拖拉机自动转向控制系统的一种改造方案.pdf

第３４卷第４期武２０１５年１２月汉轻工大学学报ＪｏｕｍａｌｏｆＷｕｈａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏ１．３４Ｎｏ．４ＤｅＣ．２０１５文章编号：２Ｏ９５－７３８６（２Ｏｌ５）０４－００３１－０４ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－７３８６．２０１５．４．０００９拖拉机自动转向控制系统的一种改造方案张嫒媛，张双狮，张家凡（武汉轻工大学机械工程学院，湖北武汉４３００２３）摘要：拖拉机自动转向控制系统可实现拖拉机按规划路径行驶，是自动驾驶转向控制的基础。基于拖拉机现有液压系统，给出一种液压油路改造方案，论述在该方案基础上的自动转向控制系统基本构成和工作原理，并对该方案的发展与完善提出建议。关键词：拖拉机；自动驾驶；液压系统；转向控制中图分类号：ＴＰ２７３．５文献标识码：ＡＡｒｅｆＯｒｍｓｃｈｅｍｅｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇｃｏｎｔｒｏＩｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｒａｃｔｏｒＺＨＡＮＧＹｕａｎ－ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧＳｈｕａｎｇ— ｓｈｉ，ＺＨＡＮＧＪｉａ－ｆａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｎｇ，ｒＷｕｈａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００２３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｔｒａｃｔｏｒｉｓａｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｉｔｓａｕｔｏｐｉｌｏｔ，ｗｈｉｃｈｏｐｅｒａｔｅｓｔｈｅｔｒａｃｔｏｒａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｌａｎｎｅｄｐａｔｈ．Ａｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｃｈｅｍｅｆｏｒｔｈｅｏｉｌｗａｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘ— ｉｓｔｉｎｇｔｒａｃｔｏｒｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅｂａｓｉｃｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｔｈｉｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｄｅｔａｉｌｅｄｌｙａｓｆａｒａｓｔｈｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｃｈｅｍｅｉｓｃｏｎｃｅｒｎｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｏｍｅｐｒｏｓｐｅｃｔａｎｄｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｏｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｃｔｏｒ；ａｕｔｏｐｉｌｏｔ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ；ｓｔｅｅｒｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ１引言中国作为农业大国，农业在国民经济中占有很统、地理信息系统、机电液控制技术、变量处理设备系统等技术，自动转向控制系统是实现其自动驾驶的关键技术之一。重要的地位。随着农业现代化进程的不断深入和农国内外的有关学者对自动转向技术进行了大量村经济的不断发展，农业生产经营模式也不断进步，的研究。在国外，自动转向技术研究比较成熟，如农业机械向着大功率、智能化、高效率、多功能、高安ＱｉｕＨ与ＺｈａｎｇＱ设计了由液压阀、比例换向阀和全和易操作等方向发展。拖拉机是农业生产中的主转向控制器（ＥＣＵ）等组成的拖拉机电液操控系要动力机械，实现其自动驾驶作业，不仅可以提高农机作业的精准度，减少作业误差，并且提高农业生产统 … 。伊利诺伊大学香槟分校农业工程系张勤和的标准化程度，促进土地的高效利用，提高农业生产的多传感器信息融合的组合系统包括机器视觉传感器、ＧＰＳ和车轮转角传感器等，采用ＦＰＩＤ控制算法效率，降低成本，减轻驾驶人员的工作负荷，节约劳动力。拖拉机的自动导航驾驶综合了全球定位系ＪｏｈｎＦ．Ｒｅｉｄ与北海道大学的ＮｏｂｏｒｕＮｏｇｕｃｈｉ开发实现了对前轮的自动转向控制。丹麦兽医和农业学收稿１３期：２０１５－０６— １８．修回１３期：２０１５－０９－２２．作者简介：张嫒嫒（１９９０一），女，硕士研究生，Ｅ— ｍａｉ１：４１３８２９１０２＠ｑｑ．ｃｏｌｌ１．通信作者：张家凡（１９６３·），男，教授，Ｅ— ｍａｉｌ：ｊｆｚ＠ｗｈｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．３４武汉轻工Ｍ３００ＧＮＳＳ接收机采用ＢＤＳ＋ＧＰＳ双星五频大学学报２０１５庄统，从而实现智能导航和自动驾驶的目的。ＧＮＳＳ模块，增加跟踪卫星数量，增强ＧＮＳＳ的可用参考文献：性及可靠性，提高在高遮挡地区的位置定位精度。［１］ＱｉｕＨ，ＺｈａｎｇＱ．Ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ－ｐｌｕｓ— ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ — ＡＴ３００系列测量型天线涵盖双星单频、三星单ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒａｎｏｆ－ｒｏａｄｖｅｈｉｃｌｅｅｌｅｃ。频、双星四频、双星五频、全频等多种型号，具有信号ｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｕ— 稳定、体积小、重量轻、防水防尘、抗震等优越性能，ｔｏｍｏｂｉｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００３，２１７（５）：３７５— ３８２．可配合Ｍ３００接收机实现精准定位。４拖拉机自动转向控制系统的展望［２］李军．拖拉机播种作业机组自动驾驶转向控制系统设计与研究［Ｄ］．新疆：石河子大学机械电气工程学院，２０１２：２— ３．本方案所提出的自动转向控制能够实现农业机［３］张智刚，罗锡文，李俊岭．轮式农业机械自动械的辅助作业，有效提高农业生产的质量和效益，降转向控制系统研究［Ｊ］．农业工程学报，２００５，低驾驶员长期作业疲劳度，提升农机作业的技术水２１（１１）：７７· ８０．平。今后进一步发展就是拖拉自动驾驶控制系统。［４］胡烁，罗锡文，赵祚喜，等．插秧机电控操作机本文所论述的基于液压改造方案的方向控制系统已构和控制算法设计［Ｊ］．农业工程学报，２００９，在现有拖拉机上实现自动转向控制，在此基础上，结２５（４）：１１８— １２２．合车辆变速控制及自动倒车控制即可实现拖拉机的［５］陈文良，宋正河，毛恩荣．拖拉机自动驾驶转自动驾驶。车辆变速控制及倒车控制可通过外部加向控制系统的设计［Ｊ］．华中农业大学学报，装机械机构实现。例如，外部添加固定机架、ｘ和Ｙ２００５（１０）：５７－６２．导轨、变速杆的抱紧与机械手的联接装置及控制系［６］吴晓鹏，赵祚喜，张智刚，等．东方红拖拉机自统等，通过测试原车变速杆的工作范围，设置外加装动转向控制系统设计［Ｊ］．农业机械学报，置参数，根据控制器指令实现车辆变速杆的自动控２００９，４０（１）：１－５．制，从而达到自动变速及自动倒车的目的。车辆自动驾驶的实现还需要外部加装传感器，避免碰撞等，保证车辆工作的安全度。［７］方恩民，孔庆龙．ＧＰＳ自动驾驶技术在现代农业机械上的应用［Ｊ］．现代化农业，２０１２（７）：６３．总之，通过高精确度差分ＧＰＳ、机械操作控制［８］武汉纵横天地空间信息技术有限公司．自动器、传感器和液压阀等部分的配合工作，可以实现精导航驾驶系统资料［ｚ］．武汉：武汉纵横天地确地控制农业机械的驱动系统、线控系统和液压系空间信息技术有限公司，２０１４．