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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur seitlichen Verstellung eines Geräts zur Bearbeitung eines Felds gegenüber einem selbstfahrenden Fahrzeug.
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Stand der Technik
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In der Landwirtschaft liegen vielfach Anwendungsfälle vor, in denen Geräte mittels eines selbstfahrenden Fahrzeugs über ein Feld bewegt werden und es beabsichtigt ist, die Geräte einen gewünschten Sollweg zurücklegen zu lassen, um beispielsweise Erntegut von einem Feld aufzunehmen, den Boden zu bearbeiten oder Materialien, wie Saatgut oder Dünger, auf ein Feld auszubringen. In der Vergangenheit wurde dazu das Fahrzeug durch einen Fahrer oder selbsttätig gelenkt und das starr an einer Dreipunktanbauvorrichtung oder mittels einer Deichsel an einer Kupplung des Zugfahrzeugs angehängte Gerät folgte dem Fahrzeug, wobei der Sollweg des Geräts aufgrund unterschiedlicher Bewegungsbahnen des Fahrzeugs und des Geräts nicht immer exakt eingehalten werden konnte.
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Im Stand der Technik wurde weiterhin vorgeschlagen, die Position des Geräts (
DE 103 03 516 A1 ,
US 6 865 465 B2 ,
US 2011/0112721 A1 ) oder die Position des Fahrzeugs und die Relativposition des Geräts zum Fahrzeug (
US 7 162 348 B2 ) unter Verwendung eines satellitenbasierten Positionsbestimmungssystems zu erfassen und das Gerät durch einen Aktor gegenüber dem Fahrzeug seitlich zu verschieben, um es auf dem gewünschten Sollweg zu führen. Dabei kann das Fahrzeug manuell oder selbsttätig gelenkt werden. Der üblicherweise als Hydraulikzylinder ausgeführte Aktor kann eine Deichsel des Geräts seitlich verstellen (
DE 103 03 516 A1 ) oder einen Unterlenker einer Dreipunktkupplung seitlich verschieben (
DE 103 03 516 A1 ,
DE 20 2015 005 363 U1 ) oder einen Anbaurahmen, der zwischen einer Dreipunktkupplung und dem Gerät angeordnet ist, seitlich bewegen (
DE 10 2009 028 409 A1 ). Ein Vorteil der Verstellung des Unterlenkers liegt gegenüber einer Verstellung eines Anbaurahmens darin, dass das Gerät näher am Fahrzeug angeordnet ist und somit weniger Hubkraft zum Anheben des Geräts aufzuwenden ist und weniger Frontballast benötigt wird. Eine Deichsel wird nur bei größeren und schwereren Geräten verwendet, die nicht durch das Fahrzeug getragen werden können.
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Ein anderer Vorschlag sieht vor, die Relativposition des Geräts relativ zu Pflanzenreihen, Bodenwellen oder anderen Bodenprofilen zu erfassen, z.B. mit einem optischen Sensor, und einen Aktor derart zu verstellen, dass das Gerät möglichst genau entlang des durch die Pflanzenreihen oder das Bodenprofil definierten Sollwegs geführt wird (
DE 41 02 487 A1 ). Das Gerät umfasst eine eigene Steuereinheit, die den hydraulischen Aktor ansteuert, der zwischen dem Rahmen des Fahrzeugs und dem rückwärtigen Ende eines Unterlenkers einer Dreipunktkupplung angeordnet ist, um den Unterlenker seitlich zu verstellen.
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Aufgabe der Erfindung
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Soll die seitliche Verstellung des Geräts durch die Steuereinheit des Fahrzeugs erfolgen, ist es erforderlich, diese für die vorgesehene Anwendung eigens zu programmieren, damit sie in gewünschter Weise auf Kontrollsignale des Geräts reagieren kann. Der Hersteller eines Geräts hat jedoch üblicherweise keinen Zugang zu der (proprietären) Software, die in auf landwirtschaftlichen Ackerschleppern eingebauten Steuerungen eingesetzt wird, sodass er das Gerät mit einer eigenen Steuerung ausstatten wird. Er benötigt aus diesem Grunde zur seitlichen Verstellung des Geräts neben dem hydraulischen Aktor auch zugehörige Kontrollventile, welche die Ansteuerung des Geräts relativ kostspielig machen. Vor einem ähnlichen Problem steht der Hersteller des Fahrzeugs, der ohne Kenntnis des (nicht notwendigerweise von ihm selbst hergestellten) Geräts nicht in der Lage ist, die Steuerung des Fahrzeugs in geeigneter Weise zu programmieren. Daher finden sich im Stand der Technik üblicherweise getrennte elektronische und hydraulische Systeme an Bord des Fahrzeugs (in der Regel Traktors bzw. Ackerschleppers) und des Geräts zur Kontrolle der seitlichen Position des Geräts, obwohl landwirtschaftliche Zugfahrzeuge derzeit in vielen Fällen bereits mit von einer Steuereinheit des Geräts über ein Bussystem (z.B. ISO 11783) fernsteuerbaren Ventilen ausgestattet sind, die mit rückseitig am Traktor angeordneten hydraulischen Anschlüssen verbunden sind.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, eine selbsttätige seitliche Verstellung eines Geräts mit möglichst geringem zusätzlichem Aufwand zu realisieren.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre der Patentansprüche 1 und 10 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
