多个负载测量传感器76可被进一步包括在非操纵杆传感器输入70中。在实施方式中，可利用这种负载测量传感器76来在挖掘机操作期间的任何给定时间直接测量由铲斗26承载的负载(通常，“负载移动机具”)。在实施方式中，负载测量传感器76还可测量指示由动臂组件24承载的负载的其他参数(例如，eh致动系统44内的一个或更多个液压)。在其他实现方式中，mrf操纵杆系统22可被集成到具有诸如铰接式自卸货车的底座这样的用于运输材料的底座或箱的作业车辆中。在后一种情况下，负载测量传感器76可采取有效载荷称重传感器的形式，有效载荷称重传感器能够在任何特定的时刻对作业车辆的底座或箱内承载的材料的重量进行称重或者取其近似。
38.mrf操纵杆系统22的实施方式还可包括诸如无线数据链路80、位于挖掘机驾驶舱32中的显示装置82以及作业车辆中常包括的类型的各种其他非例示组件部分这样的任何数量的附加非操纵杆部件78。数据链路80(在存在时)可采取无线(例如，射频)收发器的形式，利用该收发器接收与挖掘机20工作所处的作业环境中的障碍物的位置和移动有关的无线数据。为此目的，在与挖掘机20共同的作业区域中操作的一个或更多个作业车辆可反复地发送包含与邻近作业车辆有关的位置和/或移动(矢量)数据的交通报告信号，该数据可由数据链路80接收并被作为作业车辆交通数据转发到控制器架构50。然后，控制器架构50可利用这种作业车辆交通数据来跟踪邻近的作业车辆(再次，被术语“障碍物”涵盖)并评估给定的操纵杆移动(如果被许可不变弱地继续)是否将导致动臂组件24与邻近车辆之间的潜在碰撞(或几乎碰撞)。最后，显示装置82可位于驾驶舱32内，并可采取任何可视觉呈现可视警报和其他信息的图像生成装置的形式。显示装置82还可生成用于接收操作者输入的图
形用户界面(gui)，或者可包括用于接收操作者输入的其他输入件(例如，按钮或开关)，当执行下述的过程时，这些输入可与控制器架构50有关。
39.如在图1中进一步示意性描绘的，控制器架构50与存储器48关联，并可通过任何数量的有线数据连接、无线数据连接或任何其组合与各种例示的部件通信；例如，如大体例示的，控制器架构50可通过集中式车辆或can总线84接收来自各种部件的数据。如本文中出现的，术语“控制器架构”在非限制意义上被用来大体上表示诸如示例mrf操纵杆系统22这样的作业车辆mrf操纵杆系统的处理子系统。因此，控制器架构50可包含任何实际数量的处理器、个体控制器、计算机可读存储器、电源、存储装置、接口卡和其他标准化部件或可与其关联。在许多情形下，控制器架构50可包括与操纵杆接口直接关联的本地控制器以及位于由驾驶舱32包围的操作者工位内的其他控制器，其中，本地控制器按需要与挖掘机20上的其他控制器通信。控制器架构50还可包括被设计为执行本文中描述的各种处理任务、计算和控制功能的任何数量的固件程序和软件程序或计算机可读指令或与其协作。这种计算机可读指令可被存储在与控制器架构50关联(可访问控制器架构50)的存储器48的非易失性扇区内。虽然在图1中大体被例示为单个块，但存储器48可包含适于存储计算机可读代码或指令以及用于支持mrf操纵杆系统22的操作的其他数据的任何数量和类型的存储介质。在实施方式中，存储器48可作为例如系统级封装、片上系统或另一种类型的微电子封装或模块被集成到控制器架构50中。
40.更详细地讨论挖掘机20的操纵杆配置或布局，mrf操纵杆系统22中所包括的操纵杆装置的数量以及这种操纵杆的结构方面和功能将因实施方式而异。如先前提到的，尽管在图1中仅示意性示出了单个操纵杆装置52，但mrf操纵杆系统22将典型地具有支持挖掘机动臂组件控制的两个操纵杆装置52、54。进一步例示这一点，图2提供了从挖掘机驾驶舱32内部的立体图，描绘了适当地包括在mrf操纵杆系统22的实施方式中的两个mrf操纵杆装置52、54。可看出，mrf操纵杆装置52、54处于操作者座椅86的相对侧，使得操作者可使用双手相对容易地同时操纵左mrf操纵杆装置52和右操纵杆装置54。沿用以上结合图1引入的附图标记，各操纵杆装置52、54包括安装于下部支撑结构或底座壳体62以便相对于底座壳体62绕两条垂直轴线旋转的操纵杆60。操纵杆装置52、54还各自包括接合在操纵杆60的下部部分与它们相应的底座壳体62之间的柔性盖或保护罩88。在各操纵杆60上还设置拇指可触及的按钮形式的另外的操纵杆输入件，并且有可能，设置作为其他设置在底座壳体62上的未例示的手动输入件(例如，按钮、转盘和/或开关)的另外的操纵杆输入件。图2中示出的挖掘机20的其他显著特征包括先前提到的显示装置82和用于控制履带式底架30的左右履带的相应移动的踏板/控制杆机构90、92。
41.可利用不同的控制方案将操纵杆装置52、54中所包括的操纵杆60的移动转换为挖掘机动臂组件24的对应移动。在许多情形下，挖掘机20将以“反向铲控制”和“sae控制”模式和“国际标准组织”或“iso”控制模式中的任一种(并常常允许在它们之间切换)来支持动臂组件控制。在反向铲控制模式的情况下，左操纵杆60向操作者左侧(箭头94)的移动使挖掘机动臂组件24在向左方向上摆动(对应于底盘28相对于履带式底架30的逆时针旋转)，左操纵杆60向操作者右侧(箭头96)的移动使动臂组件24在向右方向上摆动(对应于底盘28相对于履带式底架30的顺时针旋转)，左操纵杆60在向前方向上的移动(箭头98)使起重动臂34下降，并且左操纵杆60在后方或向后方向(箭头100)上的移动使起重动臂34上升。另外，在
反向铲控制模式的情况下，右操纵杆60向左侧(箭头102)移动使铲斗26向内卷弯，右操纵杆60向右侧(箭头104)移动使铲斗取消卷弯或“打开”，右操纵杆60在向前方向上(箭头106)移动使铲斗柄26向外旋转，并且右操纵杆60在后方方向上(箭头108)移动使铲斗柄26向内旋转。相比之下，在iso控制模式的情况下，摆动命令和铲斗卷弯命令的操纵杆运动不变，而起重动臂和铲斗柄的操纵杆映射则相反。因此，在iso控制模式中，左操纵杆60的向前和向后移动以先前描述的方式控制铲斗柄的旋转，而右操纵杆60的向前和后方移动控制起重动臂34以上述方式运动(上升和下降)。
