本申請要求2014年11月24日提交的ussn14/551,447的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其通過引用并入本文。

本申請涉及農(nóng)業(yè)自動駕駛儀系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

精確的車輛控制是現(xiàn)代精密農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)的一部分。用于拖拉機，噴霧器，聯(lián)合收割機，割曬機和其他農(nóng)用車輛的自動駕駛儀，比任何人類都能更準(zhǔn)確地駕駛。自動駕駛儀減少操作人員疲勞并提高安全性。他們幫助農(nóng)民盡可能有效地使用如肥料和殺蟲劑等的化學(xué)藥品，并且節(jié)約資金和環(huán)境。配備農(nóng)用自動駕駛儀系統(tǒng)的各種車輛，以及這些車輛在自動駕駛儀控制下執(zhí)行的各種任務(wù)對農(nóng)民而言是一種幸事，但對于必須制定與每輛車一起工作的自動駕駛儀系統(tǒng)的設(shè)計人員來說是一種折磨。

有數(shù)千種不同的拖拉機類型，例如，連同數(shù)百種不同類型的轉(zhuǎn)向傳感器和數(shù)十種不同類型的轉(zhuǎn)向致動器。幾乎總是，不同構(gòu)造(make)和樣式(model)的兩種車輛具有不同的性能特性，有時甚至由于定制修改，不同的車輛任務(wù)，部件故障，安裝錯誤，車輛車齡和磨損，或無數(shù)其他因素等情況，相同構(gòu)造和樣式的兩輛車的執(zhí)行也完全不同。無論特定情況如何，自動駕駛儀應(yīng)該針對要求做的特定工作進(jìn)行調(diào)整。錯誤地設(shè)置自動駕駛儀會導(dǎo)致操作者的沮喪，并剝奪農(nóng)民他們設(shè)備的最大利益。

用于自動駕駛儀調(diào)整的常規(guī)手動方法充滿了麻煩。嘗試遵循校準(zhǔn)和調(diào)整程序時的操作員錯誤是常見的?，F(xiàn)代農(nóng)用車自動駕駛儀有數(shù)十個可調(diào)節(jié)參數(shù)。即使是專家也很難查看一組自動駕駛儀參數(shù)，并確定自動駕駛儀是否正確配置給定的車輛。因此，許多自動駕駛儀引導(dǎo)的農(nóng)用車輛的性能不盡如人意。

需要的農(nóng)用車輛自動駕駛儀是，其可以容易且準(zhǔn)確地針對各種車輛進(jìn)行調(diào)整，并且向操作者提供指示，以使他們知道當(dāng)車輛在自動駕駛儀控制下時可以預(yù)期什么水平的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文描述的系統(tǒng)包含農(nóng)用車輛自動駕駛儀，其包括與微處理器和存儲器通信的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(gnss)傳感器和慣性測量單元(imu)傳感器，其中微處理器和存儲器被配置為：(1)從轉(zhuǎn)向角傳感器接收轉(zhuǎn)向角數(shù)據(jù)，(2)向轉(zhuǎn)向角致動器發(fā)送轉(zhuǎn)向角度命令，以及(3)通過引導(dǎo)農(nóng)用車輛進(jìn)行校準(zhǔn)操縱并在校準(zhǔn)操縱期間利用gnss和imu傳感器測量車輛響應(yīng)特性來執(zhí)行自動駕駛儀校準(zhǔn)。

在一些實施例中，微處理器和存儲器還被配置為：(4)執(zhí)行自動駕駛儀設(shè)置的自動調(diào)整。

在一些實施例中，微處理器和存儲器還被配置為：(4)在自動駕駛儀控制下執(zhí)行車輛性能的自動診斷。

在一些實施例中，自動診斷包括計算性能等級以總結(jié)校準(zhǔn)和/或調(diào)整數(shù)據(jù)。

在一些實施例中，自動診斷包括報告車輛部件異常。

在一些實施例中，自動診斷基于包括隸屬度函數(shù)和模糊關(guān)聯(lián)存儲器規(guī)則的模糊邏輯推理器。

在一些實施例中，自動診斷基于包括車輛特性數(shù)據(jù)的加權(quán)和(weightedsums)的性能分級規(guī)則。

在一些實施例中，農(nóng)用車輛自動駕駛儀還包括允許微處理器和存儲器與數(shù)據(jù)庫通信的i/o部件，并且其中微處理器和存儲器還被配置為：(5)從數(shù)據(jù)庫獲得車輛特性，并將車輛特性發(fā)送到數(shù)據(jù)庫。

