用于可被转向成在田地上平行于第一农业机械而行驶的第二农业机械的转向的方法和装置

摘要

本发明涉及用于第二农业机械(12)的转向的方法和装置，第二农业机械相对于第一农业机械(10)在田地(34)上可转向，所述装置包括：在农业机械(12)中的一个处安装的测距仪(60)，所述测距仪(60)可运行，以便在水平区域上获得关于邻近物体的间距和方向方面的测量值；以及与测距仪(60)相连接的评估设备(68)，所述评估设备(68)被设立，以便基于测距仪(60)的测量值给出引起第二机械(12)的相对于第一机械(10)的导向的转向信号。建议，评估设备(68)可运行，以便借助于多个时间上彼此相继地通过测距仪(60)获得的测量值，将可与未配备有测距仪(60)的机械(10)相关联的测量值从所获得的测量值中选择出，并且将这些被选择的测量值用于转向信号的生成。

说明书

本发明涉及用于相对于第一农业机械(Maschine)在田地(Feld)上可转向的(lenkbar)第二农业机械的转向的方法和装置，装置包括：在机械中的一个处安装的测距仪(Entfernungsmesser)，其可运行，以便在水平区域上获得在与测距仪相邻近的物体的间距和方向方面的测量值，和

与测距仪相连接的评估设备(Auswertungseinrichtung)，其被设立，以便基于测距仪的测量值而给出引起第二机械的相对于第一机械的导向的转向信号。

背景技术

在农业中有许多应用情况，在这些应用情况中多个机械在耕作田地时彼此独立地平行地并排行驶。例子包括，收割过程，在其中收割物被自动行驶的收割机(Erntemaschine)收纳、加工并装载到运输车辆上；借助于多个自动行驶的收割机同时进行的用于较大的田地的快速收割完毕的收割过程；或其它工作，在这些工作中，多个同类型的或不同的机械同时耕作田地，例如在土地耕作时，在种植，施肥，洒水时或者在直接在收割过程后进行的土地耕作时(在此时，土地耕作车辆在收割机旁行驶)。为了在收割物的装载时避免由于掉落到土地上的收割物引起的不希望的损失，必须的是，让运输车辆平行于自动行驶的收割机行驶。当多个机械同时地在田地上工作时，为了避免田地的部分面积的重复耕作或遗漏，这种平行行驶同样是有意义的。

在过去，平行行驶纯手工地通过机械的驾驶员来实现。第二机械的驾驶员因此有如下任务，即，将第二机械转向成平行于第一机械。第一机械的驾驶员又沿着存在的耕作边界对该机械进行转向。为了减轻第一机械的驾驶员的负担，转向辅助是已知的，其尤其地机械地，声学地(以超声波的方式)或借助于电磁波(尤其以光学的方式)与耕作边界或位于机械前面的田地相互作用并自动地使第一机械转向。

为了使第二机械的驾驶员从其转向任务中解脱出来，建议了从第一机械到第二机械的转向信息的传输的至少两种类型。一方面转向数据可以速度数据和方向数据的形式从第一机械传输到第二机械(参见文件DE 100 64 860A和文件JP 04 101 206A)，这具有缺点，即传输至第二机械的方向指令和速度指令中的可能的误差随着时间而累积成在位置中的大的误差，从而使得，平行的行驶并非始终被保证。另一方面存在这种可能性(参见G.Wallmann和H.-H.Harms的“Assistenzsystem zurlandwirtschaftlicher Güter”，农业技术6/2002，第352f页，文件DE 100 64 862A，文件DE 102 24 939A，文件DE 10 2004 039 460B和文件WO 99/18482A)，两个机械均装备有卫星辅助的位置探测系统，尤其地装备有GPS接收器，并且建立两个机械之间的数据传输连接，借助于该数据传输连接，第一机械将第一机械的相应的位置告知第二机械。那么，基于这些数据和第二机械的位置探测系统的输出，通过两个绝对位置的差值构成来计算相对位置，借助于该相对位置生成用于第二机械的转向信号和/或速度信号。在这两种可能性中被看作不利的是，在两个机械之间设置有额外的数据传输。

