专利名称：具有自动执行控制系统的机器和用于操作该机器的方法
技术领域：
本发明整体涉及具有自动执行控制系统的机器，更具体地，涉及具有利用非发动机参数来通信的自动执行控制系统的机器。
背景技术：
设备制造商根据机器销售的市场需求来生产具有多种特征的机器。例如，在世界 许多国家，基于包括相对较低的生产成本在内的多种原因，在机器上安装机械传动系统，而 不是电子传动系统。近期，技术上的进步允许制造商开发利用较少的与人互动来操作机器的控制系 统。例如，卡特彼勒公司利用自动执行控制系统来控制处于操作过程中的机器(例如履带 式拖拉机)的执行部件。因此，与先前的系统相比，该控制系统控制例如铲刀等执行部件， 使其以更高的精度和更少的与人交互来工作。制造商的目标是在为操作者继续提供更昂贵技术的优点的同时生产更廉价的机 器。之前已经尝试过使许多不同的机器处理过程自动化。虽然新的机器可以装配有内置式 自动执行控制系统，但较旧的机器可能需要显著的改进。例如，通常必须在机器上应用新的 硬件和软件，这也是有问题且昂贵的。美国专利第6385519号教导使用推土机的自动执行 控制系统，其中，例如铲刀等作业执行器是基于施加到推土机的车轮上的扭矩的离散值来 得以控制的。
发明内容
本发明旨在克服上述一个或多个问题或缺陷。一方面，本发明涉及一种机器，该机器包括具有第一电子控制器的电控发动机。该 机器还可包括具有第二电子控制器的自动执行控制系统。通信连接装置被设置并能够在第 一电子控制器和第二电子控制器之间传输信号。第一电子控制器还能够经由通信连接装置 将机器非发动机参数传输到第二电子控制器或者从第二电子控制器传输机器非发动机参 数。另一方面，本发明涉及一种操作机器的方法。该方法可以包括将非发动机参数从 机器状态传感器传输到第一电子控制器的步骤。该方法还可以包括在第一电子控制器处处 理非发动机参数并且经由通信连接装置将非发动机参数从第一电子控制器传输到第二电 子控制器的步骤。该方法还可以包括通过第二电子控制器分析非发动机参数的步骤，以及 基于该分析执行自动执行控制系统的步骤。
图1示出了根据本发明的履带式机器；图2示出了图1中所示的履带式机器的电子系统结构的电子系统示意框图；以及图3示出了根据一种实施方式的机器状态通信过程的操作的流程图。
具体实施例方式本发明涉及一种具有自动执行控制系统的机器，例如履带式机器。本发明描述了用于履带式机器的通信连接装置，该机器具有连接到电控发动机的机械控制的变速器。通 信连接装置可以与用于控制连接到机器的执行部件的自动执行控制系统进行机器状态信 息通信。但是，本发明并不限于例如图1中所示的履带式机器，而是意于包含多种机器中的 任一种，例如具有连接到电控发动机的机械控制的变速器的电动平地机。参照图1，履带式机器100包括两个履带110、操作员室120、电控发动机130和液 压系统140，操作员在操作员室120内操作机器100，液压系统140提供液压动力来控制例 如铲刀150的执行部件。液压系统140包括液压系统截止阀142，该液压系统截止阀142由 液压系统截止阀致动器145控制。履带式机器100还包括连接到电控发动机130的第一电 子控制器30的机械控制的变速器160。机器100可以具有与第一电子控制器30通信的机 器状态传感器172，该机器状态传感器172产生有关机器100的作业状态的机器非发动机参 数。机器非发动机参数可以是变速器信号、液压信号或其它相似类型的信号。在本发明的 一种实施方式中，铲刀150通过由机器100的液压系统140供应的液压动力来控制。如图1所示，机器100还可以包括用于在第一电子控制器30和第二电子控制器20 之间传输信号的通信连接装置175。通信连接装置175可以是电缆，但在一种替代的实施方 式中，无线连接也可以建立通信链路。在一种实施方式中，机器100还可以具有检测器32， 以检验由第二电子控制器20发出的可配置的信号。可配置的信号可以通过通信连接装置 175传输到第一电子控制器30。第一电子控制器30可以基于可配置的信号调节自动执行 控制系统200，例如，如果存在可配置的信号，自动执行控制系统200可以启动，否则，自动 执行控制系统200可以不启动。还参照图2，第二电子控制器20也与自动执行控制系统200的至少一个单元通信， 自动执行控制系统200可以包括全球定位系统(GPS)40、高级跟踪系统(ATS)50和激光系 统60中的任一个或多个。