提供机器状态反馈的作业车辆磁流变流体操纵杆系统的制作方法

提供机器状态反馈的作业车辆磁流变流体操纵杆系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年5月1日向美国专利商标局提交的美国临时申请no. 63/019,083的优先权。
技术领域
3.本公开涉及磁流变流体(mrf：magnetorheological fluid)操纵杆(joystick)系 统，该mrf操纵杆系统选择性地改变操纵杆阻力，以提供指示作业车辆的被监测的 操作参数或机器状态的反馈。


背景技术：

4.操纵杆装置通常用于控制在建筑、农业、林业以及采矿业内采用的作业车辆的各 个操作方面。例如，对于配备有动臂(boom)组件的作业车辆的情况来说，操作员 可以利用一个或更多个操纵杆装置来控制动臂组件移动，并因此控制被安装至动臂组 件的外部终端的工具或机具(implement)的移动。具有这种经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(excavator)、伐木归堆机(feller buncher)、 集材机(skidder)、拖拉机(可以在该拖拉机上安装模块化前端装载机(loader)和反 铲(backhoe)附件)、拖拉机装载机、轮式装载机以及各种紧凑型装载机。类似地， 对于推土机(dozer)、机动平地机(motor grader)以及配备有运土铲(earth
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moving blade) 的其它作业车辆的情况来说，操作员可以利用一个或更多个操纵杆来控制铲的移动和 定位。在机动平地机、推土机以及诸如滑移装载机(skid steer loader)的某些装载机 的情况下，操纵杆装置通常也用于操纵或以其它方式控制作业车辆底盘的定向移动。 鉴于作业车辆内的操纵杆装置的普及，再结合作业车辆经常工作于的相对具有挑战性 的动态环境，不断需要改进作业车辆操纵杆系统的设计和功能，特别是达到这种进步 可以提高作业车辆操作的安全性和效率的程度。


技术实现要素：

5.公开了一种供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，该作业车辆mrf操纵杆系统包括：操纵杆装置、mrf操纵杆阻力机构、 控制器架构以及作业车辆传感器，该作业车辆传感器被配置成，提供指示与作业车辆 有关的操作参数的传感器数据。该操纵杆装置又包括：基壳、可移动地安装至基壳的 操纵杆以及操纵杆位置传感器，该操纵杆位置传感器被配置成，对操纵杆相对于基壳 的移动进行监测。该mrf操纵杆阻力机构能够被控制以改变mrf阻力，该mrf阻 力抑制或抵抗操纵杆沿至少一个自由度(dof：degree of freedom)相对于基壳的移 动。该控制器架构联接至操纵杆位置传感器、作业车辆传感器以及mrf操纵杆阻力 机构。该控制器架构被配置成，进行如下操作：(i)利用传感器数据来监测操作参数 的变化；以及(ii)通过至少部分地基于操作参数的变化，选择性地命令mrf操纵 杆阻力机构对mrf阻力进行调节，来通过操纵杆装置提供指示操作参数的触觉反馈。
6.在另一些实施方式中，该作业车辆mrf操纵杆系统包括：操纵杆装置、mrf操 纵杆阻力机构以及控制器架构。再一次，该操纵杆装置包括：基壳、可移动地安装至 基壳的操纵杆以及操纵杆位置传感器，该操纵杆位置传感器被配置成，对操纵杆相对 于基壳的移动进行监测。该mrf操纵杆阻力机构能够被控制以改变mrf阻力，该 mrf阻力抵抗操纵杆沿至少一个dof相对于基壳的移动。该控制器架构(联接至所 述操纵杆位置传感器以及所述mrf操纵杆阻力机构)被配置成，进行如下操作：(i) 对作业车辆的当前地面速度(ground speed)进行监测；以及(ii)至少部分地基于作 业车辆的当前地面速度，选择性地命令mrf操纵杆阻力机构对mrf阻力进行调节。
7.仍在另一些实施方式中，在配备有经动臂安装的机具的作业车辆上利用mrf操 纵杆系统。该mrf操纵杆系统包括：操纵杆装置、mrf操纵杆阻力机构以及控制器 架构。该操纵杆装置又包括：基壳、可移动地安装至基壳的操纵杆以及操纵杆位置传 感器，该操纵杆位置传感器被配置成，对操纵杆相对于基壳的移动进行监测。该mrf 操纵杆阻力机构能够被控制以改变mrf阻力，该mrf阻力抵抗操纵杆沿至少一个 dof相对于基壳的移动。联接至所述操纵杆位置传感器以及所述mrf操纵杆阻力机 构的控制器架构被配置成，进行如下操作：(i)估计抵抗经动臂安装的机具沿至少一 个方向的移动的可变载荷；以及(ii)选择性地向mrf操纵杆阻力机构发出命令， 以随着可变载荷的增加而增加mrf阻力。
8.在附图和下面的描述中对一个或更多个实施方式的细节进行阐述。其它特征和优 点根据该描述、附图以及权利要求将变得显而易见。
附图说明
9.在下文中将结合以下附图描述本公开的至少一个示例：
10.图1是如根据本公开的示例实施方式所例示的作业车辆(在这里，挖掘机)上的 示例磁流变流体(mrf)操纵杆系统的示意图，并且该mrf操纵杆系统被配置成通 过操纵杆刚度的变化来提供机器状态反馈；
11.图2是从图1所示的挖掘机驾驶室内看的立体图，例示了可以被包括在示例mrf 操纵杆系统中并且由操作员用来控制挖掘机动臂组件的移动的两个操纵杆装置；
12.图3和图4是示例mrf操纵杆系统的如部分地示出并且沿贯穿操纵杆装置中所 包括的操纵杆的垂直剖面截取的截面示意图，该截面示意图例示了mrf操纵杆系统 的一种可能的构造；
13.图5是由mrf操纵杆系统的控制器架构适当地执行从而以提供机器状态反馈的 方式来改变操纵杆刚度的处理；以及
14.图6是以非穷举的方式例示可以有利地集成mrf操纵杆系统的实施方式的附加 示例作业车辆的图形。
15.各个图中的相同标号指代相同要素。为简单和清楚例示起见，可以省略公知特征 和技术的描述和细节，以避免不必要地混淆在随后详细描述中描述的本发明的示例和 非限制性实施方式。还应理解，除非另外声明，否则附图中出现的特征或要素不必按 比例绘制。
具体实施方式
16.在上面简要描述的附图中示出了本公开的实施方式。在不脱离如所附权利要求阐 述的本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可以设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(work vehicle)”包括作业车辆或作业机械的所有 部分。因此，在机具中端接(terminating)的动臂组件附接至作业车辆的底盘的实现 中，术语“作业车辆”既涵盖了底盘又涵盖了动臂组件，以及被安装至动臂组件的终端 的机具或工具。
17.概述
18.以下描述了并入磁流变流体(mrf：magnetorheological fluid)装置或子系统的 作业车辆操纵杆系统，该磁流变流体(mrf)装置或子系统提供指示作业车辆的被监 测的操作参数或“机器状态”的触觉反馈(tactile feedback)。在作业车辆工作期间，下 面描述的作业车辆mrf操纵杆系统接收指示给定作业车辆的至少一个被监测的参数 的传感器数据；以及至少部分地基于操纵杆位置和被监测的参数的变化，来选择性地 改变阻碍沿至少一个自由度(dof：degree of freedom)的操纵杆移动的mrf阻力。 这样做时，作业车辆mrf操纵杆系统为作业车辆操作员提供触觉反馈，该触觉反馈 指示当前状态或者被监测的操作参数或机器状态的量值。由于通过操纵杆装置本身提 供触觉反馈，因此，该信息被以高度直观、快速的方式传达给操作员，而无需操作员 将视觉注意力从手头工作任务上转移。此外，在至少一些实施方式中，通过下面描述 的操纵杆装置提供的触觉反馈可以帮助引导或影响操作员控制输入，以促进平稳或不 中断的作业车辆操作、增加操作员的期望与作业车辆性能之间的一致性以及提供类似 的好处。结果，可以提高总体操作员满意度和作业车辆效率。
19.作业车辆mrf操纵杆系统的实施方式包括处理子系统或“控制器架构”，该处理 子系统或控制器架构联接至mrf阻尼器或mrf操纵杆阻力机构；即如下机构或装 置，其包含磁流变流体并且能够通过电磁(em：electromagnetic)场强度的变化来修 改流体的流变性(粘度)，以对阻碍沿至少一个dof的操纵杆运动的阻力提供受控调 节。该阻力在下文中被称为“mrf阻力”，而mrf阻力阻碍沿特定的方向或方向的组 合的操纵杆运动的程度被称为“操纵杆刚度(joystick stiffness)”。可以由控制器架构 向mrf操纵杆阻力机构发出命令，以沿任何给定方向、在操纵杆的任何给定行进范 围内以及通过施加可变量值的阻力，来施加选择性地阻碍操纵杆转动或其它操纵杆运 动的各种不同的抵抗效果。例如，mrf操纵杆系统的实施方式可以与某些被监测的 参数的变化成比例地逐渐增加操纵杆刚度；例如，在实施方式中，并且如下详细讨论 的，控制器架构可以向mrf操纵杆阻力机构发出命令，以随着被监测的参数(诸如 物料载荷、液压力或者作业车辆地面速度)的量值增加而增加mrf阻力(并因此增 加操纵杆刚度)。另外或者另选地，mrf操纵杆系统的实施方式可以生成其它经施加 mrf的效果(mrf
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applied effect)，诸如随着被监测的参数超过预定阈值时而短暂地 阻碍操纵杆运动的止动(detent)或脉动(pulsating)效果。此外，mrf操纵杆控制 系统的实施方式能够增加沿单个dof的操纵杆刚度，或者代替地能够独立地增加沿 多个dof的操纵杆刚度。例如，在操纵杆可绕两个垂直轴线转动的实现中，mrf操 纵杆阻力机构能够独立地改变绕操纵杆的两个转动轴线的操纵杆刚度。
20.从设计和定制(customization)的角度来看，作业车辆mrf操纵杆系统提供了 高度的灵活性。关于设计灵活性，可以将mrf操纵杆系统配置成，响应于与在建筑、 农业、采矿