在一些實施例中，車輛響應(yīng)特性包括轉(zhuǎn)向角速率：死區(qū)，線性區(qū)域或飽和區(qū)域。

在一些實施例中，車輛響應(yīng)特性包括轉(zhuǎn)向角：延遲時間，上升時間，穩(wěn)定時間，過沖或穩(wěn)態(tài)誤差。

在一些實施例中，微處理器和存儲器還被配置為：(4)向車速致動器發(fā)送車速命令。

在一些實施例中，校準(zhǔn)操縱在預(yù)定義的地理區(qū)域內(nèi)完成。

本文描述的方法包括用于農(nóng)用車輛自動駕駛儀校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷的方法，該方法包括：農(nóng)用車輛自動駕駛儀中的微處理器和存儲器：從轉(zhuǎn)向角傳感器接收轉(zhuǎn)向角數(shù)據(jù)；向轉(zhuǎn)向角致動器發(fā)送轉(zhuǎn)向角命令；在使用gnss和imu傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)操縱期間，通過校準(zhǔn)操縱引導(dǎo)農(nóng)用車輛并測量車輛響應(yīng)特性；根據(jù)調(diào)整算法調(diào)整自動駕駛儀的設(shè)置；計算性能等級，以總結(jié)校準(zhǔn)和調(diào)整數(shù)據(jù)；報告車輛部件異常；并發(fā)送車輛特性至數(shù)據(jù)庫，或從數(shù)據(jù)庫獲得車輛特性。

在一些實施例中，經(jīng)由蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行發(fā)送或接收。

在一些實施例中，用于農(nóng)用車輛自動駕駛儀校準(zhǔn)的方法還包括微處理器和存儲器向車速致動器發(fā)送車速命令。

在一些實施例中，計算性能等級包括模糊邏輯運算操作。

附圖說明

圖1示出了在田地中操作的自動駕駛儀控制的拖拉機。

圖2示出了自動駕駛儀控制的拖拉機正在接近線路。

圖3是農(nóng)用車輛自動駕駛儀的系統(tǒng)框圖。

圖4是概述自動駕駛儀校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷方法的流程圖。

圖5a-5d示出了各種校準(zhǔn)操縱。

圖6示出了示例性致動器響應(yīng)曲線。

圖7示出了示例性車輛響應(yīng)特性。

圖8示出了第一自動駕駛儀性能分級系統(tǒng)。

圖9示出了第二自動駕駛儀性能分級系統(tǒng)。

具體實施方式

農(nóng)用車輛自動駕駛儀可以使農(nóng)民從精準(zhǔn)駕駛領(lǐng)域繁瑣而艱巨的工作中解救出來。例如，圖1示出了在田地中操作的自動駕駛儀控制的拖拉機。在圖1中，拖拉機105在田地115中沿著路徑110。試想一下如果一個人在五千或一萬英畝農(nóng)場上沿著一組平行的引導(dǎo)線日復(fù)一日地駕駛，那么很快就會顯示出良好的自動駕駛儀是非常有用的。

自動駕駛儀性能由許多因素組成；例如：當(dāng)自動駕駛儀駕駛時，車輛是如何準(zhǔn)確地遵循為此而設(shè)計的路徑？車輛是否保持在所期望路徑的一英寸范圍內(nèi)，還是往往在路徑上來回移動？當(dāng)車輛到達(dá)應(yīng)該遵循的線路時，是否及時加入線路，或者需要額外的時間來穩(wěn)定？最后一個考慮如圖2所示，圖2示出了一輛自動駕駛儀控制的拖拉機正在接近一條線路。在圖2中，拖拉機正接近線路210。在這種情況下，自動駕駛儀的目標(biāo)是盡可能快速并且準(zhǔn)確地將拖拉機引導(dǎo)到線路上。在圖2中，點劃線曲線215和短劃線曲線220示出了當(dāng)拖拉機加入到線路時由拖拉機形成的可能軌跡。點劃線曲線215示出了過沖(拖拉機最初經(jīng)過所期望的線路)和振蕩(拖拉機在最初過沖之后重新跨越線路)。短劃線曲線220示出了準(zhǔn)確地加入線路，但是可能不會盡可能地快。

農(nóng)用車輛自動駕駛儀的自動校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷有助于確定車輛能力，調(diào)節(jié)每輛車輛的自動駕駛儀參數(shù)，并告知操作人員，當(dāng)車輛在自動駕駛儀控制下運行時，預(yù)期的性能水平如何。自動校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷使自動駕駛儀能夠與配備各種不同傳感器和致動器的各種車輛配合使用。

自動化程序包括人類難以執(zhí)行的操縱。例如，校準(zhǔn)步驟的部分可能是引導(dǎo)車輛通過完整的左轉(zhuǎn)彎(最大轉(zhuǎn)向角)，直線段和完整的右轉(zhuǎn)彎。當(dāng)一個人被要求通過這個步驟引導(dǎo)拖拉機時，他們可能不會將方向盤一直轉(zhuǎn)到極限，他們可能左右轉(zhuǎn)動一兩度，而不是直線，他們可能會在開始轉(zhuǎn)彎之前的一瞬間相反轉(zhuǎn)向(例如右側(cè)，而不是左側(cè))，或者他們可能會忘記一個操縱。自動校準(zhǔn)消除了這些類型的錯誤。