42.现在转向图3和图4，mrf操纵杆装置52和mrf操纵杆阻力机构56的示例构造由两个简化的剖视示意图表示。虽然这些图例示了单个mrf操纵杆装置(即，mrf操纵杆装置52)，但以下描述同样适用于示例mrf操纵杆系统22中所包括的其他mrf操纵杆装置54。仅以非限制示例的方式提供以下描述，注意装入mrf操纵杆阻力机构或在功能上与其协作的众多不同的操纵杆设计是可能的。磁流变流体的具体构成在很大程度上对本公开的实施方式而言也是微不足道的，只要磁流变流体的流变特性(粘度)结合em场强度的受控制变化而出现有意义的变化即可，如下所述。然而，为了完整起见，注意到一种非常适于在本公开的实施方式中使用的磁流变流体构成包含分散在载流体中的导磁性(例如，羰基铁)颗粒，载流体按重量计主要由油或醇(例如，乙二醇)构成。这种导磁性颗粒可具有微米范围内的平均直径(或者如果颗粒拥有非球形(例如，长方形)形状，则是其他最大剖面尺寸)；例如，在一个实施方式中，使用具有介于1微米和10微米之间的平均直径的球形导磁性颗粒。磁流变流体中还可包括诸如分散剂或稀释剂这样的各种其他添加剂，以微调其性能。
43.现在参照图3和图4中示出的示例操纵杆构造并再次适当地沿用先前引入的参考标号，mrf操纵杆装置52包括具有以下至少两个不同部分或结构区域的操纵杆60：上柄部110(仅在附图中示出了其简化的下部部分)和下部的大体球形的底部部分112(此后，“大体球底座112”)。操纵杆60的大体球形底座112被捕获在底座壳体62的两个壁114、116之间，该两个壁可基本上相互平行地延伸，以形成底座壳体62的上部部分。设置穿过壳体壁114、116的垂直对准的中央开口，其中，中央开口的相应直径的尺寸被确定为小于大体球形底座112的直径。进一步选择壁114、116之间的间隔或垂直偏移，使得大体球形底座112的主体被捕获在垂直间隔的壳体壁114、116之间，以形成球窝型接头。这许可操纵杆60相对于底座壳体62绕两条垂直轴线旋转，该两条垂直轴线对应于在图3和图4中出现的坐标图例118的x轴和y轴；同时通常防止了操纵杆60沿着坐标图例118的x、y和z轴平移移动。在其他实施方式中，可采用诸如万向架布置这样的各种其他机械布置来将操纵杆安装于底座壳体，同时使操纵杆能够绕两条垂直轴线旋转。在不太复杂的实施方式中，可设置枢轴或销接头，以许可操纵杆60绕单条轴线相对于底座壳体62旋转。
44.mrf操纵杆装置52的操纵杆60还包括在与操纵杆柄部110相反的方向上从大体球形底座112伸出的磁针或下操纵杆延伸部120。在所例示的示意图中，下操纵杆延伸部120通过单个复位弹簧124联接到底座壳体62的静态附接点；这里要注意，出于例示的目的简化了这种布置，并且在mrf操纵杆装置52的实际实施方式中，通常将采用更复杂的弹簧复位布置(或其他操纵杆偏置机构，如果存在的话)。当操纵杆60从图3中示出的空档位置或原始位置移位时，复位弹簧124如图4中所示地偏转，以促使操纵杆60返回到原始位置(图3)。因此，作为示例，在旋转到图4中示出的位置之后，若作业车辆操作者后续释放操纵杆柄部110，则操
纵杆60将在复位弹簧124的作用下返回到图3中示出的空档位置或原始位置。
45.示例mrf操纵杆阻力机构56包括分别在图3和图4中示出的第一mrf缸126和第二mrf缸128。第一mrf缸126(图3)机械地接合在下操纵杆延伸部120和底座壳体62的部分示出的静态附接点或基础结构特征130之间。类似地，第二mrf缸128(图4)机械地接合在下操纵杆延伸部120和底座壳体62的静态附接点132之间，其中，mrf缸128相对于mrf缸126绕坐标图例118的z轴旋转大致90度。由于这种结构配置，mrf缸126(图3)可受控制，以选择性抵抗操纵杆60绕坐标图例118的x轴的旋转，而mrf缸128(图4)可受控制，以选择性抵抗操纵杆60绕坐标图例118的y轴的旋转。另外，mrf缸126、128二者可受联合控制，以选择性抵抗操纵杆60绕落在x轴和y轴之间并在x
‑
y平面内延伸的任何轴线的旋转。在其他实施方式中，可利用不同的mrf缸配置，该配置包括更多或更少数量的mrf缸；例如，在其中期望选择性抵抗操纵杆60绕仅x轴或仅y轴旋转的实现方式中，或者在其中操纵杆60仅绕单条轴线旋转的实现方式中，可采用单个mrf缸或一对对抗缸。最后，尽管未在简化示意图中示出，但在其他实现方式中，可在mrf缸126、128中或与mrf缸126、128关联地包括任何数量的附加部件。这种附加部件可包括替代下述操纵杆传感器182、184的用于监控所述缸126、128的冲程(如果期望为了例如跟踪操纵杆位置而已知)的传感器。
46.mrf缸126、128二者各自包括缸体134(活塞138、140可滑动地安装至所述缸体)。各缸体134包含圆柱形的空腔或孔136，活塞138、140之一的头部138被安装在空腔或孔136中，以沿着缸体134的纵向轴线或中心线平移移动。各活塞头部138绕其外周装配有一个或更多个动态密封件(例如，o形环)以密封地接合缸体134的内表面，由此将孔136分成两个对抗的可变容积液压室。活塞138、140还各自包括细长活塞杆140，细长活塞杆140从活塞头部138朝向操纵杆60的下操纵杆延伸部120伸出。活塞杆140延伸穿过附连在缸体134的敞口端上方的端盖142(还接合任何数量的密封件)，以在操纵杆附接点144处附接到下操纵杆延伸部120。在所例示的示例中，操纵杆附接点144采取销或枢转接头的形式；然而，在其他实施方式中，可采用更复杂的接头(例如，球形接头)来形成该机械联接。与操纵杆附接点144相对地，mrf缸126、128的相对端部经由球形接头145被安装于相应的静态附接点130、132。最后，在各mrf缸126、128的相对端部部分中还设置液压端口146、148，以使磁流变流体结合活塞138、140沿着mrf缸126、128的相应纵向轴线的平移移动或冲程而能够流入和流出。
47.mrf缸126、128分别经由流线连接件178、180与对应的mrf阀150、152流体互连。与mrf缸126、128的情况一样，mrf阀150、152在所例示示例中被表示为是相同的，但在其他实现方式中可有所不同。尽管按常见术语被称为“阀”(尤其是考虑到mrf阀150、152的功能是控制磁流变流体的流动)，但将观察到，在本实例中mrf阀150、152缺少阀元件和其他移动的机械零件。作为有益的推论，mrf阀150、152提供故障安全操作，因为在不太可能的mrf阀故障事件中，仍许可磁流变流体以相对极小的阻力通过mrf阀150、152。因此，若mrf阀150、152中的任一者或二者出于任何原因而失效，则mrf操纵杆阻力机构56施加限制或抑制操纵杆运动的阻力的能力会受到损害；然而，操纵杆60将以类似于传统的非mrf操纵杆系统的方式保持可绕x轴和y轴自由地旋转，并且mrf操纵杆装置52典型地将保持能够控制挖掘机动臂组件24。
48.在所描绘的实施方式中，mrf阀150、152各自包括阀壳体154，阀壳体154包含附连在细长缸芯158的相对端部上方的端盖156。大体环形或管状的流动通道160绕缸芯158在两
