Az önvezető traktorok – A Case IH megoldásai (2. rész)

A Case IH története 1842-ig nyúlik vissza. Ebben az évben indította el cséplőgépgyártó vállalatát Jerome Increase Case az amerikai Wisconsinban. A mai cég másik „ága” 1902-ben indult, amikoris Cyrus McCormick és több kisebb vállalat összeolvadásával megalakult az International Harvester Company (IHC). Ma már történelem, hogy az 1980-as évek közepén az IHC mezőgazdasági részlege pénzügyi nehézségekkel küzdött, ezért 1986-ban J.I. Case és az IHC agrárrészlege összeolvadt, létrehozva a Case IH márkát. Az első közös modell a 9100-as traktorsorozat volt. Az azóta eltelt időben a vállalat folyamatosan fejleszt és gyárt különböző funkciójú és teljesítményű mezőgazdasági gépeket. Mára a vállalat a mezőgazdasági gépek világpiacának meghatározó szereplője. (1. kép)

1. kép: A Case IH ismert logója

(Forrás: Case IH: „Automation”)

Az automatizálási törekvések és megoldások

A mezőgazdasági gépi technológiák automatizálásában a Case IH hosszabb idő óta kiemelkedő szerepet játszik. Ezt támasztja alá számos olyan innovatív megoldásuk, amelyek napjainkra a precíziós technológiák meghatározó elemeiként funkcionálnak. Tapasztalataik alapján úgy ítélik meg, hogy a jelenlegi és a jövőbeli technológiai igények az automatizálás 5 szintjén elégíthetők ki. Az egyes szintek/kategóriák lényegi jellemzői a következők:

Navigáció: ezen a szinten a gépkezelő üzemelteti az adott berendezést, munkáját azonban számos támogató megoldás segíti. Ilyenek például az automatikus navigációt biztosító AccuGuide™ és AccuTurn™ funkciók, amelyek segítenek fenntartani a pontos sorkövetést, csökkentve az átfedéseket, illetve a kihagyásokat. Ma már tapasztalatok is igazolják, hogy ezek a technológiák segítenek az üzemanyag-megtakarításban, a munkaerőköltségek csökkentésében, és javítják a gépkezelő komfortérzetét, miközben előnyösen befolyásolják a növénytermesztés hozamait.

Hirdetés

Koordináció és optimalizáció: a gépek működési jellemzőire és a környezetre vonatkozó adatokat együttesen használják fel egy olyan információs központ fejlesztéséhez, amely lehetővé teszi a valós idejű szántóföldi kommunikációt a gépkezelők által vezetett berendezések között. Jól példázzák ezt azok a Case IH berendezések, amelyek ISOBUS 3. osztályú funkcionalitással rendelkeznek. Ez a technológiai megoldás lehetővé teszi, hogy a kapcsolt munkagépek olyan traktorfunkciókat vezéreljenek, mint például a haladási sebesség és a hátsó TLT. Ez az önszabályozás lehetővé teszi a teljesítmény- és az áteresztőképesség optimalizálását. A koordinációs és optimalizálási technológiák segítenek az importált műholdképek, talajmintavételi térképek és szántóföldi útvonaltervek adatainak egyetlen programba rendezésében, amely bármely kompatibilis Case IH járműről elérhető.

A kezelő által támogatott autonómia: ez a technológiai magoldás lehetővé teszi a traktorosok számára, hogy a mögöttük lévő kapcsolt munkagépre koncentráljanak, miközben a traktor magától halad. Így lehetővé válik a vezető számára, hogy olyan egyéb tevékenységeket végezzen, mint például a magágy agronómiai potenciáljának felmérése a traktorfülkéből. A munkavégzés közben a vezető csupán „félszemmel” figyeli az automatizált funkciókat és csak szükség esetén avatkozik be, ha ezt valamilyen zavaró körülmény indokolttá teszi.