另一种在现有技术中说明的、令第二机械平行于第一机械地行驶的可能性在于，使用第二机械上的，以雷达、超声波或激光技术为基础的测距仪，利用该测距仪，相对于第一机械的间距被测量并被用于生成转向信号，从而使得第二机械自动地平行于第一机械地被转向(文件WO 99/18482A和被看作是形成了该分类的文件DE 102 24 939A)。在此被看作有问题的是，测距仪须足够精确地被定向成朝向第一机械，以便保证其功能。在文件DE 102 24 939A中建议，第一机械装备有特殊的标记(Markierung)，测距仪与该标记共同作用。但是，在所有将被作为引导车使用的第一机械处安装这种类型的标记是成本高昂的。

从汽车技术中已知，借助于激光扫描仪(Laserscanner)获得位于车辆前面的区域的距离图(Entfernungsbild)，并且识别存在于该处的物体的速度和位置，以便例如快速辨认出在停靠的车辆后面突然出现的行人，并且然后在必要时能够对此做出反应(文件DE 10 2004 018 813A)。另外建议，为机动车装备激光扫描仪，其确定相对于在前面行驶的机动车的间距，在两个机动车之间的角度和它们的相对速度，以便使跟随的机动车的速度自动地适应在前面行驶的机动车的速度(文件DE 199 32 642A)。

发明目的

作为本发明的基础的目的在于，提供用于第二机械的可靠的转向的装置和方法，该第二机械基于测距仪的信号被转向成平行于第一机械。

根据本发明，该目的通过权利要求1，17和18的教导来实现，其中，在其它的权利要求中提及了特征，其以有利的方式改进了该方案。

一种装置用于第二农业机械的转向，其相对于第一农业机械在田地上行驶，尤其地平行于第一农业机械。在机械中的一个处安装有测距仪，其在水平延伸的区域上给出测量值，其相应地包括关于方向的信息和与该方向相关联的、距被探测的、与测距仪相邻近并因此与承载测距仪的机械相邻近的物体的间距的信息，也就是为二维的水平伸延的所谓的距离图。测量值输送给评估设备，通过将时间上彼此相继地被获得的测量值进行比较，评估设备处理测量值并且识别出属于未装备有测距仪的机械的测量值，例如，属于某一确定方向的、在时间上保持不变或仅微小地变化的间距值可被与该另一机械相关联。

评估设备因此借助于所获得的测量值自动地辨认出可与未装备有测距仪的机械相关联的测量值。仅这些被选择的测量值被使用以用于转向信号的生成。由此，第二机械始终以所希望的方式——尤其平行地——在第一机械旁行驶。

以这种方式，至今被执行的、如在第一机械上安装特殊标记和校准测距仪等的措施(为确保测距仪确实是对第一机械进行探测)成为不必要的。在恶劣的农业环境中(在该环境中根据本发明的装置暴露在振动和由位于空气中的收割物颗粒及类似者引起的视线妨碍中)根据本发明的装置同样足够运行可靠地工作，因为不是仅一个唯一的间距、而是多个间距(在水平区域上)被获得，从而使得，单独的不能用的间距值可被忽略。

推荐将测距仪安装在第二机械处。但是另一种方案同样是可设想的，在这种方案的情形下测距仪被安装在第一机械处，并且它的测量值或由此导出的转向信号被传输到第二机械处，例如通过无线电或通过光学的数据传输器件。

在本发明的一种优选的实施形式的情形下，评估设备识别不同的物体，这些物体与装备有测距仪的机械相邻近。就此而论，参阅文件DE 10 2004 018 813A的公开，其通过引用而被结合在本资料中。由此，代表共同的物体的测距仪的测量值被识别(这借助于几乎不依赖于方向的或者不跳跃式地变化的间距是不难实现的)，并被与相应的物体相关联。然后，物体可依赖于其是否相对于装备有测距仪的机械运动而被划分种类。相对于装备有测距仪的机械不运动或仅轻微地运动的物体(其此外位于预期的间距范围之内)适宜地被识别或分类为未装备有测距仪的机械。另外，借助于相应地彼此相继地通过测距仪而获得的针对间距和方向的值，相对于装备有测距仪的机械的物体的横向偏移、相对于装备有测距仪的农业机械的物体的在其前进方向上的偏移和/或物体的运动方向可被识别。

获得的间距值可与用于两个机械之间的横向上的间距的理论值进行比较，并且差值作为转向信号被供应给第二机械的转向设备(或者显示设备或者类似者，借助于其，第二机械的操作者可对第二机械进行转向)。

