KR20190009018A - Velocity Control Apparatus and the Mehod for Working Safety of Automatic Driving Agricultural Machine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자율주행하는 농작업차량을 이용하여 작업을 수행하는 동안 농작업차량의 자체 자세가 안정화된 상태인지와 함께 작업경로를 따라 정확하게 작업하고 있는지를 모두 파악하여 작업안정성을 판단하고 이를 기반으로 농작업차량을 감속 또는 가속시켜 농작업차량으로 인한 인적, 물적 피해를 방지할 수 있도록 한, 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a speed control apparatus and method for safety of an autonomous traveling agricultural machine, and more particularly, to a speed control apparatus and method for an autonomous traveling agricultural machine, To determine the stability of the operation, and to slow down or accelerate the agriculture work vehicle based on the determination of the stability of the work, thereby preventing human and material damage caused by the agriculture work vehicle. And more particularly, to a speed control apparatus and method for safety of work of a vehicle.
일반적으로 자율주행기술은 운전자의 조작없이 자동차 스스로 주행환경을 인식하여 목표 지점까지 운행할 수 있도록 하는 기술로서, 차선이탈 방지시스템과 차량 변경 제어기술, 장애물 회피 기술 등을 이용하여 출발지와 목적지를 입력하면 최적의 주행경로를 선택하여 스스로 주행할 수 있도록 하며, 자율주행기술이 적용된 자동차를 자율주행자동차 또는 무인자동차라 한다.Generally, autonomous driving technology is a technology that allows the driver to recognize the driving environment himself / herself without operating the driver and to travel to the target point. The starting point and the destination are inputted by using the lane departure avoidance system, the vehicle change control technique, , It is possible to select the optimum travel route and travel on its own route, and a vehicle to which the autonomous travel technology is applied is called an autonomous vehicle or an unmanned vehicle.
이러한 자율주행기술은 기본적으로 도로를 주행하는 자동차에 적용되고 있지만, 군사적인 목적이나 농업기술에도 많이 이용되고 있다. 구체적으로 자율주행기술을 적용된 농기계로서 자율주행 트랙터가 있다. 자율주행트랙터는 스스로 알아서 움직이는 트랙터로서, 트랙터가 알아서 경작지의 위치와 크기를 측정한 후, 작업경로를 생성하여 작업하도록 하고 있다.These autonomous driving techniques are basically applied to automobiles running on the roads, but they are also widely used for military purposes and agricultural techniques. Specifically, there is an autonomous tractor as an agricultural machine applied autonomous driving technology. An autonomous tractor is a self-moving tractor that allows the tractor to measure the position and size of the arable land and then create and work on the work path.
이러한 자율주행 트랙터에는 GPS를 이용한 위치인식 시스템과, 속도와 방향 및 가속도를 측정하는 IMU(Inertial Mwasurement Unit; 관성항법장치) 기술, 자율주행시 이동 방향을 모니터로 보여주는 하이브리드 EPS(Hybrid Electronic Power Steering) 시스템, 작업경로 생성 및 추종기술 등 4가지의 기술이 접목되어 있다. 자율주행트랙터와 같은 농업기계는 국내의 열악한 농업환경과 인력난 등을 고려하면, 경쟁력 제고를 위한 필수 선택이라 할 수 있지만, 경지면적이 좁고 비탈진 농지가 많은 농업환경으로 인해 국내에는 쉽게 적용되지 못하고 있는 실정이다.These autonomous tractors are equipped with a GPS-based position recognition system, IMU (Inertial Mwasurement Unit) technology for measuring speed, direction and acceleration, hybrid EPS (Hybrid Electronic Power Steering) system , Work path generation and follow-up technology. Agricultural machinery, such as autonomous tractors, is an essential choice for enhancing competitiveness considering the poor agricultural environment and manpower in Korea, but it is not easily applied in Korea due to the agricultural environment with narrow land area and sloping farmland It is true.
