DE102021125360A1

DE102021125360A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Lenkvorgabe für eine landwirtschaftliche Maschine

Info

Publication number: DE102021125360A1
Application number: DE102021125360.8A
Authority: DE
Inventors: Theodor Leeb
Original assignee: Horsch Leeb Application Systems GmbH
Current assignee: Horsch Leeb Application Systems GmbH
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung einer Lenkvorgabe für einen automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb einer Lenkeinrichtung einer lenkbaren landwirtschaftlichen Maschine. Hierbei umfasst die Vorrichtung (1) eine erste Lenkvorgabeeinrichtung (2), die ausgebildet ist, eine erste Lenkvorgabe (2a) basierend auf Positions- und/oder Bewegungsdaten der landwirtschaftlichen Maschine (10) zu bestimmen sowie eine zweite Lenkvorgabeeinrichtung (3), die ausgebildet ist, eine zweite Lenkvorgabe (3a) basierend auf einer erfassten Lage eines Arbeitsgeräts (11) der landwirtschaftlichen Maschine (10) relativ zu einem zu behandelnden Bereich einer landwirtschaftlichen Fläche zu bestimmen. Die Vorrichtung (1) umfasst ferner ein Modul (4) zur Lenkvorgabenverwaltung, das ausgebildet ist, eingangsseitig die erste und zweite Lenkvorgabe (2a, 3a) zu empfangen und in Abhängigkeit von einer Umschaltbedingung wahlweise die erste Lenkvorgabe (2a) oder die zweite Lenkvorgabe (3a) als Lenkvorgabe (4a) zur Ansteuerung der Lenkeinrichtung (5) auszugeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung einer Lenkvorgabe für einen automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb einer Lenkeinrichtung einer lenkbaren landwirtschaftlichen Maschine. Die Erfindung betrifft ferner eine landwirtschaftliche Maschine mit einer solchen Vorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind lenkbare landwirtschaftliche Maschinen bekannt, deren Lenkeinrichtung in einem automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb betreibbar ist, um einen automatisierten oder halbautomatisierten Lenk- bzw. Fahrbetrieb der landwirtschaftlichen Maschine zu realisieren.
Beispiele hierfür sind selbstfahrende landwirtschaftliche Maschinen, die z. B. für einen autonomen oder halbautonomen Fahrbetrieb mittels der Lenkeinrichtung selbsttätig so gelenkt werden, dass eine zu bearbeitende landwirtschaftliche Fläche in gewünschter Weise abgefahren und bearbeitet wird. Beispiele hierfür sind ferner gezogene landwirtschaftliche Maschinen, die Lenkeinrichtungen zur spurgetreuen Nachführung der gezogenen landwirtschaftlichen Maschine hinter dem Zugfahrzeug aufweisen. Hierbei werden die Räder der gezogenen landwirtschaftlichen Maschine automatisch so gelenkt, dass sie möglichst in der Spur des Zugfahrzeugs fahren. Damit soll ein Bahnfehler zwischen Zugfahrzeug und gezogener landwirtschaftlicher Maschine vermieden werden, z. B. bei Kurvenein- und Kurvenausfahrt. Entsprechend kann die überfahrene Fläche möglichst geringgehalten werden, damit die gezogene landwirtschaftliche Maschine keine neuen Fahrspuren definiert. Dadurch können Schäden am Pflanzenbestand durch Überfahren möglichst geringgehalten werden.
Zur Erzeugung von Lenkvorgaben für derartige Lenkeinrichtungen ist es aus der Praxis bekannt, die Bewegung der landwirtschaftlichen Maschine und/oder des Zugfahrzeugs zu erfassen. Beispielsweise ist es aus der Praxis bekannt, dass die Lenkeinrichtungen häufig basierend auf GPS-Signalen angesteuert wurden, oder das Gyroskope vorgesehen waren, anhand deren Daten wiederum die Lenkung angesteuert wurde.
Die aus der Praxis bekannten Ansätze zur Erzeugung von Lenkvorgaben für solche Lenkeinrichtungen ermöglichen jedoch nicht immer einen zuverlässigen Lenkbetrieb zur Durchführung von Arbeitsvorgängen mittels der landwirtschaftlichen Maschine. Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Technik zur Erzeugung von Lenkvorgaben für einen automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb einer Lenkeinrichtung einer lenkbaren landwirtschaftlichen Maschine bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Lenkvorgabe für einen automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb einer Lenkeinrichtung einer lenkbaren landwirtschaftlichen Maschine bereitgestellt.
Die Vorrichtung umfasst eine erste Lenkvorgabeeinrichtung, die ausgebildet ist, eine erste Lenkvorgabe basierend auf Positions- und/oder Bewegungsdaten der landwirtschaftlichen Maschine zu bestimmen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine zweite Lenkvorgabeeinrichtung, die ausgebildet ist, eine zweite Lenkvorgabe basierend auf einer erfassten Lage eines Arbeitsgeräts der landwirtschaftlichen Maschine relativ zu einem zu behandelnden Bereich einer landwirtschaftlichen Fläche zu bestimmen. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Modul zur Lenkvorgabenverwaltung, das ausgebildet ist, vorzugsweise in einem Betriebsmodus zur Bearbeitung der landwirtschaftlichen Fläche, eingangsseitig die erste und zweite Lenkvorgabe zu empfangen und in Abhängigkeit von einer Umschaltbedingung wahlweise die erste Lenkvorgabe oder die zweite Lenkvorgabe als Lenkvorgabe zur Ansteuerung der Lenkeinrichtung auszugeben.
Dies bietet den Vorzug, dass zwei unterschiedliche Lenkvorgaben wahlweise verwendbar sind, wobei die Umschaltbedingung zweckmäßig festlegt, welche der beiden Lenkvorgaben aktuell zur Ansteuerung der Lenkeinrichtung ausgegeben wird. Dies ermöglicht vorteilhaft eine präzisere Lenkung und präzisere Durchführung eines Arbeitsvorgangs mit dem Arbeitsgerät. Die zweite Lenkvorgabe ist besonders vorteilhaft für die Feinsteuerung der Lenkung während eines Arbeitsvorgangs, da hierbei die erfasste Lage des Arbeitsgeräts relativ zum behandelnden Bereich eingeht. Entsprechend können somit auch kleine Fehlpositionierungen des Arbeitsgeräts erkannt und korrigiert werden. Andererseits kann die erste Lenkvorgabe, die in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von Positions- und/oder Bewegungsdaten der landwirtschaftlichen Maschine bestimmt wird, vorzugsweise für die Einfahrt in und die Ausfahrt aus der landwirtschaftlichen Fläche und/oder des zu behandelnden Bereichs, bei Kurvenfahrten und/oder bei Fahrten ins Vorgewende und Fahrten aus dem Vorgewende und/oder allgemein zur Groblenkung und/oder Grobpositionierung der landwirtschaftlichen Maschine verwendet werden. Ferner erhöht die Verwendung der beiden unterschiedlichen Lenkvorgaben die Redundanz der Lenksteuerung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Lenkvorgabeeinrichtung ausgebildet, die zweite Lenkvorgabe zur Kompensation einer Fehllage des Arbeitsgeräts zu bestimmen, wobei die Fehllage eine Abweichung des Arbeitsgeräts von einer Sollposition des Arbeitsgeräts relativ zu dem behandelnden Bereich der landwirtschaftlichen Fläche angibt. Die zweite Lenkvorgabe dient somit dazu, erfasste Fehllagen des Arbeitsgeräts durch einen Lenkeingriff zu korrigieren.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante dieser Ausführungsform ist die erfasste Lage des Arbeitsgeräts eine erfasste Lage des Arbeitsgeräts relativ zu einer Pflanzenreihe und/oder zu einem durch Pflanzenreihen gebildeten Pflanzenreihenraster der landwirtschaftlichen Fläche (nachfolgend kurz als Pflanzenreihenraster bezeichnet). Die erfasste Lage des Arbeitsgeräts kann auch eine erfasste Lage des Arbeitsgeräts relativ zu einer Pflanze (z. B. Unkraut) oder zu einem Pflanzenbestand sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Fehllage des Arbeitsgeräts eine Abweichung des Arbeitsgeräts von einer Sollposition relativ zu der Pflanze, der Pflanzenreihe und/oder zu dem Pflanzenreihenraster der landwirtschaftlichen Fläche sein. Dies ist besonders vorteilhaft, falls mit dem Arbeitsgerät Pflanzenreihen oder Zwischenbereiche von Pflanzenreihen bearbeitet werden sollen, wobei das Arbeitsgerät relativ zu Pflanzenreihen zu positionieren ist. Entsprechend wird eine besonders präzise Lenksteuerung zur reihenbezogenen Bearbeitung von landwirtschaftlichen Flächen ermöglicht.
