本發(fā)明涉及一種電控系統(tǒng),尤其涉及一種四輪驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向自動駕駛底盤的電控系統(tǒng)。
背景技術(shù):
目前,隨著農(nóng)田經(jīng)營規(guī)模逐漸擴大,地塊面積越來越大,對農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量要求越來越高,駕駛員操作難度也越來越大,迫切需要一種高地隙自動駕駛底盤。自動駕駛技術(shù)的使用可保證植保機械的精確作業(yè),降低人工技術(shù)要求,為精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
近年來,農(nóng)機科技人員在自動駕駛技術(shù)開發(fā)方面做了一定的努力和探索。左志宇等(2010)設(shè)計了一種高地隙四輪液壓驅(qū)動底盤滑轉(zhuǎn)率控制系統(tǒng),通過實時獲取的角位移和轉(zhuǎn)速信號,利用FUZZ-PID 算法實現(xiàn)底盤的打滑判斷和調(diào)控。吳鵬等(2009)以東方紅-X804型拖拉機為平臺,改造原拖拉機的油路,使用電控比例液壓閥,并設(shè)計電控單元,組成了自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。雷小龍等(2011)設(shè)計了一種植保機械底盤控制系統(tǒng),硬件以AT89SC52單片機為核心,應(yīng)用C 語言編程將測速模塊、電源、鍵盤、顯示模塊和直流電機驅(qū)動模塊有機結(jié)合起來,控制植保機械的前進和轉(zhuǎn)向。目前,國內(nèi)現(xiàn)有研究雖然能夠?qū)崿F(xiàn)底盤的驅(qū)動和轉(zhuǎn)向,但是沒有實現(xiàn)底盤的自動駕駛,自動駕駛技術(shù)水平仍然需要進一步提高。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是為了提高植保機械作業(yè)精度、降低駕駛員操作難度,設(shè)計了一種高地隙全液壓四輪驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向自動駕駛底盤。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
四輪驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向自動駕駛底盤的電控系統(tǒng)主要由行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和車架組成。行駛系統(tǒng)主要包括車輪、液壓馬達和減速機組成。
所述的底盤的液壓系統(tǒng)主要由行走閉式回路和轉(zhuǎn)向開式回路組成。
所述的行走驅(qū)動包括雙聯(lián)軸向柱塞變量泵、液壓馬達及比例電磁閥等。
所述的轉(zhuǎn)向控制回路由定量齒輪泵、電液比例換向閥和4個轉(zhuǎn)向油缸組成,由定量齒輪泵直接對4個轉(zhuǎn)向油缸供油。
所述的電控系統(tǒng)由車載電腦、行車控制器、行車狀態(tài)參數(shù)采集器、傳感器等組成。
所述的車載電腦選用EPCS-8980型ARM工控機(廣州致遠電子有限公司),具有5路USB接口、2路CAN接口和3個RS-232接口,即具有較強的數(shù)據(jù)處理能力,又具有豐富的外圍擴展接口。
所述的行車控制器的主芯片采用DSP56F805。該芯片結(jié)合數(shù)字信號處理器(DSP)的處理能力與MCU功能,它還集成了8路12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊,支持CAN2.0B協(xié)議的控制器模塊。
所述的行車狀態(tài)參數(shù)采集器采用廣州致遠電子有限公司的iCAN-4017模塊、iCAN-7202模塊和iCAN-4400模塊。iCAN-4017模塊用于采集模擬量輸入信號,具有8路模擬量輸入通道, 模擬量信號的分辨率為16位,可采集轉(zhuǎn)向角傳感器、水平傾角傳感器及橫擺角速度傳感器的信息。
所述的角速度傳感器選用TRD-J1000-RZ速度編碼器(北塘區(qū)神港機電商行),工作電壓4.75~30VDC,可實現(xiàn)每轉(zhuǎn)1000個脈沖。轉(zhuǎn)向角傳感器選用TMCW6V-90角度傳感器(青島泰潤電子科技有限公司),工作電壓10~30VDC,輸出信號1~5V,量程0°~90°,精度±0.04°。水平傾角傳感器選用YC-T350D-H 傾角傳感器(上海鈺誠電子有限公司),工作電壓為9~15VDC,量程為±5°~±30°,輸出信號為0.5~4.5V,精度為0.01°。橫擺角速度傳感器選用微型陀螺測量系統(tǒng)MIN-900-2(陜西航天長城測控有限公司),工作電壓為9VDC,方向量程為0°~360°,角速度量程為-300~300°/s,精度為±5°。
本發(fā)明的有益效果是:
四輪驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向自動駕駛底盤的電控系統(tǒng)實現(xiàn)了對液壓元器件的控制,保證了其運行的可靠性,可滿足實際作業(yè)要求,同時該電控系統(tǒng)也可用于通用自主移動平臺上。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是底盤總體布置示意圖。
