CN112689808A - 自动转向控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动转向控制装置，其向作为自动转向的对象的作业车辆输出转向信号，该自动转向控制装置具备：转向运算部(322)，通过PID控制输出转向信号，并具有包含应对PID控制中的比例增益赋予的多个值的第1参数集，所述PID控制基于目标行进方位和检测到的作业车辆的行进方位进行控制；提示部(33)，提示示出第1参数集所包含的多个值、并能够择一性地予以选择的选项；以及取得部(34)，取得关于第1参数集所选择的选项，转向运算部(322)将由关于第1参数集所取得的选项示出的值设定为比例增益来进行PID控制。

Description

自动转向控制装置
技术领域
本发明的实施方式涉及作业车辆的自动转向控制装置。
背景技术
以往，为了实现农业的高效率的目的而进行如下的自动转向控制，使拖拉机、种植机等作业车辆沿着指定的行驶路径行驶。根据该自动转向控制，基于作为目标的行驶路径上的位置与作业车辆的位置的分隔距离，控制作业车辆的转向，以使将作业车辆的位置定位于行驶路径上。
此外，作为关于作业车辆的自动转向的技术，已知有如下的作业车辆(例如，参照专利文献1)：作业车辆具备对机体进行转向操作的转向部件、取得机体的位置坐标的位置信息取得装置、使转向部件工作而使机体直进行驶的自动直进装置、和进行机体各部分的控制的控制装置，在作业车辆中设置基准位置取得部件和切换部件，所述基准位置取得部件取得作为机体直进行驶的基准的基准位置，所述切换部件对自动直进装置进行接通断开切换，控制装置在取得了基准位置的状态下对切换部件进行接通操作，使自动直进装置能够进行工作。
【专利文献1】日本特开2018-97621号公报
作业车辆所行驶的农田，与一般车辆所行驶的铺装道路相比，由于各农田不同而在特性上有很大差异，例如，在种植机行驶的水田中，由于其耕地性质、耕地到水面的水位等各种因素，种植机的转向相关特性因水田而不同。因此，在设想的农田的特性与实际的农田的特性差异较大的情况下，存在无法实现适合农田的最佳的自动转向的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题点而做出的，其目的在于提供一种能够进行适合农田的最佳的作业车辆的自动转向的自动转向控制装置。
为了解决上述课题，本实施方式的自动转向控制装置是向作为自动转向的对象的作业车辆输出转向信号的自动转向控制装置，具备：转向运算部，通过PID控制输出所述转向信号，并具有包含应对所述PID控制中的比例增益赋予的多个值的第1参数集，所述PID控制基于目标行进方位和检测到的所述作业车辆的行进方位进行控制；提示部，提示示出所述第1参数集所包含的多个值、并能够择一性地予以选择的选项；以及取得部，取得关于所述第1参数集所选择的选项，所述转向运算部将由关于所述第1参数集所取得的选项示出的值设定为所述比例增益来进行所述PID控制。
根据本发明，能够进行适合农田的最佳的作业车辆的自动转向。
附图说明
图1是表示实施方式涉及的农用拖拉机的构成的概略侧视图。
图2是表示实施方式涉及的自动转向系统的硬件构成的框图。
图3是表示自动转向控制装置的硬件构成的框图。
图4是表示自动转向控制装置的功能构成的框图。
图5是表示自动转向控制系统的控制构成的框图。
图6是表示转向运算部的控制构成的框图。
图7是表示涉及控制量设定的用户界面的概略图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
(对象车辆及自动转向系统的构成)
首先，对本实施方式涉及的自动转向系统和由该自动转向系统自动转向的对象车辆进行说明。图1是表示实施方式涉及的农业用拖拉机的构成的概略侧视图。图2是表示实施方式涉及的自动转向系统的构成的框图。
作为本实施方式涉及的自动转向系统的转向对象的车辆是作业车，具体而言，为图1所示的农业用拖拉机1。该拖拉机1是具备车体10、2个前轮11和2个后轮12的四轮车辆，但只要是可转向的车辆，可以是任意车辆，例如可以是取代车轮而具有履带的履带式车辆。此外，拖拉机1具备：供驾驶者就座的座席13、与未图示的作业机连结连接的连杆机构14、转向柱15、方向盘16、转向驱动装置17、包含油门踏板、制动器等的踏板类18、以及车顶部19。
