CN101939248B - 具有包括触觉反馈装置的转向系统的材料搬运车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种材料搬运车辆(10)，包括：车架，其包括驾驶室(30)；支撑在车架上的轮，所述轮中的至少一个轮为转向轮(74)；和线控转向系统，其与转向轮相关联，以实现转向轮的角运动。车辆还包括控制设备。线控转向系统包括控制把手(90)、触觉反馈装置(100)和转向马达(120)。控制设备构造成响应于操作者进入驾驶室增加触觉反馈装置信号，以便禁止操作者经由控制把手作出急转弯请求。取决于操作者是在驾驶室内或在驾驶室外，转向轮可运动至对应的不同角度范围。

Description

具有包括触觉反馈装置的转向系统的材料搬运车辆
技术领域
本发明涉及一种材料搬运车辆，其具有包括触觉反馈装置的转向系统。
背景技术
美国专利No.6,564,897公开了一种用于材料搬运车辆的线控转向系统(steer-by-wire system)。车辆包括转向杆。然而，转向杆没有机械地联接至转向轮。马达或电磁制动器用于提供反作用转向阻力。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种材料搬运车辆，包括：车架，其包括驾驶室和能够产生指示操作者进入驾驶室的信号的传感器；轮，其支撑在车架上；牵引马达，其联接至轮中的一个轮，以实现该一个轮的旋转；以及线控转向系统，其与转向轮相关联，以实现转向轮绕第一轴线的角运动。该线控转向系统包括：控制把手，其能够通过操作者运动，以限定与转向轮期望的角度位置对应的转向控制信号；触觉反馈装置，其与控制把手相关联，以对控制把手产生基于可变触觉反馈装置信号而改变的反作用力；以及转向马达，其联接至转向轮，以实现转向轮绕第一轴线的角运动。车辆还可包括控制设备，该控制设备联接至传感器以从该传感器接收指示操作者进入驾驶室的信号，该控制设备联接至控制把手以接收转向控制信号，该控制设备联接至转向马达以响应于来自控制把手的转向控制信号向转向马达产生第一驱动信号、以实现转向轮绕第一轴线的角运动，该控制设备联接至牵引马达以向牵引马达产生第二驱动信号，并且该控制设备联接至触觉反馈装置以产生触觉反馈装置信号。控制设备可响应于操作者进入驾驶室增加触觉反馈装置信号，以禁止操作者经由控制把手作出急转弯请求。
控制设备可使到转向马达的第一驱动信号改变，以便在操作者进入驾驶室之后逐渐提高转向马达操作的速率。
控制设备可响应于操作者进入驾驶室增加触觉反馈装置信号预定一段时间。
当操作者在驾驶室内时，转向轮能够运动至第一角度范围内的一角度位置，而当操作者在驾驶室外时，转向轮能够运动至比第一角度范围小的第二角度范围内的一角度位置。
根据本发明的第二方面，提供一种材料搬运车辆，包括：车架，其包括驾驶室；轮，其支撑在车架上；牵引马达，其联接至轮中的一个轮，以实现该一个轮的旋转；以及线控转向系统，其与转向轮相关联，以实现转向轮绕第一轴线的角运动。线控转向系统包括能够通过操作者而运动的控制把手以及联接至转向轮以实现该转向轮绕第一轴线的角运动的转向马达。车辆还可包括控制设备，该控制设备联接至转向马达以向转向马达产生第一驱动信号，以便实现转向轮绕第一轴线的角运动，并且该控制设备联接至牵引马达以向牵引马达产生第二驱动信号，以控制牵引马达的速度。控制设备可使到转向马达的第一驱动信号根据牵引马达的速度而改变，以便改变转向马达的速度极限。
控制设备可将到转向马达的第一驱动信号改变至超出预定的牵引马达速度，以便当牵引马达的速度提高时降低转向马达的速度极限。
车辆还可包括叉。当沿叉的第一方向驱动车辆时，控制设备可减小到转向马达的第一驱动信号的值。
根据本发明的第三方面，提供一种材料搬运车辆，包括：车架，其包括驾驶室和能够产生指示操作者离开驾驶室的信号的传感器；轮，其支撑在车架上，所述轮中的至少一个轮为转向轮；以及线控转向系统，其与转向轮相关联，以实现转向轮绕第一轴线的角运动。该线控转向系统包括：控制把手，其能够通过操作者而运动，以产生与转向轮期望的角度位置对应的转向控制信号；偏压结构，其与控制把手相关联，以朝与转向轮处于直行位置对应的中心位置偏压控制把手；触觉反馈装置，其与控制把手相关联以对控制把手产生与操作者施加的力相反作用的力，该反作用力基于可变触觉反馈装置信号而改变；以及转向马达，其联接至转向轮，以实现转向轮绕第一轴线的角运动。车辆还包括控制设备，该控制设备联接至传感器以从该传感器接收指示操作者离开驾驶室的信号，控制设备联接至控制把手以接收转向控制信号，控制设备联接至转向马达以响应于来自控制把手的转向控制信号向转向马达产生第一驱动信号、以实现转向轮绕第一轴线的角运动，并且控制设备联接至触觉反馈装置以产生触觉反馈装置信号。当操作者在驾驶室内时，转向轮能够运动至第一角度范围内的一角度位置，而当操作者在驾驶室外时，转向轮能够运动至比第一角度范围小的第二角度范围内的一角度位置。
车辆还可包括牵引马达，其联接至转向轮，以实现转向轮绕大致横向于第一轴线的第二轴线的旋转。控制设备可联接至牵引马达，并根据转向轮期望的角度位置限制牵引马达的速度。
控制设备可根据牵引马达的速度改变触觉反馈装置信号。
控制设备还可根据由转向控制信号限定的转向轮的期望位置与转向轮的确定实际位置之间的误差而改变触觉反馈装置信号。
控制设备可使到转向马达的第一驱动信号根据牵引马达的速度而改变，以便改变转向马达的速度极限。
