DE19645723A1

DE19645723A1 - Autonomes Fahrtsteuerungssystem und -verfahren für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE19645723A1
Application number: DE19645723A
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Torii
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1995-11-07
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1997-05-15
Also published as: GB2307062A; GB9622809D0; JP3467136B2; US5938704A; GB2307062B; JPH09134217A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbständiges bzw. autonomes Fahrtsteuerungssystem und -verfahren für ein Fahrzeug und insbesondere ein autonomes Steuerungssystem und -verfahren für ein unbemanntes Fahrzeug, das durch selekti ves Erfassen einer Position durch ein magnetisches Leit- oder Führungssystem oder durch ein autonomes Leit- oder Füh rungssystem gesteuert werden kann.

Wenn ein Geländefahrzeug autonom bzw. selbständig fährt und Feldarbeiten ausführt, um beispielsweise Rasen oder Grasflächen von Golfplätzen zu mähen, ist es wichtig, die aktuelle Fahrzeugposition korrekt zu erfassen.

Es ist ein magnetisches Leit- oder Führungssystem be kannt, bei dem das Fahrzeug durch Erfassen eines Magnetfel des gesteuert wird, das von einer im Untergrund verlegten Magnetschiene erzeugt wird. Außerdem werden als Beispiele kürzlich vorgeschlagener Verfahren in der JP-A-63-247612 ein Verfahren zum Erfassen einer Fahrzeugposition durch Empfan gen einer von einem Satelliten übertragenen Funkwelle und in der JP-A-132321 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Kop pelnavigationsverfahren verwendet wird, bei dem die Position eines Fahrzeugs gemäß einer Fahrtstrecke und einer Fahrt richtung bestimmt wird.

Das erste Verfahren unter Verwendung des magnetischen Leit- oder Führungssystems ist erforderlich, wenn ein Fahr zeug an einer Position betrieben wird, wo eine hohe Positi onsgenauigkeit gewünscht ist, wie beispielsweise in einem Bereich mit mehreren Hindernissen oder ansteigenden und ab fallenden Bereichen, wobei dieses Verfahren jedoch den Nach teil aufweist, daß es teuer ist, die Magnetschienen im Un tergrund eines großflächigen Golfplatzes oder Parks zu ver legen.

Außerdem ist das zweite Verfahren unter Verwendung ei nes Satelliten aufgrund von Taktfehlern des Satelliten und des Empfängers, eines Orbitfehlers des Satelliten, durch io nisierte Schichten erzeugte Verzögerungen von Funkwellen, eine durch die Atmosphäre beeinflußte Verzögerung von Funk wellen und eines Multipasses nicht ausreichend genau, wenn es auf ein autonom gesteuertes Fahrzeug angewendet wird, das sich innerhalb eines engen Bereichs bewegt.

Außerdem tritt beim dritten Verfahren unter Verwendung eines Koppelnavigationsverfahrens ein Nachteil dadurch auf, daß mit zunehmender Fahrtstrecke Fehler akkumuliert werden.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der herkömmlichen Systeme bzw. Verfahren zu besei tigen und ein autonomes Fahrtsteuerungssystem bereitzustel len, durch das mit Hilfe des Satelliten- oder des Koppelna vigationsverfahrens in einem Fall, bei dem eine Fahrt in ei nem relativ großen Bereich zulässig ist, ein autonomer Fahr betrieb ermöglicht wird, und ein Fahrtsteuerungssystem be reitzustellen, durch das das Fahrzeug durch das magnetische Leit- oder Führungssystem exakt geführt wird, wenn eine ex akte Führung des Fahrzeugs erforderlich ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Fig. 1 zeigt ein Basis-Blockdiagramm eines erfin dungsgemäßen autonomen Fahrtsteuerungssystems;

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines er findungsgemäßen autonomen Fahrtsteuerungssystems;

Fig. 3a zeigt eine schematische Ansicht zum Darstellen eines Rasenmähers, der mit einer Mobilstation für ein D-GPS- System (Differential Global Positioning System) ausgerüstet ist;

Fig. 3b zeigt eine schematische Ansicht zum Darstellen einer ortsfesten Station für das D-GPS-System;

Fig. 4 zeigt eine Ansicht zum Darstellen eines Aufbaus eines magnetischen Sensors oder Magnetsensors;

Fig. 5a zeigt eine Vorderansicht eines Grenzerfassungs sensors;

Fig. 5b zeigt eine Seitenansicht eines Grenzerfassungs sensors;

Fig. 6a zeigt ein Diagramm zum Darstellen von Ausgangs signalen von Magnetsensoren beim Erfassen eines Magnet stahls;

Fig. 6b zeigt ein Diagramm zum Darstellen von Ausgangs signalen von Magnetsensoren, wenn unter den Magnetsensoren kein Magnetstahl angeordnet ist;

Fig. 7a zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer Ar beitsweise eines Grenzerfassungssensors auf einer gemähten Fläche;

Fig. 7b zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer Ar beitsweise eines Grenzerfassungssensors auf einer ungemähten Fläche;

Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht eines Lenksy stems;

Fig. 9 zeigt eine erläuternde Ansicht zum Darstellen eines Fahrkurses und von Arbeitsbereichen;

Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bei der vorlie genden Erfindung vorgesehenen Hauptsteuerungsroutine;

Fig. 11 zeigt eine Fortsetzung des in Fig. 10 darge stellten Ablaufdiagramms der Hauptsteuerungsroutine;

Fig. 12 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bei der vorlie genden Erfindung vorgesehenen Fahrtsteuerungsroutine;

Fig. 13 zeigt eine Fortsetzung des in Fig. 12 darge stellten Ablaufdiagramms einer Fahrtsteuerungsroutine;

Fig. 14 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Berechnen eines Zwischenkorrekturkoeffizienten;

Fig. 15 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Berechnen einer aktuellen oder Ist-Position,

Fig. 16 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Berechnen einer Grenze zwischen einem gemähten und einem ungemähten Bereich; und

Fig. 17 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Funkwellenkommu nikationsroutine des D-GPS-Systems.

In Fig. 3a bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein autonom gesteuertes unbemanntes Fahrzeug zum Ausführen eines Ar beitsvorgangs und insbesondere ein Fahrzeug zum Mähen von Rasen oder Grasflächen eines Golfplatzes oder ähnlicher Ein richtungen (nachstehend als Rasenmähfahrzeug bezeichnet).

Das Rasenmähfahrzeug wird durch einen Motor angetrieben, und seine Vorder- und Hinterräder kennen jeweils unabhängig von einander gesteuert werden. Das Rasenmähfahrzeug 1 weist ei nen Funkempfänger zum Empfangen einer Satellitenfunkwelle auf, um die Fahrzeugposition zu erfassen, einen Koppelnavi gationssensor zum Berechnen einer aktuellen oder Ist- Position basierend auf den vorangehenden Fahrstrecken oder -Spuren, einen Sensor zum Erfassen von Hindernissen, einen Sensor zum Erfassen einer Grenze zwischen gemähten und unge mähten Flächen und ähnliche Einrichtungen. Außerdem weist das Fahrzeug einen Sensor zum Erfassen eines von einer Ma gnetschiene erzeugten Magnetfeldes auf, um das Fahrzeug ex akter zu führen.

Der bei dieser Ausführungsform vorgesehene Funkempfän ger ist ein GPS- (Global Positioning System) Empfänger zum Erfassen einer Position durch Empfangen einer Funkwelle von mindestens einem GPS-Satelliten und insbesondere ein auf ei nem sogenannten Differential Global Positioning System (nachstehend als D-GPS-System bezeichnet) basierender GPS- Empfänger für eine mobile Station. Das D-GPS-System dient zum Beobachten der Position einer ortsfesten Station und zum Zurücksenden einer Korrekturinformation (Differenzinfor mation) zu einer mobilen Station.

Es ist bekannt, daß Positionsfehler in einem GPS-System durch Taktfehler eines Satelliten oder eines Funkempfängers, einen Orbitfehler eines Satelliten, eine Verzögerung einer Funkwelle durch ionisierte Schichten, eine Verzögerung einer Funkwelle durch die Atmosphäre, einen Multipaß, eine als Se lectable Availability (S/A) bezeichnete künstlich ver schlechterte Genauigkeit, die als der größte Fehler bekannt ist, und ähnliche Einflüsse verursacht werden. Unter diesen Fehlern kann ein Fehler mit der gleichen Phase unter Verwen dung einer Korrekturinformation für jeden Satelliten elimi niert werden, die durch die ortsfeste Station erfaßt wird, deren Position bekannt war, so daß die Positionsgenauigkeit an der mobilen Station auf ein paar Meter erhöht werden kann.

