關(guān)于下一代智能拖拉機的研究

沈濤 熊開軒 陳艷萍

1、道依茨法爾機械有限公司 2、山東省臨沭縣店頭鎮(zhèn)官莊完小

引言

中央一號文件連續(xù)16 年關(guān)注農(nóng)業(yè)農(nóng)村，連續(xù)實施農(nóng)業(yè)機械購置補貼政策，農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)等國家政策大大地促進了農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展。

隨著農(nóng)業(yè)規(guī)?；?jīng)營的發(fā)展，國內(nèi)農(nóng)機特別是拖拉機向大型化、智能化、高效率和低成本方向發(fā)展已成為必然。本文對DEUTZ-FAHR 牌的一款大型自動駕駛拖拉機DF2304 進行研究與分析。

1 產(chǎn)品主要特點

1.1 自動驅(qū)動系統(tǒng)（APS）

自動驅(qū)動系統(tǒng)（APS）采用電控動力換擋變速箱，集成電控四驅(qū)系統(tǒng)、差速鎖系統(tǒng)、PTO 系統(tǒng)。

1.2 負載傳感電控液壓提升系統(tǒng)及液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

負載傳感液壓提升系統(tǒng)，液壓泵采用變量泵。根據(jù)負載的大小自動調(diào)節(jié)液壓泵的排量，達到節(jié)能的目的。系統(tǒng)具有力調(diào)節(jié)、位調(diào)節(jié)、力位綜合調(diào)節(jié)、高度調(diào)節(jié)功能。圖1 為采用液壓變量泵驅(qū)動的負載傳感液壓提升系統(tǒng)。

1.3 智能犁深控制系統(tǒng)

通過角度傳感器、機具作業(yè)狀況傳感器、牽引力傳感器采集數(shù)據(jù)后輸入控制器，在地面高低起伏變化時由控制器轉(zhuǎn)化成提升桿位移變化量，然后驅(qū)動電磁閥控制提升器液壓油缸做出相應動作，調(diào)整提升器高度，防止因地形變化造成耕深不一致[1]。

1.4 360°全景監(jiān)控系統(tǒng)

360°全景監(jiān)控系統(tǒng)又稱全景行車可視輔助系統(tǒng)，由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。

1.5 智能導航系統(tǒng)

1.5.1 導航與定位

拖拉機的導航與定位是實現(xiàn)拖拉機無人駕駛的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是保證拖拉機精準轉(zhuǎn)向的重要基礎[2]。通過北斗衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)對整車進行高精度定位和導航，實現(xiàn)整車行駛路線規(guī)劃。自動轉(zhuǎn)向配合著車輛自帶的簡單編程，可以實現(xiàn)全程自動化操作。如圖2 所示：

圖1 采用液壓變量泵驅(qū)動的負載傳感液壓提升系統(tǒng)

圖2 編制指令程序示例圖

1.5.2 自動轉(zhuǎn)向控制

自動轉(zhuǎn)向控制是實現(xiàn)拖拉機自動轉(zhuǎn)向的最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前，自動轉(zhuǎn)向控制方法的研究熱點是模型控制法、PID 控制算法以及雙閉環(huán)控制法。

一種代表性的PID 控制算法是李世超等提出來的“嵌套雙閉環(huán)PID 控制方法”。[3]

式中：u(t)為電機轉(zhuǎn)動脈沖指令信號；e(t)為轉(zhuǎn)角待補償對應的脈沖數(shù)字量；Kp 為比例系數(shù)；T1為積分系數(shù)；TD為積分時間常數(shù)。

1.5.3 圖像識別系統(tǒng)

高清攝像頭和圖像識別系統(tǒng)通過與AI 人工智能的結(jié)合，可有效保證整車行駛的安全性。

1.6 智能終端及運維技術(shù)

配置高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)，支持GPS 及BDS 定位。配置電機動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)[4]——電動方向盤，可以實現(xiàn)自動駕駛。配置智能終端系統(tǒng)，具有定位、導航、數(shù)據(jù)上傳及信息采集功能。

通過后臺軟件平臺實現(xiàn)大數(shù)據(jù)管理，可以遠程監(jiān)控拖拉機運行狀態(tài)、遠程診斷故障。

1.7 人機工程優(yōu)化技術(shù)

充分考慮人機工程技術(shù)進行優(yōu)化設計。采用電子角度傳感器控制的濕式離合器、懸浮式駕駛室，降低操縱控制力和駕駛室噪聲[5]。方向盤不僅高度可調(diào)，角度也可以調(diào)整?？諝鈶腋∽?，前后、上下、傾角都可以調(diào)整。

2 結(jié)語

本文對一款大型自動駕駛拖拉機進行介紹、分析。該拖拉機采用全電控高壓共軌技術(shù)發(fā)動機，電控自動驅(qū)動系統(tǒng)（APS），智能犁深作業(yè)管理系統(tǒng)，360°全景監(jiān)控系統(tǒng)，智能導航系統(tǒng)，智能終端系統(tǒng)。能夠配置多種大型多功能復式作業(yè)機具，適用于大地塊、大型農(nóng)場的深耕、耙、犁等農(nóng)田智能化作業(yè)，使國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品達到國際領(lǐng)先水平，同時推動農(nóng)業(yè)裝備的人工智能化進程。