DE69629200T2 - Fahrzeug mit Ladungsmessung für den Ernteertrag - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft die Erfassung des Ernteertrags, insbesondere in Verbindung mit einer "Ertragsaufzeichnung", d. h. die Erfassung des Ernteertrags, wie dieser sich über das Feld verändert und die Erzeugung einer entsprechenden Karte, die die Änderung wiedergibt. Die Erfindung kann auch in anderen Anwendungen auf dem technologischen Gebiet der "präzisen Landwirtschaft" eingesetzt werden, d. h. zum Erfassen und Benutzen der Ernte oder anderer Daten, wie sie über einer Feldfläche verteilt entstehen. Die Daten können auch dazu eingesetzt werden, die Behandlung eines Bodens oder einer Ernte über eine gegebene Landfläche zu variieren.
- Es ist bekannt, eine "Karte des Ertrags" zu erstellen, indem ein Mähdreschereingesetzt wird, der mit einer Einrichtung zum Messen des Kornertrags zusammen mit einem Orientierungssystem eingesetzt wird. Viele Typen des "Ertragsmessers" existieren, von denen die meisten das Körnerflussvolumen erfassen, welches durch einen Mähdrescher fließt. Ein oder zwei Systeme erfassen die Menge des Flusses an Körnern, beispielsweise mit einem Absorptionsverfahren einer Gammastrahlung oder bei einem vorgeschlagenen System durch das Erfassen des Gewichts des aufgehängten Endes einer Förderschnecke, durch die die geernteten Körner sich in einem Mähdrescher bewegen. Das Gewicht des aufgehängten Endes der Förderschnecke ist zu jeder Zeit direkt proportional zu dem Mengenfluss der Körner, die mit der Förderschnecke bewegt werden. Alle diese Systeme sind irgendwie komplex und auch speziell für die Benutzung an Mähdreschern ausgebildet. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Erfassen des Ernteertrags bereitzustellen und dann eine Ertragskarte anzufertigen, welches relativ einfach und auch für eine große Vielzahl von Ernteanwendungen einsetzbar ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Erzeugen einer Ertragskarte beim Ernten eines Feldes mit Wurzelfrüchten aufzuzeigen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen landwirtschaftlichen Anhänger aufzuzeigen, der über Mittel zum kontinuierlichen Erfassen des Gewichts einer Nutzlast während der Fahrt ausgebildet ist.
- Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug mit einer Aufnahme für Nutzlast vorgeschlagen, und
- (a) Sensoren zum kontinuierlichen Erfassen eines zunehmenden Nutzlastgewichts während der Fahrt des Fahrzeugs;
- (b) einer Ortungseinrichtung (
18 ) zum Feststellen der Position des Fahrzeugs; - (c) einer Bestimmungseinrichtung (
8 ) zum automatischen Zuordnen des ermittelten Gewichts zu der festgestellten Position zur Erstellung einer das ermittelte Gewicht oder einen davon abgeleiteten Parameter aufweisenden Karte mit Verteilung über eine Fläche, über die sich das Fahrzeug bewegt hat. - Der Begriff "Karte", wie er hier benutzt wird, umfasst nicht nur eine bildliche Wiedergabe eines Parameters, wie er sich über eine Fläche verteilt ergibt, sondern auch eine äquivalente Information in elektronischer Form, beispielsweise eine Diskette für einen Computer.
- Es versteht sich, dass eine Karte, die das Gewicht kumulativ erfasst, nur bedingt nützlich ist. Jedoch kann eine solche Information in der Weise aufgearbeitet werden, dass eine Karte erstellt wird, die die Änderung des erfassten Gewichts über einer Flächeneinheit wiedergibt. Wenn Wurzelfrüchte geerntet werden, werden diese gewöhnlich direkt in einem Anhänger aufgenommen, der von einem Zugfahrzeug gezogen wird, wenn sich diese Erntemaschine über das Feld bewegt. Somit ist die Änderung des Gewichts pro Flächeneinheit eine direkte Anzeige für den Ernteertrag. Die einzigen "Rohdaten", die während der Fahrt über das Feld erfasst werden müssen, sind die Gewichtsangaben und die Positionsangaben. Diese Informationen können nach Bedarf verarbeitet werden, beispielsweise unter Verwendung eines gewöhnlichen Computers.
