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用于机具的 土壤管理的系统和方法

阅读：635发布：2023-01-22

专利汇可以提供用于机具的土壤管理的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种车辆平整性控制系统和控制沿着表面的路径移动的机动平地机的机具位置的方法。所述机动平地机包括由地面接合牵引装置支撑的框架和可调节地联接到所述框架的机具。所述控制系统包括处理器和存储器，所述存储器被配置成接收平整性目标，以基于所述平整性目标而借助于所述机具将所述表面平整到所期望平整性。前图像传感器提供前表面轮廓的图像，机具图像传感器提供所述机具上的所收集表面材料的图像，并且后图像传感器提供在后表面轮廓上的图像。通过基于由所述前图像传感器、所述机具图像传感器和所述后图像传感器中的每一个提供的图像而调节所述机具的位置来对所述表面进行平整。，下面是用于机具的土壤管理的系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用沿着表面移动的作业车辆对所述表面进行平整的方法，所述表面具有地面轮廓并且由表面材料形成，所述车辆具有由地面接合牵引装置支撑的框架和以可调节方式联接到所述框架的机具，所述方法包括：
接收平整性目标，所述平整性目标识别利用所述机具平整的表面的所期望平整性；
收集所述机具上的表面材料；
识别所收集的表面材料的材料性质；
识别所述机具相对于所述表面的位置；
基于所识别的位置和所识别的材料性质而调节所述机具的位置；
借助于所述机具的调节后的位置将所述表面平整到所述平整性目标。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别所收集的表面材料的材料性质包括：识别所述表面材料的类型、所述表面材料的状态和所述表面材料的特性中的一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别所收集的表面材料的材料性质包括：识别所述所收集的表面材料在所述机具上的位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别所收集的表面材料的材料性质包括：识别所述所收集的表面材料在所述机具上的形状。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别所收集的表面材料的材料性质包括：识别所述所收集的表面材料在所述机具上的速度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别所收集的表面材料的材料性质包括：识别所述所收集的表面材料在所述机具上的材料滚动。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：识别在所述作业车辆前方的前地面轮廓，其中，调节所述机具的位置基于所识别的前地面轮廓。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：识别在所述作业车辆的后方处的后地面轮廓，其中，调节所述机具的位置基于所识别的后地面轮廓。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：基于对所述表面的平整而产生所述表面的包括更新后的表面轮廓的地图。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，产生地图包括：基于所述平整性目标和所述更新后的表面轮廓的比较而产生底切/过切表面差量地图。
11.一种用于车辆的平整性控制系统，所述车辆具有框架和联接到所述框架的机具，所述机具被配置成收集和移动表面材料，以用于将具有当前平整性的表面平整到平整性目标，所述控制系统包括：
天线，所述天线操作性地连接到所述框架或所述机具中的一个，所述天线被配置成接收所述车辆相对于所述表面的位置；
机具图像传感器，所述机具图像传感器安装在所述车辆上，并且朝向所述机具定向，以记录由所述机具收集的表面材料的图像；和
控制电路，所述控制电路操作性地连接到所述天线和所述机具图像传感器，所述控制电路包括处理器和存储器，其中，所述存储器被配置成存储程序指令，并且所述处理器被配置成执行所存储的程序指令以便：
基于所收集的表面材料的所记录图像而识别所述所收集的表面材料的材料性质；
基于所述机具相对于所述表面的当前位置而识别所述机具的第一位置；
基于所识别的材料性质而识别所述机具的第二位置；和
将所述机具从所述第一位置移动到所述第二位置以对所述表面进行平整。
12.根据权利要求11所述的平整性控制系统，进一步包括：前向地面传感器，所述前向地面传感器安装在所述车辆上，以记录位于所述车辆前方的表面材料的图像，其中，所述处理器被配置成执行所存储的程序指令，以识别前地面轮廓，并且基于所识别的前地面轮廓而调节所述机具的位置。
13.根据权利要求12所述的平整性控制系统，进一步包括：后向地面传感器，所述后向地面传感器安装在所述车辆上，以记录位于所述车辆后方的表面材料的图像，其中，所述处理器被配置成执行所存储的程序指令，以识别后地面轮廓，并且基于所识别的后地面轮廓而调节所述机具的位置。
14.根据权利要求13所述的平整性控制系统，其中，所述处理器被配置成基于所述所收集的表面材料的所记录图像而将所述材料性质识别为所述所收集的表面材料的位置、形状、速度和材料滚动中的一个或多个。
15.根据权利要求13所述的平整性控制系统，其中，所述处理器被配置成将所述材料性质识别为所述表面材料的类型。
16.根据权利要求13所述的平整性控制系统，其中，所述处理器被配置成将所述材料性质识别为所述表面材料的状态。
17.一种利用沿着表面移动的作业车辆对所述表面进行平整的方法，所述表面具有地面轮廓并且由表面材料形成，所述车辆具有框架和以可调节方式联接到所述框架的机具，所述方法包括：
识别在所述作业车辆前方的前表面轮廓；
识别位于所述机具上的所收集的表面材料的材料性质；
识别在所述作业车辆后方的后表面轮廓；
基于所识别的前表面轮廓、所识别的材料性质和所识别的后表面轮廓而调节所述机具的位置；和
借助于所述机具的调节后的位置将所述表面平整到平整性目标。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，识别所述所收集的表面材料的材料性质包括：
识别表面材料的类型、所述表面材料的状态和所述表面材料的特性中的一个或多个。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：
识别被平整的表面的当前轮廓；
将所识别的当前轮廓与所述平整性目标进行比较；和
基于比较步骤而产生底切/过切差量地图。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，调节所述机具的位置进一步包括：基于所产生的底切/过切差量地图而调节所述机具的位置。