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Es wird eine Anordnung zur seitlichen Verstellung eines Geräts zur Bearbeitung eines Felds gegenüber einem selbstfahrenden Fahrzeug vorgeschlagen, wobei:
das Gerät eine elektronische Gerätesteuereinheit umfasst, die mit Mitteln zur Erfassung der Orientierung und/oder Position des Geräts gegenüber einem Sollweg und einer geräteseitigen Kommunikationsschnittstelle verbunden ist,
das Fahrzeug eine elektronische Fahrzeugsteuereinheit umfasst, die mit einer Ventilkontrolleinheit des Fahrzeugs und einer fahrzeugseitigen Kommunikationsschnittstelle verbunden ist, die in Verbindung mit der geräteseitigen Kommunikationsschnittstelle steht oder bringbar ist,
zwischen dem Fahrzeug und dem Gerät eine Dreipunktkupplung mit einem Oberlenker und zwei Unterlenkern angeordnet ist, von denen zur seitlichen Verstellung des Geräts gegenüber dem Fahrzeug wenigstens ein Unterlenker gegenüber dem Fahrzeug durch einen mit der Ventilkontrolleinheit verbundenen, hydraulischen Zylinder in seitlicher Richtung verschwenkbar ist,
und die elektronische Gerätesteuereinheit programmiert ist, über die Kommunikationsschnittstellen Stellbefehle an die Fahrzeugsteuereinheit zur Ansteuerung der Ventilkontrolleinheit und somit des Zylinders im Sinne einer Führung des Geräts in einer gewünschten Orientierung und/oder Position gegenüber dem Sollweg zu übersenden.
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Mit anderen Worten steht eine dem Gerät zugeordnete und physisch am Gerät angebrachte, elektronische Gerätesteuereinheit über eine geräteseitige Kommunikationsschnittstelle und eine fahrzeugseitige Kommunikationsschnittstelle mit einer dem Fahrzeug zugeordnete und physisch auf dem Gerät angeordneten, elektronischen Fahrzeugsteuereinheit in datenübertragender Verbindung. Die Kommunikationsschnittstellen können insbesondere über ein Bussystem z.B. nach ISO 11783 verbunden sein. Das Fahrzeug ist weiterhin mit einer Dreipunktkupplung ausgestattet, die in an sich bekannter Weise einen Oberlenker und zwei Unterlenker umfasst. An der Dreipunktkupplung ist das Gerät abnehmbar angebracht. Zum Erreichen einer gewünschten Orientierung des Geräts gegenüber einem Sollweg (d.h. zur Ausrichtung des Geräts um die vertikale Achse in einer gewünschten Richtung) und/oder zur Seitenführung des Geräts wird dessen Orientierung um die Hochachse gegenüber dem Sollweg und/oder seitliche Position gegenüber dem Sollweg direkt oder indirekt durch geeignete Mittel erfasst, deren Signale an die Gerätesteuereinheit gegeben werden. Abhängig von einem Fehlersignal im Falle einer tatsächlich erfassten (z.B. wenn das Fahrzeug seinerseits nicht entlang dem Sollweg fahren sollte, beispielsweise an einem Seitenhang) oder einer erwarteten (z.B. wenn der Sollweg eine Kurve macht) Abweichung der Orientierung und/oder Position des Geräts gegenüber dem Sollweg sendet die Gerätesteuereinheit über die Kommunikationsschnittstellen entsprechende Befehle an die Fahrzeugsteuereinheit, die ihrerseits eine Ventilkontrolleinheit des Fahrzeugs ansteuert, welche wiederum einen hydraulischen Zylinder ansteuert, der die seitliche Position des Unterlenkers gegenüber dem Fahrzeug verändert und somit wird das Gerät gegenüber dem Sollweg um die Hochachse ausgerichtet und/oder entlang dem gewünschten Sollweg geführt.
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Auf diese Weise wird, angesichts der Tatsache, dass moderne landwirtschaftliche Ackerschlepper üblicherweise bereits serienmäßig mit einer Dreipunktkupplung, einer fahrzeugseitigen Kommunikationsschnittstelle, einer Fahrzeugsteuereinheit und einer Ventilkontrolleinheit ausgestattet sind und Zylinder zur seitlichen Verstellung des Unterlenkers kommerziell erhältlich sind, nur ein geringer zusätzlicher Aufwand zur seitlichen Orientierung und/oder Führung des Geräts benötigt, der sich auf die elektronische Gerätesteuereinheit, die geräteseitige Kommunikationsschnittstelle und die Mittel zur Erfassung der Position des Geräts gegenüber dem Sollweg beschränkt. Da einschlägige Busprotokolle für landwirtschaftliche Anwendungen bereits eine geräteseitige Ansteuerung der Ventilkontrolleinheit über die Kommunikationsschnittstellen und die Fahrzeugsteuereinheit vorsehen, ist auch keine softwaremäßige Anpassung seitens des Fahrzeugs erforderlich; die Gerätesteuereinheit muss sich aufgrund von Sicherheitserwägungen lediglich gegenüber der Fahrzeugsteuereinheit in an sich bekannter Weise authentisieren, um ihre Berechtigung zur Kontrolle der Ventilkontrolleinheit nachzuweisen.
