BR112018071211B1

BR112018071211B1 - Sistema de aquisição de linha, método implementado por computador para controlar um veículo e sistema de controle de direção

Info

Publication number: BR112018071211B1
Application number: BR112018071211-6A
Authority: BR
Inventors: Eran D. B. Medagoda; Timothy J. Sullivan; Tri M. Dang
Original assignee: Agjunction Llc
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2023-02-07
Also published as: AU2017249204A1; AU2017249204B2; AU2017249162B2; EP3443428B1; CA3020924A1; BR112018071212A2; WO2017180521A2; BR112018071212B1; WO2017180521A3; US20170293303A1; US10209714B2; WO2017180521A9; WO2017180504A1; US10416675B2; BR112018071211A2; AU2017249162A1; EP3443429A2; EP3443428A1; CA3020922A1; US20170293304A1

Abstract

Um sistema de aquisição de linha prevê e exibe um caminho de aquisição para reduzir a incerteza em torno do caminho percorrido por um veículo ao adquirir um caminho de destino. O sistema de aquisição de linha calcula o caminho de aquisição dirigível com base nos estados atuais do veículo, como posição, velocidade, rumo e curvatura. O sistema de aquisição de linha continuamente atualiza e exibe o caminho de aquisição à medida que o veículo é direcionado manualmente pelo usuário. Quando o usuário aciona um controlador de direção, o último caminho de aquisição calculado é usado para direcionar automaticamente o veículo para o caminho de destino. A exibição do caminho de aquisição permite que o usuário observe, antes do engate automático da direção, o caminho que o veículo seguiria do seu estado atual até o destino. O usuário pode então decidir se o caminho de aquisição previsto irá interferir no terreno ou nos obstáculos que o usuário deseja evitar.

Description

AVISO DE COPYRIGHT

[0001] Uma parte da divulgação deste documento de patente contém material que está sujeito à proteção de direitos autorais. O proprietário dos direitos autorais não tem objeções à reprodução fac-símile feita por qualquer pessoa do documento de patente ou da divulgação de patente, como aparece no arquivo ou nos registros do Escritório de Marcas e Patentes dos Estados Unidos, mas reserva todos os direitos autorais.

CAMPO TÉCNICO

[0002] Uma ou mais implementações referem-se de forma geral a um sistema de aquisição de linha.

ANTECEDENTES

[0003] Um controlador de direção automaticamente guia um veículo a partir de um local atual para um local de destino, tal como um caminho de destino em um campo. O caminho percorrido pelo veículo até ao destino é determinado em tempo real com base na natureza do sistema de controle de direção automática do veículo e na posição do veículo em relação ao caminho de destino. O controlador de direção ajusta continuamente a direção do veículo conforme o veículo se aproxima do caminho de destino. Em outras palavras, o controlador de direção não conhece o caminho de aquisição tomado pelo veículo até alcançar e adquirir o caminho de destino.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0004] Os desenhos incluídos são para fins ilustrativos e servem para fornecer exemplos de possíveis estruturas e operações para os sistemas inventivos, aparelhos, métodos e meios de armazenamento legíveis por computador. Estes desenhos não limitam, de modo algum, quaisquer alterações na forma e detalhes que possam ser feitas por um versado na técnica sem se afastar do espírito e escopo das implementações divulgadas.

[0005] A Figura 1 mostra um exemplo de sistema de aquisição de linha.

[0006] A Figura 2 mostra exemplos de parâmetros usados para calcular um caminho de aquisição.

[0007] A Figura 3 mostra um exemplo de caminho de aquisição previsto.

[0008] A Figura 4 mostra um veículo usando o caminho de aquisição para adquirir um caminho de destino.

[0009] A Figura 5A mostra caminhos de aquisição gerados dinamicamente.

[0010] A Figura 5B mostra um processo para gerar os caminhos de aquisição.

[0011] As Figuras 6A-6D mostram exemplos de caminhos de aquisição para adquirir um caminho de destino de linha reta.

[0012] As Figuras 7A e 7B mostram exemplos de caminhos de aquisição de giro à esquerda e à direita em um caminho de destino reto.

[0013] As Figuras 8A e 8B mostram exemplos de caminhos de aquisição de giro à esquerda e à direita em um caminho de destino curvo.

[0014] As Figuras 9A-9D mostram exemplos de caminhos de aquisição para adquirir caminhos de destino contornados.

[0015] As Figuras 10A e 10B mostram exemplos de caminhos de aquisição gerados quando um controlador de direção pode não se engatar normalmente com o caminho de destino.

[0016] As Figuras 11A e 11B mostram como os caminhos de aquisição impedem o engate automático da direção sobre uma área trabalhada.

[0017] A Figura 12 mostra um exemplo de sistema de guia que inclui o sistema de aquisição de linha.

[0018] A Figura 13 mostra o sistema de guia da Figura 12 controlando um sistema de direção automática.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0019] Um sistema de aquisição de linha prevê e exibe um caminho de aquisição para reduzir a incerteza em torno do caminho percorrido por um veículo ao adquirir um caminho de destino. O sistema de aquisição de linha calcula o caminho de aquisição dirigível com base nos estados atuais do veículo, como posição, velocidade, rumo e curvatura. O sistema de aquisição de linha atualiza continuamente e exibe o caminho de aquisição conforme o veículo é direcionado manualmente pelo usuário. Quando o usuário aciona um controlador de direção, o último caminho de aquisição calculado é usado para direcionar automaticamente o veículo para o caminho de destino.

[0020] A exibição do caminho de aquisição permite que o usuário observe, antes do engate automático da direção, o caminho que o veículo seguiria do seu estado atual até o destino. Do ponto de vista agrícola, o caminho de aquisição fornece ao usuário uma descrição de onde o veículo irá dirigir ao adquirir um caminho de destino, como uma linha de caminho em um campo. O usuário pode então decidir se o caminho de aquisição previsto irá interferir no terreno ou nos obstáculos que o usuário deseja evitar.

