DE2943991A1 - Ultraschall fahrautopilot fuer landwirtschaftliche fahrzeuge - Google Patents
Ultraschall fahrautopilot fuer landwirtschaftliche fahrzeugeInfo
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Description
- Ultraschall Fahrautopilot für landwirtschaftliche Fahrzeuge
- Die Erfindung betrifft ein mit Ultraschall arbeitendes Verfahren zur Vermessung der Fahrkante bei landwirtschaftlichen Mäh- und Feldfahrzeugen.
- Der Einsatz eines solchen Verfahrens ermöglicht die automatische Steuerung (Autopilot) von selbstfahrenden landwirtschaftlichen Fahrzeugen entlang von Mähkanten. Hierdurch wird der Fahrer entlastet, der ansonsten durch das Entlangfahren an Reihen und Mähkanten in seiner Konzentrationsleistung stark beansprucht wird.
- Es ist bekannt, Fahr-Autopiloten bei selbstfahrenden Feldhäckslern und Mähdreschern zu verwenden. Es handelt sich hierbei um speziell geformte mechanische Fühler zum Erfassen von Maisreihen (z. B. Firmenprospekt Deutz/Fahr, Autopilot für Mähdrescher und selbstfahrende Häcksler). Diese mechanischen Fühler sind jedoch wegen ihrer speziellen Form nicht für jedes Erntegut geeignet.
- Außerdem besteht bei solchen mechanischen Fühlern an meist exponierten Stellen eine erhöhte Beschädigungsgefahr.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Autopilotsystem zur Verfolgung von Mähkanten auf Erntefeldern zu schaffen, das sich durch eine universelle und robuste Einsetzbarkeit auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu verfolgenden Kanten von in ihrer Sende- und Empfangs richtung um 180 Grad versetzten Ultraschallsendern und -empfängern und vorzugsweise dabei über eine gestaffelt angeordnete Anzahl von Ultraschallsendern und -empfängern oder durch nicht örtlich, jedoch in ihrer Abstandsempfindlichkeit zur Mähkante gestaffelte Empfänger-/Senderanordnungen abgetastet wird und hieraus auf elektronischem Wege ein Steuersignal für das Fahrzeug erzeugt wird.
- Ultraschallsender und -empfänger sind Billigstprodukte, so daß ein Vorteil der Erfindung in der kostengünstigen Gestaltung des Autopiloten besteht. Ein weiterer Vorteil ist die Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen, da ja gerade Ultraschallverfahren zur Reinigung von Verschmutzungen eingesetzt werden.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
- Es zeigen Figur 1 das Prinzip der mechanischen Anordnung örtlich gestaffelt angeordneter Ultraschall-Sender/Empfänger am Fahrzeug Figur 2 eine andere Ausführungsform der Anordnung, bei der anstelle der örtlich gestaffelten Anordnung eine gestaffelte Meßempfindlichkeit verwendet wird.
- In Fig. 1 ist schematisch eine zu erfassende Mähkante 1 des Mähgutes 2 dargestellt, bei der auf der rechten Seite des Mähgut bereits abgeschnitten ist und auf der linken Seite noch steht. Fährt ein Fahrzeug parallel dieser Kante, so bewegt sich links für einen auf der Höhe des Mähgutes sitzenden Beobachter Mähgut vorbei, während sich rechts kein Mähgut an ihm vorbeibewegt.
- Dies kann in Form des Dopplereffektes in Verbindung mit einem einfachen Ultraschall-Sende- und Empfangssystem für einen Autopilot ausgenutzt werden.
- Beim Dopplereffekt, der auch im Ultraschallbereich auftritt, ergibt sich eine Frequenzverschiebung zwischen gesendetem und empfangenen Schallsignal, wenn entweder die Schallquelle oder der Empfänger oder beide in relativer Bewegung sind.
- Ein vom Fahrzeug beim Entlangfahren an der Mähkante in Richtung des Mähgutes ausgesandtes Schallsignal wird am vorbeibewegten Mähgut reflektiert und in seiner Frequenz verändert und kann von einem ebenfalls am Fahrzeug angebrachten Empfänger aufgenommen werden. Die durch Interferenz der beiden Ultraschallsignale entstehende Amplitudenschwankung der Sender-Grundwelle kann elektronisch detektiert werden. Dieses Prinzip wird bei Alarm- und Uberwachungsanlagen bereits angewandt.
- Sehr vorteilhaft und üblich ist es, für das Sende- und Empfangssystem das gleiche Ultraschallelement zu verwenden.
