CN104709279A

CN104709279A - 用于农用车辆的带有稳定性控制的自动导引系统

Info

Publication number: CN104709279A
Application number: CN201410699090.8A
Authority: CN
Inventors: R·L·克尔萨尔斯; W·L·舒伯特
Original assignee: CNH China Management Co Ltd
Current assignee: Keisnew Netherlands Industrial (Harbin) Machinery Co.,Ltd.
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2034-11-27
Also published as: CN104709279B; US10114378B2; EP2888930A1; BR102014027008A2; BR102014027008B1; US20150160655A1; EP2888930B1

Abstract

提供一种用于农用车辆的带有稳定性控制的自动导引系统。非暂态计算机可读介质可以存储计算机可执行代码。计算机可执行代码可包括识别农用车辆将要采取的转弯的指令以及接收来自空间定位系统、一个或多个速度传感器和一个或多个测量设备中的至少一个的第一组数据的指令。计算机可执行代码还可包括基于第一组数据计算第二组数据的指令。另外，计算机可执行代码可包括基于第一组数据和第二组数据在转弯的预期下选择车辆动作的指令以及控制多个致动器以执行车辆动作的指令。

Description

用于农用车辆的带有稳定性控制的自动导引系统

技术领域

本文中所描述的主题主要涉及农用车辆，例如拖拉机。具体地，下面描述的本实施例涉及可在农用车辆中采用的带有稳定性控制的自动导引系统。

背景技术

许多类型的农用车辆(例如，拖拉机、联合收割机、喷雾器等)可能受益于对车辆进行导航以通过预选择区域的自动导引系统。自动导引系统通常具有传感器、加速计和监测车辆状态(例如，当前速度、道路坡度、车辆朝向等)的其它测量设备的阵列。农业车辆内的其它计算机系统也可以将数据提供到自动导引系统。操作者可上传或选择有关预选择区域的信息，以及启动自动导引系统，该自动导引系统使用与车辆状态和预选择区域有关的信息以导航车辆。

在操作期间，农用车辆可能接近收割线(swath line)或急转弯；在这样的情况下，自动导引系统可以任意限制车辆的转向角。对转向角的任意限制可能导致农用车辆的差的转弯，这可能导致车辆无法跟随收割线、过渡到新的收割线、或者适当地弯曲。农用车辆偏离航向地改变方向的例子可能导致农作物的损失、或自动导引系统的过早脱离。

发明内容

在范围方面与原本要求保护的发明相当的某些实施例被总结如下。这些实施例不是旨在限制要求保护的发明的范围，而是这些实施例旨在仅仅提供对本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可以包括各种可能类似于或不同于下面阐述的实施例的形式。

在第一个实施例中，农用车辆可包括被配置为控制至少一个用于使农用车辆转弯的系统的多个致动器、空间定位系统、一个或多个速度传感器和一个或多个测量设备。农用车辆还可以包括被配置为导航该农用车辆的自动导引系统。自动导引系统包括：接收器组件，被配置为接收来自空间定位系统、一个或多个速度传感器或者一个或多个测量设备中的至少一个的第一组数据；计算组件，被配置为基于第一组数据计算第二组数据；决定组件，被配置为基于第一组数据和第二组数据选择车辆动作；和致动组件，被配置为控制多个致动器以执行车辆动作。

在第二实施例中，非暂态计算机可读介质可以存储计算机可执行代码。计算机可执行代码可包括识别要由农用车辆采取的转弯的指令以及接收来自空间定位系统、一个或多个速度传感器和一个或多个测量设备中的至少一个的第一组数据的指令。计算机可执行代码还可包括基于第一组数据计算第二组数据的指令。此外，计算机可执行代码可包括基于第一组数据和第二组数据在转弯的预期下选择车辆动作的指令以及控制多个致动器以执行车辆动作的指令。