Da die Aussaat einer Vielzahl von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen entlang von Saatreihen erfolgt, bilden sich auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche während der Wachstumsphase der Nutzpflanzen Pflanzenreihen (Reihenkulturen) bzw. ein Pflanzenreihenraster aus. Hierbei können sich jedoch lokal Abweichungen von einem perfekten Pflanzenreihenraster ergeben. Beispielsweise, falls es beim Anschlussfahren der Saatmaschinen während der Aussaat zu abweichenden Abständen zwischen zwei benachbarten Reihengruppen der Reihenkultur gekommen ist oder falls die Saatmaschine bei der Aussaat einer Reihengruppe nicht geradlinig gefahren ist. Derartige Situationen führen in der Regel zu Fehllagen des Arbeitsgeräts für die reihenbezogene Bearbeitung, falls die Lenkvorgabe für die Lenksteuerung nur anhand von Positions- und/oder Bewegungsdaten der landwirtschaftlichen Maschine bestimmt wird, nicht jedoch unter Berücksichtigung der Lage bzw. Fehllage des Arbeitsgeräts zur Pflanzenreihe.
Die zweite Lenkvorgabeeinrichtung kann eingangsseitig in Signalverbindung mit einer Sensoreinrichtung zur Umfelderfassung der landwirtschaftlichen Maschine stehen, die ausgebildet ist, die Lage des Arbeitsgeräts der landwirtschaftlichen Maschine relativ zu dem zu behandelnden Bereich zu erfassen. Die Sensoreinrichtung zur Umfelderfassung kann als Ultraschallsensor, Radarsensor oder Lidarsensor ausgeführt sein. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante ist eine Ausführung der Sensoreinrichtung als mindestens eine Kamera.
Entsprechend kann in einer weiteren Ausführungsform die zweite Lenkvorgabeeinrichtung ausgebildet sein, die erfasste Lage des Arbeitsgeräts basierend auf Kameradaten mindestens einer an der landwirtschaftlichen Maschine angeordneten Kamera zu bestimmen. Die Lage des Arbeitsgeräts, insbesondere eine Fehllage des Arbeitsgeräts, z. B. in Bezug zu einer Pflanzenreihe, kann anhand von Kameradaten besonders präzise ermittelt werden. Hierzu kann die zweite Lenkvorgabeeinrichtung ausgebildet sein, eingangsseitig die Kameradaten zu empfangen. Die mindestens eine Kamera ist bevorzugt so an der landwirtschaftlichen Maschine angeordnet, dass der Blickwinkel der Kamera eine Lage des Arbeitsgeräts relativ zu einem zu behandelnden Bereich der landwirtschaftlichen Fläche erfasst. Die Kamera kann eingerichtet sein, einzelne Pflanzen (z. B. Unkraut) oder Pflanzenreihen zu erfassen bzw. zu detektieren.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante dieser Ausführungsform gibt die Umschaltbedingung einen Wechsel von der Ausgabe der ersten Lenkvorgabe zur Ausgabe der zweiten Lenkvorgabe vor, wenn basierend auf den Kameradaten eine Pflanzenreihe oder ein Pflanzenreihenraster erfasst wird, d. h. anhand der Kameradaten kann festgestellt werden, ob eine Pflanzenreihe oder ein Pflanzenreihenraster erkannt wird und/oder deren oder dessen Lage erkannt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Umschaltbedingung einen Wechsel von der Ausgabe der zweiten Lenkvorgabe zur Ausgabe der ersten Lenkvorgabe vorgeben, wenn basierend auf den Kameradaten eine Unterbrechung der Pflanzenreihe oder des Pflanzenreihenrasters erkannt wird oder eine Erfassung der Pflanzenreihe oder des Pflanzenreihenrasters nur fehlerhaft oder nicht mehr möglich ist. Anders ausgedrückt erfolgt somit die Lenksteuerung basierend auf den Kameradaten, sobald und solange anhand der Kameradaten die Pflanzenreihe und/oder das Pflanzenreihenraster zuverlässig erkannt wird, andernfalls wird auf die erste Lenkvorgabe zurückgegriffen. Sobald die landwirtschaftliche Maschine beispielsweise in einen Bereich bewegt wird, z. B. in Richtung des Vorgewendes oder in Richtung einer Kurve, in dem die Kamera keine Reihe mehr ausreichend exakt detektieren kann, erfolgt vorzugsweise eine Umschaltung der Lenkung derartig, dass die Lenkung nun anstelle auf der zweiten Lenkvorgabe basierend auf der ersten Lenkvorgabe basierend erfolgt. Die Umschaltung kann hierbei z. B. solange erfolgen, bis die Kamera wieder eine ausreichend exakte Detektion der Pflanzenreihen ausführen kann. Ein Wechsel zwischen den Lenkvorgaben wird durch das Modul zur Lenkvorgabeverwaltung vorzugsweise automatisiert initiiert, beispielweise in Abhängigkeit der Signalstärke oder Erfassungsqualität des Kamerasystems.
Entsprechend kann eine besonders präzise Ausrichtung des Arbeitsgeräts an der Pflanzenreihe und/oder dem Pflanzenreihenraster durch die Lenksteuerung während eines reihenbezogenen Arbeitsvorgangs der landwirtschaftlichen Maschine erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Positions- und/oder Bewegungsdaten Positionsdaten eines satellitengestützten Positionserfassungssystems, beispielsweise GPS-Daten. Alternativ oder zusätzlich können die Positions- und/oder Bewegungsdaten Odometriedaten der landwirtschaftlichen Maschine und/oder Daten eines an der landwirtschaftlichen Maschine angeordneten Gyroskops umfassen. Letztere können mit den Daten des satellitengestützten Positionserfassungssystems zur Erhöhung der Genauigkeit der Positionsermittlung fusioniert werden oder alternativ hierzu verwendet werden, z. B. falls gerade kein Empfang der satellitengestützten Positionsdaten möglich ist.
