EP3713392A1 - Self-driving work machine having at least two control devices - Google Patents

Self-driving work machine having at least two control devices

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Publication number
EP3713392A1
EP3713392A1 EP18807961.0A EP18807961A EP3713392A1 EP 3713392 A1 EP3713392 A1 EP 3713392A1 EP 18807961 A EP18807961 A EP 18807961A EP 3713392 A1 EP3713392 A1 EP 3713392A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
drive
safety
self
working
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18807961.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Meltebrink
GEB. MALEWSKI Benjamin WEGMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
B Strautmann and Sohne GmbH and Co KG
Original Assignee
B Strautmann and Sohne GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=64334567&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP3713392(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by B Strautmann and Sohne GmbH and Co KG filed Critical B Strautmann and Sohne GmbH and Co KG
Publication of EP3713392A1 publication Critical patent/EP3713392A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01K—ANIMAL HUSBANDRY; CARE OF BIRDS, FISHES, INSECTS; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K5/00—Feeding devices for stock or game ; Feeding wagons; Feeding stacks
    • A01K5/001—Fodder distributors with mixer or shredder
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D75/00—Accessories for harvesters or mowers
    • A01D75/18—Safety devices for parts of the machines
    • A01D75/185—Avoiding collisions with obstacles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D75/00—Accessories for harvesters or mowers
    • A01D75/20—Devices for protecting men or animals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01F—PROCESSING OF HARVESTED PRODUCE; HAY OR STRAW PRESSES; DEVICES FOR STORING AGRICULTURAL OR HORTICULTURAL PRODUCE
    • A01F25/00—Storing agricultural or horticultural produce; Hanging-up harvested fruit
    • A01F25/16—Arrangements in forage silos
    • A01F25/20—Unloading arrangements
    • A01F25/2027—Unloading arrangements for trench silos

Definitions

  • the invention relates to a self-propelled work machine for autonomous or semi-autonomous work, in particular a self-propelled agricultural machine, for example a self-propelled feed mixer according to the preamble of claim 1.
  • the milking robot is an established component that fully automates the most time-consuming process in addition to feeding. Also in the field of feeding various approaches are already being pursued, in which the machine control partly (assistance systems) or even completely (autonomous systems) from the feed extraction from a flat silo to the feed template operator-independent works.
  • EP 3 023 004 B1 discloses a self-propelled feed mixer wagon which comprises a drive motor, an autonomously movable and controllable chassis and working members in the form of a removal device for feed, a mixing device for the filled feed and a discharge device for the mixed feed.
  • the feed mixer wagon is navigated autonomously using GPS data in a control unit, which is a computer integrated in the feed mixer wagon.
  • the computer compares the determined GPS position data with predefined target points, determines on this basis a route and transmits the necessary control commands to the steering and Drive devices For the implementation and monitoring of work and
  • Driving processes are provided various sensors, which also transmit data to the control unit and serve as a basis for subsequent control commands.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages described and to propose a working machine whose adaptation to new tasks or individual circumstances at the site Occupational safety is not impaired.
  • the work machine should be able to ensure safe operation regardless of the complex autonomous functions. This object is achieved by a work machine having the features of claim 1.
  • the work machine according to the invention enables a control concept in which process-related adaptations to the autonomous functions of the work machine can be carried out independently of the safety control.
  • Adjustments to the autonomy functions present on the work machine for example the implementation of improved algorithms or the elimination of logic errors, do not affect the safety control and thus do not require any change in the security software.
  • the self-propelled machine for autonomous or semi-autonomous work which may be in particular a self-propelled agricultural machine, includes a chassis with a drive and a supported by the chassis structure with working units.
  • the work equipment may be, for example, an excavator bucket, a fertilizer device, a feed removal device or else.
  • the traction drive and the work units are driven by a drive device, which is preferably an internal combustion engine or an electric motor.
  • the working units can also be driven indirectly via the drive device, for example via a hydraulic motor, or via additionally provided drive devices, for example battery-powered electric motors.
  • the machine includes safety devices to avoid dangerous situations and a control device which the drive device or the drive means and / or driven by the drive device traction drive and the working units and controls the safety devices. These safety devices are controlled exclusively by a safety controller.
  • control device comprises at least two separate controllers, wherein:
  • a first control device for controlling the drive device and / or the traction drive driven by the drive device and / or the work aggregates and
  • a second control device for interrupting the control signals which can be transmitted by the first control device to the drive device and / or the travel drive and / or the work aggregates
  • the second control device thus forms the already mentioned safety control, by means of which the drive device and / or the traction drive and / or the working units can be switched in dangerous situations, preferably switched off.
  • the control concept according to the invention thus enables the interaction of vehicle control, autonomy control, safety control and sensors and actuators. Based on this control concept, an autonomous work process is possible through the work machine. If necessary or adverse environmental conditions, the working machine can still be operated manually.
  • the safety controller can independently interrupt any control commands transmitted by the autonomous control to the drive device and / or work units.
  • the control commands triggered by the backup controller take precedence over the control commands triggered by the autonomous controller.
  • the priority commands of the safety controller can not be bypassed, bypassed, or influenced by adverse interactions of programs installed on a single system, because the second controller is a safety controller that is not coupled to the first controller, but completely independent acted by this.
  • a big advantage of the independent safety control is that changes to the first control device can, and in principle, be performed at will, without affecting the safety concept.
  • the work machine thus includes an autonomous control as well as an autonomous control independent of the autonomy control, which ensures safe operation. If the work process is performed by the unmanned vehicle, the safety controller detects possible hazards by means of additional sensors.
  • the autonomy control, the vehicle control and the safety control are also separated from one another with regard to the hardware required for this purpose.
  • Each controller thus has its own processors, which are housed separately in separate housings.
  • At least two controllers can be combined in a housing in terms of hardware.
  • a safety controller comprising a "safe area” and a "non-safe area”
  • the safety functions of the previously separate safety controller are implemented in the "safe area” and the "non-safe area” is additionally implemented Functionalities of the previously separate vehicle control and / or the autonomy control is occupied
  • a "safe area” is understood as that area of the control which corresponds to the normative requirements for the operational reliability to be realized.
  • This "safe area” may be certified in its installed form, as required by law, for example.
  • the term “non-safe area” refers to that area of the control which allows for individual adjustments and ensures that any adjustments made have no effect on the "safe area”.
  • the entire autonomous operation is assessed.
  • the working machine is an agricultural machine
  • the assumption is that autonomous operation may only be carried out on a farm, a semi-public space.
  • the security concept according to the invention thus divides an action space into two areas.
  • all feed intake points form a person-free space.
  • This area is protected by non-contact stationary sensors and a stationary safety controller.
  • the non-contact sensor is combined with a separating protection, such as a fence surrounding the work area or a gate, so that the security level is further increased and possible downtime and interference can be reduced.
  • the stationary safety controller can communicate with the mobile safety controller on the feed mixer via a wireless CAN bus connection. Outside this range, the components of the feed mixer wagon must be in a defined position. A method of working hydraulics is not allowed there. The safety controller opens appropriate relays and can thus ensure that these movements are no longer possible.
  • tactile safety sensors are designed according to the requirements of Social insurance used for agriculture, forestry and horticulture. Such tactile safety sensors are also referred to as safety edges or bumpers. When the bumpers are triggered, an automatic restart is possible according to the rules of social insurance.
  • a combination of bumpers or contact strips with non-contact safety sensors for outdoor use or a system based on pure non-contact sensor technology for outdoor use can also be used.
  • the non-contact safety sensors enable the detection of a collision hazard prior to contacting or collision.
  • the non-contact sensors also independently, that is, without the inclusion of tactile sensors, meet the required safety requirements.
  • the combination of safety edge and non-contact sensor has the significant advantage that a failure of non-contact sensor or tactile sensor does not lead to a work interruption or disruption, since the other, still functional, system meets the safety requirements alone.
  • a failure of non-contact sensor or tactile sensor does not lead to a work interruption or disruption, since the other, still functional, system meets the safety requirements alone.
  • short-term, environmental failures of non-contact sensors for example, in insufficient visibility, be bridged.
  • the machine can be driven in such a case with reduced, the reaction time of the safety edge adapted speed.
  • Another advantage of a combination of non-contact and tactile sensors is that they can be verified by one system to obstruct the other system. As a result, possible “misdetections” can be recognized as such and overridden with appropriate measures.
  • a control command may be provided, which only reduces the speed of the vehicle upon detection of an obstacle. If the switch list hits the obstacle as the drive continues, the vehicle is stopped only when the threshold for stopping the machine is exceeded by the obstacle contacted by the switch list. If this threshold, which is preferably adjustable, not exceeded, the machine runs over the obstacle. Thus, the vehicle could also drive with residual feed in the stable at a reduced speed.
  • any safety function will permanently shut down the feed mixer wagon.
  • the farmer must release the system directly on the vehicle.
  • posts or by means of a fence the boundaries of the working space are defined.
  • a limitation of the working space is also possible in other ways, for example by means of induction loops laid in the ground. It is essential in this context that a limitation is provided and not the way in which this limitation is realized.
  • contactless protection sensors can also be replaced from a technical point of view.
  • the system according to the invention is applicable not only for self-propelled feeder mixers, but also for other self-propelled agricultural machines such as self-propelled fertilizers, harvesters or tractors.
  • the system with, depending on the particular machine, if necessary, necessary adaptation measures on other machines, such as road construction machinery or transport and logistics machines used.
  • the first control device comprises two separate controllers, wherein the first separate controller is an autonomous controller.
  • Control is provided for the provision of control signals in an autonomous ferry operation and is provided as a second separate control vehicle control for processing the control signals provided by the autonomy control.
  • the division of the first control into a preferably physically separated autonomous control and a vehicle control further reduces the complexity of the overall system and the error probability.
  • such a separation opens up the possibility of completely switching off the autonomy control if necessary and of operating the work machine in purely manual mode.
  • the parked autonomy control system can have no influence on any drive systems or work units. An unwanted, for example caused by an internal program error starting or changing manual control commands can thus be excluded.
  • a switching device preferably a safety relay, is provided between the first control device and the drive device and / or the traction drive and / or the working units, by means of which the drive device and / or the traction drive and / or the working units are switchable, preferably switched off, are.
  • the safety controller thus has a direct influence on the drives due to the shutdown device. As a result, a very short chain of command between a safety sensor and a drive is realized. The only intermediate point between the sensor and the drive is the safety controller, which processes the signal received by the sensor and transmits a control command resulting from this directly to one or possibly several drives.
  • one or possibly also a plurality of safety relays between the vehicle control system and the drive devices, which can also be referred to as vehicle actuators, are provided as the switching device.
  • a switching device or such a safety relay can also be provided between the safety control and the parking brake. The safety control thus makes it possible predefined drives, or the machine as a whole, without stopping additional Aktorik in a dangerous situation and to bring the vehicle in a safe state.
  • a wireless CAN bus connection may be provided to enable communication with a stationary controller.
