CN107861503A - 车辆控制装置，相应车辆以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆控制装置，相应车辆以及方法，其中由控制装置(50)所控制的车辆用于沿预设的刈径(8)处理田地(2)，所述刈径包括第一刈道(10)和第二刈道(12)，所述第二刈道包括道头(14)，该道头定义了所述车辆的起始车姿(BP)。所述车辆的起始车姿(BP)为该车辆以理想方式从道头开始对所述第二刈道进行处理的车姿。所述控制装置用于在所述车辆处理所述第一刈道的过程中收集关于该第一刈道的信息。所述控制装置(50)包括目标路径生成装置(52)，该目标路径生成装置用于根据关于所述第一刈道的信息生成用于将所述车辆转向至所述起始车姿的目标路径(56)。本发明可应用于农用车辆。

Description

车辆控制装置，相应车辆以及方法
技术领域
本发明涉及一种控制装置。
背景技术
此类控制装置为现有技术中的已知装置，用于引导收割车在田里(如甜菜作物田)沿待收割的行进行移动。
已知的甜菜收割机自动引导系统使用机械传感器检测甜菜作物的位置，并且根据对该块根作物的检测，对车辆的转向轴进行控制。
此外，作物播种过程中，还根据车辆在播种时的GPS信息生成播种位置地图。在播种期间生成的基于GPS的地图之后可用于在收割期间引导收割车辆。
收割车辆对作物进行逐行收割。在收割过程中，当到达行尾时，尤其对于没有经验的驾驶人员，需要很长的时间才能将车辆正确移动至下一行的行头。
小的定位误差可通过作物传感器获得补偿。然而，对于大小达到连续的甜菜之间距离的较大定位误差而言，无法仅通过基于传感器的引导控制得到校正。
此外，对于甜菜等特定种类的作物，没有或极少有基于GPS的播种地图可供使用。
WO2013/071190公开一种车辆控制装置，该装置一般可实现在或多或少未知的环境中控制车辆。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术缺陷，而且对待沿预定的刈径(swath path)转向的车辆，实现有效及时间节省型控制。具体而言，本发明欲以经济实惠的手段在待处理行的行头将所述收割机械转向至理想车姿。
为了解决一个或多个此类问题，本发明涉及一种用于车辆的控制装置，所述车辆适于沿预设的刈径处理田地，所述刈径包括至少两条刈道，即第一刈道和第二刈道，所述第二刈道包括道头，所述道头定义了所述车辆的起始车姿，其中，所述车辆的所述起始车姿为所述车辆以理想方式从道头开始对所述第二刈道进行处理的车姿；所述控制装置用于在所述车辆处理所述第一刈道的过程中收集关于所述第一刈道的信息；以及所述控制装置包括目标路径生成装置，所述目标路径生成装置用于根据关于所述第一刈道的信息生成用于将所述车辆转向至所述起始车姿的目标路径。
本发明的有利实施方式见从属权利要求。
本发明还涉及一种采用上述控制装置的车辆。
本发明还涉及一种采用上述车辆的田地处理方法。其中，所述方法包括如下步骤：沿所述刈径的所述第一刈道驱动所述车辆；生成使所述车辆到达所述起始车姿的目标路径；以及沿所述目标路径操纵所述车辆至所述起始车姿。
附图说明
通过以下描述，本发明将变得更容易理解，其中，该描述仅用于说明目的，并且参考以下附图：
-图1为待由采用本发明控制装置的车辆处理的田地示意图；
-图2为安装于图1车辆上的本发明控制装置的示意图。
具体实施方式
图1所示为待由车辆4处理的田地2。该田地例如包括作物6，该作物例如为甜菜或其他块根作物。
车辆4根据预设刈径8对该田地进行处理，该刈径8至少包括两条连续行10和12，其分别为第一刈行和第二刈行。所述刈行10，12由车辆4的工作宽度W定义，并且包括给定数目的连续的单个作物行，在本实施例中为6个单个作物行。通常，所述刈径包括由车辆4的工作宽度W定义的刈道，而非刈行，而且还包括处理过程中所述车辆移动时所需遵循的准线。在下述特定情形下，刈道由刈行10和12表示。下文中，假定刈行为刈道的一种特殊情形。
田地2具有边界，而且每一行10，12具有由其中一条边界定义的行头14和行尾16。当车辆对田地例如以S形的方式进行处理时，第二行12的行头与第一行10的行尾连续。刈行10和12例如相互平行且相互邻接。然而，尤其当有多台车辆4对所述田地进行处理时，所述第一和第二刈行10和12可不连续，而是由处于其间的刈行相互隔开。或者，举例而言，当所述田地为不规则形状时，所述第一和第二刈行10和12可不连续，而是相互偏离一定角度。