触觉反馈装置可包括产生基于触觉反馈装置信号的量值而改变的力的电控制动器。例如，电控制动器包括电流变装置、磁流变装置和电磁装置中的一个。
附图说明
图1是结合有本发明的材料搬运车辆的透视图；
图1A是来自图1所示车辆的包括地板的驾驶室的一部分的分解图；
图2是来自图1所示车辆的控制设备的示意性框图；
图3-5是图1中的车辆的动力单元的透视图，其中盖子从动力单元拆除；
图6是图1所示车辆的触觉反馈装置的视图；
图6A是从控制把手基部向下延伸的销、弹簧和固定到转向柱板上的块的局部剖视图；
图7和图8是图1所示的车辆的控制把手的透视图；
图9是控制把手和触觉反馈装置的局部剖视图；
图10示出当沿动力单元第一方向操作车辆时用于基于当前牵引马达速度限定转向马达速度极限的第一曲线C1，以及当沿叉的第一方向操作车辆时用于基于当前牵引马达速度限定转向马达速度极限的第二曲线C2；
图11示出根据期望转向轮角度位置或计算出的实际转向轮角度位置描绘出第一牵引马达速度极限或第二牵引马达速度极限的曲线C3；
图11A示出用于基于转向轮误差限定第三牵引马达速度极限的曲线CA；
图11B示出用于基于转向速率限定第四牵引马达速度极限的曲线CB；
图11C示出用于基于计算出的转向轮当前实际角度位置确定第一加速度换算系数RF1的曲线CC；
图11D示出用于基于牵引速度确定第二加速度换算系数RF2的曲线CD；
图12示出用于基于牵引马达速度确定第一触觉反馈装置信号值的曲线C4；
图13示出用于基于转向轮误差确定第二触觉反馈装置信号值的曲线C5；以及
图14以框图形式示出用于确定触觉反馈装置信号设定点TFDS的步骤。
具体实施方式
图1中示出根据本发明构成的材料搬运车辆，其包括示出实施例中的码垛车10。码垛车10包括车架20，该车架20包括驾驶室30、用于容纳电池42的电池隔室40、形成动力单元50的一部分的基部52和一对负载运送叉60A和60B。各叉60A、60B包括对应的负载轮组件62A、62B。当负载轮组件62A、62B相对于叉60A、60B枢转时，叉60A、60B运动至提升位置。驾驶室30和电池隔室40与叉60A、60B一起相对于动力单元50运动。
驾驶室30由操作者靠背32、电池隔室40的侧壁44和地板34限定。操作者在位于驾驶室30内时站在地板34上。见图1A，在示出的实施例中，地板34沿第一边缘部34A经由螺栓134A、垫圈134B、螺母134C、间隔件134D和柔性索环134E联接至车架基部20A。地板34的与第一边缘部34A相对的第二边缘部34B搁在一对弹簧135上。地板34能够绕轴线AFB枢转，该轴线AFB延伸通过第一边缘部34A和柔性索环134E。见图1A和2，邻近地板34设置有接近传感器36，用于感测地板34的位置。当操作者站在地板34上时，该地板34绕轴线AFB枢转并朝接近传感器36运动，使得该地板34被传感器36感测到。当操作者离开地板34时，由弹簧135沿离开传感器36的方向偏压地板34，使得地板34不再被传感器36感测到。因此，接近传感器36产生操作者状态信号，其指示操作者站在驾驶室30中的地板34上或者没有操作者站在驾驶室30中的地板34上。操作者状态信号的变化指示操作者已进入或离开驾驶室30。
见图3-8，动力单元50包括基部52、侧壁54和转向柱56。基部52、侧壁54和转向柱56固定在一起，使得转向柱56在示出的实施例相对于侧壁54或基部52不旋转或运动。第一和第二脚轮(在图1中仅示出第一脚轮58)在基部52的相对侧52A和52B上联接至基部52。
见图4和5，动力单元50还包括安装至基部52的驱动单元70，以便可相对于基部52绕第一轴线A1旋转。见图3-5，驱动单元70包括安装至基部52以便可相对于基部52旋转的支撑结构71、安装至支撑结构71的牵引马达72、和安装至支撑结构71的从动转向轮74。转向轮74联接至牵引马达72，以便绕第二轴线A2(见图1)由牵引马达72驱动。转向轮74还与牵引马达72和支撑结构71一起绕第一轴线A1运动。
编码器172(见图2)联接至牵引马达72的输出轴(未示出)，以产生指示牵引马达72的旋转速度和旋转方向的信号。
码垛车10包括用于实现转向轮74绕第一轴线A1的角运动的线控转向系统80。见图3、4、6和9，线控转向系统80包括控制把手90、触觉反馈装置100、偏压结构110、转向马达120和转向轮74。线控转向系统80不包括将控制把手90直接连接至转向轮74以实现轮74的转向的机械连接结构。术语“控制把手”用于包含在图1中示出的控制把手90和包括转向杆和方向盘的类似控制把手。
控制把手90能够通过操作者从中心位置旋转大约+/-60度，其中中心位置对应于转向轮74位于直行位置。控制把手90联接至触觉反馈装置100，该触觉反馈装置100继而经由在图6中示出但在图9中未示出的螺栓101联接至转向柱56的板56A。螺栓101穿过板56A中的孔，并接合触觉反馈装置100的在图9中示出的凸起部106中的螺纹孔。触觉反馈装置100可包括能够产生与控制把手90的运动相对的阻力或反作用力的电控制动器，其中力基于以下将讨论的触觉反馈装置信号的量值改变。例如，电控制动器可包括电流变装置、磁流变装置、和电磁装置中的一个。在示出的实施例中，触觉反馈装置100包括可从Lord Corporation买到的产品代号为“RD2104-01”的装置。
