CN101500828A - 机动牵引控制系统和方法 - Google Patents

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帕特里克·J·菲茨吉本斯
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Lookheed Martin Corp
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Abstract

机动牵引/乘坐控制的一种系统和方法。该系统包括一响应操作者模式选择输入把控制信号发送给许多车辆控制子系统的模式控制器。

Description

机动牵引控制系统和方法
技术领域
本发明涉及车辆控制、以及特别涉及车辆牵引控制系统和方法。
背景技术
发明内容
附图说明
图1为一牵引控制系统各实施例的方框图；
图2为一输入装置各实施例的总图示；
图3为一输入装置各实施例的一图示；
图4为一输入装置各实施例的另一图示；
图5示出一向车辆子系统输出各机动模式的控制信息的模式控制表；
图6为一乘坐控制方法各实施例的流程图；
图7为一牵引控制方法各实施例的流程图；以及
图8为一牵引控制方法各实施例的流程图。
具体实施方式
各实施例一般指向车辆乘坐和/或牵引控制系统和方法。各实施例特别可包括一被设定成可响应操作者模式选择输入向各种车辆子系统输出控制信号的模式控制器。
图1示出一机动牵引控制系统100各实施例。可以任何合适的机动车(未示出)实施机动牵引控制系统100。如图1所示，各实施例的机动牵引控制系统100可包括一模式控制器101、至少一个输入装置102、一通讯装置103、一载荷主界面109和多个车辆子系统，这些车辆子系统例如可包括一乘坐高度子系统104、一比方说包括差速器105、106和107的差速器子系统、一中央轮胎充气子系统(CTIS)108、一气囊气压监控子系统110、一防抱死制动子系统(ABS)111、一稳定性控制子系统112和一轮胎气压子系统113。在各实施例中，乘坐高度子系统104、差速器子系统(105、106和107)、中央轮胎充气子系统(CTIS)108、气囊气压监控子系统110、防抱死制动子系统(ABS)111、稳定性控制子系统112(可包括主动减震控制子系统114和底盘管理系统115)和轮胎气压子系统113可为普通的买卖双方直接交易的子系统(COTS)。在各实施例中，每一差速器105—107可为一有至少两种工作状态的可控差速器：一锁定状态和一打开状态，在锁定状态下，差速器不管转动阻力如何都把驱动力传给两车轮，在打开状态下，差速器把驱动力传给转动阻力最小的那个车轮。在各实施例中，可有一第三工作状态，在第三工作状态下，差速器不把驱动力传给其车轮(例如靠惯性滑行或解开)。除了图1所示子系统，乘坐控制系统100可包括任何合适的乘坐控制子系统。在各实施例中，载荷主界面109可包括一可存取人的载荷控制的物理输入/输出装置(例如一小键盘和显示器)、一与自动控制机或电脑执行的载荷控制连接的可操作的电子或光通讯界面或其组合。
在各实施例中，模式控制器101可与输入装置102、通讯装置103、载荷主界面109和车辆子系统、包括图1未示出的车辆子系统连接。模式控制器101可为任何合适的控制器。在各实施例中，模式控制器101可包括模式控制逻辑，模式控制逻辑包括多个可编程硬件部件。模式控制器101也可为一处理器，例如但不限于微处理器、微控制器或微电脑。模式控制器101可执行编程指令序列。这些指令可用程序语言如C++中的源码指令编写。这些指令也可包括比方说Visual BasicTM语言或其它面向对象的编程语言中的代码和数据对象。在各实施例中，模式控制器101可包括一专用集成电路(ASIC)，该集成电路包括可执行本文所述牵引和/或乘坐控制操作的硬件实现的电路。