车辆4定义了车姿P，该车姿表示车辆相对于田地2的位置以及其各部件相对于所述田地的朝向。因此，车姿P明确地定义了车辆相对于田地2的姿态。或者，车姿P表示用于对田地2进行处理的车辆部分部件的位置和朝向。举例而言，车姿P可仅由喷洒头、切割器和拔起元件等作用于田中作物的部件定义。对于包括切叶部分30和拔起部分32(见下)的甜菜作物收割车，车姿P可仅由切叶部分30和/或拔起部分32的位置和朝向定义。
第二行12的行头14定义了所述车辆的起始车姿BP(Beginning Pose)，该起始车姿为所述车辆以理想方式从行头14开始对第二行12进行处理时的车姿。所述起始车姿为车辆4对离行头14最近的作物6以及/或者还能对第二行12的下一个作物以无损耗或最小损耗的方式进行处理的车姿。起始车姿BP还是车辆能以最短的处理时间或者以最小刈径对第二行12的所有作物进行收割的车姿。
车辆4例如为甜菜作物收割车，而且包括切叶部分30，拔起部分32，块根清洁和传送装置34。然而，该车辆仅用于说明目的，而且可以为任何其他农用车辆。举例而言，车辆4可以为在有植物或无植物的田地中喷洒液体的车辆，例如用于施加化肥、除草剂或农药的车辆。
车辆4包括车轮36。或者，该车辆包括轨道或履带底盘。
车辆4包括用于控制该车辆4的移动和移位的控制装置50。在该车辆对所述第一行进行处理时，所述控制装置用于搜集该第一行的信息。
所述控制装置50包括目标路径生成装置52，该目标路径生成装置用于根据第一行10的信息生成目标路径56以便将车辆4转向至起始车姿BP目标路径。
目标路径生成装置52包括位置存储器58，该位置存储器用于存储表示第一行10处理时的车辆4的一系列相继位置的信息。此外，位置存储器58还可用于存储表示所述车辆在每个所存储的位置信息内的车姿P的信息。
控制装置50还包括路径生成模块60，该路径生成模块用于根据存储于位置存储器58内的表示所述一系列相继位置的信息，生成目标路径56。为此目的，位置存储器58通过连接62连接于路径生成模块60。
有利地，位置存储器58为环形缓冲存储器，在该环形缓冲存储器内，表示所述一系列相继位置的信息包括车辆4的最不近期位置信息，而且该环形缓冲存储器用于当向该环形缓冲存储器添加表示所述车辆的新位置或当前位置的信息时，由表示该车辆的所述新位置或当前位置信息覆盖该车辆的最不近期位置信息。环形缓冲存储器58具有存储表示至少一个位置和至多最大数目个位置的信息的容量。有利地，所述最大数目个位置为1个至100个之间。这使得所述装置对存储器的要求较小的同时，还能以足够的可靠性确定所述刈径的平均矢量。此外，所述环形缓冲存储器还具有用于为每个所存储的位置存储相应车姿信息的存储容量。
目标路径生成装置52还包括用于检测车辆当前位置的位置检测装置70。在第一行10的处理过程中，位置检测装置70用于检测车辆相对于田地，尤其相对于该第一行的当前位置。
位置检测装置70例如包括用于从GPS卫星74接收GPS信号的GPS接收模块72。位置检测装置70还包括位置检测模块76。如此，所述GPS模块用于确定所述车辆在所述田地中的绝对位置。
GPS接收模块72通过连接78连接至位置检测模块76，从而使得位置检测模块76可接收表示所述车辆GPS位置的信号。
此外，位置检测装置70还至少包括用于对所述车辆相对于所述田地，尤其相对于待处理作物6的位置进行检测的位置传感器。因此，所述位置传感器可检测所述车辆相对于所述田地或相对于当前行的相对位置。在本实施方式中，所述位置传感器包括甜菜切叶传感器80和甜菜拔起传感器82。所述位置传感器经连接84连接至位置检测模块76，而且该位置检测模块通过连接84从传感器80，82接收检测信号。一般而言，所述位置传感器可包括作物传感器，尤其包括块根作物传感器。所述位置传感器可包括与电位计连接的机械手指等机械传感器，或机械开关，或超声传感器。所述机械手指连接于弹簧，该弹簧在所述机械手指不与作物接触时迫使其进入空档位置。或者位置检测装置70仅包括传感器80或82中的一者或其他传感器。
