DE10019011A1 - Verfahren zum Steuern einer Maschine auf einem vorgegebenen Fahrweg und Vorrichtung zu dessen Durchführung - Google Patents

Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zum Steuern einer Maschine, insbesondere einer landwirtschaftlichen Maschine, auf einem vorgegebenen Fahrweg, bei dem mittels einer Ist-Position-Erfassungseinrichtung die Ist-Position der Maschine erfasst wird und mittels einer Vergleichseinrichtung mit einer Soll-Position verglichen wird, wobei bei Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position über ein bestimmtes Maß hinaus, Steuerbefehle an die Maschine gesandt werden, um diese auf einem Rückführweg auf den vorgegebenen Fahrweg zurückzuführen, wobei erfindungsgemäß ein unter Berücksichtigung des im weiteren Verlauf noch zu fahrenden vorgegebenen Fahrweg optimaler Rückführweg ermittelt wird und entsprechende Steuerbefehle an die Maschine gesandt werden, die die Maschine auf dem optimalen Rückführweg auf eine Soll-Position des vorgegebenen Fahrwegs zurückbringen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Ma­ schine auf einem vorgegebenen Fahrweg nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zu dessen Durchfüh­ rung.

Das Verfahren eignet sich besonders zur Steuerung von land­ wirtschaftlichen Maschinen. Ist aber auch auf anderen Ge­ bieten einsetzbar, beispielsweise zur Steuerung von Bauma­ schinen.

Aus der EP 0 821 296 A2 ist ein Verfahren bekannt, das un­ ter anderem dazu dient, eine landwirtschaftliche Maschine auf einem bestimmten Fahrweg zu steuern. Bei diesem Verfah­ ren wird zur Standortbestimmung der Maschine ein Differen­ tial-GPS-System verwendet. Um auch bei Ausfall des GPS- System die Maschine weiter steuern zu können, ist weiterhin ein Koppelnavigationssystem vorgesehen, das verschiedene Sensoren, wie Radsensoren, Geschwindigkeitsmesser, Lenkwin­ kelsensoren und Richtungssensoren einsetzt.

Herkömmliche System arbeiten derart, daß eine Ist-Position der Maschine bzw. einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschi­ ne mit einer Soll-Position verglichen wird und bei einer Abweichung des Istwerts vom Sollwert, die ein bestimmtes Maß übersteigt, ein Steuerbefehl abgegeben wird, der zum Ziel hat, das Fahrzeug möglichst schnell auf die Soll- Position zurückzuführen. Um eine hinreichend genaue Führung des Fahrzeuges zu erreichen und zu gewährleisten, daß das Fahrzeug nach Erreichen der Soll-Position wieder auf dem vorbestimmten Fahrweg weiterfährt, bestehen hohe Anforde­ rungen an die Regelung und insbesondere an die Regelzeit.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zum Steuern ei­ ner Maschine auf einem vorgegebenen Fahrweg zu schaffen, das bei vertretbarem Aufwand gewährleistet, daß die Maschi­ ne einen kontinuierlichen Fahrweg zurücklegt, der mit hin­ reichender Genauigkeit dem gewünschten Fahrweg entspricht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst. Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer Maschine auf einem vorgegebenen Fahrweg geschaffen, bei dem mittels einer Ist-Position-Erfassungseinrichtung die Ist-Position der Maschine erfasst wird und mittels ei­ ner Vergleichseinrichtung mit einer Soll-Position vergli­ chen wird, wobei bei Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position über ein bestimmtes Maß hinaus Steuerbefehle an die Maschine gesandt werden, um diese auf einem Rück­ führweg auf den vorgegebenen Fahrweg zurück zu führen. Er­ findungsgemäß wird jedoch die Maschine nicht notwendiger­ weise auf dem kürzesten Weg zurückgeführt und die Rückfüh­ rung erfolgt nicht notwendigerweise zu der Soll-Position, von der eine Abweichung festgestellt wurde, sondern kann auch auf eine andere Soll-Position vorzugsweise im weiteren Verlauf des vorgegebenen Fahrweges erfolgen. Der optimale Rückführweg wird dabei unter Berücksichtigung des im weite­ ren Verlauf noch zu fahrenden vorgegebenen Fahrweg ermit­ telt und es werden entsprechende Steuerbefehle an die Ma­ schine gesandt, die die Maschine auf einem optimalen Rück­ führweg auf eine Soll-Position des Fahrwegs zurück bringen.

