CN103158713A - 一种拖拉机智能控制方法与智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拖拉机智能控制方法与智能控制系统，通过传感器采集相应的信号，获取拖拉机当前运行的状态，在此基础上控制器对各参数进行计算、分析和判断，并将信息处理后给步进电机和高速电磁阀控制信号，使主离合器、PTO离合器、制动踏板执行机构、发动机油门拉杆执行机构、液压悬挂机构等装置动作，来防止拖拉机驱动轮的过度滑转及传动系过载，保证较好的舒适性、燃油经济性、牵引性，并提高拖拉机传动系和轮胎的寿命。

Description

一种拖拉机智能控制方法与智能控制系统

技术领域

本发明涉及一种拖拉机智能控制方法与智能控制系统。

背景技术

拖拉机是我国农田作业的主要动力，然而在犁耕作业时由于受附着力的限制，拖拉机驱动轮特别是在未耕地上滑转严重。轮式拖拉机在高滑转率下行驶时，传动系会失稳，从而产生强烈的自激振动，不仅影响拖拉机的舒适性，而且其牵引性能明显下降，燃油消耗增加，并引起轮胎快速磨损。拖拉机在农田带农机具作业时，工作阻力会因土壤状况的变化而变化，尤其是在农机具碰触到土壤中的石块、木桩等杂物时会引起工作阻力突然变大。工作阻力突然变大不仅会引起驱动轮过度滑转，并且严重时会使拖拉机传动系过载。

传统的拖拉机如果要进行过载和滑转保护，需要对机械机构进行改进，这是难以完成的。所以在实际使用中只能依靠驾驶人员的经验，而由于路况的各种不同情况和驾驶人员经验的差异，也不可能起到很好的保护效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种拖拉机智能控制方法与智能控制系统，用以解决现有技术中难以实现对拖拉机滑转和过载保护的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种拖拉机智能控制方法，步骤如下：

a）监测路面状况，设定与当前路况对应的极限滑转率；

b）判断实时滑转率是否小于所述与当前路况对应的极限滑转率；

c）如果实时滑转率大于或者等于所述与当前路况对应的极限滑转率，则进一步判断拖拉机是否过载，如果不过载，则减小油门开度、制动；如果过载，则减小油门开度、制动并且切断发动机向动力系的动力输出，提升农机具。

一种拖拉机智能控制系统，包括：

路面状况监测传感器，用于监测路面状况的；

车速传感器和车轮转速传感器，用于测量车速与车轮转速；

力传感器，用于测量农机具工作阻力；

控制器，采样连接所述路面状况监测传感器、力传感器、车速传感器和车轮转速传感器，输出控制连接执行机构，执行机构至少包括油门执行机构、制动执行机构、离合器执行机构和农机具执行机构；控制器用于根据路面状况监测传感器监测的路面状况确定当前路况对应的极限滑差率，根据测量得到的车速与车轮转速计算实时滑差率，并且判断判断实时滑转率是否小于所述与当前路况对应的极限滑转率；如果实时滑转率大于或者等于所述与当前路况对应的极限滑转率，则根据力传感器测量的农机具工作阻力进一步判断拖拉机是否过载，如果不过载，则控制油门执行机构和制动执行机构减小油门开度、制动；如果过载，则控制油门执行机构和制动执行机构减小油门开度、制动并且控制离合器执行机构切断发动机向动力系的动力输出，控制农机具执行机构提升农机具。

车速传感器安装在非驱动轮上，车轮转速传感器安装在驱动轮上，力传感器安装在液压悬挂机构与农机具连接处，路面状况监测传感器安装在拖拉机底盘上。

油门执行机构包括步进电机、油门拉杆执行机构。制动执行机构包括制动电磁阀、制动踏板执行机构。离合器执行机构包括主离合器电磁阀、主离合器执行机构、PTO离合器电磁阀、PTO离合器执行机构。农机具执行机构包括液压悬挂机构电磁阀、液压悬挂机构。

所述控制器还控制连接有语音报警装置。

所述的控制器为DSP控制器。

本发明将电子控制技术用于拖拉机传动系的防滑转、防过载保护，通过判断滑转率、载荷的大小，当驱动轮的实时滑转率达到极限滑转率时，减小油门开度，并对驱动车轮制动，减少了拖拉机的燃油消耗，降低了滑转率，避免了传动系的自激振动，减小了轮胎的磨损程度，提高了拖拉机的牵引性和舒适性。当驱动轮的实时滑转率达到极限滑转率，且农机具的工作阻力达到规定值时，切断发动机与传动系的动力传递，降低传动系承受的载荷，防止传动系零部件损坏，同时提升农机具，减小了土壤中杂物对农机具的损坏，提高了农机具的使用寿命。