[0021] O conhecimento do caminho de aquisição tem implicações mais abrangentes, que vão desde uma melhor gestão das operações de campo entre caminhos e promontórios, a capacidade de planejar tarefas do veículo com base na posição atual do veículo no caminho de aquisição, bem como a criação de um controlador de direção automático robusto que não precisa mais lidar com condições de aquisição incertas.

[0022] O caminho de aquisição fornece ao usuário um caminho dirigível completo desde a posição atual do veículo até o caminho de destino. Isso aumenta a conscientização situacional do usuário para melhorar a tomada de decisões. O usuário pode decidir qual o melhor momento para acionar o controlador automático de direção, sabendo que o caminho de aquisição conduzido pelo veículo evitará perigos e outras áreas do campo.

[0023] O sistema de aquisição de linha pode aumentar os níveis de autonomia do veículo. Por exemplo, com um caminho de aquisição computado completo, o usuário pode ter menos tarefas de direção para executar ao processar um campo, tal como dirigir manualmente o veículo para uma posição adequada perto do caminho de destino antes de engatar o controlador de direção automática. O sistema de aquisição de linha também pode permitir giros automáticos no final da linha que reduzem a quantidade de direção manual ao fazer a transição entre diferentes caminhos de destino e, em última análise, reduzir a carga de trabalho do usuário.

[0024] Fornecer um caminho completo de aquisição de linha da posição atual do veículo para o caminho de destino pode melhorar os projetos do controlador de direção automática. Por exemplo, o veículo pode não precisar mais executar certas manobras de aquisição no caminho de destino e o controlador de direção pode não precisar mais processar grandes entradas do controlador, como grandes erros de trajetória cruzada e de rumo. O controlador de direção pode, portanto, manter um controle de rastreamento mais rigoroso quando posicionado no caminho de destino, já que o veículo pode estar alinhado com os caminhos de aquisição e de destino a partir do momento do engate do controle de direção automática.

[0025] A previsão de caminhos de aquisição também pode permitir que o controlador de direção acomode um maior número de condições de engate que poderiam ser rejeitadas. Esses casos ocorrem quando o estado atual do veículo em relação ao caminho de destino excede os limites de restrições da direção do controlador.

[0026] A FIG. 1 mostra um sistema de controle de veículo 110 que utiliza um simulador de veículo baseado em modelo para gerar caminhos de aquisição. O sistema de controle do veículo 110 pode guiar automaticamente um veículo. Por exemplo, o sistema de controle de veículos 110 pode estar localizado em um trator e ser utilizado para guiar automaticamente o trator sobre linhas de caminho alinhadas com linhas em um campo. O sistema de controle do veículo 110 pode guiar automaticamente o veículo ao longo das linhas de caminho enquanto o veículo trabalha, tal como arar, semear, pulverizar, descarregar ou semelhantes, ou qualquer combinação destes. Naturalmente, este é apenas um exemplo e o sistema de controle do veículo 110 pode guiar qualquer tipo de veículo sobre qualquer tipo de caminho de destino.

[0027] O sistema de controle de veículo 110 pode incluir um sistema de aquisição de linha 112 que replica o comportamento de circuito fechado de um veículo e prevê a trajetória do veículo a partir de um estado atual para o caminho de destino. A trajetória prevista gerada pelo sistema de aquisição de linha 112 é utilizada por um planejador de caminho de veículo 122 para gerar um caminho dirigível para conduzir o veículo a partir de uma posição atual para o caminho de destino.

[0028] O sistema de aquisição de linha 112 pode incluir um gerador de erro de veículo/caminho 114 que recebe um caminho de destino 126 selecionado pelo usuário e estados atuais 128 do veículo. O caminho de destino 126 pode ser criado eletronicamente e armazenado na memória. Como explicado acima, os caminhos de destino 126 podem incluir linhas de caminho para um campo selecionado pelo operador do veículo. Por exemplo, o sistema de controle 110 pode rastrear as posições do sistema de posicionamento global (GPS) do veículo que se deslocam ao longo de uma linha no campo e então armazenar as posições GPS como caminho de destino 126.

[0029] Os estados atuais do veículo 128 podem incluir posições x e y, velocidade V, rumo ^ e curvatura K. O gerador de erro 114 pode gerar estados de erro 130, tais como erro entre pistas ect e erro de rumo e^ do veículo em relação ao caminho de destino 126.

[0030] A FIG. 2 mostra um exemplo dos parâmetros utilizados pelo gerador de erro de veículo/caminho 114 na FIG. 1. Com referência às Figs. 1 e 2, o gerador de erro 114 calcula os estados de erro 130, tal como um erro entre pistas ect e um erro de rumo e^. Estados de erro 130 são baseados na comparação dos estados do veículo 128 (x, y, ^, V, K) com um rumo (xp, yp, typ) para um ponto mais próximo 140 no caminho de destino 126.

[0031] Um módulo de controle 116 utiliza estados de erro 130 para calcular uma curvatura de veículo demandada 132 para introduzir no modelo de veículo 118. O módulo de controle 116 contém um modelo do controlador de direção localizado no veículo 100. O modelo do controlador de direção é expresso geralmente como:

K1, K2 e K3 são ganhos do controlador que atuam no erro de rumo e^, erro entre pistas ect e estados integrais de erro entre pistas, respectivamente. O resultado kd a partir da equação 1 é a curvatura veículo demandada 132. A curvatura do veículo 132 é limitada pelos limites de curvatura e de taxa de curvatura do veículo antes da sua aplicação ao modelo do veículo 118. Os limites de curvatura e taxa de curvatura são aplicados à demanda de curvatura 132, que é o resultado da equação 1.

[0032] Um modelo de veículo 118 é uma representação idealizada do veículo 100. O modelo de veículo 118 pode ser expresso da seguinte forma:

No modelo de veículo 118, os termos x e y representam novamente as coordenadas posicionais do veículo 100, ) representa o rumo do veículo 100, e V representa a velocidade do veículo 100.