全球定位系统40可以包括GPS铲刀倾斜传感器41、GPS接收器 42、GPS显示装置43和GPS服务连接器44，其中每个都可以与第二电子控制器20直接通 信。类似地，高级跟踪系统50可以包括ATS铲刀倾斜传感器51、ATS目标52、ATS显示装置 53和ATS服务连接器54，并且高级跟踪系统50的每个部件都可以与第二电子控制器20直 接通信。第二电子控制器20也可以与激光系统60直接通信，该激光系统60可以包括激光 铲刀倾斜传感器61、激光接收器62、激光显示装置63和激光服务连接器64。在一种实施方 式中，全球定位系统40、高级跟踪系统50和激光系统60都可以连接到第二电子控制器20。 本领域技术人员可以理解，全球定位系统40、高级跟踪系统50和激光系统60是用于实施自 动执行控制过程的替代的坐标工具。此外，本发明并不限于这里描述的自动执行控制系统， 而是可以想到用于确定机器和/或执行器的位置和/或方位信息的任何系统。第二电子控制器20接收来自自动执行控制单元40、50、60的传感器41、51、61的 输入信号，以及经由第一电子控制器30接收的来自机器状态传感器172的输入信号，例如 机器非发动机参数。自动执行控制系统200利用这些输入信号来控制各项功能，例如沿特 定方向运动铲刀150或者使液压系统140停止。第一电子控制器30是电控发动机130的一部分并且具有归属于其的发动机控制算法。归属于第一电子控制器30的发动机控制算法可以包括信号处理算法，信号处理算法可以独立于发动机控制算法或者集成到发动机控制算法中。在一种示例性的实施方式中， 信号处理算法是独立于发动机控制算法的，并且利用在第一电子控制器30上可用的额外 的内存和处理能力。信号处理算法分别接收、处理并发送在第二电子控制器20和液压系统 140之间的各种信号。第一电子控制器30也经由通信连接装置175与机器状态传感器172 通信，该机器状态传感器172可以定位在机械控制的变速器160上。在一种实施方式中， 变速器状态传感器172可以是电子开关，当机械控制的变速器160处于第一状态，例如停机 状态时，电子开关处于闭合位置，当机械控制的变速器160处于第二状态，例如非停机状态 时，电子开关处于打开位置。在替代的实施方式中，打开和闭合位置可以与不同的变速器配 置相关联。此外，电子开关可以是SPST、SPDT、PWM式开关或者任何其它相似类型的电子开 关。另外，第一电子控制器30经由液压系统截止阀致动器145与液压系统140通信，该液 压系统截止阀致动器145控制液压系统截止阀142以及供应到液压系统140的动力。仍然参照图2，第一电子控制器30有利于机器状态传感器172和第二电子控制器 20之间有关机器状态的通信。机器状态传感器172可以向第一电子控制器30发送机器非 发动机参数。第一电子控制器30接收来自机器状态传感器172的机器非发动机参数，机器 非发动机参数例如可以是当变速器160处于停机制动时的停机状态信号或当变速器160不 处于停机制动时的非停机状态信号。第一电子控制器30处理机器非发动机参数，并且通过 通信连接装置175将该信息通信到第二电子控制器20。图3给出了根据本发明的方法的示例性流程图。在一种实施方式中，SlO为在第一 电子控制器30和第二电子控制器20之间设置通信连接装置175。S20为启用通信连接装 置175。另外，启用步骤S20可以包括如果自动执行控制系统200连接到第二电子控制器 20，则将产生可配置的信号并且该信号通过通信连接装置175传输到第一电子控制器。基 于传输的可配置的信号，第一电子控制器30可以发出启动信号。参照图3，S30为在第一电子控制器30处接收来自机器状态传感器172的非发动 机参数。然后，S40为处理非发动机参数。在一种实施方式中，非发动机参数是机器停机制 动状态信号。处理步骤S40可以包括S401基于非发动机参数确定机器100是否处于停机 制动状态，如果是，S42产生停机制动信号并且S44经由通信连接装置175向第二电子控制 器20发送停机制动信号，否则S41产生非停机制动信号并且S43经由通信连接装置175向 第二电子控制器20发送非停机制动信号。在本发明的一种实施方式中，机器状态传感器 172可以是具有打开位置和闭合位置的电子开关。