CN104192203A - 自动转向方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动转向装置，用于农业机械，农业机械包括：开芯式液压转向器和转向油缸，该装置包括：第一传感器，用于获取导向轮转角信息；第二传感器，与开芯式液压转向器连接，用于获取油压传感信号；控制器，与第一传感器、第二传感器、驱动模块分别连接，用于获取第一传感器中的导向轮转角信息和第二传感器中的油压传感信号，读取、解析控制指令，根据控制指令、导向轮转角信息和油压传感信号控制驱动模块自动转向或手动转向；驱动模块，接受控制器的控制自动转向或手动转向。上述装置不需更换原有转向器总成就能实现农业机械的自动转向与手动转向无缝自动切换，同时在自动转向失效时通过人工转动方向盘实现自动切换到手动的人工驾驶方式。

Description

自动转向方法及装置

技术领域

本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种应用于农业机械的自动导航控制系统中的自动转向方法及装置。

背景技术

随着农业劳动生产率不断提高，农业机械向着大型化的方向发展。自动导航技术作为农业智能装备的一种核心技术不仅可以保证精确的作业行距和作业方向，并且可以长时间作业无需常规标记，在降低手动技术需求的同时，提高了作业精度以及提高了工作效率。此外，还可减少重复作业，加快作业进度，节约时间，从而降低成本，减轻驾驶人员的工作负荷。农业机械自动导航技术已经在农作物耕种管收等环节上广泛应用。

转向操控技术是实现自动导航的基础，主要通过自动转向机构完成。自动转向机构通过控制系统的作用不断调整前轮偏角来实现预定轨迹。目前，农用车辆的转向系统大致分为电液控制和电动机控制2种方式。其主要方式有改装原有转向部分的自动转向执行机构、不改变原有转向部分的自动转向执行机构2种方式。一般情况下，电液控制多采用改装原有转向部分的自动转向执行机构的方式实现，电动机控制转向对应不改变原有转向部分的自动转向执行机构。

当前大多数现代农业机械采用液压转向系统，因此转向机构的自动控制大多是通过改装现有的液压转向系统来实现。改装现有液压系统一般由两种方式。方式1：在原有转向油路基础上并联安装电液比例方向阀实现电液转向控制，同时在原有油路上增加3个手动切换阀实现手动转向和自动转向的切换。方式2：将原有转向油路的开芯式转向器总成更换成闭芯式转向器总成，在此基础上并联安装的电液比例方向阀实现电液转向控制，同时在原有油路上增加优先阀，通过优先阀和闭芯式转向器总成联合作用实现自动转向与手动转向无缝自动切换和自动转向失效时手动转动方向盘实现人工驾驶。

方式1具有结构简单，安装简便等优点，但是无法实现农业机械的自动转向与手动转向无缝自动切换，同时在自动转向失效时无法通过人工转动方向盘自动切换到人工驾驶方式。方式2可以实现自动转向与手动转向无缝自动切换和自动导航控制失效时人工转动方向盘实现人工驾驶；但由于大多数现代农业机械采用开芯式转向器总成，在改装需要将原有开芯式转向器总成更换成闭芯式转向器总成，改装操作复杂，同时受转向器总成安装空间限制，没有优先阀加装空间，导致改装失败。

鉴于此，如何提供一种不需更换原有转向器总成就能够实现农业机械的自动转向与手动转向无缝自动切换，同时在自动转向失效时通过人工转动方向盘能够实现自动切换到手动的人工驾驶方式的农业机械自动转向方法及装置成为当前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种自动转向方法及装置，不需更换原有转向器总成就能够实现农业机械的自动转向与手动转向无缝自动切换，同时在自动转向失效时通过人工转动方向盘能够实现自动切换到手动的人工驾驶方式。

第一方面，本发明提供一种自动转向装置，用于农业机械，所述农业机械包括：开芯式液压转向器和转向油缸，所述装置包括：

第一传感器，用于获取导向轮转角信息；

第二传感器，与所述开芯式液压转向器的P口连接，用于获取油压传感信号；

控制器，与所述第一传感器、所述第二传感器、驱动模块分别连接，用于获取第一传感器中的导向轮转角信息和第二传感器中的油压传感信号，读取、解析控制指令，根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向；

驱动模块，接受控制器的控制进行农业机械自动转向或手动转向。

可选地，所述根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向，具体为：

判断控制指令是转向指令还是停止转向指令，若控制指令是停止指令，控制器控制驱动模块停止自动转向；若控制指令是转向指令，判断油压传感信号是低电平信号还是高电平信号或脉冲信号,若油压传感信号是低电平信号，根据控制指令和导向轮转角信息计算控制量，根据控制量控制驱动模块,进而自动转向；若油压传感信号是高电平信号或脉冲信号，控制器控制驱动模块停止自动转向，进而进行手动转向。

