WO2018086764A1 - Verfahren zum prädikativen erzeugen von daten zur steuerung eines fahrweges und eines betriebsablaufes für landwirtschaftliche fahrzeuge und maschinen - Google Patents

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WO
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data
machine
model
agricultural
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Thomas Damme
Bernd Damme
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Lacos Computerservice Gmbh
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B69/00—Steering of agricultural machines or implements; Guiding agricultural machines or implements on a desired track
    • A01B69/007—Steering or guiding of agricultural vehicles, e.g. steering of the tractor to keep the plough in the furrow
    • A01B69/008—Steering or guiding of agricultural vehicles, e.g. steering of the tractor to keep the plough in the furrow automatic
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B79/00—Methods for working soil
    • A01B79/005—Precision agriculture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/08—Active safety systems predicting or avoiding probable or impending collision or attempting to minimise its consequences
    • B60W30/095—Predicting travel path or likelihood of collision
    • B60W30/0956—Predicting travel path or likelihood of collision the prediction being responsive to traffic or environmental parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2300/00—Indexing codes relating to the type of vehicle
    • B60W2300/15—Agricultural vehicles
    • B60W2300/152—Tractors

Definitions

  • the invention relates to a method for the predictive generation of data for controlling a route and an operation sequence for agricultural vehicles and machines according to claim 1.
  • the prior art devices and methods are known with which a real-time control of agricultural vehicles and
  • Agricultural land for example, a field to start in an optimized manner.
  • the track is tracked in real time by means of a navigation system.
  • Additional sensors which are located, for example, on the vehicle or in the area of the agricultural machine pulled or otherwise moved by the vehicle, draw local conditions of the travel path, for example, slopes or so-called pitch angles of the vehicle
  • the object is achieved with a method for the predictive generation of data for controlling a route and an operating sequence for agricultural vehicles and machines according to claim 1.
  • the subclaims contain expedient and / or advantageous embodiments of the method.
  • Machine model Likewise, collecting and storing data on a three-dimensional terrain topography and / or data on a current and / or forecast terrain and / or weather condition executed, with which a predictive three-dimensional georeferenced
  • an optimizing mapping of the vehicle and machine model to the three-dimensional predictive terrain model and calculation of travel control data for determining a travel path and / or machine control data for controlling machine components takes place.
  • the method according to the invention therefore aims to create a terrain model that is designed to be predictive.
  • the terrain model not only reflects the current topography, but represents the agricultural land to be worked on as it is likely to be in the future, taking into account a number of assumptions and predictions.
  • the terrain model is thus not only pre-planned as a spatial actual state, but also represents an anticipated temporal
  • Machine data Data about a machine geometry and a current one and / or foreseeable operating status of agricultural
  • Processing components continuously telemetrically recorded and transmitted to a central database.
  • the telemetric detection allows a timely detection and tracking of the operating state of the vehicles of the vehicle fleet or the individual agricultural machinery of the machine park, it is thus current, but also provides information about the expected trend in the operating state within a forecast period. As a result, the expected future state of the terrain to be processed with the expected future operating state of the vehicle and machine park can be optimally adjusted.
  • Machine model the automatically collected vehicle data and the automatically acquired machine data variable combined, where a variety of different vehicle types can be combined with a variety of different machine types. This will be at the level of virtual models
  • collecting the data is via the
  • the data of a multiplicity of automatic measuring stations distributed in the real estate in particular of measuring stations via a soil moisture and / or a fallen soil
  • Precipitation amount recorded and assigned to the geodata quantity.
  • a first optimization algorithm is carried out, in which an optimal driving route takes into account the current and / or foreseeable ground conditions the terrain and the avoidance of dangerous for the vehicle and machine model skid, slope and / or tilting is calculated, wherein in a second optimization algorithm adapted to the track optimized operating condition of the agricultural machine is calculated and the data of the optimal infrastructure and the Data of the optimized operating state are transferred to the track and the machine control data.
  • the first and / or the second optimization algorithm can be determined by specifying changeable boundary conditions and / or weightings
  • the method may be operable in an offline mode, wherein the
  • agricultural machine connected external data processing system in particular a PC, a tablet computer and / or a
  • Cloud computer system to be executed.
  • the method can also be operable in an online mode, wherein the method steps are carried out on a control unit integrated in the vehicle and / or agricultural machine, in particular a vehicle computer.
  • the predictive generation of the data is supplemented by detection with the acquisition of real-time operational data, wherein an actual current state of the vehicle and / or the agricultural machine and / or of the real-time operational data
  • the predictively generated control data for the vehicles or machines does not give a rigid specification of a route or various operating states and procedures, but can be modified operationally.
  • the method will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. For clarity, the figures serve 1 to 9. It will be for the same or the same components and processes used the same reference numerals.
  • Fig. 1 an exemplary tractor with one of the tractor
  • FIG. 2 the tractor of FIG. 1 in a side view with the of the
  • Fig. 3 shows an exemplary agricultural machine and a machine model derived from the machine in a plan view
  • Fig. 4 shows the vehicle model from FIG. 1 in combination with the machine model of FIG. 3 in a subarea of a 3-dimensional terrain model
  • Fig. 5 shows the vehicle model from FIG. 2 in a simulated predictive comparison with a subarea of the 3-dimensional terrain model for checking a possible landing of the vehicle
  • Fig. 6 shows a vehicle model in a partial area of the 3-dimensional
  • FIG. 7 shows an exemplary generation of a predictive route in a three-dimensional terrain model, taking into account predicted ground conditions
  • Fig. 8 an exemplary program flowchart for an interactive pre-planning
  • Warning system and driver assistance The following is the use of a 3D terrain model for predictive
  • Pre-planning of routes of agricultural machinery will be described with reference to some embodiments.
  • the preliminary planning takes place in a first variant before field deployment of the
  • Vehicles using a PC, tablet, a web application or a cloud service in an offline mode This means that the method steps are carried out on a computer system which is not contained in the vehicle or the agricultural machine but, for example, in an emergency center, the results produced being subsequently transferred to an on-board system of the individual vehicles and machines.
  • pre-scheduling may occur directly on mobile vehicle computers in an online mode.
  • Both the offline mode and the online mode can work with or without the use of a web or cloud-based
  • the determined optimized routes can then be transferred to one or more vehicles as destination routes.
  • the destination route is not fixed. While driving on the planned route, the current conditions are recorded with the help of sensors of the vehicle and the situation is checked for possible necessary changes of the route. If necessary, warnings are issued in dangerous situations, a new route is then calculated, or machine functions are initiated to respond to these changes.
  • Both online mode and offline mode can be used independently to calculate the route and to modify the route while driving. This means in particular that the route is calculated offline and modified online.
  • the pre-planning both offline and online, relates to dynamic data of the system of agricultural vehicle, agricultural machine and combinations of agricultural vehicle and machine.
  • dynamic data are vehicle and implement positions, speeds, direction of travel, steering data, vehicle and vehicle Implement data such.
  • This dynamic data is also referred to as a path or track. All dynamic system data are planned in advance, taking into account the static system data.
  • Static system data is system data that does not change over time, such as: B. given vehicle geometries and loads, as well as the purely geometric 3D terrain profile of a blow. The preplanning aims to avoid forecasts
  • the difficult situations relate in particular to crashes and collision hazards with obstacles and other vehicles of a given vehicle fleet as well as the risk of a collision of the floor of booms and / or linkages with a substrate.
  • Hazard avoidance procedures are generated that aim to bypass faults or terraces, to steer in tight bends and to allow driving in a certain way so that the critical situations do not occur in reality.
  • the pre-planning also aims at an optimal use of the machine and optimal tillage of the terrain and cultivation of the crop (eg harvest). This concerns in particular the avoidance of Matter-
  • the pre-planning also relates to the planning or calculation of an optimal track with the example criteria of a minimum path, a minimum time, minimized costs, a minimum consumption while maximizing the area worked with these resources and a
  • the next step is the transfer and transfer of the planned, optimized routes to the corresponding agricultural machines. This is done for example via a set of control commands.
  • the online predictive planning on the mobile computer of agricultural vehicles and machines is a particularly important aspect.
  • the on-line forecast is made taking into account the SD terrain profile of a strike, given vehicle geometries and loads, the on-machine or on-vehicle sensors, and a
  • the pre-planned route are transmitted, thereby ensuring the compliance of the target route of a single vehicle or a fleet is secured.
  • the pre-planning carried out online then also serves to avoid collisions between fleet vehicles.
  • real-time prediction of an optimal track can be carried out to achieve a predetermined optimization criterion.
  • a destination route was not absolutely binding or if it should or must deviate from the destination route.
  • the predictive prediction goes into an operational calculation in real time as a so-called in-field navigation over. This calculation takes into account the avoidance of the above-mentioned difficult situations and it starts from the current one
  • the method explained below with reference to exemplary embodiments thus serves to calculate and use predicted lanes in a 3-dimensional terrain to avoid dangerous situations for agricultural machines.
  • the method steps present here are predicted and based on predictive models for future
  • the determined lanes are ultimately three-dimensional and are present in the result as 3D lanes.
  • the calculation of the lanes is done here with the algorithms for a 2D calculation with an additional consideration of the height from the SD terrain model.
  • the derived 3D lanes can be used for
  • Blow machining strategy Of particular importance here is the change in the direction of the lanes. It is also possible to automatically reduce the speed by means of a correspondingly generated control command in order to avoid overturning.
  • Another aspect is the use of the 3D terrain model to control processing, application and harvesting processes on sloping terrain.
  • a predictive control of the application rate at fertilizer spreaders and a control of the scattering angle as a function of the slope are possible. This is done, for example, by taking into account that with otherwise unchanged operating parameters downhill a shorter spread and uphill another spread is present, with appropriate control measures take place here with the aim of exact compliance with the working width.
  • the use of the 3D terrain model also avoids erosion caused by the fieldwork by providing an appropriate machining strategy in advance and, for example, calculating a path that is transverse to a given slope.
  • Another aspect is the predictive control of
  • Tillage machines for example, for plowing, harrowing, cultivating or mulching and compensation for drift on a slope, for optimal
  • Terrain as part of a 3D calculation instead of a 2D planar calculation. From this, the calculation of the plant population from the exact size of the field and a stock height of the plants then takes place.
  • the use of the 3D model of plant stands can also be used for the exact determination of the biomass from the plant stock for the control of downhill logistics processes. As a result, in particular a forward-looking control of the rod guide of crop protection syringes for optimal maintenance of the distance to the plant population is possible.
  • This 3D model with the included obstacles can also be used to avoid crashes when real terrain is tracked by unmanned light aircraft or drones by colliding with the obstacles by pre-calculating the course using the 3D model. This also serves to avoid collisions of the
  • Agricultural machinery in particular the linkage in PS spraying with obstacles, such as masts, rows of trees or bushes by the precalculation of the course including the 3D model.
  • Optimization strategies can focus on taking into account and avoiding difficult and critical situations, so that the
  • optimization criteria of in-field navigation of at least some points in the terrain model are of secondary importance. This concerns the already mentioned overturning of vehicle and agricultural machine, steering in tight bends, the avoidance of a collision with obstacles, the determination of a favorable bypass of faults or terraces with given vehicle geometries and loads, ie sources of danger, their avoidance
  • Vehicle computers are located on the respective individual vehicles or in each vehicle of a vehicle fleet and thus allow a running on each vehicle advance planning to avoid overturning, collisions with obstacles and fleet vehicles, landing (collision with ground) of arms / linkages or a Koch- Subdivision or fertilization by uneven spreading on slopes. They ensure a calculation of the optimal track.
  • a component of the method is an automatic and optionally telemetric readout of the vehicle geometries from the vehicle data of a single vehicle or a fleet and use for pre-planning and warning.
  • corresponding sensors are arranged on the vehicles, via which the reading can be done.
  • the information can also be transferred to other machines, in particular within a fleet, so that they too can follow the optimized tracks, possibly also with a time delay.
  • Condition detection and warning for example, by the mobile
  • Vehicle computer is running and looking ahead to dangerous
  • Such a warning can in good time the risk of tipping over
  • Signal agricultural machine on a hillside and for example in the form of an audible warning and / or a display on a display in
  • Dashboard and show the driver the existing danger.
  • Predicting an impact strategy to avoid overturning This can be done by changing the direction of the lanes. This can also be done with an automatic reduction of
  • the 3D terrain model is also used as an element of preview and preparation for machine reactions. This happens
  • the preliminary planning is based on the inertia of the control system of the vehicle and / or the agricultural machine, ie the mechanics, the hydraulics and / or
  • inertia is for example a timely shutdown of nozzles on a headland, a setting of a linkage already within a certain
  • a gradient vector can be calculated.
  • the direction of the gradient vector may be judged with respect to the current or anticipated direction of travel.
  • the direction of travel can be changed in time so that the gradient vector is not cut, but that the departure is parallel to the gradient vector, so that the risk of tipping over by a
  • the online warning on the mobile vehicle computer can be designed as a look-ahead, which is linked with indications of possibly upcoming functions of the machine in order to initiate actions of the vehicle operator in the time available.
  • a mowing tool must be lifted from the working position, although the obstacle is only at a distance of 10 meters, in which case the inertia of the mechanical system of the lifting device of the mowing tool is taken into account. If there is no reaction by the vehicle driver to this signaling within a specific time, then, for example, a forced stop can take place in which the vehicle can not be restarted until the mowing tool has been replaced by the vehicle
  • a forward-looking control of the application rate of fertilizer spreaders can be carried out so that a control of the scattering angle as a function of the slope occurs so that, for example, downhill a shorter spread and uphill another spread is set with the aim that an exact compliance with the working width is reached.