以及林业方面采用的不同类型的作业车辆有关的宽范围的被监测的参数， 来改变操纵杆刚度。此类被监测的参数的非详尽列表包括：作业车辆地面速度(特别 是在经操纵杆操纵的作业车辆的情况下)、可移动作业车辆组件(例如，动臂组件接 头或液压缸)与运动止挡(motion stop)的接近度(proximity)、以及作业车辆上放 置的各种载荷。在后一方面，mrf操纵杆系统的实施方式可以监测作业车辆所承载 的物料载荷(诸如附接至动臂组件的铲斗的填充载荷)，并且基于该物料载荷选择性 地改变mrf操纵杆阻力。类似地，在实施方式中，mrf阻力以及沿至少一个dof 的操纵杆刚度可以基于在电动液压(eh)致动系统中所包括的液压力而改变，该eh 致动系统用于使诸如可移动铲(在例如推土机和机动平地机的情况下)这样的可移动 机具以及附接至动臂组件(在例如挖掘机、伐木归堆机、配备有前端装载机(fel) 附件的拖拉机、轮式装载机，反铲挖土机(backhoe)以及挖掘机的情况下)的机具 动起来。还在其它实施方式中，mrf阻力和操纵杆刚度可以根据置于作业车辆上的 其它载荷(诸如置于作业车辆的主发动机上的载荷)而改变。在这样的实施方式中， 控制器架构可以随着被监测的参数的增加而逐渐增加抑制操纵杆移动的mrf阻力、 在被监测的参数超过预设阈值时提供触觉提示(例如，经施加mrf的有感觉的止动 或脉动效果)、和/或以其它方式操纵mrf阻力以提供指示被监测的参数的触觉反馈。
21.在另一些实施方式中，作业车辆mrf操纵杆系统可以改变mrf阻力，以模仿 传统机械控制方案，在传统机械控制方案中，将操纵杆机械地连结至作业车辆的被致 动的组件(诸如在eh致动系统中包括的先导阀)。例如，在某些实现中，控制器架 构可以利用传感器数据来监测eh驱动系统的压力条件或阀位置，并且生成某些阻力 效果(例如，短暂的阻力脉冲或有感觉的止动(feel detent))，以模拟传统系统固有 地提供的触觉反馈，在该传统系统中，在诸如先导阀这样的被致动的组件与操纵杆装 置之间提供机械连接。与纯机械操纵杆控制方案相对比，在eh控制方案的背景下这 又可以向操作员提供有关eh系统的操作状态((例如，在发生先导阀顶起(lift
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off) 或破裂时)的熟悉触觉提示。换句话说，控制器架构可以向mrf操纵杆阻力机构发 出命令，以便以以下方式选择性地改变mrf阻力：提供触觉反馈，该触觉反馈指示 在eh致动系统的使用期间先导阀何时初始地打开。
22.还在其它实施方式中，mrf操纵杆系统可以根据与经由操纵杆装置接收到的操 作员输入命令对应的当前被监测的机器参数(诸如当前转向角或地面速度)，来改变 阻碍操纵杆运动的mrf阻力。作为更具体的示例，mrf操纵杆系统的各实施方式可 以按照以下方式来逐渐增加mrf阻力或操纵杆刚度，以使操作员尝试转动(或者以 其它方式移动)操纵杆：如果允许继续无阻碍的操作，则会导致作业车辆运动的突然 变化。这样的作业车辆运动的示例(在实施方式中，可以利用操纵杆控制的作业车辆 运动中的任何或全部运动)包括作业车辆的行进方向或转向角、作业车辆地面速度以 及经动臂安装的机具的移动。增加对在操纵杆输入会导致突然的作业车辆运动时的操 纵杆运动进行抑制的mrf阻力的这种方法在本文中被称为“轨迹整形(trajectoryshaping)”，如下更全面讨论的。通过操纵杆刚度的选择性变化而进行的轨迹整形可 以助长操作员操纵杆移动，从而达成作业车辆运动中的相对无缝或平稳的过渡。另外， 当操作员对操纵杆施加足够的力以克服增加的mrf阻力，从而例如突然地改变作业 车辆的转向角或地面速度时，这种方法可使以被动的意义确认操作员意图。
23.如上所示，作业车辆mrf操纵杆系统的实施方式还可以例如通过使得下面描述 的
mrf阻力效果能够适应操作员偏好来提供相对较高程度的定制灵活性。在这点上， 在实施方式中，可以允许操作员将mrf阻力效果的强度调节成偏好；还可以选择性 地完全启用或停用给定mrf阻力效果。在其它情况下，mrf操纵杆系统可以允许操 作员例如通过在改变操纵杆刚度时选择一个或多个特定的被监测的参数来编程mrf 阻力效果。在实施方式中，可以将这样的个性化或定制设定存储在存储器中并且与特 定的操作员关联。在作业车辆启动时，或者在作业车辆工作期间的另一适当时机，可 以接着基于当前操作员的身份(举例来说，如首次登录作业车辆时通过输入操作员特 定的pin码而确定的，或者以其它方式查明的)来再调用mrf定制设定，然后在适 当时候加以应用。
24.现在，将结合图1至图5来描述作业车辆mrf操纵杆系统的示例实施方式。在 下面描述的示例实施方式中，主要是在特定类型的作业车辆(即，挖掘机)的背景下 对mrf操纵杆系统进行讨论的。另外，在下面的示例中，mrf操纵杆系统包括两个 操纵杆装置，这两个操纵杆装置皆具有可绕两个垂直轴线转动的操纵杆，并且用于控 制挖掘机动臂组件以及附接至该动臂组件的机具或工具(例如，铲斗、抓斗或液压锤) 的移动。尽管有以下示例，但是在进一步的实施方式中，mrf操纵杆系统可以包括 更多或更少数量的操纵杆，并且各个操纵杆装置皆可以任何数量dof并且沿着任何 合适的运动模式或范围移动；例如，在另选实现中，给定操纵杆装置可以绕单个轴线 转动，或者可沿着限定的(例如，h形)轨迹或运动模式移动。此外，下面描述的 mrf操纵杆系统可以被部署在包括经操纵杆控制的功能的宽范围的作业车辆上，下 面结合图6讨论了所述作业车辆的附加示例。
25.提供机器状态反馈的示例mrf操纵杆系统
26.初始参照图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(在 这里为挖掘机20)。除了mrf操纵杆系统22以外，挖掘机20还包括在工具或机具 (诸如铲斗26)端接(terminating)的动臂组件24。可以将各种其它机具与铲斗26 互换并且附接至动臂组件24的终端，例如包括其它铲斗、抓斗(grapple)以及液压 锤。挖掘机20具有主体或底盘28、支承底盘28的履带式底架30、以及位于底盘28 的前部并包围操作员台的驾驶室32。挖掘机动臂组件24从底盘28伸出并且包含作 为主要结构性组件的内侧或近端动臂34(下文中，被称为“起重臂(hoist boom)34”)、 外侧或远端动臂36(下文中，被称为“铲斗柄(dipperstick)36”)以及多个液压缸38、 40、42。液压缸38、40、42又包括：两个起重缸38、铲斗柄缸40以及铲斗缸42。 起重缸38的伸出和缩回使起重臂34绕第一枢轴接头转动，在该第一枢轴接头处，起 重臂34接合至挖掘机底盘28(在这里，与驾驶室32(的右侧)相邻的位置)。铲斗 柄缸40的伸出和缩回使铲斗柄36绕第二枢轴接头转动，在该第二枢轴接头处，铲斗 柄36接合至起重臂34。最后，铲斗缸42的伸出和缩回使挖掘机铲斗26绕第三枢轴 接头转动或“卷起(curl)”，在该第三枢轴接头处，铲斗26接合至铲斗柄36。
27.液压缸38、40、42被包括在电动液压(eh：electrohydraulic)致动系统44中， 该eh致动系统在图1中由题为“经操纵杆控制的功能的致动器”的框46包围着。利 用位于挖掘机驾驶室32内并且被包括在mrf操纵杆系统22中的至少一个操纵杆来 控制挖掘机外部组件24的移动。具体地，操作员可以利用在mrf操纵杆系统22中 包括的一个或多个操纵杆来控制液压缸38、40、42的伸出和缩回，并且经由挖掘机 底盘28相对于履带式底架30的转动来控制动臂组件24的回转动作。所描绘的eh 致动系统44还包含各种其它未例示的液压组件，这些未例示的液压组件可以包括流 动线管(flow line)(例如，柔性软管)、止回阀或安全
阀、泵、配件、过滤器等。另 外，eh致动系统44包含电子阀致动器和流量控制阀(诸如滑阀式多路阀)，可以对 该流量控制阀进行调制以调整加压液压流体进出液压缸38、40、42的流量。假如下 面描述的控制器架构50能够经由发送给这些致动器46中的选定致动器(该选定致动 器实现挖掘机20的经操纵杆控制的功能)的命令来控制动臂组件24的移动，那么在 此陈述的eh致动系统44的特定构造或架构在很大程度上对于本公开的实施方式是 不重要的。
28.如在图1的左上部中示意性地例示的，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员输入装置，可以通过利用本文所描述的类型的 mrf操纵杆阻力机构施加的可变阻力或“刚度力”，来阻碍该操作员输入装置的移动。 虽然为清楚起见，在图1中示意性地示出了一个这样的mrf操纵杆装置52，但是 mrf操纵杆系统22可以包括任何实际数量的操纵杆装置，如由符号58所指示的。 在示例挖掘机20的情况下，mrf操纵杆系统22通常将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。下面进一步讨论可以将两个这样的操纵杆 装置52、54用于控制挖掘机动臂组件24的移动的方式。然而，首先提供对如图1 中示意性地例示的操纵杆装置52的一般性讨论，以设立可以更好地理解本公开的实 施方式的通用框架。
29.如图1中示意性地例示，mrf操纵杆装置52包括被安装至下支承结构或基壳62 的操纵杆60。操纵杆60可沿至少一个dof相对于基壳62移动，并且可绕一个或更 多个轴线相对于基壳62转动。在所描绘的实施方式中，并且如箭头64所指示，mrf 操纵杆装置52的操纵杆60可绕两个垂直轴线相对于基壳62转动，并且同样将在下 面进行描述。mrf操纵杆装置52包括一个或更多个操纵杆位置传感器66，这些操纵 杆位置传感器用于监测操纵杆60相对于基壳62的当前位置和移动。mrf操纵杆装 置52中也可以包括各种其它组件68，包括：按钮、拨盘、开关或者其它手动输入特 征，它们可以位于操纵杆60本身上、位于基壳62上或者这两者的组合。可以将弹簧 部件(气弹簧或机械弹簧)、磁体或流体阻尼器并入操纵杆装置52中，以提供针对操 纵杆的原位(home position)的希望返回率，以及微调操作员在与mrf操纵杆装置 52交互时所察觉到的有关操纵杆60的希望感受。这样的机构在本文中被称为“操纵 杆偏置机构”，并且当具有自向心(self