在各实施例中，模式控制器101可以任何合适方式与输入装置102、通讯装置103、载荷主界面109和车辆子系统通讯。比方说可用车辆数据/指令串行母线实现通讯。在各实施例中，该界面比方说可包括一并联数据/指令母线，也可包括一个或多个离散输入和输出。作为一个例子，模式控制器101可使用JI939母线与输入装置102和/或车辆子系统104—115通讯。作为另一个例子，在各实施例中，模式控制器101可从载荷主界面109和气囊气压监控系统110接收状态信息。在各实施例中，比方说从小键盘202输入的操作模式和/或设定选择信息为一个或多个数位状态词，每一状态词的位字段包含某一装置或子系统的状态信息。
在各实施例中，模式控制器101可从输入装置102、载荷主界面109和气囊气压监控系统110接收任何合适的输入以及向通讯装置103输出音频或视频信息和向输入装置102输出视频信息。乘坐控制器101发送给输入装置102的输出可为任何合适的输出如数据、模式信息、子系统状态信息或警报信息。模式控制器101也可向载荷主界面109输出任何合适的数据或控制信号。
也可有其它子系统界面。尽管该实施例说明离散的车辆乘坐和牵引模式和/或设定，但在另一个实施例中用户或控制器也可分别控制各设定。在另一实施例中，也可连续改变系统设定如轮胎气压。
在各实施例中，模式控制器101可向一个或多个车辆子系统104—115输出控制信号。例如，模式控制器101可向乘坐高度调节系统104、差速器105—107、中央轮胎充气系统(CTIS)108、载荷主界面109、防抱死制动子系统111和包括主动减震控制113和底盘管理系统114的稳定性控制子系统112输出控制信号。在各实施例中，可有其它车辆控制子系统，包括但不限于差速控制子系统、倾翻控制子系统、推进控制子系统、主动转向子系统、变速控制子系统、坡度控制子系统和下降控制子系统等。在各实施例中，模式控制器101输出到子系统104—115的控制信号可为一个或多个数位控制词，每一控制词的各位字段的内容包含由某一装置或子系统接收和解释为该系统的指令或模式选择参数或设定的指令参数信息。在各实施例中，模式控制器101可响应经输入装置102输入的操作者的机动牵引控制模式和/或设定向一个或多个子系统104—115输出控制信号而把这些子系统设定为一定状态。
在各其它实施例中，模式控制器101可从与一个或多个车辆子系统有关的传感器(未示出)收集数据。可用收到的数据修正或最佳化所选牵引和/或乘坐模式或设定。需要时也可用这些数据自动改变牵引和/或乘坐模式或设定。作为一个例子，在至少一个实施例中，用户可使用输入装置102选择“越野”工作模式。在初始越野模式设定后，模式控制器101可从一个或多个传感器接收比方说表明转动轮胎打滑的数据，从而减小轮胎气压或减小悬架减震而提高车辆子系统在选定模式下的性能。
此外，在各实施例中，模式控制器101可包括一与一由该车辆牵引的拖车(未示出)的界面，包括根据拖车轴载监控和控制拖车乘坐高度、轴载重和轮胎气压。在各实施例中，计算拖车的三维重心和轴载重。
如上所述，在各实施例中，通讯装置103可与模式控制器101连接，可用来向用户传送信息和/或数据。在各实施例中，通讯装置103可为任何合适的通讯装置、包括但不限于音频装置如扬声器或视频装置如平视显示器、触摸屏显示器、发光二极管等。在各实施例中，通讯装置103可为不止一种音频和/或视频通讯装置的组合。例如，在图1中通讯装置103为一扬声器。
仍参见图1，在各实施例中，输入装置102可与模式控制器101连接，以及可把数据和信息发送给模式控制器101和从模式控制器101接收数据和信息。在各实施例中，输入装置102可从任何合适的装置接收输入、包括但不限于用户的“物理”输入、从远处源输入装置102如由无线通讯装置发送的输入或用户发出的音频指令。输入装置102可位于车辆中任何合适位置上、例如在车辆内仪表板上。按照各实施例，可用输入装置102选择和撤销车辆乘坐牵引和/或模式或设定。输入装置102可使用任何合适的输入装置、包括但不限于一小键盘或多个小键盘。在各实施例中，小键盘可用任何合适装置接收用户输入。例如，小键盘可把按钮、开关、杆、旋钮、交互式液晶显示器(LCD)用作接收用户输入的装置。