如图9中所示的，控制把手90固定地联接至触觉反馈装置100的轴102，使得控制把手90和轴102一起旋转。在装置100内设置有可磁控介质(未示出)。磁场产生元件(未示出)形成装置100的一部分，并且能够产生随触觉反馈装置信号改变的可变强度磁场。可磁控介质可具有与磁场的强度成比例改变的剪切强度，并向轴102提供可变阻力或反作用力，该力通过轴102传递至控制把手90。当由触觉反馈装置100产生的可变阻力增大时，控制把手90变得更难于由操作者旋转。
触觉反馈装置100还包括在图2中示出但在图9中未示出的控制把手位置传感器100A，其在示出的实施例中感测控制把手90的在大约+/-60度的角度范围内的角度位置。在示出的实施例中，控制把手位置传感器100A包括第一和第二电位计，所述第一和第二电位计中的每个电位计感测轴102的角度位置。第二电位计产生冗余位置信号。因此，仅需要单个电位计感测轴102的角度位置。轴102的角度位置对应于控制把手90的角度位置。操作者在示出的实施例中在大约+/-60度的角度范围内旋转控制把手90，以控制转向轮74的运动，该轮74在示出的实施例中能够从中心位置旋转大约+/-90度。当控制把手90由操作者旋转时，控制把手位置传感器100A感测该旋转、即量值和方向，并向转向控制模块或单元220产生与转向轮74期望的角度位置对应的转向控制信号。
见图6、6A和9，偏压结构110在示出的实施例中包括具有第一和第二端112A和112B的螺旋弹簧112。见图9，弹簧112围绕触觉反馈装置100的凸起部106设置。在图6和6A中示出但在图9中未示出的销92从控制把手90的基部94向下延伸并与控制把手90一起运动。见图6A，当控制把手90位于其中心位置时，销92位于第一与第二弹簧端部112A与112B之间并邻近该第一和第二弹簧端部112A和112B。见图6和6A，当控制把手90处于其中心位置时，弹簧端部112A和112B接合固定至转向柱56的板56A并从该板56A向下延伸的块115A，并靠在该块115A上。当控制把手90通过操作者旋转离开其中心位置时，销92接合并推到弹簧端部112A、112B中的一个上，以使该弹簧端部112A、112B运动离开块115A。响应地，该弹簧端部112A、112B沿推压控制把手90以回到其中心位置的方向对销92、以及因此对控制把手90施加回复力。当操作者不再握紧和转动控制把手90并且由触觉反馈装置100产生的所有阻力小于由弹簧112施加的偏压力时，弹簧112使控制把手90回到其中心位置。
转向柱56还包括仅在图7和8中而未在图6和9中示出的盖子部56B，其覆盖触觉反馈装置100。
见图3和4，转向马达120包括联接至转向马达输出轴123的驱动齿轮122。驱动单元70还包括联接至支撑结构71的可旋转齿轮76，使得可旋转齿轮76的运动实现支撑结构71、牵引马达72和转向轮74绕第一轴线A1的旋转，见图3-5。链124围绕驱动齿轮122和可旋转齿轮76延伸，使得转向马达输出轴123和驱动齿轮122的旋转引起驱动单元70的旋转和转向轮74对应的角运动。
见图2、3和7，车辆10还包括控制设备200，其在示出的实施例中包括牵引控制模块210、转向控制模块220和显示模块230。模块210、220和230中的每个模块包括用于实现以下将讨论的功能的控制器或处理器。由模块210、220和230实现的功能可替代性地由单个模块、两个模块或超过三个的模块执行。牵引控制模块210安装至侧壁54，转向控制模块220安装至基部52，而显示模块230安装在转向柱56内。
控制把手90还包括形成速度控制设备96的一部分的第一和第二可旋转速度控制元件96A和96B。见图2、7和8，速度控制元件96A、96B中的一个或两者可由操作者握紧和旋转，以控制车辆10的运动的方向和速度。第一和第二速度控制元件96A和96B机械联接到一起，使得一个元件96A、96B的旋转实现另一元件96B、96A的旋转。速度控制元件96A和96B被朝中心中性位置或原始位置弹簧偏压，并联接至信号发生器SG，该信号发生器SG继而联接至牵引控制模块210。例如电位计的信号发生器SG形成速度控制设备96的一部分，并且能够向牵引控制模块210产生速度控制信号。速度控制信号基于速度控制元件96A、96B从它们的原始位置顺时针或逆时针的旋转方向在符号上改变，并基于速度控制元件96A、96B从它们原始位置旋转的量改变量值。如图7中所观察到的，当操作者沿顺时针方向旋转控制元件96A、96B时，向牵引控制模块210产生与沿动力单元第一方向的车辆运动对应的速度控制信号。如图7中所观察到的，当操作者沿逆时针方向旋转控制元件96A、96B时，向牵引控制模块210产生与沿叉的第一方向的车辆运动对应的速度控制信号。
见图2、7和8，控制把手90还包括速度选择开关98，其能够在与“高速”模式对应的高速位置和与“低速”模式对应的低速位置之间来回触发。基于速度选择开关98的位置，该速度选择开关98向牵引控制模块210产生速度选择信号。如果开关98处于其低速位置，则牵引控制模块210可将车辆10沿叉的第一方向和动力单元第一方向的最高速度限制到大约3.5MPH。如果开关98处于其高速位置，则除非基于其他的车辆状态另有限定，例如见以下关于图11、11A和11B的讨论，否则当沿叉的第一方向操作车辆时，牵引控制模块210允许以达到例如6.0MPH的第一最大车辆速度操作车辆，并且当沿动力单元第一方向操作车辆时，该牵引控制模块210允许以达到例如9.0MPH的第二最大车辆速度操作车辆。应指出的是，当操作者在不站在地板34上的情况下操作车辆10时，即在称为以下进一步讨论的“步行(walkie)”模式下，即使开关98处于其高速位置，牵引控制模块210也将车辆的最高速度限制到与开关低速位置对应的最高速度，例如大约3.5MPH。应指出的是，在与低速模式/步行模式、高速模式/第一最高车辆速度、和高速模式/第二最高速度中的一个对应的例如0-3.5MPH、0-6.0MPH和0-9.0MPH的速率范围内，车辆10的速度与被旋转的速度控制元件96A、96B的旋转量成比例。