Vorstehend wurde bereits festgestellt, dass die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft für die Lenksteuerung einer landwirtschaftlichen Maschine ist, die zur reihenbezogenen Bearbeitung verwendet wird. In einer weiteren Ausführungsform kann das Arbeitsgerät entsprechend ein Arbeitsgerät zur reihenbezogenen Bearbeitung eines Pflanzenbestands oder zur reihenbezogenen Bodenbearbeitung sein. Das Arbeitsgerät kann ein sich quer zur Fahrtrichtung erstreckendes Verteilgestänge sein, beispielsweise ein Spritzgestänge einer Feldspritze sein. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die konkrete Lenkung somit basierend auf einer Position von bspw. Spritzdüsen gegenüber den Pflanzenreihen erfolgen, wodurch eine Verteilung der Spritzflüssigkeit besonders vorteilhaft an den Pflanzenbestand für eine reihenbezogene Ausbringung angepasst werden kann. Das Verteilgestänge kann ferner ein Verteilgestänge eines pneumatischen Düngerstreuers sein. Alternativ kann das Arbeitsgerät ein sich quer zur Fahrtrichtung erstreckender Montagebalken sein, an dem Verteilelemente oder Arbeitswerkzeuge, vorzugsweise Bodenbearbeitungswerkzeuge, montiert sind. Bei dem Bodenbearbeitungswerkzeug kann es sich beispielsweise um ein Hack- oder Striegelwerkzeug handeln.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Lenkvorgabeeinrichtung ferner ausgebildet, basierend auf einer erfassten Lage der Räder der landwirtschaftlichen Maschine zwischen zwei Pflanzenreihen, die zweite Lenkvorgabe unter der Vorgabe zu bestimmen, dass ein Überfahren von Pflanzenreihen verhindert wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird somit zusätzlich die Lage der Räder relativ zu den Pflanzenreihen erfasst. Die zweite Lenkvorgabe wird somit dahingehend begrenzt, angepasst und/oder unter der Maßgabe der Randbedingung festgelegt, dass die durch die zweite Lenkvorgabe erzeugte Lenkung nicht zu einem Überfahren von Pflanzenreihen mittels der Räder führt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante hiervon ist die zweite Lenkvorgabeeinrichtung ausgebildet, die erfasste Lage der Räder zwischen zwei Pflanzenreihen basierend auf Kameradaten mindestens einer an der landwirtschaftlichen Maschine angeordneten Kamera zu bestimmen. Bei der Kamera und/oder den Kameradaten kann es sich um die gleiche Kamera und/oder Kameradaten handeln, die auch zur Erfassung der Lage des Arbeitsgeräts verwendet wird/werden. Alternativ kann es sich um eine andere Kamera oder allgemein eine andere Sensorvorrichtung handeln, z. B. eine Kamera oder eine Sensorvorrichtung, die an einem unteren Bereich der landwirtschaftlichen Maschine angeordnet ist, um von dort die Lage der Räder zwischen zwei Pflanzenreihen zu erfassen. Hierbei ist es möglich, dass diese weitere Kamera oder weitere Sensorvorrichtung beispielsweise nur dann aktiviert ist, wenn eine Lenkung gemäß Umschaltbedingung aktuell basierend auf der zweiten Lenkvorgabe erfolgt, d. h. bspw. nicht aktiviert ist, wenn eine Lenkung basierend auf der ersten Lenkvorgabe erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lenkeinrichtung eine Achsschenkellenkung und/oder eine Deichsellenkung. Derartige Lenkungen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen hier nicht näher erläutert werden.
In einer weiteren Ausführungsform, bei der die zweite Lenkvorgabeeinrichtung ausgebildet ist, die erfasste Lage des Arbeitsgeräts basierend auf Kameradaten zu erfassen, ist die zweite Lenkvorgabeeinrichtung optional ferner ausgebildet, eine Windstärke und/oder Windrichtung zu empfangen, z. B. von einer an der landwirtschaftlichen Maschine angeordneten Winderfassungseinrichtung oder von einer externen Wetterstation oder Wetterdatenbank. Hierbei ist die zweite Lenkvorgabeeinrichtung ausgebildet, eine erfasste Lage der Pflanzenreihe und/oder des Pflanzenreihenrasters anhand der Kameradaten zu bestimmen und die Lage in Abhängigkeit von der erfassten Windstärke und/oder Windrichtung zu korrigieren. Die korrigierte Lage wird zur Bestimmung der Fehllage des Arbeitsgeräts relativ zu einer Pflanzenreihe und/oder zu einem Pflanzenreihenraster verwendet. Dies bietet den Vorteil, dass windbedingte Fehlerfassungen der Lage der Pflanzenreihe und/oder des Pflanzenreihenrasters korrigiert werden können.
Lediglich beispielhaft kann die zweite Lenkvorgabeeinrichtung ausgebildet sein, zur Korrektur der Lage der Pflanzenreihe und/oder des Pflanzenreihenrasters in Abhängigkeit von der ermittelten Windstärke und/oder Windrichtung einen Offset-Wert zu bestimmen, der eine durch die ermittelte Windstärke und/oder Windrichtung erzeugte Verschiebung eines durch die Sensoreinrichtung erfassbaren oberen Pflanzenbereichs relativ zu einem Wurzelbereich der Pflanze angibt. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn anhand der Kameradaten die Lage der Pflanzenreihe anhand des oberen Pflanzenbereichs ermittelt wird, mit dem Arbeitswerkzeug jedoch der Bodenbereich oder untere Pflanzenbereich bearbeitet werden soll.
Die Vorrichtung, insbesondere die erste Lenkvorgabeeinrichtung, die zweite Lenkvorgabeeinrichtung und das Modul zur Lenkvorgabenverwaltung können programmtechnisch als Software-Routine(n) implementiert sein, z. B. in einem Steuergerät zur Steuerung der Lenkeinrichtung. Die Vorrichtung kann hierzu entsprechend programmtechnisch eingerichtete Hardware, wie eine CPU mit Datenspeicher, aufweisen oder hierauf zugreifen. Das Modul zur Lenkvorgabenverwaltung kann auch als sog. Arbiter bezeichnet werden. Die Umschaltbedingung kann fortlaufend während des automatisierten oder halbautomatisierten Betriebs der Lenkeinrichtung geprüft werden, um fortlaufend festzulegen, welche der Lenkvorgaben aktuell zur Ansteuerung der Lenkeinrichtung ausgegeben wird.
Das Modul zur Lenkvorgabenverwaltung kann optional weitere Lenkvorgaben eingangsseitig empfangen, beispielsweis eine manuelle Lenkvorgabe durch einen Benutzer der landwirtschaftlichen Maschine, falls diese auch manuell lenkbar ist. In diesem Fall kann das Modul zur Lenkvorgabenverwaltung ausgebildet sein, immer die manuelle Lenkvorgabe priorisiert auszugeben. Ferner kann die Umschaltbedingung ausgeführt sein, dass die Umschaltbedingung einen Wechsel von der Ausgabe der zweiten Lenkvorgabe zur Ausgabe der ersten Lenkvorgabe vorgibt, wenn basierend auf Positions- und/oder Bewegungsdaten der landwirtschaftlichen Maschine eine zu große Abweichung von einer Sollposition der landwirtschaftlichen Maschine festgestellt wird, z. B. eine Abweichung, die einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, ungeachtet dessen, ob z. B. basierend auf den Kameradaten eine Pflanzenreihe oder ein Pflanzenreihenraster erfasst wird oder nicht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Ausrichtung an der Pflanzenreihe nicht auf Kosten der Einhaltung der geplanten oder vorgesehenen Fahrtstrecke geht. Das Modul zur Lenkvorgabenverwaltung kann ferner ausgebildet sein, den Wechsel zwischen der ersten und zweiten Lenkvorgabe anhand der Umschaltbedingung nur während eines Arbeitsvorgangs der landwirtschaftlichen Maschine mit dem Arbeitsgerät durchzuführen, also nicht bei z. B. Fahrten hin und von der zu bearbeitenden landwirtschaftlichen Fläche oder Rangierfahrten.
Die Erfindung betrifft ferner eine lenkbare landwirtschaftliche Maschine, die eine Lenkeinrichtung für einen automatisierten oder halbautomatisierten Lenkbetrieb der landwirtschaftlichen Maschine umfasst. Die lenkbare landwirtschaftliche Maschine umfasst ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Lenkvorgabe für einen automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb der Lenkeinrichtung, wie sie in diesem Dokument beschrieben ist.
Die lenkbare landwirtschaftliche Maschine kann beispielsweise als gezogene landwirtschaftliche Maschine, z. B. als gezogener Anhänger mit wenigstens einer lenkbaren Achse und/oder Zugdeichsel, ausgeführt sein.