Felügyelt autonómia: A gyártók terepi felügyeletet biztosíthatnak, miközben a vezető nélküli járművek kijelölt feladatokat hajtanak végre. Ugyanakkor a leendő felhasználók felhatalmazást kapnak arra, hogy figyelemmel kísérjék berendezésük teljesítményét és a munkavégzés egyéb jellemzőit. Az ezzel az autonóm képességgel rendelkező berendezések GPS-pontossága akár 2 cm alatti is lehet. Közepes szintű érzékeléssel, valamint a környezeti akadályok elkerülésének képességével is rendelkeznek.

Teljes autonómia: A teljes autonómia lehetővé teszi, hogy a járműveket távoli felügyelettel – például a gazdaság irodájából – vagy mesterséges intelligencia segítségével működtessék. Ezenkívül a teljesen autonóm járművek képesek figyelembe venni egy sor környezeti tényezőt, például az időjárást, a talaj nedvességtartalmát és hasonlókat. Mindezek a tulajdonságok tovább növelik a berendezések univerzalitását és a mezőgazdasági munkavégzés termelékenységét és biztonságát.

Hirdetés

A felsoroltakból is kitűnik, hogy a Case IH a mezőgazdasági gépek automatizálásával kapcsolatban milyen sokrétű lehetőségeket kínál a potenciális felhasználók részére. A továbbiakban e kínálat két jó példáját mutatjuk be.

A jelenlegi és a jövőbeli technológiai igények az automatizálás 5 szintjén elégíthetők ki.

Case IH Magnum AVC

Az iowai (USA) Boone-ban, 2016-ban rendezett Farm Progress Show-n mutatták be először a Case IH Magnum AVC (Autonomous Vehicle Concept) elnevezésű vezető- és fülke nélküli „koncepciótraktor” -t. (2. kép)

2. kép: A Case IH önvezető koncepciótraktor egyik első példánya 
(Forrás: Yesmonds: „Case IH Magnum Autonomous Concept Tractor 1.0.0.0”)

A modell kifejlesztésében közreműködött az utahi (USA) székhelyű Automonous Solutions Incorporeted (ASI), amely mintegy két évtizedes automatizálási tapasztalat birtokában kapcsolódott a Case IH fejlesztési törekvéseihez. A kialakítás során a fejlesztők támaszkodtak a precíziós gazdálkodás, illetve gépautomatizálás már meglévő eredményeire, az automatikus kormányzásra és a telemetriai megoldásokra. A Case IH RTK+ GPS-szel ellátott AccuGuide automatikus kormányzást használó, ultrapontos navigációt biztosító autonóm traktorkoncepciót úgy tervezték, hogy lehetővé tegye a teljesen távoli megfigyelést és vezérlést, a terepi adatok azonnali rögzítésével és egyidejű továbbításával. A Magnum 370 CVT-t választották az ACV fejlesztésének alapjául, mivel annak 367 LE névleges teljesítménye és már eleve gazdag elektronikai csomagja miatt ideális „donor” volt. Így minimális gyári átalakításával viszonylag könnyen és gyorsan elindulhatott az AVC-projekt. (3. kép)

3. kép: Az önvezető traktor fejlesztésének alapjául szolgáló Case IH Magnum 370 CVT típusú traktor 
(Forrás: Ohio’s Country Journal online: „Case IH Magnum 370 CVT Tractor”)

A Case IH saját formatervező központja futurisztikus, letisztult megjelenést alkotott. A kabin hiánya miatt a gép alacsonyabb, aerodinamikusabb és teljesen új vizuális élményt nyújt. Ez nem csupán esztétikai kérdés – a kabin nélküli kialakítás csökkenti a súlyt és növeli az energiahatékonyságot. (4. és 5. kép)

4. kép: Jól érzékelhető a traktordesign futurisztikus jellege 
(Forrás: CNH Newsroom: „CNH Industrial brands reveal concept autonomous tractor development: driverless technology to boost precision and productivity”)



 

5. kép: A futurisztikus jelleg a traktor felülnézetén is szembetűnő 
(Forrás: Auto&Design Magazine/online: „Case IH autonomous concept, forward farming”)

