DE102008015277A1

DE102008015277A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Lenkung einer zweiten landwirtschaftlichen Maschine, die relativ zu einer ersten landwirtschaftlichen Maschine über ein Feld lenkbar ist

Info

Publication number: DE102008015277A1
Application number: DE102008015277A
Authority: DE
Inventors: Ole Peters; Nicolai Dr. Tarasinksi; Klaus Hahn; Peter Prof. Dr. Pickel
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2009-09-24
Also published as: CN101977491B; BRPI0906837A2; US8755976B2; EA201071037A1; CN101977491A; JP2011517400A; EA017165B1; JP5575738B2; EP2278869A1; WO2009115404A1; US20110022273A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lenkung einer zweiten landwirtschaftlichen Maschine (12), die relativ zu einer ersten landwirtschaftlichen Maschine (10) über ein Feld (34) lenkbar ist, umfassend: einen an einer der landwirtschaftlichen Maschinen (12) angebrachten Entfernungsmesser (60), der betreibbar ist, über einen horizontalen Bereich Messwerte hinsichtlich der Richtung und des Abstands benachbarter Objekte zu erfassen, und eine mit dem Entfernungsmesser (60) verbundene Auswertungseinrichtung (68), die eingerichtet ist, basierend auf den Messwerten des Entfernungsmessers (60) ein eine Führung der zweiten Maschine (12) relativ zur ersten Maschine (10) bewirkendes Lenksignal abzugeben. Es wird vorgeschlagen, dass die Auswertungseinrichtung (68) betreibbar ist, anhand mehrerer, zeitlich nacheinander durch den Entfernungsmesser (60) erfasster Messwerte die der nicht mit dem Entfernungsmesser (60) ausgestatteten Maschine (10) zuordenbaren Messwerte aus den erfassten Messwerten zu selektieren und die selektierten Messwerte zur Erzeugung des Lenksignals heranzuziehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lenkung einer zweiten landwirtschaftlichen Maschine, die relativ zu einer ersten landwirtschaftlichen Maschine über ein Feld lenkbar ist, umfassend:
einen an einer der Maschinen angebrachten Entfernungsmesser, der betreibbar ist, über einen horizontalen Bereich Messwerte hinsichtlich der Richtung und des Abstands dem Entfernungsmesser benachbarter Objekte zu erfassen, und
eine mit dem Entfernungsmesser verbundene Auswertungseinrichtung, die eingerichtet ist, basierend auf den Messwerten des Entfernungsmessers ein eine Führung der zweiten Maschine relativ zur ersten Maschine bewirkendes Lenksignal abzugeben.
Stand der Technik
In der Landwirtschaft gibt es eine Vielzahl von Anwendungsfällen, in denen mehrere Maschinen bei der Bearbeitung eines Feldes unabhängig voneinander parallel nebeneinander her fahren. Beispiele sind Erntevorgänge, bei denen das Erntegut von einer selbstfahrenden Erntemaschine aufgenommen, bearbeitet und auf ein Transportfahrzeug übergeladen wird, mittels mehrerer selbstfahrender Erntemaschinen gleichzeitig durchgeführte Erntevorgänge zur schnelleren Aberntung größerer Felder, oder andere Arbeiten, bei denen mehrere gleichartige oder unterschiedliche Maschinen gleichzeitig ein Feld bearbeiten, z. B bei der Bodenbearbeitung, beim Bestellen, Düngen, Sprühen oder bei einer unmittelbar am Anschluss an den Erntevorgang erfolgenden Bodenbearbeitung, bei der das Bodenbearbeitungsfahrzeug neben einer Erntemaschine herfährt. Um beim Überladen des Ernteguts unerwünschte Verluste durch auf den Boden fallendes Erntegut zu vermeiden, ist es notwendig, das Transportfahrzeug parallel zur selbstfahrenden Erntemaschine herfahren zu lassen. Dieses Parallelfahren ist auch sinnvoll, wenn mehrere Maschinen gleichzeitig auf dem Feld arbeiten, um Doppelbearbeitungen oder Auslassungen von Teilflächen des Felds zu vermeiden.
In der Vergangenheit erfolgte das Parallelfahren rein manuell durch die Fahrer der Maschinen. Der Fahrer der zweiten Maschine hat demnach die Aufgabe, sie parallel zur ersten Maschine zu lenken. Der Fahrer der ersten Maschine lenkt diese wiederum entlang einer bestehenden Bearbeitungsgrenze. Zur Entlastung des Fahrers der ersten Maschine sind Lenkhilfen bekannt, die insbesondere mechanisch, akustisch (Ultraschall) oder mittels elektromagnetischer Wellen (insbesondere optisch) mit der Bearbeitungsgrenze bzw. dem vor der Maschine liegenden Feld zusammenwirken und die erste Maschine selbsttätig lenken.