한편, 자율주행 트랙터와 같은 자율주행 농업기계는 포장도로를 주행하는 상용차량과는 달리 차량의 속도보다는 경로 추종의 정확성 및 작업 안정성이 중요하다. 상용차량은 목적지까지 안전하고 빠르게 이동하는 것을 주목적으로 하지만, 자율주행 농업기계는 정해진 경로를 따라 이동하면서 빠짐없이 정해진 작업을 수행할 수 있도록 경로 추종의 정확성이 요구되고 작업 도중 안전사고가 발생하지 않도록 하는 작업 안정성도 요구된다.On the other hand, autonomous driving agricultural machines such as autonomous driving tractors are more important than the speed of the vehicles in terms of track following accuracy and operational stability, unlike commercial vehicles running on paved roads. Although the commercial vehicle is intended to move safely and quickly to the destination, the autonomous traveling agricultural machine is required to follow the route and to follow the route, Is also required.
이러한 자율주행 농업기계에서 차량의 자세 및 경로 추종에 가장 영향을 미치는 것은 차량의 주행속도이다. 차량의 주행속도는 경작지의 노면에 따른 자세 안정성에 직접적으로 영향을 미치는 요인이므로, 작업 안정성을 확보하기 위해서는 작업차량의 자세정보에 따른 작업속도의 조절이 필요하다.In this autonomous driving agricultural machine, the driving speed of the vehicle is the most influential to the attitude and path following of the vehicle. Since the driving speed of the vehicle directly affects the stability of the posture according to the road surface of the cultivated land, it is necessary to adjust the working speed according to the attitude information of the working vehicle in order to secure the working stability.
그런데, 기존의 자율주행 농업기계는 작업경로가 걸정되면, 최초 설정된 속도에 따른 등속 경로추종에 의한 작업을 진행하도록 하고 있어, 비정형적인 노면에 의해 발생하는 급격한 차량자세 변화에 대한 대응이 어렵고 그로 인해 인적, 물적 피해가 발생하게 되는 문제점이 있다. However, in the existing autonomous traveling agricultural machine, when the work route is set, the work is performed by following the constant speed route according to the initially set speed, and it is difficult to cope with sudden change of the vehicle posture caused by the irregular road surface, There is a problem that human and property damage occur.
즉, 경작지 내의 자갈이나 구덩이 등 비정형적인 노면에 의해 차량자세가 급격하게 변화되었을 때 이에 대한 즉각적인 대응이 이루어지지 않아 경로 이탈이나 차량 전복 등의 사고가 발생하고, 이로 인해 인적, 물적 피해의 위험성이 높아지게 된다. That is, when the posture of the vehicle is suddenly changed due to the irregular road surface such as pebbles or pits in the cultivated land, an immediate response is not made and an accident such as deviation of path or vehicle overturn occurs. .
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어장치 및 방법은, 비정형적인 노면을 갖는 농경지에서 사용되는 농작업차량의 자세를 실시간으로 감지함과 아울러 실시간으로 파악되는 이동경로가 작업경로와 일치하는지를 확인하여 농작업차량의 속도를 가변시킴으로써 작업 정확성과 작업 안정성을 확보하고 농작업차량으로 인한 인적,물적 피해를 예방할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a speed control apparatus and method for safety of an autonomous traveling agricultural machine of the present invention, And to check whether the movement route recognized in real time agrees with the work route to change the speed of the agriculture work vehicle to secure the accuracy of work and stability of work and to prevent human and material damage caused by agriculture work vehicle We will do it.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어장치는, 운전자가 탑승하지 않은 농작업차량이 정해진 작업경로를 따라 이동하면서 작업하도록 한 자율주행 농업기계에 있어서,In order to achieve the above object, an autonomous traveling agricultural machine according to the present invention is an autonomous traveling agricultural machine in which an agricultural work vehicle, which is not occupied by a driver, moves along a predetermined work path,
농작업차량의 실제 차속과 절대 위치를 측정하고 사이드 슬립각을 계산하는 GPS 센서와; 차량의 자세 정보를 계측하는 IMU 센서와; GPS 센서의 신호와 IMU 센서의 신호를 기반으로 농작업차량의 자세정보를 계측하는 차량자세정보 계측부와; 농작업차량이 감속 또는 가속되도록 엔진 rpm을 제어하는 ECU와; 차량자세정보계측부의 계측 결과에 따라 농작업차량의 작업안정성을 평가하여 ECU에 가속 또는 감속 신호를 제공하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A GPS sensor for measuring the actual vehicle speed and absolute position of the agricultural work vehicle and calculating the side slip angle; An IMU sensor for measuring attitude information of the vehicle; A vehicle attitude information measuring unit for measuring attitude information of the agricultural work vehicle based on the signals of the GPS sensor and the signals of the IMU sensor; An ECU for controlling the engine rpm so that the agricultural work vehicle is decelerated or accelerated; And a control unit for evaluating the stability of the operation of the agricultural work vehicle according to the measurement result of the vehicle attitude information measuring unit and providing an acceleration or deceleration signal to the ECU.