个流体端口162、164之间延伸，这两个流体端口被设置成穿过相对的端盖156。环形的流动通道160被多个em感应器线圈166(此后，“em线圈166”)围绕(延伸穿过它)，em感应器线圈166缠绕在顺磁保持器168上并散布有多个轴向或纵向隔开的铁氧体环170。管状护罩172围绕该组件，同时设置穿过护罩172的多条导线，以有助于与所容纳的em线圈166电互连。两条这种导线以及与电源和控制源177的对应电连接在图3和图4中被用线174、176示意性表示。如箭头179所指示的，控制器架构50按使得控制器架构50能够控制所述源177以变化在mrf操纵杆系统22操作期间供应到em线圈166的电流或跨em线圈166施加的电压的方式，可操作地联接到电源和控制源177。因此，该结构布置使控制器架构50能够命令或控制mrf操纵杆阻力机构56以变化由em线圈166产生的em场的强度。环形的流动通道160延伸穿过em线圈166(并可与之基本上同轴)，使得当磁流变流体被引导通过mrf阀150、152时，磁流变流体穿过em场的中心。
49.mrf阀150、152的流体端口162、164分别通过以上提到的导管178、180流体地连接到对应mrf缸126、128的端口146、148。导管178、180可以是例如具有足够松弛度的柔性管材的长度，以适应与操纵杆60的旋转结合出现的mrf缸126、128的任何移动。在这方面，考虑图4的示例情况。在该示例中，操作者在操作者输入方向(由箭头185指示)上移动操纵杆柄部110，使得操纵杆60在顺时针方向上绕坐标图例118的y轴旋转。结合该操纵杆运动，mrf缸128绕球形接头145旋转，以如所示出地略微向上倾斜。另外，连同由操作者控制的改操纵杆运动，mrf缸128中所包含的活塞138、140缩回，使得活塞头部138向图4中的左侧移动(朝向附接点132)。活塞138、140的平移移动迫使磁流变流体流过mrf阀152，以适应在活塞头部138左侧的腔室的容积减小以及活塞头138右侧的腔室的对应容积增大。因此，在这种由操作者控制的操纵杆旋转期间的任何时刻，控制器架构50可改变供应到em线圈166的电流或跨em线圈166的电压，以改变抵抗通过mrf阀152的磁流变流体流动的力，由此实现抵抗活塞138、140进一步冲程所期望的mrf阻力。
50.给定mrf操纵杆阻力机构56的响应性，控制器架构50可控制阻力机构56仅短暂地施加这样的mrf阻力，从而以预定的方式(例如，以渐进或阶进的方式)随着活塞位移的增大而增加mrf阻力的强度，或者提供各种其他抵抗效果(例如，触觉止动部或脉动效果)，如以下详细讨论的。控制器架构50同样可控制mrf操纵杆阻力机构56，以选择性提供这样的抵抗效果，例如mrf阀150中所包括的活塞138、140与操纵杆60绕坐标图例118的x轴的旋转结合地进行冲程。此外，mrf操纵杆阻力机构56可以能够独立地变化由mrf阀150、152内的em线圈166产生的em场强度，以使得能够独立地控制mrf阻力从而抑制操纵杆绕坐标图例118的x轴和y轴的旋转。
51.mrf操纵杆装置52还可包含一个或更多个操纵杆位置传感器182、184(例如，光学或非光学传感器或变压器)，以监控操纵杆60相对于底座壳体62的位置或移动。在所例示的示例中，具体地，mrf操纵杆装置52包括用于监控操纵杆60绕坐标图例118的x轴的旋转的第一操纵杆位置传感器182(图3)和用于监控操纵杆60绕坐标图例118的y轴的旋转的第二操纵杆位置传感器184(图4)。操纵杆位置传感器182、184与控制器架构50之间的数据连接分别由线186、188表示。在其他实施方式中，mrf操纵杆装置52可包括各种其他未例示的部件，mrf操纵杆阻力机构56也可以。这种部件可酌情地包括设置在操纵杆60或底座壳体62上的操作者输入和对应的电连接、aff电机以及mrf操纵杆阻力机构56的流动回路中所包括的压
力和/或流量传感器，以最佳地适合特定的应用或使用。
52.如先前所强调的，mrf操纵杆装置52的上述实施方式仅以非限制示例的方式提供。在替代的实现方式中，操纵杆60的构造可在各个方面不同。相对于图3和图4中示出的示例，mrf操纵杆阻力机构56在其他实施方式中也可不同，只要mrf操纵杆阻力机构56可受控制器架构50控制，以选择性施加阻力(通过改变磁流变流体的流变特性)从而抑制操纵杆以至少一个dof相对于底座壳体的移动。在其他实现方式中，与em线圈166相似或相同的em感应器线圈可被直接集成到mrf缸126、128中，以提供所期望的可控制mrf抵抗效果。在这种实现方式中，通过提供使活塞头138通过的一个或更多个孔口，通过提供围绕活塞头138和缸体134的内表面的环形或略微环形的间隙，或者通过提供通过缸体134或套筒本身的流动通道，可许可在给定mrf缸126、128内的可变容积腔室之间有磁流变流体的流动。有利地，这种配置可为mrf操纵杆阻力机构赋予相对紧凑的集成设计。相比之下，使用诸如mrf阀150、152(图3和图4)这样的一个或更多个外部mrf阀可有助于有成本效益的制造，并使在至少一些情形下能够使用商购的模块化部件。
53.在其他实现方式中，mrf操纵杆装置的设计可许可磁流变流体包封并直接作用在操纵杆60本身的下部部分(诸如，在操纵杆60的情况下，外围底座112)上，使em线圈围绕操纵杆的下部部分设置并包围磁流变流体的主体。在这种实施方式中，球形底座112可设置有肋、槽或类似的拓扑特征，以促成磁流变流体结合操纵杆旋转的位移，其中将em线圈通电增加了磁流变流体的粘度从而阻碍了流体流过绕球形底座112设置的受限制流动通道，或有可能是由于磁流变流体结合操纵杆旋转的急转向。在mrf操纵杆系统22的其他实施方式中，各种其他设计也是可能的。
54.不管mrf操纵杆阻力机构56的特定设计如何，使用mrf技术以选择性产生可变的mrf阻力从而抑制(抵抗或防止)有问题的操纵杆运动提供了几个优点。作为主要优点，mrf操纵杆阻力机构56(以及通常地，mrf操纵杆阻力机构)具有高响应性，并可实现em场强度、磁流变流体的流变性以及最终mrf阻力所期望的改变，从而抑制高度缩短时间段(例如，在某些情形下，约1毫秒的时间段)中的操纵杆运动。对应地，mrf操纵杆阻力机构56可使得通过快速减少流过em线圈的电流并使磁流变流体的流变性(例如，流体粘度)能够恢复到其正常的不受刺激状态而能够以相等的速度消除(或至少大幅减少)mrf阻力。控制器架构50还可控制mrf操纵杆阻力机构56，以通过利用em线圈166产生的em场的强度的对应改变，在一定限制内产生具有连续的一系列强度的mrf阻力。有利地，mrf操纵杆阻力机构56可在延长的时间段内提供可靠的基本上无噪声的操作。另外，磁流变流体可被配制成诸如当磁流变流体包含分散在基于醇或基于油的载流体中的基于羰基铁的颗粒时在本质上无毒的，如先前描述的。最后，作为其他优点，mrf操纵杆阻力机构56的上述配置使mrf操纵杆系统22能够选择性产生第一阻力，从而阻止操纵杆绕第一轴线(例如，图3和图4中的坐标图例118的x轴)旋转，同时还独立于第一阻力而选择性产生第二阻力，从而阻止操纵杆绕第二轴线(例如，坐标图例118的y轴)旋转；也就是说，使得如期望的，第一阻力和第二阻力具有不同的大小。