另外，借助于测量值，第二机械相对于第一机械的运动方向(或反过来)可被确定。该运动方向可额外地用于第二机械的转向信号的生成，以便能更快地跟随第一机械的可能的方向变化。对此，未装备有测距仪的机械的所探测到的运动方向可与装备有测距仪的机械的运动方向进行比较，并且转向信号如此地被生成，即，使得，第二机械的运动方向至少大致地与第一机械的运动方向相同或者——在非平行的行驶时，例如在弯道中或者在畦头未耕地中——符合一理论值。那么，当第二机械超前于第一机械时，两个机械的运动方向的比较是尤其地有利的，因为这时方向偏差的考虑使得第二机械的较好的转向性能成为可能。

另外，根据本发明的装置同样适合用于探测第一机械与第二机械之间的在它们的前进方向上的偏移，因为该装置可例如确定未装备有测距仪的机械的在前面的和/或在后面的棱边的方向。推荐将该测量值与理论值比较，并且根据差值如此地操控第二机械的速度预设设备，即，使得两个机械之间的在它们的前进方向上的偏移始终至少大致保持不变，且尤其地符合该理论值。

用于在两个机械之间的在横向上的间距的理论值可作为固定值而可从存储设备中被读取。可从存储设备读取的理论值同样可由操作者修改或者由操作者输入到存储设备中。在一种优选的实施形式的情形下，操作者可使第二机械进入到相对于第二机械的所希望的位置中，并且通过至输入设备的合适的输入而导致，当前的间距作为理论值而由评估设备接收。

测距仪的相对于承载它的机械的定向可以是可变的，以使其可适应不同的任务。例如，存在如下应用情况，在该应用情况中第二机械相对于第一机械向前偏置地行驶(例如在接收收割物时)，从而使得，测距仪的灵敏区域必须倾斜向后地(或者，当测距仪安装在第一机械处时，倾斜向前地)定向，而在另一种应用情况的情形下两个机械精确地彼此并排地行驶(例如在土地耕作时)，从而使得，测距仪的灵敏区域必须朝向侧面而定向。

测距仪可通过围绕竖直轴线扫过合适的角区域来扫描水平区域，或者借助于多个单独的在不同角度上灵敏的或以合适的间距一个接一个地布置的测距仪而同时地探测水平区域。另外注意的是，测距仪不仅可在水平方向上，而且可额外地还在垂直方向上对一区域进行探测，以便提供三维的距离图，该距离图的评估使得距第二机械的间距的更精确的(或者说与第二机械的绕在前进方向上延伸的轴线的可能的运动相脱耦的)确定成为可能。

对于测距仪，在本发明的思想的框架下不同的实施例是可以考虑的。例如，雷达传感器可被使用，其接连地在不同的方向上发射电磁波，并且根据反射波的传播时间而获得物体的间距。类似地可使用超声波传感器，其发射声波，并且根据所获得的反射波的传播时间辨认物体的间距。为了得到针对不同水平方向的间距值，可使用多个绕竖直轴线的角偏置的超声波传感器，或者，一个唯一的超声波传感器围绕竖直轴线旋转。另外，激光扫描仪可作为测距仪来使用，其围绕竖直轴线旋转，并且接连地在不同的方向上发射光，该光位于可见的波长范围中或者在其之上(紫外线)或者在其之下(红外线)。根据所获得的由物体反射的光的传播时间和/或射束扩径来估算物体的间距。同样可能的是，使用多个在不同方向上发光的激光器，其同时地或接连地彼此相继地发射出光。

另外建议，评估设备可运行，以便根据所选择的测距仪的测量值生成用于避免与邻近物体碰撞的信号。该信号可为用于物体的绕行的转向信号，或者为用于第二机械的牵引力的自动停止的停车信号。

此外可能的是，使用评估设备，以便借助于测距仪的测量值辨认出第一农业机械的配置，并且由此推断出第一农业机械的相对于第二农业机械的距离和方向的允许的和/或优选的范围。例如，可根据第一机械的或它的收割附件的尺寸尤其是宽度来推断出须维持的间距。