Um den Fahrer der zweiten Maschine von seinen Lenkaufgaben zu entlasten, wurden zumindest zwei Arten der Übertragung von Lenkinformationen von der ersten auf die zweite Maschine vorgeschlagen. Einerseits können Lenkdaten in Form von Geschwindigkeits- und Richtungsdaten von der ersten Maschine auf die zweite Maschine übertragen werden (s. DE 100 64 860 A und JP 04 101 206 A ), was den Nachteil hat, dass sich eventuelle Fehler in Richtungs- und Geschwindigkeitsvorgaben an die zweite Maschine mit der Zeit zu großen Fehlern in der Position aufsummieren, so dass ein paralleles Fahren nicht immer gewährleistet ist. Andererseits besteht die Möglichkeit (s. G. Wallmann und H.-H. Harms, „Assistenzsystem zur Überladung landwirtschaftlicher Güter", Landtechnik 6/2002, Seite 352f, DE 100 64 862 A , DE 102 24 939 A , DE 10 2004 039 460 B und WO 99/18482 A ), beide Maschinen mit einem satellitengestützten Positionserfassungssystem auszustatten, insbesondere mit GPS-Empfängern, und eine Datenübertragungsverbindung zwischen beiden Maschinen herzustellen, mittels der die erste Maschine der zweiten Maschine die jeweilige Position der ersten Maschine mitteilt. Basierend auf diesen Daten und den Ausgaben des Positionserfassungssystems der zweiten Maschine wird dann durch Differenzbildung der beiden Absolutpositionen die Relativposition berechnet, anhand der ein Lenk- und/oder Geschwindigkeitssignal für die zweite Maschine erzeugt wird. Als nachteilig wird bei beiden Möglichkeiten angesehen, dass zusätzliche Datenübertragungen zwischen den beiden Maschinen vorzusehen sind.
Eine weitere, im Stand der Technik beschriebene Möglichkeit, die zweite Maschine parallel zur ersten Maschine herfahren zu lassen, besteht in der Verwendung eines auf Radar, Ultraschall oder Lasertechnik beruhenden Entfernungsmessers auf der zweiten Maschine, mit dem der Abstand zur ersten Maschine gemessen und zur Erzeugung eines Lenksignals verwendet wird, so dass die zweite Maschine selbsttätig parallel zur ersten Maschine gelenkt wird ( WO 99/18482 A und die als gattungsbildend angesehene DE 102 24 939 A ). Als problematisch ist dabei anzusehen, dass der Entfernungsmesser hinreichend genau auf die erste Maschine hin auszurichten ist, um seine Funktion zu gewährleisten. In der DE 102 24 939 A wird vorgeschlagen, die erste Maschine mit speziellen Markierungen auszustatten, mit denen der Entfernungsmesser zusammenwirkt. Es ist aber aufwändig, derartige Markierungen an allen als Leitfahrzeug zu verwendenden ersten Maschinen anzubringen.
Aus der Automobiltechnik ist es bekannt, mittels eines Laserscanners ein Entfernungsbild eines vor dem Fahrzeug liegenden Bereichs zu erfassen und die Geschwindigkeiten und Positionen dort vorhandener Objekte zu identifizieren, um beispielsweise plötzlich hinter parkenden Fahrzeugen hervortretende Fußgänger schnell erkennen und dann gegebenenfalls darauf reagieren zu können ( DE 10 2004 018 813 A ). Weiterhin wurde vorgeschlagen, ein Kraftfahrzeug mit einem Laserscanner auszustatten, der den Abstand zu einem vorausfahrenden Kraftfahrzeug, den Winkel zwischen beiden Kraftfahrzeugen und ihre Relativgeschwindigkeit ermittelt, um die Geschwindigkeit des nachfolgenden Kraftfahrzeugs selbsttätig an die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Kraftfahrzeugs anzupassen ( DE 199 32 642 A ).
Aufgabe der Erfindung
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu einer zuverlässigen Lenkung einer zweiten Maschine bereitzustellen, die basierend auf Signalen eines Entfernungsmessers parallel zu einer ersten Maschine gelenkt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre der Patentansprüche 1, 17 und 18 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
Eine Vorrichtung dient zur Lenkung einer zweiten landwirtschaftlichen Maschine, die relativ zu einer ersten landwirtschaftlichen Maschine über ein Feld fährt, insbesondere parallel zu ihr. An einer der Maschinen ist ein Entfernungsmesser angebracht, der über einen sich horizontal erstreckenden Bereich Messwerte abgibt, die jeweils eine Information über die Richtung und des der Richtung zugehörenden Abstands von erfassten, dem Entfernungsmesser und somit der ihn tragenden Maschine benachbarten Objekten enthalten, d. h. ein zweidimensionales, horizontal verlaufendes, so genanntes Entfernungsbild darstellen. Die Messwerte werden einer Auswertungseinrichtung zugeführt, die sie verarbeitet und der nicht mit dem Entfernungsmesser ausgestatteten Maschine zugehörige Messwerte identifiziert, indem zeitlich nacheinander erfasste Messwerte verglichen werden. Es können beispielsweise einer bestimmten Richtung zugehörige Abstandswerte, die zeitlich gleichbleiben bzw. sich nur geringfügig ändern, der anderen Maschine zugeordnet werden.