Das Rasenmähfahrzeug 1 weist eine Antenne 2 für den GPS-Empfänger und eine Antenne 3 des Funkempfängers zum Emp fangen von Differenzinformationen von der ortsfesten Station auf. Wie in Fig. 3b dargestellt, weist eine an einer bekann ten Position angeordnete ortsfeste Station 30 eine Antenne 31 für den GPS-Empfänger und eine Antenne 32 zum Übertragen von Differenzinformationen zum Funkempfänger der mobilen Station auf.

Außerdem weist das Rasenmähfahrzeug 1 einen Erdmagnet feldsensor 4 und eine Radcodiereinrichtung 5 für die Koppel navigation auf. Als Hinderniserfassungssensor sind kon taktfreie Sensoren 6a und 6b, wie beispielsweise Ultra schallsensoren oder optische Sensoren, an vorderen und hin teren Abschnitten des Fahrzeugs 1 angeordnet, und zusätzlich sind Kontakt-Sensoren 7a und 7b unter Verwendung von Mikro schaltern und ähnlichen Einrichtungen am vorderen und am hinteren Ende des Fahrzeugs 1 angeordnet.

Außerdem weist das Rasenmähfahrzeug 1, um ein Magnet feld der Magnetschiene zu erfassen, einen Magnetsensorab schnitt 8 auf, der aus mehreren Magnetsensoren auf der Rück seite des Kontakt-Sensors 7a besteht. Die Magnetschiene be steht aus magnetisiertem Stahlmaterial (nachstehend als Ma gnetstahl bezeichnet), das im Untergrund verlegt bzw. ver graben ist. Wie in Fig. 4 dargestellt, weist bei dieser Aus führungsform der Magnetsensorabschnitt 8 eine auf dem Fahr zeug in Querrichtung angeordnete Haltebasis 8a auf und neun auf der Haltebasis 8a angeordnete Magnetsensoren 8b#0 bis 8b#8, deren Sensorflächen zum Boden hin ausgerichtet sind.

Außerdem ist unter dem Boden des Rasenmähfahrzeugs 1 ein Mäh- oder Schneidemechanismus 9 zum Mähen von Rasen oder Gras und ein Grenzerfassungsabschnitt 10 zum Erfassen einer Grenze zwischen gemähten und ungemähten Bereichen angeord net.

Wie in einer Vorderansicht in Fig. 5a und einer Seiten ansicht in Fig. 5b dargestellt ist, besteht der Grenzerfas sungsabschnitt 10 aus zwei Paaren von Schwingschlittenmecha nismen, die unter einem Bodenelement 1a des Fahrzeugs 1 und in Querrichtung des Fahrzeugs nebeneinander angeordnet sind. Jeder der Schwingschlittenmechanismen weist zwei Paare von Schwingarmen 12a (12b) auf, die um eine am Bodenelement 1a des Fahrzeugs 1 befestigte Achse 11a (11b) schwingen, und einen mit den unteren Enden der Schwingarme 12a (12b) schwenkbar verbundenen Schlitten 13a (13b). Der Schlitten 13a (13b) bewegt sich entsprechend der Gras- oder Rasenhöhe nach oben und nach unten. Der Schlitten 13a (13b) ist leichtgewichtig, so daß das Gras bzw. der Rasen nicht nach unten festgestampft wird. Mit der Auf- und Abwärtsbewegung des Schlittens 13a (13b) gemäß der Gras- oder Rasenhöhe dre hen sich die Schwingarme 12a (12b) um die Achse 11a (11b), wobei der Drehwinkel der Schwingarme 12a (12b) durch einen Drehwinkelsensor 14a (14b) erfaßt wird.

Gemäß Fig. 2 weist das Rasenmähfahrzeug 1 eine Steue rungsvorrichtung 50 mit einem Mikrocomputer und anderen Ein richtungen auf. Die Steuerungseinrichtung 50 ist mit ver schiedenen Sensoren, verschiedenen Stellgliedern, einem GPS- Empfänger 15 für die mobile Station und einer Funkkommunika tionsvorrichtung 16 verbunden. Durch die Steuerungsvorrich tung 50 wird eine Satelliten-Positionserfassungseinrichtung, eine Koppelnavigationseinrichtung, eine Erdmagnetfeld- Positionserfassungseinrichtung, eine autonome Fahrtsteue rungseinrichtung, eine Magnetführungs- oder -leiteinrichtung und eine Fahrtsteuerungsschalteinrichtung realisiert.

D.h., die Steuerungsvorrichtung 50 weist auf: einen mit den Magnetsensoren 8b#0 bis 8b#8 des Magnetsensorabschnitts 8 verbundenen Magnetstahlerfassungsabschnitt 51, einen mit den Drehwinkelsensoren 14a und 14b des Grenzerfassungsmecha nismus 10 verbundenen Grenzerfassungsabschnitt 52, einen mit dem Erdmagnetfeldsensor 4 und der Radcodiereinrichtung 5 verbundenen Koppelnavigation-Positionserfassungsabschnitt 53, einen mit dem GPS-Empfänger 15 für die mobile Station und der Funkkommunikationsvorrichtung 16 verbundenen D-GPS- Positionserfassungsabschnitt 54, einen mit den kontaktfreien Sensoren 6a, 6b und den Kontakt-Sensoren 7a, 7b verbundenen Hinderniserfassungsabschnitt 55, einen mit diesen Erfas sungsabschnitten 51, 52, 53, 54 und 55 verbundenen Fahrt steuerungsabschnitt 56, einen Arbeitsdatenspeicherabschnitt 57, in dem eine Arbeitsdatentabelle gespeichert ist, und ei nen Fahrzeugsteuerungsabschnitt 58 zum Steuern des Fahrzeugs gemäß Anweisungen vom Fahrtsteuerungsabschnitt 56. Außerdem sind in der Steuerungseinrichtung 50 ein Antriebssteuerungs abschnitt 59, ein Lenkungssteuerungsabschnitt 60 und ein Schneidfunktionssteuerungsabschnitt 61 angeordnet, die ba sierend auf Ausgangssignalen vom Fahrzeugsteuerungsabschnitt 58 gesteuert werden.

Der Magnetstahlerfassungsabschnitt 51 erfaßt Magnet feldlinien des Magnetstahls der im Untergrund verlegten Ma gnetschiene und erfaßt eine Position, wo der Magnetstahl verlegt bzw. vergraben ist. Das Verfahren zum Erfassen einer Spur des Magnetstahls wird folgendermaßen ausgeführt:

Die Ausgangssignale der Magnetfeldsensoren 8a#0 bis 8b#8 werden gemäß der Anordnung der Magnetsensoren aufge zeichnet. Anschließend wird ein Mittelwert AVE aller Aus gangswerte gebildet, und ein Maximalwert MAX dieser Aus gangssignale wird mit dem Mittelwert AVE verglichen. Fig. 6a zeigt einen Fall, bei dem die Differenz zwischen dem Maxi malwert MAX und dem Mittelwert AVE einen vorgegebenen Wert überschreitet. In diesem Fall wird festgestellt, daß der Ma gnetstahl in der Nähe des Bodens unter dem Magnetsensor #4, dessen Ausgangssignal maximal ist, d. h. zwischen der Positi on #3 und der Position #5, vergraben ist. Die korrekte Posi tion wird gemäß einem linearen Interpolationsverfahren auf die Position #4.5 festgelegt.

Andererseits zeigt Fig. 6 einen Fall, bei dem die Dif ferenz zwischen den Werten MAX und AVE kleiner ist als der vorgegebene Wert. In diesem Fall wird festgestellt, daß un ter den Magnetsensoren kein Magnetstahl vorhanden ist.