- Es wird jedoch vorgezogen, wenn die Daten "während des Betriebes" einer entsprechenden Bearbeitung unterzogen werden. So wird vorzugsweise der abgeleitete Parameter in der Änderungsrate der zunehmenden Nutzlast entweder über der Zeit oder der Entfernung gesehen oder es handelt sich alternativ um einen weiteren davon abgeleiteten Parameter.
- Es ist erkennbar, dass die Änderungsrate der Nutzlast über die Entfernung direkt proportional zum Ertrag (z. B. Gewicht pro Hektar) ist. Die Änderungsrate der Nutzlast über der Zeit kann einer Information über die Position oder Geschwindigkeit zugeordnet werden, um das Gewicht pro Hektar abzuleiten. Ein weiteres bevorzugtes Merkmal ist deshalb ein Sensor, während die Geschwindigkeit dazu benutzt wird, einen abgeleiteten Parameter zu bilden.
- Vorzugsweise wird der abgeleitete Parameter unter Verwendung eines Mittelwertes des erfassten Gewichts über eine vorgegebene Zeitdauer erzeugt. Die Zeitdauer kann 1–100 Sekunden, insbesondere 5–60 Sekunden, vorzugsweise 10–40 Sekunden und höchst vorzugsweise 20–30 Sekunden betragen.
- Es ist ein landwirtschaftlicher Anhänger zum Transportieren einer Nutzlast vorgesehen, der ein Erfassungssystem für eine Nutzlast aufweist und kontinuierlich das zunehmende Nutzlastgewicht erfasst, wenn sich der Anhänger über das Feld bewegt und eine elektronische Anzeige bereitstellt.
- Ein solcher Anhänger kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere im Zusammenhang mit einem ersten Aspekt der oben erwähnten Erfindung.
- Der Anhänger kann ein Tiefpassfilter aufweisen, welches zum Ausfiltern von Signalen oberhalb einer gegebenen Frequenz für das System zum Erfassen des Nutzlastgewichts dient. Diese gegebene Frequenz kann 5 Hz oder höher, 10 Hz oder höher oder alternativ 15 Hz oder höher betragen.
- Die Wirkung des Tiefpassfilters besteht darin, unechte hohe Frequenzsignale des Systems zum Erfassen des Gewichts auszufiltern, beispielsweise Signale, die von der Vibration des Antriebsmotors eines Zugfahrzeugs herrühren, welches den Anhänger zieht.
- Ein weiteres Problem, welches mit dem Erfassen des Nutzlastgewichts während der Fahrt verbunden ist, ist die Erzeugung unechter Gewichtsablesungen, wenn der Anhänger über unebenen Boden bewegt wird.
- Diesem Problem kann durch eine Mittelwertbildung des erfassten Gewichts über eine gegebene Zeitdauer hinreichend gut begegnet werden. Deshalb können vorzugsweise solche Mittelwert bildenden Einrichtungen auf dem Anhänger vorgesehen sein, und zwar nach einem zweiten Aspekt der Erfindung.
- Ein weiteres Problem ist der Ausgang des Systems zur Gewichtsertassung, wenn sich der Anhänger auf geneigtem Gelände bewegt. Diesem Problem kann man dadurch begegnen, indem Mittel zum Erfassen der Bodenneigung vorgesehen sind, die dazu dienen, das Signal von den Sensoren zum Erfassen des Gewichts entsprechend anzupassen. Beispielsweise kann ein elektronischer Neigungsmesser auf dem Anhänger vorgesehen sein, dessen Signal einem Prozessor zugeführt wird, um ein angepasstes erfasstes Gewichtssignal zu erzeugen.
- Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels hervor, welches unter Hinweis auf die nachfolgenden Zeichnungen erläutert wird. Es zeigen:
-
1 eine Seitenansicht eines Anhängers in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, und -
2 eine schematische Darstellung eines Systems zum Erfassen eines Nutzlastgewichts und zur Erzeugung einer Karte. - In
1 ist ein landwirtschaftlicher Anhänger erkennbar, der von einem Zugfahrzeug gezogen werden kann. Der Anhänger weist einen Hauptrahmen1 , Räder2 und einen Hilfsrahmen3 auf. Der Hilfsrahmen ist an dem Hauptrahmen über Gelenke4 aufgehängt. Auf dem Hilfsrahmen ist der Laderaum6 vorgesehen, der von Lastzellen7 getragen wird. Der Laderaum6 besteht im Wesentlichen aus einem oben offenen Kasten, wie bei jedem bekannten landwirtschaftlichen. Anhänger. Zwischen dem Hauptrahmen1 und dem Hilfsrahmen3 ist ein Hydraulikzylinder7 vorgesehen, mit dem der Hilfsrahmen relativ zum Hauptrahmen verschwenkt werden kann. Eine elektronische Einheit8 befindet sich im vorderen Bereich des Anhängers. Deren Funktion wird nachfolgend erläutert. Auf der Seite des Hauptrahmens1 ist ein Neigungsmesser12 vorgesehen, während ein Sensor13 zum Erfassen der Geschwindigkeit im Bereich der Hinterachse des Anhängers angeordnet ist. Eine zusätzliche Lastzelle (nicht dargestellt) kann optional auf dem Anhänger vorgesehen sein, wobei ein frei aufgehängtes Gewicht von ihr getragen wird. Der Zweck und die Funktion einer solchen Lastzelle wird weiter unten beschrieben. - Der Anhänger unterscheidet sich von einem üblichen Anhänger dadurch, dass Lastzellen
5 und auch der Hilfsrahmen3 vorgesehen sind, die normalerweise nicht benötigt werden, hier jedoch zur Schaffung eines Befestigungspunktes für die Lastzellen5 dienen, so dass diese Zellen das gesamte Gewicht des Laderaums6 aufnehmen. Es versteht sich, dass die Zellen, falls sie zwischen den Hauptrahmen1 und den Laderaum6 eingeschaltet wären, nur einen Teil des Gewichts des Laderaums aufnehmen würden, während ein anderer Teil über die Gelenke4 und den Hydraulikzylinder7 abgeleitet würde. Der Anhänger unterscheidet sich auch von einem üblichen Anhänger insofern, als er einen Neigungsmesser12 und einen Sensor13 zum Erfassen der Geschwindigkeit aufweist. - Es gibt vier Lastzellen, die in einer Entfernung von etwa 0,21 der Länge des Laderaums von jedem Ende entfernt angeordnet sind, und zwar auf jeder Seite des Laderaums. Diese verteilte Anordnung der Lastzellen hat sich insofern als vorteilhaft erwiesen, als dadurch Biegeeffekte auf die Zellen minimiert werden. Diese Verteilung der Lastzellen ist auch insofern günstig, als sich eine ungleichmäßige Beladung des Anhängers vergleichsweise wenig negativ auswirkt.
