淺談大功率輪式拖拉機自動輔助駕駛的應用與常見故障分析

常向陽 羅靜靜 段松松 原志華

摘 要：國內自動輔助駕駛拖拉機是利用北斗導航和自動化技術，通過高精度導航終端與液壓控制、傳感技術和電子控制等結合，實現拖拉機的自動輔助駕駛，可應用于耕地、開溝、起壟、播種、噴灑、收割等多個作業場景，有效地提升了農田作業的作業效率和質量，降低了駕駛員勞動強度。

關鍵詞：輪式拖拉機;自動輔助駕駛;常見故障分析

引言

近年來隨著城鎮化的發展，農村勞動人口不斷減少，農村土地規模化、機械化、自動化作業將成為可能，因此在中國發展精準農業對未來我國農業的發展具有很重要的現實意義和價值。智能農機的發展，也是我國精準農業的又一次突破，自動輔助駕駛系統與智能農機管理等先進農機技術集成的應用，能夠實現高精度作業、高效系統規劃調度，有效降低人工勞動強度和管理費用，提升生產效率。

中國大功率輪式拖拉機采用北斗導航農機自動輔助駕駛系統，將北斗GNSS衛星高精度定位技術與車輛自動輔助駕駛技術相結合，通過精確測量車輛的位置、航向和姿態，自動控制車輛轉向角度，引導車輛根據事先設定直線、圓周、或者任意路線行駛。

1 國內拖拉機自動輔助駕駛系統

目前國內拖拉機安裝的自動輔助駕駛系統，可以在作業時有效地降低駕駛員的勞動強度，可用于耕地、開溝、起壟、播種、噴灑、收割等各種農田作業的全過程，尤其適用于對直線度及結合線要求較高的作業。國內自動駕駛實現策略主推兩種：液壓閥自動駕駛系統和電動方向盤自動轉向控制系統。二者都是通過控制拖拉機轉向系統實現路線控制，從而達到輔助自動駕駛的目的，作業精度均能達到±2.5cm，但是在具體方案策略及關重元件布置方式上存在較大的差異。作為自動輔助駕駛系統，二者都不能達到無人作業狀態，駕駛員仍需要留在駕駛室內并觀察拖拉機前方路況，隨時準備接管整機避免發生危險。

1.1液壓閥自動輔助駕駛系統

液壓閥自動輔助駕駛系統主要元件有GNSS天線、差分基站、角度傳感器、液壓閥、自動駕駛控制器（ECU）、顯示器、線路和管路組成。GNSS天線通常裝配在駕駛室頂部，用以接收衛星信號，配合基準站位置或移動網絡信號，利用RTK（Real-time Kinematic）差分信號原理，實現厘米級定位精度;角度傳感器，通常安裝在前橋左右轉向節處，實時監測前輪轉向角度信息并轉換成電信號傳送給自動駕駛控制器;自動駕駛控制器（ECU），則一般安裝在駕駛室內，接收天線、角度傳感器及顯示器的信息，掌握拖拉機的位置、角度及參數設定等信息后進行綜合判斷，并向液壓閥發送指令;液壓閥通過并聯至拖拉機原轉向系統中，根據自動駕駛控制器發出的指令控制轉向油的流量和流向，并驅動拖拉機前輪自動轉向;顯示器作為操作界面，一般安裝在駕駛室內便于操作和觀看的位置，顯示器主界面會顯示RTK信號、車速、作業面積、航向角、偏差、作業行等必要信息，可通過相應按鈕對整機進行調試、設置及故障查詢等，方便駕駛員調整作業模式和控制自動輔助駕駛狀態。

1.2 電動方向盤自動轉向控制系統

電動方向盤自動轉向控制系統主要元件有GNSS天線、自動駕駛控制器（ECU）、電動方向盤、顯示器及線路組成，也可選裝角度傳感器。與液壓轉向閥策略不同的是，該策略是用電動方向盤取代拖拉機原車方向盤安裝在轉向立柱上，通過與自動駕駛控制器（ECU）相配合，電機帶動方向盤模擬人工駕駛執行轉向策略，從而驅動拖拉機轉向輪自動轉向。電動方向盤方案無需改動轉向油路，實現方式更為簡便。

1.3裝配方案

拖拉機自動輔助駕駛系統的裝配目前分為前裝和后裝兩種方案。前裝指拖拉機出廠時已裝好自動輔助駕駛系統，后裝指拖拉機出廠銷售后用戶根據需要加裝。前裝屬于主機廠批量生產裝配，相比后裝具有以下優勢：