在第三实施例中，方法可包括：识别要由农用车辆采取的转弯，以及接收来自空间定位系统、一个或多个速度传感器和一个或多个测量设备中的至少一个的第一组数据。该方法还可以包括基于第一组数据计算第二组数据。此外，该方法可包括基于第一组数据和第二组数据在转弯的预期下选择车辆动作，以及控制多个致动器以执行车辆动作。

附图说明

当参照附图阅读了下面的详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在整个附图中相同的符号代表相同的部件，其中：

图1是可采用具有稳定性控制的自动导向系统的农用车辆的实施例的透视图；

图2是可在图1的农用车辆中采用的计算机系统的实施例的框图；

图3是包括可在图1的农用车辆中采用的自动导引系统的农用车辆的实施例的框图；

图4是图3的自动导引系统的实施例的框图；

图5是可由图3的自动导引系统执行的决定处理的实施例的流程图；和

图6是可被作为图5的决定处理的一部分执行的转弯控制处理的实施例的流程图。

具体实施方式

本主题的一个或多个具体实施例将在下面进行说明。在努力提供这些实施例的简要说明中，可不在说明书中描述实际实现方式的所有特征。但是应当理解，在任何这种实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多特定于实现方式的决定以实现开发者的特定目标，例如符合与系统相关的约束和与业务相关的约束，这可能从一个实现方式到另一个实现方式而不同。此外，应当理解，虽然这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是对于那些受益于本公开内容的普通技术人员来说仍然是设计、建造和制造的例行任务。

当介绍本主题的各个实施例的部件时，冠词“一个(a)”、“一种(an)”、“该(the)”和“所述(said)”旨在表示存在一个或多个部件。术语“包括(comprising)”、“包含(including)”和“具有(having)”旨在是包括性的，并且表示可存在除了所列部件之外的额外部件。术语“组件(component)”指的是计算机相关的实体，或者是硬件、或者是软件、或者是固件、或者是执行中的软件、或者是硬件与软件的组合。

本实施例涉及用于农用车辆的自动导引系统。具体而言，以下描述的实施例涉及具有稳定性控制的自动导引系统。自动导引系统通常可以对农用车辆进行导航以通过预选择区域。特别地，自动导引系统可以基于由测量设备收集的数据或者从关于农用车辆的状态的测量数据导出的参数，确定适当的车辆动作。这可以使自动导引系统能够在操作期间做出增加农用车辆的总体稳定性的明智决定。增加的稳定性可以降低农用车辆在操作期间偏离航向地改变方向或者做出差的转弯的可能性。另外，自动导引系统的明智决定也可以在降低农用车辆偏离航向地改变方向或者做出差的转弯的可能性的同时，提高自动导引系统将农用车辆从一条收割线导航到另一条收割线的能力。

考虑到上述内容，图1示出示例性的农用车辆，在这个例子中为拖拉机10。如将理解的，拖拉机10仅仅是示例，并且本实施例可以用在任何类型的可以受益于自动导引系统的农用车辆中(例如，联合收割机、喷雾器等)。拖拉机10包括本体12，本体12可以容纳引擎、传动系统和动力总成(未单独示出)。此外，拖拉机10包括驾驶室14，操作者可以坐在或站在驾驶室14中操作拖拉机10。

拖拉机10具有旋转以移动拖拉机10的左前轮16、右前轮18、左后轮20和右后轮22(不可见)。拖拉机10还包括使得车轮16和18转弯的方向盘24(即，前轮驱动)。方向盘24可在机械上耦合到车轮16、18、20和22，或者可在通信上耦合到计算机系统，该计算机系统经由致动器来控制车轮。如图所示，车轮16和18可以通过轴26耦合在一起，使得车轮16和18两者可以一起旋转。在一些实施例中，方向盘24可以使得车轮20和22转弯(即，后轮驱动或四轮驱动)。在某些实施例中，拖拉机10可以使用连续履带系统、或履带与轮胎驱动的组合来移动。