Der Rückführweg kann hinsichtlich unterschiedlicher Bedin­ gungen optimiert sein. Die Optimierung kann dahingehend er­ folgen, daß ein möglichst kontinuierlicher tatsächlicher Fahrweg angestrebt wird, also ein Fahrweg ohne größere Richtungskorrekturen. Es hat sich gezeigt, daß bei der be­ kannten Rückführung von der Ist-Position auf die Soll- Position, von der eine die Toleranz übersteigende Abwei­ chung festgestellt wurde, häufig starke Richtungsänderungen erforderlich sind, um die Maschine wieder auf den Kurs des vorgegebenen Fahrwegs auszurichten. Diese Richtungsänderun­ gen können Probleme bei der Steuerung der Maschine verursa­ chen. Weiterhin kann sich ein extrem diskontinuierlicher tatsächlicher Fahrweg ergeben, der eine effektive Bodenbe­ arbeitung erschwert oder unmöglich macht, so daß ggf. die Bodenbearbeitung während der Rückführung ausgesetzt werden. Wird dagegen bei Bestimmung des Rückführweges der weitere Verlauf des vorgegebenen Fahrweges berücksichtigt, kann ein Rückführweg gewählt werden, der die Maschine ohne große Richtungsänderungen kontinuierlich auf den vorgegebenen Fahrweg zurückbringt. Ist der Rückführweg zum vorgegebenen Fahrweg versetzt und mündet in einem relativ spitzen Winkel in diesen ein, bestehen keine Probleme mit der Maschinen­ steuerung und eine Bodenbearbeitung kann meistens auch auf dem Rückführweg fortgesetzt werden. Da die Abweichung von dem vorgegebenen Fahrweg bekannt ist, kann bei der an­ schließenden Bearbeitung des angrenzenden Bereichs diese Abweichung berücksichtigt werden.

Liegt die Ist-Position in Fahrtrichtung links von der Soll- Position und verläuft der vorgegebene Fahrweg nach links, so kann die Maschine beispielsweise im wesentlichen gerade­ aus weitergeführt wird, bis der vorgegebene Fahrweg und da­ mit eine Soll-Position erreicht ist. Liegt die Ist-Position in Fahrtrichtung rechts von der Soll-Position und verläuft der vorgegebene Fahrweg nach rechts, kann die Maschine im wesentlichen geradeaus weitergeführt werden, bis eine Soll- Position erreicht ist. Da der Rückführweg vorausschauend bestimmt wird, kann die Maschine vor Erreichen des vorgege­ benen Fahrwegs mit geringen Richtungskorrekturen in die Richtung des vorgegebenen Fahrweges gebracht werden, so dass der Rückführweg in einem spitzen Winkel auf den vorge­ gebenen Fahrweg trifft.

Mittels der Steuerbefehle kann in die Lenkung und/oder den Antrieb der Maschine eingegriffen werden. Da sich durch die Abweichung vom vorgegebenen Fahrweg Änderungen in der zu­ rückgelegten Strecke ergeben können, kann es sinnvoll sein, die Fahrgeschwindigkeit zu erhöhen oder zu verlangsamen, um wieder in den vorgegebenen Ablauf zurück zu finden. Dadurch dass nicht einfach von der Ist-Position zur Soll-Position zurückgefahren wird, kann sich auch eine Verkürzung der Wegstrecke ergeben, wenn z. B. eine Kurve des vorgegebenen Fahrweges geschnitten wird, um wieder auf diesen zurückzu­ kommen.

