CN104898687B - 履带式联合收割机的自动驾驶系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种履带式联合收割机的自动驾驶系统及其控制方法，属于农业自动化领域。它由RTK‑GPS、姿态仪、自动导航电子系统、电子转向手柄、摇杆调速手柄、电磁转向液压阀和电控HST调速机构等组成。在获得田块四个角点的经纬度值之后，导航控制器自动规划出回形作业路径，并采用逻辑步的顺序控制方法，按照I段直行、转弯、II段直行、转弯、III段直行、转弯、IV段直行、转弯、卸粮等顺序控制收割机作业。在每一步中，导航控制器不断接收传感器的数据，采用Kalman滤波器生成位姿数据，与规划的路径比较，发出控制指令使得左右履带产生速度差异，达到轨迹纠偏的目的。本发明由导航控制系统代替枯燥、乏味和紧张的驾驶任务，可使驾驶员集中精力于收割机工况的监控。

Description

履带式联合收割机的自动驾驶系统及其控制方法

技术领域

本发明属于农业自动控制领域，具体涉及收割机的自动控制系统。

背景技术

谷物联合收割机的机械构造技术已经非常成熟，因其优良的综合性能和极高的工效，得到普及推广，其中，履带式收割机因其转弯半径小、能适应较陷的水田环境，在我国南方，甚至北方地区具有很大的市场占有率。然而，驾驶收割机作业，一方面，不仅枯燥、乏味，而且由于受水稻或小麦长势的影响，为了使机械化收割作业的损失率最小，驾驶员需不断调整车速和改变行驶方向；另一方面，稻麦收割时，地块一般已处于非常干燥状态，为了提高作业效率，驾驶员通常高速行驶作业，他们需忍受强烈的颠簸，劳动强度极大。市场迫切需求收割机增加自动驾驶功能，使驾驶员只需集中精力于机器工况的监视。

在履带式车辆的自动驾驶控制方面已经有所研究及发明。例如吴绍斌等在《遥控履带车辆的转向控制方法》(《北京理工大学学报》,2007，Vol.27(8):(680～683))提出了一种遥控的履带转向控制系统，遥控器发出驾驶指令控制转向拉杆伸缩实现调整轨迹的目的。该作者构建了转向操纵闭环系统模型，针对遥控信息的时间滞后，设计了预测和断续转向控制方法。也有人对轮式农机的自动导航驾驶进行了研究，例如罗锡文等在《东方红X-804拖拉机的RTK-GPS自动导航控制系统》(农业工程学报，2009，Vol.25(11):139～146)提出的一种基于RTK-RTK-GPS的自动导航系统，能很好的实现拖拉机的自动导航控制。前者采用遥控方式，当机器距离控制人较远时，较难观察轨迹的偏差，控制精度必然下降，而且他必须时刻监视并控制机车，劳动强度仍然很大；后者实现了自动导航驾驶控制，但是四轮行走系与履带行走系在调整车身姿态方面存在较大的差异，其转向控制方式完全不同，因此有必要发明履带式联合收割机的自动导航驾驶系统。

发明内容

为了克服现有履带式收割机在驾驶装置自动化、智能化方面的不足，本发明提供了一种履带式收割机的自动导航驾驶系统，它可代替人工驾驶任务：控制转向、控制车速、控制割台，驾驶员仅需监视机车的工况，工作强度大幅降低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在驾驶员座位的左侧、收割机纵轴线上，安装一支高约0.6米的GPS支架，其上方固定一台RTK-GPS接收机和移动站电台的天线；在驾驶员座位左侧的调速面板上，以摇杆电子调速手柄代替机械式调速手柄，其下方的HST变速箱的伸出轴端加装电控HST调速机构，它们之间不再存在机械式的铰链联接，而以信号线代替；以电子转向手柄代替原机械连杆式手柄，以电磁转向液压阀代替原集成手动转向液压阀，它们之间同样不再存在机械式的铰链联接；驾驶仪表板的正上方是倾斜安装的导航控制器，在驾驶仪表板的正下方固定ECU插件箱和RTK-GPS接收机；在车载蓄电池的底部增加阻尼器以减弱电池表面的振动，该电池的上方固定是姿态ECU。