见图2，转向马达120包括位置传感器124。当转向马达输出轴123和驱动齿轮122旋转时，位置传感器124向转向控制单元220产生转向马达位置信号，该信号指示转向轮74的角度位置和转向轮74绕第一轴线A1的旋转速度。转向控制单元220从转向马达位置信号计算转向轮74当前实际的角度位置、以及转向轮74绕第一轴线A1的当前旋转速度。转向控制单元将计算出的转向轮74当前角度位置和转向轮74的当前旋转速度传到显示模块230。
转向控制单元220还从控制把手位置传感器100A接收转向控制信号，如上所述，该控制把手位置传感器100A在示出的实施例中感测控制把手90在大约+/-60度的角度范围内的角度位置。转向控制单元220将转向控制信号传到显示模块230。由于当前转向控制信号对应于控制把手90落入自大约+/-60度的范围内的当前位置，而转向轮74能够旋转过+/-90度的角度范围，所以显示模块230在示出的实施例中通过将当前控制把手位置乘以等于或大约90/60的比率，来将如由转向控制信号所指示的当前控制把手位置转换成转向轮74对应的期望角度位置，例如控制把手90的+60度的角度位置等于转向轮74的+90度的期望角度位置。显示模块230还利用转向控制信号确定转向速率、即控制把手90在每单位时间内角度位置的变化。例如，显示模块230可比较每32毫秒所确定的控制把手90的角度位置，以确定转向速率。
如上所述，接近传感器36产生操作者状态信号，其指示操作者站在驾驶室30中的地板34上或者没有操作者站在驾驶室30中的地板34上。接近传感器36联接至牵引控制模块210，使得牵引控制模块210从接近传感器36接收操作者状态信号。牵引控制模块210将操作者状态信号发送到显示模块230。如由操作者状态信号所指示的，如果操作者站在驾驶室30中的地板34上，则显示模块230允许转向轮74运动到落入第一角度范围内的角度位置，该第一角度范围在示出的实施例中等于大约+/-90度。然而，如果操作者没有站在驾驶室30中的地板34上，则显示模块230将转向轮74的运动限制到第二角度范围内的角度位置，该第二角度范围在示出的实施例中等于大约+/-15度。应指出的是，当操作者站在驾驶室30中的地板34上时，以诸如上述高速模式或低速模式的乘坐模式(rider mode)操作车辆。当操作者没有站在驾驶室30中的地板34上时，可以“步行”模式操作车辆，其中操作者在车辆10的旁边行走时抓握和操纵控制把手90和第一与第二可旋转速度控制元件96A与96B中的一个可旋转速度控制元件。因此，在步行模式期间将转向轮74的旋转限制到第二角度范围内的角度位置。
通常，当车辆10以步行模式操作时，操作者不需要将控制把手90从中心位置转动至大于大约+/-45度的角度位置。如果要求将控制把手90旋转至大于大约+/-45度的角度位置，并且以步行模式操作车辆10，则显示模块230将命令牵引控制模块210使车辆10制动以停止。如果显示模块230使车辆10制动以停止，则在控制把手90运动至诸如+/-40度的预定范围内的位置并且第一与第二速度控制元件96A与96B返回至它们的中性位置/原始位置之后，显示模块230将允许牵引马达72再次旋转，以实现从动转向轮74的运动。
如上所述，转向控制单元220将计算出的转向轮74当前角度位置和转向轮74的当前旋转速度传到显示模块230。转向控制单元220还将转向控制信号传到显示模块230，该模块230将转向控制信号转换成转向轮74对应要求的或期望的角度位置。如由接近传感器36所检测的，如果操作者站在驾驶室30中的地板34上，则显示模块230将转向轮74要求的角度位置发送到转向控制单元220，该转向控制单元220向转向马达120产生第一驱动信号，以便转向马达120使转向轮74运动至要求的角度位置。如由接近传感器36所检测的，如果操作者没有站在驾驶室30中的地板34上，则显示模块230将确定转向轮74要求的角度位置是否在上述第二角度范围内。如果是的话，则显示模块230将转向轮74要求的角度位置发送到转向控制单元220，该转向控制单元220向转向马达120产生第一信号，以便转向马达120使转向轮74运动至要求的角度位置。如果转向轮74要求的角度位置不在第二角度范围内，则显示模块230将发送到转向控制单元220的转向轮74的角度位置限制到第二角度范围合适的极限或外限。
如上所述，编码器172联接至牵引马达72的输出轴，以产生指示牵引马达72的旋转的速度和方向的信号。向牵引控制模块210提供编码器信号，该牵引控制模块210根据这些信号确定牵引马达72旋转的方向和速度。然后，牵引控制模块210将牵引马达旋转速度和方向信息发送到显示模块230。该信息对应于转向轮绕第二轴线A2的旋转的方向和速度。