- In
2 sind die Ausgänge der Lastzellen5 dargestellt, wobei es sich um analoge elektronische Ausgänge handelt, die parallel zueinander (für den Fall der Erfassung des Gesamtgewichts) an einen elektronischen Kreis8 , der einen Mikroprozessor aufweist, angeschlossen sind. Der elektronische Kreis8 dient dazu, das Signal zu den Lastzellen bei 20 Hz aufzusammeln. - Diese Frequenz wurde gewählt, um Treppeneffekte zu vermeiden, die entstehen, wenn der Anhänger über Bodenwellen gezogen wird. Vorkommende Bodenwellen mit einem Maximum von 3 Hz bilden eine Sammelrate oberhalb eines akzeptierten Minimums mit einem Faktor von
6 bezüglich der Signalfrequenz. - Der Kreis
8 weist auch einen Tiefpassfilter auf, der sich direkt auf das Signal der Lastzellen5 auswirkt, bevor die Aufsammlung der Signale erfolgt. Dies wirkt sich so aus, dass höherfrequente Schwankungen, wie sie beispielsweise von der Antriebsmaschine des Zugfahrzeugs, mit dem der Anhänger verbunden ist, produziert werden, sich nicht negativ auswirken. In diesem Ausführungsbeispiel traten solche Schwankungen bei einem Zugfahrzeug mit einem Antriebsmotor bei 900 Umdrehungen oder 15 Hz auf, was sich jedoch entsprechend den verschiedenen Typen von Zugfahrzeugen ändert. - Der elektronische Kreis
8 weist Mittel zum Umwandeln analoger Signale der Lastzellen in ein einziges digitales Ausgangssignal auf, entweder in Parallelschaltung oder seriell an einem Ausgang9 . Dieser Ausgang9 stellt eine Verbindung zu einem Zugfahrzeug mit einem Analysier/Anzeige-System14 in der Fahrerkabine des Zugfahrzeugs, welches den Anhänger zieht, her. Das System14 besitzt einen Bildschirm16 und weist Mittel zum Übermitteln von Daten zu und von einem üblichen Datenträger, beispielsweise einer Diskette auf, die in einen Schlitz17 eingeschoben wird. Das System14 ist mit einem GPS-Satellitennavigationssystem18 verbunden und weist einen Mikroprozessor auf, der die notwendige Software besitzt, um Informationen von dem Ausgang des Anhängers18 mit Positionsinformationen des GPS-Systems18 zu kombinieren und auf diese Weise Gewichtsdaten für eine Karte zu erzeugen. Dies kann auf dem Bildschirm angezeigt oder auf einem Datenträger ausgegeben werden. - Der elektronische Kreis
8 ist so ausgebildet, dass er eine Mittelwertbildung von 500 Ablesungen (z. B. bei einer Zeitdauer von 25 Sekunden) durchführen kann. Dies führt dazu, dass die meisten Schwankungen der Lastzellen, die aufgrund von Bodenwellen entstehen, unberücksichtigt bleiben. - Der Kreis
8 weist auch einen Zeitgeber auf und generiert Werte für eine Rate der Gewichtsänderung über der Zeit mit Intervallen von 1 Sekunde Dauer, indem der Gewichtswert über die vorher erwähnten 25 Sekunden Bemittelt wird. Auf diese Weise entstehen diskrete Signale, die die durchschnittliche Änderungsrate des Gewichts über eine Zeitdauer von 25 Sekunden mit einer Rate von 1 Hz des Systems14 erzeugen. Es hat sich gezeigt, dass diese Auflösung für die Zwecke der Erzeugung einer Erntekarte hinreichend ist. Alternativ können jedoch auch Signale mit größerer Häufigkeit, z. B. mit 10, 20 oder 50 Hz am Ausgang9 ausgegeben werden. - Es ist vorstellbar, dass das Ausgangssignal am Ausgang
9 alternativ auch einfach in einem kontinuierlichen Auslesen des zunehmenden Gewichts (vorzugsweise eines laufenden Mittelwertes über wenige Sekunden, beispielsweise 25 Sekunden) sein kann. In dem System14 können die Signale auch so verarbeitet werden, dass diese Information direkt repräsentativ für den Ernteertrag ist. Die Mittelwertbildung kann auch auf dem Zugfahrzeug vorgenommen werden. In der Tat sind es nur die Lastzellen5 , die als elektronische Komponenten des Systems auf dem Anhänger platziert werden müssen. Alles andere kann auf elektronischem Wege auf dem Nutzfahrzeug erledigt werden. Alternativ kann natürlich auch alles auf dem Anhänger angeordnet sein: die Bildung einer Karte kann durch Aktivierung einer Steuereinheit auf dem Anhänger bei Beginn der Ernte initiiert werden, wobei dann zuletzt eine Datendiskette von der Einheit auf dem Anhänger abgenommen wird. - Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht das Ausgangssignal am Ausgang