各部件的结构是：

自动导航电子系统采用分布式体系结构，由导航控制器、履带ECU卡、HST-ECU卡、GPS-ECU卡和姿态ECU组成。导航控制器是系统的总控中心，它与4个ECU之间通过挂灯 笼式CAN网络传输信息。导航控制器具有接收GPS的经纬度定位信息、估计收割机当前的姿态、规划作业路径、控制行车的偏差量、调节速度等功能，GPS-ECU卡接收移动站RTK-GPS的定位数据，通过CAN网络发送数据给导航控制器；姿态ECU发送横滚角、航向角到CAN网络上由导航控制器接收处理；HST-ECU卡接收导航控制器的指令或摇杆电子调速手柄的开关信息控制收割机的运动速度；履带ECU卡接收导航控制器的指令或电子转向手柄的开关信息控制收割机向左或向右调整姿态，或控制割台提升、降落。

ECU插件箱把上述的除姿态ECU以外的其他三块板卡集成在一个箱体内，其内部还包括一块总线底板，各块插卡通过插件箱内的上、下槽和总线底板固定在箱体内。总线底板主要是CAN总线，外部的开关信号、传感器信号和RS232串口信号被相应的ECU卡处理，通过总线底板上传信息给导航控制器，导航控制器发出的指令也通过总线底板传达到各ECU卡。如果未来需要继续增加控制对象，例如拨禾轮、卸粮口等，则只需增加插件卡，使得测控系统具有极大的扩容能力。

电子转向手柄采用球铰式构造，在手柄箱体中，球铰座固定在箱体的底部，手柄与球铰座之间球铰联接，并由两对弹簧促使手柄在常态下处于正中的位置，十字形凸轮穿过手柄并固定在其上，十字形凸轮的四个突出部位的下边是四只轻触开关。当电子转向手柄向左摆动时，它带动十字形凸轮绕纵向轴转动，旋转到最大角度时压住左边的轻触开关的悬臂，使其常开接点闭合，通过信号线该开关信号被履带ECU卡采集，由它控制收割机向左转向；当电子转向手柄向右摆动时，它带动十字形凸轮绕纵向轴转动，旋转到最大角度压住右边的轻触开关的悬臂，使其常开接点闭合，通过信号线该开关信号被履带ECU卡采集，由它控制收割机向右转向；当电子转向手柄向前摆动时，十字形凸轮压住前部的轻触开关的悬臂，使其常开接点闭合，通过信号线该开关信号被履带ECU卡采集，由它控制提升割台；当电子转向手柄向后摆动时，十字形凸轮压住后部的轻触开关的悬臂，使其常开接点闭合，通过信号线该开关信号被履带ECU卡采集，由它控制下落割台。

产生履带差速的电磁液压控制系统工作原理是：电磁转向液压阀内部包含了多只液压阀，包括2只溢流阀(用于转向、割台油路各1只)、1只双向电磁阀、1只割台提升电磁阀、1只割台下降电磁阀、1只手动节流阀和一只单向阀等。初始条件下，油液流向是：液压泵->电磁阀I的右位->电磁阀II的中位->回油箱，即电磁阀I的P口与B口联通，该B口又与电磁阀II的P口联通，而此时电磁阀II处于中位，属于H型油路，压力油直接回油箱泄压，集成转向油缸的左、右油缸受内部弹簧的推力作用，保持缩回状态；当电磁阀II的左电磁铁得电，油液流向是：液压泵->电磁阀I的右位->电磁阀II的左位->集成转向油缸的左油缸大腔，即电磁阀II的P口与A联通，集成转向油缸的左油缸大腔进油，推杆外伸，约推送一半行程时，出油口与进油口联通，传递履带动力的左离合器脱开，此时，如果节流阀的推杆已被压到底部，该阀完全切断了左油缸回油的油路，集成转向油缸的左推杆继续推送，直到满行程，此时左侧的制动器动作，履带被制动，实现了向左大转弯的效果；当该电磁阀的左电磁铁失电，电磁阀处于中位，压力油从电磁阀II的中位泄压回油箱，集成转向油缸的左推杆缩回，左侧履带的制动器被脱开，离合器闭合，履带重新获得动力，使可继续滚动；当节流阀的推杆没有被压到底时，获得节流效果，集成转向油缸的左推杆伸出速度减慢，而且平移 一半行程后，该油缸的进油口与回油口联通，在大腔油压和小腔弹簧力的作用下，推杆维持在此位置，仅使传递动力的离合器脱开，而制动器的状态没有改变，无法起到制动的作用，履带依靠惯性继续滚动，实现了向左的小转弯效果。同理，如果电磁阀II的右电磁铁得电，可实现向右大转弯或右小转弯的效果。如果电磁阀I的电磁铁得电，油液流向是：液压泵->电磁阀I的左位->内部单向阀->内部过滤器->割台油缸的大腔，即电磁阀I的P口与A口联通，压力油经单向阀、内部过滤器进入割台油缸的大腔，割台被举升；如果螺纹式电磁阀的电磁铁得电，油液流向是：割台油缸的大腔->内部过滤器->内部阻尼孔->螺纹式电磁阀右位->回油管，即割台油缸的大腔的液压油经内部阻尼孔接通了回油泄压管路，割台被下降。

