四轮转向液压底盘自动驾驶系统设计

针对“精准农业”的作业需求,为提高植保机械的作业精度,降低驾驶人员的工作强度,设计了一种四轮转向液压底盘自动驾驶系统。该系统主要由车载电脑、行车控制器、RTK-DGPS采集装置、电控液压转向装置及行车状态采集装置等组成。行车状态采集装置采集行车参数信息并基于i CAN通信协议进行系统通信。车载电脑根据导航控制模型和各传感器实时参数生成控制指令,行车控制器根据车载电脑指令根据四轮车运动模型生成电控信号,并通过各电磁阀控制液压马达和转向油缸实现对底盘4个轮的转向。试验结果表明:当底盘前进速度为2m/s时,平均跟踪误差不超过0.04m。     

基于直流电机与全液压转向器直联的自动转向系统研究

针对农机装备电控液压自动转向系统生产成本高及电动方向盘自动转向系统中控制力矩小、存在自由行程的问题,设计了基于直流电机与全液压转向器直联的自动转向机构及其电控系统,该系统主要包括自动转向执行机构、自动转向控制器和液压转向机构等。自动转向执行机构与原车液压转向机构连接实现自动转向功能,考虑了底盘阿克曼角的自动转向控制器实现车轮转向的精确控制,通过在转向驱动电机输出轴安装电磁离合器和转向柱扭矩传感器实现人工驾驶模式和自动驾驶模式的自动切换。试验结果表明,车轮转角响应平均稳态误差小于0.1°,最大稳态误差为0.158°,±20°阶跃信号最快响应时间达1.2 s,超调量小于1%,可以满足对各种轮式农机的自动导航辅助驾驶转向系统性能的要求。     

静液压—机械驱动桥式履带底盘分段跟随转向控制研究

为提高静液压-机械驱动桥式履带底盘转向的可操作性及安全性,设计了一种分段跟随控制策略及利用转向盘输入的转向电控系统。根据打滑条件下履带底盘转向分析结果,求解出理论转向轨迹,并根据机械驱动桥响应复位时间进行分段处理。实际履带底盘转向轨迹根据控制策略中所划分的行驶方向角度与位置偏离限控制每一分段时间内驱动桥的离合制动器作用状态,实时跟随理论轨迹。建立了控制策略的评价方法,并进行了算法仿真和电控系统设计及实车试验。仿真结果表明控制算法履带底盘转向相对误差为5.9%~10%,执行器作用平均频率为2.5~6.6 Hz。实车试验表明,利用转向盘输入的电控转向系统可满足静液压-机械驱动式履带底盘的转向需求,能够实现驾驶人员转向意图,转向过程平稳。同时,电控系统能够有效减少履带底盘转向过程中的原地滑转,从而减小对地面和农作物的损伤。     

车载电控单元自动诊断测试平台的设计与实现

随着车载电控单元（ECU）的日益增多及其功能的日益复杂,对电控单元诊断测试的要求越来越高。为解决车载ECU的诊断测试,研究了基于控制器局域网络（CAN）的ECU自动诊断测试方法,并结合国际标准诊断规范和诊断测试系统的需求搭建了自动化诊断测试软件平台。该平台可以支持多种ECU在开发阶段的诊断测试,大大降低了ECU测试的复杂度,同时减少了工作量。     

铰接轮式拖拉机线控转向技术的应用

正线控转向技术在重型农用拖拉机领域现已得到广泛应用。本文以铰接轮式拖拉机为研究对象,在保留全液压转向器控制系统的同时,对线控液压转向系统的控制方法进行设计,实现全液压转向与线控转向并存。该设计运用传感器和电液技术,通过电控单元的控制,完成拖拉机的转向动作,使得转向系统更加灵敏、精确,操作更加简单省力,从而提高拖拉机的转向性能,改善驾驶员的人机化操纵,从而提高了拖拉机的作业效率。一、线控转向系统总体方案     

拖拉机工况与故障信息远程监控装置的设计

设计一种可对在外作业的电控拖拉机工况与故障信息进行远程监控的装置。应用XC2785芯片作为核心处理器,通过整车CAN网络实现与各车载控制器的信息交互,经GPRS网络与远程监控中心建立无线连接,实现远程通信。试验测试表明,本监控装置工作稳定、实时性高,可较好满足实际装车需求。     

基于CAN总线的自动换挡变速器分布式控制系统

以4WG－200变速器为样机，针对工程车辆控制系统中传感器多、信息交换频繁，并且在重载下作业效率低、故障率高的特点，建立了基于控制器局部网（CAN）的工程车辆自动换挡变速器分布式控制系统。通过CAN总线，实现对各电控单元的实时数据采集、传送和处理。分析了自动换挡的基本规律和影响换挡品质的因素。实践证明该系统性能可靠，实时处理和抗干扰能力强，具有良好的应用前景。     