图2描述了可在拖拉机10中采用的计算机系统28的实施例的框图。计算机系统28可监测和控制有关拖拉机10的操作的各种参数(例如，气候控制、排放监测、安全功能等)。计算机系统28包括处理器30和存储器32，如图所示。处理器30可以执行存储在存储器32中的指令，以执行各种计算机处理。例如，处理器30可包括通用单芯片微处理器或多芯片微处理器。此外，处理器30可以是任何常规的专用处理器，诸如特定于应用的处理器或电路。存储器32可以是大容量存储设备、闪存设备、可移动存储器等。计算机系统28还可以包括显示器34和用户输入设备36。

此外，计算机系统28可包括适合与测量设备40和致动器42进行交互的硬件接口38。因此，处理器30可在通信上耦合到测量设备40，使得处理器可以接收来自测量设备40的数据。响应于测量设备40的数据，处理器30然后可以执行存储在存储器32上的指令以经由致动器42控制拖拉机10的组件(例如，车轮16和18)。致动器42可包括在执行控制动作(例如使车轮16和18转弯)时有用的阀、泵、开关等。在一些实施例中，计算机系统28可以使用致动器42来导航拖拉机10，如下面进一步描述的。

图3示出了包括可在拖拉机10中采用的自动导引系统44的拖拉机10的实施例的框图。自动导引系统44可以包括特定类型的计算机系统28，该计算机系统28自主地对拖拉机10进行导航以通过指定区域。如可以理解的那样，自动导引系统44可包括实时运行的计算机系统。自动导引系统44可接收来自测量设备40的有关拖拉机10的当前状态的数据。该数据可以包括拖拉机10的速度、拖拉机10的偏航率和拖拉机10的空间定位系统信息(例如，来自全球定位系统(GPS))等。自动导引系统44可以基于测量设备40的数据导出其它类型的数据，如下面进一步详细讨论的。在某些实施例中，自动导引系统44可接收来自拖拉机10上的其它计算机系统28的信息。

自动导引系统44还可以接收关于指定区域的导航信息46。例如，导航信息46可包括详细地说明区域的地图(例如，测绘地图(swath map))和为拖拉机10规划的轨迹。此外，导航信息46也可以包括其它类型的数据，例如用于穿越指定区域的建议的最大速度，从而可以适当地执行农业任务(例如，喷洒农药)。在一些实施例中，导航信息46可由操作者直接提供给自动导引系统44(例如，经由通用串行总线(USB)设备、经由显示器34和用户输入设备36等)。在其它实施例中，自动导引系统44可以在不需要操作者的情况下接收导航信息46，诸如通过经由通信链路(例如，局域网(LAN)从远程计算机系统下载导航信息46)。在某些实施例中，导航信息46也可以由拖拉机10上的其它计算机系统28或测量设备40提供。

基于有关拖拉机10的当前状态的数据和导航信息46，自动导引系统44对拖拉机10进行导航以穿过预选择区域。如此，自动导引系统44可以做出增加拖拉机10的稳定性的明智决定，尤其是在转弯期间。拖拉机10的增加的稳定性可以降低拖拉机10偏离航向地改变方向的可能性，并且可以减少作物损失的可能性。此外，自动导引系统44的明智决定可以提高拖拉机10在收割线之间转换的效率。

图4描绘示出自动导引系统44的实施例的更详细视图的框图。自动导引系统44包括接收器组件48、评估组件50、计算组件52、决定组件54和致动组件56，如所示的。自动导引系统44还可以经由硬件接口38与测量设备40和致动器42进行交互，并且可以接收来自其它计算机系统28的数据、以及导航信息46，如上面所述。

接收器组件48可以接收来自测量设备40和其它计算机系统28的输入数据。在某些实施例中，接收器组件48还可以接收导航信息46。例如，操作者可以经由显示器34和用户输入设备36选择测绘地图；在这种情况下，测绘地图可以通过接收器组件48被接收。由于接收器组件48可接收来自不同来源的各种类型的信息，所以接收器组件48可包括分类组件58。分类组件58可对基于接下来将接收信息的特定组件而接收到的信息进行分类。

