EP2788830A1 - Verfahren und steuergerät zum führen einer landmaschine - Google Patents

Verfahren und steuergerät zum führen einer landmaschine

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Publication number
EP2788830A1
EP2788830A1 EP12778675.4A EP12778675A EP2788830A1 EP 2788830 A1 EP2788830 A1 EP 2788830A1 EP 12778675 A EP12778675 A EP 12778675A EP 2788830 A1 EP2788830 A1 EP 2788830A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
agricultural machine
reference trajectory
distance
trajectory
guiding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP12778675.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Belser
Peter Biber
Thomas Maurer
Frank Hofmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2788830A1 publication Critical patent/EP2788830A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • G05D1/0219—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory ensuring the processing of the whole working surface
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B69/00—Steering of agricultural machines or implements; Guiding agricultural machines or implements on a desired track
    • A01B69/007—Steering or guiding of agricultural vehicles, e.g. steering of the tractor to keep the plough in the furrow
    • A01B69/008—Steering or guiding of agricultural vehicles, e.g. steering of the tractor to keep the plough in the furrow automatic
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0268—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
    • G05D1/027—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means comprising intertial navigation means, e.g. azimuth detector
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0268—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
    • G05D1/0272—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means comprising means for registering the travel distance, e.g. revolutions of wheels
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0276—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using signals provided by a source external to the vehicle
    • G05D1/0278—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using signals provided by a source external to the vehicle using satellite positioning signals, e.g. GPS

Definitions

  • the present invention relates to a method for guiding an agricultural machine, to a control device for guiding an agricultural machine and to a corresponding computer program product.
  • an implement In conventional fieldwork, an implement is towed by a tractor which is then manually steered to an already-processed track. In this case, an operator of the tractor follows a scratched mark in the ground, which has been scored by means of a marking device on the work machine during the last run. It is the object of the present invention to provide an improved method for guiding an agricultural machine, an improved control device for guiding an agricultural machine and an improved computer program product.
  • This object is achieved by a method for guiding an agricultural machine, a control device for guiding an agricultural machine and a corresponding computer program product according to the main claims.
  • the present invention is based on the finding that by detecting a position of a web on a field, for example by means of position signals, it is possible to travel down the detected web at a desired distance. An operator only intervenes in corrections due to, for example, terrain characteristics in the tracking.
  • a processing of a field by an automated tracking can be done faster and more economically.
  • the server can be relieved and one Monitor processing success directly.
  • the tracking presented here can be realized at low cost, since no special precision of the sensors involved is required. Corrections to the tracking can be brought in intuitively by the operator.
  • a method of driving an agricultural machine includes the following steps:
  • the present invention further provides a control device which is designed to implement or implement the steps of the method according to the invention in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a control device, the object underlying the invention can be achieved quickly and efficiently.
  • a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor and / or input signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains various functions of the control unit.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • a computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program product is installed on a computer or a device is also of advantage is performed.
  • An agricultural machine may, for example, be understood to mean a harvester or an agricultural tractor.
  • the farm tractor can pull a working implement.
  • the implement or harvester may have a structurally defined working width.
  • a reference trajectory may be a first of the trajectories over which the agricultural machine is manually steered by an operator of the agricultural machine.
  • the reference trajectory may, for example, run along an edge of the field.
  • a reference trajectory may be a trajectory of a point of the agricultural machine while the agricultural machine is moving on the reference trajectory. At a beginning of the reference trajectory, a starting point of the reference trajectory can be detected.
  • an end point of the reference trajectory can be detected.
  • the agricultural machine may be steered by the operator in a turning maneuver to reverse a direction of travel of the agricultural machine.
  • the operator can steer the agricultural machine so that the lane in front of the agricultural machine is directly adjacent to the reference lane.
  • a distance of the agricultural machine to the reference trajectory can be determined.
  • the distance can be a vertical distance to the reference trajectory.
  • a distance information may be a numerical value of the distance (distance value).
  • a control signal may be designed to influence at least one steering of the agricultural machine, so that the agricultural machine is guided at the changed distance to the reference trajectory.
  • the self-driven train can be referred to as a guideway.
  • the changed distance value can be detected by reading a signal of an additional control lever.
  • An additional control lever may be a joystick that can be operated by the operator in addition to the steering wheel to change the distance.
  • the distance can also be changed by means of buttons, a rotary or slide control or another man-machine interface.
  • a warning signal may be provided when the guideway is out of tolerance.
  • a warning signal may be, for example, an acoustic stimulus or an optical stimulus.
  • the operator can be informed of a maloperation.
  • the control signal may guide the agricultural machine at an angle to the reference trajectory that is within an angular tolerance. At an angle to the reference trajectory, a steepness of the path to the reference track can be understood. By limiting the angle to an angular tolerance, the web can be driven with small lateral deviations and the orientation of the agricultural machine in the field can be substantially maintained.
  • the method can include a step of receiving image information from a sensor for detecting an environment of the agricultural machine, which images an edge of the guideway in the region of the agricultural machine, wherein the image information is provided to the operator in the step of reading.