电控节流阀机构的结构是：滚轮通过滚轮轴、滚轮支架的支撑，与节流阀伸出的推杆同步左右移动，滚轮的右侧紧贴直流减速电机驱动的凸轮。该机构的作用是控制收割机转弯的幅度：当凸轮处于初始释放节流阀推杆的位置时，节流阀的推杆伸出最大长度，此时，无论电磁转向液压阀的电磁阀II处于左位或右位，集成转向油缸的推杆伸出一半行程后，其大腔通过节流阀的右位与回油管接通，该推杆不再向外伸出，仅使行走牙嵌离合器脱开，一侧履带失去动力源，但仍可依赖惯性向前滚动，另一侧履带仍然全速滚动，收割机实现小转弯动作；当凸轮旋转180°时，节流阀的推杆被压缩到底，此时，无论电磁转向液压阀的电磁阀II无论处于左位或右位，集成转向油缸大腔的回油油路被节流阀截断，该油缸的推杆一直被压力油推到底，不仅使行走牙嵌离合器脱开，而且某一侧履带的制动器抱紧履带轮，该履带被完全制动，另一侧履带仍然全速滚动，实现大转弯动作；当凸轮旋转角度处于0～180°时，节流阀处于节流工况，集成转向油缸的推杆的伸出速度减慢，收割机的处于一种反应较慢的大转弯模式。

履带ECU卡采用PIC18F248单片机采集电子转向手柄的位置信号、控制电磁转向液压阀的继电器及电控节流阀的工作方式。由电子转向手柄传来的位置信号通过光电隔离，把信号与单片机的PORTA引脚连接；单片机的PORTC引脚同样通过光电隔离，把控制信号加到功率三极Q1管端的基极，该三极管Q1相当于一只电子开关，可使电磁转向液压阀的某一个继电器线圈得电而使电磁阀的阀芯产生移位，从而达到控制向左，或向右转弯等效果；单片机的CCP1引脚输出PWM脉冲波，同样通过光电隔离，把PWM波加到开关三极管Q2的基极，其集电极作为PWM信号的输出引脚连接到电控节流阀的电机驱动器的PWM输入引脚；而单片机PORTC的RC3引脚输出电平信号，经光耦的隔离、三极管Q3的信号整形后，连接到直流减速电机驱动器的DIR引脚，设置直流减速电机的旋转方向，达到控制电控节流阀伸缩的目的；单片机的又通过CAN接口与总线底板上的CAN总线连通。至此，即可实现由电子转向手柄手动控制收割机转向、升降割台的目的，也可由导航控制器控制的目的。

上述硬件电路的软件控制方法是：初始化模块对单片机U2的RA、RB、RC端口、CAN通讯控制寄存器、PWM寄存器和定时器TIMER0作出设置，清空CAN通讯的自定义接收、发送缓存，开启定时器、CAN通讯中断功能，然后程序进入扫描循环体。若无任何事件发生，主程序不断地扫描3个条件判断语句，履带ECU卡不改变任何输出号；当定时器中断事件发生时，在中断子程序内置位时刻点标志位，当主程序扫描到定时采集时刻的条件判断语句时，采集输入端口状态，覆盖上一次采集的信息，如果在新的端口状态中发现电子转向手柄的位 置产生了变化，置位手动驾驶控制标志位，复位自动驾驶控制标志位；当主程序扫描到手动驾驶标志位置位时，履带ECU卡按照电子转向手柄的开关信号改变输出某一个端口的电平，手动驾驶的标志位即可由导航控制器发出自动/手动驾驶命令，也可在电子转向手柄上按钮动作后被置位或复位；当CAN通讯中断事件发生时，在中断子程序内置位CAN通讯接收到字符的标志位，当主程序扫描到发生通讯事件时，根据接收到指令分别做出响应：在自动驾驶模式下，如果是采集端口状态的命令，则发送最近采集的端口状态，如果是调节节流阀命令，则启动PWM脉冲，驱动直流电机转动而调节节流阀的开度；如果是手动/自动切换命令，则改变手动/自动标志位。