控制器采用电子控制单元，控制执行机构动作，操作简便。DSP控制器灵活性好，可靠性高，编程、接线简单，体积小、重量轻，且抗干扰能力强。

附图说明

图1是智能控制方法流程框图；

图2为本发明智能控制系统的控制系统框图；

图3、图4为本发明控制系统电路原理图；

J2，拖拉机12V电源接口；JP1，拖拉机行驶速度传感器接口；JP2，车轮转速传感器接口；JP3，农机具拉力传感器接口；J2，路面状况传感器接口；JP4，离合器电磁阀接口；JP5，制动踏板电池阀接口；JP6，农机具抬升电磁阀接口；JP7，油门拉杆电机接口；LS1，扬声器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，一种拖拉机智能控制方法，步骤如下：

a）监测路面状况，设定与当前路况对应的极限滑转率；

b）判断实时滑转率是否小于所述与当前路况对应的极限滑转率；

c）如果实时滑转率大于或者等于所述与当前路况对应的极限滑转率，则进一步判断拖拉机是否过载，如果不过载，则减小油门开度、制动；如果过载，则减小油门开度、制动并且切断发动机向动力系的动力输出，提升农机具。

当拖拉机处于过度滑转或过载状态时，上述方法能够解除拖拉机的过度滑转或过载状态，从而能防止拖拉机驱动轮过度滑转、传动系过载和由此带来的传动系受损和轮胎磨损。

根据上述方法构建的智能控制系统如图4所示，包括：

路面状况监测传感器，用于监测路面状况的；

车速传感器和车轮转速传感器，用于测量车速与车轮转速；

力传感器，用于测量农机具工作阻力；

控制器，采样连接所述路面状况监测传感器、力传感器、车速传感器和车轮转速传感器，输出控制连接执行机构，执行机构至少包括油门执行机构、制动执行机构、离合器执行机构和农机具执行机构；控制器用于根据路面状况监测传感器监测的路面状况确定当前路况对应的极限滑差率，根据测量得到的车速与车轮转速计算实时滑差率，并且判断判断实时滑转率是否小于所述与当前路况对应的极限滑转率；如果实时滑转率大于或者等于所述与当前路况对应的极限滑转率，则根据力传感器测量的农机具工作阻力进一步判断拖拉机是否过载，如果不过载，则控制油门执行机构和制动执行机构减小油门开度、制动；如果过载，则控制油门执行机构和制动执行机构减小油门开度、制动并且控制离合器执行机构切断发动机向动力系的动力输出，控制农机具执行机构提升农机具。

车速传感器安装在非驱动轮上，车轮转速传感器安装在驱动轮上，力传感器安装在液压悬挂机构与农机具连接处，路面状况监测传感器安装在拖拉机底盘上。油门执行机构包括步进电机、油门拉杆执行机构。制动执行机构包括制动电磁阀、制动踏板执行机构。离合器执行机构包括主离合器电磁阀、主离合器执行机构、PTO离合器电磁阀、PTO离合器执行机构。农机具执行机构包括液压悬挂机构电磁阀、液压悬挂机构。

控制器可构造为数字计算机，其具有微处理器或中央处理单元、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、高速时钟、模数(A/D)和数模(D/A)电路、和输入/输出电路和装置(I/O)、以及适当的信号处理和缓冲电路。驻留在控制器中或可由其存取的控制算法可存储在ROM中，并被控制器自动地执行，以实施控制过程。控制算法为体现上述方法的控制流程。

本实施例中，控制器采用DSP，如图2、3、4所示。其最小控制系统由复位电路、电源模块、JTAG接口电路组成。车速传感器信号、车轮转速传感器信号通过整形和光电隔离调整电路后进入DSP捕获单元的输入引脚，捕获单元通过检测引脚上电平的跳变来检测车轮的转速和车速，通过计算获得拖拉机的实时滑转率。力传感器采集的农机具工作阻力模拟信号经过精密电阻、无源低通滤波器和电压跟随电路后输入DSP的A/D模块输入引脚。路面状况监测传感器采集的信号经过调整电路进入DSP串行外设接口，以串行通信方式与DSP完成通信。DSP的GPIO端口与语音芯片连接，通过扬声器将语音信号输出。油门拉杆执行机构由DSP的ePWM模块经驱动电路驱动步进电机控制。离合器执行机构、制动踏板执行机构、液压悬挂机构均采用电液控制方式，通过DSP的ePWM驱动电磁阀的通断电来实现执行机构的控制。

图2中，由于拖拉机电源电压为12V，而DSP芯片中需要1.9V和3.3V两路电压，所以在电源电路中采用LM317电源转换芯片将12V转换为5V直流电压，然后用电压精度比较高的TPS767D301电源芯片将5V电压转换成1.9V和3.3V。JTAG接口用于软件程序的仿真及下载，本发明采用TIDSP-XDS510仿真器。传感器信号采集电路中，路面状况监测传感器采集的数据按照RS485协议进行传输，在电路设计中，采用MAX3430电平转换芯片进行电平转换，并采用DB9串口完成传感器与控制器的连接。