  • a stationary control for example, when it is in the self-propelled work machine is an autonomous feed mixer, be housed in an office of a farm and communicate from there with the mobile safety controller.
  • separate sensors for detecting safety-relevant hazardous situations are provided. These sensors detect safety-relevant data and transmit it directly and directly to the second control device, where they can be used to control the switching devices.
  • the separate sensors thus form another module for decoupling the safety control of the required for the work processes drives and actuators.
  • an emergency stop circuit is actuated, so that the vehicle can only be operated with functioning safety sensors in autonomous mode.
  • a commercially available industrial PC or a mobile control is preferably provided.
  • industrial PCs are relatively inexpensive. Since the safety control is not formed by this industrial PC, it is irrelevant whether the industrial PC in case of failure or damage meets the relevant safety requirements for an autonomous ferry operation.
  • the switching devices switch off the drive device and / or the travel drive and / or the work aggregates.
  • the work machine can thus only then operate in autonomous mode when the safety controller is operational.
  • a switching device is provided, by means of which the autonomy control can be activated, so that the working machine can be operated either in a manual driving mode or in a partially autonomous or in an autonomous driving mode.
  • a driving mode is understood to mean both a mode in which
  • the work machine moves from one location A to another location B and only the traction drive is activated;
  • the working machine is stationary and working functions are performed when the machine is stationary, such as the removal of feed from a storage warehouse;
  • the work machine while driving performs work functions, such as mixing or spreading feed.
  • the work machine is thus suitable for all three operating modes mentioned (manual, semi-autonomous, autonomous) and can be optionally offset by an operator or, depending on the situation, by means of the switching device in one of said modes.
  • To exclude the simultaneous operation of different driving or operating modes can be provided that several locks are provided for several different modes that can be activated with only a single key. If you want to switch from the "manual" operating mode to the "partially autonomous” operating mode, this must be actuated by the one key.
  • the solution “multiple locks that can be closed with a single key” compared to the solution “rotary switch” additional safety advantages can be realized.
  • the locks can be positioned so that the lock for activating the autonomous mode can only be operated from the outside.
  • a "ride” in the Driver's cab be prevented.
  • the second lock is arranged for manual operation in the driver's cab. Since only one key is provided, an unintentional start of the autonomous mode during the manual mode can thus be excluded.
  • predefined safety sensors are activated and the safety control based on the data transmitted by the predefined safety sensors not all, but only certain drives affected.
  • Fig. 1 is a self-propelled machine on the example of a self-propelled feed mixer wagon.
  • Fig. 2 is a control concept for a self-propelled machine, also using the example of a self-propelled feed mixer wagon.
  • Fig. 1 shows a self-propelled working machine 10 using the example of a self-propelled feed mixer wagon.
  • the feed mixer comprises a chassis 11 which carries a body 13.
  • the structure 13 essentially comprises a car 2, a drive device 15, which is an internal combustion engine, and a plurality of working units 14.
  • the working units 14 are essentially a removal device 16, a mixing device 18 and an application device 17.
  • the removal device 16 is used for removal of feed from storage warehouses (not shown).
  • the mixing device 18 is a mixing container 33 in which two rotating vertical screws mix feed stuffed.
  • the filling of the mixing container 33 takes place in that the feed to be loaded is first released from the supply store by the removal device 16, which in the exemplary embodiment is a milling cutter.
  • the removal device 16 directs the feed to the conveying arm 27, in which a circulating conveyor belt is mounted, which promotes the feed into the mixing container 33.
  • the mixing container 33 has in the direction of travel F front region of the wall on a closable with a flap opening, through which after completion of the mixing process, the feed of the dispensing device 17 can be supplied.
  • the dispensing device 17 is a circumferential cross-belt, which promotes the Techmande feed to the left or right side seen in the direction of travel F.
  • the advancing feed mixer wagon therefore places the feed to be applied in a swath-shaped area in the area provided for feeding and laterally next to the feed mixing wagon.
  • the control of the feed mixer comprises a first control device 20 and a second control device 30, which may also be referred to as a safety controller.
  • the first control device 20 an autonomy controller 21 and a vehicle controller 22.
  • the interaction of the control devices is shown in Figure 2.
  • FIG. 2 shows a control concept in which the autonomous control 21 and the vehicle control 22 are connected to one another via a Can connection 29 and jointly form the first control 20.
  • the first controller 20 is connected on the one hand to a switch 26 which is mounted on a control panel. Via the switch 26, three operating modes can be activated. These modes of operation are a fully autonomous drive mode, a semi-autonomous drive mode, and a manual drive mode. In the fully autonomous driving mode, operation of the feed mixer wagon without operator is possible. All functions are controlled in this case via the autonomy controller 21.
  • the autonomy controller 21 thus supplies control signals which are transmitted via the Can connection 29 to the vehicle control unit 22 and from there to the working units 14.
  • the control system forms an assistance system for the operator.
  • assistance systems can take on different tasks and on the one hand relieve the operator and on the other hand optimize the completion of the tasks.
  • an assistance system for the removal of feed from the Vorrastlager be provided, by means of which the parameters Fräsnaviere and lowering speed of the conveying arm 27 are matched to each other during the removal process.
  • an assistance system for the feed application can be provided, which adjusts the application rate to the distance covered and thus ensures a uniform feed pattern.
  • vehicle sensors 35 are mounted, their attachment and operation basically already known as the prior art Feed mixer is known.
  • vehicle sensors are pressure sensors to record the pressures in the hydraulic system, position sensors to determine, for example, the discharge openings (metering slide), angle sensors for detecting the Radeinschlagwinkel etc.
  • the vehicle sensors 35 acquire data and transmit this data to the vehicle controller 22.
  • the data thus transmitted are transmitted in autonomous or semi-autonomous mode to the autonomous controller 22, where they form the basis for the determination of the control signals, which are then returned to the factory from the autonomous controller control ng be transferred.
  • the aforementioned second controller 30 is mounted on the feed mixer and may also be referred to as a mobile safety controller. It is independent of the first controller 20. However, it may be provided that the mobile safety controller 30 is connected via bus connection, for example an Ethernet connection 31 to the vehicle controller 20.
  • the Ethernet connection 31 is a one-way connection that is used for informational purposes only for a user interface. When safety controller 30 performs a safety function, it communicates this via the Ethernet interface of the user interface (vehicle control) so that they then send a message to an operator. There is no connection in the other direction.
  • Separate security sensors 24 are coupled to the mobile security controller 30.
  • An example of such safety sensors 24 are so-called bumpers 34, which are tactile safety sensors mounted near the ground around the vehicle.
  • the bumpers 34 are an example of a safety device 25.
  • non-contact sensors may also be provided. An advantage of the non-contact sensors is the smaller space requirement and the resulting smaller external dimensions of the feed mixer wagon.
  • the mobile safety controller 30 is connected to the brake 28 and can act on it as needed.
  • a connection to the drive device 15, or to the engine control in principle possible, for example, to automatically switch off the motor to a corresponding control command of the safety circuit in case of need.
  • the vehicle controller 22 is connected to the working units 14 via transmission lines, which in the exemplary embodiment is an electrical line.
  • Switching devices 23 in the form of switching relays are integrated in these connecting lines.
  • the switching relays are controlled by the mobile safety controller 30, which is thus able to act in recognized by the safety sensors 24 hazardous situations on the working units and their drive and these if necessary, completely shut down if necessary.
  • a further stationary safety controller 30 may be provided.
  • Such a stationary safety device 30 can be connected, for example, to the mobile safety controller 30 via a CAN bus.
  • the system described is thus able to carry out the complete feeding process independently with a manual, self-propelled feeder mixer.
  • the mode for autonomous operation is first activated via the switch 26.
  • the entire feeding process is carried out autonomously from the feed intake in various silos (silo, high silage, feed house) via the navigation on the farm to the feed discharge in the barn.

Abstract

The invention relates to a self-driving work machine for autonomous or semi-autonomous deployment, particularly a self-driving agricultural machine, such as a self-driving feed mixing vehicle. The work machine (10) according to the invention comprises a chassis (11) having a drive (12) and a structure (13) which is borne by the chassis (11) and has work assemblies (14). In order to reduce the effort required in particular for technical safety inspection after carrying out modification measures, according to the invention, the control system comprises at least two separate controllers (20, 30), wherein: - the first control device (20) is provided to control drive devices (15) and/or a drive (12) and/or work assemblies and - the second control device (30) is provided to interrupt the control signals which can be transmitted by the first control device (20) to the drive devices (15) and/or the drive (12) and/or the work assemblies (14). The second control device (20) thus forms a safety controller by means of which the drive device (15) and/or the drive (12) and/or the work assemblies (14) can be switched, preferably switched off, in dangerous situations.

Description

Selbstfahrende Arbeitsmaschine mit wenigstens zwei Steuern ngseinrichtu ngen  Self-propelled work machine with at least two controls
Beschreibung  description
Die Erfindung betrifft eine selbstfahrende Arbeitsmaschine für den autonomen oder teilautonomen Arbeitseinsatz, insbesondere eine selbstfahrende Landmaschine, beispielsweise einen selbstfahrenden Futtermischwagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.  The invention relates to a self-propelled work machine for autonomous or semi-autonomous work, in particular a self-propelled agricultural machine, for example a self-propelled feed mixer according to the preamble of claim 1.
In der Innenwirtschaft moderner Rindviehbetriebe sind vollautomatisierte Prozesse bereits Realität. So ist der Melkroboter ein etablierter Bestandteil, der den zeitaufwendigsten Prozess neben der Fütterung voll automatisiert. Auch im Bereich der Fütterung werden bereits verschiedene Ansätze verfolgt, bei denen die Maschinensteuerung teilweise (Assistenzsysteme) oder sogar vollständig (autonome Systeme) von der Futterentnahme aus einem Flachsilo bis zur Futtervorlage bedienerunabhängig arbeitet. Fully automated processes are already a reality in the domestic economy of modern cattle farms. Thus, the milking robot is an established component that fully automates the most time-consuming process in addition to feeding. Also in the field of feeding various approaches are already being pursued, in which the machine control partly (assistance systems) or even completely (autonomous systems) from the feed extraction from a flat silo to the feed template operator-independent works.
So ist aus EP 3 023 004 B1 ein selbstfahrender Futtermischwagen bekannt, der einen Antriebsmotor, ein autonom verfahr- und steuerbares Fahrgestell sowie Arbeitsorgane in Gestalt von einer Entnahmevorrichtung für Futtermittel, einer Mischeinrichtung für die eingefüllten Futtermittel sowie eine Ausbringvorrichtung für das gemischte Futter umfasst. Die Navigation des Futtermischwagens erfolgt im autonomen Betrieb unter Ausnutzung von GPS-Daten in einer Steuerungseinheit, bei welcher es sich um einen in den Futtermischwagen integrierten Rechner handelt. Der Rechner gleicht die ermittelten GPS- Positionsdaten mit vordefinierten Zielpunkten ab, ermittelt auf dieser Basis eine Fahrroute und überträgt die erforderlichen Steuerbefehle an die Lenk- und Antriebseinrichtungen Zur Durchführung und Überwachung von Arbeits- undThus, EP 3 023 004 B1 discloses a self-propelled feed mixer wagon which comprises a drive motor, an autonomously movable and controllable chassis and working members in the form of a removal device for feed, a mixing device for the filled feed and a discharge device for the mixed feed. The feed mixer wagon is navigated autonomously using GPS data in a control unit, which is a computer integrated in the feed mixer wagon. The computer compares the determined GPS position data with predefined target points, determines on this basis a route and transmits the necessary control commands to the steering and Drive devices For the implementation and monitoring of work and
Fahrvorgängen sind diverse Sensoren vorgesehen, die ebenfalls Daten an die Steuerungseinheit übermitteln und als Grundlage für nachfolgende Steuerbefehle dienen. Driving processes are provided various sensors, which also transmit data to the control unit and serve as a basis for subsequent control commands.