[0033] A curvatura do veículo demandada Kd gerada pelo módulo de controle 116 tenta guiar o modelo do veículo 118 para o caminho de destino 126. O modelo do veículo 118 gera estados do veículo atualizados 128 com base na curvatura do veículo limitada pela curvatura e taxa de curvatura 132. Em outras palavras, o modelo de veículo 118 prevê uma alteração na posição e rumo do veículo 100 com base na posição prevista atual e no rumo do veículo 100 em relação ao caminho de destino 126.

[0034] Por exemplo, o veículo 100 pode ter limites de curvatura que restringem o quanto o veículo 100 pode virar para a esquerda ou para a direita e uma taxa de curvatura que limita a velocidade com que o veículo 100 pode virar para a esquerda ou para a direita. O operador do veículo pode executar uma série de voltas para calcular os limites de curvatura de giro do veículo que seriam aplicados à curvatura do veículo 132. O modelo de veículo 118 tomaria a curvatura de veículo limitada 132 ao prever estados de veículo simulados 128 para o veículo 100.

[0035] Os estados de veículo atualizados 128 são realimentados no gerador de erro de caminho/veículo 114. O gerador de erro 114 gera estados de erro 130 para a próxima posição de veículo prevista. O sistema de aquisição de linha 112 recursivamente executa o processo de retorno acima descrito até que as condições de saída sejam satisfeitas, seja por atender a um limiar de convergência de aquisição ou por exceder um limite de iteração. A convergência de aquisição pode ocorrer quando estados de erro 130 entre estados de veículo simulados 128 e o caminho de destino 126 estão dentro de valores limiares predefinidos, tal como um erro entre pistas menor ou igual a 2 centímetros e um erro de rumo inferior ou igual a 5 graus. Alternativamente, se o limite de iteração for excedido, uma solução dirigível não foi encontrada.

[0036] Durante o processo iterativo do caminho de aquisição, o sistema de aquisição de linha 112 rastreia e armazena estados simulados do veículo 128 no armazenamento 120. Uma vez que o sistema de aquisição de linha 112 converge em uma solução válida, os estados do veículo simulados armazenados 128 são alimentados em um planejador de caminho do veículo 122 como caminho de aquisição 134. O planejador do caminho de veículo 122 pode incluir uma interface de usuário 125 que exibe o caminho de aquisição 134 e o caminho de destino 126. Por exemplo, o planejador de caminho do veículo 122 pode exibir uma série de pontos que mostram o caminho de aquisição previsto a partir de um local atual do veículo 100 para o caminho de destino 126.

[0037] A FIG. 3 mostra um exemplo de caminho de aquisição 134 gerado pelo sistema de aquisição de linha 112. Em um tempo atual 150, o sistema de aquisição de linha 112 determina os estados atuais e erros de posição do veículo 100 em relação ao caminho de destino 126. Por exemplo, o sistema de aquisição de linha 112 pode determinar a posição atual e o rumo do veículo 100 a partir de um receptor GPS e sensores inerciais operando no veículo 100.

[0038] O sistema de aquisição de linhas 112, em seguida, gera o caminho de aquisição 134 calculando uma curvatura de direção demandada para o veículo 100 para reduzir um erro entre pistas e erro de rumo. O sistema de aquisição de linha 112 alimenta a curvatura de direção demandada no modelo do veículo para prever uma próxima posição 154 do veículo 100 em direção ao caminho de destino 126. Como mencionado acima, o sistema de aquisição de linha 112 completa o caminho de aquisição 134 quando o erro entre pistas e erro de rumo para uma posição prevista atual 154 está dentro de algum intervalo do caminho de destino 126.

[0039] A FIG. 4 mostra o sistema de controle de direção 110 automaticamente guiando o veículo 100 ao longo do caminho de aquisição 134. Com referência às Figs. 1 e 4, o caminho de aquisição previsto 134 é enviado para o planejador de caminho de veículo 122. O planejador de caminho de veículo 122 exibe o caminho de aquisição 134 na interface de usuário 125. O operador do veículo pode engatar o controlador de direção 124 quando o caminho de aquisição 134 converge com o caminho de destino 126 em um ponto de aquisição aceitável 160 e não intercepta quaisquer obstruções.

[0040] Em resposta ao usuário selecionar o caminho de aquisição 134, o planejador de caminho do veículo 122 pode combinar o caminho de aquisição 134 com o caminho de destino 126. O planejador de caminho do veículo 122 envia então os caminhos combinados 134 e 126 ao controlador de direção 124. O controlador de direção 124 utiliza então informação de navegação, tal como informação de GPS e de sensor inercial, para guiar o veículo 100 ao longo do caminho de aquisição 134 e para o caminho de destino 126.

[0041] Sistemas de controle que guiam automaticamente veículos agrícolas utilizando a tecnologia GPS/INS sobre os caminhos de destino são descritos na Patente dos EUA 7.142.956, emitida em Novembro 128 12006, intitulada: AUTOMATIC STEERING SYSTEM AND METHOD; Patente dos EUA 7.689.354, emitida em março 130 12010, intitulada ADAPTIVE GUIDANCE SYSTEM AND METHOD; Patente dos EUA 7.835.832, Novembro 116 12010, intitulada: VEHICLE CONTROL SYSTEM; a Patente dos EUA 7.437.230, emitida em Outubro 114 12008, intitulada: SATELLITE BASED VEHICLE GUIDANCE CONTROL IN STRAIGHT AND CONTOUR MODES, que são todos aqui incorporados por referência na sua totalidade.

