農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

王韋韋 陳黎卿 楊 洋 劉立超

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 合肥 230036； 2.安徽省智能農(nóng)機(jī)裝備工程實(shí)驗(yàn)室， 合肥 230036；3.合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心人工智能研究院， 合肥 230036)

0 引言

我國(guó)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)和擁有量居世界首位，2018年農(nóng)機(jī)總動(dòng)力達(dá)到10.04億千瓦，總量近2億臺(tái)，其中拖拉機(jī)保有量2 240萬(wàn)臺(tái)、聯(lián)合收獲機(jī)206萬(wàn)臺(tái)，截止2019年綜合機(jī)械化率為69%。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的加速發(fā)展，社會(huì)老齡化加劇、人工勞動(dòng)成本不斷增加，發(fā)展以現(xiàn)代化、工廠化農(nóng)業(yè)為主體的生產(chǎn)模式成為當(dāng)務(wù)之急。在新形勢(shì)與背景下，《中國(guó)制造2025》實(shí)施綱要把智能農(nóng)機(jī)裝備列為重點(diǎn)發(fā)展的十大領(lǐng)域之一[1-2]；在“十四五”科技發(fā)展規(guī)劃中，工廠化農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與智能農(nóng)機(jī)裝備也被列為重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。

底盤總成是移動(dòng)式農(nóng)業(yè)動(dòng)力機(jī)械的重要組成部分，其性能直接影響整機(jī)的作業(yè)質(zhì)量和效率。底盤支撐、安裝驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及各部件的總成，并接受驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力，使農(nóng)業(yè)裝備在各種復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)動(dòng)，不僅要在耕、播、管、收等生產(chǎn)環(huán)節(jié)正常行駛，而且通用底盤上還要安裝其他功能性機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)苗木移栽、林果采收、產(chǎn)品分級(jí)、根莖切割等功能。因此，農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤技術(shù)發(fā)展水平是體現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和智能化程度的重要標(biāo)志，世界農(nóng)業(yè)裝備強(qiáng)國(guó)均將底盤作為智能農(nóng)機(jī)裝備研究發(fā)展的核心。

底盤是集傳動(dòng)、行走、液壓、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、機(jī)-電-液集成控制等技術(shù)于一體的動(dòng)力機(jī)械移動(dòng)平臺(tái)[3]，可以穩(wěn)定、高效、可靠地承載、牽引、外掛其他功能性農(nóng)機(jī)具，從而完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從“高效、智能、環(huán)保”等角度出發(fā)，在四輪驅(qū)動(dòng)、動(dòng)力換擋、無(wú)級(jí)變速、輪距可調(diào)、空氣懸架、懸浮車橋、線控轉(zhuǎn)向、制動(dòng)防滑、底盤遙控等方面取得了創(chuàng)新性成果，對(duì)提升農(nóng)業(yè)裝備底盤作業(yè)性能具有重要意義。本文從傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)及底盤遙控技術(shù)等方面闡述國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合不同應(yīng)用環(huán)境下的農(nóng)機(jī)底盤需求來(lái)分析各系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的特點(diǎn)、基本原理及典型應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)國(guó)情對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望，為智能農(nóng)機(jī)裝備底盤設(shè)計(jì)提供參考。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤傳動(dòng)系統(tǒng)

1.1 布置方案

農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤傳動(dòng)系統(tǒng)布置形式按驅(qū)動(dòng)類型可分為機(jī)械式、液力式和電力式[4]。機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)是指由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，依次經(jīng)過(guò)離合器、變速箱、驅(qū)動(dòng)橋、半軸，最后傳遞至車輪，主要適用于農(nóng)用拖拉機(jī)、收獲機(jī)等底盤傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案；液力式傳動(dòng)系統(tǒng)是以液體作為傳動(dòng)介質(zhì)，循環(huán)流動(dòng)的動(dòng)能或壓能變化來(lái)傳遞或轉(zhuǎn)換能量，主要適用于高地隙植保機(jī)、水田插秧機(jī)等底盤傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案；電力式傳動(dòng)系統(tǒng)是指將電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力傳遞至傳動(dòng)軸或驅(qū)動(dòng)橋，或多輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，目前中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司的超級(jí)無(wú)人拖拉機(jī)1號(hào)、農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人等裝備底盤均采用電力式傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案，圖1所示為不同驅(qū)動(dòng)類型的農(nóng)機(jī)裝備。

1.1.1機(jī)械式驅(qū)動(dòng)

機(jī)械式四輪驅(qū)動(dòng)具有良好的越障性、牽引性、坡地穩(wěn)定性，廣泛適用于山區(qū)農(nóng)機(jī)底盤傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案，常見(jiàn)的機(jī)械式四輪驅(qū)動(dòng)主要包括：全時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)、分時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)和適時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)。陳黎卿團(tuán)隊(duì)[5-7]為了提高四輪驅(qū)動(dòng)底盤動(dòng)力性和行駛穩(wěn)定性，提出一種基于前后軸轉(zhuǎn)速差及車輪滑轉(zhuǎn)率實(shí)時(shí)觀測(cè)的軸間扭矩分配控制策略。張京等[8]針對(duì)農(nóng)用輪式機(jī)器人轉(zhuǎn)向方式單一、難以適應(yīng)田間地頭轉(zhuǎn)向等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向農(nóng)用輪式機(jī)器人。QUAN等[9]基于擴(kuò)展阿克曼轉(zhuǎn)向原理設(shè)計(jì)了一種適用于作物行間行駛的四輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)式農(nóng)用信息獲取機(jī)器人。李勇等[10]通過(guò)對(duì)四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)牽引效率的分析，提出了影響四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)牽引效率的關(guān)鍵因素。

1.1.2液力式驅(qū)動(dòng)