9 aus diskreten Signalen mit 1 Hz, wobei jedes Signal die durchschnittliche Änderungsrate des Gewichts über einen Zeitraum von 25 Sekunden wiedergibt und mit der Analysier/Anzeige-Einheit14 auf dem Zugfahrzeug, welches den Anhänger zieht, verbunden ist. Diese Einheit ordnet jeder diskreten Gewichtsänderungsrate eine Ortsposition über das GPS-System18 zu. Diese Information ist hinreichend, um eine Ertragskarte zu erzeugen, weil die zurückgelegte Entfernung zwischen aufeinanderfolgenden Signalen der Änderungsrate des Gewichts von Daten des GPS-Systems18 abgeleitet werden können. Die Bewegungsrate des Zugfahrzeugs/Anhängers wird dann in eine Änderungsrate des Gewichts umgeformt, um so einen Wert der Gewichtsänderung über die Entfernung zu erhalten. Dieser Wert ist natürlich direkt proportional der Gewichtsänderung pro Hektar oder Ertrag. - Es kann ein konstanter Wert für die Breite eines abzuerntenden Feldstreifens in die Analysier/Anzeige-Einheit
14 manuell eingegeben werden. Diese Information wird dann der Änderungsrate des Gewichts und den Geschwindigkeitsdaten, wie oben beschrieben, zugeführt, um repräsentative Werte der Gewichtsänderung über die Flächeneinheit zu bilden, jeweils in Zuordnung zu einer gegebenen Position. Das Ergebnis ist eine Karte des Ertrags. - Es hat sich herausgestellt, dass bei dem obigen System die Auflösung laufender GPS-Systeme nicht hinreichend ist, um die Geschwindigkeit zu berechnen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde dem dadurch begegnet, dass die vorangehenden und nachfolgenden vier Werte für die zurückgelegte Entfernung, beispielsweise in Mittelwertbildung über insgesamt 8 Sekunden, gemittelt wurden. Dabei hat sich herausgestellt, dass durch dieses Verfahren eine Ertragskarte mit akzeptabler Genauigkeit erzeugt werden kann.
- Bei einer weiteren Ausführungsform wurde die Information des GPS-Systems nur dazu benutzt, um eine Ortung für einen gegebenen Wert des Ertrags zu fixieren, während Geschwindigkeitsdaten von einem Geschwindigkeitssensor
15 (siehe2 ) am Zugfahrzeug bereitgestellt wurden. Alternativ kann auch der Geschwindigkeitssensor13 auf dem Anhänger (1 ) hierzu benutzt werden. Wenn der Geschwindigkeitssensor auf dem Anhänger angeordnet ist, kann die elektronische Einrichtung8 auf dem Anhänger natürlich auch die Geschwindigkeit berücksichtigen, wenn das Signal am Ausgang9 erzeugt wird. - In der Praxis werden die Ausgangssignale der Lastzellen
5 auch von dem Winkel des Anhängers relativ zum Boden beeinflusst. Der Anhänger weist einen elektronischen Neigungsmesser12 auf dem Hauptrahmen1 auf, der mit dem Kreis8 verbunden ist, um die Ausgangssignale am Ausgang8 anzupassen und den Einfluss des Winkels des Anhängers auf das Signal der Lastzellen zu kompensieren. Das über die Lastzellen gemessene Gewicht entspricht der jeweiligen Kraft, multipliziert mit dem Kosinus des Winkels zwischen der Messachse der Lastzellen und der Vertikalen. - In einer weiteren Ausführungsform ist ein Gewicht auf dem Anhänger vorgesehen, und zwar in Verbindung mit einer fünften Lastzelle, wie sie bei
11 in2 , nicht jedoch in1 , dargestellt ist. Weil die von dieser Zelle über Grund aufgenommenen Signale bekannt sind und der Einfluss der Neigung des Anhängers auf die Signale von dieser Zelle auch feststeht, kann das Signal dieser Zelle eingesetzt werden, um das Ausgangssignal am Ausgang9 entsprechend anzupassen. Dies geschieht durch elektronische Mittel in dem Kreis8 . - Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Einfluss des Winkels auf den Anhänger mit Hilfe des Systems
14 kompensiert werden, indem eine dreidimensionale Information des GPS-Systems18 Anwendung findet. Dies bedeutet, dass GPS-Systeme verfügbar sind, die die Topografie des Bodens anzeigen und das System14 diese Information so verarbeiten kann, dass die Erfassung des Gewichts durch das System des Anhängers angepasst werden kann.