说明书全文

用于机具的土壤管理的系统和方法

发明领域

[0001] 本公开涉及一种用于对表面进行平整的作业车辆，例如，机动平地机，并且特定来说，涉及一种用于基于前视传感器、后视传感器和机具图像传感器而控制机具位置以实现表面的所期望平整性的车辆平整性控制系统。

背景技术

[0002] 作业车辆(例如，机动平地机)可以用于建筑和维护中，以用于以各种回转角度、倾斜角度和俯仰角度将地形平整为平坦表面。例如，当铺设道路时，可以使用机动平地机来准备基础地基，以创建宽的平坦表面来支撑沥青层。机动平地机可以包括两个或多个车轴，其中发动机和驾驶室设置在车辆后端处的车轴上方，并且另一个车轴设置在车辆的前端处。机具(例如，铲刀)在前车轴与后车轴之间附接到车辆。

[0003] 机动平地机包括朝向平地机前部附接的牵引杆组件，所述牵引杆组件在平地机向前移动时由平地机拉动。牵引杆组件可旋转地支撑在牵引杆组件的自由端处的圆形驱动构件，并且圆形驱动构件支撑作业机具，例如，铲刀，也被称为犁板。可以通过圆形驱动构件相对于牵引杆组件的旋转来调节在牵引杆组件下方的作业机具的角度。

[0004] 除了铲刀围绕固定旋转轴线旋转之外，铲刀也可相对于圆形驱动构件被调节到所选择的角度。这个角度被称为铲刀倾斜角度。铲刀的俯仰角度也是可调节的。

[0005] 为了对表面进行正确地平整，机动平地机包括测量车辆相对于重力的定向和铲刀相对于车辆的位置的一个或多个传感器。位于圆形驱动构件处的旋转传感器提供铲刀相对于由车辆的长度限定的纵向轴线的旋转角度。铲刀倾斜角度传感器提供铲刀相对于侧向轴线的倾斜角度角，所述横向轴线通常与例如由车辆车轴限定的车辆侧向轴线对准。纵坡传感器提供车辆相对于重力的行进角度。

[0006] 包括二维(2D)和三维(3D)机器控制系统的机器控制系统位于被平整的表面处，以向机动平地机提供平整性信息。车辆平整性控制系统接收来自机器控制系统的信号，以使得机动平地机能够对表面进行平整。机动平地机包括操作性地联接到传感器中的每一个的平整性控制系统，使得被平整的表面可以被平整到所期望的倾斜角度、回转角度和俯仰角度。在平整操作之前或期间，计划表面的所期望平整性。

[0007] 机器控制系统可以向车辆平整性控制系统提供倾斜角度、回转角度和俯仰角度信号，以使得机动平地机或操作员能够调节铲刀的倾斜角度、回转角度和俯仰角度。车辆平整性控制系统可以被配置成基于所期望的倾斜角度、回转角度和俯仰角度而自动地控制铲刀的倾斜角度、回转角度和俯仰角度以对表面进行平整，如本领域技术人员已知的。在这些自动系统中，为了实现倾斜角度、回转角度和/或俯仰角度目标，对铲刀持续地进行铲刀相对于车辆的位置的调节。许多车辆平整性控制系统提供所包括的或可选的显示器，所述显示器向操作员指示车辆平整性控制系统与目标倾斜角度、回转角度和/或俯仰角度保持得有多好。