Der Einsatz eines solchen Futtermischwagens auf einem landwirtschaftlichen Betrieb ist jedoch auch von dort vorhandenen, individuellen Gegebenheiten abhängig. So kann es sein, dass Umbaumaßnahmen an der vorhandenen Infrastruktur erforderlich werden oder nur Teilprozesse durchgeführt werden können. Es werden deshalb zusätzliche Systeme benötigt, die die autonomen oder teilautomatisierten Prozesse ergänzen und beim Ausfall einen manuellen Betrieb gewährleisten. However, the use of such a feed mixer wagon on a farm is also dependent on there, individual conditions. So it may be that reconstruction measures on the existing infrastructure are required or only sub-processes can be performed. Therefore, additional systems are required that complement the autonomous or semi-automated processes and ensure manual operation in the event of failure.
Diese zusätzlichen Systeme und Sensoren liefern wiederum Daten an die Steuerungsanlage, die dort verarbeitet und gegebenenfalls in Form revidierter, neuer Steuerbefehle an die Lenk- und Antriebseinrichtungen übertragen werden. Hierdurch entsteht ein sehr komplexes System wechselseitiger Abhängigkeiten, das einen sicheren Arbeitseinsatz erschwert. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn an der Steuerung bzw. an dem Futtermischwagen individuelle Maßnahmen vorgenommen werden um den Einsatz auf einem bestimmten landwirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen. These additional systems and sensors in turn provide data to the control system, which are processed there and optionally transmitted in the form of revised, new control commands to the steering and drive devices. This creates a very complex system of interdependencies, making it difficult to work safely. This is especially true when individual measures are taken on the controller or on the feed mixer to allow use on a particular farm.
Um den erforderlichen Sicherheitsbestimmungen zu genügen kann beispielsweise auf Grund einer kleinen Änderung eine komplette sicherheitstechnische Überprüfung aller Funktionen erforderlich werden. Werden also Änderungen am Sicherheitskonzept vorgenommen, müssen diese Änderungen wieder den sicherheitstechnischen Anforderungen, insbesondere etwaigen relevanten Normen, genügen, was ebenfalls beinhaltet, dass alle Wechselwirkungen mit bestehenden Funktionen neu bewertet werden müssen. Der gesamte Änderungsmanagementprozess muss normgerecht durchgeführt werden. To meet the required safety regulations, for example, due to a small change, a complete safety check of all functions may be required. Thus, if changes are made to the safety concept, these changes must again meet the safety requirements, in particular any relevant standards, which also means that all interactions with existing functions must be reassessed. The entire change management process must be carried out according to standards.
Aufgabe der Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile zu beseitigen und eine Arbeitsmaschine vorzuschlagen, deren Anpassung an neue Aufgabenstellungen oder individuelle Gegebenheiten am Einsatzort die Arbeitssicherheit nicht beeinträchtigt. Die Arbeitsmaschine soll in der Lage sein, unabhängig von den komplexen Autonomiefunktionen einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Arbeitsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. The object of the invention is to eliminate the disadvantages described and to propose a working machine whose adaptation to new tasks or individual circumstances at the site Occupational safety is not impaired. The work machine should be able to ensure safe operation regardless of the complex autonomous functions. This object is achieved by a work machine having the features of claim 1.
Wesentlich ist, dass die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine ein Steuerungskonzept ermöglicht, bei dem prozessbedingte Anpassungen an die Autonomiefunktionen der Arbeitsmaschine unabhängig von der Sicherheitssteuerung durchführbar sind. Anpassungen an den an der Arbeitsmaschine vorhandenen Autonomiefunktionen, beispielsweise die Implementierung verbesserter Algorithmen oder die Beseitigung von Logikfehlern, beeinflussen die Sicherheitsteuerung nicht und erfordern somit auch keine Änderung der Sicherheitssoftware. It is essential that the work machine according to the invention enables a control concept in which process-related adaptations to the autonomous functions of the work machine can be carried out independently of the safety control. Adjustments to the autonomy functions present on the work machine, for example the implementation of improved algorithms or the elimination of logic errors, do not affect the safety control and thus do not require any change in the security software.
Die selbstfahrende Arbeitsmaschine für den autonomen oder teilautonomen Arbeitseinsatz, bei des es sich insbesondere um eine selbstfahrende Landmaschine handeln kann, umfasst ein Fahrwerk mit einem Fahrantrieb und einen von dem Fahrwerk getragenen Aufbau mit Arbeitsaggregaten. Bei den Arbeitsagg reg aten kann es sich, je nachdem für welchen Verwendungszweck die Arbeitsmaschine vorgesehen ist, beispielweise um eine Baggerschaufel, eine Düngeeinrichtung, eine Futterentnahmevorrichtung oder anderes handeln. Der Fahrantrieb und auch die Arbeitsaggregate werden von einer Antriebseinrichtung angetrieben, bei der es sich vorzugweise um einen Verbrennungsmotor oder einen elektrischen Motor handelt. Die Arbeitsaggregate können auch indirekt über die Antriebseinrichtung, beispielswiese über einen Hydraulikmotor, oder über zusätzlich vorgesehene Antriebseinrichtungen, beispielsweise batteriegetriebene Elektromotoren, angetrieben sein. The self-propelled machine for autonomous or semi-autonomous work, which may be in particular a self-propelled agricultural machine, includes a chassis with a drive and a supported by the chassis structure with working units. Depending on the intended use of the work machine, the work equipment may be, for example, an excavator bucket, a fertilizer device, a feed removal device or else. The traction drive and the work units are driven by a drive device, which is preferably an internal combustion engine or an electric motor. The working units can also be driven indirectly via the drive device, for example via a hydraulic motor, or via additionally provided drive devices, for example battery-powered electric motors.
Weiterhin umfasst die Arbeitsmaschine Sicherheitseinrichtungen zur Vermeidung von Gefahrsituationen sowie eine Steuereinrichtung welche die Antriebseinrichtung bzw. die Antriebseinrichtungen und/oder den von der Antriebseinrichtung angetriebenen Fahrantrieb und die Arbeitsaggregate sowie die Sicherheitseinrichtungen steuert. Diese Sicherheitseinrichtungen werden ausschließlich von einer Sicherheitssteuerung gesteuert. Furthermore, the machine includes safety devices to avoid dangerous situations and a control device which the drive device or the drive means and / or driven by the drive device traction drive and the working units and controls the safety devices. These safety devices are controlled exclusively by a safety controller.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung wenigstens zwei separate Steuerungen umfasst wobei: According to the invention, it is provided that the control device comprises at least two separate controllers, wherein:
eine erste Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Antriebseinrichtung und/oder des von der Antriebseinrichtung angetriebenen Fahrantrieb und/oder der Arbeitsaggregate und,  a first control device for controlling the drive device and / or the traction drive driven by the drive device and / or the work aggregates and,
eine zweite Steuerungseinrichtung zur Unterbrechung der von der ersten Steuerungseinrichtung an die Antriebseinrichtung und/oder den Fahrantrieb und/oder die Arbeitsaggregate übermittelbaren Steuersignale  a second control device for interrupting the control signals which can be transmitted by the first control device to the drive device and / or the travel drive and / or the work aggregates
vorgesehen ist. Die zweite Steuerungseinrichtung bildet somit die bereits genannte Sicherheitssteuerung aus, mittels derer die Antriebseinrichtung und/oder der Fahrantrieb und/oder die Arbeitsaggregate in Gefahrsituationen schaltbar, vorzugsweise abschaltbar, sind. is provided. The second control device thus forms the already mentioned safety control, by means of which the drive device and / or the traction drive and / or the working units can be switched in dangerous situations, preferably switched off.
Das erfindungsgemäße Steuerungskonzept ermöglicht somit das Zusammenspiel von Fahrzeugsteuerung, Autonomiesteuerung, Sicherheitssteuerung sowie Sensorik und Aktorik. Anhand dieses Steuerungskonzeptes ist ein autonomer Arbeitsprozess durch die Arbeitsmaschine möglich. Bei Bedarf oder widrigen Umgebungsbedingungen kann die Arbeitsmaschine weiterhin manuell bedient werden. The control concept according to the invention thus enables the interaction of vehicle control, autonomy control, safety control and sensors and actuators. Based on this control concept, an autonomous work process is possible through the work machine. If necessary or adverse environmental conditions, the working machine can still be operated manually.
Wesentlich ist, dass die Sicherheitssteuerung etwaige von der Autonomiesteuerung an die Antriebseinrichtung und/oder Arbeitsaggregate übermittelten Steuerbefehle eigenständig unterbrechen kann. Im Autonomiemodus haben somit die von der Sicherungssteuerung ausgelösten Steuerbefehle Vorrang vor den von der Autonomiesteuerung ausgelösten Steuerbefehlen. Die vorrangigen Befehle der Sicherheitssteuerung können von den Steuerbefehlen der Autonomiesteuerung auch nicht überbrückt, umgangen oder durch widrige Wechselwirkungen von auf einem einzigen System installierten Programmen beeinflusst werden, da die zweite Steuerungseinrichtung eine Sicherheitssteuerung bildet, die nicht an die erste Steuerungseinrichtung angekoppelt ist, sondern völlig unabhängig von dieser agiert. Ein großer Vorteil der unabhängigen Sicherheitssteuerung ist, dass Änderungen an der ersten Steuerungsvorrichtung im Prinzip nach Belieben durchgeführt werden können und dürfen, ohne dass dadurch das Sicherungskonzept beeinträchtigt wird. Damit erübrigt sich auch eine zusätzliche sicherheitstechnische Überprüfung der Arbeitsmaschine, die erforderlich wäre, wenn die Steuerungseinrichtungen für die Autonomiefunktionen und diejenigen der Sicherheitssteuerung aneinander gekoppelt wären. Einer der wesentlichen Vorteile dieses Steuerungskonzeptes ist es, dass keine komplexen Autonomiefunktionen als Sicherheitsfunktionen umgesetzt werden müssen. Aufgrund ihrer Komplexität ist dies kaum möglich. Durch diese Erfindung wird ein autonomes System mit zusätzlichen, verhältnismäßig einfachen Funktionen ergänzt, die die Funktionalität der komplexen Autonomiefunktionen absichem. It is essential that the safety controller can independently interrupt any control commands transmitted by the autonomous control to the drive device and / or work units. Thus, in autonomous mode, the control commands triggered by the backup controller take precedence over the control commands triggered by the autonomous controller. Also, the priority commands of the safety controller can not be bypassed, bypassed, or influenced by adverse interactions of programs installed on a single system, because the second controller is a safety controller that is not coupled to the first controller, but completely independent acted by this. A big advantage of the independent safety control is that changes to the first control device can, and in principle, be performed at will, without affecting the safety concept. This also eliminates the need for an additional safety inspection of the work machine, which would be required if the control devices for the autonomous functions and those of the safety control were coupled to one another. One of the main advantages of this control concept is that no complex autonomous functions have to be implemented as security functions. Due to its complexity, this is hardly possible. By this invention, an autonomous system is supplemented with additional, relatively simple functions which safeguard the functionality of the complex autonomous functions.