  • a sensor may be an imaging sensor or, more generally, a sensor for detecting the environment (or environmental contour) around the agricultural machine. This may, for example, a camera, a PMD, stereo video, laser (scanners), etc. understood.
  • the sensor can be attached to the agricultural machine and depict a lateral boundary of the working width of the agricultural machine.
  • a camera allows the operator to monitor one edge of the web without dislocations and in ergonomic working posture.
  • the image information can be overlaid with a virtual image information, wherein the virtual image information represents the changed distance.
  • the virtual image information represents the changed distance.
  • the camera image can a Mark or a corrupted image representing a result of a desired change in distance.
  • Superimposed images allow the operator to intuitively plan how the agricultural machine will be managed.
  • the providing step may be performed in response to an acknowledgment signal.
  • An acknowledgment signal can be read in by means of another input device.
  • a new reference trajectory may be detected while providing the control signal, and the reference trajectory may be replaced with the new reference trajectory in response to a next turning maneuver of the agricultural machine.
  • FIG. 1 is an illustration of a field on which a trajectory according to an embodiment of the invention is mapped
  • FIG. 2 shows an illustration of a trajectory of an agricultural machine during a change in distance according to an embodiment of the invention
  • FIG 3 is an illustration of a guided track of a land vehicle with a change in distance according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an image information presentation according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an image overlay according to an exemplary embodiment of the present invention
  • Fig. 6 is a block diagram of a control apparatus for guiding an agricultural machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows a flow chart of a method for guiding an agricultural machine according to an embodiment of the present invention.
  • the agricultural machine 104 includes a controller 106 for guiding the agricultural machine 104 according to an embodiment of the present invention, which is connected to a steering device of the agricultural machine 104.
  • the controller 106 is configured to perform a method of guiding the agricultural machine 104 according to an embodiment of the present invention.
  • the agricultural machine 104 departs a path as a reference path 108 that is aligned parallel to an edge of the panel 100.
  • the reference path 108 may also be arranged freely on the field 100 and, for example, run at the same height in order to reduce erosion.
  • Trajectory 102 of agricultural machine 104 while traveling on reference track 108, is detected as reference trajectory 102a.
  • a signal current of a position sensor can be evaluated.
  • the capture is terminated and the agricultural machine 104 is inverted to begin a next lane adjacent to the reference lane 108.
  • the agricultural machine 104 is guided on the next lane by the controller 106 in parallel with the reference trajectory 102a.
  • the trajectory 102 describes a semicircle 102b. In the illustrated case, a distance 110 between a starting point and an end point of the semicircle 102b is too large.
  • the too large semicircle 102b results in a distance between the tracks, and the field 100 is not completely processed while the agricultural machine 104 is guided along the reference trajectory 102a. Therefore, a driver intervenes and operates an input device, such as a joystick, and sets a distance change.
  • the specified change in distance can be determined by means of a signal to be released, whereupon the control unit 106 to the agricultural machine 104 moves on a predetermined angle trajectory 102c to the reference trajectory 102a to reduce the distance 1 10. If the tracks are directly adjacent to each other, the agricultural machine 104 has reached the correct distance 1 12.
  • the controller 106 continues to run the agricultural machine 106 at the correct distance 112 parallel to the reference trajectory 102a on a final trajectory 102d.
  • FIG. 2 shows a detail of the trajectory 102 in the range of the change in distance according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the agricultural machine travels on the trajectory 102 in the far distance parallel to the reference trajectory.
  • the control signal of the control unit triggers a steering movement until the agricultural machine travels at a predetermined angle 200 on a ramp 202 toward the reference trajectory.
  • the control signal initiates a steering movement in an opposite direction in order to terminate the angular trajectory 102c at the correct distance in order to guide the agricultural machine parallel to the reference trajectory.
  • a rash of the steering movement may be limited. Due to the limitation, a turning radius of the agricultural machine is known and the agricultural machine can swivel tangentially onto the correct trajectory 102d without overshooting and further corrections.
  • the controller may run the agricultural machine if the initial distance is too small. Then, the controller moves the agricultural machine on the slope 202 away from the reference trajectory to increase the distance.
  • FIG. 3 shows an illustration of the course of the trajectory 102 of the track of the agricultural machine, as shown in FIG. 2.
  • the trajectory 102d reaches a lateral offset 300 to a projected extension 300 of the trajectory 102.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an image information 400 which, according to one exemplary embodiment, depicts an edge 402 of a track of an agricultural machine. If the image information is displayed in a field of view of an operator of the agricultural machine, the operator may decide whether the edge 402 is as desired without having to avert his attention.
  • the image information 400 can depict a section of the web which has already been processed and is arranged in the region of the agricultural machine.
  • the image information 400 may also map an area in front of the agricultural machine, wherein the edge 402 may then be superimposed as an auxiliary line 402 in the image information 400.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the image information 400 from FIG. 4. In addition to the representation in FIG.
  • the image information 400 with the edge 402 is superimposed on a virtual representation of a shifted edge 500.