[0008] 每个被平整的表面包括表面不规则性和不同类型的表面材料。虽然当前平整性控制系统被用于基于从机器控制系统接收的输入而调节机具，但是这样的系统不考虑被平整的表面材料的类型。因为表面材料的特性变化很大，所以可能基于表面材料的类型而以不同的方式影响平整操作。因此，当将表面平整到平整性目标时，需要基于表面材料的不同类型、特性、状态和性质的出现而调节作业机具的位置。

发明内容

[0009] 在本公开的一个实施例中，提供了一种借助于沿着表面移动的作业车辆对所述表面进行平整的方法，所述表面具有地面轮廓并且由表面材料形成。所述车辆包括由地面接合牵引装置支撑的框架和可调节地联接到所述框架的机具。所述方法包括：接收平整性目标，所述平整性目标识别借助于所述机具平整的表面的所期望平整性；收集所述机具上的表面材料；识别所述所收集表面材料的材料性质；识别所述机具相对于所述表面的位置；基于所述所识别位置和所述所识别材料性质而调节所述机具的位置；和借助于所述机具的所调节位置将所述表面平整到所述平整性目标。

[0010] 在本公开的另一个实施例中，提供了一种用于车辆的平整性控制系统，所述车辆具有框架和联接到所述框架的机具。所述机具被配置成收集和移动表面材料，以用于将具有当前平整性的表面平整到平整性目标。所述控制系统包括操作性地连接到所述框架或所述机具中的一个的天线，其中，所述天线被配置成接收所述车辆相对于所述表面的位置。所述机具图像传感器安装在所述车辆上，并且朝向所述机具定向，以记录由所述机具收集的表面材料的图像。控制电路操作性地连接到所述天线和所述机具图像传感器。所述控制电路包括处理器和存储器，其中，所述存储器被配置成存储程序指令。所述处理器被配置成执行所存储程序指令以：基于所述所收集的表面材料的所记录图像而识别所述所收集表面材料的材料性质；基于所述机具相对于所述表面的当前位置而识别所述机具的第一位置；基于所述所识别材料性质而识别所述机具的第二位置；以及将所述机具从所述第一位置移动到所述第二位置以对所述表面进行平整。

[0011] 在本公开的又一个实施例中，提供了一种借助于沿着表面移动的作业车辆对所述表面进行平整的方法，所述表面具有地面轮廓并且由表面材料形成。所述车辆包括框架和可调节地联接到所述框架的机具。所述方法包括：识别在所述作业车辆前方的前表面轮廓；识别位于所述机具上的所收集表面材料的材料性质；识别在所述作业车辆后方的后表面轮廓；基于所述所识别前表面轮廓、所述所识别材料性质和所述所识别后表面轮廓而调节所述机具的位置；和借助于所述机具的所调节位置将所述表面平整到平整性目标。
附图说明

[0012] 通过结合附图参考本公开的实施例的以下描述，本公开的上文所提及方面和获得它们的方式将变得更加显而易见，并且将更好地理解本公开本身，其中：

[0013] 图1是机动平地机的侧视图；

[0014] 图2是本公开的车辆和车辆平整性控制系统的简化示意图；并且

[0015] 图3A和图3B是本车辆系统的一个实施例的控制系统框图。

[0016] 在所有几个视图中，使用对应的附图标记来指示对应的部件。

具体实施方式

[0017] 下文所描述的本公开的实施例并非意在是穷举性的或将本公开限制于以下详细描述中的精确形式。而是，选择和描述实施例，使得本领域其它技术人员可以了解和理解本公开的原理和实践。

[0018] 参考图1，示出了车辆(例如，机动平地机100)的示例性实施例。机动平地机的示例是由迪尔公司(Deere&Company)制造和销售的772G机动平地机。虽然本公开讨论了机动平地机，但是预期了其它类型的作业机器，包括平地机、道路平地机、推土机(dozer)、大型推土机(bulldozer)和前装载机。

[0019] 如图1中所示，机动平地机100包括前框架102和后框架104，其中前框架102支撑在一对前车轮106上，并且其中后框架104支撑在左右串列的后车轮108上。在车轮中心之间延伸的直线通常限定横向于车辆100的纵向平面的车轮轴线，并且通常平行于与被平整的表面接触的车轮胎面。框架可以是刚性的或铰接的。预期了其它地面接合牵引装置，例如，胎面。