또한, 차량자세정보 계측부는 농작업차량의 IMU 센서에 의해 계측된 피치 데이터와 롤 데이터를 기반으로 농작업차량이 안정적으로 움직이는지를 판단하는 차량자세 안정성 판단부와, 농작업차량의 IMU 센서에 의해 계측된 요 데이터에 근거한 요 각속도와 GPS 센서에 의해 계측된 사이드 슬립각 데이터를 통해 농작업차량이 작업경로를 정확하게 따르고 있는지를 판단하는 작업경로 추종 안정성 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The vehicle attitude information measuring unit may include a vehicle posture stability determining unit for determining whether the agricultural work vehicle stably moves based on the pitch data and the roll data measured by the IMU sensor of the agricultural work vehicle, And a work path following stability determining unit that determines whether the agricultural work vehicle accurately follows the work path through the yaw angular velocity based on the measured yaw data and the side slip angle data measured by the GPS sensor.
또한, GPS 센서는 농작업차량의 무게중심점에 설치되고, IMU 센서는 농작업차량의 앞차축 위에 부착되는 것을 특징으로 한다.IFurther, the GPS sensor is installed at the center of gravity of the agricultural work vehicle, and the IMU sensor is attached to the front axle of the agricultural work vehicle.
그리고, 본 발명의 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어방법은, 운전자가 탑승하지 않은 농작업차량이 정해진 작업경로를 따라 이동하면서 작업하도록 한 자율주행 농업기계를 제어함에 있어서, 농작업차량의 최대 허용속도를 설정한 후 자율주행을 시작하는 주행시작단계와; 농작업 차량이 주행하는 동안 GPS 센서를 이용하여 농작업차량의 실제 차속과 절대 위치를 측정하고 사이드 슬립각을 계산함과 아울러, IMU 센서를 이용하여 농작업차량의 요 데이터와 피치데이터 및 롤 데이터를 계측하는 실시간 동역학해석 진행단계와; GPS 센서의 신호와 IMU 센서의 신호를 기반으로 농작업차량의 차량자세와 작업경로에 대한 추종 안정성을 계측하는 실시간 자세정보 계측단계와; 차량자세 안정성과 작업경로 추종안정성을 모두 만족하면 농작업차량의 작업안정성 조건이 만족되고 그렇지 않으면 농작업차량의 작업안정성 조건이 만족되지 않는 것으로 판단하는 농작업 차량의 작업안정성 판단단계와; 농작업차량의 작업안정성 조건이 만족된 상태이면 농작업차량을 가속 처리하고 그렇지 않으면 농작업차량을 감속처리하는 변속단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The speed control method for the work safety of the autonomous traveling agricultural machine of the present invention is characterized in that in controlling the autonomous traveling agricultural machine in which the agricultural work vehicle that the driver does not ride moves along the predetermined work path, A running start step of starting an autonomous running after setting a maximum permissible speed of the vehicle; The actual vehicle speed and absolute position of the agricultural work vehicle are measured using the GPS sensor while the agricultural work vehicle is running, and the side slip angle is calculated. In addition, the IMU sensor is used to calculate yaw data, pitch data and roll data A real-time dynamic analysis analysis step of measuring a real- A real-time attitude information measuring step of measuring a tracking stability of the agricultural work vehicle with respect to the vehicle attitude and the work path based on the signals of the GPS sensor and the signals of the IMU sensor; A step of judging the stability of the agriculture work vehicle in which the working stability condition of the agriculture work vehicle is satisfied and the work stability condition of the agriculture work vehicle is not satisfied if both the vehicle posture stability and the work path following stability are satisfied; And a shifting step of accelerating the agriculture work vehicle if the work stability condition of the agriculture work vehicle is satisfied and decelerating the agriculture work vehicle otherwise.