为了控制车速，拆除传统的手柄、铰链和HST变速箱伸出轴端的摇杆，而在HST变速箱伸出轴端装电控HST机构，其结构是：具有双伸出轴的直流减速电机的左伸出轴通过弹性联轴器与电位器的伸出轴联接，电位器的本体又通过支架固定在电控HST机构的左侧板上，主空心轴和从空心轴各通过一对轴承架在左侧板与右侧板上，直流减速电机的右伸出轴插入到主空心轴中，在该空心轴上的主动齿轮与从空心轴上的从动齿轮相互啮合，HST变速箱的伸出轴插入到从空心轴中。在发动机输出动力到履带的条件下，整体收割机保持静止时，采集该位置电位器的读数作为基准；当需要驾驶收割机前进时，由HST–ECU卡输出PWM脉冲波，启动直流减速电机旋转，其伸出轴正转带动HST变速箱的伸出轴旋转，当电位器反映出已经达到预定的设置值时，HST–ECU卡停止输出PWM脉冲波，停止直流减速电机转动，并依赖减速器内部的多级齿轮传动的阻力使HST变速箱的伸出轴锁定在该位置；反之，可实现收割机以一定的速度后退，或停车。

由于传统的机械式手柄被移除，以摇杆电子调速手柄代替，其结构是：在手柄的侧面靠近上端部处固定一只手动/自动切换按钮B，在其杆轴线方向上固定3只霍尔传感器探头，在与这一组探头相距5mm、与该手柄活动平面平行处，固定一张铁质平板，由于摇杆电子调速手柄是以铰销为转动中心为运动的，在该平板上以铰销为圆心、摇杆电子调速手柄每转动约10°处，按照二进制码的方式放置永磁圆柱体。若最外侧为二进制的低位、最内侧为二进制的高位，则这些永磁圆柱体与霍尔传感器探头产生的开关信号通过组合可代表手柄的位置信息，例如停车档、前进一档、前进二档、前进三档、后退一档、后退二档、后退三档等。

为实现电子调速，HST-ECU卡采用单片机采集摇杆电子调速手柄的位置信号，或通过CAN接口接受运动控制指令去控制HST变速箱伸出轴转角的工作方式。电子调速手柄的位置信号和三路霍尔传感器探头信号线经光电隔离，连接到单片机的PORTA引脚。由电位器产生的模拟电压量通过信号线引入到由运算放大器构成低通滤波器，输入到单片机的模拟量输入引脚。单片机输出PWM脉冲波和电平信号，经光电隔离后，通过开关三极管连接到直流减速电机的驱动器的相应接线端子上，使直流减速电机在接到调控指令带动HST变速箱的伸出轴旋转而达到调速的目的。

上述HST-ECU卡硬件电路的软件控制方法是：单片机的RA1-5端口初始化为输入端口来采集手柄的位置信号，RA0端口初始化为模拟量输入端口来采集HST变速箱的伸出轴的转动角度，RC2端口初始化为PWM输出口，RC0口初始化为电机旋转方向控制端口。主程序采集输入端口的状态，然后定时扫描手柄位置、调速标志和CAN通讯事件这3个条件判断语句，若无任何事件发生，HST-ECU卡不改变任何输出信号；当手柄位置改变时，ECU读出手柄的档位，置位调速标志位，发出PWM波、旋转方向启动直流减速电机；当调速标志位置位时，启动AD采集功能，从RA0端口读入当前HST的旋转角，如果到达了设定的目标角度后，关闭直流减速电机；当CAN通讯中断事件发生时，在中断子程序内置位CAN通讯接收到字符的标志位，当主程序扫描到发生通讯事件时，根据接收到指令分别做出响应：如果是采集端口状态的命令，则发送最近采集的端口状态，如果是调速命令，则置位调速标志位，发出PWM波、旋转方向启动直流减速电机。