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Die Mittel zur Erfassung der Orientierung und/oder Position des Geräts gegenüber dem Sollweg können einen Sensor zur Erfassung von Bodenmerkmalen, wie Reihen von Pflanzen oder Bodenvertiefungen umfassen. Der Sollweg wird bei dieser Ausführungsform durch die Bodenmerkmale definiert und das Gerät parallel zu den Bodenmerkmalen ausgerichtet und/oder entlang der Bodenmerkmale geführt. Dabei kann der Sensor in einer möglichen Ausführungsform erfassen, wie weit ein Referenzpunkt des Geräts von den Bodenmerkmalen entfernt ist, was beispielsweise durch eine Kamera mit einem Bildverarbeitungssystem oder einen anderen optischen Sensor (z.B. Laserscanner, Lichtschrankenanordnung) oder einen mechanischen Fühler zur Erfassung von Pflanzenreihen oder Bodenmerkmalen erfolgen kann, dessen Position sensorisch (z.B. durch ein Potentiometer) erfasst werden kann. Auch die Orientierung des Geräts kann durch eine Kamera oder andere optische Mittel erfasst werden, welche erkennen, wie die Pflanzenreihen oder Bodenmerkmale gegenüber dem Gerät ausgerichtet sind. Die Gerätesteuereinheit erhält demnach einen Fehlerwert und kontrolliert den Zylinder in der oben beschriebenen Weise im Sinne einer Minimierung dieses Fehlerwerts an. Dabei kann ein Rückkopplungswert eines weiteren Sensors, der direkt oder indirekt die aktuelle Stellung des Hydraulikzylinders erfasst, berücksichtigt werden. Da das Fehlersignal durch den Sensor bereitgestellt wird, ist ein derartiger Sensor zur Bereitstellung eines Rückkopplungswerts jedoch grundsätzlich nicht notwendig. Bei einer anderen Ausführungsform gibt der Sensor, der wie zuvor beschrieben aufgebaut sein, jedoch nur binäre Werte ausgibt, lediglich an, ob und in welche Richtung das Gerät gegenüber dem Sollweg um die Hochachse gedreht ist und/oder den Sollweg verlassen hat. Die Gerätesteuereinheit kontrolliert bei dieser Ausführungsform ebenfalls den Zylinder in der beschriebenen Weise, um das Gerät in die gewünschte Orientierung zu bringen und/oder auf den Sollweg zurückzuführen.
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Es ist bei einer anderen Ausführungsform auch möglich, dass die Mittel zur Erfassung der Orientierung und/oder Position des Geräts eine insbesondere auf der Erfassung von Satellitensignalen (z.B. GPS, Glonass oder Galileo) und/oder Signale erdgebundener Sendeeinrichtungen (z.B. von Mobilfunkmasten oder Sendern zur Ausstrahlung von Korrekturdaten für satellitenbasierte Positionsbestimmungssysteme) basierende Positionsbestimmungseinrichtung und eine abgespeicherte Karte des Sollwegs umfassen. Die Karte kann einen vor Arbeitsbeginn anhand bekannter Daten des Feldes geplanten, auf dem Feld zurückzulegenden Weg repräsentieren, oder sie wird bei Arbeitsbeginn nach einer Umfahrung des Feldes oder erst während der Arbeit erzeugt, z.B. indem nebeneinander liegende Spuren definiert werden, die das Feld abdecken. Die Positionsbestimmungseinrichtung kann auch die Geschwindigkeit bzw. Richtung des Geräts erfassen, sei es anhand mehrerer aufeinander folgender Messungen oder anhand der Auswirkung des Doppler-Effekts auf die empfangenen Frequenzen bei einem sich bewegenden Gerät oder anhand eines Trägheitsnavigationssystems.
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Die Mittel zur Erfassung der Orientierung und/oder Position des Geräts können auf dem Gerät angeordnet sein, vorzugsweise genau an einem Referenzpunkt des Geräts oder darüber. Bei dieser Ausführungsform erübrigt sich eine Umrechnung der durch die Mittel erfassten Position in die Position des Referenzpunkts. Sollten die Mittel beispielsweise aus räumlichen Gesichtspunkten einen Versatz gegenüber dem Referenzpunkt haben, wäre jedoch eine Umrechnung der Position der Mittel in die Position des Referenzpunkts problemlos möglich. Eine derartige Umrechnung kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn die Mittel in einer größeren Höhe über dem Referenzpunkt angeordnet sind, um Satellitensignale eines Positionsbestimmungssystems besser empfangen zu können, und das Gerät an einem Hang betrieben wird und in Fahrtrichtung und/oder seitlich geneigt sein sollte. Analog wird mit den Richtungswerten zur Erkennung der Orientierung des Geräts vorgegangen.