Anschließend wird in dem Grenzerfassungsabschnitt 52 durch Verarbeiten der Drehwinkelsignale der Drehwinkelsensoren 14a, 14b des Grenzerfassungsme chanismus 10 gemäß der Höhe des Grases bzw. des Rasens die Grenze zwischen dem gemähten und dem ungemähten Bereich er faßt. Wenn das Fahrzeug im Arbeitsbereich betrieben wird, erfaßt ein Drehwinkelsensor 14a einen Drehwinkel θ₁ und der andere Drehwinkelsensor 14b einen Drehwinkel θ₂, wie in den Fig. 7a und 7b dargestellt. Wenn die Differenz zwischen dem Drehwinkel θ₁ und dem Drehwinkel θ₂ größer ist als ein vorgegebener Wert (in diesem Beispiel ist die ungemähte Fläche in Fig. 7b dargestellt), wird festgestellt, daß zwi schen dem Drehwinkelsensor 14a und dem Drehwinkelsensor 14b eine Grenze zwischen einem gemähten und einem ungemähten Be reich existiert, und die Positionsdaten der Grenze werden an den Fahrtsteuerungsabschnitt 56 aufgegeben.

Im Koppelnavigation-Positionserfassungsabschnitt 53 wird die durch die Radcodiereinrichtung 5 erfaßte Fahrzeug geschwindigkeit integriert, um die Fahrstrecke zu erhalten, und gleichzeitig wird die Fahrtrichtung durch den Erdmagnet feldsensor 4 erfaßt. Beim Integrieren oder Akkumulieren der Fahrtstrecke wird die Änderung der Fahrtrichtung berücksich tigt, so daß durch Akkumulieren der Strecke von der Anfangs- Startposition, deren Position bekannt ist, die aktuelle oder Ist-Position des Fahrzeugs bestimmt werden kann. Die Daten der Ist-Position werden dem Fahrtsteuerungsabschnitt 56 zu geführt. An Stelle des Erdmagnetfeldsensors kann ein Krei selkompaß bzw. ein Kreiselsteuergerät oder eine ähnliche Vorrichtung zum Erfassen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs verwendet werden.

Im D-GPS-Positionserfassungssystem 54 wird die Fahr zeugposition basierend auf den durch den GPS-Empfänger 15 von einer Gruppe von Satelliten 70 erhaltenen Navigationsin formationen, wie z. B. Informationen über Korrekturfaktoren für Satellitentakte, Orbitinformationen, Informationen über Zeitpläne oder Kalender von Satelliten, Anordnungen von Sa telliten und ähnliche Informationen und basierend auf von der ortsfesten Station 30 über die Funkkommunikationsvor richtung 16 erhaltenen Differenzinformationen bestimmt. Die für diesen Zweck erforderliche Anzahl von Satelliten beträgt im Fall der dreidimensionalen Positionserfassung mindestens vier je Gruppe und im Fall der zweidimensionalen Positi onserfassung mindestens drei. Die derart erhaltenen Positi onsdaten werden an den Fahrtsteuerungsabschnitt 56 ausgege ben.

Die ortsfeste Station 30 besteht aus einem mit dem GPS- Empfänger 33 verbundenen D-GPS-Abschnitt 34 der ortsfesten Station, einem D-GPS-Informationsübertragungsabschnitt 35 zum Übertragen der Differenzinformation vom D-GPS-Abschnitt 34 der ortsfesten Station, einer mit dem D-GPS- Informationsübertragungsabschnitt 35 verbundenen Funkkommu nikationsvorrichtung 36 und ähnlichen Einrichtungen.

Im D-GPS-Abschnitt 34 der ortsfesten Station wird die von einer Gruppe von Satelliten 70 über den GPS-Empfänger 33 empfangene Positionsinformation in Differenz-Korrekturdaten verarbeitet. Die Differenz-Korrekturdaten werden im D-GPS- Informationsübertragungsabschnitt 35 in Datenpakete für eine Funkübertragung transformiert und über die Funkkommunikati onsvorrichtung 36 an die mobile Station übertragen.

Bei dieser Ausführungsform war die beschriebene ortsfe ste D-GPS-Station 30 zur ausschließlichen Verwendung für ein autonom gesteuertes Fahrzeug vorgesehen, wobei für diesen Zweck jedoch auch vorhandene ortsfeste D-GPS-Stationen für eine allgemeine Anwendung verwendet werden können.

Andererseits erfassen im Hinderniserfassungsabschnitt 55 die kontaktfreien Sensoren 6a und 6b und die Kontakt- Sensoren 7a und 7b unvorhergesehene Hindernisse, wobei die erhaltenen Signale an den Fahrtsteuerungsabschnitt 56 ausge geben werden.

Im Fahrtsteuerungsabschnitt 56 werden Positionsdaten, die vom Magnetstahlerfassungsabschnitt 51, dem Grenzerfas sungsabschnitt 52, dem Koppelnavigation-Positionserfassungs abschnitt 53 bzw. dem D-GPS-Positionserfassungsabschnitt 54 erhalten werden, selektiv verarbeitet. D.h., im Fahrtsteue rungsabschnitt 56 werden unter Bezug auf die Arbeitsdaten im Arbeitsdatenspeicherabschnitt 57 und durch Berechnen der Differenz zwischen der Ist-Position und der Soll- oder Ziel- Position, abzufahrende Kurse und zu verrichtende Arbeits funktionen bestimmt. Wenn durch den Hinderniserfassungsab schnitt 55 ein Hindernis erfaßt wird, wird durch den Fahrt steuerungsabschnitt 56 eine Anweisung an das Fahrzeug ausge geben, um das Hindernis zu umfahren oder anzuhalten.

Die Fahrtsteuerung des Rasenmähfahrzeugs 1 weist auf:
eine autonome Fahrtsteuerung, bei der entsprechend den Ver hältnissen entweder die Positionsdaten vom Koppelnavigation positionserfassungsabschnitt 53 oder die gemäß den D-GPS- Positionsdaten vom D-GPS-Positionserfassungsabschnitt 54 korrigierten Positionsdaten ausgewählt werden, eine auf den Daten vom Magnetstahlerfassungsabschnitt 51 basierende ma gnetgeführte Steuerung oder Magnetführungssteuerung und eine auf den Daten vom Grenzerfassungsabschnitt 52 basierende Spurfahrtsteuerung.

In diesem Fall fährt das Fahrzeug, wenn es im wesentli chen in einem normalen Gelände mit relativ wenig Hindernis sen oder ansteigenden und abfallenden Bereichen betrieben wird, autonom, wobei in Abhängigkeit von der Lange der Fahr strecke zum Zielpunkt selektiv die durch das D-GPS-Verfahren erhaltenen Positionsdaten oder die durch das Koppelnavigati onsverfahren erhaltenen Positionsdaten verwendet werden, wie nachstehend beschrieben wird. Wenn das Fahrzeug in einem Ge lände mit vielen Hindernissen oder vielen ansteigenden und abfallenden Bereichen betrieben wird, wird, weil es schwie rig ist, die Position nur mit Hilfe des D-GPS- oder des Kop pelnavigationsverfahrens exakt einzustellen, die Fahrtsteue rung von der autonomen Steuerung auf die Magnetführungs steuerung umgeschaltet, um das Fahrzeug entlang der Magnet schiene zu führen. Dann wird das Fahrzeug durch Lenken der Vorder- und der Hinterräder gesteuert, um die Fahrzeugmitte bezüglich der Position des Magnetstahls auszurichten.

Der Arbeitsdatenspeicherabschnitt 57 weist zwei Berei che auf, d. h. einen ROM-Speicherbereich, in dem feste Daten gespeichert sind, und einen RAM-Speicherbereich, in dem Ar beitsdaten gespeichert sind. Im ROM-Speicherbereich sind to pographische Daten der Arbeitsbereiche, gesamttopographische Daten des gesamten Gebiets, Positionsdaten der Magnetschiene und ähnliche Daten gespeichert, und im RAM-Speicherbereich sind verarbeitete Daten von den verschiedenen Sensoren, vom D-GPS-System erhaltene Positionsdaten, durch das Koppelnavi gationsverfahren erhaltene Positionsdaten, wechselseitig korrigierte Daten des D-GPS- bzw. des Koppelnavigationsver fahrens, wie nachstehend beschrieben wird, Ist- Positionsdaten des Fahrzeugs, die basierend auf diesen wech selseitig korrigierten Daten oder den durch das Koppelnavi gationsverfahren erhaltenen Positionsdaten berechnet werden, durch das Magnetführungs- oder -leitverfahren erhaltene Po sitionsdaten und ähnliche Daten gespeichert.