显示模块230可基于当前牵引马达速度利用来自一曲线的点之间的线性插值限定转向马达上速度极限，所述点可存储在查找表格中。当沿动力单元第一方向操作码垛车10时，来自诸如图10中所示的曲线C1的曲线的点可用于基于当前牵引马达速度限定转向马达速度极限。当沿叉的第一方向操作码垛车10时，来自诸如图10中所示的曲线C2的曲线的点可用于基于当前牵引马达速度限定转向马达速度极限。见图10中的曲线C1和C2，在示出的实施例中，随着牵引马达的速度增加超过大约2000RPM，转向马达速度上极限降低。结果，转向马达响应性在较高的速度时有目的地降低，以便当操作者以所述较高的速度操作车辆10时防止“痉挛”或“过度敏感”的转向响应。因此，改善在较高的速度时车辆10的驾驶性能。应指出的是，对于叉的第一方向而言的曲线C2中的转向马达速度极限低于对于动力单元第一方向而言的曲线C1中的转向马达速度极限。由显示模块230向转向控制模块210提供基于当前牵引马达速度的合适的转向马达速度极限。转向控制模块210在向转向马达120产生第一驱动信号时使用转向马达速度极限，以便将转向马达120的速度保持在等于或低于转向马达速度极限的值，直到转向轮74运动至期望的角度位置。代替存储来自曲线C1或曲线C2的点，可存储与曲线C1和C2中的每根曲线对应的方程或多个方程，并且所述方程或多个方程由显示模块230使用，以基于当前牵引马达速度确定转向马达速度极限。
如上所述，转向控制单元220将转向控制信号传到显示模块230，该模块230将转向控制信号转换成转向轮74对应的期望角度位置。转向控制单元220还将计算出的转向轮74当前实际角度位置传到显示模块230。显示模块230使用转向轮74的期望角度位置，以利用例如来自诸如在图11中示出的曲线C3的曲线的点之间的线性插值确定牵引马达第一上速度极限，其中所述点可存储在查找表格中。显示模块230还利用计算出的转向轮74实际角度位置，以利用例如来自曲线C3的点之间的线性插值确定牵引马达第二上速度极限。代替存储来自曲线C3的点，可存储与该曲线对应的方程或多个方程，并且所述方程或多个方程可由显示模块230使用，以基于转向轮的期望角度位置和计算出的转向轮当前角度位置确定牵引马达第一和第二速度极限。如从图11显然的，牵引马达第一/第二速度极限随转向轮74的期望角度位置/计算出的角度位置提高而降低，以便在高的转向轮角度转弯期间改善车辆10的稳定性。
显示模块230将转向轮74当前期望的角度位置与转向轮74当前计算出的实际位置相比较，以确定两者之间的差等于转向轮误差。由于控制把手位置与转向轮位置相互不锁定，所以转向轮误差起因于延迟，该延迟为当操作者旋转控制把手90以实现转向轮74的位置改变时与转向马达120实现转向轮74的对应运动以使转向轮74运动至新的角度位置所花费的时间之间的延迟。
显示模块230使用转向轮误差，以利用例如来自诸如在图11A中示出的曲线CA的曲线的点之间的线性插值确定牵引马达第三上速度极限，其中所述点可存储在查找表格中。代替存储来自曲线的点，可存储与曲线CA对应的方程或多个方程，并且所述方程或多个方程可由显示模块230使用，以基于转向轮误差确定牵引马达第三速度极限。如从图11A显然的，牵引马达第三速度极限通常随转向轮误差增大而降低。
显示模块230使用转向速率，以利用例如来自诸如在图11B中示出的曲线CB的曲线的点之间的线性插值确定牵引马达第四上速度极限，其中所述点可存储在查找表格中。代替存储来自曲线的点，可存储与曲线CB对应的方程或多个方程，并且所述方程或多个方程可由显示模块230使用，以基于转向速率确定牵引马达第四速度极限。如从图11A显然的，牵引马达第四速度极限通常随转向速率增大而降低。
显示模块230从牵引马达第一、第二、第三和第四速度极限中确定最低的值，并将该最低的速度极限发送到牵引控制模块210，以便当向牵引马达72产生第二驱动信号时用于控制牵引马达72的速度。
当转向控制信号对应于转向轮离开其直行位置大于大约+/-7度的角度位置时，显示模块230可向牵引控制模块210产生高的转向轮转弯信号。当显示模块230产生高的转向轮转弯信号时，认为车辆处于“特殊转弯(special for turn)”模式。
在示出的实施例中，牵引控制模块210为牵引马达72存储多个加速度值。各加速度值为牵引马达72限定单个恒定的加速度速率，并对应于单独的车辆操作模式。例如，可由牵引控制模块210为车辆以下的操作模式中的每种操作模式存储单个加速度值：低速/步行模式，叉的第一方向；低速/步行模式，动力单元第一方向；高速模式，叉的第一方向；高速模式，动力单元第一方向；特殊转弯模式，叉的第一方向；和特殊转弯模式，动力单元第一方向。牵引控制模块210基于车辆当前的操作模式选择合适的加速度值，并且在为牵引马达72产生第二驱动信号时使用该值。
在示出的实施例中，显示模块230确定第一、第二和第三加速度换算系数RF1、RF2和RF3。
如上所述，转向控制单元220将计算出的转向轮74当前实际角度位置和转向轮74的当前旋转速度传到显示模块230。显示模块230可使用计算出的转向轮74当前实际角度位置，以利用例如来自诸如在图11C中示出的曲线CC的曲线的点之间的线性插值确定第一加速度换算系数RF1，其中所述点可存储在查找表格中。代替存储来自曲线的点，可存储与曲线CC对应的方程或多个方程，并且所述方程或多个方程可由显示模块230使用，以确定第一加速度换算系数RF1。如从图11C显然的，在大约10度的转向轮角度之后，第一加速度换算系数RF1通常随转向轮角度增大而线性减小。
