国内的农用车辆自动转向系统研究进展.pdf

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1、第4期总第202期农业科技与装备No．4TotalNo．202垫!!生堡旦娅!坚些型坠i!些丝!!!丛2垫赶堂皇里g坠iP婴坐鲤!：呈Q!!国内的农用车辆自动转向系统研究进展刘金波，迟德霞．金宏亮(沈阳农业大学工程学院．沈阳110866)摘要：自动转向系统是自动导航和无人驾驶的关键技术之一。通过对文献进行分析。阐述国内自动转向系统的研究成果，重点总结自动转向执行机构和控制算法方面的成果。对自动转向的关键技术提出建议，为设计合理的自动转向执行机构和稳定准确的自动转向控制系统提供参考。关键词：农业工程；农用车辆；自动转向；执行机

2、构；控制系统中图分类号：S126文献标识码：A文章编号：1674一1161(2011)04—0067-03随着自动控制技术的发展，无人驾驶和自动导航技术取得了很大进步，其中作为关键技术之一的自动转向技术水平也在不断提高。在一些危险行业和高危领域内，无人车辆能够代替人来完成工作，这对提高劳动者工作强度和工作质量有着重要意义。但农用车辆中应用自动转向技术的还较少。农业生产劳动强度大。有些工作环境比较恶劣，农用车驾驶员很难有好的工作环境。因此，研制应用于农业生产的无人驾驶农用车辆具有十分重要的意义[¨。1自动转向执行机构的研究情况

3、自动转向机构通过控制系统的作用不断调整前轮偏角来实现预定轨迹。目前，农用车辆的转向系统大致分为电动机控制和电液控制2种。根据这种方法．学者们研究了2种自动转向执行机构。1．1改装原有转向部分的自动转向执行机构罗锡文等通过改造原有转向系统设计出拖拉机电控液压转向系统，其特点是与拖拉机原有全液压机械转向系统并联使用，相互不影响【2]。其系统结构原理图如图1所示。图1电控液压转向执行机构矾g啪1Theactuatorsofelectrichydraulicsteering收稿日期：2011也一24作者简介：刘金波(1985一)，女

4、，硕士，从事农业机械自动控制方面的研究。吴晓鹏等在原有转向系统的基础上主要加装了比例电控阀并修改了油路．建立了一种直接电液控制的转向机构。具体是在原转向油路上并联安装转向控制机构，即并联一个用于电路控制的“转向器”。该电控“转向器”是一套电控液压阀，把原来手动控制转向的方向盘及其连带的液压转向器改为电控的液压电磁阀机构【扪。其结构图如图2所示。图2改装后的电控液压转向执行系统t'ignre2Theactuatorssystemofrestructuredelectrichydraulicsteering1．2不改变原有转向部

5、分的自动转向执行机构为了尽可能的减少对原有转向机构的改造．有的学者采用在原有转向机构的基础上加装自动转向执行机构的办法，来实现自动转向操作。胡炼等人以久保田SPU一68型插秧机为研究平台，研制自动转向执行机构。其原有转向机构通过液压方向盘完成。加装安装架并在安装架上放置直流电机。以直流电机为驱动，在直流电机输出轴上安装摩擦轮，通过拉簧使其紧靠方向盘外沿。利用摩擦原理带动方向盘转动。为了方便操作，还增加了离合装置，以完成摩擦轮和方向盘之间的离合。同时，由于正压力较大，没有在摩擦轮和方向盘之间打滑。因而整个系统可以看作一个轮系，

6、便于分析[41。其结构图如图3所示。张智刚等以日本久保田SPU一60型插秧机为研究对象，为了在不改变原有转向装置的情况下实现自农业科技与装备2011年4月图3摩擦轮自动转向执行机构Figure3Frictionwheelautomaticsteeringactuators动转向操作，在插秧机上增加了转向操纵控制器和转向驱动机构。同时，根据安装方便和简单实用的原则，中间传动机构由一对传动齿轮和链条组成。电机和减速器组合为一个整体．减速器的输出轴上安装一个直齿轮[5

7、。2自动转向控制系统研究．转向控制系统是自动导航与路径跟踪控制

8、的关键。控制方法的选择及控制系统性能的优劣对整个控制系统起着至关重要的作用。因此国内多位学者对不同的控制方法进行了研究。2。1PID自动控制转向控制系统罗锡文等通过综合PID控制方法和前轮转向角反馈控制方法．得到了一种新的控制算法—基于速度的自适应PD和前轮偏角反馈控制方法。为智能移动平台精确实现自动导航提供了依据。连世江等以福田欧豹4040型拖拉机为研究平台，进行拖拉机自动转向控制系统研究。所设计的控制器具有良好的快速性和准确性，能够满足拖拉机转向控制的需求[引。刘兆祥等通过转向控制算法实现前轮自动转向控制[7]，其转向控

9、制原理如图4所示。图4数字PID转向控制结构图Figure4DigitalPIDsteeringcontrolstructure2．2模糊控制自动转向控制系统代峰燕等以铁牛654拖拉机为研究平台，进行了自动转向控制系统的研究，提出了基于简化的运动学模型模糊控制方法。仿真和试验表明，该控制器