位置检测装置70(在本例中为位置检测模块76)经连接86连接至位置存储器58，并用于将表示当前位置P的信息以及车辆4的可选其他当前车姿信息写入位置存储器58。
目标路径生成装置52还包括存有车辆4参数信息的参数存储器90。所述车辆参数信息具体包括车辆的几何形状或动力学等车辆配置，车轴和车轮数量及自由度，所述切叶器和拔起部分等工具的工作宽度W。
参数存储器90经连接92连接至路径生成模块60，路径生成模块60用于根据所述参数存储器内含有的参数信息生成目标路径56。
因此，当计算到达起始车姿BP的路径时，路径生成模块60将车辆4的几何形状和配置纳入考虑。
路径生成模块60还可用于在生成目标路径56之前，根据所述参数存储器信息和/或第一行10的信息，确定车辆4的起始车姿BP。
车辆4还包括用于控制车辆4的移位的转向装置96。具体而言，转向装置96用于通过控制转向电机和/或驱动电机98，控制车轮36的转向角度以及该车轮的驱动力。
转向装置96包括目标路径转向模块100，该模块用于根据路径生成模块60生成的目标路径生成转向命令，并用于将车辆4沿目标路径56转向至所述起始车姿。为此目的，路径生成模块60经连接102连接至目标路径转向模块100，而且模块100从模块60接收目标路径56的信息。目标路径转向模块100还经连接104连接至位置检测模块76，并且从位置检测模块76接收车辆4相对于所述田地的当前位置的信息。目标路径转向模块100还可连接至指示所述车辆当前位置和/或车姿的其他传感器。
转向装置96还可包括道内转向模块110，该模块用于根据当前位置(在本实施方式中，还根据所述传感器80和82当中的一个或多个)生成转向命令。可选地，道内转向模块110用于根据接收自位置检测模块76的位置信息生成转向命令。所述道内转向模块用于保持所述车辆相对于当前行(即该车辆当前正在处理的行)的确定位置或确定位移。为此目的，道内转向模块110可经连接112连接至传感器80和82。传感器80，82对所述车辆相对于当前行的位置进行检测。
道内转向模块110还可经连接114连接至位置检测模块76，该位置检测模块将当前位置信息发送至模块110。
转向装置96还包括切换模块116，该切换模块用于在道内转向模块110和目标路径转向模块100之间交替切换，以对所述车辆进行转向和移位。切换模块116分别经连接线118，120连接至模块100和110，并用于将模块100和110发出的信号当中的一者或另一者交替传送至电机98和车轮36。在刈道为刈行的情况下，道内转向模块110还可以为行内转向模块。
切换模块116例如由驾驶人员操纵，如此，该驾驶人员可在对行(如第一行10)进行处理时，将所述车辆置于由道内模块110对该车辆进行控制的道内模式，而且在该行的行尾，将所述车辆置于目标路径转向模式，以驱使该车辆进入下一行(如第二行12)的起始车姿。
所述车辆的操作如下所述。
在第一行10的处理过程中，道内转向模块110经切换模块116连接至车轮36/电机98，传感器80和82对待处理的作物6的位置进行检测。道内转向模块110生成转向命令，以将所述车辆保持于第一行10，并将切叶部分30和拔起部分32与待收割的作物对齐。
在此期间，位置检测模块76对车辆相对于田地的位置进行检测，并将当前位置信息陆续写入环形缓冲器58。当环形缓冲器58写满后，当前添加的位置信息覆盖最不近期信息。
当车辆4抵达第一行行尾时，控制装置50自动或根据操作人员的输入切换至目标路径模式，在该模式下，路径生成模块60根据参数存储器90内的参数，并根据环形缓冲器58内的最近期的位置信息，生成针对下一行(第二行12)的车辆4的起始车姿BP。路径生成模块60可用于当针对所述下一行生成车辆4起始车姿BP时，仅使用环形缓冲器58内的位置信息的一部分，在该情形下，模块60仅使用最近期的位置信息。举例而言，当环形缓冲器58具有对应100个位置时的容量时，路径生成模块60可仅使用其中的50个最近期的位置，而不将其中的50个最不近期的位置纳入考虑。或者，当针对所述下一行生成车辆4的起始车姿BP时，路径生成模块60使用环形缓冲器58内的所有位置信息。
对环形缓冲器58内所存储的位置进行检测的频率和/或路径生成模块60所使用的位置数量应使得所使用的路径距离对应于0m(仅一个位置)～10m之间的长度，尤其1m～10m。举例而言，当所述环形缓冲器包括具有50cm距离的位置且为了将最近期的5m纳入考虑，则所述路径生成模块采用与最近期的10个位置相对应的信息。这可实现路径信息的平滑，并且降低误检测或行外植物的影响。