基于预测控制的汽车主动悬架与电控液压助力转向系统的集成控制

建立了电控液压助力转向系统和主动悬架的动力学模型,PID控制的双闭环电控液压助力转向系统输出转向助力,根据车身姿态参数动态调整悬架作动器作用力的大小,从而实现悬架和转向的集成控制。引入预测控制理论,并建立了预测控制器,相对于传统的悬架和转向系统,车辆的操纵轻便性、稳定性、安全性和行驶平顺性等整车综合性能都得到了改善。     

玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统设计与试验

针对玉米中耕追肥时肥料利用率低、液压驱动变量施肥转速控制效果差,以及电机驱动力不足等问题,设计了大垄双行玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统。系统主要包括光谱传感器、车载计算机、控制系统及液压系统。电控液压系统主要由液压泵站、电磁比例阀、液压马达、编码器及移动控制器等组成。移动控制器以微控制单元为核心,通过PID控制算法输出PWM信号,驱动电磁比例阀,达到稳定控制液压马达转速目的。搭建室内台架试验台,采用MatLab对电控驱动系统PID控制进行仿真测试,以减少整定PID系数次数,提高整定效率,初步确定PID参数分别为K_P=4.59、K_I=0.469、K_D=0.117。室内台架试验结果表明:确定PID控制参数分别为0.73、0.47、0.40,设定转速指令为100r/min时,电控液压驱动系统的超调量为13%、响应时间为0.85s,系统等幅振荡稳定后平均转速为99.8r/min,转速偏差为0.2%,转速控制精度高。田间试验表明:电控液压驱动系统控制精度高,在不同转速下转速控制精度可达98%,均可达到稳定控制的效果,可满足玉米中耕变量施肥精准控制的要求。     

基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统

以ISO 11783协议作为系统数据通信的标准,开发了基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统,该系统包括控制终端、GPS节点、电子罗盘节点、角度传感器节点及转向控制节点,其中控制节点采用比例参数可调节的自适应PID控制算法实现车辆的转向控制.通信测试结果表明,该系统能够实时可靠地采集多个传感器信息和传输控制指令.车辆导航实验结果表明,转向控制方法能够以较快的速度跟踪目标值,具有良好的控制效果.     

基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统

以ISO 11783协议作为系统数据通信的标准,开发了基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统,该系统包括控制终端、GPS节点、电子罗盘节点、角度传感器节点及转向控制节点,其中控制节点采用比例参数可调节的自适应PID控制算法实现车辆的转向控制。通信测试结果表明,该系统能够实时可靠地采集多个传感器信息和传输控制指令。车辆导航实验结果表明,转向控制方法能够以较快的速度跟踪目标值,具有良好的控制效果。     

基于ARM的电控液压动力转向系统控制器研究

电控液压动力转向(ECHPS)系统可克服传统液压动力转向系统助力大小不可调节的缺陷,使驾驶员在汽车高速行驶时能获得较强的路感。经过研究车速与转向助力的关系,设计了一种基于ARM微处理器的ECHPS系统控制器,可根据车速传感器提供的车速信号,利用车速与助力特性的函数关系,输出PWM占空比控制数字阀,以达到控制助力大小的目的。通过软硬件的仿真调试,实现了随着输入模拟量的变化,可迅速输出相应的PWM占空比值,满足了在不同车速下获得不同助力特性的要求。     

基于神经网络逆系统方法的汽车底盘解耦控制

为了消除汽车底盘各电控子系统间的耦合影响,采用了一种基于神经网络逆系统方法的底盘解耦控制策略.对集成主动前轮转向( AFS)、直接横摆力矩控制(DYC)和主动悬架(ASS)的汽车底盘系统进行研究,利用Interactor算法分析了底盘系统的可逆性,建立了多变量底盘系统的BP神经网络逆系统模型,将闭环控制器与神经网络逆系统组成复合控制器用于改善系统的动态性能,并进行了仿真验证.结果表明,基于神经网络逆系统方法的解耦控制策略能够消除底盘各电控子系统间的干涉和耦合影响,有效改善整车的操纵稳定性.     