Die Arbeitsmaschine umfasst somit eine Autonomiesteuerung sowie eine von der Autonomiesteuerung unabhängige Sicherheitssteuerung, die für einen sicheren Betrieb sorgt. Wird der Arbeitsprozess durch das unbemannte Fahrzeug ausgeführt, detektiert die Sicherheitssteuerung anhand zusätzlicher Sensorik mögliche Gefährdungen. The work machine thus includes an autonomous control as well as an autonomous control independent of the autonomy control, which ensures safe operation. If the work process is performed by the unmanned vehicle, the safety controller detects possible hazards by means of additional sensors.
In einer ersten Ausführungsform sind die Autonomiesteuerung, die Fahrzeugsteuerung und die Sicherheitssteuerung auch hinsichtlich der hierfür benötigten Hardware voneinander getrennt. Jede Steuerung hat somit ihre eigenen Prozessoren, die in separaten Gehäusen getrennt voneinander untergebracht sind. In a first embodiment, the autonomy control, the vehicle control and the safety control are also separated from one another with regard to the hardware required for this purpose. Each controller thus has its own processors, which are housed separately in separate housings.
In einer weiterentwickelten Ausführung können jedoch auch wenigstens zwei Steuerungen hardwaremäßig in einem Gehäuse zusammengefasst werden. So kann beispielsweise bei einer Sicherheitssteuerung, die einen„sicheren Bereich“ und einen „nicht sicheren Bereich“ umfasst, vorgesehen sein, dass die Sicherheitsfunktionen der vorher separaten Sicherheitssteuerung im „sicheren Bereich“ realisiert werden und der „nicht sichere Bereich“ zusätzlich mit Funktionalitäten der vorher separaten Fahrzeugsteuerung und/oder der Autonomiesteuerung belegt wird In a further developed version, however, at least two controllers can be combined in a housing in terms of hardware. For example, in the case of a safety controller comprising a "safe area" and a "non-safe area", it may be provided that the safety functions of the previously separate safety controller are implemented in the "safe area" and the "non-safe area" is additionally implemented Functionalities of the previously separate vehicle control and / or the autonomy control is occupied
Unter einem "sicheren Bereich" wird in diesem Fall derjenige Bereich der Steuerung verstanden, der den normativen Anforderungen an die zu realisierende Betriebssicherheit entspricht. Dieser "sichere Bereich", kann, soweit beispielsweise aus gesetzlichen Gründen vorgeschrieben, in seiner installierten Form zertifiziert sein. Dahingegen wird unter dem "nicht sicheren Bereich" derjenige Bereich der Steuerung verstanden, der individuelle Anpassungen zulässt und bei dem sichergestellt ist, dass etwaige durchgeführte Anpassungen keine Auswirkungen auf den "sicheren Bereich" haben. Bei Trennung von nichtsicheren und sicheren Bereichen einer Sicherheitsteuerung können somit nicht-sicherheitskritische Funktionen in einem abgetrennten Bereich neben sicherheitskritischen Funktionen realisiert werden. Dabei entspricht der sichere Bereich der Steuerungen dennoch den normativen Anforderungen des Sicherheitskonzeptes. In this case, a "safe area" is understood as that area of the control which corresponds to the normative requirements for the operational reliability to be realized. This "safe area" may be certified in its installed form, as required by law, for example. On the other hand, the term "non-safe area" refers to that area of the control which allows for individual adjustments and ensures that any adjustments made have no effect on the "safe area". When separating non-secure and secure areas of a security control thus non-safety-critical functions can be realized in a separate area in addition to safety-critical functions. Nevertheless, the safe area of the controls still complies with the normative requirements of the safety concept.
Auch bei Einsatz leistungsstarker Sicherheitssteuerungen mit nichtsicheren und sicheren Bereichen und somit der oben bereits beschriebenen Realisierung mit nur einer Steuerung, bleibt die erfindungsgemäß vorgesehene Trennung in eine erste und eine zweite Steuerungseinrichtung erhalten, wobei die zweite Steuerungseinrichtung wie weiter oben beschrieben eine Sicherheitssteuerung ausbildet. Even with the use of powerful safety controls with non-secure and safe areas and thus the above-described implementation with only one controller, the inventively provided separation into a first and a second control device is maintained, the second control device as described above forms a safety control.
Durch das zuvor beschriebe Steuerungskonzept wird die manuelle Arbeitsmaschine nur um Funktionalitäten der Fahrzeugsteuerung und Elektronik erweitert. Besonders vorteilhaft ist, dass ein solches System sich relativ einfach an etwaige für die jeweiligen Maschinen relevanten Normen in Einklang bringen lässt. So betrifft die internationale Norm ISO 25119 mit dem Titel„Tractors and machinery for agriculture - Safety related parts of control Systems“ beispielsweise die für Landmaschinen erforderlichen Sicherheitsanforderungen. Der dort vorgeschriebene Sicherheitszyklus wird somit durch erfindungsgemäße Sicherheitskonzept erfüllt.  Due to the previously described control concept, the manual working machine is only extended by functionalities of vehicle control and electronics. It is particularly advantageous that such a system can be relatively easily reconciled with any relevant for the respective machines standards. For example, the international standard ISO 25119 entitled "Tractors and machinery for agriculture - Safety related parts of control systems" refers to the safety requirements for agricultural machinery. The prescribed there safety cycle is thus fulfilled by security concept according to the invention.
Jede Iterationsstufe des vorgegebenen Iterationsverfahrens zur Auslegung sicherheitsbezogener Teile von Steuerungen berücksichtigt und erfüllt darüber hinaus die Anforderungen der Sozialversicherung für Landwirtschaft, Forsten und Gartenbau [SVLFG - LSV-lnformationen T08 Auswahl und Betrieb von automatischen Fütterungssystemen (AFS) 02/2017] Each iteration stage of the given iteration method for designing safety related parts of controllers takes into account and complies with it In addition, the social security requirements for agriculture, forestry and horticulture [SVLFG - LSV Information T08 Selection and Operation of Automatic Feeding Systems (AFS) 02/2017]
Im Rahmen einer Risikoanalyse im Entwicklungsprozess wird der gesamte autonome Betrieb bewertet. Soweit es sich bei der Arbeitsmaschine um eine Landmaschine handelt, gilt die Annahme, dass der autonome Betrieb lediglich auf einem landwirtschaftlichen Betrieb, einem halböffentlichen Raum, ausgeführt werden darf. As part of a risk analysis in the development process, the entire autonomous operation is assessed. Insofar as the working machine is an agricultural machine, the assumption is that autonomous operation may only be carried out on a farm, a semi-public space.
Das erfindungsgemäße Sicherheitskonzept unterteilt einen Aktionsraum somit in zwei Bereiche. Für die beispielhafte Anwendung an einem selbstfahrenden Futtermischwagen und damit einer Anwendung auf einem landwirtschaftlichen Betrieb bilden alle Futteraufnahmestellen einen personenfreien Raum. Innerhalb dieses Bereiches ist ein Verfahren des Fräsarmes sowie Bewegungen vom Fräswalzenschutz und der Fräse (zusammen„Arbeitshydraulik“) erlaubt. Dieser Bereich wird von berührungsloser stationärer Sensorik sowie einer stationären Sicherheitssteuerung abgesichert. Vorzugsweise ist die berührungslose Sensorik mit einer trennenden Absicherung, wie beispielsweise einem den Arbeitsbereich umgebenden Zaun oder einem Tor kombiniert, so dass das Sicherheitsniveau zusätzlich erhöht wird und mögliche Ausfallzeiten und Störungen reduziert werden. The security concept according to the invention thus divides an action space into two areas. For the exemplary application to a self-propelled feed mixer wagon and thus an application on a farm, all feed intake points form a person-free space. Within this range a procedure of the milling arm as well as movements of the milling drum guard and the milling machine (together "working hydraulics") is allowed. This area is protected by non-contact stationary sensors and a stationary safety controller. Preferably, the non-contact sensor is combined with a separating protection, such as a fence surrounding the work area or a gate, so that the security level is further increased and possible downtime and interference can be reduced.
Die Grundlage für die Positionierung und das Zusammenspiel der stationären Sensorik liefern bestehende Normen aus der Industrie, die auf die Umgebungsbedingungen angepasst wurden. Über eine drahtlose CAN-Bus Verbindung kann die stationäre Sicherheitssteuerung mit der mobilen Sicherheitssteuerung auf dem Futtermischwagen kommunizieren. Außerhalb dieses Bereiches müssen sich die Komponenten des Futtermischwagens auf einer definierten Position befinden. Ein Verfahren der Arbeitshydraulik ist dort nicht erlaubt. Die Sicherheitssteuerung öffnet entsprechende Relais und kann dadurch sicherstellen, dass diese Bewegungen nicht mehr möglich sind. The basis for the positioning and interaction of the stationary sensors is provided by existing standards from the industry, which have been adapted to the ambient conditions. The stationary safety controller can communicate with the mobile safety controller on the feed mixer via a wireless CAN bus connection. Outside this range, the components of the feed mixer wagon must be in a defined position. A method of working hydraulics is not allowed there. The safety controller opens appropriate relays and can thus ensure that these movements are no longer possible.
Zur Vermeidung eines Über-/Anfahrens sowie Quetschungen von Personen werden taktile Sicherheitssensoren nach den Anforderungen der Sozialversicherung für Landwirtschaft, Forsten und Gartenbau eingesetzt. Solche taktilen Sicherheitssensoren werden auch als Schaltleisten oder Bumper bezeichnet. Beim Auslösen der Bumper ist ein automatischer Wiederanlauf nach vorgegebenen Regeln der Sozialversicherung erlaubt. To prevent overrun / start-up and crushing of persons tactile safety sensors are designed according to the requirements of Social insurance used for agriculture, forestry and horticulture. Such tactile safety sensors are also referred to as safety edges or bumpers. When the bumpers are triggered, an automatic restart is possible according to the rules of social insurance.