为实现精确的定位，采用RTK-GPS定位系统。一座RTK-GPS基站固定于作业地块周边一处较高的位置，基站支架的顶部是基站RTK-GPS(80)和基站无线电台天线(81)，移动站电台天线位于收割机上。基站RTK-GPS通过基站无线电台向外广播基站的定位数据帧，移动站电台天线接收无线传输的数据帧后，由RTK-GPS接收机处理，获得厘米级的定位精度，再由GPS-ECU卡通过CAN串行通讯网络发给导航控制器ECC。

在自动驾驶控制之前，需采集田块4个角点的经纬度值，其软件流方法是：该软件模块初始化阶段启动了两个线程，即主线程(人机界面线程)和CAN通讯线程，同时打开了角点数据记录文件。在人机界面线程中，当收到“记录西南角点”、“记录西北角点”、“记录东北角点”、“记录东南角点”等按钮事件后，分别发送相应的“记录”消息给CAN通讯线程；当收到数据采集完成的消息时，弹出一个对话框，提示数据采集完成、请点击“退出”按钮；当收到“退出”按钮时，关闭数据文件，退出程序。

在CAN通讯线程中，当收到“记录西南(或西北、东北、东南)角点”的消息时，把最新计算后的坐标点(x'_M,y'_M)保存为对应的角点坐标。当上述方法采集完所有4个角点坐标值后，保存4个角点坐标值到文件中，发送数据采集完成的消息给人机界面线程。

受制于水田的单位面积不是很大，收割机多采用回形路径收割作业，即收割机从起点出发后，直行作业(动作标记为M10步)到的末端，为了收割下一行作物，它必须为转弯腾出足够的空间，即：先倒退(M21)若干米，再向前斜行作业(M22)到底，然后再倒退(M23)回答刚才的起点，接着直行(M24)，并在行末端之前转弯(M25)，当车身转动90°时，完成转弯动作，开始新的一条直线行的作业(M30)。此后，依次有类似的转弯(M40)、直线行驶(M50)、转弯(M60)、直线行驶(M70)，当收割到该回形圈的起点时，完成了一个回形的收割作业，收割机运动(M80)到卸粮点，打开出粮口，卸掉谷物，接着转弯(M90)90°，对新的未割区域进行回形收割作业，重新从M10步作业到M80步。此过程不断重复，直至收割完成。

上述过程的计算机控制方法采用逻辑步的顺序控制：软件启动后即进入初始步M0，由人机界面设置首行的作业方向、回形圈之间的间距、回形圈的转动方向(顺时针或逆时针)，读取田块4个角点的经纬度，产生作业的规划路径。当人机界面按下启动按钮后，程序首先进入M10步，该步的动作为控制回形I段直线行驶作业，即当收割机存在较小的位姿的偏差，导航控制器发出小转弯的控制指令给履带ECU卡，如果存在较大的位姿偏差，发出大转弯的控制指令，如果位姿偏差很小，则让两条履带同步滚动，保持直行状态。如果当前直线路径 已经作业完成，则程序进入M20步，发出停车指令给HST-ECU卡，然后进入M21步，导航控制器发出倒车指令给HST-ECU卡，倒车约5米后停止，然后发出大转弯指令给履带ECU卡，使收割机向待收割区块转动约20°，然后发出前进指令给HST-ECU卡，同时发出指令结束大转弯动作，收割机沿斜线作业(M22步)，当到达末端时，发出指令停车、倒退(M23步)到刚才的起点，再次摆正车身到直线作业的航向，发出指令前进(M24步)，当到达直线行末端时，发出指令向待收割区块大转弯90°。当姿态仪测量收割机已经旋转90°时，转弯动作完成，进入M30步，直线行驶收割作业。如果该步的任务完成，即可切入到下一步。如此，不断按部就班作业，当收割机作业完第四个直行段(M70步)，依据粮箱内的中位传感器的信息，如果粮箱的存量超过一半，程序就进入M80步，进行卸粮动作，只有当该步动作完成后，且已经到达新的起点，回到M10步，继续收割作业；如果粮箱的存量未过一半，则进入M90步，即收割机做90°转弯的动作，回到M10步，继续收割作业。

本发明的有益效果是，系统运行后，完全自动驾驶、自动作业，驾驶员可把精力集中放到收割机的各零部件的工况上，例如是否出现绞龙堵塞、割台高度是否合适、机器有否异常的声音，收割作业的质量可大幅提升，工作强度大幅降低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是自动驾驶系统各部件在收割机上的总体布置图。