Im Fahrzeugsteuerungsabschnitt 58 werden Ausgangssigna le des Fahrtsteuerungsabschnitts 56 in bestimmte Anweisungs werte umgewandelt, die dem Antriebssteuerungsabschnitt 59, dem Lenkungssteuerungsabschnitt 60 bzw. dem Mäh- oder Schneidfunktionssteuerungsabschnitt 61 zugeführt werden.

Der Antriebssteuerungsabschnitt 59 dient zum Antreiben von Fahrtsteuerungsstellgliedern 20 und zum Steuern einer Hydraulikpumpe 21. Die Fahrtsteuerungsstellglieder 20 weisen ein Drosselklappenstellglied zum Steuern der Motorleistung durch Einstellen des Drosselklappenöffnungswinkels, ein Gangschaltungsstellglied, ein Stellglied für einen Vor wärts-/Rückwärtsgangwechsel, ein Bremsenstellglied und ande re Stellglieder auf.

Der Lenkungssteuerungsabschnitt 60 führt basierend auf Signalen von einem Vorderrad-Lenkwinkelsensor 25a bzw. einem Hinterrad-Lenkwinkelsensor 25b eine Lenkungssteuerung (rückgekoppelte Lenkungssteuerung) durch ein Vorderrad- Hydraulik-Lenkungssteuerungsventil 22a und durch ein Hinter rad-Hydraulik-Lenkungssteuerungsventil 22b aus.

Der Mäh- oder Schneidfunktionssteuerungsabschnitt 61 führt eine Servosteuerung des Mäh- oder Schneidemechanismus 9 durch ein Mähschneidwerkzeug-Hydrauliksteuerungsventil 26 aus.

Gemäß Fig. 8 besteht das Lenkungssystem des Rasenmäh fahrzeugs 1 aus einer durch den Motor 19 angetriebenen Hy draulikpumpe 21, einem Vorderrad-Hydraulik-Lenkungs steuerungsventil 22a, einem Hinterrad-Hydraulik-Lenkungs steuerungsventil 22b, die durch den Lenkungssteuerungsab schnitt 60 gesteuert werden, einem mit dem Steuerungsventil 22a verbundenen Vorderrad-Lenkungszylinder 23a, einem mit dem Steuerungsventil 22b verbundenen Hinterrad-Lenkungs zylinder 23b, einem durch den Lenkungszylinder 23a unabhän gig gesteuerten Vorderrad-Lenkungsmechanismus 24a und einem durch den Lenkungszylinder 23b unabhängig gesteuerten Hin terrad-Lenkungsmechanismus 24b.

Wenn durch die Lenkwinkelsensoren 25a, 25b der Len kungsmechanismen 24a, 24b ein Lenkwinkel der Vorder- bzw. der Hinterräder erfaßt und dem Lenkungssteuerungsabschnitt 60 zugeführt wird, werden die Lenkungsmechanismen 24a, 24b durch den Lenkungssteuerungsabschnitt 60 mit Hilfe der Hy drauliksteuerungsventile 22a bzw. 22b gesteuert, so daß der Unterschied zwischen dem erfaßten Lenkwinkel und dem Soll- Lenkwinkel eliminiert wird.

Nachstehend wird unter bezug auf mehrere Abschnitte oder Blöcke des in Fig. 9 dargesellten Arbeitsbereichs ein Beispiel eines unbemannten Rasenmäharbeitsvorgangs beschrie ben.

Zunächst wartet das Rasenmähfahrzeug 1 an einer Aus gangs- oder Vorbereitungsposition 80 auf den Arbeitsbeginn. Durch unterbrochene Linien umschlossene Bereiche stellen Be reiche dar, deren umgebendes Gelände zahlreiche ansteigende und abfallende Bereiche aufweist und in denen Magnetschienen 81a und 87a verlegt bzw. vergraben sind.

Anschließend bewegt sich das Fahrzeug 1 von der Aus gangsposition 80 zu einem ersten Arbeitsbereich 82 und fährt im Arbeitsbereich 82, um Mäharbeiten auszuführen, und bewegt sich daraufhin vom Arbeitsbereich 82 zu einem nächsten Ar beitsbereich 85 und fährt im Arbeitsbereich 85, um Mäharbei ten auszuführen, und kehrt schließlich zu einer Rückkehrpo sition 88 zurück. Diese Bewegungen und Fahrtabläufe werden gemäß einer in den Fig. 10 und 11 dargestellten Haupt steuerungsroutine und einer in den Fig. 12 und 13 darge stellten Bewegungs- und Fahrtsteuerungsroutine autonom aus geführt.

Gemäß der in den Fig. 10 und 11 dargestellten Haupt steuerungsroutine wird zunächst bei einem Schritt (nachstehend als S bezeichnet) 101 die aktuelle oder Ist- Position an der Ausgangsposition 80 unter Verwendung des D- GPS-Systems erfaßt. Die durch das D-GPS-System erfaßten Po sitionsdaten werden als Kombination der geographischen Länge und der geographischen Breite (und gegebenenfalls der geo graphischen Höhe) dargestellt und dann in Daten eines im Da tenspeicherabschnitt 57 gespeicherten lokalen geographischen Systems umgewandelt. Diese Datenumwandlung kann entweder im D-GPS-Positionserfassungsabschnitt 54 oder im Fahrtsteue rungsabschnitt 56 ausgeführt werden.

Anschließend schreitet das Programm zu S102 fort, wo die topographischen Daten des ersten Arbeitsbereichs 82 aus gelesen werden und ein Kurs 81 von der Ausgangsposition 80 zu einer Mähstartposition, wo die Mäharbeit beginnt, be stimmt wird. In diesem Fall befindet sich die Magnetschiene 81a auf dem Kurs 81. Das Programm schreitet zu S103 fort, wo die nachstehend beschriebene Bewegungs- und Fahrtsteuerungs routine ausgeführt wird. Gemäß dieser Routine wird das Fahr zeug entlang des Kurses 81 zur vorstehend erwähnten Mäh startposition bewegt. Wenn das Fahrzeug während seiner Fahrt auf dem Kurs die Magnetschiene 81a erfaßt, wird der Fahr zeugbetrieb auf die magnetgeführte Steuerung oder Magnetfüh rungssteuerung geschaltet. Daraufhin schreitet das Programm von S103 zu S104 fort, wo ein Mähschneidwerkzeug- Hydrauliksteuerungsventil 26 geöffnet wird, um dem Mäh- oder Schneidemechanismus 9 Hydraulikdruck zuzuführen. Anschlie ßend wird mit der Mäharbeit begonnen. Die Fahrgeschwindig keit während der Mäharbeit ist konstant (z. B. 3 bis 6 km/h). Diese Fahrgeschwindigkeit wird unter Berücksichtigung der Arbeitsleistung und der Mähqualität festgelegt.

Außerdem wird bei S105 geprüft, ob der aktuelle Ar beitsablauf ein Anfangs-Arbeitsablauf ist oder nicht. Wenn der Arbeitsablauf ein Anfangs-Arbeitsablauf ist, schreitet das Programm von S105 zu S106 fort, wo die durch das D-GPS- bzw. das Koppelnavigationsverfahren erhaltene Ist-Position aus dem Arbeitsdatenspeicherabschnitt 57 ausgelesen wird, woraufhin bei S107 unter Bezug auf die Arbeitsdaten des Ar beitsdatenspeicherabschnitts 57 ein Fehlerwert der Ist- Position als Funktion des Anfangs-Mähdurchlaufs im Arbeits bereich 82 bestimmt wird.

Daraufhin schreitet das Programm zu S108 fort, wo der Lenkwert der Vorder- bzw. der Hinterräder unter Bezug auf deren Soll-Lenkwinkel gemäß dem bei Schritt S107 erhaltenen Fehlerwert bestimmt wird. Dann werden bei S109 der Vorder rad-Lenkungsmechanismus 24a bzw. der Hinterrad- Lenkungsmechanismus 24b durch das Vorderrad-Hydraulik- Lenkungssteuerungsventil 22a bzw. durch das Hinterrad- Hydraulik-Lenkungssteuerungsventil 22b betätigt bzw. gesteu ert, um einen Soll-Lenkwinkel der Vorder- bzw. der Hinterrä der zu erhalten, während der Lenkwinkel durch den Vorderrad- Lenkwinkelsensor 25a und den Hinterrad-Lenkwinkelsensor 25b erfaßt wird.