55.在图5的讨论之后，提出了示例主过程190，该主过程190由控制器架构50适当地执行，以减少挖掘机(或其他作业车辆)错位的可能性。主过程190(此后，“选择性mrf操纵杆运动限制过程190”)包括多个过程步骤192、194、196、198、200、202、204、206，下面依次描述其
中每个步骤。取决于实现选择性mrf操纵杆运动限制过程190的特定方式，图5中大体例示的各步骤可需要单个过程或多个子过程。另外，仅通过非限制示例的方式提供图5中例示的且在以下描述的步骤。在选择性mrf操纵杆运动限制过程190的替代实施方式中，可执行另外的过程步骤，可省去某些步骤，和/或可按替代的顺序执行所例示的过程步骤。
56.响应于预定触发事件的发生，选择性mrf操纵运动限制过程190在步骤192中开始。触发事件可以是作业车辆(例如，图1和图2中示出的挖掘机20)的启动，或替代地是专门启动智能mrf操纵杆运动阻力功能的操作者输入的输入；例如，在一个实施方式中，操作者可以与在显示装置82上生成的gui交互，以启动作为用户可选择选项的该功能。在其他情形下，主过程190可在控制器架构50检测到易受作业车辆错位影响的由操纵杆控制的作业车辆功能的启动或使用时开始。例如，在示例挖掘机20(图1)的情况下，启动主过程190的触发事件可以是使用mrf操纵杆装置52、54(图1至图4)来控制挖掘机动臂组件24的移动；例如，主过程190可在连续的动臂组件移动的限定时间段(例如，几秒)之后开始。在其他情形下，控制器架构50可监控诸如将特定类型的工具或作业机具附接到作业车辆这样的启动主过程190的不同触发事件；例如，在挖掘机20的情况下，主过程190可在将诸如铲斗或抓斗这样的负载移动机具附接到动臂组件24的终端端部时启动。在实施方式中的有可能被用于启动主过程190的其他触发事件的非穷举列表包括作业车辆以超过速度阈值的速度行驶、作业车辆在障碍物密集的作业环境中的操作或作业车辆在非水平地形上的操作。
57.在开始选择性mrf操纵杆运动限制过程190之后，控制器架构50前进至步骤194，并从作业车辆上的一个或更多个数据源收集输入数据。实际上，在步骤194期间，控制器架构50收集在执行主过程190的其余部分时所利用的信息。控制器架构50在步骤194期间收集的特定数据参数将部分地取决于所考虑的作业车辆的类型、所考虑的由操纵杆控制的一个功能或多个功能以及所讨论的作业车辆错位的类型因实施方式而异。下面结合图6阐述在mrf操纵杆系统22阻拦或防止增加作业车辆碰撞可能性的操纵杆运动的情形下在主过程190的步骤194期间适当收集的数据参数的示例。类似地，下面结合图7描述在其中mrf操纵杆系统22阻拦或防止增加作业车辆不稳定性的操纵杆运动的实施方式中在步骤194期间收集的数据参数的示例。
58.前进至选择性mrf操纵杆运动限制过程190的步骤s196，控制器架构50接下来接收所考虑的指示一个(或多个)mrf操纵杆装置的当前操纵杆移动和位置的数据。在示例挖掘机20的情况下，控制器架构50在步骤198期间从mrf操纵杆装置52、54中包含的操纵杆位置传感器182、184接收数据，该数据与装置52、54中包括的相应操纵杆60的移动有关。然后，控制器架构50利用该数据来确定是否已经发生了一个或更多个操纵杆的操作上显著的移动，折减了操纵杆抖动或有可能在高振动环境中发生的其他意外操纵杆运动。如果检测到这种操纵杆运动，则控制器架构50前进至选择性mrf操纵杆运动限制过程190的步骤196，如下所述。否则，控制器架构50前进至步骤204，并确定选择性mrf操纵杆运动限制过程190的当前迭代是否例如由于作业车辆停机、由于由操纵杆控制的功能在预定时间段内持续不活动或者由于响应于初始开始主过程190而消除条件或触发事件而应该终止。如果在步骤206中确定选择性mrf操纵杆运动限制过程190应该终止，则控制器架构50前进至主过程190的步骤206，主过程190相应地终止。如果替代地确定了选择性mrf操纵杆运动限制过程190应该继续，则控制器架构50返回到步骤194，上述过程步骤重复进行。
59.响应于在步骤202中检测到操纵杆旋转(或其他移动)，控制器架构50前进至主过程190的步骤196，并预计操纵杆在检测到的方向(操作者输入方向)上的继续运动是否将导致或加剧作业车辆错位。控制器架构50致使基于如步骤198期间检测到的先前检测到的操纵杆移动、在步骤194期间接收的数据输入以及任何其他有关信息进行该预测。可利用各种不同的建模方法或预告技术来预计作业车辆的将来的或“超前”的位置和方向；因此，确定是否预计到作业车辆撞击附近的障碍物(包括作业车辆的不同部分之间的碰撞)、不希望地接近于附近障碍物碰撞，或在主过程190的步骤196期间遭遇某种程度的不稳定性。下面结合图6(与增加作业车辆碰撞可能性的错位有关)和图7(与增加作业车辆不稳定性的错位有关)进一步讨论这种方法的示例。然而，要强调的是，以下示例仅作为示例提供，并且在本公开的实施方式中，可利用依据预期的操纵杆运动来预测作业车辆碰撞可能性或作业车辆不稳定性的严重度的当前已知或后续开发的任何合适的技术。
60.如果在主过程190的步骤196期间确定在操作者输入方向上的操纵杆继续旋转(或其他运动)将导致作业车辆错位，则控制器架构50命令mrf阻力机构56产生mrf阻力从而抑制这种操纵杆继续旋转。控制器架构50可在选择性mrf操纵杆运动限制过程190的步骤200中施加一系列的运动阻力效果。如果尚未施加mrf阻力，则控制器架构50可初始地命令mrf阻力机构56产生低水平或中等水平的mrf阻力效果。如果替代地在先产生了mrf阻力，并且尽管如此，操纵杆旋转已经在操作者输入方向上继续，则控制器架构50可命令mrf操纵杆阻力机构56以逐步(分步或连续)方式增大mrf阻力。还可按需要在主过程190的步骤200期间应用各种其他触觉效果，包括向作业车辆的操作者提供直观的触觉或触觉通知从而提示操作者注意作业车辆错位的预测潜力的制动效果或脉动效果。下面结合图5和图6提供对在主过程190的步骤200期间适当地产生的这种mrf阻力效应的附加讨论。