设施环境下智能移动作业平台控制系统研制

设施环境下的移动作业平台作为棚内施药、采摘等设备的载体,由于其作业环境的限制,对其控制系统的精确性和实时性的要求更高。为提高设施移动作业平台作业效率和精度,提出了基于CAN总线的分布式控制结构的智能移动作业控制系统,该系统分为主控制和功能节点两个部分,主控制器负责采集移动平台位置信息并进行控制决策,各功能节点实现对移动平台的转向、变速以及设备控制。整个系统的通信根据ISO11783标准设计完成。系统通信能力测试结果表明,该移动作业平台的智能控制系统能够满足设施环境作业需求,工作性能稳定可靠。      

前桥摆转转向式液压四驱底盘的转向控制研究

为使前桥摆转转向式液压四驱底盘在行走过程中能够平顺转向,设计了利用行走轮驱动马达的背压变化来减速驱动轮实现最小转向角度控制的转向方式。行走驱动系统由4个同型号的液压马达并联而成,4个液压马达直接与4个轮子相连,背压由安装在前轮两侧回路的溢流阀提供。同时,利用AMESim进行液压转向控制系统的建模仿真,探讨了底盘的转向半径与背压的关系,转向半径的大小与背压的大小成正比。样机转向性能试验结果表明:背压越大,转向半径越小,背压控制转向可行;由背压导致的两侧回油压差范围在0~0.5MPa之间,转向半径由无限大到原地转向。     

电控液压助力转向的建模和仿真

针对传统的液压助力转向系统,提出通过脉冲调制控制器、伺服旋转控制阀、转向机构等构成的电控液压助力转向系统的仿真模型。在Matlab环境中对中位开式和中位闭式电控液压助力转向系统进行仿真,通过PWM脉宽调制来调速电动机,达到节能的目的。     

负载口独立控制系统试验台电控系统设计

负载口独立控制系统是一种进、出油路独立调节的新型液压系统,可以实现运动控制的同时,兼顾节能特性。本课题针对负载口独立控制系统的运动控制特点和节能特性,根据试验台的控制要求,采用了CAN总线通讯技术,选用了控制器、传感器、流量计等相关电控元件设计了负载口独立控制系统试验台的电控系统,编写了相关程序,并对负载口独立控制系统在典型工况下进行了节能特性试验。试验结果表明:负载口独立控制系统的节能特性优于传统单阀芯阀控系统。     

山地拖拉机电控液压转向系统设计分析

为进一步提升山地拖拉机的工作效率及作业过程中转向系统的运转平稳性与准确性,采用电机控制技术,针对山地拖拉机的电控液压转向系统进行设计分析。基于转向控制的内部形成机理,建立了电控液压转向控制系统数学模型,对转向系统的核心部件进行参数选取,实现机身转向平稳机构设计。利用SolidWorks构建电控液压转向系统的物理模型,并结合3Dmax提供山地作业场景,从转向系统转矩控制与拖拉机行进速度变化角度进行转向仿真试验。试验结果表明:选取转向角度与转向平稳性作为评价分析参数,在角度范围-25°～25°之间变化时,每次变化角度误差在-0. 64°～+0. 94°的范围内,满足设计要求;转向试验过程中机身的转向平稳性控制在79. 8%以上,大于75%的设计指标,说明仿真试验可行。     

丘陵果园除草机器人底盘系统设计与试验

针对丘陵果园环境非结构化且复杂多变,常规的除草方式效率低等问题,设计了一种果园除草机器人底盘系统。根据果园丘陵地形地貌环境,确定车体控制方式和除草机器人底盘的总体结构方案,主要包括液压传动系统、电气控制系统等。设计配套的除草车电气控制系统和遥控接收、车载主控和导航功能的CAN通信协议。以运动控制为核心,采用角度传感器、电机驱动、车载主控、导航模块,构成闭环控制。使用自抗扰控制算法,以油阀控制电机为对象应用Simulink仿真,仿真结果显示自抗扰控制相比PID控制调节时间减少0.42s,超调幅度减小11.5%,稳定时间缩短0.14s。田间试验表明,运用自抗扰控制、结合导航功能的除草机器人行走速度均值为6.2km/h,均方差0.037km/h,作业效率0.51hm2/h,有效除草率均值97.46%,可在25°斜面上正常行走,对导航路径的跟踪误差标准差为4.732cm,运动控制响应及时,能够提高除草作业安全性和准确性。     

基于BDS的果园施药机自动导航控制系统

根据果园施药机自动导航喷药作业需求,设计了一种基于北斗卫星导航系统(BDS)的施药机自动导航控制系统。该系统主要包括RTK-BDS接收机、导航控制器、转向控制器、电控气动转向系统和三轴电子罗盘。其中转向控制器、电控气动转向系统和三轴电子罗盘构成转向角闭环控制回路,该回路可根据导航控制器发送的施药机期望转向角实现转向角的随动控制。将施药机的运动学模型和纯追踪模型相结合,设计了施药机直线跟踪导航控制器,输入为位置坐标和方位角,输出为期望转向角。针对果园地形特点对施药机进行了导航路径规划,并在果园进行现场试验。试验结果表明:所设计的导航控制系统,在施药机行进速度为2 km/h时,直线跟踪最大误差不大于0.13 m,平均跟踪误差不大于0.03 m,能满足果园自动导航作业精度要求。