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centering)设计时可以被包含在mrf操纵杆 装置52内。在更复杂的组件中，也可以将各种其它组件(例如，潜在地包括一个或 更多个人工力反馈(aff)马达)并入mrf游戏杆装置52中。在其它实现中，可以 从mrf操纵杆装置52中省略这样的组件。
30.mrf操纵杆阻力机构56至少部分地集成到mrf操纵杆装置52的基壳62中。 mrf操纵杆阻力机构56(以及本文中提及的其它mrf操纵杆阻力机构)也可以被 另选地称为“mrf阻尼器(damper)”、“mrf闸(brake)装置”或者简称为“mrf装 置”或“mrf机构”。可以对mrf操纵杆阻力机构56进行控制以调节mrf阻力，并 因此调节操纵杆刚度，以抵抗操纵杆沿至少一个dof相对于基壳62的运动。在mrf 操纵杆系统22的工作期间，控制器架构50可以选择性地向mrf操纵杆阻力机构56 发出命令，以增加操纵杆刚度从而阻碍绕特定轴线或轴线的组合的操纵杆转动。如下 更全面讨论的，控制器架构50可以向mrf操纵杆阻力机构56发出命令，以便适合 执行多个增强的操纵杆功能中的任一操纵杆功能时，通过增加mrf操纵杆阻力机构 56中所包含的磁流变流体至少部分地浸入其中的em场的强度，来增加操纵杆刚度。 下
面结合图3和图4来描述可以实现mrf操纵杆阻力机构56的一种方式的一般化示 例。
31.挖掘机20还配备有任何数量的车载传感器70。这样的传感器70可以包括被包 含在障碍物检测系统中的传感器，该障碍物检测系统在实施方式中可以被集成到挖掘 机20中。非操纵杆输入传感器70还可以包括任何数量和任何类型的动臂组件传感器 72，诸如适于跟踪挖掘机动臂组件24的位置和移动的动臂组件跟踪传感器。在实施 方式中，这样的传感器可以包括被集成到挖掘机动臂组件24中的旋转或线性可变位 移换能器。例如，在一个可能的实现中，可以将旋转位置传感器集成到动臂组件24 的枢轴接头中；并且可以将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(如从存储器48再调用的)用于在三维空间中跟踪动臂组件24(包括铲斗 26)的姿势和位置。在其它情况下，可以对液压缸38、40、42的伸出和缩回进行测 量(例如，利用线性可变位移传感器)，并且用于计算挖掘机动臂组件24的当前姿势 和定位。除了或代替前述传感器读数(诸如基于惯性的传感器读数)，控制器架构50 还可以考虑其它传感器输入；举例来说，如由惯性传感器(诸如mems陀螺仪、加 速度计以及可能还有被包装为imu的磁力计)捕获的传感器输入，这些惯性传感器 被固定至挖掘机20的不同位置处。例如，可以将imu固定至挖掘机底盘28和挖掘 机动臂组件24的一个或更多个位置(不同的连杆)。能够跟踪挖掘机机具或者执行与 挖掘机20的操作有关的其它功能的视觉系统当在执行下面描述的功能方面有用时， 也可以被包括在车载传感器70中。
32.在作业车辆mrf操纵杆系统22的至少一些实现中，还可以将一个或更多个载荷 测量传感器(诸如基于重量或应变的传感器(例如，载荷传感器(load cell))包括在 非操纵杆传感器输入70中。在实施方式中，可以将这样的载荷测量传感器用于在挖 掘机工作期间的任何给定时间直接测量由铲斗26(通常称为“载荷移动机具”或“载荷 承载机具”)承载的载荷。在实施方式中，载荷测量传感器也可以测量指示由动臂组 件24承载的载荷的其它参数(例如，eh致动系统44内的一个或更多个液压力)。在 其它现实化方面，可以将mrf操纵杆系统22集成到具有运输物料的车斗(bed)或 储罐(tank)(诸如经关节连接的自卸车的车斗)的作业车辆中。在后一种情况下， 传感器70中所包括的载荷测量传感器可以采取有效载荷称重传感器的形式，该有效 载荷称重传感器能够在任何特定时刻对在作业车辆的车斗或储罐内承载的物料的重 量进行称重或估重(approximating)。
33.在实施方式中，作业车辆传感器70还可以包括多个车辆运动数据源74。车辆运 动数据源74可以包括：提供与挖掘机20的位置、速度、行进方向或取向的变化有关 的信息的任何传感器或数据源。再次，可以将mems陀螺仪、加速度计以及可能还 有被包装为imu的磁力计用于检测和测量这种变化。在实施方式中，可以采用测斜 仪或类似传感器来监测挖掘机底盘28或动臂组件24的一部分相对于重力的取向。车 辆运动数据源74还可以包括监测挖掘机位置和运动状态的全球导航卫星系统(gnss： global navigation satellite system)模块，诸如全球定位系统(gps：global positioningsystem)模块。在实施方式中，车辆运动数据源74也可以包括可以从中计算底架轨 道的旋转速率的传感器，监测行进方向的电子罗盘以及其它这样的传感器。车辆运动 数据源74也可以包括监测动臂组件24和铲斗26的运动和位置的各种传感器，包括 被集成到动臂组件24中的mems装置(如先前提到的)、测量动臂组件的销接头处 的角位移的换能器、测量液压缸38、40、42的行程的换能器等。
34.除了先前描述的那些以外，mrf操纵杆系统22的实施方式还可以包括任何数量 的其它非操纵杆组件76。这种附加非操纵杆组件76可以包括：操作员界面78(与 mrf操纵杆装置52不同)、位于挖掘机驾驶室32中的显示装置80、以及各种其它类 型的非操纵杆传感器82。特别地，操作员界面78可以包括用于接收操作员输入的任 何数量和类型的非操纵杆输入装置，诸如按钮、开关、旋钮以及在mrf操纵杆装置 52外部的类似手动输入。被包括在操作员界面78中的这种输入装置也可以包括诸如 轨迹球或操纵杆这样的光标类型的输入装置，这种光标类型的输入装置用于与在显示 装置80上生成的图形用户界面(gui)进行交互。可以将显示装置80置放在驾驶室 32内，并且可以采取任何图像生成装置的形式，在该图像生成装置上可以以可视方 式呈现可视警报和其它信息。显示装置80也可以生成接收操作员输入的gui，或者 可以包括接收操作员输入的其它输入(例如，按钮或开关)，该操作员输入在执行下 面描述的处理时，可以与控制器架构50有关。在某些情况下，显示装置80也可以具 有触摸输入能力。
35.最后，mrf操纵杆系统22可以包括各种其它非操纵杆传感器82，这些其它非操 纵杆传感器向控制器架构50提供在执行下面描述的处理方面所利用的数据输入。例 如，在至少一些实施方式中，非操纵杆传感器82可以包括：自动确定当前附接至挖 掘机20(或其它作业车辆)的机具的类型的传感器，有关机具类型的这种信息是控 制器架构50在确定何时增加操纵杆刚度以执行本文所描述的某些增强的操纵杆功能 方面时所加以考虑的；例如，此类传感器82可以通过感测标签(例如，射频标识标 签)或读取存在于机具上的其它标识信息、通过对拍摄机具的相机馈给信号(camerafeed)进行可视分析或者利用任何其它技术，来确定当前附接至挖掘机20的特定机 具类型。在其它情况下，操作员可以例如通过与显示装置80上生成的gui交互，来 简单地输入选择当前附接至动臂组件24的机具类型的信息。仍在其它情况下，这样 的其它非操纵杆传感器82可以包括能够确定操作员何时握住操纵杆60或以其它方式 接触操纵杆60的传感器或相机。在其它实施方式中，可以不将这样的传感器包含在 mrf操纵杆系统22中。
36.如在图1中进一步示意性地描绘的，控制器架构50与存储器48关联，并且可以 通过任何数量的有线数据连接、无线数据连接或者它们的任何组合，来与各种所例示 的组件进行通信；举例来说，如概括地例示的，控制器架构50可以通过集中式车辆 或控制器区域网(can：controller area network)总线84来从各个组件接收数据。如 本文中出现的，术语“控制器架构”是以非限制性意义加以利用的，以总体上指代诸如 示例mrf操纵杆系统22的这样作业车辆mrf操纵杆系统的处理子系统。因此，控 制器架构50可以涵盖或者可以关联有任何实际数量的处理器、单独控制器、计算机 可读存储器、电源、存储装置、接口卡以及其它标准化组件。在许多情况下，控制器 架构50可以包括直接与操纵杆接口关联的本地控制器，以及被置放在由驾驶室32 包围的操作员控制台内的其它控制器，并且本地控制器根据需要与挖掘机20上的其 它控制器进行通信。控制器架构50也可以包括被设计成执行各种处理任务、计算以 及本文所描述的控制功能的任何数量的固件和软件程序或者计算机可读指令，或者可 以与固件和软件程序或者计算机可读指令协作。可以将这样的计算机可读指令存储在 与控制器架构50关联(该控制器架构可访问)的存储器48的非易失性扇区内。虽然 在图1中被概括地例示为单个框，但是存储器48可以涵盖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的操作的其它数据的任何数量和类型的存储 介
质。在实施方式中，可以将存储器48集成到控制器架构50中，举例来说，如系统 级封装、芯片上系统或者另一类型的微电子封装或模块。
37.更详细地讨论挖掘机20的操纵杆配置或布局，在实施方式之间，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性方面和功能将有所不同。 如前所述，尽管在图1中仅示意性地示出了单个操纵杆装置52，但是mrf操纵杆系 统22通常会有支持挖掘机动臂组件控制的两个操纵杆装置52、54。进一步例示了这 一点，图2提供了从挖掘机驾驶室32内看的立体图，并且描绘了在mrf操纵杆系统 22的实施方式中适当地包括的两个mrf操纵杆装置52、54。如可以看出，将mrf 操纵杆装置52、54置放在操作员座椅86的相反两侧，使得操作员使用双手可以相对 容易地同时操纵左mrf操纵杆装置52和右操纵杆装置54。延续上面结合图1引入 的标号，各个操纵杆装置52、54皆包括操纵杆60，该操纵杆60被安装至下支承结 构或基壳62，以绕两个垂直轴线相对于基壳62转动。操纵杆装置52、54也各自包 括柔性盖或防护罩(boot)88，该柔性盖或防护罩88接合在操纵杆60的下部与它们 的相应基壳62之间。附加操纵杆输入也以拇指可触及(thumb
‑
accessible)的按钮的 形式设置在各个操纵杆60上，还可以作为其它未例示的手动输入(例如，按钮、拨 盘和/或开关)设置在基壳62上的。图2中所示出的挖掘机20的其它显著特征包括 先前提及的显示装置80和踏板/控制杆机构90、92，该踏板/控制杆机构90、92控制 履带式底架30的左右轨道的相应移动。