또한, 농작업차량의 작업안정성 판단단계는 농작업차량의 조향 안정성 관련 인자로서 요 각속도가 허용치 미만이고, 사이드슬립각이 허용치 이상인 조건을 모두 만족함과 아울러 농작업차량의 주행안정성 관련인자로서 요 각과, 롤 각 및 피치 각이 모두 각각의 허용치 미만인 조건을 모두 만족하는 경우에만, 작업안정성 조건이 만족된 것으로 판단하고 그렇지 않으면 작업안정성 조건을 만족하지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the operational stability determination step of the agriculture work vehicle satisfies all the conditions that the yaw angular velocity is less than the permissible value and the side slip angle is the allowable value or more as a factor related to the steering stability of the agriculture work vehicle, , The roll angle and the pitch angle satisfy both of the conditions below the respective allowable values, it is determined that the operation stability condition is satisfied, and otherwise, the operation stability condition is not satisfied.
본 발명에 따른 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어장치 및 방법은, 노면 상태에 따라 변화되는 농작업차량의 자세를 실시간으로 감지하여 주행속도를 조절하고 설정된 작업경로와 실제 이동경로를 실시간으로 비교하여 주행속도를 조절하게 되므로, 조향 정확성과 작업 안정성을 모두 확보할 수 있게 됨은 물론 농작업 차량의 경로 이탈 및 전복으로 인한 인적, 물적 피해를 예방할 수 있게 되는 효과가 있다.An apparatus and method for speeding up work safety of an autonomous traveling agricultural machine according to the present invention is a device and method for controlling an operating speed of an agricultural work vehicle, So that it is possible to secure both the steering accuracy and the work stability, as well as to prevent the human and material damage due to the deviation and the overturning of the agriculture working vehicle.
도 1은 본 발명에 따른 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다
도 2는 본 발명에 따른 IMU 센서의 계측 데이터를 설명하기 위한 참고도이다
도 3은 본 발명에 따른 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어방법의 알고리즘을 나타낸 순서도이다
1 is a block diagram schematically showing a speed control apparatus for safety of an autonomous traveling agricultural machine according to the present invention
2 is a reference diagram for explaining measurement data of the IMU sensor according to the present invention
3 is a flowchart showing an algorithm of a speed control method for work safety of an autonomous traveling agricultural machine according to the present invention
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.The term used in the present invention is a general term that is widely used at present. However, in some cases, there is a term selected arbitrarily by the applicant. In this case, the term used in the present invention It is necessary to understand the meaning.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
여기서, 상하좌우, 우측, 좌측, 저면 등 방향과 관련된 표현은 모두 제시한 도면을 기준으로 기재하고 있음을 밝혀둔다.Here, it should be noted that the expressions related to the directions of up and down, left and right, right, left, and bottom are all described based on the drawings.