Daraufhin wird bei S110 geprüft, ob das Fahrzeug das Ende des Anfangs-Mähdurchlaufs erreicht hat oder nicht. Wenn es das Ende nicht erreicht hat, kehrt das Programm zu S106 zurück, von dem die Mäharbeit fortgesetzt wird. Wenn es das Ende erreicht hat, wird bei S118 festgestellt, ob der Ar beitsablauf im Arbeitsbereich (aktueller Arbeitsbereich) ab geschlossen ist oder nicht.

Weil dies ein Anfangs-Arbeitsablauf ist, kehrt das Pro gramm von S118 zu S105 zurück, wo erneut geprüft wird, ob der Arbeitsablauf ein Anfangs-Arbeitsablauf ist oder nicht.

Wenn dieser kein Anfangs-Arbeitsablauf ist, verzweigt sich das Programm von S105 zu S111, wo das Fahrzeug durch Betäti gen des Fahrtstetierungsstellglieds 20 um die Breite des Mäh schneidwerkzeugs zur Seite bewegt wird. Dann verfolgt das Fahrzeug bei Schritt S112 und danach im Arbeitskurs 83 eine Spur entlang der Grenze. Diese Bewegung des Fahrzeugs zum nächsten Mähdurchlauf wird basierend auf den vom D-GPS- bzw. vom Koppelnavigationsverfahren erhaltenen Daten ausgeführt, wobei in diesem Fall, weil die Bewegungsstrecke sehr klein ist, die Daten von einer in Fig. 15 dargestellten Positions berechnungsroutine, d. h. die durch das Koppelnavigationsver fahren erhaltenen Daten, verwendet werden können.

Daraufhin führt das Fahrzeug bei den dem Schritt S112 folgenden Schritten eine Spurfahrt auf einem Kurs 83 entlang der Grenze zwischen gemähten und ungemähten Bereichen aus. Bei S112 wird eine nachstehend beschriebene Grenzerfassungs routine ausgeführt, um basierend auf Signalen von Drehwin kelsensoren 14a, 14b des Grenzerfassungsabschnitts 10 die Grenze zwischen den zuvor gemähten Rasenabschnitt und dem ungemähten Rasenabschnitt zu erfassen. Anschließend wird bei S113 der Fehlerwert der Fahrzeugposition bezüglich der Gren ze berechnet, um einen Mähüberlappungswert zu erhalten.

Dann schreitet das Programm zu S114 fort, wo ein ent sprechender Lenkwert der Vorder- und der Hinterräder be stimmt wird, und bei S115 werden der Vorderrad-Lenkungs mechanismus 24a bzw. der Hinterrad-Lenkungsmechanismus 24b betätigt, um durch Steuern des Vorderrad-Lenkungs steuerungsventils 22a bzw. des Hinterrad-Lenkungs steuerungsventils 22b den Soll-Lenkwinkel zu erhalten.

Anschließend wird bei S116 die durch das D-GPS bzw. das Koppelnavigationsverfahren erhaltene Ist-Fahrzeug position aus dem Arbeitsdatenspeicherabschnitt 57 ausgele sen, und bei S117 wird geprüft, ob das Fahrzeug das Ende des aktuellen Mähdurchlaufs erreicht hat oder nicht. Wenn das Fahrzeug das Ende des aktuellen Mähdurchlaufs nicht erreicht hat, kehrt das Programm zu S112 zurück, wo die Spurfahrt entlang der Grenze fortgesetzt wird. Wenn festgestellt wird, daß das Fahrzeug das Ende des aktuellen Mähdurchlaufs er reicht hat, schreitet das Programm zu S118 fort, wo geprüft wird, ob alle Mäharbeiten für den Arbeitsbereich 82 abge schlossen sind oder nicht.

Außerdem werden die Schritte S105 bis S118 wiederholt, bis alle Mäharbeiten für diesen Arbeitsbereich 82 abge schlossen sind. Wenn alle Arbeiten für den Arbeitsbereich abgeschlossen sind, schreitet das Programm von S118 zu S119 fort, wo geprüft wird, ob die Mäharbeiten für alle Arbeits bereiche abgeschlossen sind. Im vorliegenden Fall kehrt, weil die Mäharbeiten im nächsten Arbeitsbereich 85 noch nicht abgeschlossen sind, das Programm zum vorstehend er wähnten Schritt S102 zurück, in dem eine Fahrtroute 84, die den Arbeitsbereich 82 mit dem Arbeitsbereich 85 verbindet, gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmt wird. Gemäß der in den Fig. 12 und 13 dargestellten Bewegungs- und Fahrtsteuerungsroutine bewegt sich das Fahrzeug zum nächsten Arbeitsbereich 85, wo die Mäharbeit im ersten Mäh durchlauf gemäß dem D-GPS- bzw. dem Koppelnavigationsverfah ren ausgeführt wird, und die Mäharbeiten in den folgenden Durchläufen werden gemäß der Spurfahrt auf der Route 86 aus geführt.

Wenn die Mäharbeiten für alle Arbeitsbereiche abge schlossen sind, schreitet das Programm von S119 zu S120 fort, wo unter Bezug auf die gespeicherten Daten des Ar beitsdatenspeicherabschnitts 57 eine Rückkehrroute 87 zur Rückkehrposition 88 bestimmt wird. Dann bewegt sich das Fahrzeug bei S121 gemäß der in den Fig. 12 und 13 darge stellten Bewegungs- und Fahrtsteuerungsroutine zur Rückkehr position 88 und kommt darin zum Stillstand, wodurch das Pro gramm beendet wird.

Nachstehend wird unter Bezug auf Fig. 12 und 13 die Fahrtsteuerung gemäß der Bewegungs- und Fahrtsteuerungsrou tine auf den Routen 81, 84 und 87 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden die Routen 81, 84 und 87 basierend auf den Positionsdaten des Fahrzeugs selbst und den Arbeits daten des Arbeitsdatenspeicherabschnitts 57 bestimmt, wobei jedoch auch diese Routen selbst im voraus im Arbeitsdaten speicherabschnitt 57 gespeichert werden können.

Gemäß dieser Routine wird, wenn bei S201 eine Zielposi tion, ein Zielort und eine vorgegebene Fahrgeschwindigkeit aus dem Arbeitsdatenspeicherabschnitt 57 ausgelesen werden, bei S202 festgestellt, ob die Bewegung abgeschlossen ist oder nicht. Wenn die Bewegung abgeschlossen ist, wird bei S203 das Fahrzeug gestoppt, und das Programm verläßt die Routine. Wenn die Bewegung nicht abgeschlossen ist, schrei tet das Programm zu S204 fort.

Bei S204 wird die Leistung des Motors 19 durch das Drosselklappenstellglied gesteuert, das das Fahrtsteuerungs stellglied 20 bildet, so daß die durch die Radcodiereinrich tung 5 erfaßte Fahrgeschwindigkeit des Rasenmähfahrzeugs 1 mit der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit übereinstimmt. Wäh rend das Fahrzeug mit der vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit fährt, wird bei S205 geprüft, ob die Magnetführung verwendet werden kann oder nicht, d. h., ob das Fahrzeug eine Zielposi tion erreicht hat, von der ausgehend die Magnetschiene be ginnt (bei der vorliegenden Ausführungsform eine in der Rou te 81 angeordnete Magnetschiene 81a und eine in der Route 87 angeordnete Magnetschiene 87a).

Wenn die Magnetführung möglich ist, schreitet das Pro gramm von S205 zu S206 fort. Bei den dem Schritt S206 fol genden Schritten fährt das Fahrzeug gemäß der Magnetführung, und wenn die Magnetführung nicht möglich ist, schreitet das Programm von S205 zu S211 fort, wo das Fahrzeug gemäß dem D- GPS- und dem Koppelnavigationsverfahren gesteuert wird.

Nachstehend wird ein Fall beschrieben, bei dem die Ma gnetführung möglich ist.