  • the virtual representation 500 represents an arrangement of the edge 402 if it were shifted by a preselected lateral offset by the operator.
  • the virtual representation 500 allows the operator to pre-screen and evaluate the effectiveness of his change input. This allows the agricultural machine to be controlled more precisely because the change input is no longer based on an estimate of the operator.
  • 6 shows a block diagram of a control device for guiding 106 of an agricultural machine according to an embodiment of the present invention.
  • the control unit 106 corresponds to the control unit 106 from FIG. 1.
  • the control unit 106 has a device 600 for detecting, a device 602 for determining, an interface for reading 604 and a device 606 for providing.
  • the device for detecting is designed to detect a reference trajectory of the agricultural machine from a signal curve of a position signal of a position detection device 608 while the agricultural machine is being moved on a reference path.
  • the position detector 608 is configured to provide the position signal based on a signal from a GPS receiver 610 and a direction detector 612.
  • the direction detection device 612 can have three rotation rate sensors and three acceleration sensors.
  • the means for determining 602 is configured to determine a distance of the agricultural machine from the reference trajectory after a turning maneuver of the agricultural machine in order to obtain distance information. For determining, the device 602 may use a position of the agricultural machine after the turning maneuver relative to an end of the reference trajectory.
  • the read-in interface 604 is configured to read in a changed distance value input by an operator of the agricultural machine.
  • the changed distance value represents a changed distance of the agricultural machine to the reference trajectory.
  • the changed distance value is received by an additional input device 614.
  • the additional input device 614 may be, for example, a joystick.
  • the provisioning device 606 is designed to provide a control signal for guiding the agricultural machine on a guideway, the guideway running at the changed distance from the reference trajectory.
  • the means for providing 606 is configured. For example, to provide a steering angle for an electro-hydraulic steering 616.
  • FIG. 7 shows a flowchart of a method 700 for guiding an agricultural machine according to an exemplary embodiment of the present invention. The method is suitable for being executed on a control unit as shown in FIGS. 1 and 6.
  • the method 700 includes a detecting step 702, a determining step 704, a reading-in step 706, and a providing step 708.
  • a reference trajectory of the agricultural machine is detected while the agricultural machine is being moved on a reference trajectory.
  • a distance of the agricultural machine from the reference trajectory after a turning maneuver of the agricultural machine is obtained to obtain distance information.
  • a changed distance value input by an operator of the agricultural machine is read in, which represents a changed distance of the agricultural machine to the reference trajectory.
  • a control signal for guiding the agricultural machine on a guideway is provided to guide the agricultural machine, the guideway being at the changed distance from the reference trajectory.
  • the approach presented here describes a novel steering method for agricultural machinery.
  • a flow of the steering method can be summarized as follows.
  • a reference path is given. Subsequently, it is turned manually.
  • the automatic tracking according to the approach presented here is switched on.
  • a driver of the agricultural machine changes a lateral offset while maintaining alignment with the reference track.
  • a position sensor which can be used for example gyroscopes, speed sensors and acceleration sensors, as well as signals of a satellite navigation system.
  • a velocity vector Vberison can be provided.
  • a steering control unit can therefrom calculate a yaw angle of the agricultural machine by means of a state observer (eg Kalman filter).
  • a steering angle for the agricultural machine can be calculated.
  • the calculated steering angle can be sent as a default, for example, to an electro-hydraulic steering (EHL) of the agricultural machine.
  • EHL electro-hydraulic steering
  • the user request can be made via an input device z.
  • a joystick can be specified by the user as desire offset.
  • the desired offset can be defined as a lateral offset to a previous track of the agricultural machine.
  • To determine the yaw angle (heading, alignment) can z.
  • As the DCU and / or the GPS can be used. These sensors can be used to specify a reference path.
  • the steering angle specification can be implemented via a means for steering such as EHL and / or an assisted steering system (AFS).
  • a steering wheel, a joystick, a slider or a lever can be used as an input option.
  • the agricultural machine essentially retains alignment. For example, the user activates the joystick to the right, whereupon the tractor steers to the right. When the user releases the joystick, the tractor automatically returns to the specified direction.
  • a fixed offset can be preset step by step by tapping the joystick.
  • a warning may be issued if the track deviates (eg this can be secured by an additional sensor).
  • a stop of the input option eg joystick / lever
  • the steepness can be defined as an angle between the old track and a steering slope. The same angle can be specified between the steering slope and a corrected path.
  • the approach presented here can automatically move parallel to a given direction.
  • the driver determines the other degree of freedom.