如上所述，牵引控制模块210将牵引马达旋转速度和方向信息发送到显示模块230。显示模块230可使用牵引马达速度，以利用例如来自诸如在图11D中示出的曲线CD的曲线的点之间的线性插值确定第二加速度换算系数RF2，其中所述点可存储在查找表格中。代替存储来自曲线的点，可存储与曲线CD对应的方程或多个方程，并且所述方程或多个方程可由显示模块230使用，以确定第二加速度换算系数RF2。如从图11D显然的，第二加速度换算系数RF2通常随牵引马达速度提高而减小。
如上所述，操作者可旋转第一和第二速度控制元件96A、96B中的一个或两者，以使信号发生器SG向牵引控制模块210产生对应的速度控制信号。牵引控制模块210将速度控制信号发送到显示模块230。同样如上所述，速度控制信号基于速度控制元件96A、96B从它们的原始位置的旋转量在量值上改变。因此，速度控制信号指示速度控制元件96A、96B的当前位置。显示模块230可利用速度控制信号确定第三加速度换算系数RF3。例如，对于与各速度控制元件96A、96B在零或原始位置与对应于其最大旋转位置的80％的位置之间的位置对应的所有速度控制信号，第三加速度换算系数RF3可等于例如10的第一预定值，而对于与各速度控制元件96A、96B大于其最大旋转位置的80％的位置对应的所有速度控制信号，第三加速度换算系数RF3可等于例如128的第二预定值。
显示模块230确定第一、第二和第三换算系数RF1、RF2和RF3中的哪个换算系数具有最低的值，并向牵引控制模块210提供该换算系数。牵引控制模块210接收选定的、在示出的实施例中具有0与128之间的值的换算系数。模块210用换算系数除128以确定改变的换算系数。将改变的换算系数乘以选定的加速度值以确定更新的选定加速度值，该更新的选定加速度值由牵引控制模块210在向牵引马达72产生第二驱动信号时使用。在除以128之前具有最低的值的换算系数实现加速度值最大程度地降低。
基于速度选择开关98的位置、操作者状态信号、是否已由显示模块230产生高的转向轮转弯信号、响应于第一和第二可旋转速度控制元件96A和96B的操作由信号发生器SG产生的速度控制信号的符号和量值、与车辆当前操作模式对应的加速度值、选定的加速度换算系数、如由编码器172所检测到的当前牵引马达速度和方向、以及选定的牵引马达速度极限，牵引控制模块210向牵引马达72产生第二驱动信号，以便控制牵引马达72的速度、加速度和旋转方向，以及因此转向轮74绕第二轴线A2旋转的速度、加速度和方向。
代替确定第一、第二和第三换算系数、选择最低的换算系数、用选定的换算系数除128和将改变的换算系数乘以选定的加速度值以确定更新的选定加速度值，以下的步骤可仅通过显示模块230或通过显示模块230与牵引控制模块210结合实现。为车辆上述各操作模式限定三根单独的曲线。第一曲线限定基于计算出的转向轮74当前实际角度位置而改变的第一加速度值。第二曲线限定基于牵引马达速度而改变的第二加速度值。第三曲线限定基于来自信号发生器SG的速度控制信号而改变的第三加速度值。显示模块和/或牵引控制模块利用例如来自与车辆当前操作模式对应的第一、第二和第三曲线中的每根曲线的点之间的线性插值确定第一、第二和第三加速度值，并选择最低的加速度值，并且当向牵引马达72产生第二驱动信号时使用该最低的加速度值，其中所述点可存储在查找表格中。
如上所述，触觉反馈装置100能够产生与控制把手90的运动相对的阻力或反作用力，其中力基于触觉反馈装置信号的量值改变。在示出的实施例中，显示模块230为触觉反馈装置信号限定设定点TFDS，将设定点TFDS传送至转向控制模块220，而该转向控制模块220向触觉反馈装置100产生对应的触觉反馈装置信号、例如以毫安培(mA)为单位测量的电流。
在示出的实施例中，显示模块230如下限定触觉反馈装置信号设定点TFDS。显示模块230不断向牵引控制模块210查询牵引马达72旋转的速度和方向，如上所述，该信息根据由编码器172输出的信号由牵引控制模块210确定。见图14中的步骤302，基于牵引马达速度，显示模块230利用例如来自诸如在图12中示出的曲线C4的曲线的点之间的线性插值确定第一触觉反馈装置信号值TFD1，其中所述点可存储在查找表格中。代替存储来自曲线的点，可存储与曲线C4对应的方程或多个方程，并且所述方程或多个方程可由显示模块230使用，以确定第一值TFD1。如从图12所能看到的，第一值TFD1通常随牵引马达速度而增大。
如上所述，显示模块230将转向轮74当前期望的角度位置与转向轮74当前计算出的实际位置相比较，以确定两者之间的差等于转向轮误差。见图14中的步骤302，基于转向轮误差，显示模块230利用例如来自诸如在图13中示出的曲线C5的曲线的点之间的线性插值确定第二触觉反馈装置信号值TFD2，其中所述点可存储在查找表格中。代替存储来自曲线的点，可存储与曲线C5对应的方程或多个方程，并且所述方程或多个方程可由显示模块230使用，以确定第二值TFD2。如从图13所能看到的，第二值TFD2通常随转向轮误差而增大。
在示出的实施例中，见图14中的步骤304，显示模块230将第一和第二值TFD1和TFD2加到一起以确定合成的触觉反馈装置信号值TFDC，并且见图14中的步骤306，该显示模块230将该值乘以基于车辆10运动方向的换算系数，以便确定触觉反馈装置信号设定点TFDS。如果沿叉的第一方向驱动车辆10，则换算系数可等于0.5。如果沿动力单元第一方向驱动车辆10，则换算系数可等于1.0。通常，当车辆10沿叉的第一方向运动时，操作者仅将一只手放在控制把手90上。因此，当车辆10沿叉的第一方向行进时，0.5的换算系数使得操作者较容易旋转控制把手90。
