[发明专利]履带式联合收割机的自动驾驶系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于农业自动控制领域，具体涉及收割机的自动控制系统。

背景技术

谷物联合收割机的机械构造技术已经非常成熟，因其优良的综合性能和极高的工效，得到普及推广，其中，履带式收割机因其转弯半径小、能适应较陷的水田环境，在我国南方，甚至北方地区具有很大的市场占有率。然而，驾驶收割机作业，一方面，不仅枯燥、乏味，而且由于受水稻或小麦长势的影响，为了使机械化收割作业的损失率最小，驾驶员需不断调整车速和改变行驶方向；另一方面，稻麦收割时，地块一般已处于非常干燥状态，为了提高作业效率，驾驶员通常高速行驶作业，他们需忍受强烈的颠簸，劳动强度极大。市场迫切需求收割机增加自动驾驶功能，使驾驶员只需集中精力于机器工况的监视。

在履带式车辆的自动驾驶控制方面已经有所研究及发明。例如吴绍斌等在《遥控履带车辆的转向控制方法》(《北京理工大学学报》,2007，Vol.27(8):(680～683))提出了一种遥控的履带转向控制系统，遥控器发出驾驶指令控制转向拉杆伸缩实现调整轨迹的目的。该作者构建了转向操纵闭环系统模型，针对遥控信息的时间滞后，设计了预测和断续转向控制方法。也有人对轮式农机的自动导航驾驶进行了研究，例如罗锡文等在《东方红X-804拖拉机的RTK-GPS自动导航控制系统》(农业工程学报，2009，Vol.25(11):139～146)提出的一种基于RTK-RTK-GPS的自动导航系统，能很好的实现拖拉机的自动导航控制。前者采用遥控方式，当机器距离控制人较远时，较难观察轨迹的偏差，控制精度必然下降，而且他必须时刻监视并控制机车，劳动强度仍然很大；后者实现了自动导航驾驶控制，但是四轮行走系与履带行走系在调整车身姿态方面存在较大的差异，其转向控制方式完全不同，因此有必要发明履带式联合收割机的自动导航驾驶系统。

发明内容

为了克服现有履带式收割机在驾驶装置自动化、智能化方面的不足，本发明提供了一种履带式收割机的自动导航驾驶系统，它可代替人工驾驶任务：控制转向、控制车速、控制割台，驾驶员仅需监视机车的工况，工作强度大幅降低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在驾驶员座位的左侧、收割机纵轴线上，安装一支高约0.6米的GPS支架，其上方固定一台RTK-GPS接收机和移动站电台的天线；在驾驶员座位左侧的调速面板上，以摇杆电子调速手柄代替机械式调速手柄，其下方的HST变速箱的伸出轴端加装电控HST调速机构，它们之间不再存在机械式的铰链联接，而以信号线代替；以电子转向手柄代替原机械连杆式手柄，以电磁转向液压阀代替原集成手动转向液压阀，它们之间同样不再存在机械式的铰链联接；驾驶仪表板的正上方是倾斜安装的导航控制器，在驾驶仪表板的正下方固定ECU插件箱和RTK-GPS接收机；在车载蓄电池的底部增加阻尼器以减弱电池表面的振动，该电池的上方固定是姿态ECU。

各部件的结构是：

自动导航电子系统采用分布式体系结构，由导航控制器、履带ECU卡、HST-ECU卡、GPS-ECU卡和姿态ECU组成。导航控制器是系统的总控中心，它与4个ECU之间通过挂灯 笼式CAN网络传输信息。导航控制器具有接收GPS的经纬度定位信息、估计收割机当前的姿态、规划作业路径、控制行车的偏差量、调节速度等功能，GPS-ECU卡接收移动站RTK-GPS的定位数据，通过CAN网络发送数据给导航控制器；姿态ECU发送横滚角、航向角到CAN网络上由导航控制器接收处理；HST-ECU卡接收导航控制器的指令或摇杆电子调速手柄的开关信息控制收割机的运动速度；履带ECU卡接收导航控制器的指令或电子转向手柄的开关信息控制收割机向左或向右调整姿态，或控制割台提升、降落。

ECU插件箱把上述的除姿态ECU以外的其他三块板卡集成在一个箱体内，其内部还包括一块总线底板，各块插卡通过插件箱内的上、下槽和总线底板固定在箱体内。总线底板主要是CAN总线，外部的开关信号、传感器信号和RS232串口信号被相应的ECU卡处理，通过总线底板上传信息给导航控制器，导航控制器发出的指令也通过总线底板传达到各ECU卡。如果未来需要继续增加控制对象，例如拨禾轮、卸粮口等，则只需增加插件卡，使得测控系统具有极大的扩容能力。