路径生成模块60可用于生成退出矢量，该退出矢量为该车辆在第一行行尾处所述车辆的矢量或者车辆部件的矢量。所述退出矢量利用环形缓冲器58内的位置信息生成。根据该退出矢量，路径生成模块60生成进入矢量，该进入矢量为所述车辆或该车辆部件待采取的矢量，而且通常与所述退出矢量平行，但方向相反。该进入矢量相对于所述退出矢量的偏移量基于机器参数以及田地布局。
或者，所述路径生成模块在生成所述起始车姿时，可使用关于田地2的补充信息。
随后，路径生成模块60生成从当前位置至起始车姿BP的目标路径，从而使得所述车辆运动至所述起始车姿的过程中所花费的时间最小，以及/或者所导致的作物损耗量最小。在此之后，所述目标路径信息从模块60发送至目标路径转向模块100。
其后，目标路径转向模块100根据GPS数据，以及/或者根据所述车辆的其他信息(例如加速度传感器或速度传感器等传感器搜集的速度和配置信息)，陆续将位置检测模块76所指示的车辆4的当前位置与所述目标路径相比较，并引导该车辆沿所述目标路径进入起始车姿BP。
在进入起始车姿BP后，切换模块116切换回道内转向模块110，以引导所述车辆沿第二行12行进。所述回向切换即可自动进行，也可根据操作人员的输入完成。
需要注意的是，本文中，每当将一个元件指示为“用于执行某一动作时”，即意味着在使用期间，该元件可有效地执行所指示的动作。例如，所述目标路径生成装置解释为用于生成目标路径，这表示在操作期间，所述目标路径生成装置可有效地生成目标路径。类似地，这适用于本说明书所公开的所有其他元件。
只要能按照所描述的方式工作，本发明的元件可由本领域技术人员易于获得的硬件和软件元器件的任何组合实施。所述元件可例如利用CPU，片上系统，ASIC，FPGA实现。所公开的连接可以为本领域技术人员可获得的任何技术上可行的连接，例如有线或无线连接以及光学或电气连接。
除了上述特征之外，当所述作物在种植或播种时使用了GPS数据，而且表示所种植或播种的作物的位置的GPS数据可供使用时，所述装置可包括基于表示所种植或播种的作物的位置的数据的初始车姿生成器。在此情况下，在开始处理田地时，所述初始车姿生成器生成初始车姿，该初始车姿表示用于开始处理所述田地的理想或预设车姿。初始车姿转向模块仅根据所述GPS位置信息(即无传感器80/82的信息，这是因为此时其还未对任何作物或植物进行检测)，将所述车辆引导至所述初始车姿。
还可利用播种机的数据经GPS(包括转向至下一行)以完全自动的方式沿所述装置的预设路径存储器内存储的路径(该路径包括用于处理所述整块田地或该田地的主要部分的预设近似路径)工作，并且基于传感器80/82确定所述近似路径内的确切路径。
需要注意的是，除了GPS，还可采用任何其他基于卫星的位置检测系统。
本发明装置在较为经济实惠的同时，可实现可靠的田地处理。

Claims (21)

1.一种用于车辆的控制装置(50)，所述车辆适于沿预设的刈径(8)处理田地(2)，
所述刈径包括至少两条刈道，即第一刈道(10)和第二刈道(12)，所述第二刈道包括道头(14)，所述道头定义了所述车辆的起始车姿(BP)，
其特征在于，
所述车辆的所述起始车姿(BP)为所述车辆以理想方式从道头开始对所述第二刈道进行处理的车姿；
所述控制装置用于在所述车辆处理所述第一刈道的过程中收集关于所述第一刈道的信息；以及
所述控制装置(50)包括目标路径生成装置(52)，所述目标路径生成装置用于根据关于所述第一刈道的信息生成用于将所述车辆转向至所述起始车姿的目标路径(56)。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述两条刈道为两条连续的刈道。
3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述目标路径生成装置(52)包括：
位置存储器(58)，所述位置存储器用于存储表示在处理所述第一刈道时所述车辆的一系列相继位置的信息；
路径生成模块(60)，所述路径生成模块用于根据所述位置存储器内存储的表示所述一系列相继位置的信息，生成所述目标路径。