Die Auswertungseinrichtung erkennt somit anhand der erfassten Messwerte selbsttätig die der nicht mit dem Entfernungsmesser ausgestatteten Maschine zuordenbaren Messwerte. Nur diese selektierten Messwerte werden zur Erzeugung des Lenksignals verwendet. Dadurch fährt die zweite Maschine stets in einer gewünschten Weise – insbesondere parallel – neben der ersten Maschine her.
Auf diese Weise erübrigen sich Maßnahmen wie eine Anbringung spezieller Markierungen an der ersten Maschine und eine Justierung des Entfernungsmessers, die bisher durchgeführt wurden, um sicherzustellen, dass er die erste Maschine tatsächlich erfasst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet auch in der rauen landwirtschaftlichen Umgebung, in der sie Vibrationen und Sichtbehinderungen durch in der Luft befindliche Erntegutpartikel und dergleichen ausgesetzt ist, hinreichend betriebssicher, da nicht nur ein einziger Abstand, sondern mehrere Abstände über einen horizontalen Bereich erfasst werden, so dass einzelne, unbrauchbare Abstandswerte ignoriert werden können.
Es bietet sich an, den Entfernungsmesser an der zweiten Maschine anzubringen. Denkbar wäre aber auch die andere Variante, bei der der Entfernungsmesser an der ersten Maschine angebracht ist und seine Messwerte bzw. ein daraus abgeleitetes Lenksignal an die zweite Maschine übertragen wird, beispielsweise über Funk oder über optische Datenübertragungsmittel.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung identifiziert die Auswertungseinrichtung unterschiedliche Objekte, die der mit dem Entfernungsmesser ausgestatteten Maschine benachbart sind. In diesem Zusammenhang sei auf die Offenbarung der DE 10 2004 018 813 A verwiesen, die durch Verweis mit in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen wird. Ein gemeinsames Objekt repräsentierende Messwerte des Entfernungsmessers werden demnach identifiziert, was anhand von der Richtung näherungsweise unabhängiger oder sich nicht sprunghaft ändernder Abstände unschwer möglich ist, und dem jeweiligen Objekt zugeordnet. Die Objekte können dann abhängig davon, ob sie sich relativ zur mit dem Entfernungsmesser ausgestatteten Maschine bewegen oder nicht, in Klassen unterteilt werden. Ein sich gegenüber der mit dem Entfernungsmesser ausgestatteten Maschine nicht oder nur geringfügig bewegendes Objekt, das zudem innerhalb eines zu erwartenden Abstandsbereichs liegt, wird zweckmäßigerweise als die nicht mit dem Entfernungsmesser ausgestattete Maschine identifiziert oder klassifiziert. Weiterhin kann anhand der jeweils nacheinander durch den Entfernungsmesser erfassten Werte für den Abstand und die Richtung der laterale Versatz der Objekte gegenüber der mit dem Entfernungsmesser ausgestatteten Maschine, der Versatz der Objekte gegenüber der mit dem Entfernungsmesser ausgestatteten landwirtschaftlichen Maschine in deren Vorwärtsrichtung und/oder die Bewegungsrichtung der Objekte identifiziert werden.
Die erfassten Abstandswerte können mit einem Sollwert für den Abstand in Querrichtung zwischen beiden Maschinen verglichen werden und die Differenz als Lenksignal einer Lenkeinrichtung der zweiten Maschine (oder einer Anzeigeeinrichtung oder dergleichen, anhand der der Bediener der zweiten Maschine diese lenken kann) zugeführt werden.
Weiterhin kann anhand der Messwerte die Bewegungsrichtung der zweiten Maschine gegenüber der ersten Maschine (oder umgekehrt) bestimmt werden. Diese Bewegungsrichtung kann zusätzlich zur Erzeugung des Lenksignals der zweiten Maschine dienen, um eventuellen Richtungsänderungen der ersten Maschine schneller folgen zu können. Dafür kann die erfasste Bewegungsrichtung der nicht mit dem Entfernungsmesser ausgestatteten Maschine mit der Bewegungsrichtung der mit dem Entfernungsmesser ausgestatteten Maschine verglichen werden und das Lenksignal wird derart erzeugt, dass die Bewegungsrichtung der zweiten Maschine zumindest näherungsweise mit der Bewegungsrichtung der ersten Maschine identisch ist oder – bei nicht parallelem Fahren, z. B. in Kurven oder im Vorgewende – einem Sollwert entspricht. Der Vergleich der Bewegungsrichtungen der beiden Maschinen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die zweite Maschine der ersten Maschine vorauseilt, da dann die Berücksichtigung der Richtungsabweichung ein besseres Lenkverhalten der zweiten Maschine ermöglicht.
Weiterhin eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Erfassung des Versatzes zwischen der ersten Maschine und der zweiten Maschine in ihrer Vorwärtsrichtung, da sie beispielsweise die Richtung einer vorlaufenden und/oder einer nachlaufenden Kante der nicht mit dem Entfernungsmesser ausgestatteten Maschine ermitteln kann. Es bietet sich an, diesen Messwert mit einem Sollwert zu vergleichen und anhand der Differenz eine Geschwindigkeitsvorgabeeinrichtung der zweiten Maschine derart anzusteuern, dass der Versatz zwischen beiden Maschinen in ihrer Vorwärtsrichtung stets zumindest näherungsweise gleich bleibt und insbesondere dem Sollwert entspricht.