  • These can also be signaled to the driver or the adjustment can be made automatically to the components of the fertilizer spreader itself.
  • a forward-looking control of the rod guide for example, in crop spraying done so that thereby placement of the linkage on the soil or plant stock is avoided.
  • a forward-looking mowing strategy is calculated taking into consideration that in each case an overturning of the agricultural machine must be avoided.
  • FIG. 1 shows an exemplary agricultural vehicle 1, in this case a tractor or a comparable towing vehicle and a vehicle model 2 associated with the vehicle.
  • the agricultural vehicle is shown here in an objective representation; the vehicle model 2 is on
  • Vehicle data computed data model of the vehicle which contains all the important and relevant vehicle parameters to map the real vehicle on a virtual 3-dimensional terrain model.
  • the data model of the vehicle as well as the 3-dimensional terrain model are not only up-to-date, but essentially predestined. They not only reflect a current or current state, but also a predefinable period extrapolated future state. This will allow future ones
  • sensor device 3 which usually consists of several individual sensors, the relevant vehicle data determined and transferred to a central database. These relevant vehicle data form a vehicle profile that is stored in the database.
  • the summarized in the vehicle profile vehicle data are in the present example, the wheelbases between the front wheels of the vehicle, the wheelbases between the rear wheels of the vehicle, the length of
  • Vehicle taking into account in particular possible structures or attachments and to be recorded with, the location of the vehicle's center of gravity, which in the
  • Vehicle model under certain conditions of use to be able to simulate sufficiently.
  • the wheelbases and the achievable steering angles as well as the vehicle length are required for the calculation of turning circles and thus for the predictive planning ahead of possible routes.
  • the location of the wheelbases and the achievable steering angles as well as the vehicle length are required for the calculation of turning circles and thus for the predictive planning ahead of possible routes.
  • the center of gravity of the vehicle is necessary in conjunction with the
  • Vehicle contour predictive predetermine a possible tilting behavior Since the position of the center of gravity is a dynamic variable and depends on the charge, the fuel filling and thus generally on the time-varying mass distribution, it is appropriate to the position of the center of gravity
  • the current fuel supply within the vehicle is used, for example, to be able to determine a range of action of the vehicle model in the 3-dimensional terrain model taking into account inclines, inclines, heavy or light ground conditions and the like boundary conditions.
  • the data on the current mileage of the vehicle and the maintenance intervals and repairs carried out for the real vehicle is used, for example, to be able to determine a range of action of the vehicle model in the 3-dimensional terrain model taking into account inclines, inclines, heavy or light ground conditions and the like boundary conditions.
  • the vehicle model is thus fundamentally predictive and anticipates future operating conditions of the real vehicle as a model.
  • the vehicle model 2 is like the real vehicle also created in three dimensions.
  • FIG. 2 shows, by way of example, a side view of the vehicle 1 from FIG. 1, in this case the tractor or tractor, and a side view of the vehicle model 2 associated with this side view
  • Vehicle model further parameters of the vehicle to be taken into account can, in particular the radii R of the vehicle wheels, which are different here for the front and rear wheels.
  • a well recognizable part of the vehicle model here are virtual pivot arms S, with which the spring travel of the front and rear axles of the vehicle are taken into account, as well as a virtual vehicle floor B, the reference region of the vehicle model with respect to the bottom of the virtual 3-dimensional
  • Terrain model is used and with the possible placement of the vehicle can be defined. In this way basic dynamic properties of the real vehicle can be modeled in a simple manner.
  • the database not only includes a vehicle model, but may include a plurality of vehicle models of a total available fleet, at the individual vehicle types a continuous telemetric detection of the current operating state is performed with corresponding sensor devices.
  • the vehicle model corresponds with regard to an agricultural
  • Fig. 3 shows a corresponding example.
  • the figure shows a spreader 4 for spreading fertilizers, pesticides or streussähigem seed.
  • the trickle device contains a reservoir 5, one of two wheels
  • Distribution devices 8 which are exemplified here as a rotary plate. About supply lines, not shown here, which is located in the reservoir flowable or scatterable good is directed to the rotating plate. On the one hand, the supply rate by control devices, in particular corresponding
  • Control valves are regulated and on the other hand, the rotary plate can be operated by means of correspondingly adjustable motors with variable speeds, which can adjust the spread of each distribution device and adjust.
  • the trickle device is associated with a machine model 9. As with the
  • Vehicle model 2 contains the machine model 9 data on the geometric dimensions of the scattering device, in particular to the distances of the wheels 6, to the total length of the spreader of the boom with the Towbar 7 to the distribution devices 8 and to the geometric dimensions of the distribution device 8 itself, ie here in particular the distance and the number of individual rotating plate.
  • the machine model 9 further includes functional machine and
  • the real trailer hitch 7 may be associated with a set of compatibility information indicating which vehicle the litter device is capable of fitting at all and with which vehicle the litter device can not be combined.
  • Reservoir 5 of the trickle device is associated with a level sensor 10, over which the level in the reservoir as continuously updated
  • Information is transmitted to the machine model of the spreader.
  • the information about the distances of the wheels 6 give in the machine model 9 an explanation about which minimum radii can be driven with the spreader, d. H. which parameters must be taken into account when planning the route in this case.
  • the machine model is also associated with data that make up a
  • the machine model also contains information, such as a function or a table of values, about which speed must be present on the respective rotary plate, so that a certain spread can be achieved by the distributor. From the feed rate of the material to be spread and the scattering width, the amount of scattered material per unit area, ie the spreading density, can then be determined theoretically. This means that the machine model is designed for a predictive statement that can be used to estimate in advance how long the supply of scatterable good will last in the storage container when the trickle device operates at a certain speed, a certain spread and a certain feed rate becomes .
  • the machine model also contains information about which individual rotary plate must be operated at what speed to achieve a certain spread and it contains predictive usable information about which scatter density at a certain speed of the rotary plate, a certain supply rate of the material to be spread and a certain driving speed is present.
  • the machine model contains information about which operating and control parameters must be set in which way and in order to optimally operate the trickle device, taking into account a specific travel path. It is understood that the machine model will be formed in other devices for tillage, such as planters, plows, harrows, mowers, shredders and the like machines in a very different way with other parameters, the
  • Fig. 4 illustrates the mapping of the vehicle model 2 and the
  • the vehicle model 2 and the machine model 9 are combined here.
  • the scattering device represented by the machine model 9 is thus virtually coupled virtually to the tractor or the tractor represented by the vehicle model.
  • any combinations can thus be virtually assembled and inserted into the given 3-dimensional terrain model.
  • the movement characteristics, the off-road capability and the mobility of the entire association of tractor and spreader by the model :
  • the 3-dimensional terrain model is initially an illustration of a
  • each location is also assigned a height specification.
  • elevation data is represented by a series of
  • the main objective of the present method is to determine an optimal route, which is symbolized here as a route 13.
  • the infrastructure is optimal, in particular, when the combined vehicle and machine model 2 and 9 have provided optimal soil tillage in the predictive foresight. For this purpose, it is determined in particular taking into account the 3-dimensional terrain model, which effect a Soil cultivation along an assumed route would probably provide.
  • Spreader represents compliance with a uniform spreading density over as wide as possible processing strip away
  • Machine parameters are calculated on the machine model 9, which
  • Spreading width with which spreading density is achieved for the spreading material is illustrated in the form of scattering regions 14, which indicate up to which range a given scattering density can be realized.
  • the type of parameter to be optimized naturally depends on the particular machine model selected. For example, in the case of the machine model of a plow device, the depth of penetration into the ground can be the parameter to be optimized, which must be determined and optimized in accordance with the topography of the three-dimensional terrain model.
  • Another very important aspect in mapping the vehicle and / or machine model to the 3-dimensional terrain model is the predictive prediction of possible accident sources, such as a possible vehicle sitting on the terrain, or a possible tilting of the vehicle on slopes or at a one-sided lifting of the vehicle and the possible avoidance of an actual accident in real terrain.
  • FIG. 5 shows an example of a predictive determination of a possible placement of a vehicle.
  • the example given here is the
  • Vehicle model 2 inserted into a portion of the 3-dimensional terrain model 11.
  • the side view of the vehicle model 2 shown in Fig. 2 proves to be useful to the basic
  • the 3-dimensional terrain model 11 has a virtual soil profile 15 determined from the geodesics.
  • the vehicle model 2 those are for the predictive prediction of a possible landing in the present Example, the radii R of the vehicle wheels and the geometrically determined by the spring travel and suspension of the wheels pivot arms S important.
  • a virtual vehicle floor B defines a computational criterion for when a placement of the vehicle model 2 actually has to be considered as given.
  • the vehicle model 2 is virtually moved over the bottom profile 15, wherein on the one touchdown points AI and A2 of the two wheels of the vehicle model are determined on the soil profile and on the other analyzed the soil profile between the touchdown points AI and A2 becomes .
  • Predictive advance planning can now determine strategies for preventing such placement if the problematic area in the terrain has to be negotiated. For this purpose, for example, as
  • Rod guide to avoid Aufsetzern the linkage on the ground or plant stock are made by the linkage is raised.
  • Combine harvesters, mowers or shredders can be changed in their position.
  • Weather forecasts are included in the terrain model to simulate predictable ground conditions predictive. For example, in the case of an expected rain-soaked and muddy ground, a deeper one could be
  • optimization strategy to schedule a driving at a later time, when the soil is dry again and thus firmer.
  • weather-dependent driving routes can be determined and optimized.
  • appropriate deployment plans can be made by the system
  • FIG. 6 shows an example of a predictive determination of a tilt and / or
  • the vehicle model must contain information about the mass distribution in the real vehicle and about the vehicle contour, so that both focal points can be determined.
  • a local slope, i. a local slope angle a, of the 3-dimensional terrain model is determined at the location where the
  • Vehicle model has been used in the terrain model. Then, a solder LM is placed at least through the center of mass SM of the vehicle model and determines its course with respect to a tilting point K. In any case, a risk of tipping exists if the solder LM runs on the downhill side of the tilting point K. The risk of tipping can be further analyzed by more accurately calculating and indicating the position of the braze in relation to the tipping point. Different degrees of instability can be defined here.
  • the sinking depth can also be predicted here by determining a value for the softness of the soil directly from possible precipitation amounts and inserting it into the calculations. If the wheels sink lower downhill, this increases the size
  • the risk of tipping increases.
  • the pitch angle ⁇ according to the 3-dimensional terrain model is also used.
  • the coefficient of static friction between the vehicle and the terrain is calculated from the current weather forecasts and a
  • Fertilizer application depending on the slope.
  • a control of the cutting guide of combines and shredders done so that in addition to the avoidance of Aufsetzern and a predictive mowing strategy is calculated so that tipping is avoided.
  • local dangerous situations can be determined predictively when driving off the terrain represented by the terrain model, and appropriate travel routes can be selected out.
  • FIG. 7 shows an exemplary 3-dimensional terrain model 11 in a larger overview. As already shown, includes the terrain model
  • the terrain model is predicted. It therefore models a future state of a real terrain, starting from a current state and incorporating certain boundary data and additional information extrapolates future developments and events in real terrain and in the
  • Terrain model be saved.
  • the first area illustrates a wet floor area N
  • the second area marks a dry floor area T.
  • these areas can be determined from weather forecasts in the future.
  • This terrain model is virtually traversed by the vehicle and machine model, where the start and end points as well as the area to be traversed can be specified as initial values.
  • a number of criteria are used in order to predictively determine an optimal route that is likely to be passed through optimally in real terrain.
  • the set of optimization criteria may be graded. For example, the 3-dimensional terrain model
  • Partial surfaces 17 contain, which can be provided with a defined trafficability index, d. H. which can not be driven under certain conditions, which can only be driven out of or in certain directions or which can be used at any time. These subareas are chosen to be sufficiently small to allow a sufficiently good spatial resolution in the terrain model, but also sufficiently large to limit their total number and to keep the computational effort within a reasonable range.
  • these fields mark sections of the terrain model that are characterized by a large slope, a large ripple, deep trenches, and so on. Other fields of the terrain model will be marked as unfeasible if the test shows that the conditions there, for example as a result of
  • the track optimization now consists in calculating a track which on the one hand takes into account the boundary conditions in each individual field of the terrain model and on the other hand, a minimum consumption of fuel and resources can be realized at the highest possible effectiveness of tillage.
  • the three-dimensional terrain model is therefore ultimately a predictively variable 3-dimensional terrain model with an allowed directional field, are carried out on the infrastructure optimization in dependence on certain vehicle and machine models and their also predictively determined properties.
  • Control commands for an on-board computer within the real vehicle in the fleet can be implemented.
  • control commands are transmitted, for example, directly to an on-board computer of the real vehicle or a control computer of an agricultural machine.
  • the track data related to the 3-dimensional predictive terrain model now becomes predetermined navigation data for the real road in real terrain.
  • This navigation data can be used directly for autonomous control of the vehicle in the sense of an autopilot control, while at the same time the drawn agricultural machine with
  • Fig. 8 shows an exemplary program flowchart for an interactive program
  • Preplanning builds on the pre-established terrain model as well as the vehicle and machine models and can, for example, proceed as follows: At the beginning, in a step 18, loading of the 3D terrain model, the data of the vehicle model and / or of the machine model into one
  • Data processing device such as a stationary computer or a mobile control computer within the vehicle.