靜液壓驅(qū)動(dòng)底盤具有輕量化、功率密度高、無(wú)級(jí)變速、轉(zhuǎn)向靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。英國(guó)國(guó)立農(nóng)機(jī)研究所于1956年成功研制第一臺(tái)液壓驅(qū)動(dòng)的農(nóng)用拖拉機(jī)，20世紀(jì)70年代，歐美市場(chǎng)在自走式聯(lián)合收獲機(jī)上普及了靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。近年來(lái)，全液壓底盤驅(qū)動(dòng)技術(shù)在國(guó)外先進(jìn)高地隙植保機(jī)、高速插秧機(jī)、收獲機(jī)上得到大范圍應(yīng)用，并融合電子、信息等先進(jìn)技術(shù)，使其性能得到大幅度提高[11-12]。張華等[13]為滿足復(fù)雜農(nóng)林環(huán)境下植保噴霧作業(yè)需求，提出了一種全液壓驅(qū)動(dòng)的柔性智能化噴霧機(jī)底盤。WANG等[14]針對(duì)用液壓動(dòng)力分流式無(wú)級(jí)變速拖拉機(jī)在啟動(dòng)時(shí)換擋質(zhì)量不佳，基于換擋質(zhì)量的指令時(shí)間、離合器壓力控制指令電壓等參數(shù)提出了一種利用解映射得到控制參數(shù)的匹配規(guī)律。綜合文獻(xiàn)[15-16]可知，靜液壓驅(qū)動(dòng)底盤利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化控制和遠(yuǎn)程操縱，滿足對(duì)當(dāng)代農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化、智能化的要求，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

1.1.3電力式驅(qū)動(dòng)

電力式驅(qū)動(dòng)底盤具有低能耗、無(wú)污染、噪聲低、傳動(dòng)效率高等顯著特點(diǎn)，符合新能源背景下電動(dòng)農(nóng)機(jī)驅(qū)動(dòng)底盤傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案，目前電力式驅(qū)動(dòng)主要包括：傳統(tǒng)集中式驅(qū)動(dòng)(直接替換內(nèi)燃機(jī))、分布式驅(qū)動(dòng)(直聯(lián)式電驅(qū)動(dòng)車橋)、輪邊或輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用鉛酸蓄電池供電和永磁無(wú)刷電機(jī)作動(dòng)力源[17]。YUKO等[18]設(shè)計(jì)了一款功率10 kW純電動(dòng)拖拉機(jī)，與等功率內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的拖拉機(jī)作業(yè)能耗對(duì)比試驗(yàn)，田間行走和耕作所需的能源消耗可減少約70%。李同輝等[19]提出了一種純電動(dòng)拖拉機(jī)的雙電機(jī)多模動(dòng)力耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種驅(qū)動(dòng)模式協(xié)調(diào)控制，提高整機(jī)驅(qū)動(dòng)效率。劉路等[20]為了適應(yīng)煙草植保行農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)了一款四輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的植保機(jī)移動(dòng)平臺(tái)。為滿足復(fù)雜的田間作業(yè)需求，電機(jī)的適用性、電池的續(xù)航里程、專用的電力式驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是未來(lái)電動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤的研究重點(diǎn)。

1.2 離合器

離合器在農(nóng)用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中是直接與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連接的部件，其功用是保證底盤平穩(wěn)起步，減輕輪齒間的沖擊以及限制傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載。根據(jù)傳遞動(dòng)力的方式分為摩擦式離合器、液力離合器等[21]。摩擦式離合器可分為單作用式和雙作用式，其中雙作用摩擦式離合器將動(dòng)力同時(shí)傳遞至變速箱和動(dòng)力輸出裝置(PTO)，主要適用于中小型拖拉機(jī)、收獲機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，典型的有獨(dú)立操縱和聯(lián)動(dòng)操縱的雙作用摩擦式離合器[22]。液力離合器通過(guò)施加壓力使得濕式摩擦片與片中間的油液擠出接合得很緊而傳遞扭矩，其中多片濕式離合器廣泛用于對(duì)平穩(wěn)性要求較高的自動(dòng)變速器和無(wú)級(jí)變速器。廖湘平等[23]為了解決液粘調(diào)速離合器摩擦副偏磨問(wèn)題，提出了一種新型雙活塞結(jié)構(gòu)液粘調(diào)速離合器；傅生輝等[24]針對(duì)大功率拖拉機(jī)動(dòng)力換擋過(guò)程中濕式離合器充油壓力實(shí)際值與理想值之間存在偏差的問(wèn)題，提出了一種基于緊格式動(dòng)態(tài)線性化的離合器壓力無(wú)模型自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制(Model free adaptive predictive control，MFAPC)算法，以實(shí)現(xiàn)離合器油缸壓力的跟隨控制。

1.3 動(dòng)力換擋技術(shù)及變速箱

變速箱是農(nóng)業(yè)動(dòng)力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的核心部件之一，直接影響整機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性和舒適性。20世紀(jì)80年代，動(dòng)力換擋變速箱開(kāi)始在拖拉機(jī)、收獲機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用[25-26]。目前，國(guó)外大部分拖拉機(jī)廠商都提供帶有動(dòng)力換擋變速裝置的拖拉機(jī)，如意大利蘭蒂尼(Landini)公司的Legend 系列，荷蘭Ford 公司的30 系列，法國(guó)雷諾公司的175-74T2系列，Caterpillar公司的Challenger65系列，美國(guó)Case公司的CX系列、Magnum系列，意大利Same公司的Silver系列等[27-29]。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)的動(dòng)力換擋技術(shù)比較落后，早期應(yīng)用于工程機(jī)械上，目前，中國(guó)一拖集團(tuán)、福田雷沃重工、山東常林、五征集團(tuán)、常州東風(fēng)和江蘇常發(fā)等農(nóng)機(jī)制造企業(yè)開(kāi)展了拖拉機(jī)動(dòng)力換擋技術(shù)的研究，并已有部分產(chǎn)品進(jìn)入農(nóng)機(jī)市場(chǎng)[30-31]。