鑒于在校準(zhǔn)期間獲得的測量車輛特性，自動調(diào)整確保適當(dāng)?shù)卣{(diào)整自動駕駛儀參數(shù)。許多自動駕駛儀允許用戶調(diào)整數(shù)十個自動駕駛儀參數(shù)。有時，提供“侵略性”控制，粗略地說，允許操作者交換精度以獲得平滑度。這種類型的控制允許根據(jù)用戶偏好來調(diào)整自動駕駛儀。然而，鑒于機會，一些用戶會試圖調(diào)整更多的基本參數(shù)，如增益，延遲和死區(qū)界限。這可能會很快導(dǎo)致麻煩。

例如，操作員可能會注意到自動駕駛儀轉(zhuǎn)向性能比過去更差。也許他注意到一輛拖拉機在之前開得很好的地方蜿蜒前進(jìn)。更改自動駕駛儀增益參數(shù)可能導(dǎo)致臨時改進(jìn)，但如果拖拉機的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的一部分已經(jīng)磨損或損壞，則不能解決問題。

如果遵循適當(dāng)?shù)男?zhǔn)和調(diào)整程序，自動診斷會解釋結(jié)果并識別問題。自動診斷功能不僅簡單地向操作員或技術(shù)人員介紹參數(shù)值的長列表，而且自動診斷可以解釋參數(shù)集，并在一個或多個概要等級中整合預(yù)期的性能。例如，在自動校準(zhǔn)和調(diào)整后，自動診斷可能會報告車輛上的特定自動駕駛儀安裝接收到等級“a”，表示可以預(yù)期全部性能。如果自動診斷報告較低等級，他們也可能指出可能的麻煩來源。例如，如果自動校準(zhǔn)無法完成所有必需的步驟，則診斷可能會報告“c”等級和“死區(qū)校準(zhǔn)未執(zhí)行”。如果性能不是特定車輛類型的預(yù)期，診斷也可能會提出諸如“檢查轉(zhuǎn)向閥”的建議。診斷可以隨時運行，不僅可以在校準(zhǔn)和調(diào)整后立即運行，因此可以在發(fā)生問題時進(jìn)行檢測和報告。

自動診斷可以利用車輛和自動駕駛儀性能數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。與自動駕駛儀系統(tǒng)安裝在其他“x”型車輛或具有轉(zhuǎn)向傳感器“y”或轉(zhuǎn)向致動器“z”的車輛上時相比，具有轉(zhuǎn)向傳感器“y”和轉(zhuǎn)向致動器“z”的“x”型車輛的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)是有用的。當(dāng)然，許多其他類型的數(shù)據(jù)可以存儲在數(shù)據(jù)庫中，例如輪胎配置，車輛用途，車輛重量，典型駕駛條件(例如平地面與陡峭山丘)，組件年齡或使用時間等。

自動校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷由先進(jìn)的自動駕駛儀系統(tǒng)執(zhí)行。系統(tǒng)框圖如圖3所示。在圖3中，自動駕駛儀305從傳感器310接收輸入并通過致動器315驅(qū)動車輛。自動駕駛儀305包括微處理器，存儲器和輸入/輸出(i/o)部件。i/o可以包括用戶顯示器(例如lcd顯示器，led燈條)和輸入設(shè)備(例如鍵盤，鼠標(biāo)，操縱桿)。i/o部件還可以包括用于向遠(yuǎn)程320數(shù)據(jù)庫傳送數(shù)據(jù)和從遠(yuǎn)程320數(shù)據(jù)庫接收數(shù)據(jù)的無線電數(shù)據(jù)通信能力(例如，經(jīng)由wifi或蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò))。

傳感器310可以包括：gnss接收器(例如，gps，glonass，北斗等)，包含加速度計和/或陀螺儀的imu，測量磁航向的磁力計，測量車輛轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向傳感器，車輛和/或發(fā)動機速度傳感器以及檢測例如當(dāng)操作者已經(jīng)移動方向盤時，或者操作者是否處于拖拉機駕駛室中的其他傳感器。轉(zhuǎn)向傳感器可以基于安裝在不同車輛部件上的電位計或多個imu。致動器315可以包括：轉(zhuǎn)向致動器(例如液壓閥)，速度致動器(例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速和/或變速)和/或執(zhí)行器致動器。

一些“自動駕駛儀就緒”或“線控(drive-by-wire)”車輛，特別是先進(jìn)的拖拉機，為傳感器和致動器提供數(shù)據(jù)接口。在這種情況下，自動駕駛儀仍然包括自己的gnss和imu，但是發(fā)送和接收電子消息以控制和感測車輛轉(zhuǎn)向，速度和執(zhí)行處理。作為示例，自動駕駛儀可以經(jīng)由can(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))總線發(fā)出車輛曲率命令，而不是直接將信號發(fā)送到液壓轉(zhuǎn)向閥。校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷是必需的，并通過直接控制和線控車輛執(zhí)行。