A traktort az Egyesült Államokban egy 16 soros Case IH 2150 vetőgéppel/precíziós vetőgéppel mutatták be, amely folyékony műtrágya kijuttató rendszerrel és teljes precíziós vetési opciókkal volt felszerelve, beleértve a DeltaForce csoroszlyanyomás-szabályozást és az elektromos meghajtású V-set adagolókat, valamint a Clean Sweep sortisztítókat minden soros egység előtt. (6. kép)

6. kép: Az önvezető traktor tesztje a 16 soros Case IH 2150 precíziós vetőgéppel 
(Forrás: CNH Newsroom: „Autonomous tractor technology shows way forward for farming: enhancing efficiency and working conditions in agriculture”)

A Magnum ACV terepi próbái elsősorban a pontosság, megbízhatóság és üzemanyag-hatékonyság méréseire koncentráltak. A gyártó belső tesztjeinek összesítése alapján a következő eredmények születtek:

A Magnum 370 CVT-t választották az ACV fejlesztésének alapjául, mivel annak 367 LE névleges teljesítménye és már eleve gazdag elektronikai csomagja miatt ideális „donor” volt.
 

Műszaki jellemzők

Ahogy korábban jelezzük: az AVC koncepciótraktor a hagyományos Case IH Magnum 370 CVT-re épül. Ez azt jelenti, hogy számos műszaki jellemző teljesen vagy kis módosítással megegyezik az alaptípus jellemzőivel. Néhány példa:

• Hajtáslánc és mechanika érintetlen megtartása – Motor (8,7 l FPT Cursor 9) és CVT váltó (0,03-50 km/h) a gyári állapotban marad, biztosítva a megszokott teljesítményt és tartósságot. Az alváz és a hidraulika-kazetta bekapcsolása a vezérlőhálózatba, a munkahengerek csatlakozásaihoz való átvezetésekkel.
• Hidraulika- és elektromos rendszerek integrálása – A hidraulika- és villamosrendszert teljesen integrálták az autonóm vezérlőmodullal, amely a GPS-, LIDAR- és kamerajelzések alapján irányítja a járművet. Minden gyári hidraulika-kimenet (6 pár külső munkahenger-csatlakozó, TLT, első-hátsó függesztőszerkezet) vezérlése elektronikus szelepeken keresztül történik. A gyorsváltó és a differenciálzár vezérlője szintén az autonóm modullal összekötve, automatikus üzemmódváltással.
• Pozícionálás – RTK-GPS-rendszer integrálása – Centiméteres pontosságú GPS-antenna a tetőpontra szerelve, a földi állomással folyamatos korrekciós kapcsolatban. Geokerítés határainak definiálása, amelyek virtuálisan lehatárolják a traktor működési területét.

• LIDAR- és radarrendszer telepítése – Előre és lefelé tekintő LIDAR- (lézer alapú) egységek, amelyek terepváltozásokat észlelnek láthatatlan lézerrel, éjjel-nappali működésre optimalizálva. Rövid hatótávolságú radarok az akadályok villámgyors felismeréséhez és elkerüléséhez. Ha akadályt észlel, a rendszer automatikusan megáll, vészjelzést küld, majd a kezelő távoli engedélye után folytatja az útvonalat. (7. kép)

7. kép: A LiDAR érzékelők a traktor elején találhatók 
(Forrás: Yesmonds: „Case IH Magnum Autonomous Concept Tractor 1.0.0.0”)