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Es ist auch denkbar, die Mittel zur Erfassung der Position des Geräts (seien sie als Sensor zur Erfassung von Bodenmerkmalen oder als Positionsbestimmungseinrichtung ausgeführt) auf dem Fahrzeug anzuordnen und die Gerätesteuereinheit mit einem Sensor zur Erfassung der Orientierung und/oder Position des Geräts gegenüber dem Fahrzeug oder der Orientierung und/oder Position des Fahrzeugs gegenüber dem Gerät zu verbinden. Die Signale des Sensors zur Erfassung der Orientierung und/oder Position des Geräts gegenüber dem Fahrzeug oder umgekehrt werden von der Gerätesteuereinheit benötigt, um die mit den Mitteln erfasste Orientierung bzw. Position in die Orientierung bzw. Position des Geräts bzw. dessen Referenzpunkts umzurechnen, wie im vorigen Absatz beschrieben. Der Sensor kann am Gerät angeordnet sein und seine Signale direkt an die Gerätesteuereinheit übergeben. Befindet sich der Sensor auf dem Fahrzeug, kann er seine Signale über ein separates Kabel oder drahtlos an die Gerätesteuereinheit übersenden, obwohl es auch denkbar wäre, sie über die Fahrzeugsteuereinheit und die Kommunikationsschnittstellen an die Gerätesteuereinheit zu übergeben.
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Die Dreipunktkupplung kann durch einen von der Fahrzeugsteuereinheit kontrollierten Aktor höhenverstellbar und die Fahrzeugsteuereinheit programmiert sein, die Ventilkontrolleinheit im Sinne einer Zentrierung der Dreipunktkupplung anzusteuern, sobald anhand eines Ausgangssignals eines Sensors zur Erfassung der Position der Dreipunktkupplung und/oder eines Stellbefehls an den Aktor erkennbar ist, dass wenigstens einer der Unterlenker eine Grenzposition nach oben hin überschreitet oder überschritten hat bzw. in absehbarer Zeit überschreiten wird. Dadurch verhindert man, dass der Unterlenker beim Anheben der Dreipunktkupplung in unerwünschter Weise an (Rahmen-)Teilen des Fahrzeugs anschlägt.
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Die Fahrzeugsteuereinheit kann mit einer Bedienerschnittstelle verbunden sein, welche mit einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Orientierung und/oder Position des Geräts und ggf. einer Abweichung der Orientierung und/oder Position des Geräts vom Sollweg und/oder der Frequenz und Amplitude der Stellbewegung des hydraulischen Zylinders und/oder mit einer Eingabeeinrichtung zur Eingabe einer gewünschten Orientierung und/oder eines gewünschten seitlichen Versatzes des Geräts (oder eines Referenzpunkts des Geräts) gegenüber dem Fahrzeug (oder einem Referenzpunkt am Fahrzeug) versehen ist.
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Die Gerätesteuereinheit kann programmiert sein, ein auf erfassten Signalen hinsichtlich des Geräts und/oder Stellbefehlen an den Zylinder basierendes Signal zur Beeinflussung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs an die Fahrzeugsteuereinheit zur Weitergabe an die Bedienerschnittstelle oder an eine selbsttätige Geschwindigkeitskontrolle des Fahrzeugs zu übersenden. Bei diesem Signal kann es sich beispielsweise um einen Warnhinweis zur Verminderung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs über die Fahrzeugsteuereinheit an die Bedienerschnittstelle und/oder eine selbsttätige Geschwindigkeitskontrolle des Fahrzeugs handeln. Es ist demnach neben einer Vorgabe der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs durch den Fahrer auch eine selbsttätige Geschwindigkeitsregelung denkbar. Diese kann darauf beruhen, durch einen geeigneten Sensor (z.B. eine Kamera mit einem Bildverarbeitungssystem) die Qualität des Arbeitsergebnisses des Geräts zu erfassen und eine größtmögliche Geschwindigkeit anzusteuern, bei der noch ein annehmbares Arbeitsergebnis erzielt wird. Sollte nun diese Geschwindigkeit zu im normalen Betrieb nicht zu erwartenden Stellbefehlen an den Zylinder führen, was sich darin äußern kann, dass die Amplitude und/oder Frequenz der Stellbewegung des Zylinders einen Schwellenwert überschreitet, wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs selbsttätig oder durch den Fahrer vermindert, wenn er die Geschwindigkeit vorgibt, denn bei dieser Ausführungsform wird er durch den Warnhinweis aufgefordert, langsamer zu fahren. Analog kann vorgegangen werden, wenn die Gerätesteuereinheit anhand von Signalen zur Erfassung der Position und/oder Orientierung und/oder einer insbesondere seitlichen Beschleunigung des Geräts erkennt, dass das Gerät nicht optimal arbeitet und eine Verlangsamung des Fahrzeuges sinnvoll erscheint. So kann beispielsweise das Fahrzeug verlangsamt werden, wenn das Gerät weiter als zu erwarten wäre vom Sollweg abweicht oder ständig hin- und her schlingert.
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Die Fahrzeugsteuereinheit kann mit einer Lenksteuerung des Fahrzeugs verbunden und programmiert sein, das Fahrzeug selbsttätig in einer die Führung des Geräts auf dem Sollweg ermöglichenden Weise zu führen. Die Kontrollsignale für die Lenksteuerung des Fahrzeugs können analog zu einer der oben beschriebenen Vorgehensweisen gewonnen werden, d.h. mittels eines Positionsbestimmungssystems und einer Karte eines Sollwegs (der in der Regel mit dem Sollweg des Geräts übereinstimmt) oder anhand eines Sensors zur Erfassung von Bodenmerkmalen, an denen das Fahrzeug und das Gerät entlang geführt werden. Hierbei können für das Gerät und das Fahrzeug dieselben Mittel zur Positionserfassung verwendet werden (ggf. unter Umrechnung der Positionen) oder Fahrzeug und Gerät sind mit getrennten Mitteln zur Positionserfassung ausgestattet.