Alternativ zu der genannten Bumperlösung kann auch eine Kombination aus Bumpern, beziehungsweise Schaltleisten mit berührungslosen Sicherheitssensoren, für den Außen bereich oder ein System auf Basis reiner berührungsloser Sensorik für den Außenbereich eigesetzt werden. Die berührungslosen Sicherheitssensoren ermöglichen das Erkennen einer Kollisionsgefahr vor Kontaktierung bzw. Kollision. As an alternative to the bumper solution mentioned, a combination of bumpers or contact strips with non-contact safety sensors for outdoor use or a system based on pure non-contact sensor technology for outdoor use can also be used. The non-contact safety sensors enable the detection of a collision hazard prior to contacting or collision.
Zum anderen kann vorgesehen sein, dass die berührungslosen Sensoren auch eigenständig, das heißt, ohne Einbeziehung der taktilen Sensoren, die erforderlichen Sicherheitsanforderungen erfüllen. Die Kombination aus Schaltleiste und berührungsloser Sensorik hat hierdurch den wesentlichen Vorteil, dass ein Ausfall von berührungsloser Sensorik oder taktiler Sensorik nicht zu einer Arbeitsunterbrechung bzw. Störung führt, da das jeweils andere, noch funktionsfähige, System den Sicherheitsanforderungen auch alleine genügt. Hierdurch können beispielsweise kurzzeitige, umgebungsbedingte Ausfälle der berührungslosen Sensorik, beispielsweise bei nicht ausreichenden Sichtverhältnissen, überbrückt werden. Die Arbeitsmaschine kann in einem solchen Fall mit reduzierter, der Reaktionszeit der Schaltleiste angepasster, Geschwindigkeit gefahren werden. On the other hand, it can be provided that the non-contact sensors also independently, that is, without the inclusion of tactile sensors, meet the required safety requirements. The combination of safety edge and non-contact sensor has the significant advantage that a failure of non-contact sensor or tactile sensor does not lead to a work interruption or disruption, since the other, still functional, system meets the safety requirements alone. As a result, for example, short-term, environmental failures of non-contact sensors, for example, in insufficient visibility, be bridged. The machine can be driven in such a case with reduced, the reaction time of the safety edge adapted speed.
Ein weiterer Vorteil einer Kombination aus berührungslosen und taktilen Sensoren liegt darin, detektierte die von einem System Hindernisse vom anderen System verifizierbar sind. Hierdurch können mögliche „Fehldetektionen“ als solche erkannt und mit geeigneten Maßnahmen übersteuert werden. Another advantage of a combination of non-contact and tactile sensors is that they can be verified by one system to obstruct the other system. As a result, possible "misdetections" can be recognized as such and overridden with appropriate measures.
Ein Beispiel hierfür sind in einem Stall vorhandene Restfuttermengen, die von den berührungslosen Sensoren als Hindernisse erkannt werden. Optisch stellen diese Restfuttermengen zwar ein Hindernis dar, im praktischen Arbeitseinsatz erfordern solche überfahrbaren Restfuttermengen nicht, dass die Arbeitsmaschine vor diesen Hindernissen anhält oder die Hindernisse umfahren werden. Bei einer Kombination aus berührungslosen und taktilen Sensoren kann ein Steuerbefehl vorgesehen sein, der bei Detektion eines Hindernisses lediglich die Geschwindigkeit des Fahrzeuges verringert. Trifft bei der Weiterfahrt die Schalteiste auf das Hindernis, wird das Fahrzeug nur dann gestoppt, wenn durch das von der Schalteiste kontaktierte Hindernis die Ansprechschwelle zum Stoppen der Maschine überschritten wird. Wird diese Ansprechschwelle, die vorzugsweise einstellbar ist, nicht überschritten, überfährt die Arbeitsmaschine das Hindernis. Somit könnte das Fahrzeug auch bei Restfutter im Stall mit reduzierter Geschwindigkeit fahren. An example of this is the amount of residual fodder remaining in a stable, which is recognized by the non-contact sensors as obstacles. Although these residual amounts of feed are an obstacle visually, in practice, such overrunning remaining feed quantities do not require that the working machine stop in front of these obstacles or bypass the obstacles become. In a combination of non-contact and tactile sensors, a control command may be provided, which only reduces the speed of the vehicle upon detection of an obstacle. If the switch list hits the obstacle as the drive continues, the vehicle is stopped only when the threshold for stopping the machine is exceeded by the obstacle contacted by the switch list. If this threshold, which is preferably adjustable, not exceeded, the machine runs over the obstacle. Thus, the vehicle could also drive with residual feed in the stable at a reduced speed.
Mit Ausnahme der Bumper führt jede Sicherheitsfunktion zu einem dauerhaften Stillstand des Futtermischwagens. Der Landwirt muss aus Sicherheitsgründen direkt am Fahrzeug das System wieder freigeben. Anhand von Pfosten oder Anhand eines Zaunes werden die Grenzen des Arbeitsraumes definiert. Alternativ oder ergänzend zu den genannten Pfosten beziehungsweise Zäunen ist eine Begrenzung des Arbeitsraums auch auf andere Arten möglich, beispielsweise mittels im Boden verlegter Induktionsschleifen. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass eine Begrenzung vorgesehen ist und nicht die Art und Weise, wie diese Begrenzung realisiert ist. With the exception of bumpers, any safety function will permanently shut down the feed mixer wagon. For safety reasons, the farmer must release the system directly on the vehicle. On the basis of posts or by means of a fence, the boundaries of the working space are defined. Alternatively or in addition to the said posts or fences, a limitation of the working space is also possible in other ways, for example by means of induction loops laid in the ground. It is essential in this context that a limitation is provided and not the way in which this limitation is realized.
Der Landwirt wird darauf hingewiesen, den Arbeitsraum freizuhalten. Dies beinhaltet ebenfalls saubere sowie eis- und schneefreie Fahrwege. Alternativ zu den genannten Bumpern sind aus technischer Sicht auch berührungslose Schutzsensoren ersetzbar. The farmer is advised to keep the working space free. This also includes clean as well as ice and snow free driveways. As an alternative to the bumpers mentioned, contactless protection sensors can also be replaced from a technical point of view.
Das erfindungsgemäße System ist nicht nur für selbstfahrende Futtermischwagen anwendbar, sondern auch für andere selbstfahrende Landmaschinen wie selbstfahrende Düngemaschinen, Erntemaschinen oder Traktoren. Darüber hinaus ist das System mit, in Abhängigkeit von der jeweiligen Maschine gegebenenfalls erforderlichen, Anpassungsmaßnahmen auch an anderen Arbeitsmaschinen, wie Straßenbaumaschinen oder Transport- und Logistikmaschinen einsetzbar. The system according to the invention is applicable not only for self-propelled feeder mixers, but also for other self-propelled agricultural machines such as self-propelled fertilizers, harvesters or tractors. In addition, the system with, depending on the particular machine, if necessary, necessary adaptation measures on other machines, such as road construction machinery or transport and logistics machines used.
In einer vorteilhaften Ausführung umfasst die erste Steuerungseinrichtung zwei separate Steuerungen, wobei als erste separate Steuerung eine Autonomie- Steuerung zur Bereitstellung von Steuersignalen in einem autonomen Fährbetrieb vorgesehen ist und als zweite separate Steuerung Fahrzeugsteuerung zur Verarbeitung der von der Autonom ie-Steueru ng bereitgestellten Steuersignale vorgesehen ist. In an advantageous embodiment, the first control device comprises two separate controllers, wherein the first separate controller is an autonomous controller. Control is provided for the provision of control signals in an autonomous ferry operation and is provided as a second separate control vehicle control for processing the control signals provided by the autonomy control.
Die Aufteilung der ersten Steuerung in eine vorzugsweise auch körperlich getrennte Autonomiesteuerung und eine Fahrzeugsteuerung reduziert die Komplexität des Gesamtsystems und die Fehlerwahrscheinlichkeit noch weiter. Darüber hinaus eröffnet eine solche Trennung die Möglichkeit, die Autonomiesteuerung bedarfsweise völlig abzuschalten und die Arbeitsmaschine im rein manuellen Betrieb zu betreiben. Die abgestellte Autonomiesteuerung kann systembedingt keinen Einfluss auf irgendwelche Antriebssysteme oder Arbeitsaggregate nehmen. Ein ungewolltes, beispielsweise durch einen internen Programmfehler verursachtes Ingangsetzen oder Verändern von manuellen Steuerbefehlen kann somit ausgeschlossen werden. The division of the first control into a preferably physically separated autonomous control and a vehicle control further reduces the complexity of the overall system and the error probability. In addition, such a separation opens up the possibility of completely switching off the autonomy control if necessary and of operating the work machine in purely manual mode. The parked autonomy control system can have no influence on any drive systems or work units. An unwanted, for example caused by an internal program error starting or changing manual control commands can thus be excluded.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der ersten Steuerungseinrichtung und der Antriebseinrichtung und/oder dem Fahrantrieb und/oder den Arbeitsaggregaten jeweils eine Schalteinrichtung, vorzugsweise ein Sicherheitsrelais, vorgesehen ist, mittels dessen die Antriebseinrichtung und/oder der Fahrantrieb und/oder die Arbeitsaggregate schaltbar, vorzugsweise abschaltbar, sind. Die Sicherheitssteuerung nimmt damit durch die Abschalteinrichtung direkten Einfluss auf die Antriebe. Hierdurch wird eine sehr kurze Befehlskette zwischen einem Sicherheitssensor und einem Antrieb realisiert. Einzige Zwischenstelle zwischen Sensor und Antrieb ist die Sicherheitssteuerung, die das vom Sensor empfangene Signal verarbeitet und einen hieraus resultierenden Steuerbefehl unmittelbar an einen oder ggf. auch mehrere Antriebe übermittelt. In a further advantageous embodiment, a switching device, preferably a safety relay, is provided between the first control device and the drive device and / or the traction drive and / or the working units, by means of which the drive device and / or the traction drive and / or the working units are switchable, preferably switched off, are. The safety controller thus has a direct influence on the drives due to the shutdown device. As a result, a very short chain of command between a safety sensor and a drive is realized. The only intermediate point between the sensor and the drive is the safety controller, which processes the signal received by the sensor and transmits a control command resulting from this directly to one or possibly several drives.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Schalteinrichtung ein oder ggf. auch mehrere Sicherheitsrelais zwischen der Fahrzeugsteuerung und den Antriebseinrichtungen die, auch als Fahrzeugaktorik bezeichnet werden können, vorgesehen sind. Eine solche Schalteinrichtung beziehungsweise ein solches Sicherheitsrelais kann auch zwischen der Sicherheitssteuerung und der Feststellbremse vorgesehen sein. Die Sicherheitssteuerung ermöglicht es somit, vordefinierte Antriebe, oder die Arbeitsmaschine insgesamt, ohne zusätzliche Aktorik bei einer gefahrenbringenden Situation zu stoppen und das Fahrzeug in einen sicheren Zustand zu überführen. It is particularly advantageous if one or possibly also a plurality of safety relays between the vehicle control system and the drive devices, which can also be referred to as vehicle actuators, are provided as the switching device. Such a switching device or such a safety relay can also be provided between the safety control and the parking brake. The safety control thus makes it possible predefined drives, or the machine as a whole, without stopping additional Aktorik in a dangerous situation and to bring the vehicle in a safe state.