Landscapes

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  • Guiding Agricultural Machines (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren (700) und eine Vorrichtung (104) zum Führen einer Landmaschine (104). Das Verfahren (700) weist einen Schritt des Erfassens (702), einen Schritt des Ermittelns (704), einen Schritt des Einlesens (706) und einen Schritt des Bestimmens (708) auf. Im Schritt des Erfassens (702) wird eine Referenztrajektorie (102a) der Landmaschine (104) erfasst, während die Landmaschine (104) auf einer Referenzbahn (108) bewegt wird. Im Schritt des Ermittelns (704) wird ein Abstand (110) der Landmaschine (104) von der Referenztrajektorie (102a) nach einem Wendemanöver der Landmaschine (104) erfasst, um eine Abstandsinformation zu erhalten. Im Schritt des Einlesens (706) wird ein, durch einen Bediener der Landmaschine (104) eingegebener, geänderter Abstandswert eingelesen, der einen geänderten Abstand (112) der Landmaschine (104) zur Referenztrajektorie (102a) repräsentiert. Im Schritt des Bereitstellens (708) wird ein Steuersignal zum Führen der Landmaschine (104) auf einer Führungsbahn bereitgestellt, wobei die Führungsbahn in dem geänderten Abstand (112) zur Referenztrajektorie (102a) verläuft.

Description

Verfahren und Steuergerät zum Führen einer Landmaschine
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Führen einer Landmaschine, auf ein Steuergerät zum Führen einer Landmaschine sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt. Bei einer herkömmlichen Feldbearbeitung wird ein Arbeitsgerät von einer Zugmaschine gezogen, die manuell anschließend an eine bereits bearbeitete Bahn gelenkt wird. Dabei folgt ein Bediener der Zugmaschine einer eingeritzten Markierung im Boden, die mittels einer Markiervorrichtung an der Arbeitsmaschine während der letzten Bahn eingeritzt worden ist. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Führen einer Landmaschine, ein verbessertes Steuergerät zum Führen einer Landmaschine sowie ein verbessertes Computerprogrammprodukt bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Führen einer Landmaschine, ein Steuergerät zum Führen einer Landmaschine sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Erfassung einer Lage einer Bahn auf einem Feld beispielsweise mittels Positionssignalen ein Abfahren der erfassten Bahn in einem gewünschten Abstand ermöglicht wird. Ein Bediener greift nur noch zu Korrekturen aufgrund von beispielsweise Geländemerkmalen in die Spurführung ein.
Vorteilhafterweise kann eine Bearbeitung eines Feldes durch eine automatisierte Spurführung schneller und wirtschaftlicher erfolgen. Der Bediener kann entlastet werden und einen Bearbeitungserfolg unmittelbar überwachen. Die hier vorgestellte Spurführung kann mit geringen Kosten realisiert werden, da keine besondere Präzision der beteiligten Sensoren erforderlich ist. Korrekturen an der Spurführung kann der Bediener intuitiv einbringen. Ein Verfahren zum Führen einer Landmaschine weist die folgenden Schritte auf:
Erfassen einer Referenztrajektorie der Landmaschine, während die Landmaschine auf einer Referenzbahn bewegt wird; Ermitteln eines Abstands der Landmaschine von der Referenztrajektorie nach einem Wendemanöver der Landmaschine, um eine Abstandsinformation zu erhalten;
Einlesen eines durch einen Bediener der Landmaschine eingegebenen geänderten Abstandswertes, der einen geänderten Abstand der Landmaschine zur Referenztrajektorie re- präsentiert; und
Bereitstellen eines Steuersignals zum Führen der Landmaschine auf einer Führungsbahn, wobei die Führungsbahn in dem geänderten Abstand zur Referenztrajektorie verläuft. Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensor- und/oder Eingabesignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Unter einer Landmaschine kann beispielsweise eine Erntemaschine oder ein Ackerschlepper verstanden werden. Der Ackerschlepper kann ein Arbeitsgerät ziehen. Das Arbeitsgerät oder die Erntemaschine kann eine baulich definierte Arbeitsbreite aufweisen. Um ein Feld oder einen Acker vollständig zu bearbeiten, ist es erforderlich, die Landmaschine in benachbart angeordneten Bahnen, die maximal die Arbeitsbreite aufweisen, über das Feld oder den Acker zu bewegen. Eine Referenzbahn kann eine erste der Bahnen sein, über die die Landmaschine von einem Bediener der Landmaschine manuell gelenkt wird. Die Referenzbahn kann beispielsweise entlang eines Rands des Felds verlaufen. Eine Referenztrajektorie