对前轮11施加偏转角来转向拖拉机1的转向系统设于转向柱15内，并在转向柱15中内置有用于将由方向盘16或转向驱动装置17所致的转向角度输入到转向系统的输入轴151，基于该输入轴151的旋转的转向角度被施加到前轮11。转向驱动装置17是为了对不具有用于进行自动转向控制的构成的、以手动转向为前提的拖拉机1进行自动转向而后附加的装置，在转向驱动装置17的上方安装有方向盘16，而且，在转向驱动装置17的下方嵌合有转向系统的输入轴151的上端部。车顶部19是载置在4个支承框架上而整体为大致平板状的部件，所述4个支承框架分别设置在车体10上前后左右的不同位置。
在车顶部19的上表面设有至少包含GNSS(Global Navigation SatelliteSystem，全球导航卫星系统)和陀螺仪传感器的传感器类21。该传感器类21只要是至少检测车辆的位置和行驶面上的车辆方位的传感器即可，可以包含任何传感器。此外，在支承车顶部19的支承框架中的位于前方的1个支承框架设有自动转向控制装置22。该自动转向控制装置22是控制拖拉机1的自动转向的装置，如后面详述的那样，由于是将与自动转向控制相关的状况提示给拖拉机1的驾驶者，并取得与自动转向控制相关的由驾驶者进行的操作的装置，因此优选是以位于驾驶者的眼前的方式设置。
如图2所示，自动转向系统包括驱动转向系统中的输入轴151的转向驱动装置17、传感器类21、自动转向控制装置22、以及图1中未图示的方向盘角度控制装置23。
转向驱动装置17具备：向输入轴151传递驱动力的传递轴171、驱动传递轴171的电动机172、检测传递轴171的旋转量及旋转位置的编码器173，所述电动机172为步进电动机，所述编码器173为旋转编码器。需要说明的是，电动机172只要是能够输出对于使输入轴151旋转而言充分的扭矩的电动机即可，可以是任意种类的电动机。
自动转向控制装置22基于传感器类21的检测值输出转向信号，方向盘角度控制装置23基于由自动转向控制装置22指示的转向信号对转向驱动装置17反馈控制。在此，转向驱动装置17以使得由编码器173检测到的旋转位置成为所希望的旋转位置的方式，控制电动机172使传递轴171驱动。
如此，通过对拖拉机1后附加设置转向驱动装置17、传感器类21、自动转向控制装置22及方向盘角度控制装置23，从而能够在以手动转向的方式构成的拖拉机1中实现自动转向。
(自动转向控制装置的构成)
对自动转向控制装置的硬件构成及功能构成进行说明。图3及图4分别是表示自动转向控制装置的硬件构成、功能构成的框图。
如图3所示，自动转向控制装置22中，作为硬件而具备：CPU(Central ProcessingUnit)221、RAM(RandomAccess Memory)222、存储装置223、输入输出I/F(Interface)224、触摸面板225、以及开关组226。
CPU221及RAM222协作而执行后述的各种功能，存储装置223存储由各种功能执行的处理所用的各种数据。触摸面板225是具有作为输出装置的显示器和作为输入装置的触摸传感器的输入输出装置。开关组226作为输入装置，是后述的选项的选择中所用的多个开关，各个开关例如构成为滑动开关或指拨开关(DIP switch)。输入输出I/F224与作为输入输出装置的触摸面板225进行数据的输入输出。需要说明的是，自动转向控制装置22中的输入装置及输出装置均可以是任何种类的装置。
此外，如图4所示，自动转向控制装置22中作为功能部而具备路径设定部31、转向控制部32、提示部33、取得部34。路径设定部31基于经由触摸面板225的来自驾驶者的指示，设定后述的目标行驶路径。转向控制部32基于由路径设定部31设定的目标行驶路径，对拖拉机1的自动转向进行控制。提示部33经由触摸面板225向驾驶者提示与由转向控制部32进行的自动转向相关的信息。取得部34经由触摸面板225取得由驾驶者进行的与由转向控制部32进行的自动转向的设定相关的操作。
(自动转向控制系统的控制构成)
对自动转向控制系统的控制构成进行说明。图5是表示自动转向控制系统的控制构成的框图。图6是表示转向运算部的控制构成的框图。
如图5所示，转向控制部32具有目标行进方向运算部321和转向运算部322。目标行进方向运算部321基于由传感器类21检测到的拖拉机1的位置即车辆位置、和由路径设定部31设定的目标行驶路径，对使车辆位置与目标行驶路径一致的拖拉机1的行进方位即目标行进方位进行运算并输出。转向运算部322基于由目标行进方向运算部321输出的目标行进方位与由传感器类21检测到的拖拉机1的行进方位之间的偏差、即行进方位偏差，运算在本实施方式中表示转向角度的转向信号并予以输出。
方向盘角度控制装置23通过向转向驱动装置17输出基于转向角度的方向盘角度，所述转向角度是由转向运算部322输出的转向信号所示出的，由此控制输入轴151，基于输入轴151的旋转的转向角度被施加于前轮11而控制拖拉机1的行进方向，并由传感器类21检测被控制的拖拉机1的车辆位置和行进方位。