Der Sollwert für den Abstand in Querrichtung zwischen beiden Maschinen kann als Festwert aus einer Speichereinrichtung abrufbar sein. Ein aus der Speichereinrichtung abrufbarer Sollwert kann auch durch den Bediener änderbar sein oder durch ihn in die Speichereinrichtung eingegeben werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Bediener die zweite Maschine in eine gewünschte Position gegenüber der zweiten Maschine bringen und durch eine geeignete Eingabe in eine Eingabeeinrichtung bewirken, dass der aktuelle Abstand von der Auswertungseinrichtung als Sollwert übernommen wird.
Die Ausrichtung des Entfernungsmessers gegenüber der ihn tragenden Maschine kann variierbar sein, um sie an unterschiedliche Aufgaben anpassen zu können. So gibt es Anwendungsfälle, in denen die zweite Maschine gegenüber der ersten Maschine nach vorn versetzt fährt, beispielsweise bei der Übernahme von Erntegut, so dass der sensitive Bereich des Entfernungsmessers schräg nach hinten (oder, wenn der Entfernungsmesser an der ersten Maschine angebracht ist, schräg nach vorn) gerichtet sein muss, während bei anderen Anwendungsfällen die beiden Maschinen genau nebeneinander her fahren, z. B. bei der Bodenbearbeitung, so dass der sensitive Bereich des Entfernungsmessers zur Seite hin gerichtet sein muss.
Der Entfernungsmesser kann den horizontalen Bereich durch Überstreichen eines geeigneten Winkelbereichs um die Hochachse abtasten oder mittels mehrerer einzelner, in unterschiedliche Winkel sensitiver oder in geeigneten Abständen hintereinander angeordneter Entfernungsmesser gleichzeitig erfassen. Weiterhin sei angemerkt, dass der Entfernungsmesser nicht nur in horizontaler Richtung, sondern zusätzlich auch in vertikaler Richtung einen Bereich erfassen kann, um ein dreidimensionales Entfernungsbild bereitzustellen, dessen Auswertung eine genauere bzw. von eventuellen Bewegungen der zweiten Maschine um die sich in Vorwärtsrichtung erstreckende Achse entkoppelte Bestimmung des Abstands zur zweiten Maschine ermöglicht.
Für den Entfernungsmesser kommen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens unterschiedliche Ausführungsformen in Frage. So kann ein Radarsensor verwendet werden, der sukzessive elektromagnetische Wellen in unterschiedliche Richtungen abstrahlt und anhand der Laufzeit reflektierter Wellen den Abstand der Objekte erfasst. Analog könnte ein Ultraschallsensor Verwendung finden, der akustische Wellen abstrahlt und anhand der Laufzeit erfasster, reflektierter Wellen den Abstand der Objekte erkennt. Um Abstandswerte für unterschiedliche horizontale Richtungen zu erhalten, können mehrere um die Hochachse winkelversetzte Ultraschallsensoren verwendet werden, oder ein einziger Ultraschallsensor dreht sich um die Hochachse. Weiterhin kann als Entfernungsmesser ein Laserscanner verwendet werden, der um die Hochachse gedreht wird und sukzessive in unterschiedliche Richtungen Licht abstrahlt, das im sichtbaren Wellenlängenbereich oder darüber (Ultraviolett) oder darunter (Infrarot) liegt. Anhand der Laufzeit und/oder einer Strahlaufweitung erfassten, von einem Objekt reflektierten Lichts wird der Abstand des Objekts evaluiert. Es wäre auch möglich, mehrere, in unterschiedliche Richtungen strahlende Laser zu verwenden, die das Licht gleichzeitig oder sukzessive nacheinander abstrahlen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Auswertungseinrichtung betreibbar ist, anhand der selektierten Messwerte des Entfernungsmessers ein Signal zur Kollisionsvermeidung mit benachbarten Objekten zu erzeugen. Dieses Signal kann ein Lenksignal zur Umfahrung des Objekts sein oder es ist ein Stoppsignal zum automatischen Anhalten des Vortriebs der zweiten Maschine.
Es ist außerdem möglich, die Auswertungseinrichtung zu verwenden, um anhand der Messwerte des Entfernungsmessers eine Konfiguration der ersten landwirtschaftlichen Maschine zu erkennen und daraus auf einen erlaubten und/oder bevorzugten Bereich von Richtung und Entfernung der ersten landwirtschaftlichen Maschine zu der zweiten landwirtschaftlichen Maschine zu schließen. So kann anhand der Größe, insbesondere der Breite der ersten Maschine bzw. ihres Erntevorsatzes auf den einzuhaltenden Abstand geschlossen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich für beliebige Kombinationen von landwirtschaftlichen Maschinen. Beispielsweise ist die erste Maschine eine Erntemaschine und die zweite Maschine ein zur Übernahme und zum Abtransport des von der ersten Maschine geernteten Ernteguts geeignetes Transportfahrzeug, oder die zweite Maschine ist ein Transportfahrzeug und die erste Maschine ist oder zieht eine Sämaschine zur Übernahme des Saatguts. Bei einer anderen Ausführungsform sind beide Maschinen gleichartig und zum Beispiel versetzt oder genau nebeneinander her fahrende Erntemaschinen oder als versetzt oder genau nebeneinander her fahrende Maschinen für die Bodenbearbeitung oder zum Bestellen, Düngen oder Sprühen. Die beiden Maschinen können auch unterschiedlich sein, z. B. wenn eine Bodenbearbeitungsmaschine seitlich versetzt genau neben oder vor oder hinter einer Erntemaschine herfährt.