  • a field boundary i. H. an area within the terrain model that has to be completed at least completely, that is to be processed.
  • At least one optimization criterion is determined in a step 19, to which the possible route is to be optimized. This can, for example, a minimized travel time, a minimized use of
  • a possible solution is now determined. This forms a starting point for a step 22 in which the user can intervene in this rough draft of the execution strategy and modify the solution. The result is an Optimized Solution 23. This can be done in step 25
  • Fig. 9 shows an example program flowchart for a predictive online warning system and driver assistance.
  • This warning system is predictive, d. H. In particular, it can already determine a dangerous situation if the terrain is not yet traveled. However, it is of course also possible to realize a real-time control when the vehicle is currently in a dangerous situation.
  • a current position of the vehicle and / or the current direction of travel and speed are determined. outgoing of which a predictive preview window is created in a step 27, which detects all foreseeable future situations.
  • This preview window is created as a function of position, speed, direction of travel, possibly planned route guidance, and vehicle data, for example the travel width.
  • Terrain conditions determined. This is based on the data of the terrain model, sensor data or probable infrastructure data.
  • step 30 a decision is made as to whether a hazard exists. If this is the case takes place in a step 31, an acoustic and / or optical
  • Warning to the driver possibly accompanied by a message about the existing danger in the form of a voice output.
  • an alternative route can be calculated and / or if necessary the speed can be reduced. The process then returns to step 26.
  • the program sequence can predict predicted hazards by the preview window is chosen to be large. Occurs within the preview window a foreseeable
  • step 26 Signal output to the driver and the procedure is returned to step 26. If this is not the case, there is also a return to step 26.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum prädiktiven Erzeugen von Daten zur Steuerung eines Fahrweges und eines Betriebsablaufes für ein landwirtschaftliches Fahrzeug und eine landwirtschaftliche Maschine mit den Verfahrensschritten Automatisches Erfassen und Speichern von Fahrzeug-und/oder Maschinendaten über eine an Einzelfahrzeugen und/oder Einzelmaschinen angeordnete Sensoreinrichtung zum Erzeugen eines Fahrzeug-und Maschinenmodells, Sammeln und Speichern von Daten über eine dreidimensionale Geländetopographie und/oder von Daten über eine aktuelle und/oder prognostizierte Bodenbeschaffenheit und/oder Witterungsbedingung zum Erzeugen eines prädiktiven dreidimensionalen georeferenzierten Geländemodells, Optimierendes Abbilden des Fahrzeug-und Maschinenmodells auf das dreidimensionale prädiktive Geländemodell und Errechnen von Fahrwegsteuerdaten zum Festlegen eines Fahrweges und/oder Maschinensteuerdaten zurprädiktiven Steuerung von Maschinenkomponenten und Ausgeben und Übermitteln der Fahrwegsteuerdaten und/oder der Maschinensteuerdaten an eine Steuereinheit des landwirtschaftlichen Fahrzeuges (1) und/oder der landwirtschaftlichen Maschine.

Description

Verfahren zum prädikativen Erzeugen von Daten zur Steuerung eines Fahrweges und eines Betriebsablaufes für landwirtschaftliche Fahrzeuge und Maschinen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum prädiktiven Erzeugen von Daten zur Steuerung eines Fahrweges und eines Betriebsablaufes für landwirtschaftliche Fahrzeuge und Maschinen nach Anspruch 1. Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mit denen eine Echtzeitsteuerung von landwirtschaftlichen Fahrzeugen und
landwirtschaftlichen Maschinen erfolgen kann. Derartige Vorrichtungen und Verfahren werden beispielsweise in den Druckschriften DE 1020111078292 AI, EP 0887660 Bl, der EP 1527667 Bl oder auch der EP 0970505 Bl beschrieben.
Mit den dort genannten Verfahren ist es möglich, eine gegebene
landwirtschaftliche Nutzfläche, beispielsweise ein Feld, in einer optimierten Weise abzufahren. Dabei wird der Fahrweg in Echtzeit mittels eines Navigationssystems verfolgt. Zusätzliche Sensoren, die sich beispielsweise am Fahrzeug oder im Bereich der durch das Fahrzeug gezogenen oder in sonstiger Weise bewegten landwirtschaftlichen Maschine befinden, zeichnen lokale Gegebenheiten des Fahrwegs, beispielsweise Hanglagen oder so genannte Stampfwinkel des
Fahrzeuges, auf. Hierdurch wird verhindert, dass das Fahrzeug einen gefährlichen Kippwinkel einnimmt, dass die Werkzeuge der landwirtschaftlichen Maschine sich in den Boden eingraben oder dass die Bodenbearbeitung, das Ausbringen von Saatgut, Pflanzenschutzmitteln oder Dünger infolge der Bodenlage in einer ungenügenden Weise erfolgt. Es ist somit möglich, das Fahrzeug gegen zu steuern, wenn oder kurz bevor eine kritische oder in Hinblick auf die
Bodenbearbeitung nachteilige oder nicht optimale Situation eintritt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind auf Echtzeitsteuerungen ausgerichtet, die nur ein zeitlich relativ eng begrenztes Zeitfenster erfassen. In der landwirtschaftlichen Praxis ist es jedoch nicht immer nur wichtig, in einer gegebenen Situation kurz zuvor oder danach die richtige Steuerung auszuführen. Eine derartige Steuerung kann immer nur operativ eingesetzt werden. Bedeutsamer und wichtiger für eine langfristige Bearbeitung einer gegebenen landwirtschaftlichen Nutzfläche ist es, zukünftige Entwicklungen vorher zu sehen und unter diesen naturgemäß nur begrenzt erfassbaren Randbedingungen die richtigen und optimalen Entscheidungen über den Einsatz der landwirtschaftlichen Fahrzeuge und Maschinen schon hinreichend lange vorab zu treffen. Dies betrifft insbesondere Situationen, die noch gar nicht eingetreten sind, aber die schon dann bedeutsam sein können, wenn das landwirtschaftliche Fahrzeug bzw. die landwirtschaftliche Maschine noch gar nicht im Einsatz ist.
Eine Echtzeitsteuerung ist beispielsweise nur sehr begrenzt hilfreich, wenn ein landwirtschaftliches Fahrzeug sich momentan in einem schlammigen Boden festgefahren hat, weil diese Situation vorab unbekannt gewesen ist oder deswegen kurzfristig über eine längere Fahrstrecke unter zusätzlichen
Aufwendungen umdirigiert werden muss. Beides sollte am besten vorher vermieden werden.
Es besteht somit die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem die genannten Nachteile einer Echtzeitsteuerung landwirtschaftlicher Fahrzeuge und Maschinen beseitigt werden können und mit dem eine auf die Zukunft bezogene, d. h.
prädiktive Steuerung möglich wird.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zum prädiktiven Erzeugen von Daten zur Steuerung eines Fahrweges und eines Betriebsablaufes für landwirtschaftliche Fahrzeuge und Maschinen nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens.
Das Verfahren zum prädiktiven Erzeugen von Daten zur Steuerung eines
Fahrweges und eines Betriebsablaufes für landwirtschaftliche Fahrzeuge und Maschinen wird erfindungsgemäß mit folgenden Verfahrensschritten ausgeführt:
Es erfolgt ein automatisches Erfassen und Speichern von Fahrzeug- und/oder Maschinendaten über eine an Einzelfahrzeugen und/oder Einzelmaschinen angeordnete Sensoreinrichtung zum Erzeugen eines Fahrzeug- und
Maschinenmodells. Ebenso wird ein Sammeln und Speichern von Daten über eine dreidimensionale Geländetopographie und/oder von Daten über eine aktuelle und/oder prognostizierte Geländebeschaffenheit und/oder Witterungsbedingung ausgeführt, mit dem ein prädiktives dreidimensionales georeferenziertes
Geländemodell erstellt wird.
In einem nächsten Schritt erfolgt ein optimierendes Abbilden des Fahrzeug- und Maschinenmodells auf das dreidimensionale prädiktive Geländemodell und ein Errechnen von Fahrwegsteuerdaten zum Festlegen eines Fahrweges und/oder Maschinensteuerdaten zur Steuerung von Maschinenkomponenten.
Abschließend erfolgt ein Ausgeben und Übermitteln der Fahrwegsteuerdaten und/oder der Maschinensteuerdaten an eine Steuereinheit des
landwirtschaftlichen Fahrzeuges und/oder der landwirtschaftlichen Maschine.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit darauf ab, ein Geländemodell zu erstellen, das prädiktiv ausgelegt ist. Das bedeutet, dass das Geländemodell nicht nur die aktuell vorliegende Topographie abbildet, sondern die zu bearbeitenden landwirtschaftlichen Nutzflächen so darstellt, wie sie aller Voraussicht nach in der Zukunft unter Berücksichtigung einer Reihe von Annahmen und Prognosen sein werden. Das Geländemodell wird somit nicht nur als ein räumlicher Ist-Zustand vorgeplant, sondern repräsentiert auch eine vorweg genommene zeitliche
Entwicklung, die mit den Daten über einen verfügbaren landwirtschaftlichen Fahrzeug- und Maschinenpark abgeglichen wird. Das bedeutet, dass ein aktuell und künftig zur Verfügung stehender Fahrzeug- und Maschinenbestand virtuell mit einem sich möglicherweise in Zukunft einstellenden Gelände in Beziehung gesetzt und optimierend eingeplant wird, sodass hierdurch schon diejenigen Steuerdaten generiert werden können, die für einen zukünftigen Einsatz eines gegebenen Fahrzeug- und Maschinenparks notwendig sind und mit denen die Steuereinheiten der betreffenden Fahrzeuge und Maschinen vorab ausgestattet werden können. Bei einer Ausführungsform werden bei dem automatischen Erfassen der
Fahrzeugdaten Daten über eine Fahrzeuggeometrie und über den aktuellen und/oder vorhersehbaren Betriebszustand des landwirtschaftlichen Fahrzeuges telemetrisch von einem Bordsystem fortlaufend erfasst und an eine zentrale Datenbank übermittelt.
Bei einer Ausführungsform werden bei dem automatischen Erfassen der
Maschinendaten Daten über eine Maschinengeometrie und einen aktuellen und/oder vorhersehbaren Betriebszustand landwirtschaftlicher
Bearbeitungskomponenten fortlaufend telemetrisch erfasst und an eine zentrale Datenbank übermittelt. Die telemetrische Erfassung ermöglicht ein zeitliches Erfassen und Verfolgen des Betriebszustandes der Fahrzeuge des Fahrzeugparkes bzw. der einzelnen landwirtschaftlichen Maschinen des Maschinenparkes, sie ist somit aktuell, gibt aber auch Aufschluss über den zu erwartenden Trend im Betriebszustand innerhalb eines Vorhersagezeitraums. Dadurch kann der in Zukunft zu erwartende Zustand des zu bearbeitenden Geländes mit dem in Zukunft zu erwartenden Betriebszustand des Fahrzeug- und Maschinenparks optimierend abgeglichen werden.
Bei einer Ausgestaltung werden bei dem Erzeugen des Fahrzeug- und
Maschinenmodells die automatisch erfassten Fahrzeugdaten und die automatisch erfassten Maschinendaten variabel kombiniert, wobei eine Vielzahl verschiedener Fahrzeugtypen mit einer Vielzahl verschiedener Maschinentypen kombiniert werden können. Hierdurch wird auf der Ebene der virtuellen Modelle
berücksichtigt, dass verschiedene reale Fahrzeugtypen, beispielsweise
verschiedene Zugmaschinen und Traktorenmodelle, verschieden mit daran angekoppelten landwirtschaftlichen Maschinen zusammenwirken können.
Bei einer Ausführungsform erfolgt das Sammeln der Daten über die
dreidimensionale Geländetopographie über ein Auswerten einer vorab generierten Geodatenmenge. Hierzu können die allgemein verfügbaren Daten aus
vorhandenen Georeferenzierungs- und Kartierungssystemen verwendet werden.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens werden bei dem Sammeln von Daten über die aktuelle und/oder prognostizierte Bodenbeschaffenheit die Daten einer Vielzahl im realen Gelände verteilter automatischer Messstationen, insbesondere von Messstationen über eine Bodenfeuchte und/oder einer gefallenen
Niederschlagsmenge, erfasst und der Geodatenmenge zugeordnet.
Bei dem optimierenden Abbilden des Fahrzeug- und Maschinenmodells auf das dreidimensionale Geländemodell wird bei einer Ausführungsform ein erster Optimierungsalgorithmus ausgeführt, bei dem ein optimaler Fahrweg unter Berücksichtigung der aktuellen und/oder vorhersehbaren Bodenbeschaffenheit des Geländes und der Vermeidung von für das Fahrzeug- und Maschinenmodell gefährlichen Rutsch-, Hang- und/oder Kipplagen berechnet wird, wobei bei einem zweiten Optimierungsalgorithmus ein auf den Fahrweg angepasster optimierter Betriebszustand der landwirtschaftlichen Maschine errechnet wird und die Daten des optimalen Fahrwegs und die Daten des optimierter Betriebszustandes in die Fahrweg- und die Maschinensteuerdaten überführt werden.