Vorteilhaft wird mittels der Steuerbefehle die Fahrrichtung der Maschine bereits vor Erreichen der Soll-Position der Richtung des nach Erreichen der Soll-Positon zu fahrenden Fahrwegs angepasst werden.

Der Rückführweg kann gerade verlaufen oder geschwungen, kann gerade Teilstücke und ungerade Teilstücke aufweisen, beliebige Kurven usw.. Die Optimierung des Rückführweges kann hinsichtlich unterschiedlicher Parameter erfolgen. Die Aufgabe der Maschine beispielsweise eines Fahrzeugs zum Ausbringen von Saatgut spielt genauso eine Rolle wie bei­ spielsweise andere Vorgaben hinsichtlich der Bearbeitung von Flächen und die Maschinencharakteristika.

Zur Ermittlung der Ist-Position kann ein GPS-System verwen­ det werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann auch mit Dif­ ferential-GPS oder anderen bekannten Systemen gearbeitet werden. Es können aber auch andere Sensoren zur möglichst genauen Ermittlung der Ist-Position verwendet werden. Es kann mit Radar, Dopplerradar oder Koppelnavigation gearbei­ tet werden. Insbesondere wenn das GPS-System ausfällt oder keine verwertbare Ist-Position liefert, ist es erforder­ lich, auf andere Systeme auszuweichen. Die vom GPS-System gelieferten Ist-Positionen können laufend einer Plausibili­ tätskontrolle unterzogen werden. Wird ein Wert als nicht zuverlässig erkannt, kann auf andere Systeme ausgewichen werden. Insbesondere Koppelnavigation bietet gute Voraus­ setzungen zur Überbrückung geringerer Distanzen, über die keine brauchbare GPS-Ist-Position vorliegt. Zur Durchfüh­ rung der Koppelnavigation wird die Erfassung der Fahrrich­ tung und der Fahrgeschwindigkeit benötigt. Die Fahrrichtung kann über einen Kreisel oder elektronischen Kompaß erfaßt werden, die Fahrgeschwindigkeit über Radsensoren für die Raddrehzahl. Beim Fahren im Gelände weisen die auch nicht angetriebenen Räder jedoch geländeabhängig einen gewissen Schlupf auf. Auch die Werte anderer Sensoren können mit Fehlern behaftet sein.

Vorteilhaft wird daher fortlaufend eine Korrektur der von den Sensoren gelieferten Werte anhand einer von den Senso­ ren unabhängigen Ist-Position-Bestimmung durchgeführt. Bei­ spielsweise können die Werte auf Basis der GPS-Ist-Posi­ tions-Bestimmung korrigiert werden. Muß dann über eine be­ stimmte Distanz vom GPS unabhängig die Ist-Position ermit­ telt werden, kann anhand dieser Korrektur mit relativ hoher Genauigkeit die Ist-Position auch mit einfacher Koppelnavi­ gation ermittelt werden. Fährt die Maschine beispielsweise über eine matschige Geländepassage, werden die Räder einen erhöhten Schlupf aufweisen. Dieser wird, solange die vom GPS-System gelieferte Ist-Position korrekt ist, erkannt und eine entsprechende Korrektur durchgeführt. Fällt dann das GPS-System aus oder liefert keine verwertbaren Daten, kann auf Grundlage der korrigierten Sensorwerte mittels Koppel­ navigation mit relativ hoher Genauigkeit die Ist-Position bestimmt werden, zumindest solange sich die Parameter, bei­ spielsweise der Radschlupf, nicht wesentlich ändern. Da meistens jedoch nur relativ kurze Distanzen überbrückt wer­ den müssen, hat sich diese Verfahrensweise bewährt und ist in der Lage, auch bei ungünstiger Geländebeschaffenheit, ungünstigen Bewuchs usw., eine hinreichend genaue Ist- Position zu bestimmen.