图3中，警告指示灯通过DSP的GPIO端口控制，复位电路用于控制器的复位。语音电路采用语音芯片TLV320AIC23，在芯片输出端接有扬声器对驾驶员进行语音操作提醒。在执行机构驱动电路中，采用了高速光耦6N137进行信号隔离，续流二极管D使用肖特基二极管，完成对高速电磁阀的驱动。

当系统上电，路面状况监测传感器采集路面信息，根据路面信息控制器确定当前路面状况下的极限滑转率；车速传感器和车轮转速传感器分别采集拖拉机的车速和车轮转速，通过计算获得拖拉机驱动轮的实时滑转率，拖拉机驱动轮的实时滑转率可通过下列公式计算获得：

$s=\frac{\mathrm{r\ω}-v}{\mathrm{r\ω}}\×100\%---\left(1\right)$

$\mathrm{\ω}=\frac{2\mathrm{\π}\×n}{60}---\left(2\right)$

其中：s为滑转率；r为驱动车轮的半径；v为拖拉机的车速；ω为驱动车轮的角速度；n为驱动车轮的转速。控制器首先判断实时滑转率是否达到当前路面状况下的极限滑转率，当没有达到极限滑转率时，继续计算实时滑转率；当达到极限滑转率时，控制器根据力传感器采集的信号判断农机具的工作阻力，当农机具的工作阻力没有达到规定值时，拖拉机处于过度滑转且不过载状态，控制器一方面控制步进电机的转向和转速来改变油门拉杆位置，同时给制动电磁阀通电使制动系起作用，一方面使指示灯常亮；当农机具的工作阻力达到规定值时，拖拉机处于过度滑转且过载状态，传动系承载的载荷过大，需要切断发动机和传动系的动力传递，控制器一方面分离主离合器切断发动机到传动系的动力传递，分离PTO离合器切断发动机到动力输出轴的动力传递，给液压悬挂机构电磁阀通电提升农机具，控制步进电机的转向和转速来改变油门拉杆位置，同时给制动电磁阀通电使制动系起作用，一方面使指示灯闪烁，并发出语音提示来引导驾驶员操作。

Claims (9)

1.一种拖拉机智能控制方法，其特征在于，步骤如下：

a）监测路面状况，设定与当前路况对应的极限滑转率；

b）判断实时滑转率是否小于所述与当前路况对应的极限滑转率；

c）如果实时滑转率大于或者等于所述与当前路况对应的极限滑转率，则进一步判断拖拉机是否过载，如果不过载，则减小油门开度、制动；如果过载，则减小油门开度、制动并且切断发动机向动力系的动力输出，提升农机具。

2.一种实施如权利要求1所述方法的拖拉机智能控制系统，其特征在于，包括：

路面状况监测传感器，用于监测路面状况的；

车速传感器和车轮转速传感器，用于测量车速与车轮转速；

力传感器，用于测量农机具工作阻力；

控制器，采样连接所述路面状况监测传感器、力传感器、车速传感器和车轮转速传感器，输出控制连接执行机构，执行机构至少包括油门执行机构、制动执行机构、离合器执行机构和农机具执行机构；控制器用于根据路面状况监测传感器监测的路面状况确定当前路况对应的极限滑差率，根据测量得到的车速与车轮转速计算实时滑差率，并且判断判断实时滑转率是否小于所述与当前路况对应的极限滑转率；如果实时滑转率大于或者等于所述与当前路况对应的极限滑转率，则根据力传感器测量的农机具工作阻力进一步判断拖拉机是否过载，如果不过载，则控制油门执行机构和制动执行机构减小油门开度、制动；如果过载，则控制油门执行机构和制动执行机构减小油门开度、制动并且控制离合器执行机构切断发动机向动力系的动力输出，控制农机具执行机构提升农机具。

3.根据权利要求2所述的一种拖拉机智能控制系统，其特征在于，车速传感器安装在非驱动轮上，车轮转速传感器安装在驱动轮上，力传感器安装在液压悬挂机构与农机具连接处，路面状况监测传感器安装在拖拉机底盘上。

4.根据权利要求2所述的一种拖拉机智能控制系统，其特征在于，油门执行机构包括步进电机、油门拉杆执行机构。

5.根据权利要求2所述的一种拖拉机智能控制系统，其特征在于，制动执行机构包括制动电磁阀、制动踏板执行机构。

6.根据权利要求2所述的一种拖拉机智能控制系统，其特征在于，离合器执行机构包括主离合器电磁阀、主离合器执行机构、PTO离合器电磁阀、PTO离合器执行机构。

7.根据权利要求2所述的一种拖拉机智能控制系统，其特征在于，农机具执行机构包括液压悬挂机构电磁阀、液压悬挂机构。

8.根据权利要求3所述的一种拖拉机智能控制系统，其特征在于，所述控制器还控制连接有语音报警装置。

9.根据权利要求8所述的一种拖拉机智能控制系统，其特征在于，所述的控制器为DSP控制器。

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