Der erste und/oder der zweite Optimierungsalgorithmus können durch das Vorgeben veränderbarer Randbedingungen und/oder Gewichtungen
nutzerspezifisch anpassbar und beeinflussbar sein.
Das Verfahren kann in einem offline-Modus betreibbar sein, wobei die
Verfahrensschritte auf einem nicht mit dem Fahrzeug und/oder der
landwirtschaftlichen Maschine verbundenen externen datenverarbeitenden System, insbesondere einem PC, einem Tablet-Computer und/oder einem
Cloudcomputersystem, ausgeführt werden.
Das Verfahren kann aber auch in einem online-Modus betreibbar sein, wobei die Verfahrensschritte auf einer in dem Fahrzeug- und/oder der landwirtschaftlichen Maschine integrierten Steuerungseinheit, insbesondere einem Fahrzeugcomputer, ausgeführt werden.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist das prädiktive Erzeugen der Daten durch ein Erfassen mit einem Erfassen von operativen Echtzeitdaten ergänzt, wobei durch die operativen Echtzeitdaten ein momentaner Ist-Zustand des Fahrzeuges und/oder der Landwirtschaftlichen Maschine und/oder von
Geländebeschaffenheiten erfasst wird. Dabei werden die operativen Echtzeitdaten durch die Steuereinheit des Fahrzeuges und/oder der landwirtschaftlichen Maschine aktualisierend den prädiktiv ermittelten Fahrwegsteuerdaten
hinzugefügt.
In einem solchen Fall ergeben die prädiktiv erzeugten Steuerungsdaten für die Fahrzeuge oder Maschinen keine starre Vorgabe eines Fahrweges oder diverser Betriebszustände und -abläufe, sondern können operativ modifiziert werden. Das Verfahren soll nachfolgend anhand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die Figuren 1 bis 9. Es werden für gleich bzw. gleichwirkende Bestandteile und Abläufe dieselben Bezugszeichen verwendet.
Es zeigt:
Fig . 1 eine beispielhafte Zugmaschine mit einem aus der Zugmaschine
abgeleiteten Fahrzeugmodell in einer Draufsicht,
Fig . 2 die Zugmaschine aus Fig . 1 in einer Seitenansicht mit dem aus der
Zugmaschine abgeleiteten Fahrzeugmodell, ebenfalls in einer
Seitenansicht,
Fig . 3 eine beispielhafte landwirtschaftliche Maschine und ein aus der Maschine abgeleitetes Maschinenmodell in einer Draufsicht,
Fig . 4 das Fahrzeugmodell aus Fig . 1 in Kombination mit dem Maschinenmodell aus Fig . 3 in einem Teilbereich eines 3-dimensionalen Geländemodells,
Fig . 5 das Fahrzeugmodell aus Fig . 2 in einem simulierten prädiktiven Abgleich mit einem Teilbereich des 3-dimensionalen Geländemodells zum Prüfen eines möglichen Aufsetzens des Fahrzeugs,
Fig . 6 ein Fahrzeugmodell in einem Teilbereich des 3-dimensionalen
Geländemodells in einem prädiktiven Abgleich zum Prüfen eines möglichen Kippens des Fahrzeuges,
Fig . 7 ein beispielhaftes Erzeugen eines prädiktiven Fahrweges in einem 3- dimensionalen Geländemodell unter Berücksichtigung von prädiktiv bestimmten Bodenbeschaffenheiten,
Fig . 8 einen beispielhaften Programmablaufplan für eine interaktive Vorplanung,
Fig. 9 einen beispielhaften Programmablaufplan für ein prädiktives online
Warnsystem und eine Fahrerassistenz. Nachfolgend soll die Nutzung eines 3D-Geländemodells zur prädiktiven
Vorplanung von Fahrtrouten landwirtschaftlicher Maschinen anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Die Vorplanung erfolgt in einer ersten Variante vor dem Feldeinsatz der
Fahrzeuge mittels eines PC, Tablets, eine Web-Applikation oder eines Cloud- Dienstes in einem Offlinemodus. Das bedeutet, dass die Verfahrensschritte auf einem nicht im Fahrzeug oder der Landmaschine enthaltenen Computersystem sondern beispielsweise in einer Einsatzzentrale ausgeführt werden, wobei die dabei erzeugten Resultate anschließend an eine Bordsystem der einzelnen Fahrzeuge und Maschinen überspielt werden.
Alternativ kann die Vorplanung direkt auf mobilen Fahrzeugcomputern in einem Onlinemodus erfolgen. Sowohl der Offlinemodus als auch der Onlinemodus können mit oder auch ohne den Einsatz eines web- oder cloudbasierten
Datenverarbeitung und Kommunikation erfolgen. Die ermittelten optimierten Routen können anschließend an ein oder auch an mehrere Fahrzeuge als Zielrouten übergeben werden. Die Zielroute ist allerdings nicht starr vorgegeben. Während der Fahrt auf der geplanten Route werden mit Hilfe von Sensoren des Fahrzeugs die aktuellen Bedingungen erfasst und die Situation auf mögliche notwendige Veränderungen der Route überprüft. Gegebenenfalls werden Warnungen bei gefährlichen Situationen ausgegeben, es wird dann eine neue Route berechnet, oder es werden Maschinenfunktionen eingeleitet, um auf diese Veränderungen zu reagieren.
Sowohl der Onlinemodus als auch der Offlinemodus können bei der Errechnung der Route und bei der Modifizierung der Route während der Fahrt unabhängig voneinander zum Einsatz kommen. Das bedeutet insbesondere, dass die Route offline errechnet und online modifiziert wird .
Die sowohl offline als auch online erfolgende Vorplanung betrifft dynamische Daten des Systems aus landwirtschaftlichem Fahrzeug, landwirtschaftlicher Maschine und Kombinationen aus landwirtschaftlichem Fahrzeug und Maschine. Beispiele für derartige dynamische Daten sind Fahrzeug- und Implement- Positionen, Geschwindigkeiten, Fahrtrichtung, Lenkdaten, Fahrzeug- und Implement-Daten wie z. B. einstellbare Gestänge-Winkel, Ausbringungsmengen und voraussichtliche Ladevolumen eines Einzelfahrzeuges oder einer Flotte.
Diese dynamischen Daten werden auch als Weg oder Spur bezeichnet. Sämtliche dynamische Systemdaten werden hierbei unter Berücksichtigung der statischen Systemdaten vorausgeplant. Statische Systemdaten sind Systemdaten, die sich zeitlich nicht ändern, wie z. B. gegebene Fahrzeuggeometrien und Lasten, sowie das rein geometrische 3D-Geländeprofil eines Schlages. Die Vorplanung zielt darauf ab, eine Vorausschau zur Vermeidung von
schwierigen Situationen zu ermöglichen. Die schwierigen Situationen betreffen insbesondere Umsturz- und Kollisionsgefahren mit Hindernissen und anderen Fahrzeugen einer gegebenen Fahrzeugflotte sowie die Gefahr einer Kollision des Bodens von Auslegern und/oder Gestängen mit einem Untergrund . Zur
Gefahrenvermeidung werden Prozeduren generiert, die auf eine Umfahrung von Verwerfungen oder Terrassen, auf eine Lenkung in engen Kurven abzielen und das Befahren in einer bestimmten Weise so ermöglichen, dass die kritischen Situationen nicht in der Realität auftreten. Die Vorplanung zielt außerdem auf eine optimale Maschinennutzung und eine optimale Bodenbearbeitung des Geländes und Bearbeitung des Pflanzenbestandes (z. B. Ernte) ab. Dies betrifft insbesondere das Vermeiden von Über- bzw.
Unterstreuungen oder -düngungen durch ein ungleichmäßiges Ausbringen an Hanglagen. Außerdem betrifft die Vorplanung auch die Planung bzw. Berechnung einer optimalen Spur mit den beispielsweisen Kriterien eines minimalen Weges, einer minimalen Zeit, minimierten Kosten, eines minimalen Verbrauch bei einer Maximierung der mit diesen Ressourcen bearbeiteten Nutzfläche und eine
Minimierung der Bodenverfestigung . Es erweist sich als zweckmäßig, verschiedene Optimierungsstrategien für verschiedene Gebiete auch verschieden so festzulegen, dass hierdurch das Vermeiden der genannten schwierigen Situationen als Vorgabeparameter berücksichtigt ist. So hat beispielsweise bei Flächen mit kritischen Hanglagen die Optimierungsstrategie des möglichst kurzen Weges zugunsten einer
Optimierungsstrategie der Vermeidung einer Kippgefahr eine höhere Priorität, während in einem angrenzenden flachen Geländebereich die
Optimierungsstrategie des minimierten Weges uneingeschränkt priorisiert bleibt. Die Benutzung dieser Daten dient insbesondere zur Vorausplanung der
Bearbeitung (Pflege, Pflanzenschutz, Düngung) und Ernte von Pflanzenbeständen auf einem gegebenen Gelände.
Als nächster Schritt erfolgt eine Übergabe und Übertragung der geplanten, optimierten Routen an die entsprechenden landwirtschaftlichen Maschinen. Dies erfolgt beispielsweise über einen Satz von Steuerbefehlen. Die online ausgeführte prädiktive Planung auf dem mobilen Computer der landwirtschaftlichen Fahrzeuge und Maschinen bildet hierbei einen besonders wichtigen Aspekt.
Die online ausgeführte Vorausschau erfolgt unter Berücksichtigung des SD- Geländeprofils eines Schlages, gegebener Fahrzeuggeometrien und Lasten, der auf der Maschine bzw. am Fahrzeug befindlichen Sensoren, und eines
möglicherweise vorhandenen Kommunikationskanales zu anderen Fahrzeugen. Über den Kommunikationskanal mit anderen Fahrzeugen und Maschinen erfolgt zwischen den jeweiligen Bordcomputern ein Informationsaustausch über deren Zielrouten und deren Sensoren. Zusätzlich kann über diesen
Kommunikationskanal die vorgeplante Route übermittelt werden, wobei hierdurch die Einhaltung der Zielroute eines Einzelfahrzeuges oder einer Flotte insgesamt gesichert wird . Die online ausgeführte Vorplanung dient dann ebenso auch einer Vermeidung von Kollisionen zwischen Flottenfahrzeugen.
Über diese prädiktive Vorausschau hinaus kann eine Echtzeit-Vorausberechnung einer optimalen Spur zum Erreichen eines vorgegebenen Optimierungskriteriums erfolgen. Eine solche Vorgehensweise ist dann möglich, wenn eine Zielroute nicht absolut verbindlich vorgegeben wurde oder wenn von der Zielroute abgewichen werden soll oder muss. Dann geht die prädiktive Vorausberechnung in eine operative Berechnung in Echtzeit als eine so genannte In-Field-Navigation über. Diese Berechnung erfolgt unter Berücksichtigung des Vermeidens der oben genannten schwierigen Situationen und sie geht von der aktuellen
Fahrzeugsituation im realen Gelände unter aktuell vorliegenden
Einsatzbedingungen aus, sodass hierdurch ein selbsttätiges zielsuchendes Verfahren für autonome Fahrzeuge realisiert ist. Auch hier kann eine Ausweichroute berechnet werden, um zum Beispiel das Umkippen oder Kollisionen zwischen den Fahrzeugen zu vermeiden. Ebenfalls lassen sich hiermit auch Schlagbearbeitungsstrategien vorausplanen, die zum Beispiel durch Veränderungen der Richtungen der Fahrspuren realisiert werden.
Das nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläuterte Verfahren dient somit einer Berechnung und Nutzung von prädiktiv ermittelten Fahrspuren in einem 3-dimensionalen Gelände zur Vermeidung von gefährlichen Situationen für landwirtschaftliche Maschinen. Die hier vorliegenden Verfahrensschritte sind prädiktiv angelegt und basieren auf Vorhersagemodellen für zukünftige
Entwicklungen. Die dabei ermittelten Fahrspuren sind letztlich dreidimensional und liegen im Ergebnis als 3D-Fahrspuren vor.
Die Berechnung der Fahrspuren erfolgt hier mit den Algorithmen für eine 2D- Berechnung mit einer zusätzlichen Berücksichtigung der Höhe aus dem SD- Geländemodell. Die dabei abgeleiteten 3D-Fahrspuren lassen sich für
verschiedene Zwecke nutzen. Dies betrifft insbesondere eine Warnung vor dem Umkippen von Landmaschinen am Hang und deren Anzeige in Form einer akustischen Warnung oder einer Anzeige auf einem Display.
Ausgehend davon erfolgt das Berechnen einer Ausweichroute, um ein derartiges Umkippen zu vermeiden. Dies erfolgt durch ein Vorausberechnen einer
Schlagbearbeitungsstrategie. Wichtig ist hier insbesondere die Veränderung der Richtung der Fahrspuren. Möglich ist auch eine automatische Reduzierung der Geschwindigkeit durch einen entsprechend generierten Steuerbefehl, um das Umkippen zu vermeiden.