圖2是電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
其中,1-消聲器,2-空濾器,3-前輪罩,4-散熱器,5-照明燈,6-保險杠,7-動力罩(內(nèi)有發(fā)動機、泵閥等),8-電氣控制箱,9-后輪罩,10-輪胎,11-燃油箱、液壓箱,12-蓄電池,13-車架,14-行走驅(qū)動機構(gòu),15-輪輞,16-伸縮機構(gòu)。
具體實施方式
如圖1所示,四輪驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向自動駕駛底盤的電控系統(tǒng)由主要由行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和車架組成。行駛系統(tǒng)主要包括車輪、液壓馬達和減速機。每個車輪配置一個變量插入式液壓馬達,實現(xiàn)四輪驅(qū)動。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由4 套轉(zhuǎn)向機構(gòu)和轉(zhuǎn)向油缸組成。轉(zhuǎn)向油缸一端鉸接在車架上,另一端連接轉(zhuǎn)向搖臂,可推動車輪圍繞轉(zhuǎn)向節(jié)豎直軸線旋轉(zhuǎn),從而實現(xiàn)四輪獨立偏轉(zhuǎn)。液壓系統(tǒng)主要由行走閉式回路和轉(zhuǎn)向開式回路組成。液壓泵選用串聯(lián)的通軸三聯(lián)泵,前兩泵對液壓馬達供油,定量齒輪泵通過控制電液比例換向閥驅(qū)動轉(zhuǎn)向油缸,實現(xiàn)車輪獨立轉(zhuǎn)向。電控系統(tǒng)主要包括車載電腦、行車控制器、液壓控制元件、數(shù)據(jù)采集器及傳感器等。通過電控系統(tǒng)控制各個液壓元件,實現(xiàn)底盤的前進、倒退及轉(zhuǎn)向等功能。車架系統(tǒng)主要包括車架、輪距調(diào)整機構(gòu)和地隙調(diào)整機構(gòu)。輪距調(diào)整機構(gòu)通過伸縮軸架在伸縮殼體內(nèi)的水平滑移,調(diào)整兩側(cè)輪胎的中心距。地隙調(diào)整機構(gòu)通過伸縮軸架在轉(zhuǎn)向架上的豎直移動,調(diào)整兩側(cè)輪胎的中心距。底盤的液壓系統(tǒng)主要由行走閉式回路和轉(zhuǎn)向開式回路組成。行走驅(qū)動包括雙聯(lián)軸向柱塞變量泵、液壓馬達及比例電磁閥等。雙聯(lián)軸向柱塞變量泵直接對4個液壓馬達供油,通過一個比例電磁閥調(diào)節(jié)變量泵出油量的大小和方向,可以控制各液壓馬達的正反轉(zhuǎn),并對馬達的轉(zhuǎn)速大小進行粗調(diào)。每個液壓馬達單獨和一個比例電磁閥相連,通過各比例電磁閥控制各液壓馬達的進油量,對各液壓馬達的轉(zhuǎn)速進行微調(diào)。液壓馬達轉(zhuǎn)速方向和大小的變化,可以實現(xiàn)車輪的前進、后退和轉(zhuǎn)速變化的功能,從而實現(xiàn)底盤的四輪驅(qū)動,并進行差速轉(zhuǎn)向或防打滑控制。轉(zhuǎn)向控制回路由定量齒輪泵、電液比例換向閥和4個轉(zhuǎn)向油缸組成,由定量齒輪泵直接對4個轉(zhuǎn)向油缸供油。當行車控制器發(fā)送電流信號給每路電液比例換向閥時,電液比例換向閥進行換向,進而每個車輪的轉(zhuǎn)向油缸伸縮變化,由轉(zhuǎn)向油缸推動轉(zhuǎn)向搖臂,從而推動車輪圍繞轉(zhuǎn)向節(jié)豎直軸旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)每個車輪的獨立轉(zhuǎn)向角控制。
如圖2所示,電控系統(tǒng)由編碼器采集各個車輪的轉(zhuǎn)速,由轉(zhuǎn)向角傳感器采集各個車輪的偏轉(zhuǎn)角,水平傾角傳感器采集底盤的縱橫向傾角,橫擺角速度采集底盤的橫擺角速度。行車狀態(tài)參數(shù)采集器接收各個傳感器信號,并通過CAN總線發(fā)送到車載電腦和行車控制器。行車控制器根據(jù)車載電腦指令和各個傳感器參數(shù),按照行車控制模型生成控制指令,發(fā)送到各個液壓控制閥來控制各個液壓控制元件,實現(xiàn)底盤的前進、倒退及轉(zhuǎn)向等功能。車載電腦是整個電控系統(tǒng)的信處理中心和人機對話中心,需要和行車控制器、行車狀態(tài)參數(shù)采集器等進行信息傳輸和數(shù)據(jù)交互,必須具有CAN接口等豐富的通訊接口。行車控制器作為整個電控系統(tǒng)的測控中心,需有較高的運算速度和較強的計算能力并具備CAN總線接口,以實現(xiàn)與車載電腦和行車狀態(tài)參數(shù)采集器之間的通訊。行車狀態(tài)參數(shù)采集器采用廣州致遠電子有限公司的iCAN-4017模塊、iCAN-7202模塊和iCAN-4400模塊。iCAN-4017 模塊用于采集模擬量輸入信號,具有8 路模擬量輸入通道, 模擬量信號的分辨率為16位,可采集轉(zhuǎn)向角傳感器、水平傾角傳感器及橫擺角速度傳感器的信息。iCAN-7202 模塊用于對工業(yè)現(xiàn)場的脈沖信號計數(shù)或測頻,具有2路32位可級聯(lián)正脈沖加/減計數(shù)器、可編程數(shù)字濾波器,能夠有效濾出高頻脈沖干擾,可采集角速度傳感器的信息。iCAN-4400模塊用于提供電流或者電壓輸出信號,具有4路模擬量輸出通道,可輸出1~5V電壓或者4~20mA電流信號,可對各比例電磁閥進行控制。底盤最高行駛速度7.5km/h,輪胎行駛半徑為650mm,最大角速度為3.2rad/s底盤最大轉(zhuǎn)向角不超過45°。