61.在应用所期望的mrf阻力效果(步骤200)之后，控制器架构50前进至步骤204，并确定选择性mrf操纵杆运动限制过程190应该继续还是终止，如先前描述的。如果替代地在步骤196期间确定在检测到的操作者输入方向上的操纵杆继续旋转将不导致作业车辆错位，则控制器架构50直接前进至步骤204，而绕过了主过程190的步骤200。以这种方式，控制器架构50使以典型方式能够进行无阻碍的操纵杆移动，使得mrf操纵杆系统22的作业车辆错位避免功能可仅在需要时才引起车辆操作者注意，以避免有可能增加作业车辆不稳定性、作业车辆碰撞可能性或这二者的有问题的操纵杆运动。
62.接下来讨论图6，展示了阐述示例碰撞避免子过程208的流程图。在上述主过程190(图5)期间适当地执行碰撞避免子过程208，以选择性限制增加作业车辆与邻近障碍物碰撞的可能性的操纵杆运动，该碰撞包括通过操纵杆运动控制的作业车辆的一个部分(例如，动臂组件或铲刀)与作业车辆的另一个部分(例如，作业车辆车身或轮胎)的碰撞。如步骤210中指示的，碰撞避免子过程208可在主过程190的步骤202之后开始，其中步骤212、214、216、218、220通常对应于主过程190的步骤196、200(也就是说，在步骤196、200期间执行)。另外，步骤214、216、218、220可作为较大过程框的部分来执行，该过程框由控制器架构50(图1)执行，以提供随着所预测的即将发生的作业车辆碰撞的可能性或紧迫性的变化而变化的阻碍操纵杆运动的一系列mrf阻力。
63.在开始碰撞避免子过程208之后，控制器架构50前进至步骤212，并预计相对于作业车辆附近的任何障碍物的近期作业车辆位置。为了致使进行该预计，并且如图6中箭头
226所指示的，控制器架构50可收集指示作业车辆附近的任何已知障碍物的位置和移动的实时数据。这种数据可通过作业车辆上的任何数量和类型的障碍物数据源来提供。例如，并且如以上结合图1中描绘的示例挖掘机20所讨论的，这种障碍物数据源可包括从存储器48调出的所存储的地图数据并标记挖掘机20(或其他作业车辆)在其内操作的作业环境中的障碍物位置。例如，在一种方法中，可在作业车辆执行的作业任务之前(特别地，当作业车辆是建筑、采矿或林业车辆时)创建勘测地图数据，其中这种勘测地图数据标记作业区域内的障碍物位置并下载到本地存储器48(或有可能由控制器架构50通过数据链路80访问)。障碍物检测还可由诸如上述障碍物检测系统72中包括的传感器这样的作业车辆上的任何障碍物检测传感器提供。在至少一些实施方式中，在步骤s212中，诸如由作业车辆附近的其他作业车辆反复地播放的定位数据这样的作业车辆交通或监控数据也可由作业车辆通过无线数据链路(例如，数据链路80)来接收。
64.除了上述障碍物数据之外，控制器架构50还考虑碰撞避免子过程208的步骤212期间作业车辆的当前位置和移动。存在用于基于作业车辆的当前位置和移动状态来计算或预计将来的作业车辆位置的众多模型或算法，在本公开的实施方式中可采用这些模型或算法中的任一个。通常，当作业车辆的底盘处于运动中并可控制地利用一个或更多个mrf操纵杆装置时，控制器架构50考虑利用如imu数据、gps跟踪、速度计算、罗盘数据和其他这种数据参数所确定的作业车辆的当前运动矢量(例如，行驶的速度和方向)，以估计约几秒或更短的将来时间范围或超前窗口中的作业车辆的位置。然后，可将该预计与已知的障碍物位置和障碍物运动状态(如果适用)进行比较，以确定特定方向(操作者输入方向)上的操纵杆继续旋转是否将使作业车辆碰撞的可能性增加至不期望或有问题的水平。同样地，可利用类似的技术来预测作业车辆的动臂组件的近期位置。例如，再次参照图1中示出的示例挖掘机20，可利用集成到动臂组件24中的诸如imu、倾角仪、旋转传感器、线性传感器等这样的上述动臂组件跟踪传感器来跟踪挖掘机动臂组件24的移动和姿势。然后，利用该数据，控制器架构50在步骤212中确定由操作者控制的操纵杆运动(如果被许可不受阻地继续)是否将增加作业车辆与挖掘机20附近的任何障碍物碰撞的可能性；在该示例中，如果操纵杆旋转不变弱地继续，则确定操作者输入方向上的操纵杆旋转是否将导致动臂组件24撞击附近障碍物(或有可能撞击挖掘机20本身的另一个部分)。在致使进行该确定之后，控制器架构继续执行到碰撞避免子过程208的过程框224。
65.在碰撞避免子过程208的过程框224期间，控制器架构50命令mrf操纵杆阻力机构56产生具有指定烈度或强度的mrf阻力，以阻止被预测将导致作业车辆碰撞的可能性增加的操作者输入方向上的进一步操纵杆旋转(或其他操纵杆移动)。首先，在子过程208的步骤214中，控制器架构50确定操作者输入方向上的操纵杆继续旋转是否将导致作业车辆与附近障碍物之间的迫近碰撞(或作业车辆本身的两个不同部分之间的迫近碰撞)；例如，在挖掘机20的情况下，如果操纵杆旋转在检测到的操作者输入方向上继续，是否预期挖掘机底盘28或动臂组件24在即时时间范围内撞击附近障碍物。如果该询问中的回答是肯定的，则控制器架构50命令或控制mrf操纵杆阻力机构56产生最大mrf阻力，以试图中止操纵杆在操作者输入方向上的进一步旋转。另外，在这样施加峰值mrf阻力的同时，在步骤216期间可产生视觉、触觉或听觉警告的任何组合，以警告操作者有可能立即与障碍物碰撞；例如，在挖掘机20的情况下，在显示装置82的屏幕上用诸如红色这样的醒目颜色产生可视警告，连带
有对应的可听警告。此后，控制器架构50前进至子过程208的步骤222，并最终前进至主过程190的步骤204(图5)。
66.如果替代地确定操作者输入方向上的操纵杆继续旋转没有造成迫近碰撞(步骤214)，则控制器架构50前进至子过程208的步骤218，并评估操作者输入方向上的操纵杆继续旋转是否将导致不期望的升高的非迫近碰撞风险。如果该查询中的回答是否定的，则控制器架构50前进至步骤222，因此前进至主过程190的步骤204，如先前描述的。否则，控制器架构50前进至步骤220，并命令mrf操纵杆阻力机构56进行以下中的任一个：(i)初始地产生mrf阻力，以阻止操纵杆在操作者输入方向上的进一步旋转，或(ii)如果先前已经施加，则将先前施加的mrf阻力的大小增大至使得操纵杆在有问题的方向上继续旋转的程度。在该后一种情况下，mrf阻力可按逐步(阶进或连续)的方式增加。另选地，在其他实施方式中，控制器架构50可控制mrf操纵杆阻力机构56，使得临时施加mrf阻力，然后将其去除，以产生触觉制动效果。如果期望，如果在mrf操纵杆系统22初始地施加mrf阻力之后，操作者将操纵杆在操作者输入方向上继续旋转，则可反复应用这种制动效果，并且有可能，强化该效果以产生脉动效果。如果操纵杆在当前方向上继续旋转，则这可为操作者提供非常明显的触觉提示，使其对作业车辆的敏感性增加。之后，控制器架构50前进至子过程208的步骤204，并最终以先前描述的方式前进至主过程190的步骤204(图5)。最后，尽管在碰撞避免子过程208中没有明确发出命令，但应该理解，如果操作者在子过程208期间的任何点将操纵杆在与操作者输入方向相对的第二方向上旋转，则控制器架构50可命令mrf操纵杆阻力机构56减弱或去除mrf阻力。