目前農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤用變速器主要有以下幾種類型：動(dòng)力換擋自動(dòng)變速箱(Power shift transmission，PST)、液力機(jī)械式自動(dòng)變速箱(Automatic transmission，AT)、電控機(jī)械式自動(dòng)變速箱(Automated mechanical transmission，AMT)、液壓機(jī)械式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速箱(Hydro-mechanical continuously variable transmission，HMCVT)和靜液壓無(wú)級(jí)自動(dòng)變速箱(Hydraulic static transmission，HST)[32-33]。表1列舉了國(guó)內(nèi)外典型農(nóng)用變速箱的種類、工作原理、特點(diǎn)及機(jī)型應(yīng)用情況。

表1 農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤用典型變速箱工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用車型

動(dòng)力換擋控制策略是自動(dòng)變速箱的核心技術(shù)之一，隨著智能化控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，動(dòng)力換擋控制策略也將朝著智能化方向發(fā)展，以油門踏板開(kāi)度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載需求來(lái)確定最優(yōu)擋位，以適應(yīng)當(dāng)前的作業(yè)狀態(tài)[34-38]。同時(shí)，提高電液系統(tǒng)可靠性也是未來(lái)動(dòng)力換擋智能控制的研究方向。

1.4 輪距可調(diào)式驅(qū)動(dòng)橋

目前驅(qū)動(dòng)橋分兩大類：輪邊行星減速結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)橋，主要適用于平原、旱地等環(huán)境下的農(nóng)機(jī)底盤；龍門式驅(qū)動(dòng)橋，為非行星減速的雙極減速車橋，主要適用于園藝、水田等工作環(huán)境下的農(nóng)機(jī)底盤[39-40]。為了滿足不同農(nóng)作物種植行距的農(nóng)藝要求，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力底盤輪距根據(jù)作物行距自適應(yīng)調(diào)整，具有輪距可調(diào)功能的驅(qū)動(dòng)車橋成為研究熱點(diǎn)，輪距可調(diào)式驅(qū)動(dòng)橋插入底盤橫梁中，輪距調(diào)節(jié)油缸的活塞端通過(guò)油缸連接銷鉸接到底盤橫梁上焊接的油缸固定耳，輪距調(diào)節(jié)油缸的活塞桿端通過(guò)螺栓連接到驅(qū)動(dòng)橋橫管底端的螺紋孔上，當(dāng)調(diào)節(jié)油缸伸縮時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋橫管就能在底盤橫梁內(nèi)滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)底盤的輪距調(diào)節(jié)功能[41]。劉平義等[42]針對(duì)農(nóng)用底盤輪距隨農(nóng)作物行距變化而適應(yīng)性調(diào)整的技術(shù)需求，基于輪距調(diào)整聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向原理，設(shè)計(jì)一種輪距可調(diào)式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，有效提高了農(nóng)用底盤在田間作業(yè)的適應(yīng)性。劉宏新等[43]以輕量化和高通過(guò)性為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一種適用于水田自走式驅(qū)動(dòng)底盤的鋁制轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋。

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2 農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤行駛系統(tǒng)

2.1 底盤調(diào)平系統(tǒng)

調(diào)平系統(tǒng)主要應(yīng)用于丘陵山區(qū)、果園等農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤，根據(jù)底盤的傾斜程度計(jì)算出調(diào)節(jié)量，并通過(guò)液壓缸、懸架或輪距進(jìn)行車身全向調(diào)平來(lái)適用作業(yè)地形。國(guó)外農(nóng)機(jī)底盤調(diào)平系統(tǒng)主要圍繞降低重心、控制車體等方向發(fā)展[44-45]。美國(guó)約翰迪爾公司研發(fā)了適用于坡地作業(yè)的聯(lián)合收獲機(jī)調(diào)平系統(tǒng)，通過(guò)控制供油回路通斷的方式，實(shí)現(xiàn)車體調(diào)平[46]。HOEHN等[47]研究了一種應(yīng)用于耕作機(jī)具的調(diào)平系統(tǒng),可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)耕作機(jī)具與地面的高度,有利于保持恒定的土壤切削深度。國(guó)內(nèi)主要圍繞果園升降平臺(tái)、農(nóng)機(jī)具全向調(diào)平控制系統(tǒng)、丘陵山地拖拉機(jī)調(diào)平系統(tǒng)研究較多，齊文超等[48]提出基于平行四桿機(jī)構(gòu)和雙車架機(jī)構(gòu)的車身橫/縱向調(diào)平方案，設(shè)計(jì)了一種基于雙閉環(huán)PID算法的全向調(diào)平丘陵山地拖拉機(jī)。金誠(chéng)謙等[49]采用鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)，結(jié)合電液控制技術(shù)，設(shè)計(jì)一種履帶式聯(lián)合收獲機(jī)全向調(diào)平底盤及其電液控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)底盤橫/縱向傾斜調(diào)整。