[0042] A FIG. 5A mostra como o sistema de aquisição de linha atualiza automaticamente o caminho de aquisição. Um operador de veículo pode dirigir manualmente o veículo 100 para diferentes posições 162A-162C em relação ao caminho de destino 126. O sistema de aquisição de linha 112 pode atualizar automaticamente os caminhos de aquisição 134A-134C com base nas posições atuais 162A-162C, respectivamente, do veículo 100. Por exemplo, sistema de aquisição de linha 112 calcula um primeiro caminho de aquisição 134A do veículo 100 em uma primeira posição e rumo 162A. À medida que o veículo 100 se move da posição 162A para a posição e rumo 162B, o sistema de aquisição de linha 112 calcula um novo caminho de aquisição 134B. O sistema de aquisição de linha 112 recalcula continuamente e exibe os caminhos de aquisição 134 para as novas posições 162 do veículo 100.

[0043] Os caminhos de aquisição 134A-134C fornecem ao operador do veículo uma indicação visual de quaisquer impedimentos que possam impedir a ativação do controlador de direção automática. Por exemplo, uma pedra 164 pode estar no caminho de aquisição 134A. O operador do veículo pode atrasar a ativação do controlador de direção 124 (FIG. 1) até que o veículo 100 se mova para uma posição diferente 162B ou 162C, onde a pedra 164 não se encontre no caminho de aquisição associado 134B ou 134C, respectivamente.

[0044] A FIG. 5B mostra um processo exemplar para gerar um caminho de aquisição. Na operação 200A, o sistema de aquisição de linha inicia a geração do caminho de aquisição a partir de uma posição atual do veículo. Por exemplo, o usuário pode direcionar manualmente o veículo para diferentes posições em relação a um caminho de destino.

[0045] Na operação 200B, o sistema de aquisição de linha calcula um erro entre pistas e erro de rumo entre a posição atual do veículo e o caminho de destino. Na operação 200C, o sistema de aquisição de linha calcula uma curvatura do veículo para reduzir os erros calculados entre pista e de rumo. Por exemplo, o sistema de aquisição de linha pode calcular uma curvatura demandada do veículo que gira o veículo o mais difícil possível para a direita ou para a esquerda para adquirir o caminho de destino o mais rápido possível.

[0046] Na operação 200D, o sistema de aquisição de linha alimenta a curvatura do veículo demandada no modelo do veículo para gerar os próximos estados do veículo simulados. Por exemplo, o modelo do veículo simula a próxima posição e rumo do veículo com base na curvatura demandada do veículo e nas limitações de curvatura do veículo. Na operação 200E, o sistema de aquisição de linha armazena os estados do veículo simulado na memória.

[0047] Na operação 200F, o sistema de aquisição de linha calcula um próximo erro entre pistas e erro de rumo para os próximos estados do veículo simulado. Na operação 200G, o sistema de aquisição de linha determina se os estados do veículo simulados convergem com o caminho de destino. Por exemplo, o sistema de aquisição de linha determina se o erro entre pistas e o erro de rumo estão dentro de valores limites predefinidos. Se não, o sistema de aquisição de linha salta de volta para a operação 200C e calcula uma próxima curvatura do veículo demandada para gerar os próximos estados do veículo simulados em direção ao caminho de destino.

[0048] Se os estados simulados do veículo convergem com o caminho de destino na operação 200G, o sistema de aquisição de linha na operação 200H exibe o conjunto de estados do veículo simulados como o caminho de aquisição. Na operação 200I, o veículo pode se mover para um novo local. Por exemplo, o usuário pode continuar a dirigir manualmente o veículo. O sistema de aquisição de linha pula para a operação 200A e calcula um novo caminho de aquisição para a nova posição do veículo. Exemplos de Aquisição de Linha

[0049] As FIGS. 6-11 ilustram exemplos adicionais de como o sistema de aquisição de linha gera diferentes caminhos de aquisição. Nestes exemplos, o veículo 100 está em várias posições em relação ao caminho de destino 126. Os caminhos de aquisição associados 134 são apresentados na interface de usuário 125, mostrando ao usuário o caminho que o veículo 100 dirigiria a partir de uma posição atual para atingir o caminho de destino 126. A direção e formatos dos caminhos de aquisição 134 podem mudar com base no formato do caminho de destino, posição do veículo em relação ao caminho de destino, velocidade do veículo e limites de direção do veículo, tal como a curvatura máxima e a taxa de curvatura máxima.

[0050] As FIGS. 6A-6D mostram diferentes caminhos de aquisições 134A-134D, respectivamente, que adquirem um caminho de destino de linha reta 126. A FIG. 6A mostra um exemplo de uma abordagem direta em que o veículo 100 tem uma curvatura do veículo inicial zero. A FIG. 6B mostra um exemplo de uma abordagem direta em que o veículo 100 tem uma curvatura do veículo inicial diferente de zero. A FIG. 6C mostra uma abordagem indireta exemplificativa para o caminho de destino 126, em que o veículo 100 tem uma curvatura do veículo inicial diferente de zero. A FIG. 6D mostra um exemplo de abordagem indireta do veículo 100 inicialmente afastado do caminho de destino 126 com uma curvatura do veículo inicial diferente de zero.

[0051] Nos exemplos nas FIGS. 6A-6D, as condições iniciais do veículo 100 variam na posição, rumo e curvatura em relação ao caminho de destino 126. Em cada exemplo, o sistema de aquisição de linha 112 gera caminhos de aquisição dirigíveis 134 que suavemente adquirem o caminho de destino 126 na direção atual de viagem do veículo 100. Como mencionado acima, o módulo de controle 116 na FIG. 1 incrementalmente deriva novas curvaturas de veículo 132 para reduzir um erro atual entre pistas e de rumo e move o veículo 100 para mais perto do caminho de destino 126.

[0052] As FIGS. 7A e 7B mostram exemplos onde os caminhos de aquisições 134A e 134B, respectivamente, giram em direções opostas para o caminho de destino 126. Os caminhos de aquisição 134A e 134B são análogos ao veículo 100 que tenta uma virada de um promontório ou de fim de linha quando faz a transição de um caminho de destino 126 para outro caminho de destino 126. O sistema de aquisição de linha 112 pode gerar caminhos de aquisição 134 em qualquer direção e não é restringido por limitações do controlador de direção 124 na FIG. 1. As FIGS. 8A e 8B mostram, por exemplo, caminhos de aquisição exemplares 134A e 134B, respectivamente, gerados em caminhos de destino circulares 126. As FIGS. 9A-9D mostram caminhos de aquisição exemplares 134A-134D, respectivamente, gerados em caminhos de destino contornados 126 com variações de curvatura. Nestes exemplos, o sistema de aquisição de linha 112 gera transições de caminho de aquisição suaves em caminhos de destino circulares e contornados 126.

