用于控制农用车辆的方法和控制系统与流程

用于控制农用车辆的方法和控制系统
1.本发明涉及一种用于在农用地上控制农用车辆的方法。本发明还涉及一种控制系统，该控制系统具有用于执行这种方法的步骤的控制装置。本发明还涉及一种具有这种控制系统的农用车辆。
2.已知的是，农用车辆可以自动化地驶过农用地。此外，农用车辆的辅助系统在农机技术中是已知的，这些辅助系统可以在农用车辆驶过农用地时对其进行控制。
3.本发明在一个方面中涉及一种用于在农用地上控制农用车辆的方法。
4.在农用地上控制农用车辆可以包括农用车辆的轨迹引导。农用车辆的轨迹引导可以包括使农用车辆跟随或驶过车道或轨迹，或者以此为基础。车道可以是预先确定的车道。轨迹可以是预先确定的轨迹。轨迹或车道可以根据坐标来预先确定，例如利用gnss坐标来预先确定。可以沿车道或轨迹自动化地引导或控制农用车辆。为了控制农用车辆，例如可以确定并且修正横向间隔或相对于车道或轨迹的偏移。替代于此，可以在轨迹引导时考虑这种偏移，从而偏移地驶过车道或轨迹。为了控制农用车辆，例如也可以确定并且修正农用车辆与车道或轨迹的定向偏差。因此可以以有利的方式在农用地上自动控制农用车辆。因此，在农用地上控制农用车辆时不需要驾驶员主动控制农用车辆。
5.在农用地上控制农用车辆可以包括控制农用车辆的行驶动态。控制行驶动态可以包括控制农用车辆的横向动态。替代地或附加地，控制农用车辆可以包括控制农用车辆的纵向动态。控制农用车辆可以包括在农用地上使农用车辆转向。在此，可以在横向动态方面控制农用车辆。控制农用车辆可以包括在农用地上使农用车辆加速或驱动农用车辆。在此，可以在纵向动态方面控制农用车辆。
6.农用车辆可以是农业或林业机械、农业或林业设备或农业或林业多用途车辆。农用车辆可以是农用牵引车、例如拖拉机。农用车辆也可以是农用工作车辆、例如收割机。农用地可以是待耕种的农业或林业区域。例如，农用地可以包括农田、具有种植的或收割的经济作物的田地、草地或森林。
7.作为步骤，该方法包括确定用于驶过农用地的路径的在农用车辆的行驶方向上的前导区段。根据农用车辆沿路径到前导距离的行驶速度来确定路径的区段。在此根据行驶速度确定距离。路径可以是车道或轨迹。
8.农用车辆的行驶速度可以是农用车辆的当前的行驶速度。替代于此，农用车辆的行驶速度可以是在驶过路径的前导区段时的将来的速度。将来的速度可以是在驶过路径的区段时恒定的或变化的行驶速度。
9.可以根据农用车辆的行驶速度定义沿路径的前导距离。可以与农用车辆的行驶速度成比例地定义前导距离。农用车辆的行驶速度越大，沿路径的前导距离就可以越大。农用车辆的行驶速度越小，沿路径的前导距离就可以越小。
10.作为另一步骤，该方法包括将关于路径的特定的区段的几何信息传送到用于沿路径控制农用车辆的控制装置。几何信息从可携带在农用车辆上的移动终端设备通过终端设备
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车辆接口传送到控制装置。可以从控制装置中请求几何信息。替代于此，几何信息可以作为控制指令从移动终端设备或移动终端设备的操作者传输或者发送到控制装置，以便操
控农用车辆。
11.关于路径的特定的区段的几何信息的传送可以包括输出、传输和读取关于路径的特定的区段的几何信息中的至少一种。传送可以包括由移动终端设备通过移动终端设备的输出接口输出几何信息。替代地或附加地，传送几何信息可以包括由移动终端设备通过终端设备
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车辆接口将几何信息传输到控制装置。替代地或附加地，传送几何信息可以包括通过控制装置藉由控制装置的读取接口读取几何信息。几何信息可以包括关于路径的特定的区段的至少一个点。该至少一个点可以位于沿特定的区段的路径上。替代地或附加地，几何信息可以包括关于路径的特定的区段的至少一个几何元素。
12.关于路径的特定的区段的几何信息可以是沿路径的路径点信息，该路径点信息可以至少部分地沿路径的特定的区段布置。路径点信息可以具有单个或多个路径点。该多个路径点可以具有至少两个路径点。路径点可以是等距布置的路径点。替代地或附加地，路径点可以是具有基于曲率的点间隔的路径点。因此，具有点间隔的路径点例如可以布置在路径的圆弧形的区段中，该点间隔小于布置在路径的直线区段中的路径点的点间隔。路径点信息可以存在于坐标系中。坐标系可以是车辆相关的或用地相关的坐标系。