Es wird des weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen, die eine einen Rückführweg ermit­ telnde Einheit aufweist, die unter Berücksichtigung des noch zurückzulegenden Fahrwegs der Maschine den optimalen Rückführweg ermittelt, wobei in die Ermittlung des optima­ len Rückführweges noch zahlreiche andere Parameter eingehen können, wie beispielsweise die Art der Bodenbearbeitung, Fahr- und Arbeitscharakteristika der landwirtschaftlichen Maschine oder auch die Bodenbeschaffenheit.

Die Vorrichtung kann eine Empfangseinheit aufweisen, die Steuerbefehle empfangen kann und auf Basis dieser Steuerbe­ fehle Steuersignale an die Lenkung und/oder den Antrieb der Maschine abgibt. Es können aber auch Steuersignale an ande­ re Organe der Maschine, zum Beispiel zur Bodenbearbeitung, abgegeben werden.

Der Teil der Vorrichtung, der beispielsweise auf der land­ wirtschaftlichen Maschine installiert ist, ist zweckmäßig mit Sensoren zur Erfassung der Ist-Position der Maschine ausgerüstet. Dies kann ein GPS-System umfassen, aber auch andere bekannte und bereits erwähnte Sensoren.

Vorteilhaft ist die Vorrichtung mit einer Korrektureinheit ausgestattet, mit der während des Betriebs der Maschine ständig fortlaufend die Daten der Sensoren aufgrund einer von diesen Sensoren unabhängigen Erfassung der Ist-Position der Maschine korrigiert werden, um die Genauigkeit der Po­ sitionsbestimmung zu erhöhen.

Das Verfahren zum Steuern einer Maschine auf einem vorgege­ benen Fahrweg wird folgend anhand einer Figur veranschau­ licht.

Die Figur zeigt mit der durchgezogenen Linie den vorgegebe­ nen Fahrweg. Mit der gestrichelten Linie ist der tatsächli­ che Fahrweg der Maschine dargestellt. Man sieht, dass vom Punkt A ausgehend die Abweichung des tatsächlichen Fahrwegs vom vorgegebenen Fahrweg ständig zunimmt. Bei Erreichen des Punktes B' ist die Abweichung der Ist-Position B' von der Soll-Position, nämlich dem Punkt B, so groß, daß die Tole­ ranzschwelle überschritten ist und die Maschine durch das beschriebene Verfahren auf einem Rückführweg zum vorgegebe­ nen Fahrweg zurückgeführt wird.

Herkömmliche Regelungen bringen bei Überschreiten einer to­ lerierten Abweichung die Maschine auf dem kürzest möglichen Weg von der Ist-Position B' auf die Soll-Position B zurück, wie durch die gepunktete Linie veranschaulicht.

Erfindungsgemäß erfolgt jedoch die Bestimmung des Rückführ­ weges unter Berücksichtigung des weiteren zurückzulegenden Fahrwegs. Auf diese Weise wird erkannt, daß der weitere Fahrweg nach links abbiegt und die Maschine einfach durch eine Geradeausfahrt ohne große problematische Richtungsän­ derungen auf den vorgegebenen Fahrweg zurückgeführt werden kann und diesen im Punkt E erreicht.

Der bestimmte Rückführweg soll der unter Berücksichtigung - des weiteren Fahrwegs und der weiteren Umstände optimale Rückführweg sein. Ist beispielsweise eine Bodenbearbeitung auf dem gestrichelten Rückführweg nicht möglich oder sinnvoll, weil dieser zu weit vom vorgegebenen Fahrweg entfernt verläuft, kann ein Rückführweg gemäß der strichpunktierten Linie gewählt werden, der im Punkt D in den vorgegebenen Fahrweg einmündet und ab dem Punkt C eine sinnvolle Boden­ bearbeitung zulässt und dennoch keine starken Richtungsän­ derungen erfordert und im spitzen Winkel in den vorgegebe­ nen Fahrweg einmündet, wodurch ein problemloser Übergang in der Fahrzeugsteuerung vom Rückführweg auf den vorgegebenen Fahrweg ermöglicht wird.