Ausführungsbeispiel
Anhand der Abbildungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt:
1 eine seitliche Ansicht einer Kombination aus einer ersten und zweiten landwirtschaftlichen Maschine, die sich aus einem Feldhäcksler und einem Traktor mit einem Anhänger mit einem Behälter zusammensetzt,
2 eine Draufsicht auf die Kombination aus 1,
3 ein schematisches Diagramm, in dem die selbsttätige Lenkeinrichtung der zweiten Maschine dargestellt ist,
4 ein Beispiel für ein vom Entfernungsmesser abgegebenes zweidimensionales Entfernungsbild, das der Situation aus den 1 und 2 zugeordnet ist, und
5 ein Flussdiagramm, nach dem die Auswertungseinrichtung arbeitet.
Eine in der 1 dargestellte Kombination zweier landwirtschaftlicher Maschinen umfasst einen selbstfahrenden Feldhäcksler 10, der eine erste landwirtschaftliche Maschine darstellt, einen selbstfahrenden Traktor 12, der eine zweite landwirtschaftliche Maschine darstellt, und einen vom Traktor 12 mittels einer Deichsel 14 gezogenen Anhänger 16, der einen Behälter 18 umfasst.
Der selbstfahrende Feldhäcksler 10 baut sich auf einem Rahmen 20 auf, der von vorderen angetriebenen Rädern 22 und lenkbaren rückwärtigen Rädern 24 getragen wird. Die Bedienung des Feldhäckslers 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 26 aus, von der aus ein Erntevorsatz 28 in Form eines Maismähvorsatzes sichtbar ist, der an einem Einzugskanal 30 an der Frontseite des Feldhäckslers 10 befestigt ist. Mittels des Erntevorsatzes 28 von einem Feld 34 aufgenommenes Erntegut wird über einen im Einzugskanal 30 angeordneten Einzugsförderer mit Vorpresswalzen einer Häckseltrommel 36 zugeführt, die es in kleine Stücke häckselt und es einem Gebläse 38 aufgibt. Das Gut verlässt den Feldhäcksler 10 zu dem nebenher fahrenden Anhänger 16 über eine um eine etwa vertikale Achse drehbaren und in der Neigung verstellbare Austrageinrichtung 40 in Form eines Auswurfkrümmers. Zwischen der Häckseltrommel 36 und dem Gebläse 38 erstreckt sich eine Nachzerkleinerungsvorrichtung 42 mit zwei Körnerprozessorwalzen. Der Antrieb der erwähnten, antreibbaren Aggregate des Feldhäckslers 10 und des Erntevorsatzes 28 erfolgt mittels eines Verbrennungsmotors 44.
Der Traktor 12 und der Anhänger 16 sind konventionellen Aufbaus und bedürfen demnach keiner näheren Diskussion.
In der 2 ist die Kombination der beiden Maschinen 10, 12 in einer Draufsicht wiedergegeben. Es ist erkennbar, dass der Feldhäcksler 10 entlang einer Erntegutkante 46 fährt, die eine Grenze zwischen dem abgeernteten Bereich 48 des Felds 34 und dem noch stehenden, mit Maispflanzen 50 besetzten Bestand 52 des Felds 34 darstellt. Der Fahrer des Feldhäckslers 10 lenkt ihn von Hand entlang der Erntegutkante 46, oder der Feldhäcksler 10 wird selbsttätig mittels eines Reihensensors, der zwei an einer Teilerspitze des Erntevorsatzes angebrachte Tastbügel 54 umfasst und den Feldhäcksler 10 entlang der in Reihen stehenden Pflanzen 50 führt, entlang der Erntegutkante 46 gelenkt.