본 발명의 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어장치는 운전자가 탑승하지 않은 농작업차량이 정해진 작업경로를 따라 이동하면서 작업하도록 한 자율주행 농업기계에 적용되는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 농작업차량의 실제 차속과 절대 위치를 측정하고 사이드 슬립각(Side-Slip Angle)을 계산하는 GPS 센서(10)와; 차량의 자세 정보를 계측하는 IMU 센서(20)와; GPS 센서(10)의 신호와 IMU 센서(20)의 신호를 기반으로 농작업차량의 자세정보를 계측하는 차량자세정보 계측부(30)와; 농작업차량이 감속 또는 가속되도록 엔진 rpm을 제어하는 ECU(50)와; 차량자세정보계측부(30)의 계측 결과에 따라 농작업차량의 작업안정성을 평가하여 ECU(50)에 가속 또는 감속 신호를 제공하는 제어부(40);를 포함하여 이루어진다.The speed control device for the work safety of the autonomous traveling agricultural machine of the present invention is applied to an autonomous traveling agricultural machine in which an agricultural work vehicle that the driver does not ride moves along a predetermined work path, A
여기서, GPS 센서910)는 농작업차량의 무게중심점에 설치되고, IMU 센서(20)는 농작업차량의 앞차축 위에 부착되는 것이 바람직하다. GPS 센서(10)는 인공위성의 GPS 신호를 이용하여 차량의 절대 위치를 측정함과 아울러 실체 차량 속도인 Vvehicle을 측정하고, 차량 슬립각 φGPS를 측정하여 사이드 슬립각 β를 구할 수 있도록 한다. 여기서, 사이드 슬립각 β는 농작업차량이 선회할 때 타이어 방향과 차량 진행방향의 엇갈림 각을 의미한다. IMU 센서(20)는 농작업차량의 자세정보를 제공하기 위한 것으로, 요(Yaw) 데이터와, 피치(Pitch) 데이터 및 롤(Roll) 데이터를 수집하여 작업 안정성을 판단한다. Here, the GPS sensor 910 is installed at the center of gravity of the agricultural work vehicle, and the
차량자세정보 계측부(30)는 농작업차량의 IMU 센서(20)에 의해 계측된 피치 데이터와 롤 데이터를 기반으로 농작업차량이 안정적으로 움직이는지를 판단하는 차량자세 안정성 판단부(31)와, 농작업차량의 IMU 센서(20)에 의해 계측된 요 데이터에 근거한 요 각속도와 GPS 센서(10)에 의해 계측된 사이드 슬립각 데이터를 통해 농작업차량이 작업경로를 정확하게 따르고 있는지를 판단하는 작업경로 추종 안정성 판단부(32)를 포함한다.The vehicle posture
도 2를 참조하여, 요 데이터와 피치 데이터 및 롤 데이터에 대하여 설명하면 다음과 같다. 요 데이터(φIMU)는 농작업차량의 높이방향을 기준축으로 하는 회전각으로 차량의 이동방향각에 해당하며, 요 데이터를 이용하여 요각속도인 Yaw(ω)를 구할 수 있다. 피치 데이터는 폭방향을 기준축으로 하는 회전각으로 농작업차량의 전륜과 후륜의 접지면 사이의 각도인 농작업차량의 전후기울기에 해당하고, 롤 데이터는 농작업차량의 진행방향을 기준축으로 하는 회전각으로 농작업차량의 좌륜과 우륜의 접지면 사이의 각도인 농작업차량의 좌우기울기에 해당한다. 따라서, IMU 센서(20)를 통해 차량의 이동방향각과 전후기울기 및 좌우기울기를 알 수 있고, 이동방향의 회전각속도인 요각속도를 알 수 있게 된다. 그리고, GPS 센서(10)에 의해 구해진 차량 슬립각(φGPS)과 요 데이터(φIMU)의 차를 이용하여 차량의 사이드 슬립각 β을 구할 수 있게 된다. 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.Referring to FIG. 2, the yaw data, the pitch data, and the roll data will be described below. The yaw data (φ IMU ) corresponds to the direction of movement of the vehicle with the rotation angle with the height direction of the agricultural work vehicle as the reference axis. Yaw (ω), which is the yaw rate, can be obtained using yaw data. The pitch data corresponds to the front-back inclination of the agricultural work vehicle, which is the angle between the ground surface of the front wheel and the rear wheel of the agricultural work vehicle, with the rotation angle with the width direction as the reference axis. Which is an angle between the ground surface of the left-hand wheel and the right-hand wheel of the agricultural work vehicle. Therefore, it is possible to know the moving direction, the front-back inclination, the left-right inclination of the vehicle through the
β= φGPS - φIMU β = φ GPS - φ IMU
다시 말해서, 차량자세 안정성 판단부(31)는 롤 데이터와 피치 데이터를 이용하여 차량의 전후기울기와 좌우기울기를 계측함으로써 차량이 안정적으로 주행하고 있는지를 판단하고, 작업경로 추종 안정성 판단부(32)는 농작업차량의 요각속도 Yaw(ω)와 차량 슬립각 β을 계산하여 농작업차량이 작업경로를 정확하게 추종하고 있는지를 판단한다.In other words, the vehicle posture
제어부(40)는 차량자세정보 계측부(30)의 차량자세 안정성 판단부(31) 및 작업경로 추종 안정성 판단부(32)의 판단 결과에 따라 ECU(50)에 변속신호를 보내게 된다. 즉 차량자세 안정성 판단부(31)의 판단 결과와 작업경로 추종 안정성 판단부(32)의 판단 결과가 모두 양호하면 농작업차량의 작업 안정성을 만족하는 것으로 판단하여 가속신호를 보내고, 둘 중 하나라도 양호하지 않으면 농작업차량의 작업 안정성을 만족하지 못한 것으로 보고 감속신호를 보내게 된다.The