显示模块230向转向控制单元220提供触觉反馈装置信号设定点TFDS，该转向控制单元220使用该设定点TFDS以便为触觉反馈装置100确定对应的触觉反馈装置信号。由于在示出的实施例中根据来自图12和13中的曲线C4和C5的第一和第二值TFD1和TFD2确定触觉反馈装置信号，所以触觉反馈装置信号在量值上随牵引马达速度与转向轮误差增大而增大。因此，当牵引马达速度提高并且转向轮误差增大时，由触觉反馈装置100产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难于转动控制把手90。被认为有利的是，当牵引马达速度提高时，增大由触觉反馈装置100产生的反作用力，以便当车辆10在其被在其上驱动的地面中出现的突出部或孔/凹陷上行进时，减小由操作者向控制把手90施加意外动作的可能，并增强操作者在车辆操作期间的稳定性。还被认为有利的是，当转向轮误差增大时，增大由触觉反馈装置100产生的反作用力，以便向操作者提供与转向轮误差的量值相关的触觉反馈。
在另一实施例中，提供在图2中以虚线示出的、作为联接至叉60A和60B用于提升叉60A和60B的液压系统(未示出)的一部分的压力变换器400。压力变换器400向显示模块230产生指示叉60A和60B上的任何负载的重量的信号。基于叉负载，显示模块230可利用例如来自一曲线(未示出)的点之间的线性插值确定第三触觉反馈装置信号值TFD3，其中值TFD3可随叉的负载而线性变化，使得值TFD3可随叉60A和60B上的重量增加而增大。显示模块230可将第一、第二和第三值TFD1、TFD2和TFD3加到一起以确定合成的触觉反馈装置信号值TFDC，该合成的触觉反馈装置信号值TFDC可乘以上述基于车辆10运动方向的换算系数，以便确定触觉反馈装置信号设定点TFDS。显示模块230向转向控制单元220提供触觉反馈装置信号设定点TFDS，该转向控制单元220使用该设定点TFDS，以便为触觉反馈装置100确定对应的触觉反馈装置信号。
如以上所讨论的，接近传感器36向牵引控制模块210输出操作者状态信号，其中操作者状态信号的变化指示操作者已走上或走下驾驶室30中的地板34。同样如上所述，牵引控制模块210向显示模块230提供操作者状态信号。显示模块230监控操作者状态信号并确定操作者状态信号变化是否对应于操作者走上或走下地板34。操作者在从驾驶室走出之前停止车辆。当操作者离开驾驶室时，如果触觉反馈装置信号处于力产生值、例如示出实施例中的非零值，引起触觉反馈装置100对控制把手90产生反作用力，则显示模块230以例如900mA/秒的受控速率减小触觉反馈装置信号设定点TFDS，直到触觉反馈装置信号设定点TFDS以及因此的触觉反馈装置信号等于零。通过以受控的速率缓慢地减小触觉反馈装置信号设定点TFDS以及因此减小触觉反馈装置信号，并且假定控制把手90离开其中心位置，则在操作者走下地板34之后，允许偏压结构110使控制把手90回到其中心位置、即0度，而基本上没有越过中心位置。触觉反馈装置信号设定点TFDS以及因此的触觉反馈装置信号维持在零值预定一段时间，例如两秒。其后，显示模块230确定更新的触觉反馈装置信号设定点TFDS，并向转向控制单元220提供该更新的触觉反馈装置信号设定点TFDS。设想如果除操作者离开驾驶室和触觉反馈装置信号处于力产生值之外，控制把手90离开其中心位置，则显示模块230可仅减小触觉反馈装置信号设定点TFDS。还设想显示模块230可将触觉反馈装置信号设定点TFDS设定在零值，直到确定控制把手90已回到其中心位置。
如果在监控操作者状态信号的同时，显示模块230确定操作者状态信号变化对应于操作者走上地板34，则显示模块230立即增加触觉反馈装置信号设定点TFDS一段时间，例如两秒，以造成触觉反馈装置信号对应的增加。触觉反馈信号的增加足以使得触觉反馈装置100对控制把手90产生足够量值的反作用力，以禁止操作者在操作者刚进入驾驶室30之后就经由控制把手90作出急转弯请求。在预定时段期满之后，显示模块230确定更新的触觉反馈装置信号设定点TFDS，并向转向控制单元220提供该更新的触觉反馈装置信号设定点TFDS。
同样响应于确定操作刚走上地板34并且如果操作者经由控制把手90立即作出转向请求，则显示模块230向转向控制模块220提供指令，以便以例如500RPM的第一低速操作转向马达120，其后在例如一秒的预定时间段内将转向马达速度例如线性地提高至第二较高的速度。第二速度由图10中的曲线C1或C2基于当前牵引马达速度限定。因此，使到转向马达120的第一驱动信号改变，以使得转向马达120的速度，即速度递增的速率，在操作者进入驾驶室之后从低的值逐渐提高，以免突然的急转弯操作。
还设想不可驱动转向轮。作为替代，将由牵引马达72驱动形成车辆的一部分的不同的轮。在这样的实施例中，基于速度选择开关98的位置、操作者状态信号、是否已由显示模块230产生高的转向轮转弯信号、响应于第一和第二可旋转速度控制元件96A和96B的操作由信号发生器SG产生的速度控制信号的符号和量值、与车辆当前操作模式对应的加速度值、选定的加速度换算系数、如由编码器172所检测到的当前牵引马达速度和方向、以及选定的牵引马达速度极限，牵引控制模块210可向牵引马达72产生第二驱动信号，以便控制牵引马达72旋转的速度、加速度和方向、以及因此控制从动轮旋转的速度、加速度和方向。