38.可以利用不同的控制方案来将操纵杆装置51、54中包括的操纵杆60的移动转变 为挖掘机动臂组件24的对应移动。在许多情况下，挖掘机20将以“反铲控制(backhoecontrol)”或“sae控制”模式和“国际标准组织”或“iso”控制模式中的任一模式(并且 通常允许在这些模式之间切换)，来支持动臂组件控制。对于反铲控制模式的情况来 说，左操纵杆60向操作员左侧的移动(箭头94)使挖掘机动臂组件24沿向左方向 回转(对应于底盘28相对于履带式底架30的逆时针转动)，左操纵杆60向操作员右 侧的移动(箭头96)使动臂组件24沿向右方向回转对应于底盘28相对于履带式底 架30的顺时针转动)，左操纵杆60沿向前方向的移动(箭头98)降下起重臂34，以 及左操纵杆60沿向后(aft或rearward)方向的移动(箭头100)升起起重臂34。而 且，对于反铲控制模式的情况来说，右操纵杆60向左的移动(箭头102)使铲斗26 向内卷起，右操纵杆60向右的移动(箭头104)使铲斗26伸开(uncurl)或“打开”， 右操纵杆60沿向前方向的移动(箭头106)使铲斗柄36向外转动，以及右操纵杆60 沿向后(aft或rearward)方向的移动(箭头108)使铲斗柄36向内转动。比较地， 对于iso控制模式的情况来说，针对回转命令和铲斗卷起命令的操纵杆运动保持不变， 而将起重臂和铲斗柄的操纵杆映射进行了对调(reversed)。因此，在iso控制模式下， 左操纵杆60的向前和向后移动以前述方式控制铲斗柄转动，而右操纵杆60的向前和 向后移动以上述方式控制起重臂34的运动(升起和降下)。
39.现在，参照图3和图4，由两个简化截面示意图来表示mrf操纵杆装置52和 mrf操纵杆阻力机构56的示例构造。虽然这些附图例示了单个mrf操纵杆装置(即， mrf操纵杆装置52)，但是下面的描述同样适用于示例mrf操纵杆系统22中包括 的另一mrf操纵杆装置54。仅以非限制性示例的方式提供以下描述，注意，并入 mrf操纵杆阻力机构或者在功能上与mrf操纵杆阻力机构协作的许多不同操纵杆设 计都是可行的。假如磁流变流体的流变特性(粘度)的有意义的变化是和em场强度 的受控变化一道发生的(如下所述)，那么磁流变流
体的特定组成在很大程度上对于 本公开的实施方式是不重要的。然而，为了完整起见，注意到一种完全适合在本公开 的实施方式中使用的磁流变流体组成包含分散在载流体中的导磁性(例如，羰基铁) 颗粒，在载流体在重量上主要由油或醇(例如，乙二醇)组成。这样的导磁性颗粒可 以具有微米范围内的平均直径(或者如果颗粒具有非球形(例如，长方形)形状，则 具有其它最大横截面尺寸)；例如，在一个实施方式中，使用具有介于1微米至10 微米之间的平均直径的球形导磁颗粒。也可以在磁流变流体中包括各种其它添加剂 (诸如分散剂或稀释剂)，以微调(fine
‑
tune)其特性。
40.现在，参照图3和图4中所示的示例操纵杆构造，并且再次视情况延续先前引入 的标号，mrf操纵杆装置52包括具有至少两个不同部分或结构性区域的操纵杆60： 上手柄110(该附图中仅示出了该上手柄的简化下部)，以及大体上为球形的下基部 112(在下文中，被称为“大体球形基部112”)。操纵杆60的大体球形基部112被捕获 在基壳62的两个壁114、116之间，这两个壁可以彼此大致平行地延伸以形成基壳 62的上部。设置了贯穿壳壁114、116的竖直对准的中心开口，并且该中心开口的相 应直径的尺寸被确定为小于大致球形基部112的直径。壁114、116之间的间距或竖 直偏移还被选择成，使得大体球形基部112整体被捕获在竖直间隔开的壳壁114、116 之间，以形成球窝式接头。这允许操纵杆60绕两个垂直轴线相对于基壳62转动，这 两个垂直轴线对应于在图3和图4中出现的坐标图例118的x轴线和y轴线；同时 总体上防止操纵杆60沿坐标图例118的x轴线、y轴线以及z轴线的平移移动。在 另一些实施方式中，可以采用各种其它机械排布结构来将操纵杆安装至基壳，同时允 许操纵杆绕两个垂直轴线转动(诸如万向节排布结构)。在不太复杂的实施方式中， 可以设置枢轴或销接头，以允许操纵杆60绕单个轴线相对于基壳62转动。
41.mrf操纵杆装置52的操纵杆60还包括从大体球形基部112起沿与操纵杆手柄 110相反的方向突出的刺状部(stinger)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通过单个向心弹簧或复位弹簧124联接至基壳62的静附接 点；在此注意，处于例示的目的，简化了这种排布结构，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排布结构(或者其它操纵杆偏置机构 (若有的话))。当操纵杆60从图3所示的空挡位置(neutral)或原位(home position) 位移时，如图4所示，复位弹簧124偏斜，以促使操纵杆60向原位(图3)返回。 从而，作为示例，在转动到图4所示的位置之后，如果作业车辆驾驶员随后松开操纵 杆手柄110，就在复位弹簧124的影响下，操纵杆60将向图3所示的空挡位置或原 位返回。在其它实施方式中，mrf操纵杆装置52可以不是自向心的，而相反可以在 没有将操纵杆从该位置移动的由操作员施加的力的情况下，保持在特定位置的经摩擦 保持的操纵杆的形式。
42.示例mrf操纵杆阻力机构56包括分别如图3和图4中所示的第一mrf缸126 和第二mrf缸128。第一mrf缸126(图3)被机械地接合在基壳62的部分地示出 的静附接点或基础结构特征130与下操纵杆延伸部120之间。类似地，第二mrf缸 128(图4)被机械地接合在基壳62的静附接点132与下操纵杆延伸部120之间，并 且mrf缸体128绕坐标图例118的z轴线相对于mrf缸126转动了大约90度。由 于这种结构性配置，因此，mrf缸126(图3)可被控制，以选择性地抵抗操纵杆60 绕坐标图例118的x轴线的转动，而mrf缸128(图4)可被控制，以选择性地抵 抗操纵杆60绕坐标图例118的y轴线的转动。另外，两个mrf缸126、128可以被 共同地控制，以选择性地抵抗操纵杆60绕落在x轴线与y轴线之间并且在x
‑
y平 面内延伸的任
何轴线的转动。在其它实施方式中，可以利用不同的mrf缸配置，并 且包括更多或更少数量的mrf缸；例如，在希望选择性地抵抗操纵杆60仅绕x轴 线或者仅y轴线的转动的实现中，或者在操纵杆60仅能绕单个轴线转动的实现中， 可以采用单个mrf缸或一对对抗(antagonistic)的缸。最后，尽管在简化示意图未 示出，但是在进一步的实现中，mrf缸126、128中可以包括任何数量的附加组或者 可以与任何数量的附加组件关联。这样的附加组件可以包括对缸126、128的行程(若 希望获知的话)进行监测以例如跟踪操纵杆位置的传感器，来代替下述操纵杆传感器 182、184。
43.mrf缸126、128皆包括缸体134，活塞138、140可滑动地安装至该缸体134。 各个缸体134包含柱形腔或孔136，该腔或孔136中安装有活塞138、140中的一个 活塞的端头138，以沿着缸体134的纵向轴线或中心线平移移动。绕该腔或孔的外周， 各个活塞端头138皆装配有一个或更多个动密封件(例如，o形圈)以密封地接合缸 体134的内表面，从而将孔136分隔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，该活塞杆140从活塞端头138起朝操纵杆60的下操纵 杆延伸部120突出。活塞杆140延伸穿过固定在缸体134的开口端上方的端盖142(再 次，接合任何数量的密封件)以在操纵杆附接点144处附接至下操纵杆延伸部120。 在例示示例中，操纵杆附接点144采取销或枢轴接头的形式；然而，在其它实施方式 中，可以采用更复杂的接头(例如，球形接头)来形成这种机械联接。在操纵杆附接 点144的对面，将mrf缸126、128的相反端经由球形接头145安装至相应静附接点 130、132。最后，在各个mrf缸体126、128的相反两端中还设置有液压端口146、 148，以允许磁流变流体的流入和流出与活塞138、140沿着mrf缸126、128的相应 纵向轴线的平移移动或行程变化相结合。
44.mrf缸126、128分别经由流动线管连接部178、180与对应mrf阀(value) 150、152经流体互连。正如与mrf缸126、128的情况一样，在所示示例中，mrf 阀150、152被呈现为相同的，但在进一步的实现中可以加以改变。尽管按通用术语 称为“阀”(特别地，考虑到mrf阀150、152的功能是控制磁流变流体的流动)，但 是将观察到，在目前的示例中，mrf阀150、152缺少阀部件和其它移动的机械零件。 作为有益的推论，mrf阀150、152提供了故障安全操作，因为在不太可能的mrf 阀失效的情况下，仍然允许磁流变流体以相对较小的阻力通过mrf阀150、152。因 而，如果mrf阀150、152中的任一个或两个因任何原因而失效，mrf操纵杆阻力 机构56的用于施加对操纵杆运动进行限制或阻碍的阻力的能力就可能受到损害；然 而，操纵杆60将能以类似于传统非mrf操纵杆系统的方式绕x轴线和y轴线自由 转动，并且mrf操纵杆装置52通常仍然能够控制挖掘机动臂组件24。
45.在所描绘的实施方式中，mrf阀150、152皆包括阀壳154，该阀壳154包含被 固定在细长缸芯158的相反两端上的端盖156。大体环形或管状流道160绕缸芯158 并且在两个流体端口162、164之间延伸，这两个流体端口是通过相反的端盖156设 置的。环形流道160被多个em感应线圈166包围(贯穿这些em感应线圈延伸)(下 文中，被称为“em线圈166”)，这些感应线圈绕顺磁性(paramagnetic)支持器(holder) 168缠绕，并且散置有多个轴向或纵向间隔开的铁氧体环170。管状罩172包围该组 件，同时贯穿该管状罩172设置有许多引线，以便于与所容纳的em线圈166进行电 互连。在图3和图4中由线174、176示意性地表示了两个这样的引线，以及去往电 源和控制源177的对应电连接。如箭头179所示，控制器架构50以以下方式在工作 上联接至电源和控制源177：使得控制器架构50能够对源177进行控制，以