In einer möglichen Ausführungsvariante hiervon kann die landwirtschaftliche Maschine ferner umfassen: wenigstens eine Sensoreinheit, die dem gezogenen Anhänger funktional und/oder räumlich zugeordnet ist und Bewegungen des Anhängers erfassen kann, wenigstens einen Aktor, über welchen eine Lenkbewegung der Achse und/oder Zugdeichsel bewirkbar ist, eine Steuer- und/oder Regeleinheit, die mit der wenigstens einen Sensoreinheit und dem wenigstens einen Aktor in Wirkverbindung steht. Hierbei ist die Steuer- und/oder Regeleinheit derart ausgebildet, dass diese unter Berücksichtigung der über die wenigstens eine Sensoreinheit erfassten Bewegung des Anhängers den wenigstens einen Aktor eine definierte Bewegung der wenigstens einen lenkbaren Achse und/oder Zugdeichsel ansteuern kann, so dass ein jeweiliges an die lenkbare Achse gekoppeltes Rad des Anhängers zumindest näherungsweise in einer Fahrspur des Zugfahrzeuges bewegbar ist. Eine derartige Ausführung der Lenkung der landwirtschaftlichen Maschine (bis auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung der zwei Lenkvorgaben) ist beispielsweise aus der Veröffentlichungsschrift EP 3 090 922 A1 bekannt. In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf die Anmeldung EP 3 090 922 A1 , deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird, insbesondere betreffend die Aspekte der Sensoreinheit, der Erfassung der Bewegung des Anhängers, und der Berechnung von Einschlagwinkeln zur annähernden Verfolgung der Bahn des Zugfahrzeugs.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die lenkbare landwirtschaftliche Maschine ein Chassis, an welchem als Arbeitsgerät ein Montagebalken mit daran angeordneten Arbeitswerkzeugen mittels eines Verschieberahmens horizontal quer zur Fahrtrichtung verschiebbar gehaltert ist. Hierbei ist die landwirtschaftliche Maschine ausgebildet, eine Fehllage des Arbeitsgeräts relativ zu einer Pflanzenreihe und/oder zu einem durch Pflanzenreihen gebildeten Pflanzenreihenraster zu bestimmen, vorzugsweise anhand von erfassten Kameradaten der Pflanzenreihe und/oder des Pflanzenreihenrasters, und zur Kompensation der erfassten Fehllage den Montagebalken mittels des Verschieberahmens horizontal quer zur Fahrtrichtung zu verschieben. Gemäß dieser Ausführungsform kann zusätzlich zu dem Lenkeingriff ferner das Arbeitsgerät direkt quer zur Fahrtrichtung verschoben werden, um die erfasste Fehllage auszugleichen. Hierdurch kann eine noch genauere und/oder schnellere Kompensation von Fehllagen erzielt werden, beispielsweise auch dann, wenn dies durch einen Lenkeingriff alleine nicht oder nur nachteilig möglich wäre, z. B. wenn hierzu die Räder eine Pflanzenreihe überfahren müssten und dies z. B. vermieden werden soll.
Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Lenkvorgabe für einen automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb einer Lenkeinrichtung einer lenkbaren landwirtschaftlichen Maschine bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen einer ersten Lenkvorgabe basierend auf Positions- und/oder Bewegungsdaten der landwirtschaftlichen Maschine; ferner ein Bestimmen einer zweiten Lenkvorgabe basierend auf einer erfassten Lage eines Arbeitsgeräts der landwirtschaftlichen Maschine relativ zu einem zu behandelnden Bereich einer landwirtschaftlichen Fläche; und ein wahlweises Ausgeben der ersten Lenkvorgabe oder der zweiten Lenkvorgabe als Lenkvorgabe zur Ansteuerung der Lenkeinrichtung in Abhängigkeit einer Umschaltbedingung.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein und umgekehrt. Die vorgenannten Aspekte und erfindungsgemäßen Merkmale, die in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben sind, gelten somit auch für das Verfahren. Insbesondere sollen die Aspekte betreffend die Funktionen der ersten und zweiten Lenkvorgabeeinrichtung auch als entsprechend korrespondierende Verfahrensmerkmale im Rahmen der Bestimmung der ersten und zweiten Lenkvorgabe offenbart und beanspruchbar sein.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Lenkvorgabe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Draufsicht auf eine landwirtschaftliche Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Vorderansicht auf eine landwirtschaftliche Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine Draufsicht auf eine landwirtschaftliche Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 ein Ablaufdiagramm zur Illustration eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in den Figuren zum Teil mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und zum Teil nicht gesondert beschrieben.
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 dient zur Bestimmung einer Lenkvorgabe 4a für einen automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb einer Lenkeinrichtung 5 einer lenkbaren landwirtschaftlichen Maschine. Bei einem automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb einer Lenkeinrichtung 5 erzeugt diese selbsttätig Lenkeingriffe zur Querführung der landwirtschaftlichen Maschine. Die Vorrichtung 1 wird in der landwirtschaftlichen Maschine verbaut, z. B. als Steuergerät der Lenkeinrichtung oder als programmtechnisch implementierte (Teil-)Funktion eines solchen Steuergeräts. Lediglich beispielhaft kann die landwirtschaftliche Maschine eine gezogene landwirtschaftliche Maschine 10 sein, wie sie in 2 (ohne Zugmaschine) dargestellt ist. Die Lenkung kann als eine Achsschenkellenkung oder eine Deichsellenkung ausgeführt sein.
Die in 1 schematisch dargestellte Vorrichtung 1 umfasst eine erste Lenkvorgabeeinrichtung 2, die ausgebildet ist, eine erste Lenkvorgabe 2a basierend auf Positions- und/oder Bewegungsdaten der landwirtschaftlichen Maschine 10 zu bestimmen. Die Positions- und/oder Bewegungsdaten können beispielsweise Positionsdaten eines satellitengestützten Positionserfassungssystems, z. B. ein GPS-System, umfassen. Entsprechend kann die erste Lenkvorgabeeinrichtung 2 eingangsseitig in Signalverbindung mit einem GPS-Empfänger stehen, um entsprechende Positionsdaten zu empfangen. Die Positions- und/oder Bewegungsdaten können auch Odometriedaten der landwirtschaftlichen Maschine und/oder Daten eines an der landwirtschaftlichen Maschine angeordneten Gyroskops umfassen. Die erste Lenkvorgabeeinrichtung 2 kann z. B. basierend auf Positions- und/oder Bewegungsdaten unter Abgleich der Vorgaben eines Spurplanungssystems Lenkvorgaben 2a erzeugen, um die landwirtschaftliche Maschine eine zu behandelnde landwirtschaftliche Fläche abfahren zu lassen.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine zweite Lenkvorgabeeinrichtung 3, die ausgebildet ist, eine zweite Lenkvorgabe 3a basierend auf einer erfassten Lage eines Arbeitsgeräts 11 der landwirtschaftlichen Maschine 10 relativ zu einem zu behandelnden Bereich einer landwirtschaftlichen Fläche zu bestimmen. Hierzu kann die zweite Lenkvorgabeeinrichtung 3 eingangsseitig in Signalverbindung mit einer Sensoreinrichtung zur Umfelderfassung der landwirtschaftlichen Maschine stehen, die ausgebildet ist, die Lage des Arbeitsgeräts 11 der landwirtschaftlichen Maschine 10 relativ zu dem zu behandelnden Bereich zu erfassen.
Vorliegend ist die erfasste Lage des Arbeitsgeräts 11 eine erfasste Lage des Arbeitsgeräts relativ zu einer Pflanzenreihe 21 und/oder zu einem durch Pflanzenreihen gebildeten Pflanzenreihenraster 20 der landwirtschaftlichen Fläche, wie es in 2 dargestellt ist. Da die Aussaat einer Vielzahl von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen entlang von Saatreihen erfolgt, bilden sich auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche während der Wachstumsphase der Nutzpflanzen entsprechend Pflanzenreihen bzw. Reihenkulturen aus.