在各实施例中，输入装置102可包括一个或多个小键盘202。图2为小键盘202各实施例的总图示。如图2所示，小键盘可包括多个可选条目。在各实施例中，这些条目可比方说代表用户选择的牵引和/或乘坐模式或设定。例如，在图2中，小键盘202可包括“n”个模式选择，其中，“n”大于或等于1。在图2所示例子中，用户可用小键盘202上的对应用户可控输入装置204选择一定车辆牵引和/或乘坐模式或设定。用户可控输入装置204可为、但不限于按钮、开关、杆、旋钮、交互式液晶显示器(LCD)等。例如，图2所示小键盘202有15个用户可选的输入装置204，但可有任何合适数量的用户可选的输入装置204。在各实施例中，小键盘202可根据所选模式(或设定)向模式控制器101发送数据和/或信息。
图3和4分别示出小键盘202a和202b各实施例。在各实施例中，小键盘202可包括一个或多个小键盘如小键盘202a和202b，每一小键盘202a和202b可对应多个用户可选的(和用户可撤销)车辆乘坐模式、设定和/或指令标识符包括一个或多个用户可选的输入装置204及其标记。在各实施例中，小键盘202可包括任何合适的模式选择标识符、例如但不限于混合动力模式、电动车前模式、电动车模式、普通路面模式、硬冰雪堆模式、越野模式、厚泥泞模式、厚沙土模式、趟水模式。此外，小键盘202各实施例可包括任何合适的设定或指令标识符、包括但不限于事故闪烁设定、备用警报器撤销、复位燃料切断、车辆闸门、工作灯设定、高怠速设定、重心和轴载重计算指令、拖车重心和轴载重计算指令、主撤销指令、低档设定、牵引空档设定、高档设定、最小乘坐高度设定、最大乘坐高度设定和轮胎放气指令。在各实施例中，小键盘202还可提供肯定指示如按钮404或按钮406反面背景发光或点亮以表明某一模式设定激活。在各实施例中，一定模式或设定的按钮404可闪烁以表明改变成新模式或设定。例如，按钮404可闪红光以表示车辆状态(例如车速)是否防止模式改变的发生。在各实施例中，小键盘202可包括一指示器408。指示器408可为任何合适指示器、例如但不限于与各按钮404对应的一灯或发光二极管。指示器408可指示对对应按钮404的选择、某一模式设定激活或选定模式发生错误状况。
图5示出模式控制器101的模式控制图表。按照图5模式控制器101被设定成可对应多个模式之一向各车辆子系统输出控制信号。如上所述，在各实施例中，模式控制器101可输出各模式、包括但不限于普通路面模式501、硬冰雪堆模式502、中等越野和冰雪模式503、厚泥泞模式504、厚沙土模式505、应急/应急复位模式506和牵引模式507的控制信息。还有其它模式。如图5所示，对于各模式501—507，模式控制器101可向预定车辆子系统输出控制信息，使得各车辆控制子系统的工作状态集体造成对应模式501—507的所需牵引和/或乘坐控制。
例如，在经小键盘202a收到表示操作者选择普通路面模式501的操作者输入时，模式控制器101会输出控制信号和/或信息，使得前差速器工作在打开状态、中央差速器工作在打开状态、后差速器工作在打开状态、防抱死制动子系统111工作在预定模式(所示为模式1)、稳定性控制子系统112工作在预定模式(所示为模式1)、乘坐高度子系统104设定为预定高度、以及轮胎气压用CTIS108设定为与车辆载荷有关的载荷对应的预定气压、例如轻载(例如6,000lbs.)、中载(例如9,000lbs.)和重载(例如12,000lbs.)分别为、但不限于26.5psi、44.6psi和62.6psi。对于其它模式502—507，模式控制器101可向各车辆子系统输出控制信息，使得各车辆控制子系统比方说工作在图5所示状态。在各实施例中，机动牵引控制系统100可比方说用于多车轮车辆、例如但不限于6车轮机动车(HMV)的牵引控制。但是，本文所述各实施例可用于各种不同车轮类型。