67.在子过程208的步骤218期间确定操作者输入方向上的操纵杆继续旋转是否将导致不期望的或升高的碰撞风险时，控制器架构50可在本公开的至少一些实施方式中利用采用虚拟避让区域或地理围栏的方法。就这一点而言，存储器48可存储定义一个或更多个避让区域或地理围栏设置的水平或平面尺寸(例如，从上向下或从平面图的角度看，一个或更多个圆形避让区域的半径)的数据。然后，控制器架构50可在概念上建立或构造在作业车辆附近的所有或选定障碍物周围的虚拟避让区域(地理围栏)。例如，在一种相对直接的方法中，控制器架构50可围绕所有检测到的(或以其他方式已知的)障碍物建立圆形的虚拟避让区域，其中，避让区域具有由存储在存储器48中的值定义的半径；例如，这种避让区域的范围可为例如1米至5米。在其他实施方式中，避让区域或地理围栏可具有更复杂的形状和/或控制器架构50可对已知障碍物进行分类并为归类为具有更高保护状态的障碍物指派更广阔的避让区域。不顾及所采用的特定方法，控制器架构50可确定操纵杆在操作者输入方向上的继续旋转是否将导致作业车辆的某个部分违背虚拟避让区域(有可能包括附接到作业车辆底盘的任何动臂组件)；并且，如果这样，则控制器架构50可命令mrf操纵杆阻力机构56按先前描述的方式产生阻碍操纵杆在操作者输入方向上的继续旋转的mrf阻力。
68.最后针对图7，示出了在选择性mrf操纵杆运动限制过程190期间适当执行的第二示例子过程228。示例子过程228(此后，“不稳定性避免子过程228”)可结合或代替以上结合图6描述的示例碰撞避免子过程208来执行。以与子过程208类似的方式，并且如图7的步骤230中指示的，不稳定性避免子过程228在主过程190的步骤202之后开始，其中步骤232、234、236、238、240通常对应于主过程190的步骤196、200。再次，子过程224的步骤234、236、238、240可作为较大过程框的部分来执行，在这种情况下，该过程框由控制器架构50(图1)
执行，以提供随着所预期的作业车辆不稳定性的严重度或即时性的变化而变化的一系列mrf阻力。在不稳定性避免子过程228开始之后，控制器架构50预计由在操作者输入方向上的操纵杆继续运动而导致的作业车辆的近期稳定状态。如箭头246，控制器架构50可考虑指示由例如作业车辆上的imu或倾角仪报告的作业车辆的当前运动状态的数据。另外地或另选地，在作业车辆配备有动臂组件的实施方式中，控制器架构50可考虑动臂组件的当前移动和姿势。作为更具体的示例，在挖掘机20(图1至图4)的情况下，控制器架构50可利用由动臂组件跟踪传感器(包括在传感器74中)提供的数据来监控挖掘机动臂组件24的受操纵杆控制的移动；并且，在随后步骤期间，至少部分基于动臂组件24的受操纵杆控制的移动，确定操纵杆在特定操作者输入方向上的继续旋转是否将以增加作业车辆不稳定性的方式使作业车辆错位。
69.在不稳定性避免子过程228的步骤232期间可能考虑的附加参数包括作业车辆底盘相对于重力的方向。这种底盘方向数据可由附连到作业车辆底盘的诸如倾角计或imu这样的作业车辆上的车辆方向数据源(例如，在挖掘机20的情况下，先前描述的底盘方向传感器74)提供。类似地，如果从作业车辆上的传感器或从存储在存储器48中或经由数据链路80接收的地图数据中获知，则可考虑本地地面的拓扑或梯度。也可酌情在步骤232期间从存储器48调出与作业车辆的物理特性或作业车辆(或诸如动臂组件这样的作业车辆的部分)的模型有关的数据。作为非限制示例，这种调出的数据可描述作业车辆的车轮或轨道底座的尺寸、作业车辆的其他有关尺寸、作业车辆的cg、作业车辆的重量和类似参数。在其中作业车辆配备有诸如铲斗(例如，挖掘机20的铲斗26)、底座或箱这样的负载移动机具的其他实施方式中，可以通过控制器架构50考虑由负载测量传感器提供的数据。控制器架构50可以利用这样的数据来估计负载移动机具所承载的当前负载。然后，控制器架构50还可以(在子过程228的后续步骤期间)至少部分基于负载移动机具所承载的当前负载，确定操纵杆在操作者输入方向上的继续旋转是否将按使增加作业车辆不稳定性的方式使作业车辆错位。在挖掘机20的情况下，具体地，这种负载测量传感器可在给定的时间点直接测量铲斗26(或附接到动臂组件24的终端端部的其他机具)所承载的负载；或者，替代地，可测量从中可估计铲斗26所承载的负载的参数(例如，eh致动系统44内的液压)，如先前描述的。作为第二示例，在铰接式自卸车或具有可填充的底座或箱的另一作业车辆的情况下，可利用车载的有效载荷重量传感器来测量作业车辆的底座或箱所承载的当前负载。
70.接下来前进至不稳定性避免子过程228(图7)的过程框244，控制器架构50控制或命令mrf操纵杆阻力机构56产生阻力，以阻碍被确定导致作业车辆不稳定性的操纵杆在操作者输入方向上的任何进一步旋转。就这一点而言，在不稳定性避免子过程228的步骤234中，控制器架构50确定操纵杆在操作者方向上的继续旋转是否将导致诸如作业车辆的迫近倾覆或倾翻这样的严重的作业车辆不稳定性。如果确定是这样，则控制器架构50接着命令mrf操纵杆阻力机构56产生最大mrf阻力，以试图中止操纵杆在操作者输入方向上的进一步旋转。同时，还可伴随施加最大mrf阻力来产生高水平的视觉、触觉或可听警告，以使操作者快速注意到即将发生的作业车辆不稳定性事件。此后，控制器架构50前进至子过程208的步骤222，并最终前进至主过程190的步骤204(图5)，如先前描述的。
71.如果替代地在不稳定性避免子过程228的步骤234中确定操作者输入方向上的操纵杆继续旋转没有造成迫近倾翻风险，则控制器架构50前进至步骤238，并评估操作者输入
方向上的操纵杆继续旋转是否将导致不期望的升高水平的车辆不稳定性。如果不是这种情况，则控制器架构50前进至子过程228的步骤242。相反，如果确定操作者输入方向上的操纵杆继续旋转将导致不期望的升高水平的车辆不稳定性，则控制器架构50前进至步骤240，并命令mrf操纵杆阻力机构56产生(或增加)mrf阻力，以禁止操纵杆在操作者输入方向上进一步旋转。特别地，并且如以上结合子过程208的步骤220讨论的，控制器架构50可控制mrf操纵杆阻力机构56，以便：(i)初始地产生mrf阻力，以阻止操纵杆在操作者输入方向上的进一步旋转，或(ii)在操纵杆在有问题的方向上继续旋转时，将先前施加的mrf阻力的大小增大。相对于假设(ii)，如以上结合碰撞避免子过程208的步骤220描述的可增加或修改这种mrf阻力的各种方式中的任一种；例如，在操纵杆在操作者输入方向上继续旋转的情况下，mrf阻力可以以逐步或阶进方式增加，或者可以应用触觉效果(例如，制动效果或脉动阻力效果)。在步骤240的产生或增大mrf阻力之后，控制器架构50前进至子过程208的步骤204，并最终前进至主过程190的步骤204(图5)。