如图6所示，转向运算部322进行基于行进方位偏差输出转向角度的PID控制，其中，关于积分要素I及微分要素D，与作为对象的作业车辆、在本实施方式中为拖拉机1的特性相应地设定积分时间常数Ti、微分时间常数Td。
比例要素是相应于农田而设定的，对于比例要素，如后所述，预先准备比例增益Kp的多个值作为第1参数集，驾驶者可以将比例增益Kp的值设定为控制量的级别。
此外，关于积分时间常数Ti、微分时间常数Td，预先准备具有多个参数的第2参数集，所述参数具有积分时间常数Ti、微分时间常数Td的至少任一者的值，且基于车型的特性并与该车型相关联，驾驶者可以将积分时间常数Ti、微分时间常数Td的至少任一者的值作为特定车型用的控制参数来设定。在此，所谓车型，具体而言是由作业车辆的类别、制造商、型号等来区分的，例如是以具有同一构成的车辆属同一类别的方式区分的分类。需要说明的是，第2参数所包含的参数只要是根据规定的基准将作业车辆区分的分类即可，例如可以与作业车辆的类别、安装于作业车辆的作业机的种类、或作业车辆的轮胎种类中的任一分类相关联。在此，作为作业车辆的类别可举出：拖拉机、种植机、联合收割机、蔬菜移载机、化学农用品喷洒车、蔬菜收割机、除草机等。此外，作为作业机的种类可举出：耕机，前装载机、耙子(锹)、打捆机、割草机(mower)、深松机、耙土机(碎土机)、犁(plow)、泥浆罐车等。此外，作为轮胎的种类可举出：软土用轮胎、硬土用轮胎、田地用轮胎、草地用轮胎、泥地用轮胎、沙地用轮胎、草坪用轮胎、水田用轮胎、旱田用轮胎、排水不良水田用轮胎、浅水田用轮胎、深水田用轮胎等。另外，可以将第2参数所包含的参数与作业车辆的车型、作业车辆的类别、安装于作业车辆的作业机的种类、作业车辆的轮胎的种类中的至少2个的组合相关联。
(控制量设定)
对控制量的设定进行说明。图7是表示涉及控制量设定的用户界面的概略图。
如图7所示，提示部33将关于比例增益Kp的第1参数集作为控制量，此外，将关于积分时间常数Ti、微分时间常数Td的至少任一者的第2参数集作为车型名，以能够由驾驶者或作业者选择的方式显示于触摸面板225。在此，所谓作业者表示在拖拉机1装备自动转向控制系统的人。提示部33在级别显示区域L中显示按级别的大小顺序排列的多个级别，而且，在车型显示区域V中显示多个车型名。第1参数集所包含的多个值的每一个值与逐级性地表示各自的值在第1参数集中相对大小的多个级别的各自级别相关联，越大的值关联越大的级别。此外，第2参数集所包含的多个参数的每一个参数与基于各自的参数的作业车辆的车型名相关联。提示部33以能够选择这样的多个级别、多个车型名的方式对驾驶者或作业者进行提示。
此外，提示部33在触摸面板225中仅对选择中的级别、即与适用于当前的比例增益Kp的值相关联的级别进行突出显示，并且在触摸面板225仅对与适用于当前的积分时间常数Ti、微分时间常数Td的参数相关联的车型名进行突出显示。需要说明的是，第1参数集中的多个值中的每个值和第2参数集中的多个参数的每个参数只要可以作为能够由驾驶者选择的选项而提示即可。
取得部34取得在由提示部33显示于触摸面板225的多个级别中的、通过触摸(点击)操作而由驾驶者选择的级别。转向运算部322将参数集中的、与由取得部34取得的级别相关联的值设定为比例增益Kp。
如此，将比例增益Kp的值以作为级别并可选择的方式提示，并将与所选择的级别对应的值设定为比例增益Kp，由此驾驶者不需要专门的知识，就能直观选择比例增益Kp的值，例如，通过在转向中针对对于前轮11的阻力变大的农田选择更强的级别，从而能够进行更适合农田的自动转向控制。
需要说明的是，关于由提示部33进行的多个级别、多个车型名的提示，除了向触摸面板225显示以外，可以使用任意手段进行提示，作为提示手段，例如可举出声音、发光、振动等，依赖于搭载于拖拉机1的输出装置。同样，关于由取得部34取得的级别的选择，除了向触摸面板225的触摸操作之外，可以使用任意手段进行选择，作为选择手段，可举出声音识别、物理按键等，依赖于搭载于拖拉机1的输入装置。在本实施方式中，作为提示手段及选择手段，可以使用开关组226，此时，在开关组226各自开关为滑动开关的情况下，在该操作部可移动的位置标记多个级别、多个车型，在开关组226各自开关为指拨开关的情况下，通过多个操作部的组合来进行多个级别、多个车型的提示。
此外，第1参数集可以以与第2参数集中的多个参数的每个参数相关联的方式准备。在该情况下，控制运算部322具有多个第1参数集和第2参数集，提示部33以能够选择的方式提示与在第2参数中所选择的参数相关联的第1参数集。