Ergänzend kann eine drahtlose CAN-Bus Verbindung vorgesehen sein, um eine Kommunikation mit einer stationären Steuerungen zu ermöglichen. Eine solche stationäre Steuerung kann beispielsweise dann, wenn es sich bei der selbstfahrenden Arbeitsmaschine um einen autonomen Futtermischwagen handelt, in einem Büro eines landwirtschaftlichen Betriebes untergebracht sein und von dort aus mit der mobilen Sicherheitssteuerung kommunizieren. In addition, a wireless CAN bus connection may be provided to enable communication with a stationary controller. Such a stationary control, for example, when it is in the self-propelled work machine is an autonomous feed mixer, be housed in an office of a farm and communicate from there with the mobile safety controller.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind separate Sensoren zur Erkennung sicherheitsrelevanter Gefahrsituationen vorgesehen. Diese Sensoren erfassen sicherheitsrelevante Daten und übertragen diese direkt und unmittelbar an die zweite Steuerungseinrichtung, wo sie zur Steuerung der Schalteinrichtungen einsetzbar sind. Die separaten Sensoren bilden somit ein weiteres Modul zur Entkopplung der Sicherheitssteuerung von den für die Arbeitsprozesse erforderlichen Antrieben und Aktoren. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass bei Ausfall eines Sensors, der zur Aufnahme sicherheitsrelevanter Daten vorgesehen ist, eine Not-Halt-Schaltung betätigt wird, so dass das Fahrzeug nur mit funktionierenden Sicherheitssensoren im autonomen Modus betrieben werden kann. In a further advantageous embodiment, separate sensors for detecting safety-relevant hazardous situations are provided. These sensors detect safety-relevant data and transmit it directly and directly to the second control device, where they can be used to control the switching devices. The separate sensors thus form another module for decoupling the safety control of the required for the work processes drives and actuators. In addition, it can be provided that in case of failure of a sensor which is provided for receiving safety-relevant data, an emergency stop circuit is actuated, so that the vehicle can only be operated with functioning safety sensors in autonomous mode.
Für die erste Steuerung, die entweder eine kombinierte Autonomie- und Fahrzeugsteuerung ist oder durch zwei separate Steuerungen, nämlich die Autonomiesteuerung und die Fahrzeugsteuerung gebildet wird, ist vorzugsweise ein handelsüblicher Industrie-PC oder eine mobiltaugliche Steuerung vorgesehen. Solche Industrie-PC sind relativ kostengünstig. Da die Sicherheitssteuerung nicht von diesem Industrie-PC gebildet wird, ist es auch unerheblich, ob der Industrie-PC im Störungs- oder Schadensfall den für einen autonomen Fährbetrieb relevanten Sicherheits-Anforderungen genügt. For the first control, which is either a combined autonomy and vehicle control or is formed by two separate controls, namely the autonomy control and the vehicle control, a commercially available industrial PC or a mobile control is preferably provided. Such industrial PCs are relatively inexpensive. Since the safety control is not formed by this industrial PC, it is irrelevant whether the industrial PC in case of failure or damage meets the relevant safety requirements for an autonomous ferry operation.
In Bezug auf die Sicherheitssteuerung kann vorgesehen sein, dass bei ihrem Ausfall die Schalteinrichtungen die Antriebseinrichtung und/oder den Fahrantrieb und/oder die Arbeitsaggregate abschalten. Die Arbeitsmaschine kann somit nur dann im Autonomiemodus betrieben werden, wenn die Sicherheitsteuerung funktionsfähig ist. With regard to the safety control, it can be provided that, in the event of their failure, the switching devices switch off the drive device and / or the travel drive and / or the work aggregates. The work machine can thus only then operate in autonomous mode when the safety controller is operational.
In einer bevorzugten Ausführung ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, mittels derer die Autonomie-Steuerung aktivierbar ist, so dass die Arbeitsmaschine wahlweise in einem manuellen Fahrmodus oder in einem teilautonomen oder in einem autonomen Fahrmodus betreibbar ist. Unter einem Fahrmodus wird sowohl ein Modus verstanden, in dem In a preferred embodiment, a switching device is provided, by means of which the autonomy control can be activated, so that the working machine can be operated either in a manual driving mode or in a partially autonomous or in an autonomous driving mode. A driving mode is understood to mean both a mode in which
die Arbeitsmaschine von einem Ort A zu einem anderen Ort B fährt und ausschließlich der Fahrantrieb aktiviert ist;  the work machine moves from one location A to another location B and only the traction drive is activated;
die Arbeitsmaschine ortsfest steht und bei stehender Arbeitsmaschine Arbeitsfunktionen, wie beispielsweise die Entnahme von Futter aus einem Vorratslager, ausgeführt werden;  the working machine is stationary and working functions are performed when the machine is stationary, such as the removal of feed from a storage warehouse;
Die Arbeitsmaschine während der Fahrt Arbeitsfunktionen, beispielsweise das Mischen oder Ausbringen von Futter, durchführt.  The work machine while driving performs work functions, such as mixing or spreading feed.
Die Arbeitsmaschine ist somit für alle drei genannten Betriebsmodi (manuell, teilautonom, autonom) geeignet und kann von einer Bedienperson wahlweise, beziehungsweise situationsbedingt, mittels der Schalteinrichtung in einen der genannten Modi versetzt werden. Um den gleichzeitigen Betrieb unterschiedlicher Fahr- beziehungsweise Betriebsmodi auszuschließen kann vorgesehen sein, dass für mehrere unterschiedliche Modi mehrere Schlösser vorgesehen sind, die mit nur einem einzigen Schlüssel aktivierbar sind. Wenn vom Betriebsmodus "manuell" in den Betriebsmodus "teilautonom" gewechselt werden soll, muss dieser durch den einen Schlüssel betätigt werden. The work machine is thus suitable for all three operating modes mentioned (manual, semi-autonomous, autonomous) and can be optionally offset by an operator or, depending on the situation, by means of the switching device in one of said modes. To exclude the simultaneous operation of different driving or operating modes can be provided that several locks are provided for several different modes that can be activated with only a single key. If you want to switch from the "manual" operating mode to the "partially autonomous" operating mode, this must be actuated by the one key.
Alternativ zu einem Schlüssel kann auch ein gemeinsamer Schalter für alle Modi, beispielsweise ein Drehschalter mit je einer Raststellung für jeweils einen Betriebsmodus, vorgesehen sein. As an alternative to a key, it is also possible to provide a common switch for all modes, for example a rotary switch with one detent position for each operating mode.
Allerdings können mit der Lösung "mehrere Schlösser, die mit einem einzigen Schlüssel schließbar sind" gegenüber der Lösung "Drehschalter" zusätzliche sicherheitstechnische Vorteile realisiert werden. So können die Schlösser so positioniert sein, dass das Schloss zur Aktivierung des autonomen Modus ausschließlich von außen betätigt werden kann. Somit kann ein„Mitfahren“ in der Fahrerkabine verhindert werden. Analog dazu kann vorgesehen sein, dass das zweite Schloss für den manuellen Betrieb in der Fahrerkabine angeordnet ist. Da nur ein Schlüssel vorgesehen ist, kann ein unabsichtlicher Start des autonomen Modus während des manuellen Modus somit ausgeschlossen werden. However, the solution "multiple locks that can be closed with a single key" compared to the solution "rotary switch" additional safety advantages can be realized. Thus, the locks can be positioned so that the lock for activating the autonomous mode can only be operated from the outside. Thus, a "ride" in the Driver's cab be prevented. Analogously, it can be provided that the second lock is arranged for manual operation in the driver's cab. Since only one key is provided, an unintentional start of the autonomous mode during the manual mode can thus be excluded.
Durch die Umschaltung in den manuellen Betrieb wird die Verbindung zwischen der Autonomiesteuerung und der Fahrzeugsteuerung getrennt, die Ausgänge der Sicherheitssteuerung spannungslos geschaltet und die Relais dauerhaft geschlossen. Somit bleibt für den Landwirt die Funktionalität des manuellen Futtermischwagens uneingeschränkt verfügbar. By switching to manual operation, the connection between the autonomy control and the vehicle control system is disconnected, the outputs of the safety controller are de-energized and the relays are permanently closed. Thus, the functionality of the manual feed mixer remains unrestrictedly available to the farmer.
Für die Umschaltung in einen teilautonomen Fahrmodus kann vorgesehen sein, dass in diesem Fahrmodus vordefinierte Sicherheitssensoren aktiviert sind und die Sicherheitssteuerung auf Basis der von den vordefinierten Sicherheitssensoren übermittelten Daten nicht alle, sondern nur bestimmte Antriebe beeinflusst. For switching to a semi-autonomous driving mode can be provided that in this driving mode predefined safety sensors are activated and the safety control based on the data transmitted by the predefined safety sensors not all, but only certain drives affected.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen, werden nachstehend mit der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Further measures improving the invention will be described in more detail below with the description of preferred embodiments of the invention with reference to the figures.
Die Figuren zeigen: The figures show:
Fig. 1 eine selbstfahrende Arbeitsmaschine am Beispiel eines selbstfahrenden Futtermischwagens.  Fig. 1 is a self-propelled machine on the example of a self-propelled feed mixer wagon.
Fig. 2 ein Steuerungskonzept für eine selbstfahrende Arbeitsmaschine, ebenfalls am Beispiel eines selbstfahrenden Futtermischwagens.  Fig. 2 is a control concept for a self-propelled machine, also using the example of a self-propelled feed mixer wagon.
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht näher beschriebenen Kombinationen zusammengeführt werden können. Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung, soweit dies technisch sinnvoll ist, beliebig miteinander kombiniert sein können. Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele haben somit nur beschreibenden Charakter und sind nicht dazu gedacht, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. The same or similar elements may be provided in the following figures with the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations not described here in detail. The invention expressly extends to such embodiments, which are not by feature combinations of explicit back references of the claims are given, whereby the disclosed features of the invention, as far as is technically feasible, can be combined with each other. The exemplary embodiments illustrated in the figures therefore have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way.