按照各实施例，可在载重量发生改变时使用复位模式506(例如应急/复位按钮)。此外还可响应气囊气压监控系统110发出的信号启动复位模式506。此外，可为悬架放气状态(未示出)提供一模式，在此模式下，如车速超过预定阈值模式控制器101用通讯装置103发出音频警报。或者，模式控制器101也可主动把车速保持在预定阈值之上或之下。模式控制器101还可响应超过预定阈值的转向输入用通讯装置103发出音频警报。在各实施例中，可为悬架最大高度状态提供各种模式。
此外，各实施例可包括一侧面坡度模式，在此模式下，按下小键盘202上的按钮可使得模式控制器101把车辆的一侧(例如上坡侧)下降到其最低乘坐高度设定，把车辆的另一侧(例如下坡侧)下降到其最高乘坐高度设定。在各实施例中，该侧面坡度模式可提供额外侧面坡度机动性或乘坐能力，从而车辆可工作在侧面坡度量比没有该侧面坡度模式时增加的状态下，例如侧面坡度机动性或乘坐能力增加、但不限于9.9°。
此外，各实施例可包括一低压安全运行模式，在此模式下，模式控制器101在经小键盘202收到一输入时可相对缺气轮胎所在一角降低车辆三个角上的乘坐高度或悬架，从而减小损坏轮胎上的载重和侧面载荷。该模式可在低压安全运行时扩展车辆的工作范围。详情参见作为参考材料包括在此的申请日为2006年5月9日的美国专利申请No.11/430,771。
各实施例还可包括一可与其它模式502—506之一协同使用的牵引模式507。例如可在该车辆受牵引时激活其它模式。但是，在各实施例中，在牵引模式507激活时前、中央和后差速器可设定为打开状态，撤销任何模式的锁定状态。
除了图5所示模式选择和车辆子系统状态信息，机动牵引/乘坐控制系统100还可包括用于车辆乘坐控制的额外特征、包括用于牵引控制的特征。例如，在各实施例中，模式控制器101可根据某一模式或设定下的一个或多个子系统形态计算车辆的三维重心和各轴载重。例如，在各实施例中，可使用某一模式下各轴的轴载重和轴乘坐高度计算三维重心和各轴载重。在各实施例中，这些计算可独立或组合进行。此外，模式控制器101可把算出的重心和轴载重值输出给载荷主界面109，然后载荷主界面可把这些值发给CTIS108、主动减震控制114和底盘管理系统115以作进一步处理。在各实施例中，算出的值可用车辆机动牵引/乘坐控制系统100中的任何合适装置存储。在各实施例中，小键盘202可包括一激活重心和轴载重计算的按钮。例如图4中标有CT CG CALC的按钮用作启动重心和轴载重计算的按钮。
图6为确定至少一个车辆机动牵引/乘坐特性的一种方法600的流程图。在各实施例中，该至少一个车辆机动牵引/乘坐特性可包括车辆的三维重心和各轴载重。在该实施例中，控制开始于602，在收到启动重心和轴载重计算的输入时进到604。在各实施例中，系统100可在输入装置102上收到用户的手动或远距输入时启动重心和轴载重计算。在各实施例中，用户可按下小键盘202上的按钮204启动该计算。响应该用户输入，输入装置102可把一表示该用户输入的信号传给模式控制器101。控制然后进到606。
在606，可根据用户可选的车辆牵引模式之一把一控制信号输出到一车辆子系统、例如车辆悬架系统。在各实施例中，模式控制器101可把该控制信号输出到一车辆子系统而按照所选用户可选的车辆牵引模式设定该车辆子系统。控制然后进到608。
在608，接收表示底盘相对一轴的高度的第一信号，该高度比方说为车辆按照所选用户可选的车辆牵引模式设定时在一轴上方的一高度或在多个轴上方的组合高度。在608还接收表示一轴上的载重、例如车辆按照所选用户可选的车辆牵引模式设定时一轴上的载重的第二信号。在各实施例中，模式控制器101可从任何合适源、包括但不限于用来确定轴的高度和载重的传感器接收第一和第二信号。控制然后进到610。
在610，确定至少一个乘坐特性如车辆重心和轴上载重。可用任何合适方式、例如但不限于进行计算、使用查阅表或其组合作出该确定。在各实施例中，如图6所示，该方法平行确定两个乘坐特性，在612确定车辆的三维重心和在614确定车辆的轴载重。如上所述，可用任何合适方式作出这两个确定。但是，在各实施例中，可先后确定车辆机动牵引/乘坐特性。此外，在各实施例中，该方法可只确定一个车辆机动牵引/乘坐特性。在各实施例中，模式控制器101可进行该确定。控制然后进到616。