13.几何信息可以是路径的特定的区段的几何抽象。路径的区段的几何抽象可以是沿路径的路径点信息的选择。此外，路径的前导区段的几何抽象可以是路径点信息的几何简化或参数化。替代地或附加地，路径的区段的几何抽象可以是用于近似路径点信息或路径的区段的数学或几何函数或曲线。路径点信息为此可以具有数学支点。替代地或附加地，路径的区段的几何抽象可以是能够分别基于路径点信息的线路元素或线路参数。
14.移动终端设备例如可以是移动电话、智能手机或平板电脑。移动终端设备可以是用于控制农用车辆的移动控制设备。此外，移动终端设备可以是电子娱乐设备或所谓的“不安全的终端设备”。移动终端设备可以是相对于农用车辆分离的、即没有整合到农用车辆中的设备。可携带的移动终端设备因此可以是与农用车辆一起行驶的移动终端设备，然而不是与农用车辆持续或固定连接的移动终端设备。
15.终端设备
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车辆接口可以是无线或有线的(终端设备
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车辆)接口。终端设备
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车辆接口可以是基于无线电的或基于线缆的接口。如果终端设备
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车辆接口是无线的或基于无线电的接口，那么该终端设备
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车辆接口可以是移动无线电接口、wlan接口、蓝牙接口或irda接口。如果终端设备
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车辆接口是有线的、导体连接的或基于线缆的接口，那么该终端设备
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车辆接口可以是usb接口或串行接口。终端设备
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车辆接口此外可以具有适配器，该适配器用于在农用车辆上接纳移动终端设备。终端设备
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车辆接口此外可以具有插头，移动终端设备可以利用该插头与控制装置连接。利用适配器或插头，移动终端设备可以临时连接地携带在农用车辆上。
16.除了终端设备
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车辆接口(该终端设备
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车辆接口可以被设计为移动终端设备的通信接口)以外，移动终端设备还可以具有至少一个另外的接口。移动终端设备可以具有用户接口作为另外的接口。用户接口可以是lcd接口、触摸屏、键盘或音频接口。农用车辆的操作者可以通过用户接口将相应的通信指令或相应的控制指令发送到农用车辆的控制装置。利用通信指令可以促使几何信息的传送。操作者可以是农用车辆的驾驶员。移动终端设备可以具有用于读取用于驶过农用地的路径的存储器接口作为另外的接口。在无法携带在农用车辆上的设备上计划的路径可以通过存储器接口传输到移动终端设备的存储器单元。
17.该方法具有检验步骤作为另外的步骤。在考虑到所传送的几何信息和所述农用车辆的行驶速度的情况下，在检验步骤中检验驶过所述前导区段是否对所述农用车辆的行驶动态产生超过预先定义的行驶动态极限值的行驶动态影响。
18.农用车辆的行驶动态可以包括农用车辆的横向动态和农用车辆的纵向动态中的至少一种。动态影响因此可以包括横向动态影响和纵向动态影响中的至少一种。在驶过前导区段时，力、力矩、速度和加速度中的至少一个可以作为行驶动态影响作用于农用车辆。作用于车辆的力可以包括横向力和纵向力中的至少一种。力矩例如可以是农用车辆的倾斜力矩，该倾斜力矩可能在沿路径的弯曲区段行驶时出现。预先定义的行驶动态极限值可以是与所描述的行驶动态影响相对应的极限值。例如，极限值可以是力极限值、力矩极限值、速度极限值或加速度极限值。