Einen weiteren Aspekt bildet die Nutzung des 3D-Geländemodells zur Steuerung von Bearbeitungs-, Ausbringungs- und Ernteprozessen in hängigem Gelände. Hierdurch werden eine vorausschauende Steuerung der Ausbringmenge bei Düngerstreuern und eine Steuerung des Streuwinkels in Abhängigkeit von der Hangneigung möglich. Die erfolgt beispielsweise dadurch, indem berücksichtigt wird, dass bei sonst unveränderten Betriebsparametern hangabwärts eine kürzere Streubreite und hangaufwärts eine weitere Streubreite vorliegt, wobei hier entsprechende Steuerungsmaßnahmen erfolgen mit dem Ziel einer exakten Einhaltung der Arbeitsbreite. Darüber hinaus wird durch die Nutzung des 3D-Geländemodells auch eine durch die Feldbearbeitung hervorgerufene Erosion dadurch vermieden, indem vorab eine entsprechende Bearbeitungsstrategie erstellt wird und beispielsweise ein Weg errechnet wird, der quer zu einer gegebenen Hangneigung verläuft.
In entsprechender Weise erfolgt beispielsweise auch eine prädiktive Steuerung der Gestängeführung von Pflanzenschutz-Spritzen zur Vermeidung von Aufsetzern des Gestänges auf dem Boden oder Pflanzenbestand oder auch eine
vorausschauende Steuerung der Schneidwerkführung von Mähdreschern und Häckslern, damit Aufsetzer vermieden werden können. Es ist ebenso auch
Bestandteil des Verfahrens eine vorausschauende Mähstrategie zu berechnen das Vermeiden des Umkippens auch berücksichtigt wird.
Ein weiterer Aspekt ist die vorausschauende Steuerung von
Bodenbearbeitungsmaschinen, beispielsweise zum Pflügen, Eggen, Grubbern oder Mulchen und der Ausgleich zur Abdrift am Hang, um ein optimales
Bearbeitungsergebnis zu erreichen.
In Verbindung damit kann auch eine Berechnung eines 3D-Modells eines vorliegenden oder zu erwartenden Pflanzenbestandes in Verbindung mit dem SD- Geländemodell erfolgen. Hierzu lassen sich Informationen über die
Sonneneinstrahlung oder die sonstigen Witterungseinflüsse, insbesondere unter Einbeziehung so genannter Wetterseiten oder Sonnenhänge im Rahmen von Prognosen mit berücksichtigen. Hierzu erfolgt eine Berechnung der exakten Fläche des Feldes unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Höhen im
Gelände im Rahmen einer 3D-Berechnung statt einer nur flächenhaften 2D- Berechnung . Hieraus erfolgt dann die Berechnung des Pflanzenbestandes aus der exakten Größe des Feldes und einer Bestandshöhe der Pflanzen. Die Nutzung des 3D-Modells von Pflanzenbeständen kann auch zur exakten Ermittlung der Biomasse aus dem Pflanzenbestand zur Steuerung von Abfahr- Logistik-Prozessen eingesetzt werden. Hierdurch wird insbesondere eine vorausschauende Steuerung der Gestängeführung von Pflanzenschutz-Spritzen zur optimalen Einhaltung des Abstandes zum Pflanzenbestand möglich.
Es ist ebenfalls möglich, 3D-Modelle von H indernissen zu erzeugen. Hierzu erfolgt eine dreidimensionale Vermessung von Hindernissen auf landwirtschaftlichen Flächen, wie z. B. von Strommasten, Bäumen, Baumreihen oder Gebüsch und eine Einbeziehung der Hindernisse in das bestehende 3D-Geländemodell .
Dieses 3D-Modell mit den dabei einbezogenen Hindernissen kann auch dazu dienen, um Abstürze beim Befliegen des realen Geländes mittels unbemannter Kleinflugzeuge bzw. Drohnen durch Kollision mit den Hindernissen durch eine Vorausberechnung des Kurses unter Einbeziehung des 3D-Modells zu vermeiden. Dies dient außerdem auch einer Vermeidung von Kollisionen der
landwirtschaftlichen Maschinen, insbesondere des Gestänges bei PS-Spritzen mit Hindernissen, wie beispielsweise Masten, Baumreihen oder Gebüsch durch die Vorausberechnung des Kurses unter Einbeziehung des 3D-Modells.
Möglich ist jedoch stets auch eine teilflächenspezifische Festlegung
verschiedener Optimierungsstrategien. Bei diesen unterschiedlichen
Optimierungsstrategien kann das Berücksichtigen und Vermeiden von schwierigen und kritischen Situationen im Vordergrund stehen sodass die
Optimierungskriterien der In-Field-Navigation mindestens in einzelnen Punkten im Geländemodell von sekundärer Bedeutung sind . Dies betrifft das bereits genannte Umkippen von Fahrzeug und landwirtschaftlicher Maschine, eine Lenkung in engen Kurven, die Vermeidung einer Kollision mit Hindernissen, das Ermitteln einer günstigen Umfahrung von Verwerfungen oder Terrassen bei gegebenen Fahrzeuggeometrien und Lasten, also Gefahrenquellen, deren Vermeidung
Priorität hat. Ausgehend von der Benutzung dieser Daten erfolgt eine
Vorausplanung von Bepflanzungen und Pflanzreihen.
Eine andere Möglichkeit besteht in einer online ausgeführten Vorplanung des Weges, die auf mobilen Fahrzeugcomputern ausgeführt wird. Die mobilen
Fahrzeugcomputer befinden sich auf den jeweiligen Einzelfahrzeugen oder in jedem Fahrzeug einer Fahrzeugflotte und ermöglichen somit eine auf jedem Fahrzeug einzeln ablaufende Vorausplanung zur Vermeidung von Umstürzen, Kollisionen mit Hindernissen und Flottenfahrzeugen, eines Aufsetzens (Kollision mit Untergrund) von Auslegern / Gestängen bzw. eine Über-/Unterstreuung oder - düngung durch ungleichmäßiges Ausbringen an Hängen. Sie gewährleisten eine Berechnung der optimalen Spur.
Wie bei der offline ausgeführten Vorplanung ist auch bei der online ausgeführten Vorplanung ein teilflächenspezifisches Festlegen verschiedener Optimierungsstrategien möglich. Diese wird unter Berücksichtigung des
Vermeidens von schwierigen Situationen, insbesondere eines Umkippens, der Lenkung in engen Kurven, des Vermeidens eines Kollision mit Hindernissen, erforderlichen Umfahrungen von Verwerfungen oder Terrassen für
landwirtschaftliche Fahrzeuge und bei gegebenen Fahrzeuggeometrien und Lasten ausgeführt, wobei eine Benutzung dieser Daten zur Vorausplanung von
Bepflanzungen / Pflanzreihen erfolgt.
Ein Bestandteil des Verfahrens ist ein automatisches und gegebenenfalls telemetrisches Auslesen der Fahrzeuggeometrien aus den Fahrzeugdaten eines Einzelfahrzeuges oder einer Flotte und Nutzung zur Vorplanung und Warnung. Hierzu werden an den Fahrzeugen entsprechende Sensoren angeordnet, über die das Auslesen erfolgen kann. In Verbindung damit kann auch eine Übertragung der Informationen auf andere Maschinen, insbesondere innerhalb einer Flotte, erfolgen, damit diese ebenfalls den optimierten Spuren, gegebenenfalls auch zeitversetzt, folgen können.
Ein Bestandteil des Verfahrens ist das Ausführen einer online erfolgenden
Zustandserfassung und Warnung, die beispielsweise durch den mobilen
Fahrzeugcomputer ausgeführt wird und zur Vorausschau vor gefährlichen
Situationen dient, die durch die Geometrien auf dem Feld hervorgerufen werden.
Eine derartige Warnung kann rechtzeitig die Gefahr eines Umkippens der
Landmaschine an einer Hanglage signalisieren und beispielsweise in Form einer akustischen Warnung und/oder einer Anzeige auf einem Display im
Armaturenbrett erfolgen und dem Fahrer die bestehende Gefahr anzeigen. In Verbindung kann auch das Berechnen einer Ausweichroute erfolgen, um ein derartiges Umkippen zu vermeiden. Dies kann außerdem mit einer
Vorausberechnung einer Schlagbearbeitungsstrategie erfolgen, um das Umkippen zu vermeiden. Hierzu kann eine Veränderung der Richtung der Fahrspuren erfolgen. Dies kann auch mit einer automatischen Reduzierung der
Geschwindigkeit verbunden sein.
Das 3D-Geländemodell wird darüber hinaus auch als ein Element der Vorschau und zur Vorbereitung von Maschinenreaktionen genutzt. Dies erfolgt
insbesondere in Form einer online ausgeführten Vorplanung auf einem mobilen Fahrzeugcomputer als ein hier vorgesehenes Element. Für eine derartige prädiktiv erfolgende Vorplanung wird die Trägheit des Regelsystems des Fahrzeugs und/oder der Landmaschine, d. h. der Mechanik, der Hydraulik und/oder
Pneumatik mit berücksichtigt. Im Rahmen dieser Berücksichtigung der Trägheit wird zum Beispiel ein rechtzeitiges Abschalten von Düsen an einem Vorgewende, eine Einstellung eines Gestänges bei bereits innerhalb einer bestimmten
Entfernung absehbaren Hindernissen, ein Einschalten bereits bei einem Verlassen des Vorgewendes oder eine Einstellung einer Streueinrichtung bei sich über ein bestimmtes Maß hinaus verändernden Geometrien des Geländes ausgeführt. Als Maß für die Geländeveränderung kann beispielsweise ein Gradientenvektor berechnet werden. Die Richtung des Gradientenvektors kann in Bezug auf die momentane oder auch vorhergesehene Fahrtrichtung beurteilt werden. Hier kann beispielsweise die Fahrtrichtung rechtzeitig so geändert werden, dass der Gradientenvektor nicht geschnitten wird, sondern dass das Abfahren parallel zum Gradientenvektor erfolgt, sodass die Gefahr des Umkippens durch ein
optimierendes Anfahren minimiert wird.
Die online Warnung auf dem mobilen Fahrzeugcomputer kann insbesondere als eine Vorausschau ausgebildet sein, die mit Hinweisen auf evtl. bevorstehende Funktionen der Maschine verknüpft ist, um in der zur Verfügung stehenden Zeit Handlungen des Fahrzeugbedieners einzuleiten. So kann beispielsweise signalisiert werden, dass ein Mähwerkzeug aus der Arbeitsposition gehoben werden muss, obwohl das Hindernis erst in einer Entfernung von 10 Metern vorliegt, wobei hier die Trägheit des mechanischen Systems der Hebevorrichtung des Mähwerkzeuges mit einkalkuliert wird . Erfolgt auf diese Signalisierung innerhalb einer bestimmten Zeit keine Reaktion durch den Fahrzeugführer, so kann beispielsweise ein Zwangsstopp erfolgen, bei dem das Fahrzeug erst dann wieder neu gestartet werden kann, wenn das Mähwerkzeug von der
Arbeitsposition abgehoben worden ist. Beispielsweise kann eine vorausschauende Steuerung der Ausbringmenge bei Düngerstreuern so ausgeführt werden, dass eine Steuerung des Streuwinkels in Abhängigkeit von der Hangneigung so erfolgt, dass zum Beispiel hangabwärts eine kürzere Streubreite und hangaufwärts eine weitere Streubreite mit dem Ziel eingestellt wird, dass eine exakte Einhaltung der Arbeitsbreite erreicht wird. Auch diese kann dem Fahrzeugführer signalisiert werden oder die Anpassung kann automatisiert an den Komponenten des Düngerstreuers selbst erfolgen. Eine vorausschauende Steuerung der Gestängeführung kann beispielsweise bei Pflanzenschutz-Spritzen so erfolgen, dass dadurch ein Aufsetzen des Gestänges auf dem Boden oder Pflanzenbestand vermieden wird. Bei einer
vorausschauenden Steuerung einer Schneidwerkführung von Mähdreschern und Häckslern werden die entsprechenden Funktionskomponenten so eingestellt und geführt, beispielsweise angehoben, dass Aufsetzer vermieden werden. In
Verbindung damit wird eine vorausschauende Mähstrategie berechnet, wobei hierbei berücksichtigt wird, dass in jedem Fall ein Umkippen der Landmaschine vermieden werden muss.
Nachfolgend sollen einige der Verfahrensabläufe anhand von
Ausführungsbeispielen und beispielhaften Anwendungen näher dargestellt werden. Fig . 1 zeigt ein beispielhaftes landwirtschaftliches Fahrzeug 1, in diesem Fall einen Traktor oder eine vergleichbare Zugmaschine und ein dem Fahrzeug zugeordnetes Fahrzeugmodell 2. Das landwirtschaftliche Fahrzeug ist hier in einer gegenständlichen Darstellung gezeigt, das Fahrzeugmodell 2 ist ein aus
Fahrzeugdaten errechnetes Datenmodell des Fahrzeuges, das alle die wichtigen und relevanten Fahrzeugparameter enthält, um das reale Fahrzeug auf ein virtuelles 3-dimensionales Geländemodell abbilden zu können. Sowohl das
Datenmodell des Fahrzeuges als auch das 3-dimensionale Geländemodell sind nicht nur aktuell, sondern wesentlich prädiktiv angelegt. Sie geben nicht nur einen momentanen oder aktuellen Zustand wieder, sondern einen vorgebbaren Zeitraum extrapolierten zukünftigen Zustand . Dadurch können zukünftige
Situationen vorweggenommen und einer Planung erschlossen werden.
Zum Erstellen des Fahrzeugmodells 2 werden durch eine im Fahrzeug
angeordnete Sensoreinrichtung 3, die in der Regel aus mehreren Einzelsensoren besteht, die relevanten Fahrzeugdaten ermittelt und an eine zentrale Datenbank übergeben. Diese relevanten Fahrzeugdaten bilden ein Fahrzeugprofil, das in der Datenbank gespeichert wird .