可选地，所述控制器还包括：

人机交互终端，用于显示农业机械是自动转向还是手动转向。

可选地，所述驱动模块,包括：

电液比例方向阀,与电磁阀、所述开芯式液压转向器、所述转向油缸分别连接，用于控制油液的流向和流速，以使所述转向油缸的活塞伸缩进而自动转向；

电磁阀,用于控制油液是否流入所述电液比例方向阀；

可选地，所述电液比例方向阀,与电磁阀、所述开芯式液压转向器、所述转向油缸分别连接，具体为：

所述电液比例方向阀的P口通过所述电磁阀与所述电液比例方向阀的T口连接，所述电液比例方向阀的T口与所述开芯式液压转向器的P口连接，所述电液比例方向阀与所述开芯式液压转向器串联后再与所述转向油缸串联，所述控制器与所述电液比例方向阀、所述电磁阀分别连接。

可选地，所述装置还包括：

保护器，与所述驱动模块、所述转向油缸分别连接，用于在控制器断开所述驱动模块的电源进行手动转向时或在自动转向失效时，使所述驱动模块与所述转向油缸油路隔离。

可选地，所述保护器是液压锁。

可选地，所述电液比例方向阀、所述电磁阀、所述液压锁、所述开芯式液压转向器、所述第二传感器、所述转向油缸之间通过阀块或液压管路连接。

第二方面，本发明提供一种使用权利要求上述装置的自动转向方法，包括：

获取第一传感器中的导向轮转角信息；

获取第二传感器中的油压传感信号；

读取、解析控制指令，根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向。

可选地，所述根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向的步骤，具体为：

判断控制指令是转向指令还是停止转向指令；

若控制指令是停止指令，控制驱动模块停止自动转向；

若控制指令是转向指令，判断油压传感信号是低电平信号还是高电平信号或脉冲信号；

若油压传感信号是低电平信号，根据控制指令和导向轮转角信息计算控制量，根据控制量控制驱动模块来控制油液的流向和流速，以使转向油缸的活塞伸缩以执行自动转向操作；

若油压传感信号是高电平信号或脉冲信号，控制驱动模块断电停止自动转向，进而进行手动转向。

由上述技术方案可知，本发明的自动转向方法及装置，不需更换原有转向器总成就能够实现农业机械的自动转向与手动转向无缝自动切换，同时在自动转向失效时通过人工转动方向盘能够实现自动切换到手动的人工驾驶方式。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的自动转向装置的结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的自动转向方法的流程示意图；

图3为本发明第三实施例提供的自动转向方法的流程示意图；

附图中，各标号所代表的元件列表如下：

1、开芯式液压转向器；2、转向油缸；3、人机交互终端；4、控制器；5、泵源系统；6、电液比例方向阀；7、第一传感器；8、保护器；9、第二传感器；10、电磁阀；11、驱动模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明第一实施例提供的自动转向装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的自动转向装置，用于农业机械，所述农业机械包括：开芯式液压转向器1和转向油缸2，其特征在于，所述装置包括：

第一传感器7，用于获取导向轮转角信息；

第二传感器9，与所述开芯式液压转向器1的P口连接，用于获取油压传感信号；

控制器4，与所述第一传感器7、所述第二传感器9、驱动模块11分别连接，用于获取第一传感器中的导向轮转角信息和第二传感器中的油压传感信号，读取、解析控制指令，根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向；

驱动模块11，接受控制器的控制进行农业机械自动转向或手动转向。

应理解的是，前述的第一传感器7(即转角传感器)通过适配件安装在农业机械的前桥上，控制器4安装在驾驶室内，第二传感器9(即油压传感器)和驱动模块11的元件安装在阀块上，阀块通过适配件安装在农业机械排气管下面的机体上。

具体地，所述根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向，具体为：

判断控制指令是转向指令还是停止转向指令，若控制指令是停止指令，控制器控制驱动模块停止自动转向；若控制指令是转向指令，判断油压传感信号是低电平信号还是高电平信号或脉冲信号,若油压传感信号是低电平信号，根据控制指令和导向轮转角信息计算控制量，根据控制量控制驱动模块,进而自动转向；若油压传感信号是高电平信号或脉冲信号，控制器控制驱动模块停止自动转向，进而进行手动转向。