19.检验步骤可以具有不同的检验结果。作为检验结果可以确定的是，在考虑到所传送的几何信息和所述农用车辆的行驶速度的情况下，在驶过所述前导区段对所述农用车辆的行驶动态产生超过预先定义的行驶动态极限值的行驶动态影响。作为另外的检验结果可以确定的是，在考虑到所传送的几何信息和所述农用车辆的行驶速度的情况下，在驶过所述前导区段对所述农用车辆的行驶动态产生不超过预先定义的行驶动态极限值的行驶动态影响。检验步骤的又一另外的检验结果可以是，在考虑到传送的几何信息和农用车辆的行驶速度的情况下，驶过前导区段对农用车辆的行驶动态没有产生与所描述的行驶动态影响中的一个相关的影响。
20.作为另外的步骤，该方法包括根据检验步骤的检验结果操控农用车辆的至少一个行驶动态部件。检验结果可以是所描述的检验结果中的一个检验结果。
21.该至少一个行驶动态部件可以包括农用车辆的横向动态部件和纵向动态部件中的至少一个。行驶动态部件此外可以包括农用车辆的驱动系的部件。行驶动态部件例如可以是农用车辆的转向装置或其构件或农用车辆的驱动装置或其构件。行驶动态部件也可以是农用车辆的另外的控制装置，例如是转向控制装置或驱动控制装置。
22.在本发明的范围内，在考虑到关于要驶过的路径的几何信息和农用车辆沿要驶过的路径的行驶速度的情况下，可以检验行驶动态安全风险。如果对农用车辆的行驶动态的行驶动态影响超过预先定义的行驶动态安全极限值，那么驶过要驶过的路径的前导区段可能具有安全风险。可以利用本发明以有利的方式减小这样的安全风险。
23.检验步骤可以包括：检验对于农用车辆或其驾驶员来说，在驶过前导区段时是否存在动态行驶安全风险。检验步骤此外可以包括对要驶过的前导区段的合理性检查。可以检验的是，是否可以以农用车辆的行驶速度驶过路径的要驶过的区段的几何形状，而该驶过不会对车辆或驾驶员造成损害。因此，利用本发明可以以有利的方式预防性地避免农用车辆在驶过路径时的不安全的行驶动态行为。因此可以利用本发明安全地实施农用车辆在农用地上的自动化的运行。
24.方法的步骤中的至少一个步骤可以自动化地实施。农用车辆因此可以至少部分自动化地被控制。替代地或附加地，方法的步骤中的至少一个步骤可以在农用地上控制农用车辆期间连续实施。方法的步骤此外可以在一个循环中执行，用以连续实施该方法。农用车辆的驾驶员可以监控、检验或确认步骤中的至少一个步骤。
25.在方法的实施方式中，在确定步骤中，此外从农用车辆沿路径的进一步的前导距
离开始确定路径的前导区段。因此可以在这两个前导距离之间确定前导区段。因此可以从进一步的前导距离到前导距离确定前导区段。可以沿农用车辆的行驶方向、沿路径与农用车辆间隔开地确定路径的前导区段。特定的前导区段可以定义将来农用车辆待驶过的区段。特定的前导区段可以跨越沿路径的超前区域，其中，进一步的前导距离可以定义超前视界，并且前导距离可以定义超前边界。
26.作为另外的步骤，方法的另外的实施方式包括沿路径的特定的区段传送行驶速度曲线。作为另外的步骤，方法可以包括确定关于路径的前导区段的行驶速度曲线。可以根据行驶速度确定和传送行驶速度曲线。根据该实施方式，此外可以在考虑所传送的行驶速度曲线的情况下执行所述检验的步骤。在考虑到所传送的几何信息和所传送的行驶速度曲线的情况下，可以检验驶过所述前导区段是否对所述农用车辆的行驶动态产生超过预先定义的行驶动态极限值的行驶动态影响。
27.可以基于几何信息和行驶速度或行驶速度曲线推导出行驶动态影响。因此可以基于几何信息和行驶速度或行驶速度曲线计算所描述的行驶动态影响中的一个行驶动态影响。在该实施方式的范围内，几何信息因此可以与元信息(例如行驶速度曲线)一起从移动终端设备经由终端设备
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车辆接口传送到农用车辆的控制装置。
28.作为另外的步骤，该方法的另外的实施方式包括基于所传送的几何信息计算关于所述路径的沿所述农用车辆的行驶方向的前导区段的曲率信息。所述检验的步骤可以包括：在考虑到计算出的曲率信息和所述农用车辆沿所述前导区段的行驶速度的情况下，检验驶过所述前导区段是否具有行驶动态影响。曲率信息可以包括曲率或曲率变化或路径的要驶过的区段、例如圆弧的半径。因此也可以在考虑到计算出的曲率信息和传送的行驶速度曲线的情况下执行检验步骤。