Die in dem Fahrzeugprofil zusammengefassten Fahrzeugdaten sind in dem hier vorliegenden Beispiel die Radabstände zwischen den Vorderrädern des Fahrzeugs, die Radabstände zwischen den Hinterrädern des Fahrzeugs, die Länge des
Fahrzeugs, wobei hier insbesondere mögliche Auf- oder Anbauten berücksichtigt und mit erfasst werden, die Lage des Fahrzeugschwerpunktes, die in dem
Fahrzeug vorhandene Kraftstoffmenge, der aktuelle Kilometerstand des
Fahrzeuges, einzuhaltende Wartungsintervalle und dergleichen Parameter mehr, die in Betracht gezogen werden müssen, um die Funktionstüchtigkeit des
Fahrzeugmodells unter bestimmten Einsatzbedingungen hinreichend simulieren zu können.
So werden beispielsweise die Radabstände und die erreichbaren Einschlagwinkel sowie die Fahrzeuglänge zur Berechnung von Wendekreisen und damit zum prädiktiven Vorausplanen möglicher Fahrwege, benötigt. Die Lage des
Schwerpunktes des Fahrzeuges ist notwendig, um in Verbindung mit der
Fahrzeugkontur ein mögliches Kippverhalten prädiktiv voraus zu bestimmen. Da die Lage des Schwerpunktes eine dynamische Größe ist und sich in Abhängigkeit von der Ladung, der Kraftstoffbefüllung und somit allgemein von der zeitlich veränderlichen Massenverteilung abhängt, ist es zweckmäßig, die Lage des
Schwerpunktes durch eine Funktion in Abhängigkeit der hier erwähnten Größen anzugeben und somit nicht starr vorzugeben. Die Lage des Schwerpunktes wird dadurch selbst zur prädiktiven vorherbestimmten Größe. Der momentane Kraftstoffvorrat innerhalb des Fahrzeuges wird beispielsweise dazu benutzt, um einen Aktionsradius des Fahrzeugmodells im 3-dimensionalen Geländemodell unter Berücksichtigung von Steigungen, Gefällen, schweren oder leichten Bodenbedingungen und dergleichen Randbedingungen bestimmen zu können. Die Daten über den aktuellen Kilometerstand des Fahrzeuges und die für das reale Fahrzeug ausgeführten Wartungsintervalle und Reparaturen
berücksichtigen für das Fahrzeugmodell gewisse Alterungserscheinungen bzw. erlauben ein prädiktives Berücksichtigen eines möglichen Einsatzrisikos und damit nicht vorhersehbarer Vorfälle im Einsatz, die ebenfalls in die Vorausplanung von Fahr- und Einsatzwege einfließen können. Das Fahrzeugmodell ist somit grundsätzlich prädiktiv ausgelegt und nimmt zukünftige Betriebszustände des realen Fahrzeuges modellhaft vorweg .
Das Fahrzeugmodell 2 ist wie das reale Fahrzeug auch, dreidimensional angelegt. Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Seitenansicht des Fahrzeuges 1 aus Fig. 1, hier also des Traktors oder der Zugmaschine, und eine dieser Seitenansicht zugeordnete Seitenansicht des Fahrzeugmodells 2. Zu erkennen ist hier, dass in dem
Fahrzeugmodell weitere Parameter des Fahrzeuges mit berücksichtigt sein können, so insbesondere die die Radien R der Fahrzeugräder, die hier jeweils für die Vorder- und Hinterräder verschieden sind . Ein hier gut zu erkennender Bestandteil des Fahrzeugmodells sind virtuelle Schwenkarme S, mit denen die Federwege der Vorder- und Hinterachsen des Fahrzeuges mit berücksichtigt werden, sowie ein virtueller Fahrzeugboden B, der als Referenzbereich des Fahrzeugmodells in Bezug auf den Boden des virtuellen 3-dimensionalen
Geländemodells dient und mit dem ein mögliches Aufsetzen des Fahrzeuges definiert werden kann. Damit lassen sich in einfacher Weise grundlegende dynamische Eigenschaften des realen Fahrzeugs modellhaft nachbilden.
Es ist klar, dass die Datenbank nicht nur ein Fahrzeugmodell beinhaltet, sondern eine Vielzahl von Fahrzeugmodellen eines gesamten zur Verfügung stehenden Fuhrparks beinhalten kann, an dessen einzelnen Fahrzeugtypen eine fortlaufende telemetrische Erfassung des aktuellen Betriebszustandes mit entsprechenden Sensoreinrichtungen ausgeführt wird.
Dem Fahrzeugmodell entspricht in Hinblick auf einen landwirtschaftlichen
Maschinenpark und dessen einzelnen landwirtschaftlichen Maschinen und
Vorrichtungen ein sogenanntes Maschinenmodell . Fig. 3 zeigt hierzu ein entsprechendes Beispiel. Die Figur zeigt eine Streuvorrichtung 4 zum Ausbringen von Düngemittel, Pflanzenschutzmitteln oder auch streufähigem Saatgut. Die Rieselvorrichtung enthält einen Vorratsbehälter 5, ein aus zwei Rädern
bestehendes Fahrwerk 6, einen Ausleger mit Anhängerkupplung eines bestimmten Typs 7 und als funktionelle Komponente eine Anordnung aus einzelnen
Verteilvorrichtungen 8, die hier beispielhaft als Rotierteller ausgebildet sind. Über hier nicht gezeigte Zuführleitungen wird das in dem Vorratsbehälter befindliche fließ- oder streufähige Gut auf die Rotierteller geleitet. Dabei kann einerseits die Zufuhrrate durch Steuerungseinrichtungen, insbesondere entsprechende
Steuerventile, reguliert werden und andererseits können die Rotierteller über entsprechend regulierbare Motoren auch mit variierbaren Drehzahlen betrieben werden, wodurch sich die Streuweite jeder einzelnen Verteilvorrichtung einstellen und anpassen lässt.
Der Rieselvorrichtung ist ein Maschinenmodell 9 zugeordnet. Wie bei dem
Fahrzeugmodell 2 enthält das Maschinenmodell 9 Daten zu den geometrischen Abmessungen der Streuvorrichtung, insbesondere zu den Abständen der Räder 6, zur Gesamtlänge der Streuvorrichtung von dem Ausleger mit der Anhängerkupplung 7 bis zu den Verteilvorrichtungen 8 und zu den geometrischen Abmessungen der Verteilvorrichtung 8 selbst, d. h. hier insbesondere zum Abstand und zur Anzahl der einzelnen Rotierteller. Das Maschinenmodell 9 enthält weiterhin funktionelle Maschinen- und
Gerätedaten. So kann insbesondere der realen Anhängerkupplung 7 ein Datensatz mit Kompatibilitätsinformationen zugeordnet sein, aus dem hervorgeht, zu welchem Fahrzeug die Streuvorrichtung überhaupt passfähig ist und mit welchem Fahrzeug die Streuvorrichtung nicht kombiniert werden kann. Dem
Vorratsbehälter 5 der Rieselvorrichtung ist ein Füllstandssensor 10 zugeordnet, über den der Füllstand im Vorratsbehälter als fortlaufend aktualisierte
Information in das Maschinenmodell der Streuvorrichtung übertragen wird . Die Angaben über die Abstände der Räder 6 geben im Maschinenmodell 9 einen Aufschluss darüber, welche minimalen Radien mit der Streuvorrichtung gefahren werden können, d . h. welche Parameter bei der Planung des Fahrweges in diesem Fall zu berücksichtigen sind .
Dem Maschinenmodell sind auch Daten zugeordnet, aus denen sich eine
Beziehung zwischen den Stellungen der Steuerventile und den Zufuhrraten des streu- und rieselfähigen Guts ergibt. Eine solche Zuordnung kann als Wertetabelle oder auch als eine vorher ermittelte Funktion vorliegen.
Das Maschinenmodell enthält ebenso Angaben, beispielsweise eine Funktion oder eine Wertetabelle, darüber, welche Drehzahl am jeweiligen Rotierteller vorliegen muss, damit eine bestimmte Streuweite durch die Verteilvorrichtung erreicht werden kann. Aus der Zufuhrrate des Streugutes und der Streuweite lässt sich dann die Menge des gestreuten Guts je Flächeneinheit, d. h. die Streudichte, theoretisch bestimmen. Das bedeutet, dass das Maschinenmodell auf eine prädiktive Aussage hin ausgelegt ist, aus der im Voraus abgeschätzt werden kann, wie lange der Vorrat an streufähigem Gut im Vorratsbehälter reichen wird, wenn die Rieselvorrichtung mit einer bestimmten Geschwindigkeit, einer bestimmten Streuweite und einer bestimmten Zufuhrrate betrieben wird . Das Maschinenmodell enthält darüber hinaus auch Angaben darüber, welcher einzelne Rotierteller mit welcher Drehzahl betrieben werden muss, um eine bestimmte Streuweite zu erreichen und es enthält prädiktiv verwertbare Informationen darüber, welche Streudichte bei einer bestimmten Drehzahl der Rotierteller, einer bestimmten Zufuhrrate des Streugutes und einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit vorliegt.
Das bedeutet, dass das Maschinenmodell Informationen darüber enthält, welche Betriebs- und Steuerparameter in welcher Weise gestellt werden müssen, um die Rieselvorrichtung unter Berücksichtigung eines bestimmten Fahrwegs optimal zu betreiben. Es versteht sich, dass das Maschinenmodell bei anderen Vorrichtungen zur Bodenbearbeitung, beispielsweise Pflanzmaschinen, Pflugeinrichtungen, Eggen, Mähmaschinen, Häckslern und dergleichen Maschinen mehr in einer ganz anderen Weise mit anderen Parametern ausgebildet sein wird, wobei der
Fachmann hier entsprechende Anpassungen vornehmen wird .
Fig. 4 verdeutlicht das Abbilden des Fahrzeugmodells 2 und des
Maschinenmodells 9 in ein vorgegebenes 3-dimensionales Geländemodell 11. Das Fahrzeugmodell 2 und das Maschinenmodell 9 sind hier miteinander kombiniert. Die durch das Maschinenmodell 9 repräsentierte Streuvorrichtung ist somit gewissermaßen virtuell an den durch das Fahrzeugmodell repräsentierten Traktor bzw. die Zugmaschine angekoppelt. Bei einem Fuhrpark, der sich durch mehrere unterschiedliche Fahrzeugmodelle und Maschinenmodelle repräsentiert, können somit beliebige Kombinationen virtuell zusammengefügt und in das gegebene 3- dimensionale Geländemodell eingefügt werden. In einem solchen Fall werden die Bewegungseigenschaften, die Geländegängigkeit und die Beweglichkeit des Gesamtverbandes aus Traktor und Streuvorrichtung durch das Modell :
„Fahrzeugmodell und Maschinenmodell" repräsentiert.
Das 3-dimensionale Geländemodell ist zunächst eine Abbildung einer
georeferenzierten 3-dimensionalen Topographie. Neben Flächendaten, die, insbesondere über geographische Positionsangaben, eindeutig Orten im realen Gelände zugeordnet sind, ist jedem Ort auch eine Höhenangabe zugeordnet. In dem hier vorliegenden Beispiel sind die Höhendaten durch eine Reihe von
Höhenlinien 12 angedeutet. Hauptziel des hier vorliegenden Verfahrens ist das Ermitteln eines optimalen Fahrwegs, der hier als ein Fahrweg 13 versinnbildlicht ist. Der Fahrweg ist insbesondere dann optimal, wenn das kombinierte Fahrzeug- und Maschinenmodell 2 und 9 in der prädiktiven Vorausschau eine optimale Bodenbearbeitung erbracht hat. Hierzu wird insbesondere unter Berücksichtigung des 3-dimensionalen Geländemodells ermittelt, welchen Effekt eine Bodenbearbeitung entlang eines angenommenen Fahrweges voraussichtlich erbringen würde.
In dem hier vorliegenden Fall, bei dem das Maschinenmodell 9 eine
Streuvorrichtung repräsentiert, ist die Einhaltung einer möglichst einheitlichen Streudichte über einen möglichst breiten Bearbeitungsstreifen hinweg
wünschenswert. Unter Berücksichtigung des Höhenprofils und der daraus sich ergebenden Bodensteigung kann für einen gegebenen Satz von
Maschinenparametern am Maschinenmodell 9 berechnet werden, welche
Streubreite mit welcher Streudichte dabei für das Streugut erreicht wird . In dem hier vorliegenden Beispiel ist dies in Form von Streubereichen 14 verdeutlicht, die angeben, bis zu welchem Bereich eine gegebene Streudichte realisiert werden kann. Auch in diesem Fall hängt die Art des zu optimierenden Parameters natürlich von dem jeweils gewählten Maschinenmodell ab. So kann beispielsweise bei dem Maschinenmodell einer Pflugvorrichtung die Eindringtiefe in den Boden der zu optimierende Parameter sein, der entsprechend der Topographie des 3- dimensionalen Geländemodells bestimmt und optimiert werden muss.
Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt bei dem Abbilden des Fahrzeug- und/oder Maschinenmodells auf das 3-dimensionale Geländemodell ist das prädiktive Vorhersagen möglicher Unfallquellen, wie zum Beispiel ein mögliches Aufsitzen eines Fahrzeuges auf dem Gelände, oder ein mögliches Kippen des Fahrzeugs an Hanglagen oder bei einem einseitigen Anheben des Fahrzeuges und das hierdurch mögliche Vermeiden eines tatsächlichen Unfalls im realen Gelände.