Bei S206 wird geprüft, ob der Magnetstahl erfaßt wurde, indem die Ausgangssignale der Magnetsensoren 8b#0 bis 8b#8 geprüft werden, wobei, wenn kein Magnetstahl erfaßt wird, festgestellt wird, daß das Fahrzeug noch nicht die Position erreicht hat, wo der Magnetstahl vergraben ist, woraufhin das Programm zu S211 fortschreitet, um die Fahrt gemäß dem D-GPS- und dem Koppelnavigationsverfahren fortzusetzen. Wenn der Magnetstahl erfaßt wird, wird festgestellt, daß das Fahrzeug die Magnetschiene erreicht hat, woraufhin das Pro gramm zu S207 fortschreitet.

Bei S207 wird die exakte Position, wo der Magnetstahl vergraben ist, gemäß den von den Magnetsensoren 8b#0 bis 8b#8 erhaltenen Informationen berechnet, und bei S209 werden der Vorderrad-Lenkungsmechanismus 24a und der Hinterrad- Lenkungsmechanismus 24b durch Betätigen des Vorderrad- Hydrauliksteuerungsventils 22a bzw. des Hinterrad- Hydrauliksteuerungsventils 22b betätigt, um den Soll- Lenkwinkel zu erhalten.

Anschließend schreitet das Programm zu S210 fort, wo geprüft wird, ob eine den Endpunkt der Magnetschiene dar stellende Endmarke erfaßt wird oder nicht. Diese Endmarke wird beispielsweise durch Eingraben eines Magnetstahls ge bildet, der einen Südpol am Ende der Magnetschiene dar stellt, die insgesamt einen Nordpol darstellt. Wenn die Ma gnetsensoren einen Magnetstahl mit einer anderen Polarität erfassen, wird festgestellt, daß das Fahrzeug einen Endpunkt der Magnetschiene erreicht.

Wenn die Endmarke nicht erfaßt wird, kehrt das Programm zu S207 zurück, wo das Fahrzeug seine Fahrt entlang der Ma gnetschiene (81a oder 87a) fortsetzt. Wenn die Endmarke er faßt wird, kehrt das Programm zu S201, einem Anfangsschritt dieser Routine, zurück, wo das Fahrzeug gemäß dem D-GPS- bzw. dem Koppelnavigationsverfahren eine autonome Fahrt zu einer neuen Zielposition hin fortsetzt.

Wenn das Fahrzeug während der gemäß dem D-GPS- bzw. dem Koppelnavigationsverfahren gesteuerten autonomen Fahrt ein Gelände mit mehreren Hindernissen oder ansteigenden und ab fallenden Bereichen erreicht, wird die Fahrzeugsteuerung au tomatisch auf die Magnetführungssteuerung geschaltet, bei der das magnetische Feld der Magnetschiene erfaßt wird, wo durch das Fahrzeug ohne Kursabweichung eine Zielposition er reichen kann. Außerdem können durch das erfindungsgemäße Fahrtsteuerungssystem, weil die Magnetschiene nur an den stellen verlegt ist, wo eine exakte Positionserfassung er forderlich ist, die Kosten zum Verlegen bzw. Vergraben von Magnetschienen verringert werden.

Die dem Schritt S211 folgenden Schritte betreffen die Fahrtsteuerung gemäß dem D-GPS- bzw. dem Koppelnavigations verfahren.

Wenn bei S211 die durch die nachstehend beschriebene Routine zum Berechnen der Ist-Position erhaltene Ist- Position aus dem Arbeitsdatenspeicherabschnitt 57 ausgelesen wird, schreitet das Programm zu S212 fort, wo durch Verglei chen der Zielposition mit der Ist-Position ein Soll- Fahrtazimutwert berechnet wird.

Dann wird bei S213 der Ist-Azimutwert, der zu jedem Zeitpunkt durch den Erdmagnetfeldsensor 4 erfaßt wird, aus gelesen, und bei S214 wird der Fehler des ist-Azimutwertes bezüglich des Soll-Azimutwertes erhalten. Entsprechend dem Fehler wird der Lenkwert der Vorder- bzw. der Hinterräder bestimmt. Daraufhin werden bei S215 der Vorderrad-Lenkungs mechanismus 24a und der Hinterrad-Lenkungsmechanismus 24b durch das Vorderrad-Hydraulik-Lenkungssteuerungsventil 22a bzw. das Hinterrad-Hydraulik-Lenkungssteuerungsventil 22b betätigt, um einen Soll-Lenkwinkel für die Vorder- bzw. die Hinterräder zu erhalten.

Anschließend wird bei S216 die Ist-Position mit der Zielposition verglichen, und bei S217 wird festgestellt, ob das Fahrzeug die Zielposition erreicht hat oder nicht. Wenn das Fahrzeug die Zielposition nicht erreicht hat, kehrt das Programm zu S212 zurück, von wo das Fahrzeug seine Fahrt fortsetzt und erneut den Soll-Fahrtazimutwert berechnet. Wenn das Fahrzeug die Zielposition erreicht hat, kehrt das Programm zu S201 zurück, um die gleichen Verarbeitungen zu wiederholen.

Nachstehend wird die Bestimmung der Ist-Position des Fahrzeugs gemäß dem D-GPS- bzw. dem Koppelnavigationsverfah ren beschrieben.

Allgemein wird durch das D-GPS-System eine wesentlich bessere Positionsgenauigkeit erhalten als durch ein einzel nes GPS-System, wobei jedoch in Abhängigkeit von den Ziel- oder Richtbedingungen von Satelliten oder den Empfangsbedin gungen für Funkwellen in einigen Fällen zum erforderlichen Zeitpunkt keine erforderliche Positionsgenauigkeit für die Fahrtsteuerung erhalten werden kann. Um dies zu vermeiden, wird durch die in Fig. 14 dargestellte Routine zum Berechnen eines Zwischenkorrekturwertes durch das D-GPS- bzw. das Kop pelnavigationsverfahren ein Zwischenkorrekturwert erzeugt, und werden die gemäß dem Koppelnavigationsverfahren erhalte nen Ist-Positionsdaten mit dem Zwischenkorrekturwert korri giert.

Nachstehend wird die durch das D-GPS- bzw. das Koppel navigationsverfahren ausgeführte Routine zum Berechnen eines Zwischenkorrekturwertes ausführlich beschrieben.

Diese Routine wird unabhängig im Hintergrund ausge führt, so daß jeweils die aktuellsten Korrekturwerte bereit gestellt werden und ausgelesen werden können. Bei S301 schreitet, wenn die durch das D-GPS-System erhaltenen Posi tionsdaten Pg eingegeben werden, das Programm zu S302 fort, wo die durch das Koppelnavigationsverfahren erhaltenen Posi tionsdaten Ps ausgelesen werden. Die Positionsdaten Pg wer den durch eine Differenzberechnung der D-GPS-Funkkommuni kationsroutine erhalten, die nachstehend unter Bezug auf Fig. 17 beschrieben wird. Die Positionsdaten Ps sind Daten, die zum gleichen Zeitpunkt erfaßt werden, zu dem die Daten Pg erfaßt werden.

Daraufhin schreitet das Programm zu S303 fort, wo ein Zwischenkorrekturwert K erhalten wird, indem eine Differenz zwischen den durch das D-GPS-System erhaltenen Positionsda ten Pg und den durch das Koppelnavigationsverfahren erhalte nen Positionsdaten gebildet wird (K = Pg - Ps). Anschließend wird bei S304 ein Bewegungs-Mittelwert Ka der letzten n Punkte einschließlich des zu diesem Zeitpunkt berechneten Zwischenkorrekturwertes berechnet, und der im RAM- Speicherbereich des Arbeitsdatenspeicherabschnitts 57 ge speicherte Bewegungs-Mittelwert Ka wird durch diesen neu be rechneten Bewegungsmittelwert Ka aktualisiert. Der Wert n wird gemäß der Genauigkeit des Koppelnavigationsverfahrens und der Größe der akkumulierten Fehler im voraus bestimmt.

Der mittlere Zwischenkorrekturwert Ka wird in die in Fig. 15 dargestellte Routine zum Berechnen der Ist-Position eingesetzt. Wenn der Abstand zur Zielposition relativ groß ist, wird die Ist-Position durch die mit dem Zwischenkorrek turwert Ka korrigierten Positionsdaten bestimmt, und wenn der Abstand zur Zielposition klein ist, wird die Ist- Position durch die durch das Koppelnavigationsverfahren er haltenen Positionsdaten festgelegt.