72.配备有mrf操纵杆系统的作业车辆的附加示例
73.因此，以上已经描述了被配置为选择性限制操纵杆运动以减少导致作业车辆不稳定性或作业车辆碰撞可能性增加的作业车辆错位的mrf操纵杆系统的示例。尽管以上描述主要集中于包括特定的由操纵杆控制的作业车辆功能(动臂组件移动)的特定类型的作业车辆(挖掘机)，但本文中描述的mrf操纵杆系统的实施方式适合于集成到具有容易受作业车辆错位影响的各种不同的由操纵杆控制的功能的各式各样的作业车辆。这种作业车辆的三个另外示例在图8的上部中阐述，并包括轮式装载机248、滑移式装载机(ssl)250和平地机252。首先针对轮式装载机248，轮式装载机248可配备有位于轮式装载机248的驾驶舱256内的示例mrf操纵杆装置254。如图8中指示的，mrf操纵杆装置254可用于控制终止于铲斗260的fel 258的移动；fel258和前端装载机通常被视为该文献的背景中的“动臂组件”类型。相比之下，两个mrf操纵杆装置262可位于示例ssl 250的驾驶舱264中，并不仅用于控制fel 266及其铲斗268的移动，而且还用于以众所周知的方式控制ssl 250的底盘270的移动。最后，平地机252同样包括两个位于平地机252的驾驶舱274内的mrf操纵杆装置272。mrf操纵杆装置272可用于控制平地机底盘276的移动(通过控制驱动平地机后轮的第一变速器以及有可能的驱动前轮的第二(例如，静液压)变速器)，还例如通过铲刀转盘组件280的旋转和角调节以及铲刀278的侧偏移角调节来控制平地机的铲斗278的移动。
74.在以上提到示例中的每个中，mrf操纵杆装置可受控制，以禁止(防止或阻拦)被预测导致作业车辆错位的操纵杆运动，无论这种错位是否增加了车辆碰撞的可能性(特别是在操作者能够通过操纵杆运动引导作业车辆的示例ssl 250和示例平地机252的情况下)，或是这种错位增加了作业车辆不稳定性的可能性(特别是在具有由操纵杆控制的动臂组件和铲斗的示例轮式装载机248和示例ssl 250的情况下)或这二种情况。相对于示例平地机252，特别地，经预测导致平地机不稳定性、平地机与附近障碍物的碰撞(或接近碰撞)、和/或平地机铲刀278与平地机252的另一个部分的碰撞(例如，平地机机身的轮子、台阶或相邻结构)可以因以与先前描述的方式类似的方式选择性施加mrf阻力而受阻。在图8的底部部分中例示了具有易受作业车辆错位影响的由操纵杆控制的功能的作业车辆的其他示例，并且其包括配备fel的牵引机282、伐木归堆联合机284、集材机286、联合收割机288和推土机290。
75.车辆mrf操纵杆系统的枚举示例
76.为了便于参考，还提供了作业车辆mrf操纵杆系统的以下示例并对其进行编号。
77.1.在实施方式中，一种作业车辆磁流变流体(mrf)操纵杆系统包括操纵杆装置、mrf操纵杆阻力机构和控制器架构。操纵杆装置又包括底座壳体、安装于底座壳体并相对于底座壳体可移动的操纵杆以及被配置为监控操纵杆相对于底座壳体移动的操纵杆位置传感器。mrf操纵杆阻力机构至少部分被集成到底座壳体中，并且可受控制以选择性抵抗操纵杆相对于底座壳体的移动。控制器架构联接到mrf操纵杆阻力机构和操纵杆位置传感器。该控制器架构被配置为：(i)检测操作者何时使操纵杆在操作者输入方向上移动；(ii)当检测到操作者使操纵杆在操作者输入方向上移动时，确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动是否会以增加作业车辆不稳定性和作业车辆碰撞的可能性中的至少一种的方式使作业车辆错位；以及(iii)当确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动会使作业车辆错位时，命令mrf操纵杆阻力机构产生mrf阻力，以阻止操纵杆在操作者输入方向上的继续移动。
78.2.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，作业车辆包括动臂组件和动臂组件跟踪传感器，而控制器架构联接到动臂组件跟踪传感器。控制器架构被配置为：(i)利用由动臂组件跟踪传感器提供的数据来监控动臂组件的受操纵杆控制的移动；以及(ii)至少部分基于动臂组件的受操纵杆控制的移动，确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动是否会以增加作业车辆不稳定性的方式使作业车辆错位。
79.3.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，作业车辆包括负载移动机具和负载测量传感器，而控制器架构联接到负载测量传感器。控制器架构被配置为:(i)利用由负载测量传感器提供的数据来估计负载移动机具所承载的当前负载；以及(ii)至少部分基于负载移动机具所承载的当前负载，确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动是否会以增加作业车辆不稳定性的方式使作业车辆错位。
80.4.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，作业车辆包括作业车辆底盘和车辆方向数据源。控制器架构联接到车辆方向数据源并被配置为：(i)利用由车辆方向数据源提供的数据来估计作业车辆底盘相对于重力的当前方向；以及(ii)至少部分基于作业车辆底盘的当前方向，确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动是否会以增加作业车辆不稳定性的方式使作业车辆错位。
81.5.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，作业车辆包括障碍物检测系统，障碍物检测系统被配置为生成指示靠近所述作业车辆的障碍物的位置的障碍物检测数据。控制器架构联接到障碍物检测系统，并被配置为至少部分基于障碍物检测数据来确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动是否会以增加作业车辆碰撞可能性的方式使作业车辆错位。