Um den Fahrer des Traktors 12 von seinen Lenkaufgaben zu entlasten, ist an einem Kotflügel 58 des Traktors 12 oberhalb eines lenkbaren Vorderrades 56 ein Entfernungsmesser 60 angeordnet, der in der dargestellten Ausführungsform ein Laserscanner ist. Der Entfernungsmesser umfasst einen gepulsten, im sichtbaren Wellenlängenbereich oder darüber oder darunter arbeitenden Laser 62, der sein Licht in horizontaler Richtung gebündelt abstrahlt und einen für das Licht des Lasers 62 sensitiven Lichtsensor 64, der anhand der Laufzeit des vom Laser 62 stammenden und von ggf. neben dem Traktor 12 positionierten Objekten reflektierten Lichts (und/oder anhand einer von der Entfernung des Objekts abhängigen Winkelaufweitung des Lichts) den jeweiligen Abstand der Objekte vom Entfernungsmesser 60 ermittelt. Der Laser 62 und vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise der Lichtsensor 64 wird durch einen Motor (nicht gezeigt) sukzessive um die vertikale Achse gedreht, um nach und nach innerhalb einer bestimmten, hinreichend kurzen Zeit einen Winkelbereich 66 abzutasten. Der Entfernungsmesser 60 ist in einer Höhe angebracht, in der er über die stehenden Pflanzen 50 hinwegsieht. Um Fehlmessungen beim Befahren von Bodenunebenheiten zu vermeiden, kann eine selbsttätige horizontale Ausrichtung des Entfernungsmessers 60 vorgesehen werden. Außerdem kann der Entfernungsmesser 60 z. B. zur Anpassung an die Höhe der Pflanzen 50 (jeweils manuell oder motorisch) höhenverstellbar und/oder insgesamt um die Hochachse verdrehbar sein, um die Position des überstrichenen Winkelbereichs 66 an die jeweilige Arbeitsaufgabe des Traktors 12 anzupassen. Wenn beispielsweise zwei Traktoren bei der Bodenbearbeitung oder beim Mähen nebeneinander her fahren, wird der Entfernungsmesser 60 von Hand oder durch einen Motor nach vorn gedreht, so dass die Mitte des Winkelbereichs 66 sich quer zur Vorwärtsrichtung des Traktors 12 erstreckt. Der Entfernungsmesser 60 kann auch weiter nach vorn gedreht werden, um eine Bearbeitungsgrenze des Felds 34 zu erfassen, z. B. bei der Bodenbearbeitung oder beim Mähen bzw. Ernten.
Wie in der 3 zeichnerisch dargestellt, ist ein Ausgang des Entfernungsmessers 60 mit einer Auswertungseinrichtung 68 verbunden, die wiederum mit einer Lenkeinrichtung 70 und einer Geschwindigkeitsvorgabeeinrichtung des Traktors 12 gekoppelt ist.
In der 4 wird ein typisches, zweidimensionales Entfernungsbild wiedergegeben, wie es vom Entfernungsmesser 60 in der Situation nach 2 an die Auswertungseinrichtung übergeben wird. Auf der X-Achse ist der Winkel des Entfernungsmessers um die Hochachse aufgetragen und auf der Y-Achse die Laufzeit des Lichts. Die Auswertungseinrichtung 68 erhält somit Messwerte vom Entfernungsmesser, die eine Information über die Richtung (Winkel um die Hochachse) und die zugehörige Laufzeit des Lichts (bzw. den zugehörigen Abstand des Objekts, welchen man erhält, indem man die Laufzeit mit der halben Lichtgeschwindigkeit multipliziert) enthalten. Im dargestellten Fall ist mit – in der Draufsicht nach 2 im Uhrzeigersinn, d. h. von links nach rechts – steigendem Winkel zunächst eine relativ hohe Laufzeit zu erwarten, da keine Objekte vorhanden sind. Ein erstes Absinken der Laufzeit ist durch einen Strommast 74 bedingt, wonach die Laufzeit wieder ansteigt und kontinuierlich absinkt, wenn der Entfernungsmesser 60 den Feldhäcksler 10 erfasst. An dessen rückwärtiger Kante steigt die Laufzeit wieder an. Die Auswertungseinrichtung 68 verwendet mehrere zeitlich nacheinander erfasste Entfernungsbilder, um die dem Feldhäcksler 10 zuordenbaren Messwerte zu identifizieren und zur Erzeugung eines Lenksignals für die Lenkeinrichtung 70 und eines Geschwindigkeitsvorgabesignals für die Geschwindigkeitsvorgabeeinrichtung 72 zu verwenden. Beim nächsten Entfernungsbild wäre nur der dem Strommast 74 zuordenbare Laufzeitabfall nach rechts gewandert, während die dem Feldhäcksler 10 zuordenbaren Messwerte bezüglich Richtung und Abstand etwa gleich bleiben, solange die beiden Maschinen 10, 12 gleich schnell und parallel zueinander fahren.
Dieser Sachverhalt wird durch die Auswertungseinrichtung 68 ausgenutzt, wie anhand des in der 5 dargestellten Flussdiagramms erkennbar ist, nach dem die Auswertungseinrichtung 68 arbeitet. Nach dem Start (Schritt 100) wird zunächst (Schritt 102) ein erstes Entfernungsbild aufgenommen, wie es beispielhaft in der 4 dargestellt ist. Dann folgt ein weiterer Schritt (104), in dem ein weiteres Entfernungsbild aufgenommen wird. Im nachfolgenden Schritt (106) werden das zuletzt aufgenommene Entfernungsbild und das davor aufgenommene Entfernungsbild verglichen, um die dem Traktor 12 benachbarten Objekte zu identifizieren. Dabei wird beispielsweise der Strommast 74 als feststehendes Objekt identifiziert, das sich relativ zum Traktor 12 bewegt, und zwar mit der aktuellen Vortriebsgeschwindigkeit des Traktors 12, die der Auswertungseinrichtung 68 als weitere Information zugeführt werden kann. Der Feldhäcksler 10 wird als sich gegenüber dem Traktor 12 nicht oder nur relativ wenig bewegendes Objekt identifiziert.