kann beispielsweise eine Bewegungsbahn eines Punkts der Landmaschine sein, während die Landmaschine auf der Referenzbahn bewegt wird. An einem Anfang der Referenzbahn kann ein Anfangspunkt der Referenztrajektorie erfasst werden. Nachdem die Landmaschine ein Ende der Referenzbahn erreicht hat, kann ein Endpunkt der Referenztrajektorie erfasst wer- den. Im Anschluss an die Referenzbahn kann die Landmaschine von dem Bediener in einem Wendemanöver gelenkt werden, um eine Fahrtrichtung der Landmaschine umzukehren. Der Bediener kann die Landmaschine so lenken, dass die vor der Landmaschine befindliche Bahn direkt an die Referenzbahn angrenzt. Am Anfang der Bahn kann ein Abstand der Landmaschine zu der Referenztrajektorie ermittelt werden. Der Abstand kann ein senkrech- ter Abstand zu der Referenztrajektorie sein. Eine Abstandsinformation kann ein Zahlenwert des Abstands (Abstandswert) sein. Wenn die Arbeitsbreite der Landmaschine eine Überschneidung mit der Referenzbahn aufweist oder zwischen der Arbeitsbreite und der Referenzbahn ein unbearbeitetes Gebiet verbleibt, kann der Bediener den Abstandswert verändern, um die Überschneidung zu minimieren oder das unbearbeitete Gebiet zwischen den Bahnen zu minimieren. Ein Steuersignal kann dazu ausgebildet sein, zumindest eine Lenkung der Landmaschine zu beeinflussen, sodass die Landmaschine in dem geänderten Abstand zu der Referenztrajektorie geführt wird. Die eigenständig befahrene Bahn kann als Führungsbahn bezeichnet werden. Der geänderte Abstandswert kann durch Auslesen eines Signals eines zusätzlichen Steuerhebels erfasst werden. Ein zusätzlicher Steuerhebel kann ein Joystick sein, der zusätzlich zum Lenkrad von dem Bediener bedient werden kann, um den Abstand zu verändern. Der Abstand kann auch mittels Tastern, einem Dreh- oder Schieberegler oder einer anderen Mensch-Maschine Schnittstelle verändert werden. Durch ein zusätzliches Bedienelement kann der Abstand feinfühlig verändert werden, ohne eine Ausrichtung der Landmaschine auf der Bahn gravierend zu verändern. Drastische Kurven der Bahn können so vermieden werden. Im Schritt des Bereitstellens kann ein Warnsignal bereitgestellt werden, wenn die Führungsbahn außerhalb eines Toleranzbereichs verläuft. Ein Warnsignal kann beispielsweise ein akustischer Reiz oder ein optischer Reiz sein. Der Bediener kann so auf eine Fehlbedienung hingewiesen werden. Das Steuersignal kann die Landmaschine in einem Winkel zu der Referenztrajektorie führen, der innerhalb einer Winkeltoleranz liegt. Unter einem Winkel zu der Referenztrajektorie kann eine Steilheit der Bahn zu der Referenzbahn verstanden werden. Durch eine Winkelbegrenzung auf eine Winkeltoleranz kann die Bahn mit geringen seitlichen Abweichungen gefahren werden und die Ausrichtung der Landmaschine auf dem Feld kann im Wesentlichen erhalten werden.
Das Verfahren kann einen Schritt des Empfangens einer Bildinformation von einem Sensor zur Erfassung eines Umfeldes der Landmaschine aufweisen, der einen Rand der Führungsbahn im Bereich der Landmaschine abbildet, wobei im Schritt des Einlesens die Bildinforma- tion für den Bediener bereitgestellt wird. Ein solcher Sensor kann ein bildgebender Sensor oder allgemeiner ein Sensor zur Erfassung des Umfeldes (oder der Umfeldkontur) um die Landmaschine sein. Hierunter kann beispielsweise eine Kamera, ein PMD, Stereovideo, Laser (-Scanner), etc. verstanden werden. Der Sensor kann an der Landmaschine befestigt sein und eine seitliche Begrenzung der Arbeitsbreite der Landmaschine abbilden. Durch eine Kamera kann der Bediener ohne Verrenkungen und in ergonomischer Arbeitshaltung einen Rand der Bahn überwachen.
Die Bildinformation kann mit einer virtuellen Bildinformation überlagert werden, wobei die virtuelle Bildinformation den geänderten Abstand repräsentiert. In das Kamerabild kann eine Markierung oder ein verfälschtes Bild eingeblendet werden, das ein Ergebnis einer gewünschten Abstandsänderung repräsentiert. Durch überlagerte Bilder kann der Bediener intuitiv planen, wie die Landmaschine geführt werden wird.
Der Schritt des Bereitstellens kann ansprechend auf ein Bestätigungssignal ausgeführt werden. Ein Bestätigungssignal kann mittels eines weiteren Eingabegeräts eingelesen werden. Durch eine Verzögerung der Spurführung bis zu dem Bestätigungssignal können Fehler in dem geänderten Abstand korrigiert werden, ohne dass die Landmaschine beispielsweise in Schlangenlinien geführt wird, bis der Abstand korrekt ist.