2.2 空氣懸架

懸架按照彈性元件的類型可分為螺旋彈簧懸架、空氣彈簧懸架和油氣彈簧懸架。圖2所示為獨(dú)立式立軸空氣彈簧懸架系統(tǒng)總成；目前，國(guó)外大部分噴霧機(jī)制造企業(yè)都提供帶有四輪獨(dú)立式空氣懸架系統(tǒng)的高地隙植保機(jī)，如John Deere、HAGIE、AGCO、AgriFac等自走式噴霧機(jī)企業(yè)[50-51]。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)現(xiàn)代農(nóng)裝公司的ZWG-3000A、五征集團(tuán)的ZWP4-2000高地隙自走式噴霧機(jī)懸架系統(tǒng)都采用獨(dú)立式空氣彈簧，中小機(jī)型懸架系統(tǒng)均采用螺旋彈簧或未安裝彈性元件。近年來(lái)，關(guān)于多氣囊、復(fù)合材料彈性元件研究受到較高的關(guān)注[52-53]。陳雨等[54]基于傳統(tǒng)的空氣懸架系統(tǒng)引入尼龍摩擦阻尼器，設(shè)計(jì)了一種適用于高地隙農(nóng)機(jī)底盤的獨(dú)立式立軸空氣懸架系統(tǒng)；王云超等[55]提出了一種基于體積壓縮率和體積壓縮速率的真實(shí)氣體多變指數(shù)模型，囊式蓄能器的氣體多變指數(shù)模型為更加準(zhǔn)確研究油氣懸架系統(tǒng)真實(shí)特性奠定了基礎(chǔ)。YIN等[56]開(kāi)展氣-油乳狀液的配方油對(duì)空氣懸掛支柱的非線性剛度和阻尼特性的影響，得出了乳狀液的體積模量和質(zhì)量密度隨氣體體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律。因此，空氣彈簧懸架具有非線性彈性特性好、懸架行程大、負(fù)載能力強(qiáng)、剛度和阻尼可調(diào)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用超高地隙植保機(jī)底盤懸架系統(tǒng)。

2.3 農(nóng)用子午線輪胎

農(nóng)用輪胎是輪式移動(dòng)底盤的核心部件之一，按照胎體結(jié)構(gòu)可分為斜交線輪胎和子午線輪胎，圖3所示為3種不同功用的農(nóng)用輪胎。由于農(nóng)用子午線輪胎具有出色的牽引力、自清潔能力、舒適性和路面操控靈活性等特點(diǎn)，成為農(nóng)業(yè)裝備輪胎的首選[57]。目前，世界農(nóng)用輪胎子午化率已達(dá)90%左右，歐洲輪胎技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)在20世紀(jì)70年代已制定出農(nóng)業(yè)子午線輪胎系列和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，而我國(guó)農(nóng)用子午線輪胎仍處于逐步取代斜交線輪胎階段，截止2019年農(nóng)用輪胎子午化率僅65%左右。為突破制約我國(guó)農(nóng)用子午線輪胎發(fā)展的技術(shù)瓶頸，應(yīng)研發(fā)適用于水田高漂浮農(nóng)用子午線輪胎和旱田壟溝農(nóng)用子午線輪胎，改變國(guó)內(nèi)生產(chǎn)農(nóng)業(yè)子午線輪胎品種單一化的現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)玲瓏輪胎、中策橡膠、三角輪胎、昌豐輪胎等企業(yè)也開(kāi)始研發(fā)生產(chǎn)農(nóng)用子午線輪胎[58-59]。2020年中國(guó)國(guó)際農(nóng)機(jī)展中，多款國(guó)產(chǎn)化農(nóng)業(yè)子午線輪胎方案亮相，其中拖拉機(jī)TM600、TM700、TM800系列子午線輪胎單寬胎、噴藥機(jī)TM150系列子午線輪胎、收獲機(jī)TM3000系列子午線輪胎的成功應(yīng)用，提升了終端用戶的使用便利性和高效性，從而大幅促進(jìn)農(nóng)業(yè)耕作增產(chǎn)增收[60-61]。

2.4 農(nóng)用履帶

履帶移動(dòng)式底盤具有接地比壓小、附著性能好、轉(zhuǎn)彎半徑小、越障能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在坡地、粘重、潮濕地及沙土地使用時(shí)性能顯著。按照履帶結(jié)構(gòu)形式可分為組合式履帶底盤和整體式履帶底盤。其中組合式履帶多用于履帶式農(nóng)業(yè)機(jī)器人底盤，常見(jiàn)的可分為帶履帶臂和不帶履帶臂2種，帶履帶臂的又被稱為履腿復(fù)合式機(jī)器人，整體式履帶多用于大功率、重負(fù)荷、山區(qū)農(nóng)業(yè)裝備底盤，如履帶自走式拖拉機(jī)、履帶自走式果園采摘機(jī)、履帶自走式行間噴霧機(jī)等[62-63]。根據(jù)履帶材料不同分為金屬履帶底盤和橡膠履帶底盤，橡膠履帶接地比壓低，對(duì)土壤破壞程度輕，尤其適于低濕地、沙壤土質(zhì)區(qū)作業(yè)。表2為不同結(jié)構(gòu)形式的履帶底盤結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用情況。

表2 農(nóng)用履帶分類

2.5 懸浮式轉(zhuǎn)向車橋

懸浮式前橋是指在剛性前橋的基礎(chǔ)上加裝帶有自動(dòng)水平協(xié)調(diào)控制裝置和懸架剛性閉鎖裝置的懸浮機(jī)構(gòu)，其主要通過(guò)懸浮機(jī)構(gòu)的液壓油缸伸縮動(dòng)作來(lái)緩和凹凸不平地面引起的沖擊載荷對(duì)底盤的沖擊，衰減由于路況與行駛速度相互作用而產(chǎn)生的低頻振動(dòng)，從而達(dá)到底盤的緩沖、減振的效果。圖4為電控懸浮式轉(zhuǎn)向車橋結(jié)構(gòu)。目前，國(guó)外大功率輪式拖拉機(jī)底盤行駛系統(tǒng)均裝配懸浮式彈性前橋，約翰迪爾的6210R型拖拉機(jī)采用該類型前橋，提升農(nóng)用動(dòng)力底盤前輪與地面的接觸效率，增加整機(jī)的行駛速度和穩(wěn)定性[64-65]。而國(guó)內(nèi)由于核心關(guān)鍵零部件研發(fā)能力不足，動(dòng)力底盤前橋系統(tǒng)仍多數(shù)采用剛性前橋系統(tǒng)，拖拉機(jī)前橋系統(tǒng)仍多數(shù)采用剛性前橋系統(tǒng)，由于缺乏衰減振動(dòng)的有效部件，很大程度上制約著拖拉機(jī)舒適性的提升，已難以適應(yīng)高端農(nóng)機(jī)的發(fā)展需求[66-68]。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)前橋懸架系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)的研究仍處于起步階段，且主要集中在懸架特性分析等方面。其中，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)毛恩榮團(tuán)隊(duì)率先開(kāi)展大功率拖拉機(jī)電控懸浮式前橋懸架系統(tǒng)振動(dòng)控制研究，并設(shè)計(jì)了一種基于插裝式比例閥液壓系統(tǒng)回路的懸架參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多種模式的前橋懸架阻尼調(diào)節(jié)[69]。