可选地，所述控制器4还包括：

人机交互终端3，用于显示农业机械是自动转向还是手动转向。

举例来说，拖拉机是一种农用机械，拖拉机的人机交互终端3是车载控制计算机，所述控制器4与所述车载控制计算机通过总线连接。

具体地，所述驱动模块11,包括：

电液比例方向阀6,与电磁阀10、所述开芯式液压转向器1、所述转向油缸2分别连接，用于控制油液的流向和流速，以使所述转向油缸2的活塞伸缩进而自动转向；

电磁阀10,用于控制油液是否流入所述电液比例方向阀6；

进一步地，所述电液比例方向阀6,与电磁阀10、所述开芯式液压转向器1、所述转向油缸2分别连接，具体为：

所述电液比例方向阀6的P口通过所述电磁阀10与所述电液比例方向阀6的T口连接，所述电液比例方向阀6的T口与所述开芯式液压转向器1的P口连接，所述电液比例方向阀6与所述开芯式液压转向器1串联后再与所述转向油缸2串联，所述控制器4与所述电液比例方向阀6、所述电磁阀10分别连接。

在具体应用的过程中，农业机械还包括泵源系统5，所述电液比例方向阀6的P口与所述泵源系统5连接。

应理解的是，所述电液比例方向阀6和所述电磁阀10安装在阀块上，阀块通过适配件安装在农业机械排气管下面的机体上。

进一步地，所述装置还包括：

保护器8，与所述驱动模块11、所述转向油缸2分别连接，用于在控制器4断开所述驱动模块11的电源进行手动转向时或在自动转向失效时，使所述驱动模块11与所述转向油缸2油路隔离。

应理解的是，保护器8安装在阀块上，阀块通过适配件安装在农业机械排气管下面的机体上。

举例来说，所述保护器8是液压锁。

应说明的是，所述开芯式液压转向器1是农业机械原有的转向器总成，与方向盘相连接负责手动转向。在自动转向失效(即控制器4读取的控制指令是转向指令，且油压传感信号是低电平信号，控制器4根据控制指令和导向轮转角信息计算控制量，根据控制量控制驱动模块11,进而进行自动转向后，在进行自动转向的过程中控制指令不变，但是自动转向突然停止)时，例如出现所述电液比例方向阀6卡死等情况导致自动转向失效，保护器8使所述驱动模块11与所述转向油缸2油路隔离，同时人工转动方向盘使所述开芯式液压转向器1动作，所述油压传感信号是高电平信号或脉冲信号，控制器4控制驱动模块断开所述电液比例方向阀6和所述电磁阀10的电源停止自动转向。

具体地，所有液压元件，包括所述电液比例方向阀6、所述电磁阀10、所述保护器8、所述开芯式液压转向器1、所述第二传感器9(即油压传感器)、所述转向油缸2在连接时是通过阀块或液压管路连接的。

具体地，控制器4控制驱动模块11进行手动转向的过程是：控制器4切断驱动模块11的电液比例方向阀6和电磁阀10的电源，使用所述开芯式液压转向器1进行手动转向，同时保护器8使所述驱动模块11与所述转向油缸2油路隔离。

应说明的是，液压系统工作原理如下所述。

(1)开芯式液压转向器1不动作、电液比例方向阀6电磁铁与电磁阀10电磁铁均不得电时，高压油被泵入电磁阀10的P口后直接从其T口流出，流入开芯式液压转向器1的P口后直接从其T口回油箱。此过程中，第二传感器9(即油压传感器)输出低电平信号。

(2)开芯式液压转向器1动作、电液比例方向阀6电磁铁与电磁阀10电磁铁均不得电时，高压油被泵入电磁阀10的P口后直接从其T口流出，流入开芯式液压转向器1的P口驱动转向油缸2来驱动液压转向机构转向。此过程中，第二传感器9(即油压传感器)输出高电平信号。

(3)开芯式液压转向器1不动作、电液比例方向阀6电磁铁与电磁阀10电磁铁同时得电时，高压油被泵入电液比例方向阀6的P口，通过电液比例方向阀6控制油液流向与流量，流经保护器8驱动转向油缸2来驱动液压转向机构转向，低压油从电液比例方向阀6的T口流入开芯式液压转向器1的P口后直接从其T口回油箱。此过程中，第二传感器9(即油压传感器)输出低电平信号。

(4)开芯式液压转向器1动作、电液比例方向阀6电磁铁与电磁阀10电磁铁同时得电时，高压油被泵入电液比例方向阀6的P口，通过电液比例方向阀6控制油液流向与流量，流经保护器8流向转向油缸，低压油从电液比例方向阀6的T口流入开芯式液压转向器1的P口也流入转向油缸2，后直接从其T口回油箱。此过程中，第二传感器9(即油压传感器)输出脉冲或高电平信号。