还设想假定车辆包括用于产生指示控制把手的角度位置和其转向速率的信号的控制把手位置传感器或相似的传感器以及用于产生指示转向轮的角度位置和转向轮绕轴线A1的旋转速度的信号的位置传感器或相似的传感器，则包括机械或流体静力转向系统的车辆可包括经由如在此陈述的牵引控制模块210和显示模块230控制的牵引马达72。
尽管已示出并描述了本发明特定的实施例，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，能作出各种其他的变化和变型。因此，在所附权利要求中意在包括在本发明范围内的所有这样的变化和变型。

Claims (12)

1.一种材料搬运车辆，包括： 
车架，其包括驾驶室和能够产生指示操作者进入所述驾驶室的信号的传感器； 
轮，其支撑在所述车架上； 
牵引马达，其联接至所述轮中的一个轮，以实现所述一个轮的旋转； 
线控转向系统，其与转向轮相关联，以实现所述转向轮绕第一轴线的角运动，所述线控转向系统包括： 
控制把手，其能够通过操作者运动，以限定与所述转向轮期望的角度位置对应的转向控制信号； 
触觉反馈装置，其与所述控制把手相关联，以对所述控制把手产生基于可变触觉反馈装置信号而改变的反作用力； 
转向马达，其联接至所述转向轮，以实现所述转向轮绕所述第一轴线的角运动； 
控制设备，该控制设备联接至所述传感器以从所述传感器接收指示操作者进入所述驾驶室的信号，该控制设备联接至所述控制把手以接收所述转向控制信号，该控制设备联接至所述转向马达以响应于来自所述控制把手的所述转向控制信号向所述转向马达产生第一驱动信号、以实现所述转向轮绕所述第一轴线的角运动，该控制设备联接至所述牵引马达以向所述牵引马达产生第二驱动信号，并且该控制设备联接至所述触觉反馈装置以产生所述触觉反馈装置信号；以及 
所述控制设备响应于操作者进入所述驾驶室增加所述触觉反馈装置信号，以禁止操作者经由所述控制把手作出急转弯请求。 
2.根据权利要求1所述的材料搬运车辆，其中，所述控制设备使到所述转向马达的所述第一驱动信号改变，以便在操作者进入所述驾驶室之后逐渐提高所述转向马达操作的速率。 
3.根据权利要求1所述的材料搬运车辆，其中，所述控制设备响 应于操作者进入所述驾驶室而增加所述触觉反馈装置信号预定一段时间。 
4.根据权利要求1所述的材料搬运车辆，其中，当操作者在所述驾驶室内时，所述转向轮能够运动至第一角度范围内的一角度位置，而当操作者在所述驾驶室外时，所述转向轮能够运动至比所述第一角度范围小的第二角度范围内的一角度位置。 
5.根据权利要求1所述的材料搬运车辆，其中，所述一个轮与所述转向轮包括同一轮。 
6.一种材料搬运车辆，包括： 
车架，其包括驾驶室和能够产生指示操作者离开所述驾驶室的信号的传感器； 
轮，其支撑在所述车架上，所述轮中的至少一个轮为转向轮； 
线控转向系统，其与所述转向轮相关联，以实现所述转向轮绕第一轴线的角运动，所述线控转向系统包括： 
控制把手，其能够通过操作者运动，以产生与所述转向轮期望的角度位置对应的转向控制信号； 
偏压结构，其与所述控制把手相关联，以朝与所述转向轮处于直行位置对应的中心位置偏压所述控制把手； 
触觉反馈装置，其与所述控制把手相关联以对所述控制把手产生与操作者施加的力相反的反作用力，所述反作用力基于可变触觉反馈装置信号而改变； 
转向马达，其联接至所述转向轮，以实现所述转向轮绕所述第一轴线的角运动； 
控制设备，该控制设备联接至所述传感器以从所述传感器接收指示操作者离开所述驾驶室的信号，该控制设备联接至所述控制把手以接收所述转向控制信号，该控制设备联接至所述转向马达以响应于来自所述控制把手的所述转向控制信号向所述转向马达产生第一驱动信号、以实现所述转向轮绕所述第一轴线的角运动，并且该控制设备联接至所述触觉反馈装置以产生所述触觉反馈装置信号；以及 
当操作者在所述驾驶室内时，所述转向轮能够运动至第一角度范围内的一角度位置，而当操作者在所述驾驶室外时，所述转向轮能够运动至比所述第一角度范围小的第二角度范围内的一角度位置。 
7.根据权利要求6所述的材料搬运车辆，还包括牵引马达，其联接至所述转向轮，以实现所述转向轮绕大致横向于所述第一轴线的第二轴线的旋转，所述控制设备联接至所述牵引马达，并根据所述转向轮期望的角度位置而限制所述牵引马达的速度。 
8.根据权利要求7所述的材料搬运车辆，其中，所述控制设备根据所述牵引马达的速度而改变所述触觉反馈装置信号。 
9.根据权利要求8所述的材料搬运车辆，其中，所述控制设备还根据由所述转向控制信号限定的所述转向轮的期望位置与所述转向轮的确定的实际位置之间的误差而改变所述触觉反馈装置信号。 
10.根据权利要求7所述的材料搬运车辆，其中，所述控制设备使到所述转向马达的所述第一驱动信号根据所述牵引马达的速度而改变，以便改变所述转向马达的速度极限。 
11.根据权利要求6所述的材料搬运车辆，其中，所述触觉反馈装置包括产生基于所述触觉反馈装置信号的量值而改变的力的电控制动器。 
12.根据权利要求11所述的材料搬运车辆，其中，所述电控制动器包括电流变装置和磁流变装置中的一个。 
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