[0020] 操作员驾驶室110安装在前框架102的向上并且倾斜的后区域112上，并且含有用于机动平地机100的各种控制器件，所述各种控制器件被设置成位于坐着或站立的操作员的触及范围内。在一个方面中，这些控制器可以包括方向盘114和杆组件116。用户接口117由位于驾驶室中的控制台支撑，并且包括一个或多个不同类型的操作员控制器件，所述操作员控制器件包括开关的手动和电子按钮。在不同的实施例中，用户接口117包括视觉显示器，所述视觉显示器提供操作员可选择菜单，以用于控制车辆100的各种特征。在一个或多个实施例中，提供视频显示器以示出由图像传感器148或位于车辆上的相机提供的图像。

[0021] 发动机118安装在后框架104上，并且为机动平地机100的所有从动部件提供动力。例如，发动机118被配置成驱动变速器(未示出)，所述变速器联接成以各种所选择速度以及以正向或反向模式驱动后车轮108。在不同的实施例中，静压前车轮辅助变速器(未示出)以本领域已知的方式选择性地接合以为前车轮106提供动力。

[0022] 安装到前框架102的前位置的是牵引杆或牵引框架120，牵引杆或牵引框架120具有通常通过球窝布置122连接到前框架102的向前端部，并且具有从前框架102的升高的中央部分124悬挂的相反的右后区域和左后区域。右提升连杆装置126和左提升连杆装置128包括可延伸且可收缩的右液压致动器和左液压致动器，分别支撑牵引杆120的右区域和左区域。右提升连杆装置126和左提升连杆装置128升高或降低牵引杆120。侧偏移连杆装置联接在升高的框架部分124与牵引杆120的后位置之间，并且包括可延伸且可收缩的侧摆动液压致动器130。铲刀或犁板132联接到前框架102，并且由圆形驱动组件134提供动力。铲刀132包括被配置成切割、分离或移动材料的边缘133。在车辆100移动时，铲刀132从地形收集表面材料，并且将所收集表面材料移动到不同的位置。虽然本文中描述了铲刀132，但是预期了其它类型的机具。

[0023] 牵引杆120通过右提升连杆装置126和左提升连杆装置128升高或降低，这又使铲刀132相对于表面升高或降低。致动器130升高或降低铲刀132的一端，以调节铲刀的倾斜角度。

[0024] 圆形驱动组件134包括旋转传感器136，在不同的实施例中，旋转传感器136包括检测铲刀132相对于车辆前框架102的移动、速度或位置的一个或多个开关。旋转传感器136电联接到控制器138，在一个实施例中，控制器138位于驾驶室110中。在其它实施例中，控制器138位于前框架102、后框架104中，或在装纳发动机118的发动机舱内。在又一些实施例中，控制器138是具有分布在车辆上的不同位置处的单独分离的控制器的分布式控制器。另外，虽然控制器通常通过电线或电缆硬连线到传感器和其它相关部件，但在其它实施例中，控制器包括无线发射器和/或接收器，以与被控制的部件或装置或感测部件或装置通信，所述被控制的部件或装置或感测部件或装置向控制器提供信息，或者将控制器信息传输到被控制的装置。

[0025] 铲刀倾斜角度/位置传感器140被配置成检测铲刀132的倾斜角度和/或位置，并且向控制器138提供倾斜角度和/或位置信息。在不同的实施例中，铲刀倾斜角度/位置传感器140联接到用于液压致动器130的铲刀132的支撑框架以提供倾斜角度信息。纵坡传感器142被配置成检测车辆100相对于重力的平整角度并且向控制器138提供平整角度信息。在一个实施例中，纵坡传感器142包括被配置成确定滚动位置和相对于重力的俯仰位置的惯性测量单元(IMU)。纵坡传感器142提供包括在车轮中心之间的直线轴线的滚动和俯仰信息以及因此车辆100的滚动和俯仰信息的信号。滚动和俯仰信息由图2的电子控制单元(ECU)150使用，以调节铲刀132的位置。