Eine neue Referenztrajektone kann erfasst werden, während das Steuersignal bereitgestellt wird, und die Referenztrajektone kann ansprechend auf ein nächstes Wendemanöver der Landmaschine durch die neue Referenztrajektone ersetzt werden. Durch ein fortschreitendes Verwenden der zuletzt vollständig gefahrenen Bahn der Landmaschine kann ein Fehler in der Spurführung minimiert werden, da sich Abweichungen nicht aufsummieren können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines Felds, auf dem eine Trajektorie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet ist;
Fig. 2 eine Darstellung einer Trajektorie einer Landmaschine während einer Abstandsänderung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine Darstellung einer geführten Spur einer Landmaschine mit einer Abstandsänderung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Bildinformationspräsentation gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Bildüberlagerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts zum Führen einer Landmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Führen einer Landmaschine gemäß ei- nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fach- mann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Felds 100. Auf dem Feld 100 ist eine Trajektorie 102 einer Landmaschine 104 dargestellt. Die Landmaschine 104 weist ein Steuergerät zum Führen 106 der Landmaschine 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf, das mit einer Lenkeinrichtung der Landmaschine 104 verbunden ist. Das Steuergerät 106 ist dazu ausgebildet, ein Verfahren zum Führen der Landmaschine 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auszuführen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel fährt die Landmaschine 104 eine Bahn als Referenzbahn 108 ab, die parallel zu einem Rand des Felds 100 ausgerichtet ist. Die Referenzbahn 108 kann auch frei auf dem Feld 100 angeordnet sein und beispielsweise höhengleich verlaufen, um Erosion zu vermindern. Die Trajektorie 102 der Landmaschine 104, während sie auf der Referenzbahn 108 fährt, wird als Referenztrajektorie 102a erfasst. Dazu kann ein Signalstrom eines Positionssensors ausgewertet werden. Wenn die Landmaschine 100 ein Ende der Referenzbahn 108 erreicht hat, wird das Erfassen beendet und die Landmaschine 104 wird gewendet, um eine nächste Bahn neben der Referenzbahn 108 abzufahren. Die Landmaschine 104 wird auf der nächsten Bahn von dem Steuergerät 106 parallel zu der Referenztrajektorie 102a geführt. Während des Wendens beschreibt die Trajektorie 102 beispielsweise einen Halbkreis 102b. In dem dargestellten Fall ist ein Abstand 1 10 zwischen einem Anfangspunkt und einem Endpunkt des Halbkreises 102b zu groß. Durch den zu großen Halbkreis 102b resultiert ein Abstand zwischen den Bahnen, und das Feld 100 wird nicht vollständig bearbeitet, während die Landmaschine 104 entlang der Referenztrajektorie 102a geführt wird. Darum greift ein Fahrer ein und betätigt ein Eingabegerät, wie beispielsweise einen Joystick und gibt eine Abstandsänderung vor. Die vorgegebene Abstandsänderung kann mittels einem Bestä- tigungssignal freigegeben werden, woraufhin das Steuergerät 106 die Landmaschine 104 auf einer vorgegebenen Winkeltrajektorie 102c auf die Referenztrajektorie 102a zu bewegt, um den Abstand 1 10 zu verringern. Wenn die Bahnen direkt aneinander angrenzen, hat die Landmaschine 104 den korrekten Abstand 1 12 erreicht. Das Steuergerät 106 führt die Landmaschine 106 weiter in dem korrekten Abstand 1 12 parallel zu der Referenztrajektorie 102a auf einer endgültigen Trajektorie 102d.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Trajektorie 102 im Bereich der Abstandsänderung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Landmaschine fährt auf der Trajektorie 102 in dem zu großem Abstand parallel zu der Referenztrajektorie. Das Steuersignal des Steuergeräts löst eine Lenkbewegung aus, bis die Landmaschine unter einem vorgegebenen Winkel 200 auf einer Schräge 202 auf die Referenztrajektorie zu fährt. Das Steuersignal löst eine Lenkbewegung in eine Gegenrichtung aus, um die Winkeltrajektorie 102c im richtigen Abstand zu beenden, um die Landmaschine parallel zu der Referenztrajek- torie zu führen. Dabei kann ein Ausschlag der Lenkbewegung begrenzt sein. Durch die Begrenzung ist ein Drehradius der Landmaschine bekannt und die Landmaschine kann ohne Überschwinger und weitere Korrekturen tangential auf auf die richtige Trajektorie 102d einschwenken. Ebenso kann das Steuergerät die Landmaschine führen, wenn der initiale Abstand zu klein ist. Dann führt das Steuergerät die Landmaschine auf der Schräge 202 weg von der Referenztrajektorie, um den Abstand zu vergrößern.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung des Verlaufs der Trajektorie 102 der Bahn der Landmaschine, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Durch die Schrägfahrt erreicht die Trajektorie 102d einen lateralen Versatz 300 zu einer projizierten Verlängerung 300 der Trajektorie 102.