Die zweite Lenkvorgabeeinrichtung 3 ist ausgebildet, die zweite Lenkvorgabe 3a zur Kompensation einer Fehllage des Arbeitsgeräts 11 zu bestimmen, wobei die Fehllage eine Abweichung des Arbeitsgeräts 11 von einer Sollposition relativ zu dem zu behandelnden Bereich der landwirtschaftlichen Fläche angibt. Beispielhaft ist die Fehllage des Arbeitsgeräts hier eine Abweichung des Arbeitsgeräts von einer Sollposition relativ zu der Pflanzenreihe 21 und/oder zu dem Pflanzenreihenraster 20.
Die Sensoreinrichtung, mit der die zweite Lenkvorgabeeinrichtung 3 eingangsseitig in Kommunikationsverbindung steht (in 1 nicht dargestellt), ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine an der landwirtschaftlichen Maschine 10 angeordnete Kamera 15. Die Kamera 15 hat einen Blickwinkel nach unten auf die Pflanzenreihen (bzw. das Pflanzenreihenraster) und erzeugt entsprechend Kameradaten, aus denen die Lage des Arbeitsgeräts 11 der landwirtschaftlichen Maschine 10 relativ zu der Pflanzenreihe 21 bzw. dem Pflanzenreihenraster 20 und damit auch dessen Fehllage relativ zu der Pflanzenreihe 21 und/oder dem Pflanzenreihenraster 20 mittels Bildverarbeitung bestimmbar ist.
Die zweite Lenkvorgabeeinrichtung 3 ist ausgebildet, die zweite Lenkvorgabe 3a so festzulegen, dass erfasste Fehllagen des Arbeitsgeräts 11 durch einen entsprechenden Lenkeingriff korrigiert, d. h. beseitigt oder zumindest verkleinert werden. Selbst wenn die landwirtschaftliche Maschine 10 sich aktuell auf der richtigen Fahrspur, z. B. gemäß der ersten Lenkvorgabe 2a, befindet, ist es möglich, dass das Arbeitsgerät einen Versatz zu seiner korrekten Ausrichtung in Bezug zur Pflanzenreihe 21, d. h. also eine Fehllage zur Pflanzenreihe 21, aufweist. Dies kann anhand der Kameradaten festgestellt und mittels der zweiten Lenkvorgabe 3a korrigiert werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner ein Modul 4 zur Lenkvorgabenverwaltung, das ausgebildet ist, eingangsseitig die erste und zweite Lenkvorgabe 2a, 3a zu empfangen und in Abhängigkeit von einer Umschaltbedingung wahlweise die erste Lenkvorgabe 2a oder die zweite Lenkvorgabe 3a als Lenkvorgabe 4a zur Ansteuerung der Lenkeinrichtung 5 auszugeben. Die Lenkeinrichtung 5 gibt dann in Abhängigkeit von der empfangenen Lenkvorgabe 4a ein entsprechendes Stellsignal 5a an einen Aktor, z. B. einen Lenkzylinder 6 der Lenkung, aus.
Die Funktionsweise der Vorrichtung 1 ist in den nachfolgenden Figuren für unterschiedliche Ausführungsformen näher erläutert.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine landwirtschaftliche Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Arbeitsgerät 11 ist ein Arbeitsgerät, das zur reihenbezogenen Bearbeitung einer landwirtschaftlichen Fläche verwendet werden kann. Beispielhaft ist eine gezogene Feldspritze als landwirtschaftliche Maschine 10 gezeigt, die als Arbeitsgerät 11 ein schwenkbares Spritzgestänge aufweist, umfassend ein Mittelteil und zwei seitliche Ausleger, die jeweils eine Mehrzahl von Ausbringelementen (Spritzdüsen) zum Versprühen und/oder Feinverteilen der Spritzflüssigkeit aufweisen. Das Spritzgestänge kann zur reihenbezogenen Bandspritzung verwendet werden. Eine reihenbezogene Ausbringung von Spritzflüssigkeit entlang von Ausbringstreifen wird auch als Bandspritzen oder Bandapplikation bezeichnet im Unterschied zur ganzflächigen Applikation von Spritzflüssigkeit. Ein Ausbringstreifen kann z. B. entlang der Pflanzenreihe 21 erfolgen, um auf dieser z. B. einen Wirkstoff auszubringen. Hierzu sollten die Ausbringelemente möglichst direkt oberhalb der Pflanzenreihen während des Ausbringvorgangs positioniert werden. Mittels den mit der Kamera 15 erfassten Kameradaten kann die zweite Lenkvorgabeeinrichtung 3 ermitteln, ob dies der Fall ist. Aus den Kameradaten kann eine Lage der Pflanzenreihe 21 und/oder des Pflanzenreihenrasters 20 sowie die relative Lage des Spritzgestänges und/oder der Ausbringelemente hierzu mittels Bildverarbeitung bestimmt werden. Hierzu können an sich bekannte Bildverarbeitungsalgorithmen verwendet werden, um kamerabasiert Pflanzenreihen in Bilddaten zu erkennen. Hierbei können Pflanzenreihen beispielsweise anhand deren Farbe, Formgebung und repetitiven Struktur, bedingt durch die lineare Aneinanderreihung einzelner Pflanzen, zuverlässig in Bilddaten erkannt und deren Lage ermittelt werden.
Eine Fehllage liegt vor, falls die Ausbringelemente nicht jeweils direkt oberhalb einer Pflanzenreihe angeordnet sind, somit ein Versatz zu den Pflanzenreihen in Längserstreckungsrichtung des Spritzgestänges vorliegt. Falls in einem anderen Fall nicht die Pflanzenreihen 21, sondern der Bereich zwischen den Pflanzenreihen 21 mit Wirkstoff behandelt werden soll, z. B. zur Unkrautvernichtung im Zwischenbereich, liegt eine Fehllage vor, falls die Ausbringelemente in Bezug auf den Zwischenbereich nicht zentriert angeordnet sind.
Vorstehend wurde erläutert, dass das Modul 4 zur Lenkvorgabenverwaltung ausgebildet ist, eingangsseitig die erste und zweite Lenkvorgabe 2a, 3a zu empfangen und in Abhängigkeit von einer Umschaltbedingung wahlweise die erste Lenkvorgabe 2a oder die zweite Lenkvorgabe 3a als Lenkvorgabe 4a zur Ansteuerung der Lenkeinrichtung 5 auszugeben. Das Modul 4 zur Lenkvorgabenverwaltung führt diese Funktion nur dann aus, wenn die landwirtschaftliche Maschine 10 mit dem Arbeitswerkzeug 11 die landwirtschaftliche Fläche bearbeitet (Arbeitsmodus der landwirtschaftlichen Maschine 10), andernfalls kann diese Funktion deaktiviert sein. Die Umschaltbedingung gibt dann einen Wechsel von der Ausgabe der ersten Lenkvorgabe 2a zur Ausgabe der zweiten Lenkvorgabe 3a vor, wenn basierend auf den Kameradaten eine Pflanzenreihe 21 oder ein Pflanzenreihenraster 20 erfasst wird. Diese Situation ist in der 2 unten gezeigt, wo die Fahrtrichtung der Feldspritze parallel zur Richtung der Pflanzenreihen 21 ist, so dass zuverlässig eine Detektion der Pflanzenreihen 21 anhand der Kameradaten möglich ist. Die Kamera 15 ist an einer bekannten Position auf dem Spritzgestänge montiert, so dass die Position der Spritzdüsen, die in Längserstreckungsrichtung des Spritzgestänges verteilt angeordnet sind, relativ zur Kamera bekannt ist. Wird nun anhand der Kameradaten die Lage der Pflanzenreihen festgestellt, kann hieraus ferner ermittelt werden, ob sich die Spritzdüsen jeweils direkt oberhalb der Pflanzenreihen 21 befinden oder ob diese in Längserstreckungsrichtung des Spritzgestänges versetzt hierzu angeordnet sind, also eine Fehllage vorliegt. Ist letzteres der Fall, erzeugt die zweite Lenkvorgabeeinrichtung 3 eine zweite Lenkvorgabe 3a, die zu einem Lenkeingriff führt, der diese Fehllage korrigiert. So lange sich die Feldspritze entlang der Pflanzenreihen 21 (Situation unten in 2) bewegt, gibt das Modul 4 zur Lenkvorgabenverwaltung diese Lenkvorgabe 3a als Lenkvorgabe 4a aus. Entsprechend verwendet die Lenkeinrichtung 5 diese Lenkvorgabe 3a zur Erzeugung eines entsprechenden Stellsignals an die Lenkung 6, z. B. den Lenkzylinder.