评估组件50可以确定是否应当维持拖拉机10的当前轨迹。也就是说，评估组件可经由接收器组件48接收来自测量设备40或来自其它计算机系统28的轨迹数据(例如，空间位置)。评估组件50还可以访问导航信息46，该导航信息46可以存储在存储器32上。在某些实施例中，评估组件50可以经由接收器组件48接收导航信息46，如上面所述。评估组件50可使用轨迹数据以及导航信息46来确定拖拉机10是否应当继续在一条直线上，或拖拉机10是否应当沿特定方向转弯。如将理解的，评估组件50可以认定任何除0°以外的角度的运动为“转弯”。例如，将拖拉机10向右移动5°以重新对齐收割线和完全的90度转弯以从一个收割线移动到另一个收割线都可以被评估组件50认为是“转弯”。此外，评估组件50可认定任何需要改变拖拉机10的转向角的运动为“转弯”。

在一些实施例中，评估组件50可与决定组件54集成在一起，使得一个组件执行两组任务。如下面进一步详细描述的，决定组件54通常可确定拖拉机10的下一个车辆动作。然而，如上文所指出的，自动导引系统44可实时地进行操作。如此，在某些实施例中，可能有益的是，具有一个识别拖拉机10是否应当继续处于直线或转弯的组件、以及基于该识别确定拖拉机10应采取的实际动作的其它组件。这样的配置通过增加组件的数量可以减少由决定组件54完成的工作量，从而减少决定组件54的延迟以及自动导引系统44的延迟。

计算组件52使用来自接收器组件48的数据，以导出对自动导引系统44有用的其它类型的信息。例如，接收器组件48可传送有关拖拉机10的偏航率的数据，以及计算组件52可以使用偏航率数据来确定拖拉机10的滑移角。

决定组件54可接收来自接收器组件48、评估组件50和计算组件52的数据作为输入。基于该数据，决定组件54可确定拖拉机10应当采取的下一步适当的动作。例如，决定组件54可至少基于当前速度、当前道路坡度、车辆朝向和基于当前速度的预计转弯半径来确定下一步适当的动作。在一些实施例中，决定组件54也可以使用有关拖拉机10的重心、当前偏航率、拖拉机10的轴距宽度、实际的或预测的横向加速度和滑移角等的数据。在一些实施例中，车辆常数(例如拖拉机的重心和轴距宽度)可以存储在存储器32中。

车辆动作可以是当由决定组件54选定后可由致动器42执行的任何具体动作。在一些实施例中，车辆动作可以被限制于可由拖拉机10中的仅仅一个系统执行的动作。例如，车辆动作可包括但不限于：以当前速度和当前转向角移动拖拉机10(即，在直线上移动拖拉机)；在不调整转向角的情况下减小拖拉机10的速度；在不调整转向角的情况下增加拖拉机10的速度；以及在不调整速度的情况下调整拖拉机10的转向角。在其它实施例中，车辆动作可以是由拖拉机10中的一个或多个系统执行的改变拖拉机10的操作状态的(即，使拖拉机10转弯或继续沿直线行驶)动作序列。例如，有关使拖拉机10转弯的车辆动作可以是调整拖拉机10的转向角和调整拖拉机10的速度。

图5示出了可以由决定组件54执行的决定处理的实施例的流程图。在一些实施例中，决定组件54可以反复执行决定处理60(即，实时操作)，如上所述。例如，决定组件54可以被配置为每隔1毫秒执行决策处理60。在其它实施例中，决定组件54可以以特定间隔(例如，在收割线上的特定位置，每5分钟等)或在特定情况下(例如，贯穿大于或等于45°的转弯的整体)执行决定处理60。