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Bildinformation 400, die gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Rand 402 einer Bahn einer Landmaschine abbildet. Wenn die Bildinformation in einem Sichtfeld eines Bedieners der Landmaschine dargestellt wird, kann der Bediener entscheiden, ob der Rand 402 wie gewünscht verläuft, ohne seine Aufmerksamkeit abwenden zu müssen. Die Bildinformation 400 kann einen Ausschnitt der Bahn abbilden, der bereits bearbeitet ist und im Bereich der Landmaschine angeordnet ist. Die Bildinformation 400 kann auch einen Bereich vor der Landmaschine abbilden, wobei der Rand 402 dann als eine Hilfslinie 402 in die Bildinformation 400 eingeblendet sein kann. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Bildinformation 400 aus Fig. 4. Zusätzlich zu der Darstellung in Fig. 4 ist der Bildinformation 400 mit dem Rand 402 eine virtuelle Darstellung eines verschobenen Rands 500 überlagert. Die virtuelle Darstellung 500 repräsentiert eine Anordnung des Rands 402, wenn er um einen von dem Bediener vorgewählten latera- len Versatz verschoben wäre. Durch die virtuelle Darstellung 500 kann der Bediener eine Wirksamkeit seiner Änderungseingabe vorab überprüfen und bewerten. Dadurch kann die Landmaschine präziser angesteuert werden, denn die Änderungseingabe beruht nicht mehr auf einer Schätzung des Bedieners. Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuergeräts zum Führen 106 einer Landmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät 106 entspricht dem Steuergerät 106 aus Fig. 1. Das Steuergerät 106 weist eine Einrichtung zum Erfassen 600, eine Einrichtung zum Ermitteln 602, eine Schnittstelle zum Einlesen 604 und eine Einrichtung zum Bereitstellen 606 auf. Die Einrichtung zum Erfassen ist dazu ausgebildet, aus einem Signalverlauf eines Positionssignals einer Positionserfassungseinrichtung 608 eine Referenztrajektorie der Landmaschine zu erfassen, während die Landmaschine auf einer Referenzbahn bewegt wird. Die Positionserfassungseinrichtung 608 ist dazu ausgebildet, basierend auf einem Signal eines GPS Empfängers 610 und einer Richtungserfassungsein- richtung 612 das Positionssignal bereitzustellen. Die Richtungserfassungseinrichtung 612 kann drei Drehratensensoren sowie drei Beschleunigungssensoren aufweisen. Die Einrichtung zum Ermitteln 602 ist dazu ausgebildet, einen Abstand der Landmaschine von der Referenztrajektorie nach einem Wendemanöver der Landmaschine zu ermitteln, um eine Abstandsinformation zu erhalten. Zum Ermitteln kann die Einrichtung 602 eine Position der Landmaschine nach dem Wendemanöver relativ zu einem Ende der Referenztrajektorie verwenden. Die Schnittstelle zum Einlesen 604 ist dazu ausgebildet, einen durch einen Bediener der Landmaschine eingegebenen geänderten Abstandswert einzulesen. Der geänderte Abstandswert repräsentiert einen geänderten Abstand der Landmaschine zur Referenztrajektorie. Der geänderte Abstandswert wird von einem zusätzlichen Eingabegerät 614 empfangen. Das zusätzliche Eingabegerät 614 kann beispielsweise ein Joystick sein. Die Ein- richtung zum Bereitstellen 606 ist dazu ausgebildet, ein Steuersignal zum Führen der Landmaschine auf einer Führungsbahn bereitzustellen, wobei die Führungsbahn in dem geänderten Abstand zur Referenztrajektorie verläuft. Die Einrichtung zum Bereitstellen 606 ist dazu ausgebildet. Beispielsweise einen Lenkwinkel für eine elektrohydraulische Lenkung 616 bereitzustellen. Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Führen einer Landmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren ist dazu geeignet, um auf einem Steuergerät, wie es in den Figuren 1 und 6 dargestellt ist, ausgeführt zu werden. Das Verfahren 700 weist einen Schritt des Erfassens 702, einen Schritt des Ermitteins 704, einen Schritt des Einlesens 706 und einen Schritt des Bereitstellens 708 auf. Im Schritt des Erfassens 702 wird eine Referenztrajektorie der Landmaschine erfasst, während die Landmaschine auf einer Referenzbahn bewegt wird. Im Schritt des Ermitteins 704 wird ein Abstand der Landmaschine von der Referenztrajektorie nach einem Wendemanöver der Landmaschine ermittelt, um eine Abstandsinformation zu erhalten. Im Schritt des Einlesens 706 wird ein, durch einen Bediener der Landmaschine eingegebener, geänderter Abstandswert eingelesen, der einen geänderten Abstand der Landmaschine zur Referenztrajektorie repräsentiert. Im Schritt des Bereitstellens 708 wird ein Steuersignal zum Führen der Landmaschine auf einer Führungsbahn bereitgestellt, um die Landmaschine zu führen, wobei die Führungsbahn in dem geänderten Abstand zur Referenztrajektorie verläuft.
Mit anderen Worten beschreibt der hier vorgestellte Ansatz eine neuartige Lenkungsmethode für Landmaschinen. Ein Ablauf der Lenkungsmethode kann wie folgt zusammengefasst werden. Eine Referenzbahn wird vorgegeben. Anschließend wird manuell gewendet. Die auto- matische Spurführung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz wird eingeschaltet. Ein Fahrer der Landmaschine verändert einen lateralen Versatz unter Beibehaltung der Ausrichtung an der Referenzbahn.