한편, 본 발명의 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 농작업차량의 최대 허용속도를 설정한 후 자율주행을 시작하는 주행시작단계와; 농작업 차량이 주행하는 동안 GPS 센서를 이용하여 농작업차량의 실제 차속과 절대 위치를 측정하고 사이드 슬립각을 계산함과 아울러, IMU 센서를 이용하여 농작업차량의 요 데이터와 피치데이터 및 롤 데이터를 계측하는 실시간 동역학해석 진행단계와; GPS 센서의 신호와 IMU 센서의 신호를 기반으로 농작업차량의 차량자세와 작업경로에 대한 추종 안정성을 계측하는 실시간 자세정보 계측단계와; 차량자세 안정성과 작업경로 추종안정성을 모두 만족하면 농작업차량의 작업안정성 조건이 만족되고 그렇지 않으면 농작업차량의 작업안정성 조건이 만족되지 않는 것으로 판단하는 농작업 차량의 작업안정성 판단단계와; 농작업차량의 작업안정성 조건이 만족된 상태이면 농작업차량을 가속 처리하고 그렇지 않으면 농작업차량을 감속처리하는 변속단계;를 포함한다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, the speed control method for work safety of the autonomous traveling agricultural machine according to the present invention includes: a running start step of starting autonomous running after setting a maximum allowable speed of the agricultural work vehicle; The actual vehicle speed and absolute position of the agricultural work vehicle are measured using the GPS sensor while the agricultural work vehicle is running, and the side slip angle is calculated. In addition, the IMU sensor is used to calculate yaw data, pitch data and roll data A real-time dynamic analysis analysis step of measuring a real- A real-time attitude information measuring step of measuring a tracking stability of the agricultural work vehicle with respect to the vehicle attitude and the work path based on the signals of the GPS sensor and the signals of the IMU sensor; A step of judging the stability of the agriculture work vehicle in which the working stability condition of the agriculture work vehicle is satisfied and the work stability condition of the agriculture work vehicle is not satisfied if both the vehicle posture stability and the work path following stability are satisfied; And a shifting step of accelerating the agriculture work vehicle if the work stability condition of the agriculture work vehicle is satisfied and decelerating the agriculture work vehicle otherwise.
여기서 농작업차량의 작업안정성 판단단계는 농작업차량의 조향 안정성 관련 인자로서 요 각속도 Yaw(ω)가 허용치(최대허용 ω) 미만이고, 사이드슬립각 β가 허용치(최대허용 β) 이상인 조건을 모두 만족함과 아울러 농작업차량의 주행안정성 관련인자로서 요 각과, 롤 각 및 피치 각이 모두 각각의 허용치 미만인 조건을 모두 만족하는 경우에만, 작업안정성 조건이 만족된 것으로 판단하고 그렇지 않으면 작업안정성 조건을 만족하지 않은 것으로 판단하도록 한다.Here, the step of determining the stability of the agricultural work vehicle is a step of determining whether the yaw angular velocity Yaw (ω) is less than the allowable value (maximum allowable ω) and the side slip angle β is the allowable value (maximum allowable β) And satisfies the operation stability condition only when the angle of inclination, roll angle and pitch angle both satisfy the respective conditions below the respective allowable values as the driving stability related factors of the agricultural work vehicle, otherwise the operation stability condition is satisfied It is judged that it is not.
상기한 본 발명의 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어장치 및 방법을 이용한 제어과정을 살펴보면 다음과 같다.The control process using the speed control device and method for safety of the autonomous traveling agricultural machine of the present invention will be described as follows.