图2是自动导航电子系统的系统结构图。

图3是多功能手柄的结构图。

图4是履带和割台的电液控制系统的原理图。

图5是电动节流阀机构的正视图和俯视图

图6是ECU插件箱的内部结构图。

图7是履带ECU卡的位置信号采集、控制信号输出及串行CAN通信的电路原理图。

图8是履带ECU卡处理信号和控制输出的主程序流程图。

图9是电控HST机构的侧视图。

图10是摇杆电子调速手柄的结构图。

图11是HST-ECU卡的位置信号采集、控制信号输出的电路原理图。

图12是HST-ECU卡的软件流程框图。

图13是双RTK-GPS差分的工作原理图

图14是ECC处理双RTK-GPS差分信号的软件流程框图

图15是导航路径规划四角点测量方法的软件流程图。

图16是自动规划模块产生的回形作业路径图。

图中，1.移动站RTK-GPS，2.移动站电台天线，3.GPS支架，4.摇杆电子调速手柄，5.电子转向手柄，6.导航控制器，7.ECU插件箱，8.RTK-GPS接收机，9.电磁转向液压阀， 10.电控HST调速机构，11.割台，12.阻尼器13.蓄电池，14.姿态ECU，15.手柄，16.十字形凸轮，17.球铰座，18.轻触开关，19.信号线，20.手柄箱体，21.弹簧，22.割台油缸，23.集成转向油缸，24.直流减速电机，25.节流阀，26.滚轮轴，27.滚轮，28.滚轮支架，29.凸轮，30.电机支架，31.转向回油管，32.总线底板，33.履带ECU卡，34.GPS-ECU卡，35.HST-ECU卡，36.电阻R3，37.电阻R1，38.电阻R2，39.光耦U1，40.单片机U2，41.CAN驱动芯片U3，42.二极管D1，43.功率三极管Q1，44.光耦U4，45.三极管Q2，46.偏置电阻R5，47.三极管Q3，48.排阻PR2，49.排阻PR1，50.电位器，51.弹性联轴器，52.支架，53.直流减速电机，54.左侧板，55.固定螺栓，56.右侧板，57.主动齿轮，58.轴承，59.主空心轴，60.轴承，61.从空心轴，62.从动齿轮，63.定位销，64.HST变速箱，65.手动/自动切换按钮B，66.霍尔传感器探头，67.永磁圆柱体，68.平板，69.铰销，70.上拉排阻PR5，71.限流排阻PR4，72.三极管Q4，73.光耦U10，74.单片机U7，75.上拉排阻PR3，76.运算放大器U5，77.光耦U6，78.限流排阻PR1，79.上拉排阻PR2，80.基站RTK-GPS，81.基站无线电台天线，82.基站支架，

在图1的中，自动驾驶系统的各部件主要布置在收割机的驾驶室周边。驾驶仪表板的正上方是倾斜的导航控制器(6)，其右侧是电子转向手柄(5)，其左侧、收割机纵轴线上，是一支高约0.6米的GPS支架(3)，其顶端是一台移动站RTK-GPS(1)和移动站电台天线(2)，在左侧的调速面板上，是摇杆电子调速手柄(4)，它的下方是电控HST调速机构(10)；驾驶仪表板的下方从上到下依次是ECU插件箱(7)、RTK-GPS接收机(8)、电磁转向液压阀(9)。在车载蓄电池(13)的底部是阻尼器(12)，该电池的上方是姿态ECU(14)。

在图2中，自动导航电子系统采用分布式体系结构，导航控制器(6)是系统的总控中心，它与4个ECU之间通过挂灯笼式CAN网络传输信息。导航控制器(6)具有接收GPS的经纬度定位信息、估计收割机当前的姿态、规划作业路径、控制行车的偏差量、调节速度等功能，GPS-ECU卡接收移动站RTK-GPS(1)的定位数据，通过CAN网络发送数据给导航控制器(6)；姿态ECU(14)发送横滚角、航向角到CAN网络上由导航控制器(6)接收处理；HST-ECU卡(35)接收导航控制器(6)的指令或摇杆电子调速手柄(4)的开关信息控制收割机的运动速度；履带ECU卡(33)接收导航控制器(6)的指令或电子转向手柄(5)的开关信息控制收割机向左或向右调整姿态，或控制割台提升、降落。

