关于下一代智能拖拉机的研究

沈涛 熊开轩 陈艳萍

1、道依茨法尔机械有限公司 2、山东省临沭县店头镇官庄完小

引言

中央一号文件连续16 年关注农业农村，连续实施农业机械购置补贴政策，农村土地流转等国家政策大大地促进了农业机械化的发展。

随着农业规模化经营的发展，国内农机特别是拖拉机向大型化、智能化、高效率和低成本方向发展已成为必然。本文对DEUTZ-FAHR 牌的一款大型自动驾驶拖拉机DF2304 进行研究与分析。

1 产品主要特点

1.1 自动驱动系统（APS）

自动驱动系统（APS）采用电控动力换挡变速箱，集成电控四驱系统、差速锁系统、PTO 系统。

1.2 负载传感电控液压提升系统及液压转向系统

负载传感液压提升系统，液压泵采用变量泵。根据负载的大小自动调节液压泵的排量，达到节能的目的。系统具有力调节、位调节、力位综合调节、高度调节功能。图1 为采用液压变量泵驱动的负载传感液压提升系统。

1.3 智能犁深控制系统

通过角度传感器、机具作业状况传感器、牵引力传感器采集数据后输入控制器，在地面高低起伏变化时由控制器转化成提升杆位移变化量，然后驱动电磁阀控制提升器液压油缸做出相应动作，调整提升器高度，防止因地形变化造成耕深不一致[1]。

1.4 360°全景监控系统

360°全景监控系统又称全景行车可视辅助系统，由硬件系统和软件系统组成。

1.5 智能导航系统

1.5.1 导航与定位

拖拉机的导航与定位是实现拖拉机无人驾驶的关键环节，是保证拖拉机精准转向的重要基础[2]。通过北斗卫星定位导航系统对整车进行高精度定位和导航，实现整车行驶路线规划。自动转向配合着车辆自带的简单编程，可以实现全程自动化操作。如图2 所示：

图1 采用液压变量泵驱动的负载传感液压提升系统

图2 编制指令程序示例图

1.5.2 自动转向控制

自动转向控制是实现拖拉机自动转向的最为关键的环节。目前，自动转向控制方法的研究热点是模型控制法、PID 控制算法以及双闭环控制法。

一种代表性的PID 控制算法是李世超等提出来的“嵌套双闭环PID 控制方法”。[3]

式中：u(t)为电机转动脉冲指令信号；e(t)为转角待补偿对应的脉冲数字量；Kp 为比例系数；T1为积分系数；TD为积分时间常数。

1.5.3 图像识别系统

高清摄像头和图像识别系统通过与AI 人工智能的结合，可有效保证整车行驶的安全性。

1.6 智能终端及运维技术

配置高精度卫星定位系统，支持GPS 及BDS 定位。配置电机动力转向系统[4]——电动方向盘，可以实现自动驾驶。配置智能终端系统，具有定位、导航、数据上传及信息采集功能。

通过后台软件平台实现大数据管理，可以远程监控拖拉机运行状态、远程诊断故障。

1.7 人机工程优化技术

充分考虑人机工程技术进行优化设计。采用电子角度传感器控制的湿式离合器、悬浮式驾驶室，降低操纵控制力和驾驶室噪声[5]。方向盘不仅高度可调，角度也可以调整。空气悬浮座椅，前后、上下、倾角都可以调整。

2 结语

本文对一款大型自动驾驶拖拉机进行介绍、分析。该拖拉机采用全电控高压共轨技术发动机，电控自动驱动系统（APS），智能犁深作业管理系统，360°全景监控系统，智能导航系统，智能终端系统。能够配置多种大型多功能复式作业机具，适用于大地块、大型农场的深耕、耙、犁等农田智能化作业，使国内具有自主知识产权的产品达到国际领先水平，同时推动农业装备的人工智能化进程。