4.如权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述位置存储器为环形缓冲存储器(58)，在所述环形缓冲存储器内，表示所述一系列相继位置的信息包括所述车辆的最不近期位置的信息，且所述环形缓冲存储器用于当向所述环形缓冲存储器添加表示所述车辆的新位置的信息时，由所述表示所述车辆的新位置的信息覆盖所述车辆的最不近期位置的信息。
5.如权利要求3或4所述的控制装置，其特征在于，所述目标路径生成装置包括：
用于检测所述车辆的当前位置的位置检测装置(70)，其中
所述位置检测装置(70)用于将表示所述当前位置的信息写入所述位置存储器。
6.如权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述位置检测装置(70)用于在所述第一刈道的处理过程中检测所述车辆相对于所述第一刈道的所述当前位置。
7.如权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述位置检测装置(70)包括：
GPS接收模块(72)和/或
位置传感器(80，82)，并且
所述位置检测装置(70)包括位置检测模块(76)，所述位置检测模块用于从所述GPS接收模块和/或所述位置传感器接收位置信息。
8.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，当所述控制装置(50)包括位置传感器时，该位置传感器包括作物传感器。
9.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述作物传感器包括块根作物传感器。
10.如权利要求3或4所述的控制装置，其特征在于，
所述目标路径生成装置(52)包括存有所述车辆的参数信息的参数存储器(90)，其中
所述参数存储器连接至所述路径生成模块(60)，所述路径生成模块(60)用于根据所述参数信息生成所述目标路径(56)。
11.如权利要求10所述的控制装置，其特征在于，所述参数存储器(90)存有所述车辆的几何形状信息和/或配置信息。
12.如权利要求3或4所述的控制装置，其特征在于，
所述车辆包括用于控制该车辆的位移的转向装置(96)，
所述转向装置包括用于生成转向命令的目标路径转向模块(100)，
所述转向命令是基于所述目标路径的且用于将所述车辆转向至所述起始车姿。
13.如权利要求12所述的控制装置，其特征在于，
所述转向装置(96)包括道内转向模块(110)，所述道内转向模块用于根据位置传感器(80，82)，尤其所述作物传感器生成的位置信息，并且/或者根据所述位置检测模块(76)生成的位置信息，生成转向命令，其中所述转向命令用于将所述车辆保持于相对于当前刈道的确定位置。
14.如权利要求13所述的控制装置，其特征在于，所述道内转向模块(110)用于根据所述作物传感器生成的位置信息，生成转向命令。
15.如权利要求13所述的控制装置，其特征在于，
所述转向装置(96)包括切换模块(116)，所述切换模块用于在使所述车辆转向的所述道内转向模块(110)和所述目标路径转向模块(100)之间交替切换。
16.一种车辆(4)，其特征在于，包括如权利要求1至15当中任一项所述的控制装置(50)。
17.如权利要求16所述的车辆，其特征在于，所述车辆为农用车辆。
18.如权利要求17所述的车辆，其特征在于，所述车辆为用于收割作物的收割车辆，或用于种植或播种作物的种植车辆，或用于在田间喷洒液体的处理车辆。
19.如权利要求17所述的车辆，其特征在于，所述车辆为块根作物种植车辆。
20.一种采用如权利要求16至19当中任一项所述的车辆的田地处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
沿所述刈径的所述第一刈道(10)驱动所述车辆；
生成使所述车辆到达所述起始车姿的目标路径(56)；以及
沿所述目标路径操纵所述车辆(4)至所述起始车姿。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述刈道基本相互平行。
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