在616，可传送和/或保存所确定的车辆机动牵引/乘坐特性。在各实施例中，车辆机动牵引/乘坐特性可传送给载荷主界面109和/或保存在一存储装置(未示出)中。存储装置可为任何合适的存储装置、例如但不限于ROM、PROM、EEPROM、RAM、闪存等，且可位于任何合适位置上。控制然后进到618。
在618，方法600对其余各模式重复606—616。在各实施例中，模式控制器101可用任何合适方式确定是否重复606—616。在各实施例中，如确定对各模式已进行606—616，则控制进到620，该方法600终止。
下面参见图7，图7为一种控制一个或多个车辆子系统的方法700的流程图。在各实施例中，这一个或多个车辆子系统可包括CTIS108、主动减震控制系统114和底盘管理系统115。如图7所示，控制可开始于702，然后进到704，在704，接收一输入而按照一用户可选的机动牵引/乘坐模式设定该车辆。在各实施例中，系统100可在输入装置102上接收用户的手动或远距输入而按照选定模式启动车辆的设定。在各实施例中，用户可用小键盘202上的按钮204启动该设定。响应该用户输入，输入装置102把表示该用户输入的一信号传给模式控制器101。控制然后进到706。
在706，用户按照选定的机动牵引/乘坐模式或设定设定车辆子系统。在各实施例中，模式控制器101把信号、包括数据和信息发送给一个或多个车辆子系统而按照选定模式和/或设定设定这些子系统。此外，在各实施例中，在按照选定模式和/或设定设定车辆子系统时可在该设定中考虑先前确定的机动牵引/乘坐特性。控制然后进到708。
在708，按照选定机动牵引/乘坐模式和/或设定控制车辆、包括其子系统，在各实施例中，考虑到一个或多个先前确定的车辆特性。控制然后进到710而终止该方法。
图8为机动牵引/乘坐控制方法800各实施例的流程图。如图8所示，机动牵引/乘坐控制方法800开始于801。该方法可进到803，在803，模式控制器101比方说从小键盘202接收一机动牵引/乘坐模式和/或设定选择输入。控制然后进到805，在805，模式控制器101比方说如图5所示把所选机动牵引/乘坐模式和/或设定的控制信息输出到车辆子系统。控制然后进到807，在807模式控制器101确定多个工作模式之一的乘坐高度范围。控制然后进到809，在809模式控制器101接收各轴的载重信息。可从载荷主界面109接收轴载重信息。控制然后进到811，在811模式控制器101接收各轴的底盘相对轴的高度(即“乘坐高度”)信息。可从载荷主界面109接收乘坐高度信息。在各实施例中，轴的数量可为3。控制然后进到813和815，在813和815模式控制器101根据各轴的轴载重信息和乘坐高度计算车辆重心的三维坐标。控制然后进到817，在817，模式控制器101把算出的重心和乘坐高度输出到载荷主界面109、CTIS108、主动减震控制114和底盘管理系统115。控制然后进到819，该方法800终止。
尽管以上结合若干实施例说明了本发明，但本发明不限于对上述实施例的说明而是由后附权利要求及其等同物限定。本领域普通技术人员显然可作出种种替代、修正和改动。因此，本申请人声明，所有这些替代、修正和改动都落在本发明精神和范围内。

Claims (15)

1、一种确定与用户可选的车辆牵引控制模式对应的车辆乘坐特性的方法，包括：
接收用户输入以启动对至少一个车辆乘坐特性的确定；
按照所述用户可选的车辆牵引控制模式之一输出一设定一车辆子系统的控制信号；
当按照所述一用户可选的车辆牵引控制模式设定所述车辆子系统时接收表示相对至少一个轴的底盘高度的第一输入，以及在按照所述一用户可选的车辆牵引控制模式设定所述车辆子系统时接收表示至少一轴上的载重的第二输入；以及
根据所述第一和第二输入确定所述至少一个车辆乘坐特性。
2、按权利要求1所述的确定与用户可选的车辆牵引控制模式对应的车辆乘坐特性的方法，其特征在于，进一步包括对其余各用户可选的车辆牵引控制模式重复所述输出、所述接收和所述确定。