圖4是概述自動駕駛儀校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷方法的流程圖。圖4中的步驟是：405—從數(shù)據(jù)庫獲取車輛特性；410—校準(zhǔn)車輛性能；415—調(diào)整自動駕駛儀控制參數(shù)；420—執(zhí)行系統(tǒng)診斷；425—確定性能等級；以及430—將車輛特性發(fā)送到數(shù)據(jù)庫。如下所討論的，圖4的方法中的一些步驟是可選的，并且步驟不需要按照所示的順序執(zhí)行。在如自動駕駛儀305的自動駕駛儀中由處理器執(zhí)行圖4的方法。

步驟405和430包括從數(shù)據(jù)庫接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫可以包含在與自動駕駛儀305相關(guān)聯(lián)的存儲器中，或者它可以是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，例如通過自動駕駛儀305的i/o能力訪問的數(shù)據(jù)庫320。由于不需要來自數(shù)據(jù)庫的信息來進(jìn)行校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷，所以步驟405和430是可選的。然而，車輛，傳感器和致動器的特性數(shù)據(jù)庫(作為單獨部件和完整的系統(tǒng)安裝)都可用于診斷目的，因為車輛，傳感器和致動器組合非常多。如果數(shù)據(jù)庫中包含一些配備有某些傳感器和致動器的某一車輛類型的條目，則可以在使用相同類型的傳感器和致動器的相同類型的另一車輛上設(shè)置自動駕駛儀時，查閱相應(yīng)的調(diào)整信息。當(dāng)新車輛的調(diào)整參數(shù)與類似車輛的數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)顯著不同時，診斷可以確定存在問題。

現(xiàn)在更詳細(xì)地討論校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷(步驟410，415，420和425)。

校準(zhǔn)

校準(zhǔn)意味著測量車輛，傳感器和致動器的性能特性。校準(zhǔn)的示例是確定什么轉(zhuǎn)向傳感器信號電平對應(yīng)于安裝在特定車輛上的特定轉(zhuǎn)向傳感器的完全左轉(zhuǎn)向角。另一個例子是測量響應(yīng)于在can總線上發(fā)出的曲率命令而獲得的實際車輛曲率。

通常在特定校準(zhǔn)操作期間執(zhí)行校準(zhǔn)測量，例如圖5a-5d所示的校準(zhǔn)操作。圖5a和5b中所示的操作分別是右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)彎可以在特定的轉(zhuǎn)向角度進(jìn)行，或者可以利用最大右轉(zhuǎn)或最大左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向角進(jìn)行轉(zhuǎn)彎，以確定最大轉(zhuǎn)向角是多少。轉(zhuǎn)彎可以以特定速度進(jìn)行。圖5c所示的操縱是直線駕駛，可用于確定對應(yīng)于零轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向傳感器輸出。

自動駕駛儀305計算來自全球定位系統(tǒng)(gps)和由傳感器310提供的imu數(shù)據(jù)的位置和速度信息。該信息與特定車輛配置知識(例如前導(dǎo)向(frontsteerable)，后導(dǎo)向(rearsteerable)，鉸鏈?zhǔn)?hinged)，履帶式(tracked)，連接式(articulated)，等等)和尺寸(例如軸距，軌道寬度等)相結(jié)合，允許自動駕駛儀校準(zhǔn)轉(zhuǎn)向角傳感器。

人類執(zhí)行的一些最困難的操縱包括保持恒定的轉(zhuǎn)向角，包括零轉(zhuǎn)向角，即不轉(zhuǎn)動。在保持恒定的轉(zhuǎn)向角度的同時收集gps和imu數(shù)據(jù)代表校準(zhǔn)的主要部分，并且與手動校準(zhǔn)相比，執(zhí)行這些操縱將自動引起校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量的大幅改善。

還可以執(zhí)行圖5a-5c中的操縱來校準(zhǔn)can總線曲率命令?？梢詫④囕v在轉(zhuǎn)彎中實現(xiàn)的實際曲率與所要求的曲率進(jìn)行比較。自動駕駛儀可以在查找表中存儲請求曲率和實際曲率之間的對應(yīng)關(guān)系(例如，實現(xiàn)+8.5m的實際曲率，發(fā)送can總線請求+8.3m)或作為擬合函數(shù)的系數(shù)(例如，實際曲率＝1.024x請求曲率)。

圖5d示出了用于橫滾(roll)校準(zhǔn)的操縱。車輛停在某一點，車輛的橫滾角(圍繞縱軸)由自動駕駛儀中的imu測量。接下來，車輛停在同一點上，但是朝相反方向前進(jìn)。(圖5d顯示了拖拉機單向前進(jìn)的虛線輪廓，同一拖拉機的實線輪廓朝向相反方向。)測量的橫滾角與兩個相對的航向進(jìn)行比較，以了解測量的橫滾角多大對應(yīng)于“向上”或垂直于地平線。

圖6和圖7示出了進(jìn)一步的校準(zhǔn)測量。圖6示出了致動器響應(yīng)曲線的示例。在圖6中，轉(zhuǎn)向角速率φ被繪制為轉(zhuǎn)向閥致動信號x的函數(shù)。在典型的農(nóng)用拖拉機中，轉(zhuǎn)向角由電動液壓閥控制，并且閥致動信號是脈寬調(diào)制電信號。其他致動器響應(yīng)特性(例如曲率對照曲率命令值)具有與圖6所示曲線相似的形式。