改变在 mrf操纵杆系统22的工作期间供应给em线圈166的电流或者跨该em线圈施加的 电压。因此，这种结构性排布结构可使控制器架构50命令或控制mrf操纵杆阻力机 构56，以改变由em线圈166产生的em场的强度。环形流道160延伸穿过em线 圈166(并且可以与该em线圈大致同轴)，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。
46.mrf阀150、152的流体端口162、164分别通过上面提及的导管178、180流体 地连接至对应mrf缸126、128的端口146、148。导管178、180的长度例如可以满 足足够松弛度的柔性管，以适应结合操纵杆60的转动发生的mrf缸126、128的任 何移动。在这点上，考虑图4的示例场景。在该示例中，操作员已经沿操作员输入方 向(由箭头185指示)移动了操纵杆手柄110，使得操纵杆60沿顺时针方向绕坐标 图例118的y轴线转动。结合该操纵杆运动，如图所示，mrf缸128绕球形接头145 转动以稍微向上倾斜。而且，连同该经操作员控制的操纵杆运动，包含在mrf缸128 中的活塞138、140缩回时，使得活塞端头138向图4中的左侧移动(朝着附接点132)。 活塞138、140的平移移动推动磁流变流体流经mrf阀152，以适应在活塞端头138 左侧的腔室的容积减小以及在活塞端头138右侧的腔室的对应容积增大。因而，在这 种经操作员控制的操纵杆转动期间的任何时候，控制器架构50可以改变供应给em 线圈166的电流或者跨em线圈166施加的电压，以改变抵抗流经mrf阀152的磁 流变流体的力，从而获得对活塞138、140的进一步行程变化进行抵抗的所希望的 mrf阻力。
47.给定了mrf操纵杆阻力机构56的响应能力，控制器架构50可以控制mrf操 纵杆阻力机构56仅短暂施加这种mrf阻力，从而以预定方式(例如，以渐进或逐步 的方式)增加mrf阻力的强度，同时增加活塞的位移，或者提供各种其它阻力效果 (例如，触觉止动或脉动效果)，如下详细讨论的。控制器架构50同样可以控制mrf 操纵杆阻力机构56以选择性地提供诸如以下的阻力效果：包括在mrf阀150中的活 塞138、140结合操纵杆60绕坐标图例118的x轴线的转动来进行行程改变。此外， mrf操纵杆阻力机构56能够独立地改变由mrf阀150、152内的em线圈166产生 的em场强度，以允许对阻碍操纵杆绕坐标图例118的x轴线和y轴线转动的mrf 阻力进行独立控制。
48.mrf操纵杆装置52还可以包含对操纵杆60相对于基壳62的位置或移动进行监 测的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(transformer))。在所示示例中，具体地，mrf操纵杆装置52包括：对操纵杆60 绕坐标图例118的x轴线的转动进行监测的第一操纵杆位置传感器182(图3)；以 及对操纵杆60绕坐标图例118的y轴线的转动进行监测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来表示。在进一步的实现中，mrf操纵杆装置52可以包括各种其它未例示组件， 如可以包括mrf操纵杆阻力机构56。在适当时候，这样的组件可以包括操作员输入 和被设置在操纵杆60或基壳62上的对应电连接、aff电机以及被包括在mrf操纵 杆阻力机构56的流动回路中的压力传感器和/或流率传感器，以使最佳地适应特定的 应用或用途。
49.如先前所强调的，仅以非限制性示例的方式提供了mrf操纵杆装置52的上述实 施方式。在另选实现中，操纵杆60的构造可以在各个方面有所不同。假如mrf操纵 杆阻力机构56可由控制器架构50控制以选择性地施加阻力(通过磁流变流体的在流 变性方面的改变)，从而阻碍操纵杆沿至少一个dof相对于基壳的移动，那么在进一 步的实施方式中，mrf
操纵杆阻力机构56也相对于图3和图4中所示的示例而有所 不同。在进一步的现实化方面，可以将与em线圈166相似或相同的em感应线圈直 接集成到mrf缸126、128中，以提供希望的可控的mrf阻力效果。在这样的现实 化方面，可以通过绕活塞端头138和缸体134的内表面设置环空(annulus)或稍小的 环形间隙，或者通过设置贯穿缸体134或套筒本身的流道，来经由所设置的贯穿活塞 端头138的一个或更多个孔口，允许在给定mrf缸126、128内的可变容积腔室之间 的磁流变流体流动。有利地，这样的配置可以给予mrf操纵杆阻力机构相对紧凑的 集成设计。比较地，在至少一些情况下，使用一个或更多个外部mrf阀(诸如mrf 阀150、152(图3和图4))可以促进具有成本效益的制造，并且允许使用商业可获 的模块化组件。
50.还在其它实现中，mrf操纵杆装置的设计可以允许磁流变流体包裹(envelop)并 直接作用在操纵杆60本身的下部(诸如在操纵杆60的情况下为球形基部112)，并 且em线圈绕该操纵杆的下部置放并围绕磁流变流体主体。在这样的实施方式中，球 形基部112可以设置有肋(rib)、槽(groove)或类似的拓扑特征，以结合操纵杆转动来 促进磁流变流体的位移，其中向em线圈通电增加了磁流变流体的粘度，从而阻碍流 体流经绕球形基部112设置的受限制的流道，或者还可以是因磁流变流体结合操纵杆 转动的转向的缘故。在mrf操纵杆系统22的进一步的实施方式中，各种其它设计也 是可以的。
51.无论mrf操纵杆阻力机构56的特定设计如何，使用mrf技术用都选择性地产 生可变mrf阻力，或者阻碍(抵抗或防止)所针对的操纵杆运动的操纵杆刚度提供 了多个优点。作为主要优点，在磁流变流体的流变性方面，以及最终在经施加mrf 的操纵杆刚度在高度缩短的时段(例如，在某些情况下，约为1毫秒的时段)内阻碍 操纵杆的运动方面；mrf操纵杆阻力机构56(并且通常是mrf操纵杆阻力机构) 具有很高响应度并可以实现em场强的希望变化。相应地，mrf操纵杆阻力机构56 可以通过迅速减小流经em线圈的电流并允许磁流变流体的流变性(例如，流体粘度) 恢复为该磁流变流体的正常无刺激状态，来使得能够以相等的快速性去除(或者至少 极大地减小)mrf阻力。控制器架构50还可以控制mrf操纵杆阻力机构56来产生 mrf阻力，以使通过利用em线圈166产生的em场的强度的对应变化而具有在限 制内的连续范围的强度或密集度(intensity)。有利地，mrf操纵杆阻力机构56可以 提供延长时段内的可靠的、基本无噪声的操作。另外，可以将磁流变流体配制成本质 上无毒的，诸如在磁流变流体包含被分散在醇基或油基载流体中的羰基铁基颗粒的时 候，如前所述。最后，作为更进一步的优点，mrf操纵杆阻力机构56的上述配置可 使mrf操纵杆系统22选择性地产生第一阻力或操纵杆刚度，从而制止操纵杆绕第一 轴线(例如，图3和图4中的坐标图例118的x轴线)转动，同时还选择性地产生 独立于第一阻力(操纵杆刚度)的第二阻力或操纵杆刚度，从而制止操纵杆绕第二轴 线(例如，坐标图例118的y轴线)转动；即，使得第一阻力和第二阻力根据需要 而具有不同量值。
52.接下来前进至图5，呈现了由上述mrf操纵杆系统22的控制器架构50适当地 执行的示例处理190，该示例处理190以提供有关作业车辆(诸如上面结合图1和图 2所描述的示例挖掘机20)的机器状态反馈的方式来改变一个或更多个mrf阻力， 从而选择性地阻碍操纵杆运动。所例示的示例处理190(下文中被称为“mrf机器状 态反馈处理190”)包括多个处理步骤192、194、196、198、200、202、204、206， 下面依次描述这些步骤的各个步骤。根据实现mrf机器状态反馈处理190的特定方 式，图5中大体上例示的各个步骤皆可能需要单个处
理或多个子处理。此外，图5 中例示的并且在下面描述的步骤是仅通过非限制性示例的方式提供的。在mrf机器 状态反馈处理190的另选实施方式中，可以执行附加处理步骤、可以省略某些步骤和 /或可以以另选顺序执行所例示的处理步骤。
53.响应于预定触发事件的发生，mrf机器状态反馈处理190开始于步骤192。在实 施方式中，触发事件可以是作业车辆(例如，图1和图2中所示的挖掘机20)的启 动，或者代替地，可以是输入了请求启用特定操纵杆反馈模式的操作员输入。例如， 在实施方式中，操作员可以与在显示装置80上生成的gui进行交互，以启用希望的 反馈模式作为用户可选选项，该用户可选选项可以是从用户可选选项列表中选择的。 在这样的实施方式中，这样的gui也可以允许操作员针对偏好来调节mrf阻力的强 度或其它方面、选择与操纵杆刚度的变化相关的被监测的参数、和/或选择性地停用 经施加mrf的操纵杆刚度变化，如先前所讨论的。在处理190的进一步的实现中， mrf机器状态反馈处理190可以响应于不同触发事件而开始，诸如代表作业车辆的 有关操作模式的检测；例如，在mrf阻力响应于作业车辆地面速度的变化或实现轨 迹整形而改变的实施方式(如下进一步讨论的)中，当利用一个或更多个mrf操纵 杆装置驾驶作业车辆时，或者还可以当作业车辆的地面速度超过预定阈值时，mrf 机器状态反馈处理190可以开始。类似地，在mrf阻力响应于被监测的载荷的变化 而改变的实施方式中，当作业车辆的被监测的载荷超过预设最小阈值时，处理190 可以开始。
54.在mrf机器状态反馈处理190开始之后，控制器架构50前进到步骤194，并且 收集随后用于确定抵抗沿一个或更多个dof的操纵杆运动的一个或多个mrf阻力 的适当变化的有关数据输入。在步骤194期间收集的特定数据输入将对于与可变操纵 杆刚度相关的一个或多个参数而改变，如下面结合mrf机器状态反馈处理190的步 骤204、206更全面讨论的。通常，可以以相对快速的速率来执行处理190的迭代， 使得在步骤194期间收集的数据输入可以反映由作业车辆上的一个或更多个传感器 (诸如上述示例挖掘机20的传感器70中任一个传感器)所提供的实时或接近实时的 数据。还可以根据需要通过控制器架构50从存储器(例如，图1所示的存储器48) 中再调用所存储的数据，以确定与被监测的参数或者传感器数据相关的适当mrf阻 力。例如，在实施方式中，可以从存储器48中再调用多维查找表、特性或公式或者 类似的数据结构，并且用于根据从包括在车载传感器70内的一个或更多个传感器接 收到的实时数据来确定适当mrf阻力调节。因而，也可以从存储器48再调用任何操 作员的偏好设定(诸如希望的mrf阻力强度设定、)并且在处理190的步骤204、206 期间加以考虑。