3 農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功用是利用外部驅(qū)動(dòng)力矩操縱轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使得農(nóng)機(jī)底盤按照既定的路徑方向行駛。隨著農(nóng)業(yè)裝備的智能化、高效化發(fā)展，農(nóng)機(jī)行駛和作業(yè)過(guò)程中對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，農(nóng)業(yè)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)類型有：機(jī)械式轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、電控液壓助力轉(zhuǎn)向以及線控轉(zhuǎn)向[70-71]。

3.1 液壓助力轉(zhuǎn)向

液壓助力轉(zhuǎn)向(Hydraulic power steering，HPS)具有輸出力矩大、轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性高、使用靈活和故障率低等優(yōu)點(diǎn)，是目前農(nóng)用高地隙底盤中主流的助力轉(zhuǎn)向技術(shù)，主要包括機(jī)械助力式液壓助力和全液壓助力兩種類型。其中齒輪齒條式和循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器為傳統(tǒng)液壓助力系統(tǒng)的重要組成部件[72-73]。國(guó)外19世紀(jì)初期開(kāi)始研發(fā)液壓驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，Case Crop公司生產(chǎn)的Patriot 4430型噴霧機(jī)首次采用四輪液壓助力轉(zhuǎn)向。陳黎卿等[74]為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作的輔助駕駛系統(tǒng)，在原有的高地隙植保機(jī)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上并聯(lián)一套轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，輔助駕駛狀態(tài)時(shí)，液壓油在優(yōu)先閥的作用下經(jīng)比例換向閥到達(dá)轉(zhuǎn)向油缸，工作時(shí)利用驅(qū)動(dòng)控制器控制比例閥芯移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓油流量、方向的精確控制，完成輔助駕駛工況下的自動(dòng)轉(zhuǎn)向。扈凱等[75]研制了一種適用于高地隙噴霧機(jī)的多模式液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并采用PID控制算法和壓力補(bǔ)償系統(tǒng)確保變載荷下轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制精度和底盤穩(wěn)定性。

3.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向

3.3 電控液壓助力轉(zhuǎn)向

電控液壓助力轉(zhuǎn)向(EHPS)是在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加電子控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的流量和轉(zhuǎn)閥等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改變轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性，降低損耗，靈敏度增加，穩(wěn)定性提高。按照液壓助力轉(zhuǎn)向閥體特性參數(shù)，控制類型分為電磁節(jié)流閥流量調(diào)節(jié)式、轉(zhuǎn)向閥扭轉(zhuǎn)剛度調(diào)節(jié)式、轉(zhuǎn)向閥閥口參數(shù)調(diào)節(jié)式。主要采用在常流量系統(tǒng)的高壓油路和低壓回路之間加上一個(gè)旁通電磁閥，電控單元控制電磁閥的可變閥口大小，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向閥的流量調(diào)節(jié)[83-84]；張聞?dòng)畹萚85-86]設(shè)計(jì)了一種摩擦輪式電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，通過(guò)摩擦輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)方向盤從而帶動(dòng)全液壓助力閥轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)向；施國(guó)標(biāo)等[87]基于無(wú)人駕駛模式設(shè)計(jì)了融合液壓助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的電液復(fù)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并提出一種自適應(yīng)雙閉環(huán)轉(zhuǎn)向跟蹤控制策略，有效降低轉(zhuǎn)向角度跟蹤誤差，具有隨速助力、主動(dòng)回力等優(yōu)點(diǎn)；楊洋等[88]設(shè)計(jì)了基于直流電機(jī)與全液壓助力器直聯(lián)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及其電控系統(tǒng)。通過(guò)在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸安裝電磁離合器和轉(zhuǎn)向柱扭矩傳感器實(shí)現(xiàn)人工駕駛模式和自動(dòng)駕駛模式的自動(dòng)切換，圖6所示為電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3.4 線控轉(zhuǎn)向

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Steer-by-wire，SBW)取消了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向執(zhí)行器間的機(jī)械連接，實(shí)現(xiàn)底盤輕量化；SBW系統(tǒng)由路感反饋總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成、控制器以及相關(guān)傳感器組成[89-91]。圖7為線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖，路感反饋總成主要包括轉(zhuǎn)向盤、路感電機(jī)、減速器和扭矩轉(zhuǎn)角傳感器等。其中路感反饋控制策略是SBW系統(tǒng)中的核心技術(shù)，根據(jù)駕駛意圖、車輛狀況與路況等參數(shù)，通過(guò)CAN總線連接至ECU并實(shí)時(shí)輸出路感反饋力矩指令，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)裝備轉(zhuǎn)向的完全自動(dòng)化[92-96]。隨著定位導(dǎo)航、無(wú)人駕駛、無(wú)人作業(yè)等技術(shù)的發(fā)展，SBW系統(tǒng)逐漸成為農(nóng)業(yè)機(jī)械主流轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。劉軍等[97]設(shè)計(jì)一種基于GPS/INS數(shù)據(jù)融合的線控轉(zhuǎn)向農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，上位機(jī)將位置、速度、姿態(tài)等信息利用CAN總線發(fā)送給主控制器，并根據(jù)相應(yīng)的路徑跟蹤控制策略計(jì)算出目標(biāo)前輪轉(zhuǎn)角，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)至目標(biāo)轉(zhuǎn)角。魯植雄團(tuán)隊(duì)[98-99]設(shè)計(jì)一種拖拉機(jī)線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并開(kāi)展轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靜態(tài)隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)、蛇形試驗(yàn)、雙紐線試驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)以及轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)，結(jié)果表明線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜合了液壓和線控技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在保證大扭矩輸出的同時(shí)，又具有轉(zhuǎn)向靈敏、便于安裝等特點(diǎn)。