（1）定制化系統改造，對于液壓閥式自動輔助駕駛結構，轉向系統油路更加封閉，液壓清潔度更高，有效避免后裝頻繁出現的液壓閥卡閥現象和精度下降現象;

（2）前裝系統的液壓管路、電器線路、傳感器、顯示器等液壓及電子部件裝配一致性好，管線布置及裝配規范，出廠質量有保障

（3）前裝整機出廠前會針對自動輔助駕駛系統進行嚴格的專項調試，用戶只需設置農具參數信息及簡單調試即可使用，產品一致性強，可靠性好，故障率低于后裝，便于維修。

2自動駕駛系統常見故障分析

2.1顯示器、自動駕駛控制器（ECU）無法開機或重啟。

（1）檢查顯示器和ECU的保險是否熔斷，線纜接頭和蓄電池樁是否松動;

（2）檢查蓄電池是否虧電、老化或者容量下降;

（3）顯示器亮度是不是調到最暗。

2.2 長時間不能RTK（實時動態載波相位差分技術）固定解。

（1）檢查便攜式基準站是否在工作狀態，基準站架設要保持周圍空曠周圍無遮擋處;

（2）檢查基站線纜、電臺天線是否有損壞，接頭螺紋連接否可靠;

（3）系統是否受到干擾，如高壓線、視頻監控、深松監測、LED大燈、電風扇、儀表盤、臨近頻段電臺都有可能成為干擾源;

（5）若使用網絡基站或CORS站，需要檢查網絡連接是否正常;

（6）RTK基站固件保持最新版本。

2.3無法自動駕駛或自動駕駛路徑不直。

關鍵部件的裝配及檢查：

（1）檢查拖拉機前橋的油缸底座及各連接桿球頭是否有松動現象;

（2）檢查角度傳感器是否損壞、安裝是否牢靠，中軸能否平順彈回;

（3）自動駕駛控制器是否水平安裝，固定螺釘是否有松動或共振現象;

（4）檢查轉向系統油路是否有漏油、堵塞或卡頓現象，重點排查轉向機油封是否存在漏油現象、轉向泵壓力是否合理、手動大方向是否輕盈;

（5）檢查拖拉機前束是否合理（<1cm），兩邊車輪角度誤差過大會直接影響直線度;

（6）蓄電池或發電機故障也會引起電壓不穩，影響自動駕駛精度;

（7）檢查線路連接正確可靠，無松動、短路等問題;

（7）拖拉機前前后配重使用是否合理，排查作業地面換向，排除暗坑影響;

（8）電動方向盤結構，需檢查打方向是否輕盈，確保電動方向盤安裝可靠，避免出現晃動影響控制精度。

自動駕駛參數設置檢查：

（1）檢查信號類型須為RTK，差分齡期<3s，定位精度誤差<3cm，差分齡期過大可能是信號微弱或受到干擾，精度誤差太大可能是基站周圍遮檔比較嚴重或車輛距離基站過遠所致;

（2）檢查車輛參數，包括ECU、天線安裝及位置參數設置是否正確，確保天線搜星及航向正常;

（3）WAS設置不合理，車輪向左、向右轉向20°時，左右WAS值要對稱，過大或過小都會對精度有著較大的影響，可按照使用說明對WAS進行校準。

2.4交接行問題。

（1）農具寬度參數是否設置正確，一般農具寬度為農具實際寬度加交接行寬度;

（2）檢查ECU安裝是否牢靠，有無共振;注意ECU開機后要進行初始校準，要求在水平路面，拖拉機不移動的狀態下靜止1分鐘以上;

（3）橫滾側傾校準。建立一個AB線后點擊自動駕駛使車輛行駛于AB線上，待精度誤差小于1cm后停車做好標記，將車輛掉頭于AB線上繼續自動駕駛，行駛至標記點后測量偏差值（偏差值應<2cm）。

3結束語

拖拉機自動駕駛的研究與應用有效地帶動了精準農業的發展，解決了傳統拖拉機作業精度低的問題，降低了駕駛員勞動強度，延長了有效作業時間，提升了作業質量和效率。但在實際使用過程，國內拖拉機自動輔助駕駛系統的市場仍處于起步階段，如何在全國大范圍的進行推廣應用，除了要解決和適應國內各種復雜地域、地形及農作物的差異化等客觀情況外，故障分析及排除也是影響推廣的重要因素，未來，隨著國家及各地方對精準農業及智能制造的推廣，拖拉機自動輔助駕駛系統將會迎來更快的發展。

參考文獻：

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