圖6示出了當(dāng)閥致動信號x從零增加時，初始轉(zhuǎn)向角速率保持為零。標(biāo)記為“dz”的圖形區(qū)域被稱為死區(qū)或盲區(qū)。隨著x進(jìn)一步增加，轉(zhuǎn)向角速率與x成比例，達(dá)到圖形的“線性”區(qū)域。最后，在“飽和”區(qū)域中，x的進(jìn)一步增加僅導(dǎo)致轉(zhuǎn)向角速率的微小變化。致動器響應(yīng)曲線的形狀和尺寸，如圖6所示，是在校準(zhǔn)期間測量并在調(diào)整過程中使用的參數(shù)。

作為示例，考慮沿著直線引導(dǎo)車輛的自動駕駛儀。如果自動駕駛儀(例如通過gps和/或imu)感測到車輛左轉(zhuǎn)，則它必須命令小的右轉(zhuǎn)以補償并保持車輛直行。如果自動駕駛儀命令轉(zhuǎn)向角速率相對x值的變化處于死區(qū)，則不會發(fā)生任何狀況，轉(zhuǎn)向角速率將不會改變。因此，為了有效地執(zhí)行自動駕駛儀應(yīng)該“知道”(即，存儲在其存儲器中)死區(qū)的界限是什么。對于不同的液壓閥，這些界限是不同的。死區(qū)界限只是在校準(zhǔn)期間測量的參數(shù)的一個示例。其他示例是線性和飽和區(qū)域的斜率和范圍。

圖7示出了示例性車輛響應(yīng)特性。在7圖中，相對于時間t繪制轉(zhuǎn)向角φ。從時間零到時間t1，轉(zhuǎn)向角恒定，φ1。在時間t1，自動駕駛儀命令從轉(zhuǎn)向角φ1變化為轉(zhuǎn)向角φ2。(由自動駕駛儀命令的轉(zhuǎn)向角被繪制為虛線；所實現(xiàn)的實際轉(zhuǎn)向角被繪制為實線。)自動駕駛儀可以以各種方式影響轉(zhuǎn)向角的變化，例如，相對x改變轉(zhuǎn)向角速率(參見圖6)或通過can總線發(fā)出曲率命令。盡管自動駕駛儀要求轉(zhuǎn)向角在t1處變化，但在時間δt1期間也不會發(fā)生任何變化。轉(zhuǎn)向角最終在時間δt2期間確實發(fā)生變化，但是它過沖φ2并需要時間δt3來穩(wěn)定下來。最大過沖量標(biāo)示為“p”。轉(zhuǎn)向角穩(wěn)定后仍然不十分正確；穩(wěn)態(tài)誤差標(biāo)記為“q”。時間δt1，δt2和δt3分別被稱為延遲時間，上升時間和穩(wěn)定時間。它們與p和q一起表示在自動駕駛儀校準(zhǔn)期間測量的五個參數(shù)。

校準(zhǔn)也可能涉及許多其他車輛性能特性的測量。示例包括響應(yīng)車速命令或執(zhí)行操縱。在每種情況下，自動駕駛儀可以直接控制致動器，或者可以通過車輛的線控系統(tǒng)發(fā)送請求。

在自動校準(zhǔn)期間，自動駕駛儀通過如圖5所示的一系列操縱引導(dǎo)車輛，并收集傳感器測量值以表征車輛性能。在自動駕駛儀中編程的校準(zhǔn)步驟可能僅限于在預(yù)定義區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。例如，可以在自動駕駛儀中輸入平面地面的坐標(biāo)和尺寸，以保持所有校準(zhǔn)操作在邊界框內(nèi)。

自動校準(zhǔn)產(chǎn)生用于自動駕駛儀調(diào)整的精確數(shù)據(jù)。在某些情況下，手動程序獲得的這些數(shù)據(jù)是不可靠的。一個人非常難以準(zhǔn)確地引導(dǎo)車輛，以便從可能以不同速度執(zhí)行的一系列轉(zhuǎn)向角測試中產(chǎn)生高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。自動駕駛儀控制下的車輛引導(dǎo)比人駕駛時更準(zhǔn)確；類似的自動校準(zhǔn)比手動校準(zhǔn)產(chǎn)生更好的結(jié)果。

調(diào)整

調(diào)整意味著根據(jù)校準(zhǔn)期間測量的車輛特性來調(diào)節(jié)自動駕駛儀的設(shè)置。調(diào)整的示例包括調(diào)節(jié)伺服回路中的比例和差分增益，以獲得轉(zhuǎn)向角所需變化的最佳轉(zhuǎn)向響應(yīng)，或調(diào)節(jié)用can命令發(fā)送的參數(shù)以實現(xiàn)所需的車輛行為。