D.h., wenn bei S401 die durch das Koppelnavigationsver fahren erhaltenen Ist-Positionsdaten Psn ausgelesen werden, wird beim nächsten Schritt S402 ein Abstand S zur Zielposi tion mit einem vorgegebenen Wert Df verglichen, der unter Berücksichtigung der Steuerbarkeit des Systems vorgegeben ist. Wenn S<Df ist, schreitet das Programm zu S403 fort, wo die Ist-Position P erhalten wird, indem der mittlere Zwi schenkorrekturwert zur durch das Koppelnavigationsverfahren erhaltenen Ist-Position Psn addiert wird, woraufhin das Pro gramm die Routine verläßt, nachdem die Daten im Arbeitsda tenspeicherabschnitt 57 gespeichert wurden.

Daher kann, weil der Zwischenkorrekturwert immer be rechnet, gespeichert und sein Mittelwert gebildet wird, weh rend das Fahrzeug fährt, und die durch das Koppelnavigati onsverfahren erhaltenen Positionsdaten immer mit dem aktua lisierten Zwischenkorrekturwert korrigiert werden, die exak te Ist-Position auch dann erhalten werden, wenn die Positi onserfassungsgenauigkeit aufgrund der Ziel- oder Richtbedin gung und der Funkwellenempfangsbedingung abnimmt. Daher muß die Genauigkeit nicht mühsam durch Speichern der durch das D-GPS-System erhaltenen Positionsdaten erhöht werden, wäh rend das Fahrzeug an einer vorgegebenen Position angehalten wird.

Wenn andererseits bei S402 S Df ist, d. h., wenn der Abstand zur Zielposition sehr klein ist, verzweigt sich das Programm von S402 zu S404, wobei die durch das Koppelnaviga tionsverfahren erhaltenen Ist-Positionsdaten Psn als aktuel le Position P festgelegt und diese Ist-Positionsdaten im Ar beitsdatenspeicherabschnitt 57 gespeichert werden, woraufhin das Programm die Routine verläßt.

Bei dieser Ausführungsform tritt die Situation, bei der die durch das Koppelnavigationsverfahren erhaltenen Positi onsdaten Psn unverändert verwendet werden, auf, wenn das Ra senmähfahrzeug 1 sich zum nächsten Mähdurchlauf bewegt (S111 der in Fig. 10 dargestellten Hauptsteuerungsroutine). D.h., wenn das Rasenmähfahrzeug sich über eine sehr kurze Strecke bewegt, was beispielsweise auftritt, wenn es zu einem neuen Mähdurchlauf im gleichen Arbeitsbereich wechselt, wird die Bewegung des Fahrzeugs aufgrund einer verringerten Positi onserfassungsgenauigkeit des D-GPS-Systems ungenau. In die sem Fall wird, indem die Korrektur der Positionsdaten unter brochen wird und statt dessen die durch das Koppelnavigati onsverfahren erhaltenen Daten verwendet werden, die Steuer barkeit des Systems verbessert.

Nachstehend wird unter Bezug auf das in Fig. 16 darge stellte Ablaufdiagramm die Verarbeitung zum Erfassen der Grenze bei einer Spurfahrt im Rasenmäharbeitsbereich be schrieben.

In der in Fig. 16 dargestellten Grenzerfassungsroutine werden bei S501 die Arbeitsdaten, wie beispielsweise die Schnitthöhe des Rasens oder des Grases und ähnliche Daten, gesetzt, und bei Schritt S502 wird der Drehwinkel der Schwenkarme 12a, 12b, an denen der rechte und der linke Schlitten 13a, 13b aufgehängt sind, jeweils gemäß Signalen von den Drehwinkelsensoren 14a, 14b des Grenzerfassungsme chanismus 10 erfaßt.

Daraufhin schreitet das Programm zu S503 fort, wo ge prüft wird, ob eine vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist oder nicht. Wenn eine vorgegebene Zeitdauer nicht abgelaufen ist, kehrt das Programm zu S502 zurück, wo der Drehwinkel erneut erfaßt wird und die Winkeldaten akkumuliert werden. Wenn eine vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist und die Win keldaten bis zu einem vorgegebenen Wert akkumuliert wurden, schreitet das Programm von S503 zu S504 fort, wo die Win keldaten unter Bezug auf die bei S501 gesetzten Arbeitsdaten in die Höhe der linken bzw. der rechten Rasenfläche umgewan delt werden.

Außerdem schreitet das Programm von S504 zu S505 fort, wo geprüft wird, ob die Differenz zwischen der Höhe des lin ken und des rechten Rasenabschnitts größer ist als ein vor gegebener Wert, wobei, wenn die Differenz kleiner ist als der vorgegebene Wert, bei S506 festgestellt wird, daß keine Grenze vorhanden ist, woraufhin das Programm zu S502 zurück kehrt. Wenn die Differenz größer ist als der vorgegebene Wert, schreitet das Programm zu S507 fort, wo festgestellt wird, daß die Ist-Position auf der Grenze zwischen einem ge mähten und einem ungemähten Bereich liegt, woraufhin das Programm die Routine verläßt.

Außerdem wird die Datenkommunikation zwischen der orts festen Station 30 und der mobilen Station gemäß der in Fig. 17 dargestellten D-GPS-Funkkommunikationsroutine auf einer Datenpaketbasis ausgeführt. Zunächst wird durch die Daten übertragung über die Funkkommunikationsvorrichtungen 16 und 36 bei S601 der GPS-Empfänger 15 der mobilen Station und bei S602 der GPS-Empfänger 33 der ortsfesten Station initiali siert. Dann schreitet das Programm zu S603 fort, wo die Dif ferenzinformation vom GPS-Empfänger der ortsfesten Station 30 durch die Datenübertragung über Funk erhalten wird.

Daraufhin schreitet das Programm zu S604 fort, wo die von der ortsfesten Station 30 übertragene Differenzinforma tion auf die vom GPS-Empfänger 15 der mobilen Station, erhal tenen Positionsdaten angewandt wird, und die Fahrzeugpositi on wird durch die Differenzberechnung erfaßt. Das Programm kehrt zu S603 zurück, nachdem es diese Positionsdaten an den Fahrtsteuerungsabschnitt 56 übertragen hat, woraufhin die nächsten Daten verarbeitet werden. Die Differenzberechnung kann als eine dem Empfänger 15 der mobilen Station zugeord nete Funktion ausgeführt werden.

Erfindungsgemäß kann ein Fahrzeug durch eine autonome Fahrtsteuerung sein Führungs- oder Leitverfahren gemäß Ar beitsbedingungen und geographischen Bedingungen ändern und autonom fahren. Wenn das Fahrzeug sich von einem Arbeitsbe reich zu einem anderen Arbeitsbereich bewegt, wird das Fahr zeug durch eine Kombination aus einem D-GPS-Verfahren und einem Koppelnavigationsverfahren geführt bzw. gesteuert, und wenn es fährt, um Arbeiten in einem Arbeitsbereich auszufüh ren, durch das Koppelnavigationsverfahren geführt bzw. ge steuert. Außerdem fährt das Fahrzeug, wenn es in einem Be reich fährt, wo die Betriebsgenauigkeit aufgrund von Hinder nissen oder geographischen Bedingungen schwer gewährleistet werden kann, gemäß der Führung durch eine im Untergrund ver legte Magnetschiene. Dadurch kann das Fahrzeug die Zielposi tion erreichen, wobei es unabhängig von geographischen Be dingungen eine exakte Spur verfolgt, ohne von seinem Soll kurs abzuweichen.