Die Auswertungseinrichtung 68 erzeugt dann im Schritt 108 anhand der dem Feldhäcksler 10 zugeordneten Abstandswerte ein Lenksignal für die Lenkeinrichtung 70, die wiederum die lenkbaren Vorderräder des Traktors 56 lenkt. Die Auswertungseinrichtung 68 vergleicht dazu diese Abstandswerte mit einem Sollwert, der aus einer Speichereinrichtung 76 abgerufen wird und erzeugt das Lenksignal anhand einer Differenz zwischen dem Sollwert und einem Abstandswert, z. B. dem kleinsten erfassten Abstandswert zwischen dem Feldhäcksler 10 und dem Traktor 12 und dem Anhänger 16. Dieser Abstandswert kann bezüglich des jeweiligen Winkels, bei dem er erfasst wurde, korrigiert werden, um die durch einen Versatz des Traktors 12 gegenüber dem Feldhäcksler 10 in Vorwärtsrichtung bedingten Geometrieeffekte auszugleichen und nur den kürzesten, quer zur Vorwärtsrichtung gemessenen Abstand zwischen Traktor 12 bzw. Anhänger 16 und dem Feldhäcksler 10 zu berücksichtigen. Der Sollwert kann in der Speichereinrichtung 76 fest vorgegeben oder mittels einer am Arbeitsplatz des Bedieners des Traktors 12 angeordneten Bedienereingabeeinrichtung 78 eingeb- und/oder änderbar sein. Es kann auch eine Taste o. ä. der Bedienereingabeeinrichtung 78 niedergedrückt werden, um einen aktuellen Abstand zwischen dem Traktor 12 bzw. Anhänger 16 und dem Feldhäcksler 10 als gewünschten Sollwert zu übernehmen.
Im Schritt 108 kann außerdem die Vorwärtsrichtung der ersten Maschine 10 erfasst und zur Korrektur des Lenksignals verwendet werden, was durch den Vergleich zweier zeitlich aufeinander folgender Entfernungsbilder erfolgen kann. Dadurch ist absehbar, ob die erste Maschine 10 noch in dieselbe Richtung fährt wie die zweite Maschine 12 oder nicht und ggf. kann das Lenksignal dahingehend korrigiert werden, dass die zweite Maschine 12 der ersten Maschine 10 nach eventuellen Richtungsänderungen der ersten Maschine 10 schneller folgt, als wenn nur versucht würde, den seitlichen Abstand zwischen beiden Maschinen 10, 12 konstant zu halten.
Außerdem erzeugt die Auswertungseinrichtung 68 im Schritt 110 ein Geschwindigkeitssignal für die Geschwindigkeitsvorgabeeinrichtung 72, das auf der gemessenen Position des Feldhäckslers 10 gegenüber dem Traktor 12 in der Vorwärtsrichtung basiert und derart gewählt wird, dass dieser Abstand einem Sollwert entspricht. Der Sollwert kann in der Speichereinrichtung 76 fest vorgegeben oder mittels einer am Arbeitsplatz des Bedieners des Traktors 12 angeordneten Bedienereingabeeinrichtung 78 eingeb- und/oder änderbar sein. Es kann auch eine Taste o. ä. der Bedienereingabeeinrichtung 78 niedergedrückt werden, um einen aktuellen Abstand zwischen dem Traktor 12 bzw. Anhänger 16 und dem Feldhäcksler 10 als gewünschten Sollwert zu übernehmen.