正如可能存在大量的校準(zhǔn)測量一樣，也可能存在大量的調(diào)整調(diào)節(jié)?？紤]到測量的死區(qū)等，調(diào)整可能涉及設(shè)置適當(dāng)?shù)脑鲆婧脱舆t，增益規(guī)劃以考慮非線性。一般來說，給定一組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道如何調(diào)整自動駕駛儀控制系統(tǒng)，這樣的調(diào)整可以由自動駕駛儀的微處理器通過執(zhí)行存儲在自動駕駛儀的存儲器中的調(diào)整算法來自動執(zhí)行。

自動調(diào)整優(yōu)于手動調(diào)整，因為調(diào)整算法能夠組合來自許多不同校準(zhǔn)測量的信息以獲得最佳的自動駕駛儀設(shè)置。自動調(diào)整減少了操作員手動調(diào)節(jié)調(diào)整參數(shù)的誘惑，這通常會導(dǎo)致意想不到的后果。調(diào)整通常是一個迭代過程，而當(dāng)一個人可以根據(jù)多個校準(zhǔn)操縱的結(jié)果調(diào)整一個參數(shù)時，當(dāng)涉及許多參數(shù)時，通常情況下，微處理器算法更有可能找到總體最優(yōu)調(diào)整設(shè)置。

診斷

診斷意味著總結(jié)自動駕駛儀安裝和報告問題的設(shè)置。自動診斷功能可讓經(jīng)銷商，安裝人員和操作員立即了解特定自動駕駛儀安裝中可能期望的性能水平。如果發(fā)生這種情況，診斷也有助于確定自動駕駛儀性能差的原因。

當(dāng)農(nóng)民在拖拉機，噴霧機或聯(lián)合收割機上安裝了新的自動駕駛儀時，他需要知道自動駕駛儀和車輛的表現(xiàn)。如果他預(yù)期在接下來的路徑中1英寸的精確度，那么如果有任何事物妨礙目標(biāo)，他需要立即知道。校準(zhǔn)產(chǎn)生一長串測量結(jié)果，并且調(diào)整產(chǎn)生類似長串的調(diào)整參數(shù)調(diào)節(jié)，但是這些數(shù)據(jù)對于人類來說是不容易解釋的。即使專家也無法從一組校準(zhǔn)和調(diào)整數(shù)據(jù)中快速識別潛在的安裝問題。

自動診斷通過應(yīng)用規(guī)則，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或模糊邏輯來總結(jié)校準(zhǔn)和調(diào)整數(shù)據(jù)以解決此問題。診斷可以將校準(zhǔn)和調(diào)整結(jié)果減少為反映整個系統(tǒng)性能的一小組字母等級(有時只有一個)。

自動診斷還可以隨時監(jiān)控系統(tǒng)性能，而不僅僅是在校準(zhǔn)和調(diào)整之后立即進(jìn)行。當(dāng)檢測到問題時，診斷可以幫助操作者找到原因。例如，具有自動診斷功能的自動駕駛儀可以向操作員發(fā)出“可疑的損壞轉(zhuǎn)閥”的警告信息，而不僅僅報告閥門死區(qū)的異常值(在大量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中容易忽略的信息)。報告車輛部件異常有助于解決轉(zhuǎn)向問題，這比傳統(tǒng)自動駕駛儀系統(tǒng)更快。

當(dāng)訪問車輛，傳感器和致動器性能數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫可用時，自動診斷得到增強。鑒于車輛配置(例如前轉(zhuǎn)向，鉸接，差速驅(qū)動等)或特定類型(構(gòu)造和型號)，傳感器類型和/或致動器類型，診斷可以將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與從類似的自動駕駛儀安裝獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。從每個安裝收集的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)也可以記錄在數(shù)據(jù)庫中作為將來安裝的參考。自動駕駛儀的i/o組件使其微處理器和存儲器能夠從數(shù)據(jù)庫獲取車輛特性，并將車輛特性發(fā)送到數(shù)據(jù)庫。

模糊邏輯系統(tǒng)提供了如圖8所示的實現(xiàn)自動診斷的一種方式，圖8顯示了第一自動駕駛儀性能分級系統(tǒng)。在圖8中，參數(shù)805輸入到模糊推理器810中。推理器810包括隸屬度(dom)函數(shù)815，模糊關(guān)聯(lián)存儲器(fam)規(guī)則820和解模糊器825。模糊推理器的輸出是等級830。在自動駕駛儀的微處理器和存儲器中執(zhí)行圖8的系統(tǒng)；該等級可以通過自動駕駛儀的i/o設(shè)備呈現(xiàn)給用戶。

參數(shù)805可以包括諸如：最大轉(zhuǎn)向角速率，轉(zhuǎn)向角延遲，上升時間，穩(wěn)定時間，過沖參數(shù)，致動器響應(yīng)斜率，致動器響應(yīng)線性和飽和特性等的測量參數(shù)。隸屬度函數(shù)815將簡明輸入(crispinputs)映射到隸屬組中。例如，每秒20度的最大轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)換速率可以在慢(slow)集合中具有0.8隸屬度，在中等(medium)集合中可以具有0.2隸屬度，并且在快速(fast)集合中具有0.0隸屬度。但是，每秒40度的最大轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)換速率可能在慢集合中具有0.0隸屬度，在中等集中具有0.05隸屬度，在快速集合中具有0.95隸屬度。