Fig. 1
satellite positioning means
Satelliten-Positionserfassungseinrichtung
dead reckoning navigation means
Koppelnavigationseinrichtung
magnetic guidance Positioning means
Magnetführung-Positionserfassungseinrichtung
autonomous running control means
autonome Fahrtsteuerungseinrichtung
magnetic guidance running control means
Magnetführung-Fahrtsteuerungseinrichtung
running control switching means
Fahrtsteuerungsschalteinrichtung
autonomous running vehicle
autonom fahrendes Fahrzeug

Fig. 2
51 Magnetstahlerfassungsabschnitt
52 Grenzerfassungsabschnitt
53 Koppelnavigation-Positionserfassungsabschnitt
54 D-GPS-Positionserfassungsabschnitt
55 Hinderniserfassungsabschnitt
57 Arbeitsdatenspeicherabschnitt
56 Fahrtsteuerungsabschnitt
58 Fahrzeugsteuerungsabschnitt
59 Antriebssteuerungsabschnitt
60 Lenkungssteuerungsabschnitt
61 Mähschneidwerkzeugsteuerungsabschnitt
34 D-GPS-Abschnitt der ortsfesten Station
35 D-GPS-Informationsübertragungsabschnitt

Fig. 6a
y Magnetsensor-Ausgangssignal
x Magnetsensorposition

Fig. 6b
y Magnetsensor-Ausgangssignal
x Magnetsensorposition

Fig. 7a
running direction Fahrtrichtung
mowed area gemähter Bereich

Fig. 7b
running direction Fahrtrichtung
unmowed area ungemähter Bereich

Fig. 8
60 Lenkungssteuerungsabschnitt

Fig. 10
START
S101 Erfasse Ist-Position durch D-GPS-System
S102 Bestimme Route zum Mäh-Startpunkt
S103 Bewege Fahrzeug zum Mäh-Startpunkt
S104 Beginne Mähvorgang
S105 Erster Mähdurchlauf? Ja/Nein
S106 Auslegen der durch D-GPS- bzw. Koppelnavigationsverfah ren erhaltenen Ist-Position
S107 Berechne Fehlerwert
S108 Bestimme Lenkwert der Vorder- und Hinterräder
S109 Berechne Soll-Lenkwinkel
S111 Bewege Fahrzeug zum nächsten Mähdurchlauf
S112 Erfasse Grenze
S113 Berechne Fehlerwert
S114 bestimme Lenkwert der Vorder- und Hinterräder
S115 Berechne Soll-Lenkwinkel

Fig. 11
S110 Ende des Mähdurchlaufs erreicht? Ja/Nein
S118 Arbeitsbereich abgeschlossen? Ja/Nein
S119 Alle Arbeiten abgeschlossen? Ja/Nein
S120 Bestimme Route zu Rückkehrposition
S121 Bewege Fahrzeug zu Rückkehrposition
S116 Auslesen der durch D-GPS- bzw. Koppeinavigationsverfah ren erhaltenen Ist-Position
S117 Ende des Mähdurchlaufs erreicht? Ja/Nein
ENDE

Fig. 12
START
S201 Auslesen der Zielposition usw.
S202 Bewegung beendet? Ja/Nein
S203 Anhalten des Fahrzeugs
ENDE
S204 Antreiben des Fahrzeugs mit vorgegebener Geschwindig keit
S205 Magnetführung möglich? Ja/Nein
S211 Auslesen der durch D-GPS- bzw. Koppelnavigationsverfah ren erhaltenen Ist-Position
S212 Berechne Soll-Fahrazimutwert
S213 Auslesen des Ist-Fahrazimutwerts
S214 Bestimme Lenkwert der Vorder- und Hinterräder
S215 Berechne Soll-Lenkwinkel
S216 Vergleiche Ist-Position mit Zielposition
S217 Position erreicht? Ja/Nein

Fig. 13
S206 Magnetstahl erfaßt? Ja/Nein
S207 Berechne Position des Magnetstahls
S208 Berechne Lenkwert, um Fahrzeugmitte mit Magnetstahl auszurichten
S209 Bestimme Soll-Lenkwinkel
S210 Endmarke des Magnetstahls erfaßt? Ja/Nein

Fig. 14
START
S301 Warten auf D-GPS-Positionsdaten Pg
S302 Auslesen der durch Koppelnavigationsverfahren erhalte nen Positionsdaten Ps
S303 Berechne Zwischenkorrekturwert K = Pg - Ps
S304 Berechne Bewegungsmittelwert Ka

Fig. 15
START
S401 Auslesen der durch Koppelnavigationsverfahren erhalte nen Ist-Positionsdaten Psn
S402 Fahrtstrecke S < Df? Ja/Nein
S403 Bestimme Ist-Position P P = Psn + Ka
S404 Ist-Position P P = Psn
ENDE

Fig. 16
START
S501 Setze Daten
S502 Erfasse Drehwinkel
S503 Vorgegebene Zeitdauer abgelaufen? Ja/Nein
S504 Berechne Rasenhöhe
S505 Höhendifferenz zwischen rechter und linker Rasenhöhe größer als vorgegebener Wert? Ja/Nein
S506 Keine Grenze
S507 Erfasse Grenze Rücksprung

Fig. 17
START
S601 Initialisiere GPS-Empfänger der mobilen Station
S602 Initialisiere GPS-Empfänger der ortsfesten Station
S603 Bestimme Differenzinformation vom GPS-Empfänger der ortsfesten Station
S604 Bestimme Positionsinformation durch Anwenden der Diffe renzinformation auf die Positionsdaten der mobilen Sta tion.

Claims

1. Autonomes Fahrtsteuerungssystem für ein Fahrzeug zum au tonomen Führen des Fahrzeugs, wobei das System eine er ste Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen einer ersten Fahrzeugposition basierend auf einer Positi onsinformation von Satelliten und einer Korrekturinfor mation bezüglich der Positionsinformation und eine zweite Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen ei ner zweiten Fahrzeugposition basierend auf einem Fahr verlauf bezüglich einer Referenzposition aufweist, mit:
einer dritten Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Magnetschiene durch Ausgangssignale meh rerer Magnetsensoren des Fahrzeugs und zum Erfassen ei ner dritten Fahrzeugposition auf der Magnetschiene;
einer Korrektureinrichtung zum Korrigieren der zweiten Position mit der ersten Position und zum Erzeu gen einer korrigierten Fahrzeugposition;
einer ersten Fahrtsteuerungseinrichtung zum auto nomen Führen des Fahrzeugs basierend auf der korrigier ten Position;
einer zweiten Fahrtsteuerungseinrichtung zum auto nomen Führen des Fahrzeugs basierend auf der zweiten Position;
einer dritten Fahrtsteuerungseinrichtung zum auto nomen Führen des Fahrzeugs entlang der Magnetschiene basierend auf der dritten Position; und
einer Fahrtsteuerungsschalteinrichtung zum Auswäh len der ersten Fahrtsteuerungseinrichtung, der zweiten Fahrtsteuerungseinrichtung oder der dritten Fahrtsteue rungseinrichtung.

2. System nach Anspruch 1, wobei die korrigierte Position durch Berechnen eines Be wegungsmittelwertes einer Differenz zwischen der ersten Position und der zweiten Position und durch Korrigieren der ersten Position mit dem Bewegungsmittelwert erhal ten wird.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Fahrtsteuerungseinrichtung ausgewählt wird, wenn eine Fahrstrecke des Fahrzeugs von der Ist- Position zu einer nächsten Zielposition kleiner ist als ein vorgegebener Wert, und die erste Fahrtsteuerungs einrichtung ausgewählt wird, wenn die Fahrstrecke grö ßer ist als der vorgegebene Wert.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die dritte Fahrzeugposition durch Erfassen einer Position eines Magnetsensors bestimmt wird, dessen Aus gangssignal maximal ist.

5. Verfahren zum autonomen Führen eines Fahrzeugs, mit den Schritten:
Erfassen einer ersten Fahrzeugposition basierend auf einer Positionsinformation von Satelliten und einer Korrekturinformation bezüglich der Positionsinformati on;
Erfassen einer zweiten Fahrzeugposition basierend auf einem Fahrverlauf bezuglich einer Referenzposition;
Erfassen einer Magnetschiene durch Ausgangssignale mehrerer Magnetsensoren des Fahrzeugs und zum Erfassen einer dritten Fahrzeugposition auf der Magnetschiene;
Korrigieren der zweiten Position mit der ersten Position und Erzeugen einer korrigierten Fahrzeugposi tion;
autonomes Führen des Fahrzeugs basierend auf der korrigierten Position;
autonomes Führen des Fahrzeugs basierend auf der zweiten Position;
autonomes Führen des Fahrzeugs entlang der Magnet schiene basierend auf der dritten Position; und
Auswählen eines Fahrtsteuerungsverfahrens aus den Verfahren:
Führen des Fahrzeugs basierend auf der kor rigierten Position,
Führen des Fahrzeugs basierend auf der zweiten Position und
Führen des Fahrzeugs basierend auf der dritten Position.