4 農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤制動(dòng)系統(tǒng)

主動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)有效減少了駕駛員制動(dòng)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)性操作，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)精確化、智能化控制。高端農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤集成電控制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(Anti-lock braking system，ABS)，在此基礎(chǔ)上，驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)(Acceleration slip regulation，ASR)、電子穩(wěn)定系統(tǒng)(Electronic stability program，ESP)的發(fā)展極大提高了農(nóng)用車輛、拖拉機(jī)等的行駛安全性。目前，防滑和防側(cè)翻成為農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤制動(dòng)系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。

4.1 制動(dòng)防滑技術(shù)

防滑控制系統(tǒng)主要包括制動(dòng)防滑系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)兩種。其中制動(dòng)防滑系統(tǒng)(ABS)是防止拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械在制動(dòng)過(guò)程中車輪被抱死滑移，使得制動(dòng)力達(dá)到最大，縮短制動(dòng)距離，并且能夠提高制動(dòng)過(guò)程中的底盤方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力；為防止拖拉機(jī)在起步、轉(zhuǎn)向、加速等驅(qū)動(dòng)過(guò)程中車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)，部分學(xué)者將智能傳感控制理論引入到ABS、ASR研究領(lǐng)域[100-102]。馮彥彪等[103]依據(jù)整機(jī)實(shí)際參數(shù)構(gòu)建最優(yōu)滑轉(zhuǎn)率的控制模型，基于模糊PID控制器作為滑轉(zhuǎn)率的控制器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滑轉(zhuǎn)率的誤差以及誤差變化率來(lái)決定輸出轉(zhuǎn)矩大小，能夠滿足農(nóng)機(jī)底盤在復(fù)雜路面上的控制需要。毛罕平團(tuán)隊(duì)[104-105]設(shè)計(jì)一種四輪液壓驅(qū)動(dòng)高地隙底盤轉(zhuǎn)向防滑控制系統(tǒng)，并提出了基于轉(zhuǎn)速比差值的PID控制策略，系統(tǒng)調(diào)控平均誤差為1.25%，滿足轉(zhuǎn)速比差值為0.01～0.05的控制要求，能夠有效消除高地隙噴霧機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)打滑現(xiàn)象；陳黎卿等[106]提出了一種基于改進(jìn)人群搜索算法PSO的拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)防滑控制策略，實(shí)時(shí)更新目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整PID控制參數(shù)；周倩倩等[107]設(shè)計(jì)了全時(shí)四驅(qū)液壓驅(qū)動(dòng)噴霧機(jī)模糊防滑控制系統(tǒng)，機(jī)具在高速行駛時(shí)，未開(kāi)啟防滑控制時(shí)相對(duì)滑轉(zhuǎn)率均值為0.110，開(kāi)啟后相對(duì)滑轉(zhuǎn)率均值為0.035。

4.2 防側(cè)翻技術(shù)

由于拖拉機(jī)、高地隙植保機(jī)等機(jī)體重心位置動(dòng)態(tài)變化范圍較大，易發(fā)生側(cè)翻現(xiàn)象[108-109]。近年來(lái)學(xué)者圍繞農(nóng)機(jī)底盤側(cè)翻機(jī)理、傾翻保護(hù)裝置的自動(dòng)部署及智能化設(shè)計(jì)開(kāi)展研究。國(guó)內(nèi)外關(guān)于側(cè)翻機(jī)理的研究主要集中在拖拉機(jī)動(dòng)力學(xué)行為特征描述與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等方面，由于模型約束條件較多，很難反映整機(jī)系統(tǒng)的全時(shí)動(dòng)力學(xué)行為；將虛擬仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)等手段相結(jié)合，通過(guò)改進(jìn)的橫向載荷轉(zhuǎn)移率、側(cè)翻預(yù)測(cè)時(shí)間、靜態(tài)穩(wěn)定系數(shù)等方法評(píng)價(jià)拖拉機(jī)側(cè)向穩(wěn)定性[110-111]；部分學(xué)者基于拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)角、輪胎與地面的接觸狀態(tài)等來(lái)研究不同階段的拖拉機(jī)側(cè)翻特性，為側(cè)翻預(yù)警提供研究基礎(chǔ)，提高拖拉機(jī)的駕駛安全性[112-113]。金智林等[113]分析駕駛員因素影響汽車側(cè)翻穩(wěn)定性的機(jī)理，提出的融合駕駛員的人-車閉環(huán)系統(tǒng)差動(dòng)制動(dòng)防側(cè)翻控制策略，既可彌補(bǔ)駕駛經(jīng)驗(yàn)不足又可克服駕駛員生理及心理的限制，有效提高汽車防側(cè)翻能力。秦嘉浩等[114-115]以反作用動(dòng)量飛輪為執(zhí)行元件，提出了將動(dòng)量飛輪置于拖拉機(jī)前部，取代傳統(tǒng)靜態(tài)配重的同時(shí)可主動(dòng)提供防側(cè)翻力矩。裝備飛輪的拖拉機(jī)與無(wú)控制組對(duì)比可多次實(shí)現(xiàn)整機(jī)的防側(cè)翻控制，使整機(jī)防側(cè)翻性能得到明顯改善。張碩等[116]將前后輪輪胎類型、前配重質(zhì)量、前后輪距和機(jī)具位置6個(gè)影響因素作為控制因子，分析拖拉機(jī)斜坡直線行駛工況下側(cè)向穩(wěn)定性貢獻(xiàn)度，結(jié)果表明：對(duì)拖拉機(jī)斜坡上側(cè)前、后輪側(cè)向穩(wěn)定性影響最大的控制因子為前配重質(zhì)量和后輪距。