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Ausführungsbeispiel
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In den Zeichnungen ist sind drei nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
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1 eine Seitenansicht eines selbstfahrenden landwirtschaftlichen Fahrzeugs mit einem daran angebrachten Gerät zur Feldbearbeitung und einer ersten Ausführungsform einer Anordnung zur seitlichen Führung des Geräts,
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2 eine Draufsicht auf die Dreipunktkupplung des Fahrzeugs der 1,
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3 eine Draufsicht auf die Dreipunktkupplung des Fahrzeugs der 1 mit einer zweiten Ausführungsform eines Sensors zur Erfassung des Seitenwinkels eines Unterlenkers, und
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4 eine Seitenansicht eines selbstfahrenden landwirtschaftlichen Fahrzeugs mit einem daran angebrachten Gerät zur Feldbearbeitung und einer weiteren Ausführungsform einer Anordnung zur seitlichen Führung des Geräts.
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Die 1 zeigt ein selbstfahrendes Fahrzeug 10 für landwirtschaftliche Anwendungszwecke, das als Ackerschlepper ausgeführt ist. Es umfasst ein tragendes Gestell 12, das sich zum Vortrieb des Fahrzeugs 10 in einer Vorwärtsrichtung V auf lenkbaren, vorderen Rädern 14 und antreibbaren, hinteren Rädern 16 abstützt, die auch durch zwei oder vier Raupenlaufwerke ersetzt werden könnten. Auf dem tragenden Gestell 12 ist eine Kabine 18 mit einem Bedienerarbeitsplatz 20 angebracht. Im Folgenden beziehen sich Richtungsangaben, wie vorn, hinten und seitlich, auf die Vorwärtsrichtung V.
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Ein Gerät 22 zur Feldbearbeitung ist mittels einer hinteren Dreipunktkupplung 24 am tragenden Gestell 12 des Fahrzeugs 10 angebracht. Die Dreipunktkupplung 24 umfasst zwei nebeneinander angeordnete Unterlenker 26 (vgl. dazu die 2 und 3) und einen Oberlenker 28.
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Das Gerät 22 umfasst ein Gestell 30, das durch lösbare Verbindungselemente 88 mit den Unterlenkern 26 und dem Oberlenker 28 gekoppelt ist. Am Gestell 30 ist ein Querträger 32 montiert, der eine Anzahl an seitlich nebeneinander angeordneten Bearbeitungsgeräten 34 trägt, die jeweils durch einen Parallelogrammlenker 36 am Querträger 32 angekoppelt und durch die Kraft einer Feder 38 vorgespannt werden. An einem Rahmen 40 des Bearbeitungsgeräts 34 ist jeweils an einer durch Federkraft nach unten vorgespannten Schwinge 44 ein Bodenlaufrad 42 befestigt und an der Rückseite des Rahmens 40 ein Federzinken 46, der eine unteres Schar 48 trägt, das zum Ausreißen unerwünschter Wildkräuter dient, die zwischen Reihen 50 auf einem Feld angebauter Pflanzen 52 dient. Anstelle des in der dargestellten Ausführungsform als so genannte Hacke ausgeführten Geräts 22 könnten beliebige andere Geräte 22 an der Dreipunktkupplung 24 angebracht werden, wie als Sämaschinen (insbesondere Drill- oder Einzelkornsämaschinen), Feldspritzen, Düngerstreuer etc. ausgeführte Geräte.
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Der Oberlenker 28 ist als längenverstellbarer, doppeltwirkender Hydraulikzylinder ausgeführt und hat somit zwei Anschlüsse 54, 56 zur hydraulischen Versorgung der Kolben- und Zylinderkammer. Ein Sensor 58 kann in den Oberlenker 28 integriert sein, um dessen Position (Auszugslänge) zu erfassen. Einer oder beide der Unterlenker 26 sind mittels eines Hydraulikzylinders 60 höhenverstellbar, dessen Kolbenstange 62 über einen am Gestell 30 angelenkten Dreieckhebel 64 und eine Koppelstange 66 schwenkbar mit einem etwa mittig am Unterlenker 26 befestigten Koppelpunkt 68 verbunden ist. Ein weiterer Koppelpunkt 68‘ kann wahlweise zur Ankopplung der Koppelstange 66 dienen. Ein in den Hydraulikzylinder 60 integrierter Sensor 70 kann die Position der Kolbenstange 62 erfassen und/oder ein weiterer Sensor 72 die Drehposition des Dreieckhebels 64. Die Drehstellung der Unterlenker 26 um die horizontal und quer zur Vorwärtsrichtung V verlaufende Achse kann durch einen weiteren Sensor 74 erfasst werden, der die Drehstellung eines die Unterlenker 26 verbindenden, sie drehbar am Gestell 12 abstützenden Bolzens 86 (s. 2) erfasst.