55.接下来，在mrf机器状态反馈处理190的步骤196，控制器架构50接收指示所 考虑的一个(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从在mrf操纵杆装置52、54中所包含的操纵杆位 置传感器182、184，接收与装置52、54中所包括的相应操纵杆60的移动有关的数 据。这样的数据使得控制器架构50能够快速增加或减小抑制与当前操纵杆位置和移 动特性相关的操纵杆移动(例如，绕特定轴线的操纵杆转动)的mrf阻力。这又使 得mrf阻力能够根据需要逐渐增加、逐渐减少、迅速施加或者迅速去除，从而生成 所希望的抗mrf效果。
56.进行至mrf机器状态反馈处理190的步骤202，控制器架构50以保证当前施加 的mrf阻力的变化并因此保证抵抗沿特定方向的操纵杆运动的操纵杆刚度的方式， 来确定与
操纵杆刚度相关的操纵杆位置或被监测的机器状态是否已经改变。如果是这 种情况，那么控制器架构50进行至mrf机器状态反馈处理190的步骤204，如下进 一步描述的。否则，控制器架构50前进至步骤200，并且确定mrf机器状态反馈处 理190的当前迭代是否应当终止；例如，由于作业车辆停机、由于经操纵杆控制的功 能的持续不活动达预定时段、或者由于响应于处理190初始开始的条件或触发事件的 去除。如果确定mrf机器状态反馈处理190应当在步骤200终止，则控制器架构50 前进至处理190的步骤202，mrf机器状态反馈处理190相应地终止。如果相反地确 定处理190应当继续，则控制器架构50返回至步骤194，并且重复上述处理步骤。
57.如先前所指示的，当基于在mrf机器状态反馈处理190的步骤194、196期间收 集的数据输入确定操纵杆位置或者与mrf操纵杆刚度相关的被监测的机器状态已经 改变时，控制器架构50前进至步骤204。在步骤204期间，控制器架构50确定改变 mrf阻力以实现指示被监测的机器状态或参数的希望操纵杆刚度的合适方式。控制 器架构50然后前进至步骤206，并且通过将适当命令发送给mrf操纵杆阻力机构56， 以便以实现希望阻力效果的方式来改变mrf流体主体(或者多个mrf流体主体) 的流变性(粘度)，从而施加最近确定的mrf阻力。如贯穿本文所讨论的，这些效果 是与操纵杆位置相关的，因此可以暂时应用以生成止动效果或脉动效果；mrf阻力 可以逐渐增加或者以其它方式改变，以与被监测的参数(例如，作业车辆的地面速度、 组件位置、载荷或液压力)的增加大致相匹配；或者基于操纵杆移动和被监测的参数 的状态在适当时候减小或去除mrf阻力。在应用了所确定的对抑制沿至少一个dof 的操纵杆运动的mrf阻力的调节之后，控制器架构50然后前进至步骤200，并且确 定mrf机器状态反馈处理190的当前迭代是否应当终止，如先前所讨论的。按这种 方式，控制器架构50可以重复执行处理190的迭代，以主动改变阻碍或抵抗沿至少 一个dof的操纵杆运动(诸如绕一个或更多个轴线的操纵杆转动)的mrf阻力， 从而随着作业车辆操作员与mrf操纵杆装置(诸如上面结合图1至图4所讨论的 mrf操纵杆装置52)进行交互，来向该操作员提供指示与作业车辆有关的被监测的 参数的触觉反馈。
58.现在，更详细地讨论mrf机器状态反馈处理190的步骤204，标识了几个示例 机器状态参数208、210、212、214、215，mrf操纵杆系统22可以经由抵抗操纵杆 移动的一个或多个mrf刚度力的选择性变化，来提供针对这些机器状态参数的触觉 反馈。仅以非限制性示例的方式提供所例示的机器状态参数208、210、212、214、 215，并且皆在下面依次加以描述。初始关注于题为“作业车辆载荷”的参数(图5中 的参数208)，作业车辆mrf操纵杆系统22的实施方式可以根据任何特定载荷来改 变抑制操纵杆移动的mrf阻力，该特定载荷被放置在作业车辆上并且利用作业车辆 上的一个或更多个传感器(直接或间接地)来加以监测。在作业车辆配备有可移动机 具(诸如可移动铲或经动臂安装的机具)的实施方式中，控制器架构50可以估计抵 抗机具沿至少一个方向的移动的载荷力，并且随着作业车辆上放置的可变载荷的增加， 而增加操纵杆刚度(通过mrf阻力的连续或逐步增加)。
59.在实施方式中，被监测的作业车辆载荷可以是以某一方式抵抗作业车辆的组件的 移动的任何可变的力。例如，被监测的载荷可以是作业车辆的载荷承载组件所负担的 物料重量的质量或重量；术语“载荷承载组件”涵盖铲斗、抓斗、捆茅(bale spear)、 伐木机端头、升降机、以及通常附接至作业车辆并用于将物料或物体从一个位置运输 至另一位置的其它此类工具或机具。抵抗可移动机具的移动的这种载荷力也可以是在 挖掘工作期间所
遇到的力，举例来说，如工具(例如，挖沟机、液压锤或铲斗)遇到 硬化地段或者难于位移的区域。在这些场景中的各种场景中，控制器架构50可以估 计抵抗沿任何给定的方向或方向的组合的机具移动的载荷，然后向mrf操纵杆阻力 机构56发出命令，以相应地改变mrf阻力；例如，使得抑制操纵杆移动的mrf阻 力结合抵抗沿给定方向的机具移动的力的增加而增加。类似地，在作业车辆包括诸如 铲斗、储罐或车斗这样的载荷承载贮槽(receptacle)的实施方式中，mrf操纵杆系 统可以随着载荷承载贮槽内保持的物料的重量(本文中被称为“填充重量”)的增加而 增加mrf阻力。可以以逐步的方式或代替地以大致连续的方式(在给定阻力范围内) 实现mrf阻力的这种增加，使得例如mrf阻力与被监测的载荷的增加成相当大的 比例地逐渐增加。在其它实现中，当放置在作业车辆上的载荷超过或变得等于预定阈 值时(诸如在下面描述的倾卸(tipoff)辅助功能的情况下)，可以生成不同的经施加 mrf的触觉提示(例如，有感觉的止动)。
60.在mrf操纵杆装置能够绕垂直轴线转动的实施方式中(诸如在图1至图4所示 的操纵杆装置52的情况下)，mrf阻力的上述变化可以是轴线特定(axis
‑
specific) 的或方向特定(direction
‑
specific)的。例如，考虑以下示例：mrf阻力或操纵杆刚 度与被包含在轮式装载机(诸如下面结合图6所讨论的轮式装载机216)的铲斗中的 填充载荷成比例地改变。在该示例中，控制器架构50可以响应于分别沿向前方向和 向后方向移动操纵杆以降下和升起fel铲斗的操纵杆转动(如在处理190的步骤196 期间检测到的)，而选择性地增加mrf阻力，同时保持绕相对的轴线的操纵杆转动(操 纵杆手柄向左和向右移动)不受妨碍地卷起和伸开铲斗。类似地，在实施方式中，只 有升起fel铲斗的操纵杆运动随着所估计的铲斗载荷增加而可以受到所增加的mrf 阻力的阻碍，从而给予操作员对铲斗所承载的相对较重的载荷的直观感觉。也可以基 于由作业车辆所控制的作业车辆功能，来施加mrf阻力的轴线特定或方向特定的变 化。例如，在配备有铰接动臂组件的作业车辆(诸如图1至图2中所示的挖掘机20) 的情况下，可以通过控制器架构50利用铰接动臂组件的当前估计位置和姿势来执行 计算，以基于针对方向重力的动臂组件姿势(举例来说，如利用mems陀螺仪、测 斜仪或者作业车辆上的类似传感器监测到的)，来估计在给定时刻放置在经动臂组件 安装的机具(例如，铲斗26)上的载荷。从而，在这样的情况下，控制器架构50可 以生成mrf阻力，以选择性地阻碍逆着(against)重力升起铲斗26的载荷的操纵杆 移动，同时针对沿正交于重力方向的平面移动铲斗的操纵杆输入(例如，通过回转动 臂组件24)提供很少的mrf阻力阻碍或者不提供mrf阻力阻碍，并且针对沿重力 方向向下移动铲斗的动作提供很少的阻碍或者不提供阻碍(或还可以进一步减小任何 mrf阻力)。
61.在作业车辆包括eh致动系统的实施方式中，mrf操纵杆系统可以结合eh致动 系统内的回路压力的变化而增加mrf阻力。例如，参照上面结合图1和图2所讨论 的示例挖掘机20，控制器架构50可以监测eh致动系统44的流动回路内的至少一个 压力(或压力差)，并且结合增加的回路压力来增加抑制沿至少一个dof的操纵杆运 动的mrf阻力。在这点上，控制器架构50可以例如基于用于控制动臂组件的不同液 压缸(例如，图1中所示的用于使挖掘机动臂组件24动起来的缸38、40、42)的估 计压力或载荷，来独立地改变阻碍控制该缸的操纵杆运动的mrf阻力。例如，随着 被供应给液压起重缸38的压力增加，因而控制器架构50也可以增加抑制操纵杆运动 的mrf阻力，从而导致被供应给缸38的液压流体的进一步的压力增加；例如，在铲 斗26被重载的情况下，操纵杆运动导致升起起重臂34的缸38进一步伸出；
或者相 反地，在附接至动臂组件24的终端的末端执行器(例如，液压锤)以越来越大的力 向下抵着表面或物料按压的情况下，操纵杆运动导致降下起重臂34的缸38缩回。
62.在进一步的实现中，mrf操纵杆系统22可以根据被放置在作业车辆上的另一类 型的载荷(诸如被放置于作业车辆发动机的主发动机(例如，内燃机)上的当前载荷)， 来改变阻碍沿至少一个方向的操纵杆移动的mrf阻力。另外，虽然先前的描述主要 专注于孤立地或者在独立意义上基于被监测的作业车辆载荷的变化来改变mrf阻力， 但是mrf操纵杆系统22的进一步实施方式可以基于与另一参数或阈值对应的载荷 (或者本文中所提及的另一被监测的作业车辆参数)的变化来调节mrf阻力。例如， 在某些实施方式中，控制器架构50可以将被监测的载荷与预定阈值的值(例如，被 存储在存储器48中的特定最小载荷值)进行比较，并且仅在当前被监测的载荷超过 该阈值的值之后才实现上述mrf阻力修改。可以将类似方法用于辅助操作员驾驶作 业车辆来使诸如铲斗的填充重量这样的载荷达到希望的值，如在下面的段落中描述的 倾卸辅助或控制功能的情况下。