• Biztonsági protokoll – Szenzorok a hajtáslánc, motorfordulat, kormányzás, hajtóanyag-szint, kerékcsúszás, függesztőmű állapotfelügyeletére. Szenzorok jelzik az eltérést a kijelölt útvonaltól, veszélyes kerékcsúszást vagy alacsony üzemanyagszintet, a traktor automatikusan megáll és vészhelyzeti üzenetet küld a kezelőnek, aki távolról utasítást adhat a továbblépésre vagy újraprogramozásra.
• Optikai érzékelők – RGB-kamerák – Legalább öt darab, nagyfelbontású IP-kamera elhelyezése a traktor elején, oldalain és hátulján. Kameraképek feldolgozása mélytanuló alapú objektumfelismerő algoritmusokkal. Valós idejű visszajelzés a kezelői felületre, amely PC-n vagy táblagépen jelenik meg.
• Autonóm vezérlőmodul beépítése – Külső PLC/ECU egység az Egységes CAN-buszra kötve, valós idejű adatfolyam-kezeléssel. EtherCAT-hálózat az érzékelők és a traktor alrendszerei közötti gyors, szinkronizált kommunikációért. Vészleállító relék és hard-stop körök a kategorizált biztonsági előírásoknak megfelelően.
• Telematikai csomag és távoli felügyelet – 4G/LTE modem a folyamatos adatküldéshez a felhőalapú szerverre. AFS Connect portálra kapcsolódás, ahol műszaki paraméterek, munkafolyamatok és szenzoradatok egyidejűleg elérhetők.
• Szoftver és kalibráció – Útvonaltervező és pályakövető szoftvermodulok telepítése, amelyek automatikus szegélyfordulókat, pontos sorhajtást és terepadaptációt biztosítanak. Szenzorok integritás-ellenőrzése, futómű-kalibráció és tereppróba több szakaszban: akadályfelismerés, vészleállás és újraindítás tesztelése.

A működés jellemzői

A traktor működtetése egy asztali számítógéppel, vagy laptoppal kezdődik, amelyen kijelölhetők az adott parcella leghatékonyabb megműveléséhez megfelelő nyomvonalak. Az önműködő technológia leginkább olyan feladatokra használható, amelyekben mindezekre lehetőség van, mint például a talajművelés, a vetés és a permetezés.

A gépkezelő ezután kiválaszthatja a kívánt feladatot egy előzetesen beprogramozott menüből, meghatározva a szántóföldet, majd beállítja a traktort a feladatra, ami együtt alig igényel 30 másodpercnél több időt. A gép funkcióit szenzorokon keresztül lehet működtetni, amelyek automatikusan vezérlik a motorindítást/leállítást, gyorsítást/lassítást, a motorfordulatszám szabályozását, a fordulásokat, a sebességváltót, a TLT-t, a függesztő szerkezetet és a hidraulikus funkciók működését, a differenciálzárakat és a kürtöt.

Ezután a gép munkája egy számítógépen/táblagépen figyelhető és kontrollálható, ahol egy teljesen interaktív kezelőfelület jelenik meg, ami lehetővé teszi a működtetést, a nyomon követést, az adatok és képek rögzítését. Teljesen interaktív felülettel rendelkezik, amely lehetővé teszi a kezelő számára, hogy távolról figyelje az előre beprogramozott műveleteket. A fedélzeti rendszer automatikusan figyelembe veszi a munkagépek szélességét, továbbá a terepviszonyok, az akadályok és az ugyanazon a területen használt más gépek alapján megtervezi a leghatékonyabb útvonalakat. A kezelő távolról felügyelheti és állíthatja be az útvonalakat asztali számítógép vagy hordozható táblagép felületén keresztül.  Egy nyomvonaltervező menüben látható a traktor haladása, egy másikban pedig a gép kamerájának képe, így a felhasználó ugyanazt látja, amit a traktor. Egy további menü pedig lehetővé teszi a traktor és a munkagép legfontosabb paramétereinek nyomon követését és szükség szerinti módosítását. Így nyomon követhető, illetve befolyásolható például a motorfordulatszám, az üzemanyagszint és a munkagép adatok (például a vetési tőszám és hasonlók).