根据本发明的装置适合用于农业机械的任意的组合。例如，第一机械为收割机，并且第二机械是适合用于由第一机械所收割的收割物的接收和运走的运输车辆，或者，第二机械为运输车辆且第一机械为或者牵引着用于接收种子的播种机。在另一种实施形式中，两个机械是同类的且例如为偏置地或精确地彼此并排地行驶的收割机或者作为偏置地或精确地彼此并排地行驶的用于土地耕作或者用于种植、施肥或洒水的机械。这两个机械同样可为不同的，举例而言，当第一土地耕作机械侧向偏置地精确地在收割机旁或者在其前面或者在其后面行驶时。

实施例

借助于附图阐述本发明的实施例。其中：

图1显示了第一和第二农业机械的组合的侧面的视图，该组合由田地收割机和带有具有料仓的拖车的拖拉机组成，

图2显示了出自图1的组合的俯视图，

图3显示了示意性的图表，在该图表中示出了第二机械的自动转向设备，

图4显示了针对由测距仪给出的二维距离图的例子，该距离图与出自图1和图2的情况相关联，并且

图5显示了流程图，评估设备根据其而工作。

在图1中示出的两个农业机械的组合包括自动行驶的田地收割机10(其为第一农业机械)，自动行驶的拖拉机12(其为第二农业机械)，和由拖拉机12借助于牵引杆14来牵引的拖车16(其包括料仓18)。

自动行驶的田地收割机10构造在框架20上，其由前面的驱动轮22和可转向的后面的轮24承载。田地收割机10的操作从驾驶员舱26中进行，从驾驶员舱26而出地，可看见呈玉米割收附件形式的收割附件28，其在拉入通道30处在田地收割机10的前侧处被固定。借助于收割附件28从田地34接收的收割物通过布置在拉入通道30中的带有预压辊(Vorpresswalzen)的拉入输送器而被供应给切碎滚筒36，切碎滚筒36将收割物切碎成小块并且交付给鼓风机38。物品通过可绕大致垂直的轴线旋转且在倾斜方面可调节的、呈抛出弯管形式的排出设备40朝向在旁行驶的拖车16而离开田地收割机10。在切碎滚筒36与鼓风机38之间延伸有带有两个谷粒加工辊的后续碎化装置42。田地收割机10的和收割附件28的所提及的可驱动的动力装置的驱动借助于内燃机44来实现。

拖拉机12和拖车16为传统的结构，并且因此不需要进一步地讨论。

在图2中在俯视图中描述了两个机械10，12的组合。可辨认的是，田地收割机10沿着收割物边缘46行驶，其为在田地34的收割完毕的区域48与田地34的仍竖立的被玉米植物50占据的群落地段52之间的边界。田地收割机10的驾驶员手动地将田地收割机操纵成沿着收割物边缘46，或者田地收割机10自动地借助于队列传感器(其包括两个安装在收割附件的分离器尖(Teilerspitze)处的探测架54并且将田地收割机10引导成沿着排成列的植物50)而被操纵成沿着收割物边缘46。

为了将拖拉机12的驾驶员从其转向任务中解脱出来，在可转向的前轮56上方的拖拉机12的挡泥板58处布置有测距仪60，其在示出的实施形式中为激光扫描仪。测距仪包括脉冲式的、在可见的波长范围中或者在其之上或者在其之下工作的激光器62(其在水平方向上成束地发射它的光)和对激光器62的光敏感的光传感器64，其借助于来自于激光器62且由也许定位在拖拉机12旁的物体所反射的光的传播时间(和/或借助于依赖于物体的距离的光的角度扩径)来确定物体与测距仪60的相应的间距。激光器62，且优选但并非必须地，光传感器64，通过马达(未示出)连续地绕垂直的轴线旋转，以便逐渐地在一定的足够短的时间内探测一角区域66。测距仪60安装在一个高度中，在这个高度中测距仪在竖立的植物50之上进行观察。为了避免在驶过路面不平处时的错误测量，可设置有测距仪60的自动的水平的调整。此外，测距仪60可例如为了适应植物50的高度而(相应地人工地或机动地)高度可调和/或总体上绕竖直轴线可旋转，以便使被扫过的角区域66的位置适应于拖拉机12的相应的工作任务。例如，如果两个拖拉机在土地耕作时或者在割收时彼此并排地行驶，测距仪60手动地或者通过马达向前转，从而使得角区域66的中部横向于拖拉机12的前进方向而延伸。测距仪60同样可进一步地向前转，以便探测田地34的耕作边界，例如在土地耕作时或者在割收或收割时。