[0053] O sistema de aquisição de linhas 112 pode identificar um ponto no caminho de destino 126 mais próximo da posição prevista atual do veículo 100. A posição identificada no caminho de destino 126 pode ter uma curvatura diferente do que a posição mais próxima anterior no caminho de destino 126. O sistema de aquisição de linhas 112 calcula um erro entre pistas e erro de direção entre a posição prevista do veículo 100 e o novo ponto identificado no caminho de destino 126. O sistema de aquisição de linha 112 utiliza o erro entre pistas calculado, erro de rumo, curvatura do veículo e taxa de curvatura do veículo para prever uma posição seguinte e rumo para o veículo 100. Assim, à medida que as posições previstas do veículo 100 se aproximam do caminho de destino 126, o sistema de aquisição de linha 112 continua a gerar estados do veículo simulados que se alinham com o caminho de destino 126.

[0054] Por exemplo, na FIG. 7A, o sistema de aquisição de linha 112 pode gerar um giro para a direita para o caminho de aquisição 134A, uma vez que o giro para a direita pode proporcionar o caminho mais curto para o caminho de destino 126. Na FIG. 7B, o sistema de aquisição de linha 112 pode gerar um giro para a esquerda para o caminho de aquisição 134B uma vez que o veículo 100 já se encontra numa curvatura para a direita e o caminho de aquisição para a esquerda 134B pode proporcionar o caminho mais curto para o caminho de destino 126.

[0055] Com base na posição e orientação do veículo 100 na FIG. 8A, o sistema de aquisição de linha 112 pode determinar que um giro para a esquerda cria um caminho de aquisição mais curto 134A para o caminho de destino 126. Com base na posição e na curvatura para a direita do veículo 100 nas FIGS. 8B, o sistema de aquisição de linha 112 pode determinar que um giro para a direita cria um caminho de aquisição mais curto 134B para o caminho de destino 126.

[0056] As FIGS. 9A e 9B mostram como o sistema de aquisição de linha 112 pode gerar caminhos de aquisição 134A e 134B, respectivamente, com múltiplas voltas. Por exemplo, o veículo 100 na FIG. 9A pode estar localizado mesmo à frente ou no caminho de destino 126. O sistema de aquisição de linha 112 pode gerar um primeiro giro para reaproximar o caminho de destino 126 e depois gerar um segundo giro para a esquerda no caminho de aquisição 134A para convergir e alinhar com o caminho de destino 126. O sistema de aquisição de linha 112 na FIG. 9B pode gerar um primeiro giro para a esquerda no caminho de aquisição 134B para se aproximar inicialmente do caminho de destino 126 e depois determinar que é necessário um segundo giro para a direita para convergir e alinhar com o caminho de destino 126.

[0057] Similarmente, as FIGS. 9C e 9D mostram como o sistema de aquisição de linha 112 pode gerar um giro inicial para a direita ou para a esquerda nos caminhos de aquisição 134C e 134D, respectivamente, para reduzir o erro entre pistas e mover o veículo 100 para mais perto do caminho de destino 126. O sistema de aquisição de linha 112 gera então giros para a esquerda ou para a direita opostos nos caminhos de aquisição 134C e 134D, respectivamente, para reduzir o erro entre pistas e direcional e alinhar o veículo 100 nos caminhos de destino contornados 126.

[0058] As FIGS. 10A e 10B mostram como o sistema de aquisição de linha 112 gera caminhos de aquisição durante as condições de não-engatamento do controlador de direção. As posições iniciais do veículo 100 em relação ao caminho de destino 126 na FIG. 10A (caminho de destino direto) e FIG. 10B (caminho de destino circular) podem impedir que o controlador de direção 124 na FIG. 1 engate e dirija automaticamente o veículo 100.

[0059] Por exemplo, um usuário pode tentar ativar o controlador de direção 124 para iniciar automaticamente a direção do veículo 100 no caminho de destino 126. O controlador de direção 124 pode não ser ativado quando o veículo 100 está muito próximo do caminho de destino 126 como mostrado na FIG. 10A ou quando o veículo 100 se aproxima do caminho de destino 126 num ângulo muito largo como mostrado na FIG. 10B. Por exemplo, alguns controladores de direção podem não engatar se o erro de rumo entre o veículo 100 e o caminho de destino 126 for maior que 80 graus.

[0060] O sistema de aquisição de linha 112 proporciona caminhos de aquisição 134A e 134B nas FIGS. 10A e 10B, respectivamente, para expandir as condições de engate do controlador de direção. Com os caminhos de aquisição 134A e 134B, o controlador de direção 124 não está mais limitado ao engate com base na posição atual do veículo em relação ao caminho de destino 126. Como o veículo 100 já está localizado e alinhado com os caminhos de aquisição simulados 134A e 134B, quaisquer erros entre pistas ou de rumo entre o veículo 100 e o caminho de aquisição 134 devem estar já dentro dos limites de engate permitidos para o controlador de direção 124.

[0061] O sistema de aquisição de linha 112 também permite que um usuário controle onde o veículo 100 intercepta o caminho de destino 126. Com referência novamente à FIG. 7A, o usuário pode orientar manualmente o veículo 100 mais para a direita para fazer com que o sistema de aquisição de linha 112 crie um caminho de aquisição 134A que vira para a direita e adquire o caminho de destino 126 para a direita do veículo 100. Com referência novamente à FIG. 7B, o usuário pode dirigir o veículo 100 mais para a esquerda para fazer com que o sistema de aquisição de linha 112 crie o caminho de aquisição 134B que vira para a esquerda e adquire o caminho de destino 126 para a esquerda do veículo 100.