此外，作为由自动转向控制系统进行控制的控制对象即作业车辆，可举出农业用机动车即拖拉机、种植机、联合收割机、蔬菜移载机、化学农用品喷洒车、蔬菜收割机、割草机等，自动转向控制系统可以将沿着规定路径进行作业的全部作业车辆设为控制对象。
本发明的实施方式是作为示例而提示的，并不意图限定发明范围。上述新的实施方式可以以其他的各种方式来实施，在不脱离发明要旨的范围内可以进行各种省略、置换、变更。上述实施方式及其变形包含于发明范围、要旨，并且也包含于权利要求书记载的方案及其等同范围。
附图标记的说明
1 拖拉机(作业车辆)
22 自动转向控制装置
33 提示部
34 取得部
321 目标行进方向运算部
322 转向运算部

Claims (11)

1.一种自动转向控制装置，向作为自动转向的对象的作业车辆输出转向信号，其特征在于，所述自动转向控制装置具备：
转向运算部，通过PID控制输出所述转向信号，并具有包含应对所述PID控制中的比例增益赋予的多个值的第1参数集，所述PID控制基于目标行进方位和检测到的所述作业车辆的行进方位进行控制；
提示部，提示示出所述第1参数集所包含的多个值、并能够择一性地予以选择的选项；以及
取得部，取得关于所述第1参数集所选择的选项，
所述转向运算部将由关于所述第1参数集所取得的选项示出的值设定为所述比例增益来进行所述PID控制。
2.根据权利要求1所述的自动转向控制装置，其特征在于，
所述第1参数集所包含的多个值的每个值与多个级别的每个级别相关联，所述多个级别逐级性地示出所述值在所述第1参数集中的相对大小，
所述提示部将所述多个级别作为关于所述第1参数集的选项而以能够选择的方式提示，
所述取得部取得所选择的级别，
所述转向运算部将与在所述第1参数集中所述所选择的级别对应的值设定为所述比例增益。
3.根据权利要求1或2所述的自动转向控制装置，其特征在于，还具备：
目标行进方向运算部，基于预先设定的目标行驶路径和检测到的所述作业车辆的位置而输出所述目标行进方位。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的自动转向控制装置，其特征在于，
所述PID控制中的积分要素的时间常数或微分要素的时间常数中的至少任一个常数基于所述作业车辆的特性而设定。
5.根据权利要求4所述的自动转向控制装置，其特征在于，
所述转向运算部具有包括多个参数的第2参数集，所述第2参数集的所述多个参数的每个参数具有应对所述积分要素的时间常数或所述微分要素的时间常数中的至少任一个常数赋予的值，
所述提示部提示示出所述第2参数集所包含的多个参数、并能够择一性地予以选择的选项，
所述取得部取得关于所述第2参数集所选择的选项，
所述转向运算部将由关于所述第2参数集所取得的选项示出的参数设定为所述积分要素的时间常数或所述微分要素的时间常数中的至少任一个常数，进行所述PID控制。
6.根据权利要求5所述的自动转向控制装置，其特征在于，
所述转向运算部具有与所述第2参数集所包含的多个参数的每个参数相关联的多个第1参数集，
所述提示部提示示出与由关于所述第2参数集所选择的选项示出的参数相关联的第1参数集所包含的多个值、并能够择一性地予以选择的选项。
7.根据权利要求6所述的自动转向控制装置，其特征在于，
所述第2参数集所包含的多个参数的每个参数与基于该参数的作业车辆的分类相关联，
所述提示部取得所选择的作业车辆的分类，
所述转向运算部将在所述第2参数集中的与所选择的所述作业车辆的分类对应的参数设定为所述积分要素的时间常数或所述微分要素的时间常数中的任一个常数。
8.根据权利要求7所述的自动转向控制装置，其特征在于，
所述作业车辆的分类是根据作业车辆的类别、作业车辆的车型、安装于作业车辆的作业机的种类、或作业车辆的轮胎的种类中的至少任一项来区分的分类。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的自动转向控制装置，其特征在于，
所述提示部将所述选项显示于显示器。
10.根据权利要求9所述的自动转向控制装置，其特征在于，
所述取得部通过触摸传感器的操作而取得所述所选择的选项。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的自动转向控制装置，其特征在于，
所述取得部通过针对开关的操作而取得所述所选择的选项。
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