評估fam規(guī)則820以確定隸屬度設(shè)置值的輸出。解模糊器825將隸屬度設(shè)置值的輸出度轉(zhuǎn)換為諸如等級的簡明輸出。假設(shè)，作為一個例子，模糊推理器只有兩個輸入，轉(zhuǎn)向角速率和轉(zhuǎn)向角穩(wěn)定時間。(在實際系統(tǒng)中，模糊推理器具有多個輸入。)在這種情況下，fam規(guī)則和解模糊器可以指定如果轉(zhuǎn)向角速率為fast且轉(zhuǎn)向角穩(wěn)定時間短，則輸出等級830為“a”。如果轉(zhuǎn)向角速率為中等且轉(zhuǎn)向角穩(wěn)定時間短，則輸出等級830為“b”。

fam規(guī)則最初由自動駕駛儀設(shè)計工程師確定，然后基于田地數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)。或者，可以使用遺傳算法隨時間自動地學(xué)習(xí)dom功能和fam規(guī)則。作為示例，解模糊器可以使用單例方法或質(zhì)心法來確定簡明輸出。

等級830是自動診斷的結(jié)果之一。在許多情況下，單字母或數(shù)字等級就足夠了。例如，特定的自動駕駛儀安裝可能會獲得等級“81”或“b-”。當(dāng)系統(tǒng)性能的不同方面對于不同的運營商來說是重要的時候，可以給出一個以上的成績?？梢越o出不同等級的速度和精度，例如，操作者相對于其他屬性更重要其中某一屬性時，會選擇調(diào)整選項以實現(xiàn)他們想要的行為。

圖8的診斷系統(tǒng)最常用于在自動駕駛儀固件中執(zhí)行；即在圖3的處理器和存儲器中。然而，它也可以在自動駕駛儀通過其i/o能力進(jìn)行通信的遠(yuǎn)程服務(wù)器中實現(xiàn)。因此，操作員可以使用車輛自動駕駛儀執(zhí)行校準(zhǔn)和調(diào)整過程，但是在他的手機或平板電腦上接收診斷數(shù)據(jù)。

如圖9所示，也可以實現(xiàn)自動診斷而不用模糊邏輯，圖9示出了第二自動駕駛儀性能分級系統(tǒng)。在圖9中，參數(shù)905與圖8中的參數(shù)805相同，輸入?yún)?shù)905用于性能分級規(guī)則910。規(guī)則的輸出是等級915。圖9的系統(tǒng)與圖8相同，除了在模糊推理器810中不使用模糊邏輯來實現(xiàn)分級規(guī)則910。相反，分級規(guī)則910可以包括輸入的功能，例如車輛特性數(shù)據(jù)的加權(quán)和或決策樹(例如，如果...則......”)。

如果不滿足一個或多個參數(shù)的最小性能值，圖9的系統(tǒng)可能會跳轉(zhuǎn)等級。例如，分級規(guī)則910中的一個可以是轉(zhuǎn)換率，必須至少為10度/秒，并且如果轉(zhuǎn)換率小于該值，則整個系統(tǒng)將被分級為“f”，而與其他參數(shù)值無關(guān)。如果某些校準(zhǔn)步驟從未運行，則系統(tǒng)也可以分級為“f”，因此相應(yīng)的性能數(shù)據(jù)丟失。

自動校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷通過幫助農(nóng)民從自動駕駛引導(dǎo)的車輛獲得最佳性能來提高耕作精度。當(dāng)車輛上安裝新的系統(tǒng)或更換傳感器或致動器時，校準(zhǔn)和調(diào)整是最重要的。診斷評估系統(tǒng)性能并提醒運營商進(jìn)行性能更改。診斷可以隨時執(zhí)行，并且在某些情況下可以在自動駕駛儀正在運行的任何時候執(zhí)行。

提供了所公開的實施例的上述描述以使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。對這些實施例的各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的，并且在不脫離本發(fā)明公開的范圍的情況下，本文定義的原理可以應(yīng)用于其他實施例。因此，本發(fā)明公開不旨在限于本文所示的實施例，而是符合與本文公開的原理和新穎特征一致的最廣范圍。

廣義而言，本發(fā)明至少公開了以下內(nèi)容：

自動校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷通過幫助農(nóng)民從自動駕駛儀引導(dǎo)的車輛獲得最佳性能來提高耕作精度。自動駕駛儀無法由人類駕駛員來精確執(zhí)行，自動駕駛儀自動調(diào)整和簡化的診斷都是先進(jìn)的農(nóng)用車輛自動駕駛儀系統(tǒng)的一部分。