[0026] 天线144位于驾驶室110的顶部部分处，并且被配置成接收来自不同类型的机器控制系统的信号，所述不同类型的机器控制系统包括声波系统、激光系统和全球定位系统(GPS)。虽然图示了天线144，但是如本领域技术人员所知，天线144的其它位置被包括。例如，当车辆100正使用声波系统时，声波跟踪器146用来检测由声波系统通过声波跟踪器146传播的反射声波。在使用激光系统的车辆100中，位于铲刀上的桅杆(未示出)支撑位于铲刀132上方一定距离处的激光跟踪器。在一个实施例中，桅杆包括用以在与驾驶室顶部的高度类似的高度支撑激光跟踪器的长度。GPS系统包括位于与为激光跟踪器系统提供的桅杆类似的桅杆上的GPS跟踪器。因此，本公开使用相对“简单”的2D横向倾斜角度系统和“高端”3D平整性控制系统来应用车辆机动平地机系统。

[0027] 在附加的实施例中，平整性控制系统包括被配置成确定车辆的纵坡的装置、设备或系统，以及被配置成确定铲刀的倾斜角度和/或位置的装置、设备或系统。例如，铲刀位置由一个或多个传感器确定。在一个实施例中，使用惯性测量单元来确定铲刀位置。因此，预期用以确定纵坡和铲刀倾斜角度/位置的其它系统。

[0028] 前向地面图像传感器145在通常不受车辆100的任何部分阻挡的位置处固定地安装到前框架102。前向地面图像传感器145包括指向在车辆100前方并且被车辆100接近的地面的发射器、接收器或收发器中的一个或多个。在不同的实施例中，前向地面图像传感器145包括二维相机、三维相机、立体相机、单目相机、雷达装置和激光扫描装置、超声波传感器以及光检测和测距(LIDAR)扫描仪中的一个或多个。前向地面图像传感器145被配置成提供被接近的地面的图像，所述图像被传输到图2的ECU 150。在不同的实施例中，地面图像传感器145是灰度传感器、色彩传感器或其组合中的一个。

[0029] 后向地面图像传感器147在通常不受车辆100的任何部分阻挡的位置处固定地安装到后框架104。后向地面图像传感器147包括指向在车辆100后方并且被车辆100留下的地面的发射器、接收器或收发器中的一个或多个。在不同的实施例中，后向地面图像传感器包括二维相机、三维相机、立体相机、单目相机、雷达装置和激光扫描装置、超声波传感器以及光检测和测距(LIDAR)扫描仪中的一个或多个。后向地面图像传感器147被配置成提供在车辆后方的地面的图像，所述图像被传输到图2的ECU 150。由后向地面图像传感器147提供的图像被ECU 150用来确定料堆的位置、料堆的轮廓和由平整操作形成的表面轮廓中的一个或多个。在一个或多个实施例中，由ECU 150基于后向地面图像传感器确定的数据被提供作为当调节机具的位置时使用的反馈信号。在不同的实施例中，后向地面图像传感器147是灰度传感器、色彩传感器或其组合中的一个。

[0030] 在一个实施例中，机具图像传感器149固定地安装到牵引杆120，并且朝向由铲刀132移动的表面材料定向或指向。在不同的实施例中，机具图像传感器149是位于牵引杆120上在用以对位于铲刀132附近和铲刀132上的表面材料成像的位置处的二维相机或者三维立体相机。材料图像传感器的位置被预期，以提供铲刀132、在铲刀的任一端部侧处毗邻于铲刀的表面材料和在铲刀上的表面材料的相对无阻碍的视图。机具图像传感器149提供表面材料的图像或多个图像，所述图像被传输到图2的ECU 150。在不同的实施例中，实现图像传感器149是灰度传感器、色彩传感器或其组合中的一个。

[0031] 图2是实现本发明的车辆100和包括控制电路的车辆平整性控制系统的简化示意图。在这个实施例中，控制器138被配置为操作性地连接到变速器控制单元152的ECU 150。ECU 150位于车辆100的驾驶室110中，并且变速器控制单元152位于车辆100的变速器处。
ECU 150接收由一个或多个类型的机器控制系统产生的倾斜角度、回转角度和/或俯仰角度信号，所述机器控制系统包括声波系统154、激光系统156和GPS系统158。其它机器控制系统被预期。这些信号被共同识别为轮廓信号。机器控制系统154、156和158中的每一个通过收发器160与ECU 150通信，收发器160操作性地连接到适当类型的天线，如本领域技术人员所理解的。