机器状态传感器172可以被定位成使得 当机器处于例如停机制动状态的第一状态时，开关闭合，并且当变速器处于例如非停机制 动状态的第二状态时，开关打开。在一种实施方式中，机器状态传感器是机器停机制动状态 传感器，其仅仅感测机器是否处于停机制动。在替代的实施方式中，机器状态传感器可以提 供非发动机参数、有关机器作业或操作状态的更多信息，例如是变速器信号、液压信号或其 它相似类型的信号。在S40、S50的处理步骤之后在第二电子控制器20处分析非发动机参数。非发动 机参数可以是停机制动信号或非停机制动信号。并且S60基于步骤S50的分析执行自动执 行控制系统200。在一种实施方式中，额外的步骤是机器状态将非发动机参数输入到任一个 自动执行控制系统200中，例如将激光系统输入到GPS系统、ATS系统或激光系统中。一旦第二电子控制器20分析非发动机参数，就可以产生输出信号。然后，输出信号可以被传达 到第一电子控制器30和与第二电子控制器20通信的任何自动执行控制系统200。第一电子控制器30经由液压系统截止阀致动器145与液压系统140通信。第一 电子控制器30可以接收来自第二电子控制器20的信号，然后其与液压系统140通信以执 行各种功能，例如锁定铲刀150的位置或者通过从第一电子控制器30向液压系统截止阀致 动器145发送致动信号来接通或停止液压系统140。在本发明的一种实施方式中，变速器状态通信系统170可以包括多于一个传感 器，以接收有关机器状态的更多信息。例如，其它传感器可以收集有关机器100的状态的其 匕fn息ο在本发明的一种实施方式中，自动执行控制系统200响应于发送到第一电子控制 器30的非发动机参数。在一种实施方式中，自动执行控制系统200可以在第二电子控制器 20接收停机制动状态信号时接合液压系统140。自动执行控制系统可以在第二电子控制器 20接收非停机制动状态信号时脱离与液压系统140的接合。工业实用性本发明寻求具有连接到电控发动机的机械控制的变速器的机器的潜在应用。本发 明可通用于包括用于控制执行器的自动执行控制系统的机器，以及特别用于具有无法使用 机械控制的变速器的变速器状态的电控发动机的机器。现在参照图1、2和3，具有连接到电控发动机130的机械控制的变速器160的机器 100可以包括与电控发动机130通信的自动执行控制系统200。自动执行控制系统200 (例 如全球定位系统40、高级跟踪系统50或激光系统60)可以利用多个铲刀倾斜传感器41、 51、61和其它传感器(未示出)中的至少一个来确定作业环境的情况，这在机器100的操作 过程中对操作者是有帮助的。通信连接装置175被设置和构造成在第一电子控制器30和 第二电子控制器20之间传输信号。在本发明的一种实施方式中，变速器状态通信系统170可以向自动执行控制系统 200提供有关机械控制的变速器160是否处于停止制动的具体信息。该信息可以被提供到 第二电子控制器，以确定在机器100的当前状态下是否接合自动执行控制系统200。在一种 实施方式中，机器状态传感器172与第一电子控制器30之间就机器状态通信，然后会产生 机器状态信号并将机器状态信号传输到第二电子控制器20。如上所述，本发明提出一种包括与电控发动机130连接的机械控制的变速器160 的机器100，该机器100还包括向电控发动机130提供非发动机参数信息的变速器状态通信 系统170。通过基于机器100的当前机器状态利用非发动机参数信息来使非发动机参数信 息辅助第二电子控制器20作出有关接合自动执行控制系统200或与自动执行控制系统200 脱离接合的决定。例如，如果机器100不处于停机制动状态，那么第二电子控制器20将与 自动执行控制系统200脱离接合。该特征可以帮助操作者操作机器100，使其依据适当的引 导而操作。应当理解的是，上述说明仅仅是示例性的，而不意于以任何方式限制本发明的范 围。因此，本领域技术人员可以理解，可以对本发明的实施方式做出各种变型，而不脱离本 发明的全部和适当的范围。其它的方面、特征和优点可以通过研究附图和权利要求书得到。
权利要求
一种机器，包括具有第一电子控制器的电控发动机；具有第二电子控制器的自动执行控制系统；设置并能够在所述第一电子控制器和第二电子控制器之间传输信号的通信连接装置；以及其中，所述第一电子控制器能够经由所述通信连接装置将机器非发动机参数传输到所述第二电子控制器或者从所述第二电子控制器传输所述机器非发动机参数。