優(yōu)選包括本發(fā)明所述的所有元件，部件和步驟。應(yīng)當(dāng)理解，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，這些元件，部件和步驟中的任何一個可以被其他元件，部件和步驟替代或完全刪除。

概念

本文至少揭示了如下概念：

概念1.一種農(nóng)用車輛自動駕駛儀，包括：

與微處理器和存儲器通信的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(gnss)傳感器和慣性測量單元(imu)傳感器，其中所述微處理器和存儲器被配置為：從轉(zhuǎn)向角傳感器接收轉(zhuǎn)向角數(shù)據(jù)，向轉(zhuǎn)向角致動器發(fā)送轉(zhuǎn)向角度命令，以及通過引導(dǎo)農(nóng)用車輛進(jìn)行校準(zhǔn)操縱并在校準(zhǔn)操縱期間利用gnss和imu傳感器測量車輛響應(yīng)特性來執(zhí)行自動駕駛儀校準(zhǔn)。

概念2.根據(jù)概念1及3-12任意一項所述的農(nóng)用車輛自動駕駛儀，其中，所述微處理器和存儲器還被配置為：執(zhí)行自動駕駛儀設(shè)置的自動調(diào)整。

概念3.根據(jù)概念1及2及4-12任意一項所述的農(nóng)用車輛自動駕駛儀，其中，所述微處理器和存儲器還被配置為：在自動駕駛儀控制下執(zhí)行車輛性能的自動診斷。

概念4.根據(jù)概念1-3及5-12任意一項所述的農(nóng)用車輛自動駕駛儀，其中所述自動診斷包括計算性能等級以總結(jié)校準(zhǔn)和/或調(diào)整數(shù)據(jù)。

概念5.根據(jù)概念1-4及6-12任意一項所述的農(nóng)用車輛自動駕駛儀，其中所述自動診斷包括報告車輛部件異常。

概念6.根據(jù)概念1-5及7-12任意一項所述的農(nóng)用車輛自動駕駛儀，其中所述自動診斷基于包括隸屬度函數(shù)和模糊關(guān)聯(lián)存儲器規(guī)則的模糊邏輯推理器。

概念7.根據(jù)概念1-6及8-12任意一項所述的農(nóng)用車輛自動駕駛儀，其中所述自動診斷基于包括車輛特性數(shù)據(jù)的加權(quán)和的性能分級規(guī)則。

概念8.根據(jù)概念1-7及9-12任意一項所述的農(nóng)用車輛自動駕駛儀，還包括允許所述微處理器和存儲器與數(shù)據(jù)庫通信的i/o部件，并且其中所述微處理器和存儲器還被配置為：從所述數(shù)據(jù)庫獲得車輛特性并將車輛特性發(fā)送到所述數(shù)據(jù)庫。

概念9.根據(jù)概念1-8及10-12任意一項所述的農(nóng)用車輛自動駕駛儀，其中，所述車輛響應(yīng)特性包括轉(zhuǎn)向角速率：死區(qū)，線性區(qū)域或飽和區(qū)域。

概念10.根據(jù)概念1-9及11及12任意一項所述的農(nóng)用車輛自動駕駛儀，其中，所述車輛響應(yīng)特性包括轉(zhuǎn)向角：延遲時間，上升時間，穩(wěn)定時間，過沖或穩(wěn)態(tài)誤差。

概念11.根據(jù)概念1-10及12任意一項所述的農(nóng)用車輛自動駕駛儀，其中，所述微處理器和存儲器還被配置為：向車速致動器發(fā)送車速命令。

概念12.根據(jù)概念1-11任意一項所述的農(nóng)用車輛自動駕駛儀，其中，所述校準(zhǔn)操縱在預(yù)定義的地理區(qū)域內(nèi)完成。

概念13.一種用于農(nóng)用車輛自動駕駛儀校準(zhǔn)，調(diào)整和診斷的方法，所述方法包括：

農(nóng)用車輛自動駕駛儀中的微處理器和存儲器：

從轉(zhuǎn)向角傳感器接收轉(zhuǎn)向角數(shù)據(jù)；

向轉(zhuǎn)向角致動器發(fā)送轉(zhuǎn)向角命令；

在使用gnss和imu傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)操縱過程中，通過校準(zhǔn)操縱引導(dǎo)農(nóng)用車輛并測量車輛響應(yīng)特性；

根據(jù)調(diào)整算法調(diào)整自動駕駛儀設(shè)置；

計算性能等級，以總結(jié)校準(zhǔn)和調(diào)整數(shù)據(jù)；

報告車輛部件異常；以及，

發(fā)送車輛特性至數(shù)據(jù)庫，或從數(shù)據(jù)庫接收車輛特性。

概念14.根據(jù)概念13及15及16任意一項所述的方法，通過蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行發(fā)送或接收。

概念15.根據(jù)概念13及14及16任意一項所述的方法，還包括所述微處理器和存儲器向車速致動器發(fā)送車速命令。

概念16.根據(jù)概念13-15任意一項所述的方法，計算性能等級包括模糊邏輯運算。