작업이 시작되면 농작업차량이 설정된 최대 주행속도로 정해진 작업 경로를 추종하면서 작업을 수행한다. 농작업차량이 작업 경로를 따라 추종하는 과정에서 노면 상태의 변화와 같이 작업 환경이 변화되면, 차량자세정보 계측부(30)에서 차량 자세정보의 변경을 계측하고 이를 제어부에 전달한다. When the work is started, the agriculture work vehicle performs the work while following the work path set at the set maximum traveling speed. If the working environment changes such as a change in the road surface state in the course of following the work path, the vehicle attitude
즉, 농작업차량의 자세 정보가 급격하게 변화되어 설정 범위 이상의 자세정보 데이터가 발생시, 차량자세정보 계측부(30)에서 차량자세의 변화정보를 제어부(40)로 전달하고, 제어부(40)는 ECU(50)에 감속신호를 보내 엔진 rpm이 낮아지도록 함으로써 농작업차량이 감속하도록 한다. 그리고, 차량자세정보 계측부(30)의 작업경로 추종 안정성 판단부(32)에서 농작업차량의 작업경로 이탈과 관련한 신호가 전달되는 경우에도, 제어부(40)는 ECU(50)에 감속신호를 보내 엔진 rpm이 낮아지도록 함으로써 농작업차량이 감속하도록 하는 것은 당연하다. That is, when the attitude information of the agricultural work vehicle suddenly changes and the attitude information data exceeding the set range is generated, the vehicle attitude
물론, 단위 작업시간 동안 안정된 자세정보가 계속 계측되는 경우에는 제어부(40)가 ECU(50)에 가속 신호를 보냄으로써 엔진의 rpm이 높아지도록 하는 것도 가능하다. 다만, 엔진 rpm은 농작업차량의 최대 허용 주행속도까지만 가속할 수 있다. Of course, when stable posture information is continuously measured during the unit work time, the
이상에서는 자율주행 농업기계에 있어서 안전을 위하여 속도를 제어하는 장치와 방법에 대하여 설명하였으나, 주행 작업 조건에 따라 동력 전달을 제어하는데에 응용할 수도 있고, 자율주행기술이 적용된 모든 작업차량의 속도제어기술에 범용적으로 활용할 수 있다.Although the apparatus and the method for controlling the speed for the autonomous driving agricultural machine have been described, it may be applied to the control of the power transmission according to the driving work conditions, and the speed control technique Can be used universally.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention. Various modifications and variations will be possible without departing from the spirit of the invention. Therefore, the scope of the present invention should be construed as being covered by the scope of the appended claims, and technical scope within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
10 : GPS 센서
20 : IMU 센서
30 : 차량자세정보 계측부
31 : 차량자세 안정성 판단부
32 : 작업경로 추종 안정성 판단부
40 : 제어부
50 : ECU10: GPS sensor 20: IMU sensor
30: vehicle attitude information measuring unit 31: vehicle attitude stability determining unit
32: Work path following stability determination unit 40:
50: ECU
Claims (5)
농작업차량의 실제 차속과 절대 위치를 측정하고 사이드 슬립각을 계산하는 GPS 센서와;
차량의 자세 정보를 계측하는 IMU 센서와;
GPS 센서의 신호와 IMU 센서의 신호를 기반으로 농작업차량의 자세정보를 계측하는 차량자세정보 계측부와; 농작업차량이 감속 또는 가속되도록 엔진 rpm을 제어하는 ECU와; 차량자세정보계측부의 계측 결과에 따라 농작업차량의 작업안정성을 평가하여 ECU에 가속 또는 감속 신호를 제공하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어장치.
An autonomous traveling agricultural machine in which an agricultural work vehicle, on which a driver does not ride, moves along a predetermined work path,
A GPS sensor for measuring the actual vehicle speed and absolute position of the agricultural work vehicle and calculating the side slip angle;
An IMU sensor for measuring attitude information of the vehicle;
A vehicle attitude information measuring unit for measuring attitude information of the agricultural work vehicle based on the signals of the GPS sensor and the signals of the IMU sensor; An ECU for controlling the engine rpm so that the agricultural work vehicle is decelerated or accelerated; And a control unit for evaluating the stability of the operation of the agricultural work vehicle according to the measurement result of the vehicle attitude information measuring unit and providing an acceleration or deceleration signal to the ECU.
차량자세정보 계측부는,
농작업차량의 IMU 센서에 의해 계측된 피치 데이터와 롤 데이터를 기반으로 농작업차량이 안정적으로 움직이는지를 판단하는 차량자세 안정성 판단부와, 농작업차량의 IMU 센서에 의해 계측된 요 데이터에 근거한 요 각속도와 GPS 센서에 의해 계측된 사이드 슬립각 데이터를 통해 농작업차량이 작업경로를 정확하게 따르고 있는지를 판단하는 작업경로 추종 안정성 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어장치.