在图3中，电子转向手柄(5)的手柄箱体(20)中，球铰座(17)固定在箱体(20)的底部，手柄(15)与球铰座(17)之间球铰联接，并由两对弹簧(21)促使手柄(15)在常态下处于正中的位置，十字形凸轮(16)穿过手柄(15)并固定在其上，十字形凸轮(16)的四个突出部位的下边是四只轻触开关(18)。当电子转向手柄(5)向左摆动时，它带动十字形凸轮(16)绕纵向轴转动，旋转到最大角度时压住左边的轻触开关(18)的悬臂，使其常开接点闭合，通过信号线(19)该开关信号被履带ECU卡(33)采集，由它控制收割机向左转向；当电子转向手柄(5)向右摆动时，它带动十字形凸轮(16)绕纵向轴转动，旋转到最大角度压住右边的轻触开关(18)的悬臂，使其常开接点闭合，通过信号线(19)该开关信号被履带ECU卡(33)采集，由它控制收割机向右转向；当电子转向手柄(5)向前摆动时，十字形凸轮(16)压住前部的轻触开关(18)的悬臂，使其常开接点闭合，通过信号线 (19)该开关信号被履带ECU卡(33)采集，由它控制提升割台(11)；当电子转向手柄(5)向后摆动时，十字形凸轮(16)压住后部的轻触开关(18)的悬臂，使其常开接点闭合，通过信号线(19)该开关信号被履带ECU卡(33)采集，由它控制下落割台(11)。

在图4中，说明了履带和割台的电磁液压控制工作原理。电磁转向液压阀(9)内部包含了多只液压阀，包括2只溢流阀(用于转向、割台油路各1只)、1只双向电磁阀、1只割台提升电磁阀、1只割台下降电磁阀、1只手动节流阀(25)和一只单向阀等。初始条件下，油液流向是：液压泵->电磁阀I的右位->电磁阀II的中位->回油箱，即电磁阀I的P口与B口联通，该B口又与电磁阀II的P口联通，而此时电磁阀II处于中位，属于H型油路，压力油直接回油箱泄压，集成转向油缸(23)的左、右油缸受内部弹簧的推力作用，保持缩回状态；当电磁阀II的左电磁铁得电，油液流向是：液压泵->电磁阀I的右位->电磁阀II的左位->集成转向油缸(23)的左油缸大腔，即电磁阀II的P口与A联通，集成转向油缸(23)的左油缸大腔进油，推杆外伸，约推送一半行程时，出油口与进油口联通，传递履带动力的左离合器脱开，此时，如果节流阀(25)的推杆已被压到底部，该阀完全切断了左油缸回油的油路，集成转向油缸(23)的左推杆继续推送，直到满行程，此时左侧的制动器动作，履带被制动，实现了向左大转弯的效果；当该电磁阀的左电磁铁失电，电磁阀处于中位，压力油从电磁阀II的中位泄压回油箱，集成转向油缸(23)的左推杆缩回，左侧履带的制动器被脱开，离合器闭合，履带重新获得动力，使可继续滚动；当节流阀(25)的推杆没有被压到底时，获得节流效果，集成转向油缸(23)的左推杆伸出速度减慢，而且平移一半行程后，该油缸的进油口与回油口联通，在大腔油压和小腔弹簧力的作用下，推杆维持在此位置，仅使传递动力的离合器脱开，而制动器的状态没有改变，无法起到制动的作用，履带依靠惯性继续滚动，实现了向左的小转弯效果。同理，如果电磁阀II的右电磁铁得电，可实现向右大转弯或右小转弯的效果。如果电磁阀I的电磁铁得电，油液流向是：液压泵->电磁阀I的左位->内部单向阀->内部过滤器->割台油缸(22)的大腔，即电磁阀I的P口与A口联通，压力油经单向阀、内部过滤器进入割台油缸(22)的大腔，割台被举升；如果螺纹式电磁阀的电磁铁得电，油液流向是：割台油缸的大腔->内部过滤器->内部阻尼孔->螺纹式电磁阀右位->回油管，即割台油缸(22)的大腔的液压油经内部阻尼孔接通了回油泄压管路，割台被下降。