由此，上述的自动转向装置，可以不需更换原有转向器总成就能够实现农业机械自动转向与手动转向无缝自动切换，同时在自动转向失效时通过人工转动方向盘能够实现自动切换到手动的人工驾驶方式。

图2为本发明第二实施例提供的自动转向方法的流程示意图，如图2所示，本实施例的使用第一实施例所述装置的自动转向方法如下所述。

201：获取第一传感器中的导向轮转角信息。

202：获取第二传感器中的油压传感信号。

203：读取、解析控制指令，根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向。

具体地，在步骤203中“根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向”，具体为图中未示出的步骤2031至2035：

2031：判断控制指令是转向指令还是停止转向指令。

2032：若控制指令是停止指令，控制驱动模块停止自动转向。

2033：若控制指令是转向指令，判断油压传感信号是低电平信号还是高电平信号或脉冲信号。

2034：若油压传感信号是低电平信号，根据控制指令和导向轮转角信息计算控制量，根据控制量控制驱动模块来控制油液的流向和流速，以使转向油缸的活塞伸缩以执行自动转向操作。

2035：若油压传感信号是高电平信号或脉冲信号，控制驱动模块断电停止自动转向，进而进行手动转向。

举例来说，步骤2034的所述控制量是控制器根据控制指令和导向轮转角信息通过智能控制算法计算出来的。

应说明的是，液压系统工作原理如下所述。

(1)开芯式液压转向器不动作、电液比例方向阀电磁铁与电磁阀电磁铁均不得电时，高压油被泵入电磁阀P口后直接从其T口流出，流入开芯式液压转向器P口后直接从其T口回油箱。此过程中，第二传感器(即油压传感器)输出低电平信号。

(2)开芯式液压转向器动作、电液比例方向阀电磁铁与电磁阀电磁铁均不得电时，高压油被泵入电磁阀P口后直接从其T口流出，流入开芯式液压转向器P口驱动转向油缸来驱动液压转向机构转向。此过程中，第二传感器(即油压传感器)输出高电平信号。

(3)开芯式液压转向器不动作、电液比例方向阀电磁铁与电磁阀电磁铁同时得电时，高压油被泵入电液比例方向阀P口，通过电液比例方向阀控制油液流向与流量，流经保护器驱动转向油缸来驱动液压转向机构转向，低压油从电液比例方向阀T口流入转向器P口后直接从其T口回油箱。此过程中，第二传感器(即油压传感器)输出低电平信号。

(4)开芯式液压转向器动作、电液比例方向阀电磁铁与电磁阀电磁铁同时得电时，高压油被泵入电液比例方向阀P口，通过电液比例方向阀控制油液流向与流量，流经保护器流向转向油缸，低压油从电液比例方向阀T口流入开芯式液压转向器P口也流入转向油缸，后直接从其T口回油箱。此过程中，第二传感器(即油压传感器)输出脉冲或高电平信号。

进一步地，在自动转向失效(即在步骤2034后，在进行自动转向的过程中控制指令不变，但是自动转向突然停止)时，例如出现所述电液比例方向阀卡死等情况导致自动转向失效，保护器使所述驱动模块的所述电液比例方向与所述转向油缸油路隔离，同时人工转动方向盘使所述开芯式液压转向器动作，所述油压传感信号是高电平信号或脉冲信号，控制器控制驱动模块断开所述电液比例方向阀和所述电磁阀的电源停止自动转向。

本实施例的自动转向方法，可以不需更换原有转向器总成就能够实现农业机械的自动转向与手动转向无缝自动切换，同时在自动转向失效时通过人工转动方向盘能够实现自动切换到手动的人工驾驶方式。