[0062] As FIGS. 11A e 11B mostram como o sistema de aquisição de linha 112 é usado em conjunto com a direção automática para evitar certas áreas. A FIG. 11A mostra um caminho de aquisição 134A que cruza uma área de faixa existente 70A e a FIG. 11B mostra um caminho de aquisição 134B que elimina uma área de faixa existente 70B. Neste exemplo, as áreas 70A e 70B podem ter sido trabalhadas anteriormente por aragem, ou aplicando sementes, fertilizantes, herbicidas, ou similares, ou qualquer combinação destes. O operador do veículo pode não querer evitar cruzar ou retrabalhar as áreas 70A e 70B.

[0063] Na FIG. 11A, o operador do veículo pode optar por não engatar o controlador de direção automático 124 e executar uma ação diferente. Por exemplo, o operador do veículo pode conduzir manualmente o veículo 100 ao redor da área 70A ou conduzir o veículo 100 sobre a área 70A mas não ativar um implemento 90 que possa aplicar fertilizante ou sementes de plantas.

[0064] Na FIG. 11B, o operador do veículo é livre para engatar no controlador de direção 124 e dirigir automaticamente o veículo 100 ao longo do caminho de aquisição 134B e para o caminho de destino 126 sem correr o risco de atravessar a área previamente trabalhada 70B. Como mencionado acima na FIG. 5A, exibir o caminho de aquisição 134 na interface de usuário 125 também permite que o operador do veículo identifique caminhos de aquisição 134 que interceptam obstáculos, tais como pedregulhos, árvores, valas, etc. O usuário pode dirigir manualmente o veículo 100 para um local diferente com um caminho de aquisição diferente 134 para evitar o obstáculo antes de engatar o controlador de direção automática 124.

[0065] O sistema de aquisição de linha 112 elimina eficazmente a fase de aquisição de linha, onde o controlador de direção 124 adquire o caminho de destino (linha de caminho). O controlador de direção 124 pode não mais necessitar calcular os grandes erros entre pista e de rumo durante a fase de aquisição de linha e agora pode operar em um único modo de rastreamento onde o veículo 100 já segue o caminho de aquisição 134 e o caminho de destino 126 adquiridos.

Sistemas de Computador, Software e Hardware

[0066] Um sistema global de navegação por satélite (GNSS) pode incluir GPS (EUA) Galileo (União Europeia, proposto) GLONASS (Rússia), Beidou (China) Compass (China, proposto) IRNSS (Índia, proposto), QZSS (Japão, proposto) e outras tecnologias de posicionamento atuais e futuras usando sinal de satélites, com ou com aumento de fontes terrestres.

[0067] Sistemas de navegação inercial (INS) podem incluir sensores giroscópicos (giroscópios), acelerômetros e tecnologias similares para fornecer saídas correspondentes ao inercial de componentes móveis em todos os eixos, isto é, através de seis graus de liberdade (direções positivas e negativas ao longo dos eixos X transversal, Y longitudinal e Z vertical). Guinada, passo e rolamento (Yaw, pitch and roll) referem-se à rotação de componentes em movimento em torno dos eixos Z, X e Y, respectivamente. A terminologia pode incluir as palavras especificamente mencionadas, seus derivados e palavras de significado similar.

[0068] A FIG. 12 geralmente mostra o sistema de controle 110 usado em conjunto com um mecanismo de assistência de direção de acionamento direto elétrico 3. Sem limitação na generalidade das aplicações úteis do sistema de controle 110 pode incluir um receptor GNSS 4 e um processador de orientação 6 conectado a uma antena GNSS 12 e instalado no veículo 100, tal como um veículo agrícola ou trator. Um sistema de direção automática 8 é eletricamente conectado ao processador de orientação 6, e é mecanicamente conectado com o veículo 100 através do mecanismo de assistência de direção 3.

[0069] A Figura 13 mostra detalhes adicionais do sistema de controle 110. O receptor GNSS 4 é ainda constituído por um conversor RF (isto é, conversor de baixa frequência) 16, um dispositivo de rastreio 18 e um elemento receptor de RTK rover 20. O receptor 4 comunica-se eletricamente com e fornece dados de posicionamento de GNSS para o processador de orientação 6. O processador de orientação 6 inclui uma interface gráfica de usuário (GUI) 26, um microprocessador 24 e um elemento de mídia 22, tal como uma unidade de armazenamento de memória. O processador de orientação 6 comunica-se eletricamente com e fornece dados de controle ao sistema de direção automática 8. O sistema de direção automática 8 inclui um comutador de detecção de movimento de volante 28 e um codificador 30 para interpretar comandos de orientação e direção da CPU 6.

[0070] O sistema de direção automática 8 pode conectar-se mecanicamente com a coluna de direção do veículo 34, que é mecanicamente conectada ao volante 32. Uma linha de controle 42 pode transmitir dados de orientação a partir da CPU 6 para o sistema de direção automática 8. Um subsistema elétrico 44, que alimenta as necessidades elétricas do veículo 100, pode interagir diretamente com o sistema de direção automática 8 através de um cabo de força 46. O subsistema de direção automática 8 pode ser montado na coluna de direção 34 perto do chão do veículo, e na proximidade dos pedais do controle do veículo 36. Alternativamente, o sistema de direção automática 8 pode ser montado em outros locais ao longo da coluna de direção 34.

[0071] O sistema de direção automática 8 fisicamente dirige e orienta o veículo 100 ao ativamente girar o volante 32 através da coluna de direção 34. Um motor 45 energizado pelo subsistema elétrico do veículo 44 pode energizar uma unidade helicoidal que energiza uma engrenagem helicoidal 48 afixada ao sistema de direção automática 8. Esses componentes são preferencialmente colocados em um invólucro. Em outras concretizações, o sistema de direção automática 8 é integrado diretamente ao sistema de controle de acionamento do veículo, independentemente da coluna de direção 34.