Für eine technische Umsetzung können Signale eines Positionssensors (Odometrie), der beispielsweise Drehratensensoren, Drehzahlsensoren und Beschleunigungssensoren, sowie Signale eines Satellitennavigationssystems verwendet werden. Dadurch kann ein Geschwindigkeitsvektor Vberechnet bereitgestellt werden. Ein Steuergerät der Spurführung kann daraus mittels eines Zustandsbeobachters (z.B. Kalman-Filter) einen Gier-Winkel der Landmaschine berechnen. Weiterhin kann unter Verwendung eines Benutzerwunsches ein Lenkwinkel für die Landmaschine berechnet werden. Der berechnete Lenkwinkel kann als Vorgabe beispielsweise an eine elektrohydraulische Lenkung (EHL) der Landmaschine gesendet werden. Der Benutzerwunsch kann über ein Eingabegerät z. B. ein Joystick von dem Benutzer als Wunschversatz vorgegeben werden. Der Wunschversatz kann als lateraler Versatz zu einer bisherigen Bahn der Landmaschine definiert werden. Zur Bestimmung des Gier-Winkels (heading, Ausrichtung) kann z. B. die DCU und/oder das GPS verwendet werden. Über diese Sensoren kann eine Referenzbahn vorgegeben werden. Die Lenkwinkelvorgabe kann über ein Mittel zur Lenkung wie EHL und/oder ein Lenkassistenzsystem (assisted front steering AFS) umgesetzt werden. Als Eingabemöglichkeit kann beispielsweise ein Lenkrad, ein Joystick, ein Schieberegler oder ein Hebel verwendet werden.
Während die automatische Spurführung aktiviert ist, ist es lediglich notwendig, dass der An- wender den Spurversatz bestimmt. Die Landmaschine behält dabei im Wesentlichen die Ausrichtung bei. Beispielsweise betätigt der Benutzer den Joystick nach rechts, worauf der Traktor nach rechts lenkt. Lässt der Benutzer den Joystick wieder los, lenkt der Traktor automatisch wieder auf die vorgegebene Richtung. Optional kann über ein Antippen des Joysticks ein fester Versatz schrittweise vorgegeben werden. Eine Warnung kann ausgegeben werden, wenn von der Bahn abgewichen wird (z. B. kann das durch einen zusätzlichen Sensor abgesichert werden). Über einen Anschlag der Eingabemöglichkeit (z. B. Joystick/Hebel) kann eine Steilheit des Korrekturmanövers vorgegeben werden. Die Steilheit kann als Winkel zwischen der alten Bahn und einer Lenkschräge definiert werden. Der gleiche Winkel kann zwischen der Lenkschräge und einer korrigierten Bahn vorgegeben werden.
Kurz gefasst kann mit dem hier vorgestellten Ansatz automatisch parallel zu einer vorgegebenen Richtung gefahren werden. Der Fahrer bestimmt den anderen Freiheitsgrad.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren (700) zum Führen einer Landmaschine (104), wobei das Verfahren (700) die folgenden Schritte aufweist:
Erfassen (702) einer Referenztrajektorie (102a) der Landmaschine (104), während die Landmaschine (104) auf einer Referenzbahn (108) bewegt wird;
Ermitteln (704) eines Abstands (1 10) der Landmaschine (104) von der Referenztrajektorie (102a) nach einem Wendemanöver der Landmaschine (104), um eine Abstandsinformation zu erhalten;
Einlesen (706) eines durch einen Bediener der Landmaschine (104) eingegebenen geänderten Abstandswertes, der einen geänderten Abstand (1 12) der Landmaschine (104) zur Referenztrajektorie (102a) repräsentiert; und
Bereitstellen (708) eines Steuersignals zum Führen der Landmaschine (104) auf einer Führungsbahn, wobei die Führungsbahn in dem geänderten Abstand (1 12) zur Referenztrajektorie (102a) verläuft.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 1 , bei dem im Schritt des Einlesens (706) der geänderte Abstandswert durch Auslesen eines Signals eines zusätzlichen Steuerhebels erfasst wird.
Verfahren (700) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem im Schritt des Bereitstellens (708) ein Warnsignal bereitgestellt wird, wenn die Führungsbahn außerhalb eines Toleranzbereichs verläuft.
Verfahren (700) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem im Schritt des Bereitstellens (708) das Steuersignal die Landmaschine (104) in einem Winkel (200) zu der Referenztrajektorie (102a) führt, der innerhalb einer Winkeltoleranz liegt.
Verfahren (700) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Schritt des Empfangens einer Bildinformation (400) von einem Sensor zur Erfassung eines Umfeldes um die Landmaschine Kamera, der einen Rand (402) der Führungsbahn im Bereich der Landmaschine (104) abbildet, wobei im Schritt des Einlesens (706) die Bildinformation (400) für den Bediener bereitgestellt wird.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 5, bei dem im Schritt des Einlesens (706) die Bildinformation (400) mit einer virtuellen Bildinformation (500) überlagert wird, wobei die virtuelle Bildinformation (500) den geänderten Abstand (1 12) repräsentiert.
Verfahren (700) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Bereitstellens (708) ansprechend auf ein Bestätigungssignal ausgeführt wird.
Verfahren (700) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine neue Refe- renztrajektorie (102d) erfasst wird, während das Steuersignal bereitgestellt wird, und die Referenztrajektorie (102a)ansprechend auf ein nächstes Wendemanöver der Landmaschine (104) durch die neue Referenztrajektorie (102d) ersetzt wird.
Steuergerät (106) zum Führen einer Landmaschine (104), das dazu ausgebildet ist, die Schritte eines Verfahrens (700) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
0. Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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