[發明專利]履帶式聯合收割機的自動駕駛系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410413403.9
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN104898687B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 張方明;陳舒杰;盧文強
• 申請（專利權）人: 寧波市鄞州麥谷農業科技有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 寧波市鄞州甬致專利代理事務所(普通合伙)33228
• 代理人: 代忠炯

技術領域

本發明屬于農業自動控制領域，具體涉及收割機的自動控制系統。

背景技術

谷物聯合收割機的機械構造技術已經非常成熟，因其優良的綜合性能和極高的工效，得到普及推廣，其中，履帶式收割機因其轉彎半徑小、能適應較陷的水田環境，在我國南方，甚至北方地區具有很大的市場占有率。然而，駕駛收割機作業，一方面，不僅枯燥、乏味，而且由于受水稻或小麥長勢的影響，為了使機械化收割作業的損失率最小，駕駛員需不斷調整車速和改變行駛方向；另一方面，稻麥收割時，地塊一般已處于非常干燥狀態，為了提高作業效率，駕駛員通常高速行駛作業，他們需忍受強烈的顛簸，勞動強度極大。市場迫切需求收割機增加自動駕駛功能，使駕駛員只需集中精力于機器工況的監視。

在履帶式車輛的自動駕駛控制方面已經有所研究及發明。例如吳紹斌等在《遙控履帶車輛的轉向控制方法》(《北京理工大學學報》,2007，Vol.27(8):(680～683))提出了一種遙控的履帶轉向控制系統，遙控器發出駕駛指令控制轉向拉桿伸縮實現調整軌跡的目的。該作者構建了轉向操縱閉環系統模型，針對遙控信息的時間滯后，設計了預測和斷續轉向控制方法。也有人對輪式農機的自動導航駕駛進行了研究，例如羅錫文等在《東方紅X-804拖拉機的RTK-GPS自動導航控制系統》(農業工程學報，2009，Vol.25(11):139～146)提出的一種基于RTK-RTK-GPS的自動導航系統，能很好的實現拖拉機的自動導航控制。前者采用遙控方式，當機器距離控制人較遠時，較難觀察軌跡的偏差，控制精度必然下降，而且他必須時刻監視并控制機車，勞動強度仍然很大；后者實現了自動導航駕駛控制，但是四輪行走系與履帶行走系在調整車身姿態方面存在較大的差異，其轉向控制方式完全不同，因此有必要發明履帶式聯合收割機的自動導航駕駛系統。

發明內容

為了克服現有履帶式收割機在駕駛裝置自動化、智能化方面的不足，本發明提供了一種履帶式收割機的自動導航駕駛系統，它可代替人工駕駛任務：控制轉向、控制車速、控制割臺，駕駛員僅需監視機車的工況，工作強度大幅降低。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：在駕駛員座位的左側、收割機縱軸線上，安裝一支高約0.6米的GPS支架，其上方固定一臺RTK-GPS接收機和移動站電臺的天線；在駕駛員座位左側的調速面板上，以搖桿電子調速手柄代替機械式調速手柄，其下方的HST變速箱的伸出軸端加裝電控HST調速機構，它們之間不再存在機械式的鉸鏈聯接，而以信號線代替；以電子轉向手柄代替原機械連桿式手柄，以電磁轉向液壓閥代替原集成手動轉向液壓閥，它們之間同樣不再存在機械式的鉸鏈聯接；駕駛儀表板的正上方是傾斜安裝的導航控制器，在駕駛儀表板的正下方固定ECU插件箱和RTK-GPS接收機；在車載蓄電池的底部增加阻尼器以減弱電池表面的振動，該電池的上方固定是姿態ECU。

各部件的結構是：

自動導航電子系統采用分布式體系結構，由導航控制器、履帶ECU卡、HST-ECU卡、GPS-ECU卡和姿態ECU組成。導航控制器是系統的總控中心，它與4個ECU之間通過掛燈 籠式CAN網絡傳輸信息。導航控制器具有接收GPS的經緯度定位信息、估計收割機當前的姿態、規劃作業路徑、控制行車的偏差量、調節速度等功能，GPS-ECU卡接收移動站RTK-GPS的定位數據，通過CAN網絡發送數據給導航控制器；姿態ECU發送橫滾角、航向角到CAN網絡上由導航控制器接收處理；HST-ECU卡接收導航控制器的指令或搖桿電子調速手柄的開關信息控制收割機的運動速度；履帶ECU卡接收導航控制器的指令或電子轉向手柄的開關信息控制收割機向左或向右調整姿態，或控制割臺提升、降落。

ECU插件箱把上述的除姿態ECU以外的其他三塊板卡集成在一個箱體內，其內部還包括一塊總線底板，各塊插卡通過插件箱內的上、下槽和總線底板固定在箱體內。總線底板主要是CAN總線，外部的開關信號、傳感器信號和RS232串口信號被相應的ECU卡處理，通過總線底板上傳信息給導航控制器，導航控制器發出的指令也通過總線底板傳達到各ECU卡。如果未來需要繼續增加控制對象，例如撥禾輪、卸糧口等，則只需增加插件卡，使得測控系統具有極大的擴容能力。