图3为本发明第三实施例提供的自动转向方法的流程示意图，如图3所示，本实施例的自动转向方法如下所述。

301：控制器初始化。

应说明的是，控制器初始化包括对总线、转向控制相关状态等参数初始化。

302：控制器读取读取角度传感器测量值。

303：判断角度传感器测量值是否超出正常范围。

304：若角度传感器测量值超出正常范围，发送角度传感器异常消息到总线，跳转到步骤302。

305：控制器从总线读取控制指令，并对控制指令进行解析。

306：判断是否为导航控制指令，若非导航控制指令，跳转到步骤308。

307：判断是否为自动导航指令。若为自动导航指令，转向标识位置为“自动”；否则，转向标识位置为“手动”。

308：读取油压传感器测量值。

309：判断油压传感器是否是高电平信号或脉冲信号。

310：若为高电平信号或脉冲信号，则表示人工转动方向盘，此时转向标识位置为“手动”，同时发送“手动”转向消息到总线。

311：判断转向标识位是否为“自动”。

312：若为“自动”状态，则通过智能控制算法计算控制量控制电液比例方向阀和电磁阀控制转向液压缸活塞伸缩驱动导向轮转到预期位置实现自动转向。

313：若不为“自动”状态，则给电液比例方向阀和电磁阀断电停止自动转向。

应说明的是，本实施例的农业机械是拖拉机，但不限定于拖拉机，还可以是其他的农业机械。

进一步地，在自动转向失效(即在步骤312后，在进行自动转向的过程中控制指令不变，但是自动转向突然停止)时，例如出现所述电液比例方向阀卡死等情况导致自动转向失效，保护器使所述驱动模块的所述电液比例方向与所述转向油缸油路隔离，同时人工转动方向盘使所述开芯式液压转向器动作，所述油压传感信号是高电平信号或脉冲信号，控制器控制驱动模块断开所述电液比例方向阀和所述电磁阀的电源停止自动转向。

本实施例的自动转向方法，可以不需更换原有转向器总成就能够实现农业机械的自动转向与手动转向无缝自动切换，同时在自动转向失效时通过人工转动方向盘能够实现自动切换到手动的人工驾驶方式。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的权利要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种自动转向装置，用于农业机械，所述农业机械包括：开芯式液压转向器和转向油缸，其特征在于，所述装置包括： 

第一传感器，用于获取导向轮转角信息； 

第二传感器，与所述开芯式液压转向器的P口连接，用于获取油压传感信号； 

控制器，与所述第一传感器、所述第二传感器、驱动模块分别连接，用于获取第一传感器中的导向轮转角信息和第二传感器中的油压传感信号，读取、解析控制指令，根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向； 

驱动模块，接受控制器的控制进行农业机械自动转向或手动转向。 

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向，具体为： 

判断控制指令是转向指令还是停止转向指令，若控制指令是停止指令，控制器控制驱动模块停止自动转向；若控制指令是转向指令，判断油压传感信号是低电平信号还是高电平信号或脉冲信号,若油压传感信号是低电平信号，根据控制指令和导向轮转角信息计算控制量，根据控制量控制驱动模块,进而自动转向；若油压传感信号是高电平信号或脉冲信号，控制器控制驱动模块停止自动转向，进而进行手动转向。 

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括： 

人机交互终端，用于显示农业机械是自动转向还是手动转向。 

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动模块,包括： 

电液比例方向阀,与电磁阀、所述开芯式液压转向器、所述转向油缸分别连接，用于控制油液的流向和流速，以使所述转向油缸的活 塞伸缩进而自动转向； 

电磁阀,用于控制油液是否流入所述电液比例方向阀。 

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电液比例方向阀,与电磁阀、所述开芯式液压转向器、所述转向油缸分别连接，具体为： 

所述电液比例方向阀的P口通过所述电磁阀与所述电液比例方向阀的T口连接，所述电液比例方向阀的T口与所述开芯式液压转向器的P口连接，所述电液比例方向阀与所述开芯式液压转向器串联后再与所述转向油缸串联，所述控制器与所述电液比例方向阀、所述电磁阀分别连接。 

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括： 

保护器，与所述驱动模块、所述转向油缸分别连接，用于在控制器断开所述驱动模块的电源进行手动转向时或在自动转向失效时，使所述驱动模块与所述转向油缸油路隔离。 

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述保护器是液压锁。 

8.根据权利要求1至7任一所述的装置，其特征在于，所述电液比例方向阀、所述电磁阀、所述液压锁、所述开芯式液压转向器、所述第二传感器、所述转向油缸之间通过阀块或液压管路连接。 

9.一种使用权利要求1至8所述装置的自动转向方法，其特征在于，包括： 

获取第一传感器中的导向轮转角信息； 

获取第二传感器中的油压传感信号； 

读取、解析控制指令，根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向。 

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制指令、所述导向轮转角信息和所述油压传感信号控制驱动模块进行自动转向或手动转向的步骤，具体为： 

判断控制指令是转向指令还是停止转向指令； 

若控制指令是停止指令，控制驱动模块停止自动转向； 

若控制指令是转向指令，判断油压传感信号是低电平信号还是高电平信号或脉冲信号； 

若油压传感信号是低电平信号，根据控制指令和导向轮转角信息计算控制量，根据控制量控制驱动模块来控制油液的流向和流速，以使转向油缸的活塞伸缩以执行自动转向操作； 

若油压传感信号是高电平信号或脉冲信号，控制驱动模块断电停止自动转向，进而进行手动转向。