63.mrf操纵杆系统22的实施方式可以监测末端执行器或载荷承载机具的当前填充 重量，并且基于目标倾卸重量(target tipoff weight)与机具任务的当前填充重量之间 的差异来改变mrf阻力。在这点上，某些作业车辆(诸如轮式装载机、挖掘机以及 配备有可填充铲斗的类作业车辆)可以提供有倾卸控制功能，该倾卸控制功能可以辅 助操作员利用作业车辆向贮槽(例如，自卸车的车斗)中填充希望量的物料。在这种 情况下，mrf操纵杆系统可以利用本文所描述的方法中的任何方法(例如，使用应 变仪、载荷传感器或者任何数量的压力传感器)来估计物料的量(例如，按重量)， 然后利用该信息来确定在mrf操纵杆刚度上施加变化的方式，从而向操作员传达适 当量的物料在铲斗内，以满足自卸车(或其它贮槽)的所设立的重量目标。参照示例 挖掘机20，特别地，控制器架构50可以首先设立向铲斗26希望地填充的目标倾卸 重量；例如，通过从存储器48再调用默认设定或者经由操作员界面78输入到挖掘机 计算机中的设定。然后，控制器架构50基于铲斗26的目标倾卸重量与当前填充重量 之间的差异来选择性地改变mrf阻力，如前所述。当实现目标铲斗载荷时，可以在 首先填充铲斗26时生成这样的mrf操纵杆响应(例如，通过增加操纵杆刚度、通过 提供止动效果或者通过提供脉动效果)。在其它情况下，如果因操作员在驾驶作业车 辆时疏忽地过填充铲斗26，则mrf操纵杆系统可以提供类似的触觉提示，以辅助操 作员卸出适当量的物料以满足目标铲斗载荷。
64.继续参照mrf机器状态反馈处理190(图5)的步骤204，在某些情况下，控制 器架构50还可以基于作业车辆地面速度来改变mrf阻力并因此改变操纵杆的刚度 (参数210)。在一种可能的方法中，控制器架构50可以选择性地增加mrf阻力， 以阻碍沿用于控制较高车速下的车辆转向的方向的操纵杆运动，并且这样的增加是潜 在地渐渐(连续)或者以具有任何数量的离散阻力增加间隔的逐步方式来执行的。当 能在行进模式下操作时，操纵杆刚度的这种地面速度相关的增加可以适用于示例挖掘 机20，在该行进模式下，可以利用上述操纵杆装置52、54(图2)来控制挖掘机20 的行进方向，以及还可以是地面速度。此外，在实施方式中，可以绕与挖掘机20的 转向对应的转动轴线来增加mrf阻力；还可以是绕与挖掘机20的加速和减速对应的 转动轴线来增加mrf阻力(在该情况下，可以仅沿导致挖掘机加速的操纵杆转动的 方向来提供mrf阻力的这种逐渐增加)。在能够以较高地面速度行进的作业车辆的情 况下和/或在响应于操纵杆控制而专门推进的作业车辆(诸如下面结合图6
描述的示 例ssl 218)的情况下，这样的方法也能有用地加以应用(或许可能更加有益)。通 常，在较高车速下增加mrf操纵杆阻力可以有利地提高操作员可使作业车辆转向的 精度，并且提供更好的操作员意图指示，这是因为操作员需要克服更大的力以预期方 式移动操纵杆(从而在有在作业车辆行进期间经常发生的高振动力的情况下，减少因 振荡或其它影响而造成的疏忽的操纵杆运动的可能性)。
65.在作业车辆mrf操纵杆系统22的更进一步的实施方式中，并且如图5中用参数 212所指示的，控制器架构50可以选择性地改变mrf阻力，并因此改变用于轨迹整 形目的的操纵杆刚度。具体地，在这样的实施方式中，当无法实现或者不希望立即过 渡到经操作员命令的状态时(例如，在加速或减速的情况下，会导致作业车辆向前突 然倾斜或突然停止，或者在较高地面速度下会导致作业车辆急剧改变行进方向(并且 潜在地变得不稳定))，控制器架构50可以在从当前运动状态(例如，作业车辆地面 速度或转向角)向所述经操作员命令的运动状态(例如，新作业车辆速度或转向角) 过渡时，根据作业车辆所遵循的曲线或分布曲线，来改变mrf阻力。因此，如果操 作员尝试以会导致机器状态的这种不合需要的突然改变(例如，作业车辆的突然加速、 减速或转弯)的方式移动操纵杆，或快速将操纵杆从空挡位置移动到该操纵杆沿给定 方向行进的末端，那么mrf操纵杆系统22可以随着操纵杆快速从空挡位置朝着该操 纵杆行进的末端移动，而逐渐增加操纵杆刚度(如操纵杆变化率所指示的)。如果操 作员确实打算命令机器运动状态的这种不合需要的突然变化，那么这可以提供更好的 指示(改善了操作员期望与机器行为之间的关系)，并且会更好地使实际机器性能与 操纵杆运动相匹配。这也可以被描述为：将控制器架构50配置成(i)确定在作业车 辆的当前运动状态下，操纵杆以检测到的速率沿操作员输入方向的运动何时将会导致 不合需要的突然变化；并且(ii)当这样确定时，向mrf操纵杆阻力机构发出命令， 以增加mrf阻力从而阻碍操纵杆沿操作员输入方向的继续移动。也可以将类似方法 用于促进经操纵杆控制的动臂组件(诸如图1和图2所示的示例挖掘机20的动臂组 件24)的平稳运动或“轨迹整形”。
66.在作业车辆mrf操纵杆系统22的更进一步的实施方式中，并且如在mrf机器 状态反馈处理190(图5)的步骤204处的示例参数214所指示的，控制器架构50 可以监测作业车辆的一个或更多个可移动组件相对于该可移动组件的行进范围的移 动；然后，随着可移动组件接近该可移动组件的行进范围的末端(本文中被称为“运 动止挡点(motion stop point)”或“运动止挡(motion stop)”)，而经由mrf阻力变 化来提供触觉反馈或提示。这样的可移动组件例如可以是作业车辆的关节接头 (articulable joint)(例如，动臂组件的销枢轴接头(pin pivot joint))或者具有行程限 制的液压缸或动臂组件的关节接头。为了提供更具体的示例，并且再一次参照挖掘机 20(图1和图2)，随着动臂组件24的移动接近该动臂组件沿特定的dof的运动范 围的末端，或者随着液压缸38、40、42中的一个或更多个液压缸接近这些液压缸的 相应行程范围限制，控制器架构50可以以下面的方式来改变抑制绕与该组件的移动 对应的轴线的操纵杆转动的mrf阻力：向操作员传达(通过触觉反馈)该组件正在 接近运动止挡。可以通过逐渐增加抵抗以下操纵杆运动的mrf阻力来提供这种反馈： 该操纵杆运动命令可移动组件朝着该可移动组件的行进末端移动(例如，液压缸的伸 出或缩回)。另选地，在可移动组件到达该可移动组件的行进末端之前(例如，当随 着液压缸或液压缸对根据操纵杆命令伸出或缩回，而剩余该液压缸的行程范围的设定 百分比
(例如，5％)时)，可以生成脉动效果或短暂的止动效果。通过经由操纵杆刚 度的变化提供这种经施加mrf的触觉反馈，可以在特定的经操纵杆控制的组件接近 该组件的行进末端时增强操作员的意识。同时，产生了软停止效果，以帮助缓冲或减 少在作业车辆零件或组件到达该零件或组件的行进末端时原本可能会生成的冲击力。 当接近作业车辆的其它限制时(诸如当eh致动系统44响应于经由一个或更多个mrf 操纵杆装置输入的操作员命令而接近失速条件(stall condition)时)，也可以利用类 似方法。
67.仍在另一些实施方式中，mrf操纵杆系统22可以以模仿操作员熟悉的传统系统 的方式(如在mrf机器状态反馈处理190(图5)的步骤204中列出的参数215所指 示的)，选择性地改变抑制沿至少一个dof的操纵杆运动的mrf阻力。在这点上， 可能习惯于与具有到eh致动系统22内的液压阀(例如，先导阀或滑阀)直接机械 连接的机械操纵杆进行交互的某些操作员，可能会因在利用eh操纵杆时缺乏这种直 接的“有感觉的”连接而感到不安，其中该eh操纵杆将操纵杆运动转换成电信号，该 电信号被发送至阀螺线管(valve solenoids)或其它致动器以执行此类功能。mrf操 纵杆系统22的实施方式可以有利地保留eh控制方案的通用性和其它好处，同时选 择性地生成模仿纯机械系统22的操纵杆行为。如先前间接提到，这可以通过根据eh 致动系统22内的液压力增加mrf阻力来实现，从而增加操纵杆的刚度。类似地，控 制器架构50可以控制mrf操纵杆阻力机构，以例如通过以下方式来模拟伴随eh致 动系统22的阀(例如，先导阀)的顶起(lift
‑
off)或破裂(cracking)：初始地随着操 纵杆首先沿给定方向(操作员输入方向)进行位移而生成较高mrf阻力，然后在操 纵杆的移动越过沿操作员输入方向的较短行进范围之后快速减小mrf阻力。利用 mrf操纵杆系统22来模仿其它机械控制特性同样可以生成各种其它效果，或者在从 机械操纵杆过渡到eh操纵杆控制方案时以其它方式向操作员提供更一致的体验。
68.按上面描述的方式，mrf操纵杆系统22的实施方式可以通过选择性增加阻碍沿 至少一个dof的操纵杆移动的mrf阻力，来向操作员提供指示当前机器状态或参 数的触觉反馈。以高度直观且快速的方式将这样的反馈提供给与上述mrf操纵杆装 置进行交互的操作员。与使用其它阻力机构(诸如经致动的摩擦或闸(brake)机构) 相比，通过使用mrf技术本身，可以获得进一步的好处，该mrf技术在操纵杆从 中位(centered position)位移之后向该中位返回时还能够选择性地阻碍操纵杆运动。 这种好处可以包括：高度缩短的响应时间；在没有经施加mrf的阻力的情况下最小 摩擦损耗；可靠的基本无噪声的操作；以及如下面进一步讨论的其它好处。另外，下 面描述的mrf操纵杆阻力机构的实施方式能够以相对精确的方式，并且根据由控制 器架构50发出的命令或控制信号，在阻力范围内生成连续范围的阻力。虽然前面的 描述主要专注于包括特定的经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)，但是本文所描述的mrf操纵杆系统的实施方式适于集成到 宽范围的作业车辆中，如下结合图6进一步讨论的。
69.有利地配备有mrf操纵杆系统的作业车辆的附加示例
70.现在，转至图6，例示了可以有益地并入了mrf操纵杆系统的实施方式的作业 车辆的附加示例。图6的上部左边例示了示例作业车辆，中间例示了示例mrf操纵 杆装置，右边例示了受控的车辆功能，其中受控的车辆功能包括但不限于：前端装载 机(fel)移动、底盘移动、多dof铲移动(包括铲
‑
盘旋组件转动)。而图6的下部 例示了潜在配备有mrf操纵杆装置的其它示例作业车辆。具体地，并且初始参照图 6的上部，示出了三个这样的作业车辆：