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Weiterhin ist einer der Unterlenker 26 (und somit auch des anderen Unterlenkers 26, der über das Gerät 22 mit dem erwähnten Unterlenker 26 gekoppelt ist) mittels eines Hydraulikzylinders 76 veränderbar, der sich zwischen einem Koppelpunkt 90 am Unterlenker 26 und einem Achsgehäuse 84, an dessen äußerem Ende Radbefestigungsflansche 82 zur Anbringung der hinteren Räder 16 angeordnet sind, erstreckt und dessen Position durch einen integrierten (oder nach 3 separaten, durch eine Verbindungsstange o.ä. 120 mit dem Unterlenker 26 gekoppelten) Sensor 80 erfasst werden kann. Der Hydraulikzylinder 76 ist doppeltwirkend und unter der Bezeichnung Seitenstabilisator erhältlich. Die 2 zeigt einen möglichen Verstellbereich der Unterlenker 26. In an sich bekannter Weise können Endanschläge in Form von Innenstabilisatoren nebst Verschleißplatten an den Unterlenkern 26 vorgesehen sein, um den Bewegungsfreiraum der Unterlenker 26 einzugrenzen und um zu verhindern, dass die Unterlenker 26 sich ggf. unter im rückwärtigen Bereich des Gestells 12 angeordnete Anhängeböcke bzw. unter ein Zapfwellengehäuse geraten und durch nachfolgendes Anheben Komponenten des Fahrzeugs 10 beschädigt werden.
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Die Kontrolle der Hydraulikzylinder 28, 60 und 76 erfolgt über eine Fahrzeugsteuereinheit 92, die über eine Ventilkontrolleinheit 94 einen Ventilblock 96 kontrolliert, an dem die Hydraulikzylinder 28, 60 und 76 angeschlossen sind. An der Fahrzeugsteuereinheit 92 sind auch die Sensoren 58, 70, 72, 74 und 80 angeschlossen. Eine Bedienerschnittstelle mit einer Anzeigeeinrichtung 98 und einer Eingabeeinrichtung 100 verbunden ist, ermöglicht eine Kontrolle der Hydraulikzylinder 28, 60 und 76 durch einen Bediener. Die Hydraulikzylinder 26, 60 und 76 sind der Dreipunktkupplung 24 zugeordnet, die üblicherweise vom Fahrzeug 10 abnehmbar ist, weshalb die hydraulischen Verbindungen zwischen dem Ventilblock 96 und den Hydraulikzylindern 28, 60 und 76 an der Rückseite des Gestells 12 üblicherweise durch trennbare Kupplungen hergestellt werden.
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Die Fahrzeugsteuereinheit 92 ist mit einer Kommunikationsschnittstelle 102 verbunden, die über einen zwischen Fahrzeug 10 und Gerät 22 mit einer trennbaren Steckdose ausgestatten Bus 114 mit einer Kommunikationsschnittstelle 110 einer Gerätesteuereinheit 108 (nach gegenseitiger Authentifizierung) bidirektional datenübertragend verbunden ist. Die Gerätesteuereinheit 110 ist ihrerseits mit Mitteln zur Erfassung der Position des Geräts 22 gegenüber einem Sollweg verbunden, die als Sensor 112 in Form einer Kamera mit einem Bildverarbeitungssystem ausgeführt ist, das die Position eines Referenzpunkts des Geräts 22 gegenüber den Reihen 50 erkennt. Der Bus 114 kann unter der Norm ISO 11783 oder einer beliebigen anderen Norm arbeiten und drahtgebunden oder drahtlos arbeiten.
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Das Fahrzeug 10 ist mit einem Positionsbestimmungssystem 106 ausgestattet, das im Betrieb Signale von (GSP-, Glonass- oder Galileo-)Satelliten und optional Korrektursignale dazu empfängt und Daten hinsichtlich der aktuellen Position des Fahrzeugs 10 (bzw. des Positionsbestimmungssystems 106) an eine Lenksteuerung 104 des Fahrzeugs 10 übersendet, welche einen Lenkaktor 116 des Fahrzeugs 10 kontrolliert und es entlang eines durch eine Karte definierten Sollwegs über das Feld lenkt. Der Sollweg kann vorab oder auf dem Feld geplant sein und im einfachsten Fall parallele Linien umfassen, die sich zwischen zwei Endpunkten erstrecken.