Fig. 5 zeigt hierzu ein beispielhaftes prädiktives Ermitteln eines möglichen Aufsetzens eines Fahrzeugs. Bei dem hier gegebenen Beispiel wird das
Fahrzeugmodell 2 in einen Abschnitt des 3-dimensionalen Geländemodells 11 eingefügt. Bei dem hier vorliegenden Beispiel erweist sich die in Fig. 2 gezeigte Seitenansicht des Fahrzeugmodells 2 als nützlich, um die grundlegenden
Verfahrensabläufe zum Prüfen eines Aufsetzens darzustellen. Das 3-dimensionale Geländemodell 11 weist ein virtuelles aus den Geodäten bestimmtes Bodenprofil 15 auf. Bei dem Fahrzeugmodell 2 sind die für das prädiktive Vorhersagen eines möglichen Aufsetzens in dem hier vorliegenden Beispiel die Radien R der Fahrzeugräder sowie die durch die Federwegen und Radaufhängungen der Räder geometrisch festgelegten Schwenkarme S von Bedeutung. Ein virtueller Fahrzeugboden B definiert ein rechnerisches Kriterium dafür, wann ein Aufsetzen des Fahrzeugmodells 2 tatsächlich als gegeben angesehen werden muss. Wie aus der Prinzipdarstellung aus Fig. 5 hervorgeht, wird das Fahrzeugmodell 2 über das Bodenprofil 15 virtuell bewegt, wobei zum einen Aufsetzpunkte AI und A2 der beiden Räder des Fahrzeugmodells auf dem Bodenprofil ermittelt werden und zum anderen das Bodenprofil zwischen den Aufsetzpunkten AI und A2 analysiert wird . Schneidet das Bodenprofil dabei die Linie des virtuellen Fahrzeugbodens B in mindestens einem dritten Aufsetzpunkt A3, der zwischen den Punkten AI und A2 liegt, so ist hierdurch ein Aufsetzen des Fahrzeuges prädiktiv bestimmt. Das bedeutet, dass beim Durchfahren des realen Geländes mit einem realen Fahrzeug, das durch das Fahrzeugmodell repräsentiert wird, ein Aufsetzen des Fahrzeuges sehr wahrscheinlich ist, sodass das reale Gelände mit dem betreffenden Fahrzeug nicht an dieser Stelle, zumindest nicht in der angegebenen Richtung, durchfahren, sondern gemieden werden sollte.
Die prädiktive Vorausplanung kann hier nun Strategien ermitteln, wie ein derartiges Aufsetzen verhindert werden kann, falls die problematische Stelle im Gelände doch durchfahren werden muss. Hierzu kann beispielsweise als
Optimierungsoption vorgeschlagen werden, den Reifenluftdruck des realen Fahrzeuges etwas zu erhöhen, um im Ergebnis dessen den Fahrzeugboden ein wenig anzuheben. Es kann weiterhin beispielsweise eine vorausschauende Steuerung einer
Gestängeführung zur Vermeidung von Aufsetzern des Gestänges auf dem Boden oder Pflanzenbestand vorgenommen werden, indem das Gestänge angehoben wird. In gleicher Weise können Schneidwerkzeuge, beispielsweise bei
Mähdreschern, Mähmaschinen oder Häckslern in ihrer Lage verändert werden.
Möglich ist es auch, dem virtuellen Bodenprofil des Geländemodells Attribute zuzuordnen, die auf eine momentane oder voraussichtliche Bodenbeschaffenheit Bezug nehmen und diese berücksichtigen. Hierzu können insbesondere
Wetterprognosen in das Geländemodell mit eingefügt werden, um zu erwartende Bodenbeschaffenheiten prädiktiv zu simulieren. So könnte beispielsweise bei einem zu erwartenden regennassen und schlammigen Boden ein tieferes
Einsinken der Räder durch ein entsprechendes Verschieben des Fahrzeugmodells berücksichtigt werden, wobei bei diesem Einsinken auch Daten der Fahrzeuggeometrie und Betriebsdaten, wie Reifenbreiten, Gesamtmasse oder Auflagedruck mit einfließen können. Hier wäre es möglich, als weitere
Optimierungsstrategie ein Befahren zu einem späteren Zeitpunkt zu terminieren, wenn der Boden wieder trockener und damit fester ist. In einem solchen Fall können beispielsweise wetterabhängige Fahrwege ermittelt und optimiert werden. In Verbindung damit können entsprechende Einsatzpläne vom System
ausgegeben werden.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel für ein prädiktives Ermitteln einer Kipp- und/oder
Rutschgefahr eines Fahrzeuges an einer Hanglage. In dem hier vorliegenden Beispiel wird ebenfalls auf das Fahrzeugmodell 2 gemäß der Figuren 1 und 2 zurückgegriffen. In dem hier vorliegenden Fall ist dieses Modell in einer Ansicht von hinten schematisch dargestellt. Für die Beurteilung einer Kippgefahr ist die Lage des Masseschwerpunktes SM und des Formschwerpunktes SF von
Bedeutung. Das Fahrzeugmodell muss in einem solchen Fall Informationen über die Masseverteilung im realen Fahrzeug sowie über die Fahrzeugkontur enthalten, sodass beide Schwerpunkte bestimmt werden können. Zum Feststellen einer Kippanfälligkeit wird eine lokale Steigung, d.h. ein lokaler Steigungswinkel a, des 3-dimensionalen Geländemodells an dem Ort ermittelt, an dem das
Fahrzeugmodell in das Geländemodell eingesetzt worden ist. Dann wird ein Lot LM mindestens durch den Masseschwerpunkt SM des Fahrzeugmodells gelegt und dessen Verlauf in Bezug auf einen Kipppunkt K bestimmt. Eine Kippgefahr liegt jedenfalls dann vor, wenn das Lot LM auf der hangabwärts gelegenen Seite des Kipppunktes K verläuft. Die Kippgefahr kann noch weiter analysiert werden, indem die Lage des Lotes in Bezug auf den Kipppunkt genauer berechnet und angegeben wird. Hierbei können verschiedene Instabilitätsgrade definiert werden.
Hierzu können auch noch weitere Parameter zur Beurteilung herangezogen werden, die insbesondere ein mögliches Einsinken der hangabwärts gelegenen Räder des Fahrzeugmodells in Betracht ziehen. Die Einsinktiefe lässt sich auch hier prädiktiv bestimmen, indem ein Wert für die Weichheit des Bodens direkt aus möglichen Niederschlagsmengen bestimmt und in die Berechnungen eingefügt wird. Sinken die Räder hangabwärts tiefer ein, so vergrößert dies den
Steigungswinkel a, wobei die Kippgefahr zunimmt. Zum Ermitteln einer Rutschgefahr wird ebenfalls der Steigungswinkel α gemäß dem 3-dimensionalen Geländemodell herangezogen. Um die Rutschgefahr prädiktiv zu ermitteln, wird der Haftreibungskoeffizient zwischen Fahrzeug und Geländegrund aus vorliegenden Wetterprognosen und einem damit
zusammenhängenden Weichheits- oder Fließgrad des Bodens ermittelt.
Ausgehend hiervon können sowohl prädiktiv als auch bei einer möglichen
Echtzeitbeeinflussung eine Reihe von entweder vorausgeplanten oder operativ ausgeführten Anpassungen vorgenommen werden. Hier kann beispielsweise in einem ersten Schritt eine automatische Reduzierung der Geschwindigkeit erfolgen, um dieses Umkippen zu vermeiden.
In gleicher Weise kann auch eine entsprechende Steuerung der
Düngerausbringung in Abhängigkeit von der Hangneigung erfolgen. Dabei ist es insbesondere auch möglich, das Ausbringen des Düngers ab einer bestimmten Hangneigung zu stoppen, um, um ein Auswaschen des Düngers zu vermeiden.
Ebenso kann eine Steuerung der Schneidwerkführung von Mähdreschern und Häckslern erfolgen, sodass neben der Vermeidung von Aufsetzern auch eine vorausschauende Mähstrategie so berechnet wird, dass ein Umkippen vermieden wird.
Bei mehreren Fahrzeugen im Verbund, d. h. in einer Flotte, lassen sich durch eine auf den gesamten Verbund einwirkende Steuerung Kollisionen durch kollektive Reaktionen, wie zum Beispiel ein gegenseitiges Abbremsen bzw. Umplanen der Fahrroute vermeiden. Die Fahrzeuge pder landwirtschaftlichen Maschinen wirken somit nicht mehr als Einzelfahrzeuge, sondern als "soziale Fahrzeuge".
Letztlich können durch die Verfahrensschritte gemäß Fig. 5 und Fig. 6 lokale Gefahrensituationen beim Abfahren des durch das Geländemodell repräsentierten Geländes prädiktiv ermittelt und entsprechende Fahrtrouten ausselektiert werden.
Fig. 7 zeigt ein beispielhaftes 3-dimensionales Geländemodell 11 in einer größeren Übersicht. Wie bereits dargestellt, enthält das Geländemodell
Höheninformationen, die als Höhenlinien 12 verdeutlicht werden können. Das Geländemodell ist prädiktiv angelegt. Es modelliert also einen zukünftigen Zustand eines realen Geländes, wobei ausgehend von einem aktuellen Zustand und Einbeziehung bestimmter Randdaten und Zusatzinformationen künftige Entwicklungen und Ereignisse im realen Gelände extrapoliert und in dem
Geländemodell abgespeichert werden. In dem hier vorliegenden Beispiel sind zwei Gebiete 16 mit unterschiedlichen Bodenstrukturen in dem Geländemodell enthalten. Das erste Gebiet verdeutlicht einen nassen Bodenbereich N, das zweite Gebiet markiert einen trockenen Bodenbereich T. Wie bereits dargestellt, können diese Bereiche aus Wetterprognosen zukünftig ermittelt werden.
Dieses Geländemodell wird von dem Fahrzeug- und Maschinenmodell virtuell durchfahren, wobei Anfangs- und Endpunkt sowie die zu durchfahrende Fläche als Anfangswerte vorgegeben sein können. Dabei kommen eine Reihe von Kriterien zur Anwendung, um einen optimalen Fahrweg prädiktiv zu bestimmen, der voraussichtlich im realen Gelände am optimalsten durchfahren werden kann. Zum Bestimmen des optimalen Fahrwegs kann die Menge der Optimierungskriterien abgestuft sein. Das 3-dimensionale Geländemodell kann beispielsweise
Teilflächen 17 enthalten, die mit einem definierten Befahrbarkeitsindex versehen werden können, d. h. die unter bestimmten Bedingungen nicht befahren werden können, die nur aus oder in bestimmten Richtungen befahren werden können oder die jederzeit befahren werden können. Diese Teilflächen werden hinreichend klein gewählt, um eine ausreichend gute Ortsauflösung im Geländemodell zu ermöglichen, aber auch hinreichend groß, um deren Gesamtzahl zu begrenzen und den Rechenaufwand in einem vertretbaren Rahmen zu halten.
Die Entscheidung darüber, ob eine bestimmte Teilfläche im Geländemodell befahren werden kann, unter welchen Randbedingungen dies erfolgen kann oder ob das Feld für jedes Befahren ausscheidet, richtet sich beispielsweise danach, welches Fahrzeugmodell und/oder welches Maschinenmodell gewählt wird . So können insbesondere bestimmte Felder für bestimmte Fahrzeugmodelle von vorherein dadurch als unbefahrbar markiert werden, weil dort ein Aufsetzen und oder ein Kippen des Fahrzeugmodells und/oder des Maschinenmodells mit
Sicherheit angenommen werden muss. Diese Felder markieren insbesondere Abschnitte des Geländemodells, die sich durch ein großes Gefälle, durch eine große Welligkeit, tiefe Gräben usw. auszeichnen. Andere Felder des Geländemodells werden dann als unbefahrbar markiert, wenn die Prüfung ergibt, dass die Bedingungen dort, beispielsweise infolge von
Niederschlägen, nachteilig oder gefährlich werden, sodass ein Einsinken und damit ein Aufsetzen des Fahrzeugs, eine Rutschung oder ein Kippen droht. Hier können auch empfohlene bzw. auch vorgeschriebene Einfahr- und
Ausfahrrichtungen für jedes einzelne Feld angegeben werden.
Die Fahrwegoptimierung besteht nun darin, einen Fahrweg zu errechnen, der zum einen die Randbedingungen in jedem einzelnen Feld des Geländemodells berücksichtigt und bei dem andererseits ein minimaler Verbrauch von Kraftstoff und Betriebsmitteln bei einer möglichst hohen Effektivität der Bodenbearbeitung realisiert werden kann. Das dreidimensionale Geländemodell ist somit letztlich ein prädiktiv veränderliches 3-dimensionales Geländemodell mit einem erlaubten Richtungsfeld, über dem Fahrwegoptimierungen in Abhängigkeit von bestimmten Fahrzeug- und Maschinenmodellen und deren ebenfalls prädiktiv determinierten Eigenschaften ausgeführt werden.
Das Ergebnis ist der Fahrweg 13, der als eine Folge von Navigationsbefehlen und Richtungsänderungen angegeben wird und somit in eine Reihe von
Steuerungsbefehlen für einen Bordcomputer innerhalb des realen Fahrzeuges im Fuhrpark umgesetzt werden kann.