[0072] Algumas das operações descritas acima podem ser implementadas em software e outras operações podem ser implementadas em hardware. Uma ou mais das operações, processos ou métodos aqui descritos podem ser realizados por um aparelho, dispositivo ou sistema semelhante aos aqui descritos e com referência às figuras ilustradas. Os dispositivos de computação descritos acima podem incluir qualquer coleção de dispositivos ou circuitos que individualmente ou em conjunto executem um conjunto (ou múltiplos conjuntos) de instruções para executar qualquer uma ou mais das operações discutidas acima. Dispositivos de computação podem fazer parte de um sistema de controle integrado ou gerenciador de sistemas, ou podem ser fornecidos como um dispositivo eletrônico portátil configurado para interagir com um sistema em rede local ou remotamente via transmissão sem fio.

[0073] “Meio de armazenamento legível por computador” (ou, alternativamente, “meio de armazenamento legível por máquina”) usado no sistema de controle 110 pode incluir qualquer tipo de memória, bem como novas tecnologias que possam surgir no futuro, desde que possam ser capazes de armazenar informação digital sob a natureza de um programa de computador ou outros dados, pelo menos temporariamente, de tal maneira que a informação armazenada possa ser “lida” por um dispositivo de processamento apropriado. O termo "legível por computador" pode não se limitar ao uso histórico de "computador" para indicar um mainframe completo, um minicomputador, um desktop, um dispositivo sem fio ou até mesmo um laptop. Em vez disso, “legível por computador” pode compreender um meio de armazenamento que pode ser lido por um processador, dispositivo de processamento ou qualquer sistema de computação. Essa mídia pode ser qualquer mídia disponível que possa ser localmente e/ou remotamente acessível por um computador ou processador, e pode incluir mídia volátil e não volátil, e mídia removível e não removível.

[0074] Exemplos de sistemas, aparelhos, meios de armazenamento legíveis por computador, e métodos são fornecidos apenas para adicionar contexto e auxiliar na compreensão das implementações divulgadas. Será assim evidente para um versado na técnica que as implementações divulgadas podem ser praticadas sem alguns ou todos os detalhes específicos proporcionados. Em outros casos, certos processos ou métodos também aqui referidos como "blocos", não foram descritos em detalhes, a fim de evitar obscurecer desnecessariamente as implementações divulgadas. Outras implementações e aplicações também são possíveis e, como tal, os exemplos a seguir não devem ser tomados como definitivos ou limitantes no escopo ou configuração.

[0075] Foram feitas referências aos desenhos acompanhantes, os quais formam uma parte da descrição e nos quais são mostradas, a título de ilustração, as implementações específicas. Embora estas implementações divulgadas sejam descritas em detalhes suficiente para permitir que um versado na técnica pratique as implementações, deve ser entendido que estes exemplos não são limitantes, de modo que outras implementações podem ser utilizadas e que podem ser feitas alterações nas implementações divulgadas sem se afastar de seu espírito e escopo. Por exemplo, os blocos dos métodos mostrados e descritos não são necessariamente executados na ordem indicada em algumas outras implementações. Adicionalmente, em outras implementações, os métodos divulgados podem incluir mais ou menos blocos do que os descritos. Como outro exemplo, alguns blocos aqui descritos como blocos separados podem ser combinados em algumas outras implementações. Por outro lado, o que pode ser descrito aqui como um único bloco pode ser implementado em vários blocos em algumas outras implementações. Além disso, a conjunção “ou” é aqui pretendida no sentido inclusivo, quando apropriado, salvo indicação em contrário; isto é, a frase “A, B ou C” pretende incluir as possibilidades de “A”, “B”, “C”, “A e B”, “B e C”, “A e C” e “A, B e C”.

[0076] Tendo descrito e ilustrado os princípios de uma concretização preferida, deve ser evidente que as concretizações podem ser modificadas em arranjo e detalhes sem se afastar de tais princípios. É feita reivindicação para todas as modificações e variações que vêm dentro do espírito e escopo das reivindicações a seguir.

Claims

1. Sistema de aquisição de linha (112) para guiar automaticamente um veículo (100), compreendendo: um processador configurado para: identificar um caminho de destino (126); caracterizado pelo fato de que o processador é ainda configurado para: calcular um caminho de aquisição (134) simulado de uma posição atual (150) do veículo (100) para o caminho de destino (126); armazenar o caminho de aquisição (134) simulado na memória (120); exibir o caminho de aquisição (134) simulado em uma interface do usuário (125); calcular continuamente novos caminhos de aquisição simulados (134) para novas posições atuais (150) do veículo (100) em relação ao caminho de destino (126); exibir os novos caminhos de aquisição simulados (134) na interface de usuário (125); e com base em uma seleção de um caminho de aquisição (134) exibido, enviar o caminho de aquisição (134) selecionado para um controlador de direção automático (124).

2. Sistema de aquisição de linha (112) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda configurado para: calcular incrementalmente novos estados simulados do veículo (100) em direção ao caminho de destino (126) com base nos estados de erro (130) entre estados simulados anteriores do veículo (100) e o caminho de destino (126); e armazenar os novos estados simulados e estados simulados anteriores do veículo como o caminho de aquisição simulado (134).

3. Sistema de aquisição de linha (112) de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda configurado para: identificar uma curvatura e taxa de curvatura para o veículo (100); e calcular os caminhos de aquisição simulados (134) com base na curvatura e taxa de curvatura; e/ou o processador é ainda configurado para: enviar comandos de direção para o controlador de direção automático (124) para guiar o veículo (100) ao longo dos caminhos de aquisição (134) até alcançar o caminho de destino (126) e, em seguida, enviar comandos de direção para o controlador de direção automático (124) para guiar o veículo (100) ao longo do caminho de destino (126).