The method according to claim 1,
The vehicle-
A vehicle posture stability determining unit for determining whether the agricultural work vehicle stably moves on the basis of the pitch data and the roll data measured by the IMU sensor of the agricultural work vehicle and the yaw data measured by the IMU sensor of the agricultural work vehicle And a work path following stability determining unit for determining whether the agricultural work vehicle accurately follows the work path through the angular velocity and the side slip angle data measured by the GPS sensor. Device.
GPS 센서는 농작업차량의 무게중심점에 설치되고,
IMU 센서는 농작업차량의 앞차축 위에 부착되는 것을 특징으로 하는 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어장치.
The method according to claim 1 or 2,
The GPS sensor is installed at the center of gravity of the agricultural work vehicle,
Wherein the IMU sensor is mounted on the front axle of the agriculture working vehicle.
농작업차량의 최대 허용속도를 설정한 후 자율주행을 시작하는 주행시작단계와;
농작업 차량이 주행하는 동안 GPS 센서를 이용하여 농작업차량의 실제 차속과 절대 위치를 측정하고 사이드 슬립각을 계산함과 아울러, IMU 센서를 이용하여 농작업차량의 요 데이터와 피치데이터 및 롤 데이터를 계측하는 실시간 동역학해석 진행단계와;
GPS 센서의 신호와 IMU 센서의 신호를 기반으로 농작업차량의 차량자세와 작업경로에 대한 추종 안정성을 계측하는 실시간 자세정보 계측단계와;
차량자세 안정성과 작업경로 추종안정성을 모두 만족하면 농작업차량의 작업안정성 조건이 만족되고 그렇지 않으면 농작업차량의 작업안정성 조건이 만족되지 않는 것으로 판단하는 농작업 차량의 작업안정성 판단단계와;
농작업차량의 작업안정성 조건이 만족된 상태이면 농작업차량을 가속 처리하고 그렇지 않으면 농작업차량을 감속처리하는 변속단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어방법.
In controlling an autonomous traveling agricultural machine that has been operated so that an agricultural work vehicle that the driver does not ride moves along a predetermined work path,
A running start step of starting an autonomous running after setting a maximum allowable speed of the agricultural work vehicle;
The actual vehicle speed and absolute position of the agricultural work vehicle are measured using the GPS sensor while the agricultural work vehicle is running, and the side slip angle is calculated. In addition, the IMU sensor is used to calculate yaw data, pitch data and roll data A real-time dynamic analysis analysis step of measuring a real-
A real-time attitude information measuring step of measuring a tracking stability of the agricultural work vehicle with respect to the vehicle attitude and the work path based on the signals of the GPS sensor and the signals of the IMU sensor;
A step of judging the stability of the agriculture work vehicle in which the working stability condition of the agriculture work vehicle is satisfied and the work stability condition of the agriculture work vehicle is not satisfied if both the vehicle posture stability and the work path following stability are satisfied;
And a shifting step of accelerating the agriculture work vehicle and decelerating the agriculture work vehicle if the working stability condition of the agriculture work vehicle is satisfied. .
농작업차량의 작업안정성 판단단계는,
농작업차량의 조향 안정성 관련 인자로서 요 각속도가 허용치 미만이고, 사이드슬립각이 허용치 이상인 조건을 모두 만족함과 아울러 농작업차량의 주행안정성 관련인자로서 요 각과, 롤 각 및 피치 각이 모두 각각의 허용치 미만인 조건을 모두 만족하는 경우에만, 작업안정성 조건이 만족된 것으로 판단하고 그렇지 않으면 작업안정성 조건을 만족하지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 자율주행 농업기계의 작업안전을 위한 속도제어방법. The method of claim 4,
The operation stability determination step of the agriculture work vehicle,
As a factor related to the steering stability of the agricultural work vehicle, the yaw angular velocity is less than the permissible value, the side slip angle is not less than the allowable value, and the yaw angle, roll angle and pitch angle are both factors The control unit determines that the operation stability condition is satisfied and otherwise determines that the operation stability condition is not satisfied. The method of claim 1, wherein the operation stability condition is satisfied.
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-
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