A szántóföldre vezető útvonal is megtervezhető, amennyiben a traktor haladása az arra alkalmas magánutakon megvalósítható. (8. kép)

8. kép: Az útvonaltervezés akkor hasznos, ha a traktor mozgása magánutakon biztosítható 
(Forrás: CNH Newsroom: „CNH Industrial brands reveal concept autonomous tractor development: driverless technology to boost precision and productivity”)

Amennyiben a traktor akadályt érzékel az útjában, akkor megáll és figyelmeztetés jelenik meg a felügyelő számítógépén, felajánlva a választási lehetőségeket, hogy a traktor miként reagáljon – várjon emberi beavatkozásra, kerülje meg az akadályt, vagy amennyiben az akadály csak például egy szalmakupac, akkor haladjon át rajta. Amennyiben valami – például egy másik gép – keresztezi az útját és halad tovább, akkor a robottraktor megáll, majd az akadály távozását követően tovább halad. A jármű azonnal megáll, ha a GPS-jel vagy a pozícióadatok elvesznek, vagy ha megnyomják a manuális leállító gombot. A gépi feladatok valós időben is módosíthatók távoli interfész vagy automatikus időjárási figyelmeztetések segítségével.

Arra is lehetőség van, hogy a traktor „nagy adattömeget” (Big Data) kezeljen. Például az időjárási előrejelzéseket felhasználva maximálisan kihasználja az ideális körülményeket úgy, hogy a napszaktól függetlenül dolgozik. Automatikusan megáll, amikor egyértelművé válik, hogy az időjárás változása problémákat okozna, majd tovább folytatja a munkát, amikor a körülmények kellő mértékben megjavultak. Alternatívaként, ha az magánutakon megvalósítható, másik parcellára is átküldhető, ahol jobbak a feltételek – például lazább a talaj, vagy ott nem esett az eső.

Amennyiben a traktor akadályt érzékel az útjában, akkor megáll és figyelmeztetés jelenik meg a felügyelő számítógépén, felajánlva a választási lehetőségeket, hogy a traktor miként reagáljon.

Előnyök - kihívások

A fülke nélküli koncepciótraktor kísérleti jellegű. Célja, hogy demonstrálja az autonóm működésű mezőgazdasági gépek megvalósíthatóságát és alkalmazási lehetőségeit.

Potenciális előnyök:

• Teljesen automatizált munkavégzés: a közvetlen emberi beavatkozás minimálisra csökkenthető.
• Pontosság: tökéletesen egyenesen futó sorok, ismételhető manőverek.
• Hatékonyságnövelés: folyamatos üzem, pihenő nélküli éjszakai vagy rossz látási körülmények közötti munkavégzés.
• Költségcsökkentés: élőmunka megtakarítása, optimális üzemanyag-felhasználás.
• Adatgyűjtés: terepviszonyok, talajminták és a munkagép teljesítményének folyamatos monitorozása és a gyűjtött adatok valós idejű továbbítása. (9. kép)

9. kép: Az önvezető traktor éjszaka is működőképes 
(Forrás: Farming Simulator: „Case IH Autonomous”)

Kihívások és korlátok

• Jogi és szabályozási kérdések: autonóm mezőgazdasági gépek engedélyezésére még nincs kialakult jogi környezet.
• Infrastrukturális feltételek: végigvezetett távkommunikációs hálózat szükséges a folyamatos felügyelethez.
• Kezelői ismeretek: új programozási, szenzor- és telematikai tudás elsajátítására van szükség.
• Beruházási igény: magas kezdeti beruházási költség, amortizációs technikák és megtérülési kalkulációk bizonytalanságai.

A Case IH Magnum VCT-t több nemzetközi kiállításon (pl. SIMA, Agritechnica) láthatták az érdeklődők és általában pozitív minősítést, illetve elismerő díjat kapott. Információk szerint a berendezés sorozatgyártását egyelőre nem tervezik, annak ellenére, hogy ennek gyártóművi feltételei minden szempontból biztosítottak. Amennyiben a jogi szabályozás alakulása és a valós piaci igények jelentkezése lehetővé, illetve indokolttá teszi, vélhetően a sorozatgyártásra is sor kerül. Enne esedékességét illetően nem lehet jóslásokba bocsátkozni, csak azért sem, mert a nagyobb érdeklődésre számító önvezető személygépkocsik esetén sem látjuk még a szélesebb körű elterjedés biztonsági garanciáit. Ugyanakkor a fejlesztés ezeken a területeken sem áll meg. Jól példázza ezt az a közelmúltban napvilágot látott hír, hogy Münchenben önvezető autóbuszokat tesztelnek valós körülmények között. Erre leginkább az a kényszerítő körülmény a magyarázat, hogy egyre nehezebb buszsofőröket találni.