[0032] 在不同的实施例中，ECU 150包括计算机、计算机系统或其它可编程装置。在其它实施例中，ECU 150可以包括一个或多个处理器(例如，微处理器)和相关联的存储器161，存储器161可以在处理器内部或在处理器外部。存储器161可以包括随机存取存储器(RAM)装置，所述随机存取存储器(RAM)装置包括ECU 150的存储器存储装置，以及任何其它类型的存储器，例如，高速缓冲存储器、非易失性或备用存储器、可编程存储器或闪存存储器以及只读存储器。此外，存储器可以包括物理上位于处理装置的其它地方的存储器存储装置，并且可以包括处理装置中的任何高速缓冲存储器，以及用作虚拟存储器的任何存储容量，例如，存储在大容量存储装置或联接到ECU 150的另一个计算机上。大容量存储装置可以包括高速缓冲器或其它数据空间，所述其它数据空间可以包括数据库。在其它实施例中，存储器存储装置位于“云”中，其中存储器位于远程位置处，所述远程位置向ECU 150无线地提供所存储的信息。当参考本公开中的ECU 150和存储器161时，其它类型的控制器和其它类型的存储器被预期。

[0033] ECU 150执行或以其它方式依赖于计算机软件应用程序、部件、程序、对象、模块或数据结构等。响应于所接收的信号而执行驻留在ECU 150的所包括存储器或其它存储器中的软件。在其它实施例中，计算机软件应用程序位于云中。所执行的软件包括一个或多个特定应用程序、部件、程序、对象、模块或通常被称为“程序代码”的指令序列。程序代码包括位于存储器和其它存储装置中的一个或多个指令，所述其它存储装置执行驻留在存储器中的指令、响应于由系统产生的其它指令的指令、或者通过由用户操作的用户接口提供的指令。ECU 150被配置成执行所存储程序指令。

[0034] ECU 150还操作性地连接到铲刀提升阀组件162(参见图2)，铲刀提升阀组件162又操作性地连接到右提升连杆装置126和左提升连杆装置128以及致动器130。在一个实施例中，铲刀提升阀组件162是被配置成相对于表面或地面以及相对于铲刀的一端升高或降低铲刀132以调节铲刀的倾斜角度的电动液压(EH)组件。在不同的实施例中，阀组件162是具有不同阀以控制铲刀的不同位置特征的分布式组件。例如，一个或多个阀响应于由阀产生和传输到阀以及由ECU 150产生的命令而调节连杆装置126和128中的一个或两个。在不同的实施例中，另一个或多个阀响应于传输到阀并由ECU 150产生的命令而调节致动器130。ECU 150响应于由声波系统154、激光系统156和GPS 158提供的平整性状态信息，并且通过对铲刀提升阀组件162的控制调节铲刀132的位置。基于铲刀相对于车辆的当前位置、如果被操纵则铲刀的速度以及铲刀的方向而调节铲刀的位置。

[0035] 为了实现更好的生产率并且减少操作员错误，ECU 150联接到变速器控制单元152，以控制施加到车辆100的车轮的动力的量。ECU 150进一步操作性地连接到发动机控制单元164，发动机控制单元164部分地被配置成控制发动机116的发动机速度。节气门166操作性地连接到发动机控制单元164。在一个实施例中，节气门166是位于驾驶室110中由车辆
100的操作员调节的手动操作的节气门。在另一个实施例中，节气门166另外是由ECU 150响应于平整性信息和车辆速度信息而自动地控制的机器控制的节气门。

[0036] ECU 150向发动机控制单元164提供发动机控制指令，并且向变速器控制单元152提供变速器控制指令，以响应于由包括声波系统154、激光系统156和GPS系统158的机器控制系统中的一个提供的平整性信息而调节车辆的速度。在其它实施例中，使用其它机器控制系统。车辆方向信息由ECU 150响应于由转向装置114提供的方向信息而确定。

[0037] 车辆速度信息部分地由变速器控制单元152提供给ECU 150，变速器控制单元152操作性地连接到变速器输出速度传感器168。变速器输出速度传感器168提供变速器的输出轴的所感测速度，如本领域技术人员已知。在其它实施例中，使用包括输入变速器速度传感器的附加变速器速度传感器，所述输入变速器速度传感器提供变速器输入轴的速度信息。

[0038] 附加车辆速度信息由发动机控制单元164提供给ECU 150。发动机控制单元164操作性地连接到发动机速度传感器170，发动机速度传感器170向发动机控制单元164提供发动机速度信息。