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Gleichzeitig erfasst der Sensor 112 die Position des Referenzpunkts des Geräts 22 gegenüber den Reihen 50 der Pflanzen 52. Er stellt der Gerätesteuereinheit 108 ein Fehlersignal bereit, das ggf. aussagt, wie weit und in welche Richtung der Referenzpunkt des Geräts 22 von einem Sollweg nach links oder rechts abweicht, der durch die Reihen 50 der Pflanzen 52 in der Weise definiert ist, dass das Schar 48 des Geräts 22 nur zwischen den Reihen 50 stehende Wildkräuter herausreißt, nicht aber die Pflanzen 52 oder ihre Wurzeln schädigt. Sollte das Fehlersignal einen Schwellenwert überschreiten, sendet die Gerätesteuereinheit 108 über die Kommunikationsschnittstelle 110, den Bus 114 und die Kommunikationsschnittstelle 102 einen Stellbefehl an die Fahrzeugsteuereinheit 92, die dann über die Ventilkontrolleinheit 94 und den Ventilblock 96 den Hydraulikzylinder 76 im Sinne einer Wiederherstellung der gewünschten Position des Geräts 22 gegenüber dem Sollweg ansteuert. Um zu verhindern, dass der Hydraulikzylinder 76 oder einer der Unterlenker 26 gegen einen seitlichen Anschlag stößt, überwacht die Fahrzeugsteuereinheit 92 das Ausgangssignal des Sensors 80 und veranlasst, wenn der Weg des Zylinders 76 einen Schwellenwert überschreitet, ein Gegenlenken der Lenksteuerung 104, wozu eine Kommunikationsverbindung zwischen der Fahrzeugsteuereinheit 92 und der Lenksteuerung 104 besteht.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist der Sensor 80 nicht mit der Fahrzeugsteuereinheit 92, sondern direkt (über ein separates Kabel oder den Bus 114 oder drahtlos) mit der Gerätesteuereinheit 108 verbunden und diese veranlasst ggf. das Gegenlenken durch die Lenksteuerung 104 über einen Lenkbefehl, der über die Kommunikationsschnittstelle 110, den Bus 114, die Kommunikationsschnittstelle 102 und die Fahrzeugsteuereinheit 92 an die Lenksteuerung 104 übersandt wird.
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Falls ein Bediener über die Eingabeeinrichtung 100 ein Ausheben der Dreipunktkupplung 24 veranlasst, ist vorgesehen, dass die Fahrzeugsteuereinheit 92 den Hydraulikzylinder 76 in eine Schwimmstellung oder eine mittige Stellung verbringt, um ein Anschlagen der Dreipunktkupplung 24 an Teilen des Fahrzeugs 10 zu verhindern. Analog wird vorgegangen, wenn ein Vorgewendemanagement beim Erreichen des Feldendes ein Ausheben der Dreipunktkupplung kommandiert. Das Verbringen des Hydraulikzylinders 76 in die Mittel- oder Schwimmstellung kann anhand des Stellbefehls des Bedieners über die Eingabeeinrichtung 100 und des Vorgewendemanagements und/oder anhand des Signals eines oder mehrerer der Sensoren 70, 72, 74 erfolgen, sobald dieses darauf hindeutet, dass die Höhe bzw. der Schwenkwinkel des Unterlenkers 26 einen Grenzwert nach oben hin überschreitet.
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Die Vortriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 kann durch den Bediener mittels eines Fahrhebels oder Pedals vorgegeben werden. Auf der Anzeigeeinrichtung 98 kann dem Bediener die Position des Geräts 22 und/oder die Abweichung der Position des Geräts 22 vom Sollweg und/oder die Frequenz und/oder Amplitude der Bewegungen des Hydraulikzylinders 76 angezeigt werden, indem der Gerätesteuereinheit 108 gemäß des Protokolls des Busses eine eigene Seite auf der als virtuelles Terminal arbeitenden Anzeigeeinrichtung 98 zugeordnet wird. Sollte einer oder beide dieser Werte einen Schwellenwert übersteigen, kann über die Anzeigeeinrichtung 98 ein Warnhinweis an den Bediener gegeben werden, dass er langsamer fahren möge, indem diese Seite selbsttätig aufgerufen wird, sobald die Gerätesteuereinheit 108 einen entsprechenden Befehl über den Bus 114 an die Fahrzeugsteuereinheit 92 sendet und der Warnhinweis auf der Seite angezeigt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Gerätesteuereinheit 108 über den Bus 114 und die Fahrzeugsteuereinheit 92 in eine Geschwindigkeitssteuerung 118 des Fahrzeugs 10 eingreifen und es in dem erwähnten Fall verlangsamen. Die Eingabeeinrichtung 100 kann auch eine Eingabe eines gewünschten, seitlichen Versatzes des Geräts 22 gegenüber dem Fahrzeug 10 und/oder eines Sollwinkels des Geräts 22 gegenüber der Vorwärtsrichtung V um die Hochachse ermöglichen.
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Die Geschwindigkeitssteuerung 118 des Fahrzeugs 10 kann bei einer fortgeschrittenen Ausführungsform von der Gerätesteuereinheit 108 über den Bus 114 und die Fahrzeugsteuereinheit 92 kontrolliert werden. Dazu kann die Qualität des Arbeitsergebnisses des Geräts 22 mittels einer weiteren Kamera 120 und einer Bildverarbeitung evaluiert und an die Gerätesteuereinheit 108 übergeben werden. Die Gerätesteuereinheit 108 veranlasst ein Beschleunigen des Fahrzeugs 10 solange, bis eine Geschwindigkeit erreicht ist, bei der die Qualität des Arbeitsergebnisses nicht mehr den Vorgaben entspricht, und veranlasst dann, die Geschwindigkeit geringfügig zu vermindern. Eine Geschwindigkeitsverminderung wird auch dann veranlasst, wenn die Amplitude und/oder Frequenz der Stellbewegungen des Hydraulikzylinders 76 den oben erwähnten Schwellenwert überschreiten oder das Gerät eine unerwartete Position oder Orientierung annimmt oder stark zur Seite hin beschleunigt wird.