A fülke nélküli koncepciótraktor kísérleti jellegű. Célja, hogy demonstrálja az autonóm működésű mezőgazdasági gépek megvalósíthatóságát és alkalmazási lehetőségeit.

MAGNUM AFS Connect™ 

Az autonóm Case IH Magnum ACV koncepciótraktor megszületése, majd tesztelése a fejlesztők számára tanulási folyamatként is felfogható. Az ennek során szerzett tapasztalatok is hozzájárultak ahhoz, hogy a Case IH jelenleg több önvezető technológiával felszerelt fülkés traktortípust kínál, amelyek részleges vagy teljes autonómiára képesek.

Az önvezető traktor fejlesztésének tanulságai és technológiai megoldásai jól hasznosultak a MAGNUM AFS Connect™ traktorszéria fejlesztése során. (AFS: Advanced Farming System) (10. kép)

10. kép: A Magnum AFS Connect 380-as típus munka közben 
(CNH Newsroom: „Precision technology and autonomy advancements headline Case IH innovations at Agritechnica 2023”)

A szériában gyártott traktorok 280 és 435 LE közötti teljesítményűek. A fülke „luxus” kivitelű: AFS Pro 1200 kijelzővel. (11. kép)

11. kép: Kilátás a Magnum AFS Connect szériatraktorok vezetőfülkéjéből 
(Forrás: CNH Newsroom: „Magnum AFS Connect: the next level in data monitoring and management – and new cab comfort standards”)

A Case IH Magnum™ traktor Raven Autonomy™ rendszerrel, a mezőgazdaság következő jelentős autonóm fejlesztésével mutatkozott be a 2022-es párizsi SIMA kiállításon. A fejlesztők szerint ez mérföldkő a betakarítási megoldásokban, amely egy autonóm traktort és egy gabonaszállító pótkocsit tartalmaz, és új termelékenységi szinteket biztosít a gazdálkodóknak.

A Raven Autonomy rendszerrel ellátott Case IH Magnum traktor lehetővé teszi a kombájnvezető számára, hogy teljes mértékben szabályozza a jármű sebességét, a kombájn-traktor szinkronizálást és a termény kirakodását a gabonaszállító pótkocsiba. A kezdéshez a kombájnvezetőnek be kell állítania a táblahatárokat és a megállás helyét. Parancsadáskor a traktor GPS- és egy érzékelő rendszer segítségével automatikusan manőverez az akadályok, például kerítések és betakarítatlan termény körül. A traktor visszatér egy előre meghatározott kirakodási területre, amikor a kívánt feladat befejeződött. A teljes műveletet egyetlen kezelő végzi a kombájnban.

Az autonóm Case IH Magnum ACV koncepciótraktor megszületése, majd tesztelése a fejlesztők számára tanulási folyamatként is felfogható.

Az egyes típusok autonóm funkciói a következők:

• AccuGuide automata kormányzás,
• AFS Connect telematikai rendszer,
• Raven Autonomy integráció.

Ez utóbbi funkció teszi lehetővé, hogy a traktort a kombájn vezetője vezérelje. Ezzel biztosítható, hogy a kombájn és a magszállító traktor működése összehangolt legyen és közben egy traktorvezető is „megspórolható”. (12. kép)

12. kép: A vezető nélküli traktor szinkronban halad a munkavégző kombájnnal 
(Forrás: CNH Newsroom: „Case IH Magnum™ TRACTOR WITH Raven Autonomy presented at SIMA”)

Az ilyen funkciókkal rendelkező univerzális traktorokat a betakarítás mellett talajművelési, műtrágyázási és vetési munkák során is eredményesen alkalmazhatják.

A bemutatott két példa jól szemlélteti azokat az kutatási, fejlesztési és megvalósítási eredményeket, amelyeket a Case IH ért el a mezőgazdasági gépek automatizálása terén. 

Szerző: AgrárUnió