29.路径的前导区段可以是路径的弯曲的区段。在考虑到行驶速度或行驶速度曲线的情况下，可以以有利的方式如下检验路径的前方的弯曲的区段，在驶过路径时，由曲率信息产生的转向角是否具有行驶动态影响。如果由转向角产生的行驶动态影响不超过预先定义的行驶动态极限值，那么用于驶过前导区段的被检验的转向角可以用于操控农用车辆的转向装置。因此，利用该方法操控转向角，转向角以有利的方式实现农用车辆的安全的运行。替代于此，还可以降低用于驶过前导区段的农用车辆的行驶速度，以便减小行驶动态影响，从而不超过预先定义的行驶动态极限值。
30.在方法的另外的实施方式中，所述检验的步骤包括：在驶过前导区段时，检验所述农用车辆上是否受到超过预先定义的力的惯性力的作用。惯性力可以是离心力或向心力。预先定义的力可以是对应的预先定义的力极限值。因此可以以有利的方式检验：在驶过前方的弯曲的区段时，可能导致农用车辆倾斜的倾斜力矩是否作用于农用车辆上。因此，利用该方法可以例如沿掉头区(vorgewende)安全地控制农用车辆，而不会使农用车辆在掉头区中失去地面附着力。
31.作为另外的步骤，方法的另外的实施方式包括检测农用车辆的周围环境，用以利用环境检测传感器系统检测沿路径的在农用车辆的行驶方向上在前导区段的障碍物。环境检测传感器系统可以具有至少一个环境检测传感器。至少一个环境检测传感器可以包括至少一个激光扫描器、至少一个雷达设备和至少一个照相机中的至少一种。例如可以基于图案识别或图像处理的方法在环境检测传感器系统的至少一个传感器的测量数据中自动识
别被检测的障碍物。
32.根据该实施方式，如果检测到或识别出障碍物，那么可以执行另外的检验步骤。在另外的检验步骤中可以检验：在考虑到检测到的障碍物的情况下，驶过前导区段是否具有农用车辆与检测到的障碍物之间的碰撞风险。如果障碍物位于要驶过的路径或前导区段中，或者障碍物在路径上或朝前导区段运动，那么可能存在碰撞风险。
33.如果驶过具有碰撞风险(作为检验结果)，那么可以操控车辆的转向装置、驱动装置或制动装置(作为行驶动态部件)。因此可以以有利的方式操控农用车辆，从而使农用车辆绕开障碍物，或农用车辆在障碍物前方制动。因此，利用另外的检验步骤，方法可以包括对碰撞风险和行驶动态安全风险的两级的检验。农用车辆在农用地上的自动化的运行因此可以以有利的方式是更有效的和更安全的。
34.在方法的另外的实施方式中，另外的检验的步骤包括：在驶过前导区段时，检验是否存在足够的反应时间来制动车辆。反应时间可以是用于在检测到障碍物前方执行紧急制动的反应时间。可以自动化地制动农用车辆。替代于此，对农用车辆的制动或控制也可以交付给操作者，以进行操作者控制的制动。因此，可以以有利的方式避免对车辆或障碍物的损坏。障碍物可以是农用地上的建筑物、高地或洼地，或是生物。在通过终端设备
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车辆接口的通信中断时，农用车辆也可以通过另外的检验步骤仍然准时在障碍物前方制动。
35.作为另外的步骤，方法的另外的实施方式包括在控制装置的存储单元中缓存传送的几何信息。也可以这样缓存传送的行驶速度曲线。车辆可以在驶过农用地之前一直处于静止状态，直到关于直到路径的特定的区段的路径的几何信息已被传送和缓存。当至少一个行驶动态部件已经根据所描述的检验步骤中的至少一个检验步骤被检验时，被缓存的几何信息可以用于操控该至少一个行驶动态部件。因此，可以以有利的方式在驶过农用地之前已经执行该方法，并且在驶过农用地期间也执行该方法。
36.在另外的方面中，本发明涉及一种控制系统，该控制系统具有用于执行根据前述的方面的方法的步骤的控制装置和移动终端设备。控制装置和移动终端设备是所描述的控制装置和所描述的移动终端设备。此外，控制系统可以具有用于执行根据前述的方面的方法的在前述的方面中描述的任何其他的部件。
37.在另外的方面中，本发明涉及一种农用车辆，该农用车辆具有根据前述的方面的用于在用地上控制农用车辆的控制系统。农用车辆可以是可自动化地运行的农用车辆。农用车辆此外可以被设计为自主的农用车辆。
38.图1以俯视图示出了具有根据本发明的相应的实施方式的控制系统的农用车辆，用于阐述根据本发明的实施方式的用于在农用地上控制农用车辆的方法。
39.图2示出了在本发明的实施方式中用于执行用于在农用地上控制农用车辆的方法的方法步骤的流程图。
40.图1示出了农用地2上的农用车辆10。农用车辆10沿路径15驶过农用地2，其中，农用车辆10在所示的实施方式中相对于路径15横向偏移地行驶。
41.农用车辆10具有控制系统70。控制系统70具有藉由终端设备