3、按权利要求1所述的确定与用户可选的车辆牵引控制模式对应的车辆乘坐特性的方法，其特征在于，所述接收发生以响应利用至少一第一小键盘输入的用户选择。
4、按权利要求1所述的确定与用户可选的车辆牵引控制模式对应的车辆乘坐特性的方法，其特征在于，所述至少一个车辆乘坐特性为所述车辆的三维重心和至少一个轴上的所述载重之一。
5、按权利要求4所述的确定与用户可选的车辆牵引控制模式对应的车辆乘坐特性的方法，其特征在于，进一步包括：
使用一控制器控制所述用户可选的车辆牵引模式其中之一的所述车辆，进一步包括下列步骤：
控制低压安全运行工作模式下的至少一个车辆乘坐特性；以及
计算该车辆三维重心；
使用至少第一小键盘在该控制器中选择一车辆牵引控制模式；
把车辆乘坐信息传给用户；以及
用该控制器控制至少一个车辆乘坐特性的运行。
6、按权利要求1所述的确定与用户可选的车辆牵引控制模式对应的车辆乘坐特性的方法，其特征在于，用所述至少一个车辆乘坐特性控制从由一中央轮胎充气系统、一主动减震系统和一底盘管理系统组成的组中选出的一个或多个车辆子系统。
7、一种确定与用户可选的车辆牵引控制模式对应的车辆乘坐特性的系统，包括：
接收一用户输入以启动对至少一个车辆乘坐特性的确定的输入装置；
按照所述用户可选的车辆牵引控制模式之一输出一设定一车辆子系统的控制信号的装置；
在按照所述一个用户可选的车辆牵引控制模式设定所述车辆子系统时接收表示底盘相对至少一个轴的高度的第一输入以及在按照所述一个用户可选的车辆牵引控制模式设定所述车辆子系统时接收表示至少一轴上的载重的第二输入的装置；以及
根据所述第一和第二输入确定所述至少一个车辆乘坐特性的装置；
其特征在于，所述用户可选的车辆牵引控制模式包括低压安全运行控制模式；所述控制信号输出装置响应经所述输入装置接收一对应低压安全运行用户输入设定成相对缺气轮胎所在第四角降低车辆第一、第二和第三角上的乘坐高度。
8、按权利要求7所述的确定与用户可选的车辆牵引控制模式对应的车辆乘坐特性的系统，其特征在于，进一步包括对其余各用户可选的车辆牵引控制模式重复所述输出、所述接收和所述确定的装置。
9、按权利要求7所述的确定与用户可选的车辆牵引控制模式对应的车辆乘坐特性的系统，其特征在于，所述至少一个车辆乘坐特性为所述车辆的三维重心和至少一个轴上的所述载重之一。
10、按权利要求7所述的确定与用户可选的车辆牵引控制模式对应的车辆乘坐特性的系统，其特征在于，使用所述至少一个车辆乘坐特性控制从由一中央轮胎充气系统、一主动减震系统和一底盘管理系统组成的组中选出的一个或多个车辆子系统。
11、一种根据用户输入修正车辆乘坐特性的系统，包括：
一车辆模式控制器；
一与该车辆模式控制器连接的用户输入装置，所述用户输入装置包括至少一个第一小键盘；以及
由该车辆模式控制器控制的至少一个车辆子系统，
其特征在于，所述第一小键盘接收对用户可选的车辆牵引/乘坐模式的选择，
所述车辆模式控制器根据所述选定的车辆牵引/乘坐控制模式把控制信息输出给所述至少一个车辆子系统，
所述车辆模式控制器根据至少一轴上的载重和底盘相对至少一轴的高度计算车辆的三维重心，以及
所述车辆模式控制器输出该三维重心，以及
所述车辆模式控制器根据所述三维重心控制所述车辆子系统。
12、按权利要求11所述的系统，其特征在于，用该车辆模式控制器和该至少一个车辆子系统被设定去提供车辆牵引控制。
13、按权利要求12所述的系统，其特征在于，该车辆子系统包括：
一乘坐高度调节系统；
一差速器控制系统；
一轮胎充气系统；
一防抱死制动系统；以及
一稳定性控制系统。
14、按权利要求13所述的系统，其特征在于，该车辆模式控制器提供一缺气气压下车辆乘坐控制模式。
15、按权利要求11所述的系统，其特征在于，该车辆模式控制器设定成进一步进行：
底盘在轴上方高度的计算；以及
轴上载重计算。
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