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Bei der Ausführungsform nach 4 ist der Sensor 112 entfallen. Ansonsten sind der Ausführungsform der 1 entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Ansteuerung des Hydraulikzylinders 76 erfolgt bei der Ausführungsform nach 4 durch die Gerätesteuereinheit 108, der von der Fahrzeugsteuereinheit 92 eine Information hinsichtlich des seitlichen Versatzes des Referenzpunkts des Fahrzeugs 10 vom Sollweg zugeführt wird. Diese Information wird von der Lenksteuerung 104 basierend auf den Signalen des Positionsbestimmungssystems bereitgestellt und von der Fahrzeugsteuereinheit 92 über den Bus an die Gerätesteuereinheit 108 übermittelt. Letzterer liegt somit ein Fehlersignal hinsichtlich des Betrags und der Richtung der Abweichung des Referenzpunkts am Gerät 22 gegenüber von dessen Sollweg, der mit dem Sollweg des Fahrzeugs 10 übereinstimmt, vor. Anhand des Fehlersignals kontrolliert die Gerätesteuereinheit 108 den Hydraulikzylinder 76 in der oben beschriebenen Weise an, wobei die Signale des Sensors 80 als Rückkopplungswert dienen, um den Fehler zu kompensieren und das Gerät 22 in der Art eines Nachlaufanhängers möglichst genau auf dem Sollweg zu führen.
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Es ist noch anzumerken, dass die Ansteuerung des hydraulischen Zylinders 76 auch einen Einfluss auf die Orientierung des Geräts 22, d.h. seinen Drehwinkel um die Hochachse hat, was gut anhand der 2 erkennbar ist. Diese Drehbewegung kann genutzt werden, um das Gerät 22 möglichst genau parallel zum Sollweg auszurichten, beispielsweise zu den Reihen 50 der Pflanzen 52, was beispielsweise dann sinnvoll ist, wenn die Orientierung des Geräts 22 für dessen Funktion von Bedeutung ist. Die aktuelle Orientierung des Geräts 22 kann bei der Ausführungsform nach 1 durch die Kamera 112 erfasst werden, deren Bilder (auch) eine Information über die Ausrichtung der Reihen 50 der Pflanzen 52 gegenüber dem Gerät 22 enthalten, welche durch das Bildverarbeitungssystem ausgewertet werden kann. Bei der Ausführungsform nach 4 liefert das Positionsbestimmungssystem 106 auch Hinweise zur Orientierung des Fahrzeugs 10 gegenüber dem Sollweg, die (durch die Fahrzeugsteuereinheit 92 oder die Gerätesteuereinheit 108) anhand der Signale des Sensors 80 in die Orientierung des Geräts 22 umgerechnet werden können.
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Insbesondere kann durch die erzielte Drehung des Geräts 22 um die Hochachse verhindert werden, dass durch Lenkbewegungen hervorgerufene Orientierungsänderungen des Fahrzeugs 10 auf das Gerät 22 übertragen werden, um beispielsweise einen ruhigeren Lauf des Geräts 22 auf dem Sollweg zu erzielen, während Richtungskorrekturen des Fahrzeugs 10 durch den Fahrer oder die automatische Lenksteuerung 104 vorgenommen werden. Bei einer derartigen Betriebsart würde als Eingangsgröße für die Regelung nicht der seitliche Versatz des Geräts 22 gegenüber dem Sollweg, wie oben beschrieben, sondern die Abweichung der Orientierung (Vorwärtsrichtung) des Geräts 22 gegenüber der Orientierung (Vorwärtsrichtung) des Sollwegs durch die Gerätesteuereinheit 108 verwendet werden.
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Es wäre in einer weiteren Betriebsart auch eine kombinierte Korrektur der lateralen Position des Geräts 22 und von dessen Orientierung denkbar, z.B. durch situationsbedingtes Umschalten zwischen diesen beiden Regelgrößen oder durch Bildung einer gemischten Regelgröße.
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Schließlich kann noch vorgesehen sein, dass eine Ansteuerung des Zylinders 76 durch die Fahrzeugsteuereinheit 92 und/oder die Gerätesteuereinheit 108 nur dann möglich ist, wenn das Fahrzeug 10 mit einer Mindestgeschwindigkeit fährt, während der Zylinder 87 ansonsten blockiert ist. Dadurch vermeidet man einerseits, dass das Gerät 22 bei stehendem Fahrzeug 10 seitlich bewegt wird, was zu Schäden an den bodenberührenden Teilen des Geräts 22 (im dargestellten Beispiel am Bodenlaufrad 42 und am Schar 48) führen kann, und vermindert andererseits auch die Unfallgefahr.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10303516 A1 [0003, 0003, 0003, 0005]
- US 6865465 B2 [0003, 0005]
- US 2011/0112721 A1 [0003, 0005]
- US 7162348 B2 [0003, 0005]
- DE 202015005363 U1 [0003, 0005]
- DE 102009028409 A1 [0003, 0005]
- DE 4102487 A1 [0004, 0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO 11783 [0006]
- ISO 11783 [0010]
- Norm ISO 11783 [0031]