Fig. 1 zeigt eine selbstfahrende Arbeitsmaschine 10 am Beispiel eines selbstfahrenden Futtermischwagens. Der Futtermischwagen umfasst ein Fahrwerk 11 welches einen Aufbau 13 trägt. Der Aufbau 13 umfasst im Wesentlichen eine Kabine 2, eine Antriebseinrichtung 15, bei der es sich um einen Verbrennungsmotor handelt, sowie mehrere Arbeitsaggregate 14. Bei den Arbeitsaggregaten 14 handelt es sich im Wesentlichen um eine Entnahmevorrichtung 16, eine Mischvorrichtung 18 und eine Ausbringvorrichtung 17. Die Entnahmevorrichtung 16 dient zur Entnahme von Futtermitteln aus Vorratslagern (nicht dargestellt). Bei der Mischvorrichtung 18 handelt es sich um einen Mischbehälter 33, in dem zwei rotierende Vertikalschnecken eingefüllte Futtermittel vermischen. Die Befüllung des Mischbehälters 33 erfolgt, indem das zu ladende Futter zunächst von der Entnahmevorrichtung 16, bei der es sich im Ausführungsbeispiel um eine Fräse handelt, aus dem Vorratslager gelöst wird. Die Entnahmevorrichtung 16 leitet das Futter zum Förderarm 27, in dem ein umlaufendes Förderband angebracht ist, welches das Futter in den Mischbehälter 33 fördert. Fig. 1 shows a self-propelled working machine 10 using the example of a self-propelled feed mixer wagon. The feed mixer comprises a chassis 11 which carries a body 13. The structure 13 essentially comprises a car 2, a drive device 15, which is an internal combustion engine, and a plurality of working units 14. The working units 14 are essentially a removal device 16, a mixing device 18 and an application device 17. The removal device 16 is used for removal of feed from storage warehouses (not shown). The mixing device 18 is a mixing container 33 in which two rotating vertical screws mix feed stuffed. The filling of the mixing container 33 takes place in that the feed to be loaded is first released from the supply store by the removal device 16, which in the exemplary embodiment is a milling cutter. The removal device 16 directs the feed to the conveying arm 27, in which a circulating conveyor belt is mounted, which promotes the feed into the mixing container 33.
Der Mischbehälter 33 weist im in Fahrtrichtung F gesehen vorderen Bereich der Wandung eine mit einer Klappe verschließbare Öffnung auf, durch welche nach Abschluss des Mischvorgangs das Futter der Ausbringvorrichtung 17 zugeführt werden kann. Bei der Ausbringvorrichtung 17 handelt es sich um ein umlaufendes Querband, welches das auszubringende Futter zur in Fahrtrichtung F gesehen linken oder rechten Seite fördert. Der vorwärts fahrende Futtermischwagen legt das auszubringende Futter somit in einem zur Fütterung vorgesehen Bereich schwadförmig und seitlich neben dem Futtermischwagen ab. The mixing container 33 has in the direction of travel F front region of the wall on a closable with a flap opening, through which after completion of the mixing process, the feed of the dispensing device 17 can be supplied. In the dispensing device 17 is a circumferential cross-belt, which promotes the auszubringende feed to the left or right side seen in the direction of travel F. The advancing feed mixer wagon therefore places the feed to be applied in a swath-shaped area in the area provided for feeding and laterally next to the feed mixing wagon.
Die Steuerung des Futtermischwagens umfasst eine erste Steuerungseinrichtung 20 sowie ein zweite Steuerungseinrichtung 30, die auch als Sicherheitssteuerung bezeichnet werden kann. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst die erste Steuerungseinrichtung 20 eine Autonomie-Steuerung 21 und eine Fahrzeugsteuerung 22. Das Zusammenspiel der Steuerungseinrichtungen ist in Figur 2 dargestellt. The control of the feed mixer comprises a first control device 20 and a second control device 30, which may also be referred to as a safety controller. In the described embodiment, the first control device 20 an autonomy controller 21 and a vehicle controller 22. The interaction of the control devices is shown in Figure 2.
Fig. 2 zeigt ein Steuerungskonzept, bei dem die Autonomiesteuerung 21 und die Fahrzeugsteuerung 22 über einen Can-Verbindung 29 miteinander verbunden sind und gemeinsam die erste Steuerung 20 ausbilden. Die erste Steuerung 20 ist zum einen mit einem Schalter 26 verbunden, der an einem Bedienpult angebracht ist. Über den Schalter 26 lassen sich drei Betriebsmodi aktivieren. Bei diesen Betriebsmodi handelt es sich um einen vollautonomen Fahrmodus, einen teilautonomen Fahrmodus und einen manuellen Fahrmodus. Im vollautonomen Fahrmodus ist ein Betrieb des Futtermischwagens ohne Bedienperson möglich. Alle Funktionen werden in diesem Fall über die Autonomiesteuerung 21 gesteuert. Die Autonomiesteuerung 21 liefert somit Steuerungssignale die über die Can-Verbindung 29 an die Fahrzeugsteuerung 22 übertragen und von dort an die Arbeitsaggregate 14 weitergeleitet werden. FIG. 2 shows a control concept in which the autonomous control 21 and the vehicle control 22 are connected to one another via a Can connection 29 and jointly form the first control 20. The first controller 20 is connected on the one hand to a switch 26 which is mounted on a control panel. Via the switch 26, three operating modes can be activated. These modes of operation are a fully autonomous drive mode, a semi-autonomous drive mode, and a manual drive mode. In the fully autonomous driving mode, operation of the feed mixer wagon without operator is possible. All functions are controlled in this case via the autonomy controller 21. The autonomy controller 21 thus supplies control signals which are transmitted via the Can connection 29 to the vehicle control unit 22 and from there to the working units 14.
Im teilautonomen Fahrmodus bildet die Steuerung ein Assistenzsystem für die Bedien person. Solche Assistenzsysteme können verschieden Aufgaben übernehmen und dabei einerseits die Bedienperson entlasten und andererseits die Erledigung der Aufgaben optimieren. So kann beispielsweise ein Assistenzsystem für die Entnahme von Futter aus dem Vorrastlager vorgesehen sein, mittels dessen die Parameter Fräsdrehzahl und Absenkgeschwindigkeit des Förderarms 27 während des Entnahmeprozesses aufeinander abgestimmt werden. In ähnlicher Form kann auch ein Assistenzsystem für die Futterausbringung vorgesehen sein, welches die Ausbringmenge an die zurückgelegte Wegstrecke anpasst und so für eine gleichmäßige Futtervorlage sorgt. In semi-autonomous driving mode, the control system forms an assistance system for the operator. Such assistance systems can take on different tasks and on the one hand relieve the operator and on the other hand optimize the completion of the tasks. Thus, for example, an assistance system for the removal of feed from the Vorrastlager be provided, by means of which the parameters Fräsdrehzahl and lowering speed of the conveying arm 27 are matched to each other during the removal process. In a similar form, an assistance system for the feed application can be provided, which adjusts the application rate to the distance covered and thus ensures a uniform feed pattern.
Im manuellen Betriebsmodus lassen sich alle Bedienfunktionen in herkömmlicher und aus dem Stand der Technik bekannter Weise von der Bedienperson ausführen. In manual mode, all operating functions can be performed by the operator in a conventional manner known in the art.
Am Futtermischwagen sind Fahrzeugsensoren 35 angebracht, deren Anbringung und Funktionsweise grundsätzlich schon von als Stand der Technik bekannten Futtermischwagen bekannt ist. Beispiele für solche Fahrzeugsensoren sind Drucksensoren um die Drücke im hydraulischen System aufzunehmen, Positionssensoren um z.B. die Austrageöffnungen (Dosierschieber) zu ermitteln, Winkelsensoren zur Erfassung der Radeinschlagwinkel usw. At the feed mixer vehicle sensors 35 are mounted, their attachment and operation basically already known as the prior art Feed mixer is known. Examples of such vehicle sensors are pressure sensors to record the pressures in the hydraulic system, position sensors to determine, for example, the discharge openings (metering slide), angle sensors for detecting the Radeinschlagwinkel etc.
Die Fahrzeugsensoren 35 erfassen Daten und übertragen diese Daten an die Fahrzeugsteuerung 22. Die so übertragenen Daten werden im autonomen oder teilautonomen Modus an die Autonomiesteuerung 22 übertragen bilden dort die Basis für die Ermittlung der Steuersignale, die dann wieder von der Autonomiesteuerung an die Fa h rzeug steuern ng übertragen werden. The vehicle sensors 35 acquire data and transmit this data to the vehicle controller 22. The data thus transmitted are transmitted in autonomous or semi-autonomous mode to the autonomous controller 22, where they form the basis for the determination of the control signals, which are then returned to the factory from the autonomous controller control ng be transferred.
Die bereits genannte zweite Steuerung 30 ist am Futtermischwagen angebracht und kann auch als mobile Sicherheitssteuerung bezeichnet werden. Sie ist unabhängig von der ersten Steuerung 20. Es kann aber vorgesehen sein, dass die mobile Sicherheitssteuerung 30 über Bus-Verbindung, beispielsweise eine Ethernet-Verbindung 31 mit der Fahrzeugsteuerung 20 verbunden ist. Bei der Ethernet-Verbindung 31 handelt es sich um eine einseitige Verbindung, die nur zu Informationszwecken für eine Benutzerschnittstelle verwendet wird. Führt die Sicherheitssteuerung 30 eine Sicherheitsfunktion aus, teilt Sie dies über die Ethernet-Schnittstelle der Benutzerschnittstelle (Fahrzeugsteuerung) mit, damit diese dann eine Mitteilung an eine Bedienperson senden. Eine Verbindung in die andere Richtung ist nicht vorhanden. The aforementioned second controller 30 is mounted on the feed mixer and may also be referred to as a mobile safety controller. It is independent of the first controller 20. However, it may be provided that the mobile safety controller 30 is connected via bus connection, for example an Ethernet connection 31 to the vehicle controller 20. The Ethernet connection 31 is a one-way connection that is used for informational purposes only for a user interface. When safety controller 30 performs a safety function, it communicates this via the Ethernet interface of the user interface (vehicle control) so that they then send a message to an operator. There is no connection in the other direction.
An die mobile Sicherheitsteuerung 30 sind separate Sicherheitssensoren 24 gekoppelt. Ein Beispiel solcher Sicherheitssensoren 24 sind sogenannte Bumper 34, bei denen es sich um in Bodennähe rund um das Fahrzeug angebrachte taktile Sicherheitssensoren handelt. Die Bumper 34 sind ein Beispiel für eine Sicherheitseinrichtung 25. Alternativ zu den in Figur 1 dargestellten Bumpern 34 können auch berührungslos arbeitende Sensoren vorgesehen sein. Ein Vorteil der berührungslos arbeitenden Sensoren ist der geringere Bauraumbedarf und die hieraus resultierenden geringeren Außenmaße des Futtermischwagens. Separate security sensors 24 are coupled to the mobile security controller 30. An example of such safety sensors 24 are so-called bumpers 34, which are tactile safety sensors mounted near the ground around the vehicle. The bumpers 34 are an example of a safety device 25. As an alternative to the bumpers 34 shown in FIG. 1, non-contact sensors may also be provided. An advantage of the non-contact sensors is the smaller space requirement and the resulting smaller external dimensions of the feed mixer wagon.
Weiterhin ist die mobile Sicherheitssteuerung 30 mit der Bremse 28 verbunden und kann bei Bedarf auf diese einwirken. Analog dazu ist auch eine Verbindung zur Antriebseinrichtung 15, beziehungsweise zur Motorsteuerung, grundsätzlich möglich um beispielsweise im Bedarfsfall den Motor auf einen entsprechenden Steuerbefehl der Sicherheitsschaltung automatisch abzuschalten. Furthermore, the mobile safety controller 30 is connected to the brake 28 and can act on it as needed. Similarly, a connection to the drive device 15, or to the engine control, in principle possible, for example, to automatically switch off the motor to a corresponding control command of the safety circuit in case of need.