[0039] 使用由变速器控制单元152和发动机控制单元164中的一个或两个提供的速度信息在ECU 150处确定当前车辆速度。当平整性控制系统达到目标以确保最大生产率时，车辆100的速度通过由ECU 150提供的速度控制命令而增加。

[0040] 前向地面传感器145、后向地面传感器147和机具图像传感器149各自操作地连接到ECU 150。传感器145、147和149中的每一个传输在车辆100前方的表面材料、在车辆100后方的表面材料以及位于铲刀132上或附近的表面材料的一个或多个图像。

[0041] 图3A和图3B图示了本车辆系统的一个实施例的控制系统框图198，本车辆系统被配置成提供前向感测、后向感测和机具感测，以用于在平整操作期间调节机具132的位置。附图的框中的每一个图示了由传感器145、147和149中的每一个提供的技术特征，传感器
145、147和149将图像信息传输到电子控制单元150。后向感测块200包括由ECU 150基于从后向地面图像传感器147接收的图像而执行的特征。前向感测块202包括由ECU 150基于从前向地面图像传感器145接收的图像而执行的特征。作业土壤(在铲刀上)感测块204包括由ECU 150基于由机具图像传感器149执行的图像而执行的特征。

[0042] 后向感测块200图示了存储在存储器161中的软件模块的一个实施例，存储器161操作性地连接到ECU 150。如上文所描述，当谈及模块时，程序代码的其它配置被预期。后向传感器147将图像传输到ECU 150，ECU 150确定通过后的地面轮廓206以及料堆位置和轮廓208。由传感器提供的图像来自于位于车辆100前方或后方、铲刀附近或铲刀上的表面的图像扫描。图像内容由位于ECU 150或存储器161中的一个或多个图像分类算法确定。在一个或多个实施例中，图像分类算法(例如，边缘检测和对象检测算法)提供用于更新由现场地图块210表示的现场地图的最新表面或地形信息。还预期了包括识别表面材料的对比度和纹理信息的图像分类算法。

[0043] 在一个实施例中，框210的现场地图存储在存储器161中。可以预期其它存储器位置。现场地图包括起始轮廓地图212、设计轮廓(或目标)地图214、更新的当前轮廓地图216和底切/过切差量地图218。起始轮廓地图包括由与车辆100分离的一个或多个感测装置提供的地形信息。在一个实施例中，起始轮廓地图由无人机提供，所述无人机具有感测装置和相关的处理系统，以产生起始轮廓地图。起始轮廓地图212包括倾斜角度和/或高度信息，并且被传输到车辆并且存储在存储器161中。

[0044] 设计轮廓地图214包括所期望平整性目标、最终地形轮廓的预定地图，所述最终地形轮廓包括最终平整性的倾斜角度和/或高度信息。在车辆100沿着表面移动时，由ECU 150使用通过后的地面轮廓数据206和堆料位置和轮廓数据208产生更新的当前轮廓地图216。通过底切/过切软件模块将更新的当前轮廓数据与设计轮廓数据进行比较，以产生底切/过切差量地图218。差量地图218包括被配置为调整铲刀位置的数据和指示当前表面材料必须被底切或必须被过切(添加)以实现设计轮廓的位置的数据。

[0045] 更新后的当前轮廓数据和底切/过切差量地图数据存储在存储器161中并且由ECU 150访问，ECU 150被配置成在算术逻辑单元或计算装置220处确定或计算在所期望铲刀位置块222处的所期望铲刀位置。更新后的当前轮廓数据和底切/过切差量地图数据也由ECU
150访问，以在预期车辆位姿块224处确定预期车辆位姿，所述预期车辆位姿是相对于重力的车辆位置，这又部分地确定铲刀相对于被配置成最终设计轮廓214的当前表面的位置。在不同的实施例中，车辆位姿数据包括滚动、俯仰和/或偏航位置数据。在本公开中，“差量”意指设计轮廓214与更新后的当前轮廓216的差异。

[0046] 前向感测块202图示了存储在操作性地连接到ECU 150的存储器161中的软件模块的一个实施例。前向传感器145将图像传输到ECU 150，ECU 150确定预期地面轮廓226和料堆位置和轮廓228。由传感器145提供的数据来自于位于车辆100前方的表面的图像扫描，所述图像扫描的内容由位于ECU 150或存储器161中的一个或多个图像分类算法确定。在一个或多个实施例中，图像分类算法(例如，边缘检测和对象检测算法)提供预期地面轮廓数据和预期材料性质数据。