Diese Steuerungsbefehle werden beispielsweise direkt in einen Bordcomputer des realen Fahrzeugs bzw. einen Steuercomputer einer landwirtschaftlichen Maschine übertragen. Die auf das 3-dimensionale prädiktive Geländemodell bezogenen Fahrwegdaten werden nun zu vorbestimmten Navigationsdaten für den realen Fahrweg im realen Gelände. Diese Navigationsdaten können direkt zur autonomen Steuerung des Fahrzeuges im Sinne einer Autopilotsteuerung verwendet werden, wobei dabei gleichzeitig die gezogene landwirtschaftliche Maschine mit
entsprechenden Steuerbefehlen versorgt wird sodass an topographisch
definierten Geländepunkten beispielsweise die Steuerung der Verteilvorrichtung so erfolgt, dass eine gleichbleibende Streudichte erreicht wird .
Fig . 8 zeigt einen beispielhaften Programmablaufplan für eine interaktive
Vorplanung. Diese Vorplanung baut auf dem vorab erstellten Geländemodell sowie die Fahrzeug- und Maschinenmodellen auf und kann beispielsweise wie folgt ablaufen : Es erfolgt zu Beginn in einem Schritt 18 ein Laden des 3D-Geländemodells, der Daten des Fahrzeugmodells und/oder des Maschinenmodells in eine
Datenverarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen stationären Computer oder einen mobilen Steuercomputer innerhalb des Fahrzeuges. Darüber hinaus kann es notwendig sein, eine Feldgrenze festzulegen, d . h. einen Bereich innerhalb des Geländemodells, der mindestens lückenlos abzufahren, also zu bearbeiten ist.
Ausgehend davon wird in einem Schritt 19 mindestens ein Optimierungskriterium festgelegt, auf das hin der mögliche Fahrweg zu optimieren ist. Dies können beispielsweise eine minimierte Fahrtzeit, ein minimierter Einsatz von
Betriebsstoffen, eine mit vorhandenen Mitteln maximierte Bearbeitungsfläche oder dergleichen Kriterien sein. Hierzu kann der Benutzer in einem Eingabeschritt 20 Randbedingungen und so genannte Abarbeitungsstrategien vorgeben, d. h. Informationen darüber, auf welche Art das Optimierungskriterium erfüllt werden soll. So kann beispielsweise festgelegt werden, dass der Fahrweg zu minimieren ist, aber unter der Nebenbedingung, dass starke Gefällestrecken im
Geländemodell gemieden werden sollen. In einem Schritt 21 wird nun eine mögliche Lösung ermittelt. Diese bildet einen Ausgangspunkt für einen Schritt 22, in welchem der Nutzer in diesen Rohentwurf der Abarbeitungsstrategie eingreifen und die Lösung modifizieren kann. Das Ergebnis ist eine Optimierte Lösung 23. Diese kann in einem Schritt 25
abgespeichert werden und/oder mobilen Fahrzeugsteuercomputern übermittelt werden. Optional kann in einem Schritt 24 auch diese Lösung wieder als
Ausgangspunkt für einen tiefergehenden Optimierungszyklus dienen, die bei jedem der Schritte 18 bis 22 einsetzen kann.
Fig . 9 zeigt einen beispielhaften Programmablaufplan für ein prädiktives online Warnsystem und eine Fahrerassistenz. Dieses Warnsystem ist prädiktiv angelegt, d. h. es kann insbesondere dann bereits eine gefährliche Situation ermitteln, wenn das Gelände noch nicht befahren wird . Allerdings ist es natürlich auch möglich, eine Echtzeitsteuerung zu realisieren, wenn das Fahrzeug aktuell in eine gefahrvolle Situation gerät.
Zu Beginn wird in einem Schritt 26 eine aktuelle Position des Fahrzeuges und/oder die aktuelle Fahrtrichtung und Geschwindigkeit ermittelt. Ausgehend davon wird ein prädiktives Vorschaufenster in einem Schritt 27 erstellt, das alle absehbaren Situationen vorausschauend erfasst. Dieses Vorschaufenster wird in Abhängigkeit von Position, Geschwindigkeit, Fahrtrichtung, eventuell geplanter Routenführung, und Fahrzeugdaten, beispielsweise der Fahrtbreite, erstellt.
Innerhalb des Vorschaufensters werden in einem Schritt 28 die
Geländebedingungen ermittelt. Hierbei wird von den Daten des Geländemodells, Sensordaten oder auch voraussichtlichen Fahrwegdaten ausgegangen. In einem Schritt 29 werden die ermittelten Daten, Geländebedingungen und voraussichtliche Fahrzeugparameter, beispielsweise der Kippwinkel, der
Schwerpunkt, die aktuelle Bodenfreiheit, die Fahrspurbreite, die Arbeitsbreite, der Wenderadius, mögliche Abweichungen von der Sollspur, mit Sollwerten
verglichen.
In diesem Vergleichsschritt 30 wird entschieden, ob eine Gefährdung vorliegt. Ist dies der Fall erfolgt in einem Schritt 31 eine akustische und/oder optische
Warnung für den Fahrer, eventuell verbunden mit einer Mitteilung über die bestehende Gefahr in Form einer Sprachausgabe. In Verbindung damit kann eine Ausweichroute berechnet werden und/oder falls notwendig die Geschwindigkeit reduziert werden. Der Ablauf kehrt dann zum Schritt 26 zurück.
Aber auch dann, wenn keine unmittelbare Gefahr besteht, können Handlungen des Fahrers notwendig sein. Der Programmablauf kann hierzu auch bereits Gefahren prädiktiv abschätzen, indem das Vorschaufenster entsprechend groß gewählt wird. Tritt dabei innerhalb des Vorschaufensters eine absehbare
Gefährdung ein, so wird in einem Schritt 32 entschieden, ob ein Eingreifen notwendig sein könnte oder nicht. Falls dies der Fall ist, erfolgt eine
Signalausgabe an den Fahrer und der Ablauf wird zur Schritt 26 zurückgeführt. Ist dies nicht der Fall, erfolgt ebenfalls eine Rückkehr zu Schritt 26.
Das Verfahren wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Im Rahmen fachmännischen Handelns sind weitere Ausgestaltungen denkbar. Weitere
Ausführungsbeispiele ergeben sich außerdem durch die Unteransprüche. Bezugszeichenliste
1 landwirtschaftliches Fahrzeug
2 Fahrzeugmodell
3 Sensoreinrichtung
4 Streuvorrichtung
5 Vorratsbehälter
6 Fahrwerk
7 Ausleger mit Anhängekupplung
8 Verteilvorrichtung
9 Maschinenmodell
10 Füllstandssensor
11 3-dimensionales Geländemodell
12 Höhenlinie
13 Fahrweg
14 Streubereich
15 Bodenprofil
16 Gebiete mit unterschiedlicher Bodenstruktur
17 Feld mit Befahrbarkeitsindex
18 Laden des 3D-Geländemodells
19 Festlegen des Optimierungskriteriums
20 Vorgabe Randbedingungen und Abarbeitungsstrategien
21 Lösungsermittlung
22 Lösungsmodifikation durch Nutzer
23 Optimierte Lösung
24 tiefergehender Optimierungszyklus
25 Speichern/Übermitteln der Lösung
26 Ermittlung aktuelle Fahrzeug/Maschinenposition
27 Erstellen prädiktives Vorschaufenster
28 Ermitteln Geländebedingungen
29 Sollwertvergleich
30 Gefährdungsentscheidung
31 Ausgabe akustische/optische Warnung
32 Entscheidung über notwendiges Eingreifen
AI erster Aufsetzpunkt
A2 zweiter Aufsetzpunkt
A3 dritter Aufsetzpunkt B Fahrzeugboden, virtuell
K Kipppunkt
LM Lot durch Masseschwerpunkt
N nasser Bodenbereich
R Rad mit definiertem Radius
S Schwenkarm, virtuell
SF Formschwerpunkt
SM Masseschwerpunkt
T trockener Bodenbereich α Lokaler Steigungswinkel

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum prädiktiven Erzeugen von Daten zur Steuerung eines Fahrweges und eines Betriebsablaufes für ein landwirtschaftliches
Fahrzeug (1) und eine landwirtschaftliche Maschine (4),
mit folgenden Verfahrensschritten
- Automatisches Erfassen und Speichern von Fahrzeug- und/oder
Maschinendaten über eine an Einzelfahrzeugen und/oder
Einzelmaschinen angeordnete Sensoreinrichtung (3) zum Erzeugen eines Fahrzeug- und Maschinenmodells (2, 9),
- Sammeln und Speichern von Daten über eine dreidimensionale
Geländetopographie und/oder von Daten über eine aktuelle und/oder prognostizierte Geländebeschaffenheit und/oder eine
Witterungsbedingung zum Erzeugen eines prädiktiven
dreidimensionalen georeferenzierten Geländemodells (11),
- Optimierendes Abbilden des Fahrzeug- und Maschinenmodells (2, 9) auf das dreidimensionale prädiktive Geländemodell (11) und Errechnen von Fahrwegsteuerdaten zum Festlegen eines Fahrweges und/oder
Maschinensteuerdaten zur Steuerung von Maschinenkomponenten,
- Ausgeben und Übermitteln der Fahrwegsteuerdaten und/oder der
Maschinensteuerdaten an eine Steuereinheit des landwirtschaftlichen Fahrzeuges (1) und/oder der landwirtschaftlichen Maschine (4).
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem automatischen Erfassen der Fahrzeugdaten Daten über eine Fahrzeuggeometrie und über den aktuellen und/oder vorhersehbaren Betriebszustand des landwirtschaftlichen Fahrzeuges telemetrisch von einem Bordsystem fortlaufend erfasst und/oder extrapoliert und an eine zentrale Datenbank übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem automatischen Erfassen der Maschinendaten Daten über eine Maschinengeometrie und einen aktuellen und/oder vorhersehbaren
Betriebszustand landwirtschaftlicher Bearbeitungskomponenten fortlaufend telemetrisch erfasst und an eine zentrale Datenbank übermittelt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem Erzeugen des Fahrzeug- und Maschinenmodells (2, 9) die automatisch erfassten Fahrzeugdaten und die automatisch erfassten Maschinendaten kombiniert werden, wobei eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeugtypen mit einer Vielzahl unterschiedlicher Maschinentypen kombiniert werden können.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sammeln der Daten über die dreidimensionale Geländetopographie über ein Auswerten einer vorab generierten Geodatenmenge erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem Sammeln von Daten über die aktuelle und/oder prognostizierte Geländebeschaffenheit die Daten einer Vielzahl im realen Gelände verteilter automatischer Messstationen, insbesondere von Messstationen über eine Bodenfeuchte und/oder einer gefallenen Niederschlagsmenge, erfasst und der Geodatenmenge zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem optimierenden Abbilden des Fahrzeug- und Maschinenmodells (2, 9) auf das dreidimensionale Geländemodell ein erster
Optimierungsalgorithmus ausgeführt wird, bei dem ein optimaler Fahrweg unter Berücksichtigung der aktuellen und/oder vorhersehbaren
Bodenbeschaffenheit des Geländes und der Vermeidung von für das Fahrzeug- und Maschinenmodell gefährlichen Rutsch-, Hang- und/oder Kipplagen berechnet wird, wobei bei einem zweiten
Optimierungsalgorithmus ein auf den Fahrweg angepasster optimierter Betriebszustand der landwirtschaftlichen Maschine errechnet wird und die Daten des optimalen Fahrwegs und die Daten des optimierter
Betriebszustandes in die Fahrweg- und die Maschinensteuerdaten überführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste und/oder der zweite Optimierungsalgorithmus durch das
Vorgeben veränderbarer Randbedingungen und/oder Gewichtungen nutzerspezifisch anpassbar und beeinflussbar sind .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren in einem offline-Modus betreibbar ist, wobei die
Verfahrensschritte auf einem nicht mit dem Fahrzeug und/oder der landwirtschaftlichen Maschine verbundenen externen datenverarbeitenden System, insbesondere einem PC, einem Tablet-Computer und/oder einem Cloudcomputersystem, ausgeführt werden. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren in einem online-Modus betreibbar ist, wobei die
Verfahrensschritte auf einer in dem Fahrzeug- und/oder der
landwirtschaftlichen Maschine integrierten Steuerungseinheit, insbesondere einem Fahrzeugcomputer, ausgeführt werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das prädiktive Erzeugen der Daten durch ein Erfassen mit einem Erfassen von operativen Echtzeitdaten ergänzt ist, wobei durch die operativen
Echtzeitdaten ein momentaner Ist-Zustand des Fahrzeuges und/oder der Landwirtschaftlichen Maschine und/oder von Geländebeschaffenheiten erfasst wird, wobei die operativen Echtzeitdaten durch die Steuereinheit des Fahrzeuges und/oder der landwirtschaftlichen Maschine aktualisierend den prädiktiv ermittelten Fahrwegsteuerdaten hinzugefügt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fahrwegsteuerdaten und/oder die Maschinensteuerdaten an eine Steuereinheit für ein autonomes und führerlos arbeitendes
landwirtschaftliches Fahrzeug oder Fahrzeugflotte und/oder eine Steuereinheit für eine autonome und führerlos arbeitende
landwirtschaftliche Maschine oder Maschinenflotte übertragen werden.
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