[发明专利]农用自动驾驶仪以及引导车辆的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及2012年9月10日提交的名称为“农用自动驾驶仪转向补偿”的美国专利申请No.13/608,844并且要求该专利申请的优先权，该专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及农用自动驾驶仪系统的转向控制。

背景技术

由自动驾驶仪引导的农用车辆被认为是高效农田作业的必需品。与人相比，自动驾驶仪实施更精确的驾驶，并且永远不会变疲惫。自动驾驶仪提高了耕种、播种、喷药、收割以及其它作业的精度，并且降低了这些作业的成本。

农用自动驾驶仪从人类操作员手中接管了转向操纵的任务。农用自动驾驶仪可操作液压控制阀门以致动转向机构，或者可直接转动方向盘。农田拖拉机中使用的典型的自动驾驶仪通过操纵拖拉机的可转向前轮来沿着预编程路径引导该拖拉机。

如果可转向轮的牵引力(抓地力)丧失，则自动驾驶仪的性能下降。当车轮上的重量不足时、当车轮下方的地面湿或滑时，或者当在斜坡上作业时，可能会发生这种情况。如果拖拉机持续向坡下偏移或滑移，那么山坡作业会变得尤为令人苦恼。虽然增加重量能够改善牵引力，但是增加过多重量也会导致不希望的土壤压实。

即使在具有良好的牵引力的情况下，拖拉机有时也无法拐出如所期望那样急的转弯。举例来说，当拖拉机在田端掉头时，拖拉机经常无法借助单次、平滑的转向拐过急的转弯以便从一个作业行列(田垄)转移到与之相邻的另一个作业行列。环状掉头(Looping turnaround)操作(钥匙孔式转向(key hole turn))或倒车浪费时间并且浪费可用的农田面积。

因此，与人类操作员相比，尽管自动驾驶仪能够在拖拉机(或其它农用车辆)的车轮的全范围内更快且更精确地操纵车轮的转向，但鉴于欠理想的牵引力或机械转向限制，自动驾驶仪不能保证始终精确地跟随预编程路径(沿着预编程路径前进)。需要一种能够克服这些问题而精确地引导拖拉机的拖拉机自动驾驶仪。

附图说明

图1是拖拉机的俯视图，其中示出了由自动驾驶仪监测到的各种参数。

图2是拖拉机自动驾驶仪系统的框图。

图3是向拖拉机驱动轮提供差动(differential)扭矩的系统的示意图。

图4示出了能够用最大实际转向角度跟随的路径和无法用最大实际转向角度跟随的路径。

具体实施方式

下文所述的农用自动驾驶仪转向补偿系统和方法使用差动(不同)驱动轮扭矩输入来增强常规转向。这使得即使当常规的转向能力因可转向轮的牵引力弱而减小时，农用自动驾驶仪也能够沿着期望的路径精确地引导车轮。另外，与通过操纵常规转向传动装置所实施的转向校正相比，差动扭矩允许自动驾驶仪实施更快的转向校正。最后，与单独采用轮转向相比，差动扭矩使得能够实现更急的转弯。

下文所述的系统和方法适用于广义的农用车辆。因此，为了方便起见，使用术语“拖拉机”来表示拖拉机、收割机、自行式喷洒机，等等。

图1是拖拉机的俯视图，其中示出了由自动驾驶仪监测到的各种参数。在图1中，拖拉机105被引导以便沿着预编程路径110移动。从该路径到拖拉机上的参考点107的垂直距离被称为轨迹横向误差(cross-track error)，XTE或ΔX。当参考点与路径重合时，ΔX＝0。前进方向(航向)误差Φ_ERROR是拖拉机的前进方向与预编程路径的方向之间的角度差。如果拖拉机的前进方向与路径平行，则Φ_ERROR＝0。转向角度α是拖拉机的前进方向与可转向轮之间的角度。当可转向轮笔直朝前时，α＝0。拖拉机105具有两个驱动轮120和122。

如下文所述，自动驾驶仪可独立地增大或减小各驱动轮上的扭矩。例如，为了辅助向前右转弯，可增大左轮120上的扭矩以促进左轮120的正转，并且减小右轮122上的扭矩以减缓右轮122正转。由此，自动驾驶仪控制驱动轮扭矩以便增强常规转向。