如在图3中以图表方式示出的那样，测距仪60的输出端与评估设备68相连接，评估设备68又与拖拉机12的转向设备70和速度预设设备相联结。

在图4中描述了典型的二维的距离图，就如由测距仪60在根据图2的情况下传输到评估设备处的那些。在X轴上绘有测距仪的绕竖直轴线的转角，并且在Y轴上绘有光的传播时间。评估设备68因此从测距仪获得测量值，其包括关于方向(绕竖直轴线的转角)和所属的光的传播时间(或者说所属的物体的间距，人们通过将传播时间乘上光速的一半而获取该间距)的信息。在所示出的情况中，随着——在根据图2的俯视图中在顺时针方向上、也就是从左向右——增大的转角，首先可预期一相对长的传播时间，因为不存在物体。传播时间的第一次下降由电线杆74引起，在此之后传播时间再次上升，并且持续地下降(当测距仪60探测到田地收割机10时)。在其后面的边缘处，传播时间再次上升。评估设备68使用多个时间上彼此相继地获得的距离图，以便识别与田地收割机10相关联的测量值，并且使用该测量值以用于生成用于转向设备70的转向信号和用于速度预设设备72的速度预设信号。在下一个距离图中，仅可与电线杆74相关联的传播时间下降向右移，而可与田地收割机10相关联的有关方向和间距的测量值大致保持不变(只要这两个机械10，12同样快地且彼此平行地行驶)。

该事实通过评估设备68来充分利用，就如借助于图5中示出的流程图而可辨识出的那样，评估设备68按照该流程图而工作。在开始(步骤100)之后，首先(步骤102)记录第一距离图，如示例性地在图4中示出的那样。然后跟随有另一步骤(104)，在其中另一距离图被记录。在接下来的步骤(106)中最后记录的距离图和在此之前记录的距离图被比较，以便识别与拖拉机12相邻近的物体。在此，例如，电线杆74被识别成静止的物体，其相对于拖拉机12运动，更确切地说，以拖拉机12的当前的牵引速度(该牵引速度可作为另外的信息而被供应给评估设备68)。田地收割机10被识别成相对于拖拉机12不运动的或仅相对轻微地运动的物体。

然后，评估设备68在步骤108中根据与田地收割机10相关联的间距值生成用于转向设备70的转向信号，转向设备70又使拖拉机的可转向的前轮56转向。对此，评估设备68将间距值与理论值(该理论值从存储设备76中读取)比较，并且借助于理论值与间距值(例如在田地收割机10与拖拉机12和拖车16之间的最小的被探测到的间距值)之间的差生成转向信号。该间距值可参照于相应的转角(该间距值在该转角下被获得)而被修正，以使得，由拖拉机12相对于田地收割机10在前进方向上的偏移所决定的几何效应被补偿，并且仅最小的、横向于前进方向测得的在拖拉机12或拖车16与田地收割机10之间的间距被考虑。该理论值可在存储设备76中固定地被预设或者可借助于布置在拖拉机12的操作者的工作位置处的操作者输入设备78而被输入和/或修改。同样可按下操作者输入设备78的按键或类似者，以便接收当前的在拖拉机12或拖车16与田地收割机10之间的间距作为所希望的理论值。

此外，在步骤108中，第一机械10的前进方向可被获得，并且被用于转向信号的修正，这可通过两个时间上彼此相继的距离图的比较来实现。由此可预见，第一机械10是否仍与第二机械12在相同方向上行驶，并且在必要时可如下地修正转向信号，即，使得第二机械12在第一机械10的可能的方向改变之后(与仅尝试使两个机械10，12之间的侧向间距保持恒定时相比)更快地跟随第一机械10。

此外，评估设备68在步骤110中生成用于速度预设设备72的速度信号，其基于测得的田地收割机10相对于拖拉机12的在前进方向上的位置，并且如此地被选出，即，使得该间距符合一理论值。该理论值可在存储设备76中固定地预设或者可借助于布置在拖拉机12的操作者的工作位置处的操作者输入设备78来输入和/或修改。同样可按下操作者输入设备78的按键或类似者，以便接收当前的在拖拉机12或拖车16与田地收割机10之间的间距作为所希望的理论值。

在步骤110后又跟着步骤104。然后，在下一步骤106中再次比较该两个最新的距离图。