2.根据权利要求1所述的机器，还包括连接到所述电控发动机的机械控制的变速器系统。
3.根据权利要求1所述的机器，还包括由所述自动执行控制系统产生的可配置的信 号，所述可配置的信号经由所述第二电子控制器传输到所述第一电子控制器。
4.根据权利要求3所述的机器，其中，所述第一电子控制器还能够基于所述可配置的 信号调节所述自动执行控制系统。
5.根据权利要求1所述的机器，还包括机器状态传感器，其连接到所述第一电子控制 器并能够产生经由所述通信连接装置传输到所述第二电子控制器或者从所述第二电子控 制器传输的所述机器非发动机参数。
6.根据权利要求5所述的机器，其中，所述机器状态传感器是具有打开位置和闭合位 置的电子开关，当所述机械控制的变速器系统处于停机状态时，所述电子开关处于闭合位 置，当所述机械控制的变速器系统不处于停机状态时，所述电子开关处于打开位置。
7.根据权利要求1所述的机器，包括与所述第二电子控制器通信的显示装置、铲刀倾 斜传感器、至少一个全球定位系统接收器、和服务连接器。
8.根据权利要求1所述的机器，包括与所述第二电子控制器通信的显示装置、铲刀倾 斜传感器、至少一个激光接收器、和服务连接器。
9.根据权利要求1所述的机器，包括与所述第二电子控制器通信的显示装置、铲刀倾 斜传感器、至少一个高级跟踪系统目标、和服务连接器。
10.根据权利要求1所述的机器，其中，所述第一电子控制器还包括能够检测经由所述 第二电子控制器传输的自动执行控制系统的存在信号的检测器。
11.一种操作机器的方法，包括以下步骤在第一电子控制器处接收来自机器状态传感器的非发动机参数； 在所述第一电子控制器处处理所述非发动机参数；将所述非发动机参数从所述第一电子控制器经由通信连接装置传输到所述第二电子 控制器；通过所述第二电子控制器分析所述非发动机参数；并且 基于所述分析执行自动执行控制系统。
12.根据权利要求11所述的操作机器的方法，其中，将所述非发动机参数从所述机器 状态传感器传输到所述第一电子控制器的步骤包括以下步骤确定所述机器的非发动机参数；并且 当所述机器处于停机状态时，发送机器状态信号。
13.根据权利要求11所述的操作机器的方法，其中，基于所述分析执行自动执行控制系统的步骤还包括将所述非发动机参数输入到用于高级跟踪系统的所述自动执行控制系 统。
14.根据权利要求11所述的操作机器的方法，其中，基于所述分析执行自动执行控制 系统的步骤还包括将所述非发动机参数输入到用于激光系统的所述自动执行控制系统。
15.根据权利要求11所述的操作机器的方法，其中，基于所述分析执行自动执行控制 系统的步骤还包括以下步骤将所述非发动机参数输入到用于全球定位系统的所述自动执行控制系统。
16.根据权利要求11所述的操作机器的方法，在将非发动机参数从所述机器状态传感 器传输到所述第一电子控制器的步骤之前，还包括以下步骤在所述第一电子控制器和第二电子控制器之间设置通信连接装置；并且启用所述通信连接装置。
17.根据权利要求16所述的操作机器的方法，其中，启用所述通信连接装置的步骤还 包括以下步骤如果所述自动执行控制系统连接到所述第二电子控制器，则从所述第二电子控制器产 生可配置的信号；通过所述通信连接装置将所述可配置的信号从所述第二电子控制器传输到所述第一 电子控制器；并且从所述第一电子控制器发送启动信号到所述第二电子控制器。
全文摘要
本发明公开了具有自动执行控制系统的机器和用于操作该机器的方法。该机器包括具有第一电子控制器的电控发动机。该机器还可包括具有第二电子控制器的自动执行控制系统。设置并构造通信连接装置来在第一电子控制器和第二电子控制器之间传输信号。第一电子控制器还能够通过通信连接装置将机器非发动机参数传输到第二电子控制器或者从第二电子控制器传输机器非发动机参数。
文档编号G05B19/04GK101819414SQ20091025878
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月21日 优先权日2008年12月21日
发明者A·贝鲁尔, C·A·穆尔, L·K·肯内利, M·A·休桑, P·巴纳杰, S·A·基利, S·R·克劳斯, W·R·莫斯特 申请人:卡特彼勒公司