5 農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤遙控技術(shù)

5.1 線控底盤

線控底盤系統(tǒng)是農(nóng)機(jī)裝備智能駕駛的核心技術(shù)之一，滿足遙控駕駛、自動(dòng)駕駛的線控底盤控制器ECU作為智能農(nóng)機(jī)裝備的核心主控制單元，如圖8所示，通過(guò)CAN總線等方式與線控點(diǎn)火、線控油門、線控離合器、線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)、線控?fù)Q擋、線控空氣懸架等系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，通過(guò)對(duì)接收到的信息處理，判斷各個(gè)子控制單元和整機(jī)系統(tǒng)的行駛狀態(tài)，做出安全、合理的指令，從而使各個(gè)子控制單元協(xié)調(diào)、安全的工作，實(shí)現(xiàn)底盤遙控、自動(dòng)駕駛的功能。目前，從執(zhí)行端來(lái)看，線控油門、線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)等技術(shù)在農(nóng)機(jī)機(jī)械底盤上的應(yīng)用相對(duì)成熟[117]，實(shí)現(xiàn)底盤線控?fù)Q擋的一個(gè)技術(shù)瓶頸是無(wú)級(jí)變速和動(dòng)力換擋，德國(guó)采埃孚(ZF)公司、意大利卡拉羅(Carraro)等企業(yè)比較成熟的農(nóng)機(jī)用動(dòng)力換擋技術(shù)及產(chǎn)品；目前國(guó)內(nèi)有中國(guó)一拖集團(tuán)、福田雷沃重工、五征集團(tuán)等主機(jī)企業(yè)和配套企業(yè)研究動(dòng)力換擋技術(shù)。底盤線控技術(shù)的發(fā)展大大降低了駕駛員對(duì)移動(dòng)底盤的操作參與度，是未來(lái)農(nóng)機(jī)裝備實(shí)現(xiàn)輔助駕駛、遙控駕駛及無(wú)人駕駛的基礎(chǔ)。

5.2 底盤遙控技術(shù)

底盤遙控技術(shù)指駕駛員利用遙控云端對(duì)移動(dòng)底盤發(fā)送轉(zhuǎn)向、加速、制動(dòng)以及具體底盤安裝附件的噴藥、采摘、升降等指令信號(hào)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)裝備云端遙控作業(yè)、智慧管理等功能；從傳播指令信號(hào)的載體大體可分為紅外線遙控、超聲波遙控和無(wú)線電遙控。受農(nóng)田作物遮擋的影響，無(wú)線電遙控技術(shù)具有無(wú)方向性、穿透力強(qiáng)、遙控距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)，成為農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤云端管理中傳遞信號(hào)的首選；國(guó)內(nèi)外開(kāi)展大量農(nóng)機(jī)裝備遙控技術(shù)應(yīng)用研究，主要采用的無(wú)線通信模塊有WiFi、LoRa網(wǎng)關(guān)、大功率網(wǎng)橋等[118-119]；基于線控底盤的基礎(chǔ)，主操縱端控制平臺(tái)根據(jù)人機(jī)交互界面觀察到的位于底盤上安裝的攝像頭實(shí)時(shí)回傳的田間環(huán)境及整機(jī)位姿信息，輸入方向盤轉(zhuǎn)角、踏板位移等指令到上位機(jī)，遠(yuǎn)端車載控制單元通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)獲取指令并控制底盤實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程駕駛，同時(shí)不斷檢測(cè)各傳感器的信號(hào)以繼續(xù)調(diào)整各機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角或位移。

6 展望

隨著5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等高端技術(shù)與現(xiàn)代制造業(yè)相結(jié)合，未來(lái)所預(yù)期的智能底盤的目標(biāo)設(shè)置是以優(yōu)化農(nóng)業(yè)裝備底盤可靠性、舒適性、安全性以及通用底盤平臺(tái)設(shè)計(jì)為研究重點(diǎn)，農(nóng)機(jī)底盤作為智能農(nóng)機(jī)裝備和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要“橋梁”，未來(lái)應(yīng)從以下幾方面取得發(fā)展：

(1)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵零部件性能優(yōu)化

國(guó)內(nèi)雖然在農(nóng)業(yè)機(jī)械底盤技術(shù)與系統(tǒng)組成部件研發(fā)方面展開(kāi)了相關(guān)研究，但是基礎(chǔ)理論研究方面有待于進(jìn)一步突破完善，以大功率拖拉機(jī)底盤動(dòng)力換擋控制規(guī)律為例，應(yīng)突破機(jī)械、電控、液壓等基礎(chǔ)研究，提升關(guān)鍵零部件制造工藝；以水田深泥腳插秧機(jī)底盤打滑工況為例，需要探究底盤輪胎-泥壤打滑互作機(jī)理，輪胎打滑狀態(tài)參數(shù)識(shí)別與前后扭矩分配控制策略等系統(tǒng)理論。農(nóng)機(jī)底盤基本都在潮濕環(huán)境下服役，常常與土壤、秸稈、雨水等接觸，銹蝕破損嚴(yán)重，現(xiàn)有的農(nóng)機(jī)底盤傳統(tǒng)系統(tǒng)部件(離合器、變速器、驅(qū)動(dòng)橋等)的密封性差易產(chǎn)生零件腐蝕，因此，研制耐磨防腐密封基礎(chǔ)零件是保證底盤關(guān)鍵部件具備較佳性能的基礎(chǔ)。同時(shí)，底盤用關(guān)鍵零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度相對(duì)降低，零部件的適應(yīng)性有待提高。因此，針對(duì)不同區(qū)域土壤特性、作業(yè)環(huán)節(jié)、適應(yīng)工況及技術(shù)需求的差異，進(jìn)行同類底盤零部件歸并、參數(shù)分擋，構(gòu)建底盤通用件庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、系統(tǒng)模塊庫(kù)，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)裝備底盤智能化設(shè)計(jì)提供支撐。