Claims (17)

1. Verfahren zum Steuern einer Maschine auf einem vorgegebenen Fahrweg, bei dem mittels einer Ist-Position- Erfassungseinrichtung die Ist-Position (B') der Maschine erfasst wird und mittels einer Vergleichseinrichtung mit einer Soll-Position (B) verglichen wird, wobei bei Abweichung der Ist-Position (B') von der Soll-Position (B) über ein bestimmtes Maß hinaus, Steuerbefehle an die Maschine gesandt werden, um diese auf einem Rückführweg auf den vorgegebenen Fahrweg zurück zu führen, dadurch gekennzeichnet, dass ein unter Berücksichtigung des im weiteren Verlauf noch zu fahrenden vorgegebenen Fahrwegs optimaler Rückführweg ermittelt wird und entsprechende Steuerbefehle an die Maschine gesandt werden, die die Maschine auf dem optimalen Rückführweg auf eine Soll- Position (D) des vorgegebenen Fahrwegs zurück bringen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerbefehle die Lenkung der Maschine betätigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuerbefehle Steuersignale an den Antrieb der Maschine abgegeben werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung der Maschine auf eine Soll-Position (D) auf einem Rückführweg erfolgt, der einen möglichst kontinuierlich zurückgelegten tatsächlichen Fahrweg gewährleistet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung der Maschine auf eine Soll-Position (D) auf einem Rückführweg erfolgt, der so bestimmt wird, dass im tatsächlich zurückgelegten Weg starke Richtungsänderungen vermieden werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung der Maschine auf eine Soll-Position (D) auf einem geraden Rückführweg oder einem ungeraden Rückführweg erfolgen kann.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Ist-Position (B') in Fahrtrichtung links von der Soll-Position (B) liegt und der Fahrweg nach links verläuft, die Maschine im wesentlichen geradeaus weitergeführt wird, bis eine Soll-Position (D) erreicht ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Ist-Position in Fahrtrichtung rechts von der Soll-Position liegt und der Fahrweg nach rechts verläuft, die Maschine im wesentlichen geradeaus weitergeführt wird, bis eine Soll-Position (D) erreicht ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels von Steuerbefehlen die Fahrrichtung der Maschine bereits vor Erreichen der Soll- Position (D) der Richtung des nach Erreichen der Soll-Positon (D) zu fahrenden Fahrwegs angepasst wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Ist-Position (B') ein GPS-System verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Ist-Position (B') unterschiedliche Sensoren, insbesondere Radsensoren für die Ermittlung der Raddrehzahl und Richtungssensoren für die Ermittlung der Fahrrichtung, verwendet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass, falls auf Basis des GPS-Systems keine korrekte oder plausible Ist-Position (B') vorliegt, diese mittels anderer Sensoren bestimmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs ständig eine fortlaufende Korrektur der von den Sensoren gelieferten Daten anhand einer von diesen Sensoren unabhängigen Ist-Position- Bestimmung erfolgt.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine einen Rückführweg ermittelnde Einheit, die unter Berücksichtigung des noch zurückzulegenden Fahrwegs der Maschine den optimalen Rückführweg ermittelt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Empfangseinheit, die Steuerbefehle empfangen kann und auf Basis dieser Steuerbefehle Steuersignale an die Lenkung und/oder den Antrieb der Maschine abgibt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Sensoren zur Erfassung der Ist-Position (B') der Maschine.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Korrektureinheit, die während des Betriebs der Maschine ständig fortlaufend die Daten der Sensoren aufgrund einer von diesen Sensoren unabhängigen Erfassung der Ist-Position (B') der Maschine korrigiert.