Claims (12)
- Fahrzeug mit einer Aufnahme (
6 ) für Nutzlast, und (a) Sensoren (5 ) zum kontinuierlichen Erfassen eines zunehmenden Nutzlastgewichts während der Fahrt des Fahrzeugs; (b) einer Otungseinrichtung (18 ) zum Feststellen der Position des Fahrzeugs; (c) einer Bestimmungseinrichtung (8 ) zum automatischen Zuordnen des ermittelten Gewichts zu der festgestellten Position zur Erstellung einer das ermittelte Gewicht oder einen davon abgeleiteten Parameter aufweisenden Karte mit Verteilung über eine Fläche, über die sich das Fahrzeug bewegt hat. - Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeleitete Parameter die Änderungsrate des zunehmenden Gewichts über der Zeit oder der Entfernung ist oder von dieser Änderungsrate des Nutzlastparameters abgeleitet ist.
- Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einem Sensor (
13 ) zum Erfassen der Vorwärtsgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs zum Erzeugen des abgeleiteten Parameters benutzt wird. - Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet, durch einen Anhänger und eine Einrichtung zum Mitteln des Signals der das Gewicht erfassenden Sensoren über vorher festgelegte Zeiträume.
- Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorher festgelegten Zeiträume zwischen 1 und 100 Sekunden, vorzugsweise zwischen 5 und 60 Sekunden, insbesondere zwischen 10 und 40 Sekunden, höchst insbesondere zwischen 20 und 30 Sekunden, dauern.
- Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeleitete Parameter unter Verwendung eines Mittelwertes des erfassten Gewichts über eine gegebene Zeitdauer erzeugt wird.
- Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Sensoren zum Erfassen des Gewichts und der Bestimmungseinrichtung ein Tiefpassfilter vorgesehen ist.
- Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefpassfilter Signalfrequenzen der Sensoren zum Erfassen des Gewichts oberhalb einer festgelegten Frequenz ausfiltert.
- Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Sensoren zum Erfassen des Gewichts und der Bestimmungseinrichtung eine Einrichtung zum Aufsammeln vorgesehen ist.
- Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kompensationsmittel zum Anpassen des Ausgangs der Sensoren zum Erfassen des Gewichts vorgesehen sind, um Effekte aus der Bewegung des Fahrzeugs auf geneigter Bahn zu kompensieren.
- Fahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, durch ein Zugfahrzeug mit landwirtschaftlichem Gerät zur Aufnahme einer Nutzlast, wobei das Gerät an dem Zugfahrzeug vorgesehen oder montiert ist und die Sensoren (
5 ) zum Erfassen des Gewichts an dem Gerät untergebracht sind. - Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ein Zugfahrzeug mit einem System zum Erfassen der Nutzlast ist und zur kontinuierlichen Erfassung eines zunehmenden Nutzlastgewichts des Zugfahrzeugs während der Fahrt und zum Bereitstellen einer entsprechenden elektronischen Anzeige dient.
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