在框62中，决定部件54确定拖拉机10是否需要转弯。该信息可以由评估组件50提供。如果决定组件54确定拖拉机10不需要转弯，则在框64中评估拖拉机10是否应当保持其当前速度，这可以由测量设备40经由接收器组件48来提供。如果需要改变拖拉机10的速度，则决定组件54在框68中确定速度是否应当增加或减少。基于框68的结果，决定组件54可以选择分别对应于增大或减小速度的车辆动作72或76。如果在框64中，决定组件54确定应当维持拖拉机10的当前速度，随后将会选择中性的车辆动作74，其中拖拉机10的速度和转向角保持不变。

如果在框62中，决定组件54确定拖拉机10应当进行转弯，则将前进到框66。在框66期间，决定组件54随后将评估是否可以以当前速度和转向角进行转弯。为了做出这个决定，决定组件54可以考虑拖拉机10的当前速度、道路坡度、车辆朝向、预计转弯半径以及有关拖拉机10的状态的其它输入，如上所述。如果决定组件54基于输入确定可以以当前速度和转向角进行转弯，则可选择中性动作(neutral action)74。如果不是，则决定组件54可以前进到转弯控制处理70。在框66中，通过评估有关拖拉机10的状态的各种数据，自动导引系统44可更准确地导航拖拉机10，尤其是在转弯期间。这反过来可以减少作物损失和自动导引系统44过早分离的可能性，如上所述。这还可以增加在收割线之间转换的效率，也如上所述。

图6示出了描述可作为决定处理60的一部分执行的转弯控制处理70的流程图。在框80中，基于诸如当前速度、道路坡度、车辆朝向、重心和预计转弯半径的因素，决定组件54确定是否应当改变速度和转向角两者。如果不需要改变速度和方向角两者，则决定组件前进到框82，框82确定是否确定新的速度和新的转向角中的一个。如果拖拉机10的当前速度应当改变(即降低)，则决定组件54前进到框68和适当的车辆动作72或76，如上面所述。如果拖拉机10的转向角应当进行调整，则决定组件54选择车辆动作78，该车辆动作78对应于调整转向角。

如果在框80中，决定组件54确定应当改变拖拉机10的速度和转向角两者，则决定组件54在框84中评估是改变速度还是转向角更可行。例如，给定拖拉机10的当前速度，决定组件54可以决定将转向角调整10°比将速度降低5英里每小时更现实。基于框84的结果，决定组件54可以前进到框68并且选择车辆动作72或76，或者可以选择车辆动作78，如上所述。在其它实施例中，如果在框80中决定组件54决定拖拉机10的速度和转向角两者应当被改变，则决定组件54可以选择车辆动作78、以及车辆动作72和76中的一个，如上文所描述的。

在决定组件54选择了车辆动作72、74、76或78之后，致动组件56然后经由硬件接口38控制各个致动器42以执行动作。例如，车辆动作78对应于调整拖拉机10的转向角，而中性的车辆动作74对应于保持致动器42的当前状态。

一个或多个公开的实施例单独地或组合地可提供对农用车辆中采用的自动导引系统有用的一个或多个技术效果。特定实施例可以增加用于常规操作的依赖于自动导引系统的农用车辆的稳定性。例如，本实施例可确定车辆的动作，例如基于要穿越的区域和有关农用车辆的状态的信息来调整车辆的速度或调整车辆的转向角。如此，本实施例可减小农用车辆进行差的转弯或者偏离航向地改变方向的可能性，这随后可减少损害、作物损失和自动导引系统过早脱离的可能性。本实施例也可以增加由农用车辆执行的收割线之间转换的精确度和效率。说明书中的技术效果和技术问题是示例性的，而不是限制性的。应当注意的是，说明书中描述的实施例可以具有其它技术效果并且可以解决其它技术问题。

虽然本文中仅仅图示和描述了本发明的某些特征，对于那些本领有技术人员而言可以进行许多修改和变化。因此，应当理解，所附的权利要求旨在覆盖所有这些落在本发明的真实精神之内的修改和变化。