[0047] 表面材料的材料性质数据包括但不限于表示表面材料的类型、表面材料的状态和由铲刀捕获的表面材料的特性的数据。表面材料的类型包括但不限于土壤、岩石、卵石、石头、矿物、有机物、粘土和植被。表面材料的状态包括但不限于软、硬、湿、干和分段。表面材料的特性包括但不限于材料在被铲刀移动时的量、位置、形状和速度。图像分类算法被配置成确定类型、状态和特性中的一个或多个。在框224处，预期的地面轮廓数据和预期的材料性质数据被预期的车辆位姿模块用来确定预期的车辆位姿。

[0048] 作业土壤感测块204被配置成识别表面材料的材料性质数据中的一个或多个(在图3B中识别为土壤)，所述材料性质数据包括但不限于表示表面材料的类型、表面材料的状态以及由铲刀捕获的表面材料的特性的数据。例如，在框230处，确定铲刀上的作业土壤的形状和位置。在框232处，确定铲刀132上的作业土壤的速度和材料滚动。材料滚动包括对材料如何在铲刀上滚动以及材料如何从铲刀上滚落的识别。在不同的实施例中，材料滚动包括表面材料接近机具顶部的接近度以及当离开铲刀的一端或两端时材料从机具延伸多远的一个或多个图像。基于在平整操作期间材料沿着铲刀移动以及从铲刀移开的速度来确定速度。在框234处，铲刀相对于地面的位置被确定。在框236处，分段尺寸和混合质量被确定。

[0049] 框230、232、234和236中的每一个提供识别铲刀附近或铲刀上的作业土壤的数据，所述数据在铲刀溢出检测和防止块238处被传输到计算装置220。计算装置220使用该数据提供材料或土壤滚动调节值。

[0050] 计算装置220访问由前向感测块202、作业土壤感测块204、现场地图块210和预期的致动延迟块240提供的数据。在一个或多个实施例中，预期的致动延迟块240包括识别由于系统硬件和系统软件的布置引起的铲刀的致动延迟的数据。例如，影响致动时间的致动臂和液压系统的长度是可识别值，并且作为数据存储在存储器161中，例如在查找表中。本领域技术人员可以预期和理解其它致动延迟。

[0051] 附加车辆数据由车辆感测块242提供，车辆感测块242包括由当前车辆位置和位姿块244提供的当前车辆位置和位姿数据，由当前车辆速度和方向块246提供的当前车辆速度和方向数据，由当前机具位置和位姿块248提供的当前机具位置和位姿数据，以及由当前机具速度和方向数据块250提供的当前机具速度和方向数据。

[0052] 由车辆感测块242的框244、246、248和250提供的数据表示关于图2的系统图描述的车辆100的所描述装置的所感测数据。例如，收发器160发射来自GPS 158的车辆位置。

[0053] 计算装置220在致动和指示计算模块252处访问由车辆感测块242提供的数据和由块222、224、238和240提供的数据。模块252被配置成在致动和指示命令模块254处产生一个或多个致动和指示命令。一旦被确定，致动和指示命令就被传输到用于调节铲刀132的位置的装置中的一个或多个。在一个或多个实施例中，命令被传输到由右提升连杆装置126和左提升连杆装置128采用的致动器和升高或降低铲刀132的一端以调节铲刀的倾斜角度的致动器130以及圆形驱动组件134。

[0054] 当车辆100沿着地形移动时，前向传感器145产生前视图像数据，后向传感器147产生后视传感器数据，并且机具图像传感器149产生在铲刀上并且毗邻铲刀的材料的材料图像数据，上述数据中的每一个都被传输到ECU 150。ECU 150被配置成处理所接收的图像数据，以确定铲刀132的最优位置。

[0055] 调节铲刀的位置以将表面朝向平整性目标进行平整。另外，在一个或多个实施例中，还调节铲刀的位置以在材料被铲刀收集或移动时优化材料的位移。ECU 150定位铲刀以实现平整性目标，同时还改进材料如何滚动、流动或从铲刀移开。

[0056] 虽然已经在上文中描述了结合本公开的原理的示例性实施例，但是本公开不限于所描述的实施例。相反，本申请意在涵盖使用其一般原理的本公开的任何变化、使用或修改。此外，本申请意在涵盖在本公开所属的领域中已知或习惯实践内对本公开的这样的偏离，并且所述偏离归属于所附权利要求书的限制内。

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