4. Sistema de aquisição de linha (112) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda configurado para: exibir uma área na interface do usuário (125); exibir uma seção da área previamente trabalhada pelo veículo (100); e exibir o caminho de destino (126) e os caminhos de aquisição simulados (134) com a área e a seção da área previamente trabalhada pelo veículo (100).

5. Sistema de aquisição de linha (112) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o processador é ainda configurado para: calcular um erro de guia entre um rumo atual do veículo (100) e um rumo do caminho de destino (126); calcular um erro entre pistas entre a localização atual do veículo (100) e o caminho de destino (126); prever posições incrementais do veículo (100) com base no erro de rumo, erro entre pistas, uma curvatura do veículo (100) e uma taxa de curvatura do veículo (100); e usar as posições incrementais do veículo (100) como o caminho de aquisição simulado (134).

6. Sistema de aquisição de linha (112) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o processador é adicionalmente configurado para calcular o caminho de aquisição (134) simulado baseado em um modelo de veículo (118) expresso como:

onde: x e y são coordenadas posicionais do veículo (100); Φ é um rumo do veículo (100); V é uma velocidade do veículo (100); Kd é uma demanda de curvatura para o veículo (100), onde

K1 é um ganho do controlador que atua em um erro de rumo e^; K2 é um ganho de controlador que atua em um erro entre pistas ect; e K3 é um ganho do controlador que atua em um erro entre pistas integral

.

7. Método implementado por computador para controlar um veículo (100), o método compreendendo um conjunto de instruções operáveis para: identificar um caminho de destino (126); caracterizado pelo fato de que o conjunto de instruções é ainda operável para: prever caminhos de aquisição (134) diferentes de locais diferentes do veículo (100) para o caminho de destino (126); exibir os diferentes caminhos de aquisição (134) para os diferentes locais do veículo (100) em uma interface de usuário (125); detectar um pedido para automaticamente direcionar o veículo (100); e usar um dos caminhos de aquisição (134) para uma localização atual do veículo (100) para direcionar automaticamente o veículo (100) para o caminho de destino (126).

8. Método implementado por computador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as instruções são ainda operáveis para: prever posições incrementais do veículo (100) a partir dos diferentes locais do veículo (100) até o caminho de destino (126); e usar as posições incrementais do veículo (100) como os caminhos de aquisição (134).

9. Método implementado por computador de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as instruções são ainda operáveis para: identificar uma curvatura e taxa de curvatura para o veículo (100); identificar uma distância e rumo do veículo (100) em relação ao caminho de destino (126); e prever as posições incrementais do veículo (100) com base na curvatura, taxa de curvatura, distância e rumo do veículo (100); e/ou em que as instruções são ainda operáveis para: calcular um erro de rumo entre um rumo do veículo (100) e um rumo do caminho de destino (126) para uma posição atual das posições incrementais previstas do veículo (100); calcular um erro entre pistas entre uma localização atual (150) do veículo (100) e o caminho de destino (126) para uma posição atual das posições incrementais previstas do veículo (100); prever uma próxima posição das posições incrementais do veículo (100) com base no erro de rumo e no erro entre pistas.

10. Método implementado por computador de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que as instruções são ainda operáveis para: receber seleção de um dos caminhos de aquisição (134) exibidos na interface do usuário (125); e gerar comandos de rumo para guiar automaticamente o veículo (100) ao longo do caminho de aquisição (134) selecionado até alcançar o caminho de destino (126) e, em seguida, direcionar automaticamente o veículo (100) ao longo do caminho de destino (126).

11. Método implementado por computador de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que as instruções são ainda operáveis para: exibir uma área na interface do usuário (125); exibir uma seção da área previamente trabalhada pelo veículo (100); e exibir o caminho de destino (126) e o caminho de aquisição (134) com a área e a seção da área previamente trabalhada pelo veículo (100).

12. Método implementado por computador de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, caracterizado pelo fato de que as instruções são ainda operáveis para prever os caminhos de aquisição (134) com base em um modelo de veículo (118) expresso como:

onde: x e y são coordenadas posicionais do veículo (100); p é um rumo do veículo (100); V é uma velocidade do veículo (100); Kd é uma demanda de curvatura para o veículo (100), onde

K1 é um ganho do controlador que atua em um erro de rumo ep; K2 é um ganho de controlador que atua em um erro entre pistas ect; e K3 é um ganho do controlador que atua em um erro entre pistas integral

13. Sistema de controle de direção para identificar um caminho de aquisição (134) para um veículo (100), caracterizado pelo fato de que compreende: um gerador de erro de caminho de veículo para gerar estados de erro (130) para estados simulados de um veículo (100) a partir de um caminho de destino (126); um módulo de controle para gerar as curvaturas de veículo desejadas com base nos estados de erro (130); um modelo de veículo para gerar os estados simulados do veículo (100) com base nas curvaturas desejadas do veículo; um planejador de caminho de veículo para usar os estados de veículo simulados para gerar caminhos de aquisição (134) de localizações diferentes do veículo (100) para o caminho de destino (126); em que o planejador de caminho de veículo exibe os caminhos de aquisição (134) para as diferentes localizações do veículo (100) para permitir que um usuário visualize como um controlador de direção automático (124) conduziria o veículo (100) para o caminho de destino (126).

14. Sistema de controle de direção de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o gerador de erro de caminho de veículo calcula estados de erro entre pistas e estados de erro de rumo entre os estados simulados do veículo (100) e o caminho de destino (126); e/ou em que o modelo de veículo gera os estados simulados do veículo (100) com base nas curvaturas de veículo desejadas e uma curvatura medida e taxa de curvatura do veículo (100).

15. Sistema de controle de direção de acordo com a reivindicação 13 ou reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o planejador de caminho de veículo é adicionalmente para: detectar um pedido para ativar um controlador de direção automático (124); e gerar comandos de rumo que fazem com que o controlador de direção automática (124) conduza o veículo (100) ao longo de um dos caminhos de aquisição (134) para uma localização atual do veículo (100) para o caminho de destino (126).