Claims

1.一种农用车辆，包括：

多个致动器，被配置为控制至少一个用于使农用车辆转弯的系统；

空间定位系统；

一个或多个速度传感器；

一个或多个测量设备；和

自动导引系统，被配置为导航农用车辆，其中所述自动导引系统包括：

接收器组件，被配置为接收来自所述空间定位系统、所述一个或多个速度传感器和所述一个或多个测量设备中的至少一个的第一组数据；

计算组件，被配置为基于第一组数据计算第二组数据；

决定组件，被配置为基于第一组数据和第二组数据选择车辆动作；和

致动组件，被配置为控制多个致动器以执行车辆动作。

2.如权利要求1所述的农用车辆，其中自动导引系统还包括被配置为确定是否应维持所述农用车辆的当前轨迹的评估组件。

3.如权利要求1所述的农用车辆，其中所述接收器组件被配置为接收来自不是所述自动导引系统的一部分的所述农用车辆的计算机系统的第一组数据或第二组数据的至少一部分。

4.如权利要求1所述的农用车辆，其中第一组数据包括所述农用车辆的速度和所述农用车辆的空间位置中的至少一个。

5.如权利要求1所述的农用车辆，其中第二组数据包括道路坡度、所述农用车辆的朝向和预计转弯半径中的至少一个。

6.如权利要求1所述的农用车辆，其中车辆动作包括维持所述农用车辆的转向角、调整所述农用车辆的转向角、增大所述农用车辆的速度、减小所述农用车辆的速度和它们的组合中的至少一个。

7.如权利要求1所述的农用车辆，其中所述接收器组件被配置为接收第三组数据，并且所述决定组件被配置为基于第一组数据、第二组数据和第三组数据来选择车辆的动作。

8.如权利要求7所述的农用车辆，其中第三组数据包括偏航率、滑移角度、实际横向加速度和预测横向加速度中的至少一个。

9.如权利要求8所述的农用车辆，其中所述接收器组件被配置为从不是所述自动导引系统的一部分的所述农用车辆的计算机系统接收第三组数据的至少一部分。

10.如权利要求1所述的农用车辆，其中所述决定组件被配置为基于第三组数据以及第一组数据和第二组数据来选择车辆动作，第三组数据包括车辆常数。

11.如权利要求10所述的农用车辆，其中第三组数据包括所述农业车辆的重心和所述农用车辆的轴距宽度中的至少一个。

12.如权利要求10所述的农用车辆，其中第三组数据存储在所述农用车辆的存储器上。

13.如权利要求1所述的农用车辆，其中所述自动导引系统被配置为根据测绘地图导航所述农用车辆。

14.一种存储计算机可执行代码的非暂态计算机可读介质，所述计算机可执行代码包括用于以下的指令：

识别农用车辆将要采取的转弯；

接收来自空间定位系统、一个或多个速度传感器和一个或多个测量设备中的至少一个的第一组数据；

基于第一组数据计算第二组数据；

基于第一组数据和第二组数据，在转弯的预期下选择车辆动作；和

控制多个致动器以执行车辆动作。

15.如权利要求14所述的非暂态计算机可读介质，其中车辆动作包括减小所述农业车辆的速度、或者调整转向角和所述农用车辆的至少一个驱动轮中的至少一个。

16.如权利要求14所述的非暂态计算机可读介质，其中第一组数据包括所述农用车辆的速度和所述农用车辆的空间位置中的至少一个。

17.如权利要求14所述的非暂态计算机可读介质，其中第二组数据包括道路坡度、所述农用车辆的朝向和预计转弯半径中的至少一个。

18.如权利要求14所述的非暂态计算机可读介质，其中计算机可执行代码还包括用于连续地选择车辆动作直到转弯已经由所述农用车辆完成的指令。

19.一种方法，包括：

识别农用车辆将要采取的转弯；

基于第一组数据计算第二组数据；

控制多个致动器以执行车辆动作。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述方法还包括连续地选择车辆动作直到转弯已经由所述农用车辆完成。