轮式装载机216、滑移装载机(ssl)218以 及机动平地机220。首先针对轮式装载机216，轮式装载机216可以配备有被置放在 轮式装载机216的驾驶室224内的示例mrf操纵杆装置222。当提供时，可以将mrf 操纵杆装置222用于控制端接于铲斗228的fel 226的移动；并且在本文档的背景 下，fel 226和前端装载机通常被视为“动臂组件”类型。比较地，可以将两个mrf操 纵杆装置230置放在示例ssl218的驾驶室232中，并且用于不仅控制fel 234及其 铲斗236的移动，而且以公知方式进一步控制ssl 218的底盘238的移动。最后，机 动平地机220同样包括被置放在机动平地机220的驾驶室242内的两个mrf操纵杆 装置240。可以将mrf操纵杆装置240用于控制机动平地机底盘244的移动(通过 控制对机动平地机后轮进行驱动的第一传动装置以及可能的驱动前轮的第二(例如， 静液压)传动装置)，以及平地机的铲246的移动(例如，通过铲
‑
盘旋(blade
‑
circle) 组件248的转动和角度调节，以及铲246的侧移角度的调节)。
71.在上面提及的示例中的各个示例中，可以对mrf操纵杆装置进行控制，以通过 智能的经施加mrf的操纵杆刚度变化来提供机器状态反馈。在这点上，示例轮式装 载机216、ssl 218以及自动平地机220中的任一者或全部均可以配备有包括至少一 个操纵杆装置、mrf操纵杆阻力机构以及控制器架构的作业车辆mrf操纵杆系统。 最后，图6的下部例示了有用地以本文所描述的mrf操纵杆系统的实施方式配备的 作业车辆的更进一步的示例，并且包括配备有fel的拖拉机250、伐木归堆机252、 集材机254、联合收割机256以及推土机258。在各种情况下，mrf操纵杆装置可以 选择性地改变阻碍沿至少一个dof的操纵杆运动的mrf阻力，以提供指示与所讨 论的作业车辆有关的被监测的参数的触觉反馈。再次，这些参数可以包括作业车辆载 荷、地面速度以及可移动作业车辆组件与运动止挡的接近度。也可以将mrf阻力的 变化用于模拟传统系统(例如，提供指示先导阀顶起的触觉反馈)和/或阻止(或确 保操作员意图引起的)带来作业车辆的运动状态的相对突然的变化的操纵杆运动，如 先前所讨论的。
72.作业车辆mrf操纵杆系统的列举示例
73.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了编 号。
74.1.在实施方式中，提供了一种作业车辆mrf操纵杆系统，所述作业车辆mrf 操纵杆系统包括：操纵杆装置；mrf操纵杆阻力机构、控制器架构以及作业车辆传 感器，所述作业车辆传感器被配置成，提供指示与作业车辆有关的操作参数的传感器 数据。所述操纵杆装置又包括：基壳、可移动地安装至所述基壳的操纵杆以及操纵杆 位置传感器，所述操纵杆位置传感器被配置成，对所述操纵杆相对于所述基壳的移动 进行监测。所述mrf操纵杆阻力机构能够被控制以改变mrf阻力，所述mrf阻力 抵抗所述操纵杆沿至少一个自由度相对于所述基壳的移动。联接至所述操纵杆位置传 感器、所述作业车辆传感器以及所述mrf操纵杆阻力机构的所述控制器架构被配置 成，进行如下操作：(i)利用所述传感器数据来监测所述操作参数的变化；以及(ii) 通过至少部分地基于操作参数的变化，选择性地命令mrf操纵杆阻力机构对阻碍操 纵杆移动的mrf阻力进行调节，来通过操纵杆装置提供指示操作参数的触觉反馈。
75.2.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述操作参数是在所述 作业车辆上施加的液压载荷，同时所述控制器架构被配置成，向所述mrf操纵杆阻 力机构发出
命令，以随着所述液压载荷的增加而选择性地增加所述mrf阻力。
76.3.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述作业车辆包括eh 致动系统以及可利用所述eh致动系统移动的机具，所述操作参数是所述eh致动系 统的回路压力；并且所述作业车辆传感器包括压力传感器，所述压力传感器被配置成 对所述回路压力进行监测。
77.4.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述作业车辆包括载荷 承载组件，所述操作参数是由载荷承载组件负担的物料重量；并且所述控制器架构被 配置成，向所述mrf操纵杆阻力机构发出命令，以随着所述物料重量的增加而选择 性地增加所述mrf阻力。
78.5.根据示例4所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述作业车辆的所述载 荷承载组件包括经动臂安装的机具，同时所述控制器架构被配置成，以阻碍升起所述 经动臂安装的机具的操纵杆移动的方式增加所述mrf阻力。
79.6.根据示例4所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述载荷承载组件包括 所述作业车辆的贮槽，同时所述操作参数是由所述贮槽保持的有效载荷重量。
80.7.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述作业车辆包括铲斗， 并且所述作业车辆传感器被配置成，对所述铲斗的当前填充重量进行监测。所述控制 器架构被配置成，进行如下操作：(i)设立希望填充所述铲斗的目标倾卸重量，以及 (ii)基于所述铲斗的所述目标倾卸重量与所述当前填充重量之间的差异来选择性地 改变所述mrf阻力。
81.8.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述操作参数是所述作 业车辆的地面速度，同时所述控制器架构被配置成，向所述mrf操纵杆阻力机构发 出命令，以随着所述作业车辆的所述地面速度的增加而选择性地增加所述mrf阻力。
82.9.根据示例8所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述mrf阻力阻碍对 作业车辆行进方向和作业车辆地面速度中的至少一个进行控制的操纵杆移动。
83.10.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述作业车辆包括具 有运动止挡点的可移动组件，所述操作参数是所述可移动组件相对于所述运动止挡点 的位移，并且所述控制器架构被配置成，向所述mrf操纵杆阻力机构发出命令，以 随着所述可移动组件接近所述运动止挡点而选择性地增加所述mrf阻力。
84.11.根据示例10所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述可移动组件包括 具有行程限制的液压缸或者动臂组件的关节接头。
85.12.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述作业车辆包括eh 致动系统，所述eh致动系统包含先导阀，同时所述控制器架构被配置成，向所述 mrf操纵杆阻力机构发出命令，以便以以下方式选择性地改变所述mrf阻力：提供 触觉反馈，所述触觉反馈指示所述先导阀何时初始地打开。
86.13.根据示例1所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述操纵杆装置用于 控制所述作业车辆的移动，并且所述操作参数是所述作业车辆的当前运动状态。所述 控制器架构被配置成，进行如下操作：(i)确定在所述作业车辆的所述当前运动状态 下，所述操纵杆以检测到的速率沿操作员输入方向的运动何时将会导致不合需要的突 然变化；并且(ii)当确定了在所述作业车辆的所述当前运动状态下，所述操纵杆以 检测到的速率沿操作员输入方向的运动将会导致不合需要的突然变化的时间时，向所 述mrf操纵杆阻力机构发出
命令，以增加所述mrf阻力以阻碍所述操纵杆沿所述 操作员输入方向的继续移动。
87.14.根据示例13所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述操纵杆装置用于 控制所述作业车辆的地面速度和所述作业车辆的行进方向中的至少一个。
88.15.根据示例13所述的作业车辆mrf操纵杆系统，其中，所述作业车辆包括动 臂组件，所述动臂组件附接至所述作业车辆的底盘，同时所述操纵杆装置用于控制所 述动臂组件的移动。
89.结论
90.因此，前述内容提供了被配置成通过mrf阻力的变化来提供机器状态反馈的作 业车辆mrf操纵杆系统。这样的参数例如可以包括：被施加至作业车辆的各种载荷、 作业车辆的地面速度、以及可移动作业车辆组件与运动止挡的接近度。此外，在一些 实施方式中，mrf操纵杆系统可以以模仿传统系统的方式来改变阻碍操纵杆运动的 mrf阻力，在该传统系统中，在操纵杆与诸如先导阀这样的被致动的组件之间设置 有机械连杆。在操纵杆装置用于控制作业车辆的移动(诸如地面速度、行进方向或动 臂组件移动)的更进一步的其它实现中，mrf操纵杆系统可以增加mrf阻力，以阻 止(或确认操作员意图)导致作业车辆的当前运动状态的相对突然的变化的操纵杆运 动。当这样做时，mrf操纵杆系统的实施方式直观地提供触觉反馈，从而增强操作 员对作业车辆的关键参数或状况的意识，以提高操作员的满意度、提高利用作业车辆 执行各种作业任务的功效以及提供其它好处，诸如在减少作业车辆运动的突然变化的 情况下使组件磨损最小化。
91.如本文所用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式的描述旨在包括复数形式。 还应理解，当在本文中使用时，术语“包括(comprise和/或comprising)”表示存在规 定特征、要件、步骤、操作、要素和/或组件，而非排除存在或增加一个或更多个其 它特征、要件、步骤、操作、要素、组件和/或这些的组合。
92.已经出于例示和描述的目的，呈现了本公开的描述，但并非旨在排它或按所公开 的形式对本公开进行限制。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，多种修改和变型 对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述在本文中明确引用的实施方式， 以便最好地解释本公开的原理及其实际应用，并且使得本领域普通技术人员能够理解 本公开并且认识针对所描述的示例的多个另选例、修改例以及变型例。因此，除了明 确描述的实施方式和实现以外的其它各种实施方式和实现都处于所附权利要求的范 围之内。