Die Umschaltbedingung gibt dagegen einen Wechsel von der Ausgabe der zweiten Lenkvorgabe 3a zur Ausgabe der ersten Lenkvorgabe 2a vor, wenn basierend auf den Kameradaten eine Unterbrechung der Pflanzenreihe 21 oder des Pflanzenreihenrasters 20 erkannt wird oder eine Erfassung der Pflanzenreihe 21 oder des Pflanzenreihenraster 20 oder eine Erfassung des Arbeitsgeräts relativ zur Pflanzenreihe 21 oder zum Pflanzenreihenraster 20 nur fehlerhaft oder nicht mehr möglich ist.
Diese Situation ist in 2 oben gezeigt, wo die Feldspritze aus der zu bearbeitenden landwirtschaftlichen Fläche heraus in ein Vorgewende 24 fährt, z. B. basierend auf einem manuellen Lenkeingriff des Fahrers oder durch einen automatischen Lenkeingriff eines Spurplanungssystems, um die Feldspritze zu wenden. Dieses Fahrmanöver führt dazu, dass anhand der Kameradaten eine Erfassung des Arbeitsgeräts relativ zur Pflanzenreihe 21 oder zum Pflanzenreihenraster 20 nicht mehr zuverlässig möglich ist. Entsprechend gibt das Modul 4 zur Lenkvorgabenverwaltung nur die Lenkvorgabe 2a als Lenkvorgabe 4a aus. Sobald die Feldspritze im Vorgewende 24 gewendet hat und wieder auf die zu bearbeitende Fläche eingefahren ist, kann wieder ein Wechsel zurück zur Lenksteuerung basierend auf der zweiten Lenkvorgabe 3a erfolgen usw.
3 zeigt eine Vorderansicht einer landwirtschaftlichen Maschine 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die landwirtschaftliche Maschine ist wiederum mit einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer Lenkvorgabe ausgestattet, wie sie in Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde, so dass nachfolgend nur auf einige Besonderheiten dieses Ausführungsbeispiels eingegangen wird.
Die landwirtschaftliche Maschine 10 ist hier beispielhaft als gezogene Bodenbearbeitungsmaschine ausgebildet, die zur Bodenbearbeitung ein Hackgerät als Arbeitsgerät 11 aufweist, mittels welchem Zwischenräume zwischen Pflanzenreihen 21 einer Reihenkultur bearbeitet werden können. Das Arbeitsgerät 11 weist eine große Arbeitsbreite auf und erstreckt sich horizontal quer zur Fahrtrichtung. Die Richtung quer zur Fahrtrichtung und die Längserstreckungsrichtung des Arbeitsgeräts 11 ist mit B gekennzeichnet. Zur Bearbeitung der Zwischenräume sind an einem Montagebalken 14 des Arbeitsgeräts 11 Arbeitswerkzeuge 12 bzw. Hackwerkzeuge in Form von Hackscharen angebracht. Der Montagebalken 14 kann mittels eines Schieberahmens 13 quer zur Fahrtrichtung, d. h. quer zu den Pflanzenreihen 21, in Richtung B, verschoben werden. Der Schieberahmen 13 ist hierzu verschieblich an einem Chassis der landwirtschaftlichen Maschine 10 gehaltert und umfasst hierzu bspw. eine Linearführung. Der Schieberahmen könnte auch mittels eines 4-Gelenk-Parallelogramms quer zur Fahrrichtung oder mittels eines anderen geeigneten Verschiebemechanismus verschieblich gelagert sein.
Zur Detektion der Pflanzenreihen 21 bzw. zur Erfassung der Lage der Hackwerkzeuge 12 gegenüber den Pflanzenreihen 21 ist bspw. ein Kamera 15 oder ein Kamerasystem vorgesehen. Die Kamera 15 ist hier lediglich beispielhaft am oberen Ende eines Tragmastes befestigt, der an einem äußeren Endbereich des Montagebalkens 14 der landwirtschaftliche Maschine 10 befestigt ist und in Vertikalrichtung V in die Höhe ragt.
Die Blickrichtung der Kamera 15 ist von oben nach unten auf das Feld. Entsprechend kann die Kamera 15 Pflanzenreihen 21 erfassen, sowie das durch die Pflanzenreihen 21 gebildete Pflanzenreihenraster 20. Die Kamera 15 kann ferner die Position des Arbeitsgeräts 11 erfassen. Das Pflanzenreihenraster 20 ist gekennzeichnet durch den Abstand der einzelnen Pflanzenreihen 21 voneinander.
Anhand der Kameradaten kann festgestellt werden, ob z. B. das Arbeitsgerät 11 korrekt relativ zu den Pflanzenreihen 21 positioniert ist, nämlich so, dass die Arbeitswerkzeuge 12 mittig zwischen den Pflanzenreihen 21 positioniert sind, um dort den Zwischenbereich zwischen den Pflanzenreihen 21 zu bearbeiten. Falls dies nicht der Fall ist, liegt eine Fehllage vor. Diese wird entsprechend durch Erzeugung einer Lenkvorgabe 3a durch die zweite Lenkvorgabeeinrichtung 3 korrigiert. Das Modul 4 zur Lenkvorgabenverwaltung gibt diese zweite Lenkvorgabe 3a als Lenkvorgabe 4a aus, wenn dies die Umschaltbedingung entsprechend vorgibt, wie es vorstehend in Zusammenhang mit den 1 und 2 bereits erläutert wurde.
Optional kann noch die Windstärke und/oder die Windrichtung bei der Erfassung der Lage der Pflanzenreihen 21 anhand der Kameradaten berücksichtigt werden, was nachfolgend beschrieben wird. An dem Tragmast ist hierzu optional eine Winderfassungseinrichtung 16 befestigt, die eine Windrichtung und eine Windstärke messen kann. Derartige Winderfassungseinrichtungen sind an sich aus dem Stand der Technik zur Anwendung bei ortsfesten Wetterstationen oder aus der Schifffahrt bekannt und müssen daher hier nicht näher beschrieben werden.
Wenn nun der Blickwinkel der Kamera 15 von oben auf den Pflanzenbestand gerichtet ist, erfasst die Kamera 15 den oberen Teil 22 der Pflanze. Bei Windstille würde dieser sich vertikal gerade über dem unteren Bereich bzw. dem Wurzelbereich 23 der Pflanze befinden, was durch die gestrichelte vertikale Linie in 3 illustriert ist. Der Wurzelbereich 23 kann von der Kamera 15 in der Regel nicht erfasst werden. In Situationen, in denen anhand der Winderfassungseinrichtung 16 festgestellt wird, dass Windstille vorliegt oder nur eine geringe Windstärke herrscht, ist keine Korrektur der mittels der Kamera 15 erfassten Lage der Pflanzenreihe 21 notwendig. Die landwirtschaftliche Maschine 10 bzw. deren Hackwerkzeuge 12 können korrekt basierend auf der anhand der Kameradaten erfassten Lage der Pflanzenreihen 21 zwischen den Pflanzenreihen 21 gemäß der zweiten Lenkvorgabe 3a positioniert werden, um den Zwischenbereich zwischen den Pflanzenreihen 21 zu bearbeiten, z. B. zur mechanischen Unkrautbekämpfung.