- Diese Elemente sind äußerst preiswerte keramische Bauelemente, die käuflich erworben werden können.
- Die Beschreibung der Meßanordnung zur Kantenerfassung erfolgt anhand der Draufsicht Fig. 1.
- An der schematisch als gestricheltes Dreieck dargestellten Vorderseite 3 des Fahrzeuges 4 sind senkrecht zur Fahrtrichtung in einer zur Fahrtrichtung parallelen Ebene nach beiden Seiten Ultraschall-Sender und -Empfänger 5,5' angebracht. In beiden Sender-Empfänger-Reihen sind die einzelnen Elemente so angeordnet, daß sie bezüglich einer gedachten Mittellinie 6 seitlich versetzt sind. Hierbei nehmen die seitlichen Abstände der Sender-Empfängeranordnungen 5,5' von der gemeinsamen Mittellinie 6 umso mehr zu, je näher sie sich am Fahrzeug 4 befinden.
- Die Sender- und Empfängerreihen sind bezüglich ihres Bodenabstandes so angeordnet, daß sie sich vorzugsweise in der Mitte der Wuchshöhe des Mähgutes befinden.
- Bewegt sich nun das Fahrzeug 4 mit seiner Vorderseite 3 entlang der Mähkante 1 des Mähgutes 2, so befinden sich im Idealfall, d. h. bei Ubereinstimmung der Mähkante 1 mit der Mittellinie 6 der Sender-Empfängerreihen 5,5', alle Sender-Empfänger 5 im Mähgut und alle Sender-Empfänger 5 außerhalb des Mähgutes.
- Die Sende- und Empfangsrichtungen des Ultraschalls der Sender-Empfängerreihen 5 bzw. 5' sind zur Verdeutlichung durch Doppelpfeile 8,8' gekennzeichnet. In diesem eben erläuterten Idealfall bewegt sich das Mähgut 2 an den Sender-Empfängern 5' vorbei. Durch die Relativbewegung zwischen Fahrzeug 3, 4 und Mähgut 2 entsteht in den Anordnungen 5,5' aufgrund des beschriebenen Dopplereffektes eine Frequenzverschiebung zwischen gesendetem und empfangenen Signal. Dies tritt bei den Sender-Empfänger-Anordnungen 5 im eben geschilderten Idealfall nicht auf. Stimmt nun die Mittellinie 6 zwischen beiden Sender-Empfänger-Anordnungen 5,5' und die Richtung der Mähkante 1 nicht überein, so befindet sich entweder ein Teil der Sender-Empfänger 5 außerhalb des Mähgutes oder ein Teil der Sender-Empfänger 5 innerhalb des Mähgutes. Beide Fälle lassen sich anhand der Signale der einzelnen Sender-Empfängerreihen 5,5' unterscheiden. Aus den Signalen der einzelnen Sender-Empfängerreihen läßt sich ein Steuersignal ableiten, nach dem der Mähkante 1 genau dann ideal gefolgt wird, wenn alle Sender-Empfänger 5' auf Grund des Doppler-Effektes des vorbeistreifenden Mähgutes ein Signal erzeugen und alle Sender-Empfänger 5 kein Signal erzeugen, da sie sich gerade außerhalb des Mähgutes befinden. Die Sende- und Empfangsempfindlichkeit der Ultraschallgeber ist vorzugsweise so eingestellt, daß sie nur in einem kleinen Abstandsbereich zwischen Geber und Mähgut ein Signal einer Bewegung erzeugen.
- In einer anderen Version müssen die einzelnen Geber nicht gegenüber einer gedachten Mittellinie seitlich versetzt sein. Den gleichen Effekt erreicht man, wenn die Geber auf unterschiedliche Ansprechempfindlichkeiten bezüglich des Abstandes zwischen Geber und Mähgut eingestellt sind. In Fig. 2 haben die in gleichem Abstand zur Mittellinie 6 angeordneten Empfänger/Sendersysteme 5,5' unterschiedlich gestaffelte Reichweiten bei der Abstandsmessung wie dies schematisch durch die Länge der Pfeile 9,9' angedeutet ist.