(2)底盤平臺(tái)化與輕量化設(shè)計(jì)

通用底盤平臺(tái)化設(shè)計(jì)是未來(lái)農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展的要求及趨勢(shì)，根據(jù)適用水田、旱地、山區(qū)、果園、茶園、設(shè)施大棚等作業(yè)環(huán)境差異，實(shí)施通用底盤模塊化設(shè)計(jì)策略，將含子系統(tǒng)數(shù)量相同、作業(yè)環(huán)節(jié)類同的農(nóng)機(jī)裝備底盤平臺(tái)化，開(kāi)發(fā)同功率級(jí)別的通用移動(dòng)式動(dòng)力底盤，通過(guò)更換輪胎和履帶、調(diào)整軸距、更換系統(tǒng)部件以及在底盤上安裝功能性附件等形式，實(shí)現(xiàn)通用底盤差異化功用；進(jìn)一步加強(qiáng)探究影響覆蓋底盤產(chǎn)品范圍的關(guān)鍵因素和影響結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)不同種類底盤和不同規(guī)格的同類底盤的通用化設(shè)計(jì)；通過(guò)選用輕質(zhì)材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇先進(jìn)制造工藝等來(lái)降低油耗、增加續(xù)航里程，實(shí)現(xiàn)底盤輕量化設(shè)計(jì)。其中，高強(qiáng)度鋼、鋁合金和碳纖維復(fù)合材料等制造底盤傳動(dòng)系統(tǒng)的變速箱、驅(qū)動(dòng)橋殼體，懸架系統(tǒng)的控制臂、橫向穩(wěn)定桿、副車架鑄鋁等復(fù)合材料的使用將成為研究重點(diǎn)；隨著無(wú)人作業(yè)模式的推廣應(yīng)用，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)選用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向及線控轉(zhuǎn)向有助于實(shí)現(xiàn)底盤輕量化，轉(zhuǎn)向器支架管柱、轉(zhuǎn)向電機(jī)殼體等部分使用鋁合金材料以期達(dá)到減重效果；制動(dòng)系統(tǒng)集成化、行駛系統(tǒng)中鋁合金鑄旋、鎂合金鍛造車輪等是輕量化的方向。此外在新能源農(nóng)機(jī)裝備上，底盤減重可以增加續(xù)航里程，因此簡(jiǎn)化傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，發(fā)展直聯(lián)式電驅(qū)動(dòng)車橋、輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新能源底盤技術(shù)是未來(lái)輕量化發(fā)展方向。

(3)底盤智能化控制與信息化管理

隨著定位導(dǎo)航、輔助駕駛、無(wú)人駕駛等技術(shù)在農(nóng)業(yè)裝備生產(chǎn)中應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大和全球智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展，農(nóng)機(jī)裝備底盤的信息化與智能化將得到更大幅度的提升，以智能化控制技術(shù)為核心，突破底盤各子系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)參數(shù)和作業(yè)環(huán)境感知傳感器的研究與開(kāi)發(fā)，建立機(jī)內(nèi)機(jī)外多參數(shù)融合的智能調(diào)控策略決策，實(shí)現(xiàn)底盤精準(zhǔn)、高效、穩(wěn)定行駛；結(jié)合智能感知、智能決策、智能驅(qū)動(dòng)、智能管控等技術(shù)，底盤無(wú)人化、多機(jī)協(xié)同化作業(yè)將成為未來(lái)智能驅(qū)動(dòng)底盤技術(shù)發(fā)展的新亮點(diǎn)和新方向。

底盤信息化管理是農(nóng)機(jī)高效作業(yè)基礎(chǔ)，不僅僅是農(nóng)機(jī)作業(yè)效率的提升，更是指整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。底盤作為未來(lái)智能農(nóng)機(jī)裝備的“雙腿”，是整個(gè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的一個(gè)生產(chǎn)執(zhí)行單元，一方面，與生產(chǎn)者、企業(yè)或相關(guān)服務(wù)機(jī)構(gòu)相聯(lián)通，可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)裝備群體作業(yè)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦底盤各子系統(tǒng)發(fā)生異常，則可及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，同時(shí)，各種作業(yè)數(shù)據(jù)被上傳至相應(yīng)的服務(wù)器，經(jīng)綜合處理、分析后，分類入庫(kù)，對(duì)農(nóng)機(jī)裝備底盤的維護(hù)、故障預(yù)測(cè)以及同類產(chǎn)品的前期設(shè)計(jì)、后期升級(jí)換代均有極其重要的參考價(jià)值；另一方面，移動(dòng)式智能農(nóng)機(jī)裝備與目標(biāo)用戶保持聯(lián)網(wǎng)通訊，可隨時(shí)響應(yīng)用戶的使用要求，按需分配機(jī)具類型、數(shù)量以及功率級(jí)別等，以最少的投入達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)有限農(nóng)業(yè)資源的最優(yōu)分配和高效利用，確保整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)高效。