Anders verhält es sich jedoch, wenn der Pflanzenbestand durch Wind verbogen wird. Dies ist in den 3 und 4 illustriert. Es herrscht ein Seitenwind von links nach rechts, so dass sich der obere Pflanzenbereich 22 windbedingt nach rechts neigt, und in der Ebene der Pflanzenreihenstruktur relativ zum Wurzelbereich 23 um einen Wert K (vgl. 3) verschiebt. Der Wert von K hängt von der Windstärke, die Richtung der Verschiebung von der Windrichtung ab.
Ein Problem bei Kamerasystemen besteht daher darin, dass durch bspw. Seitenwinde die Pflanzen der Pflanzenreihe 21 in eine Richtung bewegt werden und somit ggf. die exakte Position der Pflanzenreihe, insbesondere von deren Wurzelbereichen, nicht detektiert werden kann oder ggf. nur unzureichend genau detektiert werden kann, was wiederum zur Folge haben kann, dass die Arbeitswerkzeuge 12, z. B. die Hackwerkzeuge 12, nicht exakt entlang der gewünschten Pflanzenreihen geführt werden können. Während die 3 eine Situation darstellt, in der keine Fehllage des Arbeitsgeräts 11 bzw. der Arbeitswerkzeuge 12 vorliegt, ist in 4 eine Situation dargestellt, bei denen die Arbeitswerkzeuge 12 (hier die Hackwerkzeuge) zu nah an den Pflanzenreihen 21 positioniert sind. Wenn jedoch anhand der erfassten Windverhältnisse die anhand der Kameradaten erfasste Lage als Fehllage erkannt wird, kann diese durch Abgleich der erfassten Windrichtung und/ oder Windstärke mit den Signalen bzw. Daten der Kamera korrigiert werden, um Fehllagen des Arbeitswerkzeugs, wie es beispielsweise in 4 gezeigt ist, zu korrigieren.
Hierzu sind in der Lenkvorgabeeinrichtung 3 optional mehrere Offset-Werte hinterlegt, vorzugsweise unterschiedliche Offset-Werte für unterschiedliche Wachstumsstadien unterschiedlicher Pflanzensorten jeweils für unterschiedliche Windstärken oder Windgeschwindigkeiten. Die Pflanzensorte und ihr jeweiliges Wachstumsstadium kann für den jeweiligen Arbeitsvorgang der landwirtschaftlichen Maschine 10 eingegeben werden, um hierfür das Arbeitsgerät mit angepassten Betriebsparametern anzusteuern. Alternativ ist es auch möglich, dass in der Berechnungseinheit ein Berechnungsprogramm hinterlegt ist, mittels welchem, basierend auf dem Wachstumsstadium einer jeweiligen Pflanzensorte und/oder Windgeschwindigkeit, ein Offset-Wert der Kamera bzw. ein Offset-Wert zur Korrektur der anhand der Kameradaten erfassten Reihenlage berechnet werden kann.
Die Lenkvorgabeeinrichtung 3 wählt somit gemäß einer hinterlegten Korrekturfunktion einen geeigneten Offset-Wert aus oder berechnet diesen, um die anhand der Kameradaten erfasste Lage der Pflanzenreihe 21 zur Berücksichtigung der Windverhältnisse zu korrigieren, d. h. hier um einen Betrag nach links zu verschieben. Die Richtung der Verschiebung kann anhand der Windrichtung festgelegt werden. Entsprechend können dann die Arbeitswerkzeuge (Hackwerkzeuge) 12 basierend auf dieser mittels des Offsets-Werts angepassten Lage korrekt relativ zur Pflanzenreihe positioniert werden.
Die Positionierung der Hackwerkzeuge 12 basierend auf der korrigierten Lage kann entweder durch einen Lenkeingriff basierend auf der zweiten Lenkvorgabe 3a erfolgen, wie es im Rahmen von 1 beschrieben wurde. In diesem Fall wird die Querführung der ganzen landwirtschaftlichen Maschine zur Korrektur der erkannten Fehllage gezielt verändert. Alternativ oder zusätzlich kann in Abhängigkeit der bestimmten Abweichung von der Sollposition des Arbeitsgeräts ein Steuersignal zur Ansteuerung eines Aktors, z. B. eines Pneumatik- oder Hydraulikzylinders, erzeugt werden, mittels dessen ein quer zur Fahrtrichtung und/oder zur Pflanzenreihe verschieblich gelagertes Arbeitsgerät 11 quer zur Fahrtrichtung zur Korrektur der Fehllage bzw. der Abweichung A von der Solllage S (vgl. 4) verschoben wird. Im vorliegenden Fall könnte somit z zusätzlich zum Lenkeingriff der Montagebalken 14 mittels des Schieberahmens 13 quer zur Fahrtrichtung verschoben werden.
Es wird betont, dass der vorliegend beschriebene Ansatz zur Korrektur einer erfassten Lage einer Pflanzenreihe oder Pflanzenreihenstruktur basierend auf den erfassten Windverhältnissen und deren Einflüssen auf die Genauigkeit der Reihenerfassung für unterschiedlichste landwirtschaftliche Maschinen anwendbar ist, die an einer Pflanzenreihenstruktur zur Durchführung von Arbeitsvorgängen ausgerichtet werden müssen. Das vorliegend beschriebene Problem kann z. B. auch bei Feldspritzen oder Düngerstreuern auftreten, nur, dass hierbei nicht die Hackschare falsch geführt wird, sondern die Spritzdüsen (z.B. deren Sprühkegel) ggf. einen falschen Auftreffbereich aufweisen.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Illustration eines Verfahrens zur Bestimmung einer Lenkvorgabe für einen automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb einer Lenkeinrichtung einer lenkbaren landwirtschaftlichen Maschine 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren umfasst einen Schritt S1, wobei eine erste Lenkvorgabe 2a basierend auf Positions- und/oder Bewegungsdaten der landwirtschaftlichen Maschine bestimmt wird. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S2, wobei eine zweite Lenkvorgabe 3a basierend auf einer erfassten Lage eines Arbeitsgeräts der landwirtschaftlichen Maschine relativ zu einem zu behandelnden Bereich einer landwirtschaftlichen Fläche bestimmt wird. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S3, der ein wahlweises Ausgeben der ersten Lenkvorgabe 2a oder der zweiten Lenkvorgabe 3a als Lenkvorgabe zur Ansteuerung der Lenkeinrichtung in Abhängigkeit einer Umschaltbedingung umfasst.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Bestimmung einer Lenkvorgabe
2: Erste Lenkvorgabeeinrichtung
2a: Erste Lenkvorgabe
3: Zweite Lenkvorgabeeinrichtung
3a: Zweite Lenkvorgabe
4: Modul zur Lenkvorgabenverwaltung (Arbiter)
4a: Lenkvorgabe
5: Lenkeinrichtung
5a: Stellsignal Lenkzylinder
6: Lenkung, Lenkzylinder
10: Landwirtschaftliche Maschine
11: Arbeitsgerät
12: Arbeitswerkzeug
13: Verschieberahmen
14: Montagebalken
15: Kamera
16: Winderfassungseinrichtung
20: Pflanzenreihenraster
21: Pflanzenreihe
22: Oberer Pflanzenbereich
23: Wurzelbereich
24: Vorgewende
K: Verschiebung
S: Solllage
A: Abweichung
B: Längserstreckungsrichtung des Arbeitsgeräts
V: Vertikalrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3090922 A1 [0028]

Claims

