[發明專利]農用自動駕駛儀以及引導車輛的方法

有效

• 申請號: 201380046054.5
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN104603708B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 艾瑞克·卡爾·威爾森;約翰·W·皮克;斯蒂芬·普雷尼斯
• 申請（專利權）人: 天寶有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;A01B69/04
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 顧紅霞,顧欣

相關申請的交叉引用

本申請涉及2012年9月10日提交的名稱為“農用自動駕駛儀轉向補償”的美國專利申請No.13/608,844并且要求該專利申請的優先權，該專利申請的全部內容以引用的方式并入本文。

技術領域

本發明涉及農用自動駕駛儀系統的轉向控制。

背景技術

由自動駕駛儀引導的農用車輛被認為是高效農田作業的必需品。與人相比，自動駕駛儀實施更精確的駕駛，并且永遠不會變疲憊。自動駕駛儀提高了耕種、播種、噴藥、收割以及其它作業的精度，并且降低了這些作業的成本。

農用自動駕駛儀從人類操作員手中接管了轉向操縱的任務。農用自動駕駛儀可操作液壓控制閥門以致動轉向機構，或者可直接轉動方向盤。農田拖拉機中使用的典型的自動駕駛儀通過操縱拖拉機的可轉向前輪來沿著預編程路徑引導該拖拉機。

如果可轉向輪的牽引力(抓地力)喪失，則自動駕駛儀的性能下降。當車輪上的重量不足時、當車輪下方的地面濕或滑時，或者當在斜坡上作業時，可能會發生這種情況。如果拖拉機持續向坡下偏移或滑移，那么山坡作業會變得尤為令人苦惱。雖然增加重量能夠改善牽引力，但是增加過多重量也會導致不希望的土壤壓實。

即使在具有良好的牽引力的情況下，拖拉機有時也無法拐出如所期望那樣急的轉彎。舉例來說，當拖拉機在田端掉頭時，拖拉機經常無法借助單次、平滑的轉向拐過急的轉彎以便從一個作業行列(田壟)轉移到與之相鄰的另一個作業行列。環狀掉頭(Looping turnaround)操作(鑰匙孔式轉向(key hole turn))或倒車浪費時間并且浪費可用的農田面積。

因此，與人類操作員相比，盡管自動駕駛儀能夠在拖拉機(或其它農用車輛)的車輪的全范圍內更快且更精確地操縱車輪的轉向，但鑒于欠理想的牽引力或機械轉向限制，自動駕駛儀不能保證始終精確地跟隨預編程路徑(沿著預編程路徑前進)。需要一種能夠克服這些問題而精確地引導拖拉機的拖拉機自動駕駛儀。

附圖說明

圖1是拖拉機的俯視圖，其中示出了由自動駕駛儀監測到的各種參數。

圖2是拖拉機自動駕駛儀系統的框圖。

圖3是向拖拉機驅動輪提供差動(differential)扭矩的系統的示意圖。

圖4示出了能夠用最大實際轉向角度跟隨的路徑和無法用最大實際轉向角度跟隨的路徑。

具體實施方式

下文所述的農用自動駕駛儀轉向補償系統和方法使用差動(不同)驅動輪扭矩輸入來增強常規轉向。這使得即使當常規的轉向能力因可轉向輪的牽引力弱而減小時，農用自動駕駛儀也能夠沿著期望的路徑精確地引導車輪。另外，與通過操縱常規轉向傳動裝置所實施的轉向校正相比，差動扭矩允許自動駕駛儀實施更快的轉向校正。最后，與單獨采用輪轉向相比，差動扭矩使得能夠實現更急的轉彎。

下文所述的系統和方法適用于廣義的農用車輛。因此，為了方便起見，使用術語“拖拉機”來表示拖拉機、收割機、自行式噴灑機，等等。

圖1是拖拉機的俯視圖，其中示出了由自動駕駛儀監測到的各種參數。在圖1中，拖拉機105被引導以便沿著預編程路徑110移動。從該路徑到拖拉機上的參考點107的垂直距離被稱為軌跡橫向誤差(cross-track error)，XTE或ΔX。當參考點與路徑重合時，ΔX＝0。前進方向(航向)誤差Φ_ERROR是拖拉機的前進方向與預編程路徑的方向之間的角度差。如果拖拉機的前進方向與路徑平行，則Φ_ERROR＝0。轉向角度α是拖拉機的前進方向與可轉向輪之間的角度。當可轉向輪筆直朝前時，α＝0。拖拉機105具有兩個驅動輪120和122。

如下文所述，自動駕駛儀可獨立地增大或減小各驅動輪上的扭矩。例如，為了輔助向前右轉彎，可增大左輪120上的扭矩以促進左輪120的正轉，并且減小右輪122上的扭矩以減緩右輪122正轉。由此，自動駕駛儀控制驅動輪扭矩以便增強常規轉向。