- Weiterhin muß nicht notwendigerweise der Doppler-Effekt mit einer Frequenzverschiebung zwischen gesendetem und empfangenen Signal als Meßeffekt ausgenutzt werden. In gleicher Weise ist es möglich, eine reine Abstandsmessung zwischen dem Geber und dem Mähgut durchzuführen. Hierbei wird die Laufzeit zwischen gesendetem und empfangenen Schallsignal elektronisch gemessen. In einer vorzugsweise einfach aufgebauten Version ist die genaue Auswertung des Dopplereffektes bzw. des Abstandes unnötig. Es genügt völlig, die Anwesenheit des Echos festzustellen. Hierbei kann es günstig sein, statt einer gemeinsamen Sende-Empfangsanordnung jeweils ein getrenntes Sende- und Empfängerpaar als Geber zu verwenden.
- In einer weiteren sehr einfachen Version, die insbesondere dann eingesetzt werden kann, wenn das reflektierende Mähgut sehr homogen ist, benötigt der Autofahrpilot für jede Gruppe nur ein Sender/Empfangssystem. Durch Variation des Abstandes der beiden Systeme läßt sich die Ansprechempfindlichkeit variieren.
- Die elektronische Auswertung sowohl des Doppler-Effektes als auch des Abstandes bzw. des Vorhandenseins des Echosignals erfolgt mit bekannten elektronischen Mitteln. Ist zu einem Sendesignal auch ein Empfangssignal vorhanden, so befindet sich das entsprechende Ultraschall-Sende/Empfangssystem im Mähgut selbst oder in seitlichem Abstand zum Mähgut. Aus der Kombination der Signale derjenigen Sende/Empfangssysteme mit und ohne Empfangssignal läßt sich auf einfache Weise ein eindeutiges Steuersignal zur Verfolgung der Mähkante ableiten.
- Dies wird anhand des Systems Fig. 1 erläutert. Liefern alle der Mähkante zugewandten Sende/Empfangssysteme 5' ein Signal und keines der Mähkante abgewandten Systeme 5 ein Signal, so befindet sich die Mittellinie 3 zwischen den zu- und abgewandten Systemen, d.h. genau auf der Mähkante 1. Liefern auch solche Sende/Empfangssysteme, die bei dem eben geschilderten Fall nicht ansprechen, ein Signal, so befindet sich die Mittellinie 3 links von der Mähkante 1 im Mähgut 2. Betrag und Richtung der Abweichung von Mittellinie 3 zwischen den Sende- und Empfängersystemen und der Mähkante 1 ergibt sich aus der Lage bzw. Anzahl der signalliefernden Sende/Empfangssysteme 5,5'.
- Dies gilt in entsprechender Weise für die örtlich nicht gestaffelt zur Mittellinie angeordneten Systeme gemäß Fig. 2.
- Die Empfindlichkeit der Anordnung läßt sich sowohl über die örtliche Staffelung als auch über die Staffelung der Meßempfindlichkeit als auch über die Anzahl der zur Auswertung herangezogenen Sende-Empfänger-Systeme auswählen.
Claims (5)
- Patentansprüche 1. Fahrautopilot für landwirtschaftliche Fahrzeuge zur Verfolgung von Mähkanten, dadurch gekennzeichnet, daß am Fahrzeug in einer zur Fahrtrichtung parallelen Ebene Ultraschall-Sende- und Empfangssysteme in zwei Gruppen so angeordnet sind, daß die Abstrahl- und Empfangsrichtungen der beiden Gruppen in besagter Ebene und senkrecht zur Fahrtrichtung liegen, wobei die Abstrahl- und Empfangsrichtungen der Systeme der beiden Gruppen jeweils um 180 Grad gegeneinander verdreht sind, und daß aus der örtlichen Lage und der Anzahl der beim Entlangfahren an der Mähkante ein Empfangssignal liefernden Ultraschallsysteme ein Steuersignal für die Relativposition zwischen Mähkante und Schneidwerkzeug abgeleitet wird.
- 2. Fahrautopilot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, aufgeteilt in die beiden Gruppen, die einzelnen Ultraschall-Sende- und Empfängersysteme bezüglich einer gedachten Mittellinie in der zur Fahrtrichtung parallelen Ebene symmetrisch angeordnet sind und einen gestaffelten Abstand zu dieser Mittellinie aufweisen.
- 3. Fahrautopilot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßempfindlichkeit der Ultraschall-Sende- und Empfängersysteme bezüglich des Abstandes zum Mähgut betragsmäßig gestaffelt sind.
- 4. Fahrautopilot nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal auf der Grundlage des Doppler-Effektes erzeugt wird.
- 5. Fahrautopilot nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich in jeder der beiden Gruppen nur ein Sende-Empfangssystem befindet, dessen geometrischer Abstand einstellbar ist.
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