82.6.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，还包括存储作业车辆操作所在的作业区域中的地图数据障碍物位置的存储器。控制器架构联接到存储器，并被配置为至少部分基于所存储的地图数据来确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动是否会以增加作业车辆碰撞可能性的方式使作业车辆错位。
83.7.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，作业车辆包括数据链路，该数据链路被配置为接收指示在该作业车辆附近的其他作业车辆的位置的作业车辆交通数据。控制器架构联接到数据链路，并被配置为至少部分基于经由数据链路接收的作业车辆交通
数据来确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动是否会以增加作业车辆碰撞可能性的方式使作业车辆错位。
84.8.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，还包括存储器，该存储器存储描述虚拟避让区域的至少一个水平尺寸的避让区域数据。控制器架构联接到存储器并被配置为：(i)在作业车辆附近的障碍物周围建立虚拟避让区域；(ii)至少部分基于所预计的作业车辆对虚拟避让区域的侵入，确定操纵杆在操作者输入方向上的继续移动是否会以增加作业车辆碰撞可能性的方式使作业车辆错位。
85.9.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，控制器架构还被配置为命令mrf操纵杆阻力机构响应于操纵杆在操作者输入方向上的继续移动而施加和减轻或消除mrf阻力以产生制动效果。
86.10.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，在初始地产生mrf阻力之后，控制器架构命令mrf操纵杆阻力机构响应于操纵杆在与操作者输入方向相反的第二方向上的移动而消除或减轻mrf阻力。
87.11.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，在初始地产生mrf阻力之后，控制器架构命令mrf操纵杆阻力机构响应于操纵杆在操作者输入方向上的继续移动而增加mrf阻力的大小。
88.12.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，控制器架构还被配置为：(i)当检测到操作者使操纵杆在操作者输入方向上移动时，确定作业车辆与障碍物的碰撞是否会因操纵杆在操作者输入方向上的继续移动而迫近；以及(ii)如果确定了作业车辆与障碍物的碰撞会因操纵杆在操作者输入方向上的继续移动而迫近，则命令mrf操纵杆阻力机构产生最大mrf阻力来中止操纵杆在操作者输入方向上的继续移动。
89.13.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，控制器架构还被配置为：(i)当检测到操作者使操纵杆在操作者输入方向上移动时，确定作业车辆的倾翻是否会因操纵杆在操作者输入方向上的继续移动而迫近；以及(ii)如果确定了作业车辆的倾翻会因操纵杆在操作者输入方向上的继续移动而作业车辆迫近，则命令mrf操纵杆阻力机构产生最大mrf阻力来中止操纵杆在操作者输入方向上的继续移动。
90.14.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，操纵杆绕第一轴线和与第一轴线垂直的第二轴线相对于底座壳体可旋转。mrf操纵杆阻力机构可受控制，以独立地改变分别抑制操纵杆绕第一轴线和第二轴线旋转的第一mrf阻力和第二mrf阻力。
91.15.在其他实施方式中，所述作业车辆mrf操纵杆系统包含操纵杆装置，该操纵杆装置包括相对于底座壳体可旋转的操纵杆、可受控制以选择性抵抗操纵杆绕至少一条轴线相对于底座壳体旋转的mrf操纵杆阻力机构以及被配置为检测作业车辆附近的障碍物的障碍物检测系统。控制器架构联接到操纵杆装置、mrf操纵杆阻力机构和障碍物检测系统。该控制器架构被配置为：(i)响应于操作者使操纵杆在操作者输入方向上旋转，确定在操作者输入方向上的操纵杆继续旋转是否将增加作业车辆与靠近作业车辆的障碍物碰撞的可能性并由障碍物检测系统检测；以及(ii)当确定在操作者输入方向上的操纵杆继续旋转将增加作业车辆碰撞的可能性时，命令mrf操纵杆阻力机构产生mrf阻力，以阻止在操作者输入方向上的操纵杆继续旋转。
92.结论
93.因此，以上提供了被配置为智能地限制操纵杆运动以阻止(也就是说，阻拦或防止)作业车辆错位的特有mrf操纵杆系统。通过策略性施加mrf阻力以阻碍被预计造成作业车辆错位的操纵杆运动，mrf操纵杆系统的实施方式向操作者提供减缓(如果没有停止的话)有问题的操纵杆运动的直观触觉提示。另外，在其中控制器架构命令mrf操纵杆阻力机制施加最大mrf阻力的情形下，mrf操纵杆系统可潜在地停止操纵杆运动，以降低(如果不能避免)高水平碰撞风险或作业车辆倾翻的可能性。同时，mrf操纵杆阻力对于操纵杆运动没有使作业车辆错位的风险时的正常操作条件下的作业车辆操作者而言实际上是显而易见的。结果，当与一个或更多个操纵杆接合以控制特定作业车辆的各种功能时，作业车辆的整体效率和安全性可以得以提高，而没有减损操作者的经验。
94.如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚指示。还应该理解，术语“包括”和/或其变型当在本说明书中使用时指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或附加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组。
95.已经出于例示和描述的目的展示了本公开的描述，但该描述并不旨在是排他性的或限于所公开形式的公开内容。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改形式和变形形式对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。为了最好地解释本公开的原理及其实际应用并且使本领域的其他普通技术人员能够理解本公开并且识别所描述示例的替代形式、修改形式和变形形式，选择和描述本文中的明确引用的实施方式。因此，除了明确描述的那些之外的各种实施方式和实现方式在以下权利要求书的范围内。