Auf den Schritt 110 folgt wieder der Schritt 104. Im nächsten Schritt 106 werden dann wieder die zwei neuesten Entfernungsbilder verglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10064860 A [0004]
- JP 04101206 A [0004]
- DE 10064862 A [0004]
- DE 10224939 A [0004, 0005, 0005]
- DE 102004039460 B [0004]
- WO 99/18482 A [0004, 0005]
- DE 102004018813 A [0006, 0013]
- DE 19932642 A [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- G. Wallmann und H.-H. Harms, „Assistenzsystem zur Überladung landwirtschaftlicher Güter”, Landtechnik 6/2002, Seite 352f [0004]

Claims

Vorrichtung zur Lenkung einer zweiten landwirtschaftlichen Maschine (12), die relativ zu einer ersten landwirtschaftlichen Maschine (10) über ein Feld (34) lenkbar ist, umfassend: einen an einer der Maschinen (12) angebrachten Entfernungsmesser (60), der betreibbar ist, über einen horizontalen Bereich Messwerte hinsichtlich der Richtung und des Abstands dem Entfernungsmesser (60) benachbarter Objekte zu erfassen, und eine mit dem Entfernungsmesser (60) verbundene Auswertungseinrichtung (68), die eingerichtet ist, basierend auf den Messwerten des Entfernungsmessers (60) ein eine Führung der zweiten Maschine (12) relativ zur ersten Maschine (10) bewirkendes Lenksignal abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (68) betreibbar ist, anhand mehrerer, zeitlich nacheinander durch den Entfernungsmesser (60) erfasster Messwerte die der jeweils nicht mit dem Entfernungsmesser (60) ausgestatteten Maschine (10) zuordenbaren Messwerte aus den erfassten Messwerten zu selektieren und die selektierten Messwerte zur Erzeugung des Lenksignals heranzuziehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungsmesser (60) an der zweiten Maschine (12) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (68) betreibbar ist, anhand der Messwerte unterschiedliche, dem Entfernungsmesser (60) benachbarte Objekte zu identifizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (68) betreibbar ist, die Objekte und/oder ihren lateralen Versatz gegenüber dem Entfernungsmesser (60) und/oder ihren Versatz gegenüber der gegenüber dem Entfernungsmesser (60) in der Vorwärtsrichtung und/oder ihre Bewegungsrichtung anhand der jeweils nacheinander durch den Entfernungsmesser (60) erfassten Werte für den Abstand und die Richtung zu identifizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (68) betreibbar ist, die Objekte in sich gegenüber dem gegenüber dem Entfernungsmesser (60) bewegende Objekte und in sich gegenüber dem Entfernungsmesser (60) stehende oder nur geringfügig bewegende Objekte zu unterteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Auswertungseinrichtung (68) betreibbar ist, ein sich gegenüber dem Entfernungsmesser (60) nicht oder nur geringfügig bewegendes und/oder innerhalb eines zu erwartenden Abstandsbereich liegendes Objekt als die nicht mit dem Entfernungsmesser (60) ausgestattete Maschine (10) zu klassifizieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (68) eingerichtet ist, das Lenksignal derart zu erzeugen, dass der Versatz zwischen der ersten Maschine (10) und der zweiten Maschine (12) in seitlicher Richtung zumindest näherungsweise gleich bleibt oder einem Sollwert entspricht und/oder bewirkt, dass die Bewegungsrichtung der zweiten Maschine (12) gegenüber der ersten Maschine (10) zumindest näherungsweise identisch ist oder einem Sollwert entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (68) weiterhin eingerichtet ist, ein Geschwindigkeitssignal bereitzustellen, das einer Geschwindigkeitsvorgabeeinrichtung (72) der zweiten Maschine (12) zuführbar ist und bewirkt, dass der Versatz zwischen der ersten Maschine (10) und der zweiten Maschine (12) in ihrer Vorwärtsrichtung zumindest näherungsweise gleich bleibt oder einem Sollwert entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertungseinrichtung (68) ein Sollwert für den Entfernungswert zuführbar ist, der als Festwert oder durch einen Bediener eingebbarer und/oder änderbarer Wert aus einer Speichereinrichtung abrufbar und/oder durch Bestätigung eines jeweils aktuellen, durch den Entfernungsmesser (60) erfassten Entfernungswert auswählbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung des Entfernungsmessers (60) veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungsmesser (60) den Bereich abtastet oder mehrere, in unterschiedliche Richtungen sensitive Entfernungsmesser umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Entfernungsmesser (60) einen Laserscanner umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (68) mit einer Lenkeinrichtung (70) der zweiten Maschine verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (68) betreibbar ist, die zweite Maschine (12) parallelfahrend zur ersten Maschine (10) zu lenken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (68) betreibbar ist, anhand der selektierten Messwerte des Entfernungsmessers (60) ein Signal zur Kollisionsvermeidung mit benachbarten Objekten zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (68) betreibbar ist, anhand der Messwerte eine Konfiguration der ersten landwirtschaftlichen Maschine (10) zu erkennen und daraus auf einen erlaubten und/oder bevorzugten Bereich von Richtung und Entfernung der ersten landwirtschaftlichen Maschine (10) zu der zweiten landwirtschaftlichen Maschine (12) zu schließen.
Kombination aus einer ersten landwirtschaftlichen Maschine (10), einer zweiten landwirtschaftlichen Maschine (12) und einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Lenkung einer zweiten landwirtschaftlichen Maschine (12), die relativ zu einer ersten landwirtschaftlichen Maschine (10) über ein Feld gelenkt wird, mit folgenden Schritten: Erfassen von Messwerten hinsichtlich der Richtung und des Abstands benachbarter Objekte über einen horizontalen Bereich mittels eines Entfernungsmessers (60), Abgeben eines eine Führung der zweiten Maschine (10) relativ zur ersten Maschine (12) bewirkenden Lenksignals, das auf den Messwerten des Entfernungsmessers (60) basiert, Lenken der zweiten Maschine (12) anhand des Lenksignals, dadurch gekennzeichnet, dass die der nicht mit dem Entfernungsmesser (60) ausgestatteten Maschine (10) zuordenbaren Messwerte aus allen erfassten Messwerten anhand mehrerer, zeitlich nacheinander durch den Entfernungsmesser (60) erfasster Messwerte selektiert und nur die selektierten Messwerte zur Erzeugung des Lenksignals herangezogen werden.