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车辆接口62连接的控制装置60和移动终端设备52。农用车辆10此外具有车辆坐标系19，该车辆坐标系的坐标定义了农用车辆10的行驶方向11。控制装置60此外藉由输出接口64与转向装置20(在所示的实施方式中是前桥转向装置)连接，以便在农用车辆10驶过农用地2时操控转向装置。藉
由输出接口64输出相应的控制指令。
42.路径15具有缓存在控制系统70的在图1中未示出的存储单元中的路径点17，以及当前在控制装置60上藉由终端设备
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车辆接口62从移动终端设备52读取的路径点18。缓存的路径点17被存储直至沿路径15的第一前导距离16'。读取的路径点18是从沿路径15的第一前导距离16'到第二前导距离16沿路径15读取的。在这两个前导距离16'、16之间，沿路径15定义前导区段6，其中，作为关于前导区段6的几何信息，已经基于读取的路径点18利用控制装置60的在图1中未示出的计算单元计算出前导区段6的曲率7。
43.图2示出了具有方法步骤s1至s5的流程图。流程图此外具有两个检验步骤p1、p2。流程图此外具有检测步骤h。
44.在第一步骤s1中确定区段。在第一步骤s1中，从第一前导距离16'开始直到沿路径15的第二前导距离16根据农用车辆10的当前的行驶速度来确定用于驶过农用地2的路径15的沿农用车辆10的行驶方向11的前导区段6。
45.在第二步骤s2中，将沿路径15的区段6的路径点18从农用车辆10上的移动终端设备52通过终端设备
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车辆接口62传输到用于控制农用车辆10的转向装置20的控制装置60。控制装置60为此操控转向装置12的在图1中未示出的转向控制装置。
46.在前两个步骤s1、s2之后执行第一检验步骤p1。在第一检验步骤p1中检验：农用车辆10以区段的曲率7(已经基于区段6的路径点18计算出该曲率)和农用车辆10的当前的行驶速度驶过区段6是否会导致农用车辆10的倾斜力矩，在该倾斜力矩下，农用车辆10丧失地面附着力。在此检验：倾斜力矩是否超过根据曲率7和农用车辆10的速度预先定义的倾斜力矩极限值。
47.如果存在这样的超过预先定义的倾斜力矩极限值的倾斜力矩，那么在第三步骤s3中进行农用车辆10的行驶动态操控。在实施方式中，操控农用车辆10的在图1中未示出的制动装置，以便制动农用车辆10，并且降低农用车辆驶过沿路径15的前导区段6的行驶速度。
48.相反地，如果倾斜力矩没有超过预先定义的倾斜力矩极限值，或行驶速度减小，那么执行第二检验步骤p2。
49.在执行第二检验步骤p2之前，进行周围环境检测h。在检测步骤h中检测农用车辆10的周围环境。如果图1中未示出的障碍物位于农用地2上的农用车辆10的周围环境中，那么检测到该障碍物。在第二检验步骤p2中检验：检测到的障碍物是否形成与在驶过路径15时的农用车辆10的碰撞风险。如果存在这样的碰撞风险，那么在行驶动态操控的第三步骤s3中操控农用车辆10的在图1中未示出的制动装置，以便在检测到的障碍物之前制动农用车辆10。
50.如果在检测步骤h中没有检测到障碍物，或第二检测步骤p2的检验结果是没有碰撞风险，那么执行行驶动态控制的第三步骤s3。在第四步骤s4中操控农用车辆10的转向装置20和农用车辆10的在图1中未示出的驱动装置，以驶过前导区段6。在第四步骤s4中驶过前导区段6时，农用车辆10转向并且被驱动，其方式为使得在驶过前导区段6时由此产生的倾斜力矩不会使农用车辆10倾翻。
51.附图标记清单
52.2农用地
53.6前导区段
54.7曲率
55.10农用车辆
56.11行驶方向
57.15路径
58.16，16'前导距离
59.17缓存的路径点
60.18读取的路径点
61.19车辆坐标系
62.20转向装置
63.52移动终端设备
64.60控制装置
65.62终端设备
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车辆接口
66.64输出接口
67.70控制系统
68.h环境检测
69.p1行驶动态检验
70.p2碰撞检验
71.s1区段确定
72.s2信息通信
73.s3行驶动态操控
74.s4行驶