Die Fahrzeugsteuerung 22 ist über Übertragungsleitungen, bei denen es sich im Ausführungsbeispiel um eine elektrische Leitung handelt, mit den Arbeitsaggregaten 14 verbunden. In diese Verbindungsleitungen sind Schalteinrichtungen 23 in Form von Schaltrelais integriert. Die Schaltrelais werden gesteuert von der mobilen Sicherheitssteuerung 30, die somit in der Lage ist, in von den Sicherheitssensoren 24 erkannten Gefahrsituationen auf die Arbeitsaggregate und deren Antrieb einzuwirken und diese bei Bedarf gegebenenfalls ganz abzuschalten. The vehicle controller 22 is connected to the working units 14 via transmission lines, which in the exemplary embodiment is an electrical line. Switching devices 23 in the form of switching relays are integrated in these connecting lines. The switching relays are controlled by the mobile safety controller 30, which is thus able to act in recognized by the safety sensors 24 hazardous situations on the working units and their drive and these if necessary, completely shut down if necessary.
Zusätzlich kann eine weitere stationäre Sicherheitssteuerung 30 vorgesehen sein. Eine solche stationäre Sicherheitseinrichtung 30 kann beispielsweise über einen Can-Bus mit der mobilen Sicherheitssteuerung 30 verbunden sein. In addition, a further stationary safety controller 30 may be provided. Such a stationary safety device 30 can be connected, for example, to the mobile safety controller 30 via a CAN bus.
Das beschriebene System ist somit in der Lage, mit einem manuellen, selbstfahrenden Futtermischwagen den vollständigen Fütterungsprozess eigenständig durchzuführen. Hierzu wird zunächst über den Schalter 26 der Modus für den autonomen Betrieb aktiviert. Anschließend wird der gesamte Fütterungsprozess von der Futteraufnahme in diversen Silos (Fahrsilo, Hochsilo, Futterhaus) über die Navigation auf dem landwirtschaftlichen Betrieb bis hin zum Futteraustrag im Stall autonom durchgeführt. The system described is thus able to carry out the complete feeding process independently with a manual, self-propelled feeder mixer. For this purpose, the mode for autonomous operation is first activated via the switch 26. Subsequently, the entire feeding process is carried out autonomously from the feed intake in various silos (silo, high silage, feed house) via the navigation on the farm to the feed discharge in the barn.
Wird der Modus für den manuellen Betrieb aktiviert, besteht die Möglichkeit, den Fütterungsprozess manuell durchzuführen. When the manual mode is activated, it is possible to manually perform the feeding process.
Die hohe Flexibilität des vorgestellten Steuerungs- und Sicherheitskonzeptes ermöglicht darüber hinaus einen Einsatz auf weiteren mobilen Arbeitsmaschinen. 0/STR-167-W0 The high flexibility of the presented control and safety concept also allows it to be used on other mobile machines. 0 / STR-167-W0
22. November 2018  November 22, 2018
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Arbeitsmaschine 10 work machine
11 Fahrwerk  11 suspension
12 Fahrantrieb  12 traction drive
13 Aufbau  13 construction
14 Arbeitsaggregat  14 working aggregate
15 Antriebseinrichtung  15 drive device
16 Entnahmevorrichtung  16 removal device
17 Ausbringvorrichtung  17 spreading device
18 Mischvorrichtung  18 mixing device
19 Kabine  19 cabin
20 erste Steuerungseinrichtung 20 first control device
1 Autonomie-Steuerung 1 autonomy control
2 Fahrzeug-Steuerung  2 vehicle control
23 Schalteinrichtung  23 switching device
24 Sicherheitssensor 24 safety sensor
5 Sicherheitseinrichtung  5 safety device
26 Schalter 26 switches
7 Förderarm 7 conveying arm
8 Bremse 8 brake
9 Can-Verbindung 9 can connection
0 zweite Steuerungseinrichtung  0 second control device
(Sicherheitssteuerung)  (Safety control)
31 Ethernet-Verbindung  31 Ethernet connection
32 32
3 Mischbehälter  3 mixing tanks
34 Bumper 34 bumpers
5 Fahrzeug-Sensor  5 vehicle sensor

Claims

Patentansprüche claims
1 , Selbstfahrende Arbeitsmaschine (10) für den autonomen oder teilautonomen Arbeitseinsatz, insbesondere selbstfahrende Landmaschine, wobei die Arbeitsmaschine (10) ein Fahrwerk (1 1 ) mit einem Fahrantrieb (12) und einen von dem Fahrwerk (11 ) getragenen Aufbau (13) mit Arbeitsaggregaten (14) umfasst und wobei: 1, self-propelled working machine (10) for the autonomous or semi-autonomous labor, in particular self-propelled agricultural machine, wherein the working machine (10) comprises a chassis (1 1) with a traction drive (12) and carried by the chassis (11) construction (13) Working units (14) and wherein:
- wenigstens eine Antriebseinrichtung (15) für den Fahrantrieb (12) und für die Arbeitsaggregate (14) vorgesehen ist;  - At least one drive means (15) for the traction drive (12) and for the working units (14) is provided;
- Sicherheitseinrichtungen (24) zur Vermeidung von Gefahrsituationen vorgesehen sind  - Safety devices (24) are provided to avoid dangerous situations
- eine Steuerung vorgesehen ist, welche die Antriebseinrichtung (15) und/oder den von der Antriebseinrichtung (15) angetriebenen Fahrantrieb (12) und die Arbeitsaggregate (14) sowie die Sicherheitseinrichtungen (24) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung wenigstens zwei separate Steuerungen (20, 30) umfasst wobei:  a control is provided which controls the drive device (15) and / or the traction drive (12) driven by the drive device (15) and the working units (14) and the safety devices (24), characterized in that the control comprises at least two separate ones Controls (20, 30) comprising:
- die erste Steuerungseinrichtung (20) zur Steuerung der Antriebseinrichtung (15) und/oder des von der Antriebseinrichtung (15) angetriebenen Fahrantriebs (12) und/oder der Arbeitsaggregate (14) und  - The first control means (20) for controlling the drive means (15) and / or of the drive means (15) driven traction drive (12) and / or the working units (14) and
- die zweite Steuerungseinrichtung (30) zur Unterbrechung der von der ersten Steuerungseinrichtung (20) an die Antriebseinrichtung (15) und/oder den Fahrantrieb (12) und/oder die Arbeitsaggregate (14) übermittelbaren Steuersignale  - The second control means (30) for interrupting the from the first control device (20) to the drive means (15) and / or the traction drive (12) and / or the working units (14) can be transmitted control signals
vorgesehen ist, so dass die zweite Steuerungseinrichtung (20) eine Sicherheitssteuerung ausbildet mittels derer die Antriebseinrichtung (15) und/oder der Fahrantrieb (12) und/oder die Arbeitsaggregate (14) in Gefahrsituationen schaltbar, vorzugsweise abschaltbar, sind. is provided, so that the second control device (20) forms a safety control by means of which the drive means (15) and / or the traction drive (12) and / or the working units (14) in dangerous situations switchable, preferably switched off, are.
2. Selbstfahrende Arbeitsmaschine (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerungseinrichtung (20) zwei separate Steuerungen umfasst wobei die erste separate Steuerung eine Autonomie- Steuerung (21 ) zur Bereitstellung von Steuersignalen in einem autonomen Fährbetrieb ist und die zweite separate Steuerung eine Fahrzeugsteuerung (22) zur Verarbeitung der von der Autonomie-Steuerung (21 ) bereitgestelltenA self-propelled work machine (10) according to claim 1, characterized in that the first control means (20) comprises two separate controls wherein the first separate control is an autonomy controller (21) for providing control signals in an autonomous ferry operation and the second separate one Control a vehicle control (22) for processing those provided by the autonomy controller (21)
Steuersignale ist. Control signals is.
3. Selbstfahrende Arbeitsmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Steueru ngse i n richtu ng (20) und der Antriebseinrichtung (15) und/oder dem Fahrantrieb (12) und/oder den Arbeitsaggregaten (14) jeweils eine Schalteinrichtung (23), vorzugsweise ein Sicherheitsrelais, vorgesehen ist, mittels dessen die Antriebseinrichtung (15) und/oder der Fahrantrieb (12) und/oder die Arbeitsaggregate (14) schaltbar, vorzugsweise abschaltbar, sind. 3. Self-propelled work machine (10) according to claim 1 or 2, characterized in that between the first control ngse in richtu ng (20) and the drive means (15) and / or the traction drive (12) and / or the working units (14) in each case a switching device (23), preferably a safety relay, is provided, by means of which the drive device (15) and / or the traction drive (12) and / or the working units (14) are switchable, preferably disconnectable.
4. Selbstfahrende Arbeitsmaschine (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass separate Sicherheits-Sensoren (24) zur Erkennung sicherheitsrelevanter Gefahrsituationen vorgesehen sind und die von den Sicherheits-Sensoren (24) erfassten Daten an die zweite Steuerungseinrichtung (30) übertragbar und zur Steuerung der Schalteinrichtungen (23) ersetzbar sind. 4. Self-propelled working machine (10) according to claim 3, characterized in that separate safety sensors (24) are provided for detecting safety-relevant hazardous situations and the data collected by the safety sensors (24) to the second control device (30) transferable and Control of the switching devices (23) are replaceable.
5. Selbstfahrende Arbeitsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Steuerungseinrichtung (20; 21 , 22) ein handelsüblicher Industrie-PC oder eine mobiltaugliche Steuerung vorgesehen ist 5. Self-propelled working machine (10) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first control device (20; 21, 22) is a commercially available industrial PC or a mobile control
6. Selbstfahrende Arbeitsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall der zweiten Steuerungseinrichtung (30) die Schalteinrichtungen (23) die Antriebseinrichtung (15) und/oder den Fahrantrieb (12) und/oder die Arbeitsaggregate (14) abschalten. 6. Self-propelled working machine (10) according to any one of claims 3 to 5, characterized in that in case of failure of the second control device (30), the switching means (23), the drive means (15) and / or the traction drive (12) and / or the working units (14) switch off.
7. Selbstfahrende Arbeitsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter (26) vorgesehen ist, mittels dessen die erste Steuerung (20) und/oder die Autonomie-Steuerung (21 ) aktivierbar ist, so dass die Arbeitsmaschine (10) wahlweise: 7. Self-propelled working machine (10) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a switch (26) is provided, by means of which the first controller (20) and / or the autonomy controller (21) can be activated, so that the working machine (10) optionally:
in einem manuellen Fahr- und/oder Arbeitsmodus oder  in a manual driving and / or working mode or
in einem teilautonomen Fahr und/oder Arbeitsmodus oder  in a semi-autonomous driving and / or working mode or
in einem autonomen Fahr- und/oder Arbeitsmodus  in an autonomous driving and / or working mode
betreibbar ist. is operable.
***** * * ***
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