Vorrichtung (1) zur Bestimmung einer Lenkvorgabe (4a) für einen automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb einer Lenkeinrichtung (5) einer lenkbaren landwirtschaftlichen Maschine (10), umfassend a) eine erste Lenkvorgabeeinrichtung (2), die ausgebildet ist, eine erste Lenkvorgabe (2a) basierend auf Positions- und/oder Bewegungsdaten der landwirtschaftlichen Maschine (10) zu bestimmen; b) eine zweite Lenkvorgabeeinrichtung (3), die ausgebildet ist, eine zweite Lenkvorgabe (3a) basierend auf einer erfassten Lage eines Arbeitsgeräts (11) der landwirtschaftlichen Maschine (10) relativ zu einem zu behandelnden Bereich einer landwirtschaftlichen Fläche zu bestimmen; und c) ein Modul (4) zur Lenkvorgabenverwaltung, das ausgebildet ist, eingangsseitig die erste und zweite Lenkvorgabe (2a, 3a) zu empfangen und in Abhängigkeit von einer Umschaltbedingung wahlweise die erste Lenkvorgabe (2a) oder die zweite Lenkvorgabe (3a) als Lenkvorgabe (4a) zur Ansteuerung der Lenkeinrichtung (5) auszugeben.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die zweite Lenkvorgabeeinrichtung (3) ausgebildet ist, die zweite Lenkvorgabe (3a) zur Kompensation einer Fehllage des Arbeitsgeräts (11) zu bestimmen, wobei die Fehllage eine Abweichung des Arbeitsgeräts (11) von einer Sollposition relativ zu dem zu behandelnden Bereich der landwirtschaftlichen Fläche angibt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erfasste Lage des Arbeitsgeräts (11) eine erfasste Lage des Arbeitsgeräts relativ zu einer Pflanzenreihe und/oder zu einem durch Pflanzenreihen gebildeten Pflanzenreihenraster der landwirtschaftlichen Fläche ist und/oder die Fehllage des Arbeitsgeräts eine Abweichung des Arbeitsgeräts von einer Sollposition relativ zu einer Pflanzenreihe (21) und/oder zu einem durch Pflanzenreihen (21) gebildeten Pflanzenreihenraster (20) der landwirtschaftlichen Fläche ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Lenkvorgabeeinrichtung (3a) ausgebildet ist, die erfasste Lage des Arbeitsgeräts (11) basierend auf Kameradaten mindestens einer an der landwirtschaftlichen Maschine angeordneten Kamera (15) zu bestimmen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei a) die Umschaltbedingung einen Wechsel von der Ausgabe der ersten Lenkvorgabe (2a) zur Ausgabe der zweiten Lenkvorgabe (3a) vorgibt, wenn basierend auf den Kameradaten eine Pflanzenreihe (21) oder ein Pflanzenreihenraster (20) erfasst wird; und/oder b) die Umschaltbedingung einen Wechsel von der Ausgabe der zweiten Lenkvorgabe (3a) zur Ausgabe der ersten Lenkvorgabe (2a) vorgibt, wenn basierend auf den Kameradaten eine Unterbrechung der Pflanzenreihe (21) oder des Pflanzenreihenrasters (20) erkannt wird oder eine Erfassung der Pflanzenreihe (21) oder des Pflanzenreihenrasters (20) oder eine Erfassung des Arbeitsgeräts relativ zur Pflanzenreihe (21) oder zum Pflanzenreihenraster (20) nur fehlerhaft oder nicht mehr möglich ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Positions- und/oder Bewegungsdaten umfassen: Positionsdaten eines satellitengestützten Positionserfassungssystems, Odometriedaten der landwirtschaftlichen Maschine und/oder Daten eines an der landwirtschaftlichen Maschine angeordneten Gyroskops.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Arbeitsgerät (11) ein/en sich quer zur Fahrtrichtung a) erstreckendes Verteilgestänge, beispielsweise ein Spritzgestänge einer Feldspritze oder ein Verteilgestänge eines pneumatischen Düngerstreuers, umfasst, oder b) erstreckenden Montagebalken (14) umfasst, an dem Verteilelemente oder Arbeitswerkzeuge, vorzugsweise Bodenbearbeitungswerkzeuge, montiert sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Lenkvorgabeeinrichtung (3) ferner ausgebildet ist, basierend auf einer erfassten Lage der Räder der landwirtschaftlichen Maschine zwischen zwei Pflanzenreihen, die zweite Lenkvorgabe unter der Vorgabe zu bestimmen, dass ein Überfahren von Pflanzenreihen verhindert wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die zweite Lenkvorgabeeinrichtung (3) ausgebildet ist, die erfasste Lage der Räder zwischen zwei Pflanzenreihen basierend auf Kameradaten mindestens einer an der landwirtschaftlichen Maschine angeordneten Kamera zu bestimmen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lenkeinrichtung (6) eine Achsschenkellenkung und/oder eine Deichsellenkung umfasst.
Lenkbare landwirtschaftliche Maschine (10), umfassend a) eine Lenkeinrichtung (6) für einen automatisierten oder halbautomatisierten Lenkbetrieb der landwirtschaftlichen Maschine, und b) eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung einer Lenkvorgabe für einen automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb der Lenkeinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
Lenkbare landwirtschaftliche Maschine, nach Anspruch 11, die als gezogener Anhänger mit wenigstens einer lenkbaren Achse und/oder Zugdeichsel ausgebildet ist, und ferner umfasst: wenigstens eine Sensoreinheit, die dem gezogenen Anhänger funktional und/oder räumlich zugeordnet ist und Bewegungen des Anhängers erfassen kann; wenigstens einen Aktor, über welchen eine Lenkbewegung der Achse und/oder Zugdeichsel bewirkbar ist; eine Steuer- und/oder Regeleinheit, die mit der wenigstens einen Sensoreinheit und dem wenigstens einen Aktor in Wirkverbindung steht, wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit derart ausgebildet ist, dass diese unter Berücksichtigung der über die wenigstens eine Sensoreinheit erfassten Bewegung des Anhängers den wenigstens einen Aktor eine definierte Bewegung der wenigstens einen lenkbaren Achse und/oder Zugdeichsel ansteuern kann, so dass ein jeweiliges an die lenkbare Achse gekoppeltes Rad des Anhängers zumindest näherungsweise in einer Fahrspur des Zugfahrzeuges bewegbar ist.
Lenkbare landwirtschaftliche Maschine, aufweisend ein Chassis, an welchem als Arbeitsgerät ein Montagebalken (14) mit daran angeordneten Arbeitswerkzeugen mittels eines Verschieberahmens (13) horizontal quer zur Fahrtrichtung verschiebbar gehaltert ist, wobei die landwirtschaftliche Maschine ausgebildet ist, eine Fehllage des Arbeitsgeräts relativ zu einer Pflanzenreihe und/oder zu einem durch Pflanzenreihen gebildeten Pflanzenreihenraster zu bestimmen, vorzugsweise anhand von erfassten Kameradaten der Pflanzenreihe und/oder des Pflanzenreihenrasters, und zur Kompensation der erfassten Fehllage den Montagebalken mittels des Verschieberahmens (14) horizontal quer zur Fahrtrichtung zu verschieben.
Verfahren zur Bestimmung einer Lenkvorgabe (4a) für einen automatisierten oder halbautomatisierten Betrieb einer Lenkeinrichtung (5) einer lenkbaren landwirtschaftlichen Maschine (10), umfassend a) Bestimmen (S1) einer ersten Lenkvorgabe (2a) basierend auf Positions- und/oder Bewegungsdaten der landwirtschaftlichen Maschine; b) Bestimmen (S2) einer zweiten Lenkvorgabe (3a) basierend auf einer erfassten Lage eines Arbeitsgeräts der landwirtschaftlichen Maschine relativ zu einem zu behandelnden Bereich einer landwirtschaftlichen Fläche; und c) Wahlweises Ausgeben (S3) der ersten Lenkvorgabe (2a) oder der zweiten Lenkvorgabe (3a) als Lenkvorgabe zur Ansteuerung der Lenkeinrichtung in Abhängigkeit einer Umschaltbedingung.