在图5中，上幅是电磁转向液压阀(9)前表面的节流阀电动控制机构的正视图，下幅是该机构的俯视图。滚轮(27)通过滚轮轴(26)、滚轮支架(26)的支撑，与节流阀(25)伸出的推杆同步左右移动，滚轮(27)的右侧紧贴直流减速电机(24)驱动的凸轮(29)。该机构的作用是控制收割机转弯的幅度：当凸轮(29)处于图示的初始位置时，节流阀(25)的推杆伸出最大长度，此时，无论电磁转向液压阀(9)的电磁阀II处于左位或右位，集成转向油缸(23)的推杆伸出一半行程后，其大腔通过节流阀(25)的右位与回油管接通，该推杆不再向外伸出，仅使行走牙嵌离合器脱开，一侧履带失去动力源，但仍可依赖惯性向前滚动，另一侧履带仍然全速滚动，收割机实现小转弯动作；当凸轮(29)旋转180°时，节流阀(25)的推杆被压缩到底，此时，无论电磁转向液压阀(9)的电磁阀II无论处于左位或右位，集成转向油缸(23)大腔的回油油路被节流阀(25)截断，该油缸的推杆一直被压力油推到底，不仅使行走牙嵌离合器脱开，而且某一侧履带的制动器抱紧履带轮，该履带被完 全制动，另一侧履带仍然全速滚动，实现大转弯动作；当凸轮(29)旋转角度处于0～180°时，节流阀(25)处于节流工况，集成转向油缸(23)的推杆的伸出速度减慢，收割机的处于一种反应较慢的大转弯模式。

在图6中，ECU插件箱(7)的内部是总线底板(32)、履带ECU卡(33)、GPS-ECU卡(34)和HST-ECU卡(35)，各块插卡通过插件箱(7)内的槽和总线底板(32)固定在箱体内。总线底板(32)主要是CAN总线，外部的开关信号、传感器信号和RS232串口信号被相应的ECU卡处理，通过总线底板(32)上传信息给导航控制器(6)，导航控制器(6)发出的指令也通过总线底板(32)传达到各ECU卡。如果未来需要继续增加控制对象，例如拨禾轮、卸粮口等，则只需增加插件卡，使得测控系统具有极大的扩容能力。

在图7中，示例了履带ECU卡(33)采用PIC18F248单片机U2(40)采集电子转向手柄(5)的某一路位置信号和控制某一路电磁转向液压阀(9)的继电器和电控节流阀(25)的工作原理。由电子转向手柄(5)传来的开关信号IN1接入到光耦U1(39)的阴极，该光耦(39)的光电二极管端的阳极、阴极分别连接一只限流电阻R1(37)和上拉电阻R2(38)，该光耦(39)的输出三极管端的集电极引脚与单片机U2(40)的RA1引脚连接，并连接了一只上拉电阻R3(36)；单片机U2(40)的RC0引脚连接另一只光耦U4(44)第一只的阴极，同样，该光耦(44)也连接了限流电阻PR1(49)和上拉电阻PR2(48)，该光耦(44)第一只的输出三极管端的发射极引脚与大功率三极管Q1(43)的基极连接，该三极管(43)的集电极与一只肖特基二极管D1(42)的阳极连接，该集电极用于连接外部继电器线圈的一个端子；单片机U2(40)的RC2引脚输出PWM脉冲波，连接光耦U4(44)第二只的阴极，光电隔离后，该只光耦的射极连接三极管Q2(45)的基极，该只光耦的集电极连接一只上拉排阻PR2，三极管Q2(45)的基极与射极之间放置一只偏置电阻R5，三极管Q2(45)的集电极作为PWM信号的输出引脚连接电控节流阀(25)的电机驱动器的PWM输入引脚；而单片机U2(40)的RC3引脚输出电平信号，经光耦U4(44)第三只的隔离、三极管Q3的信号整形后，连接到直流减速电机(24)驱动器的DIR引脚，设置直流减速电机(24)的旋转方向，达到控制电控节流阀(25)伸缩的目的。此外，单片机U2(40)的CANTX和CANRX引脚与CAN驱动芯片U3(41)的TXD、RXD引脚分别连接，其CANH、CANL引脚与外部总线底板(32)的CAN总线连通。至此，即可实现由电子转向手柄(5)手动控制收割机转向、升降割台的目的，也可由导航控制器(6)控制的目的。

在图8中，初始化模块对PIC18F248单片机U2(41)的RA、RB、RC端口、CAN通讯控制寄存器、PWM寄存器和定时器TIMER0作出设置，清空CAN通讯的自定义接收、发送缓存，开启定时器、CAN通讯中断功能，然后程序进入扫描循环体。若无任何事件发生，主程序不断地扫描3个条件判断语句，履带ECU卡(33)不改变任何输出号；当定时器中断事件发生时，在中断子程序内置位时刻点标志位，当主程序扫描到定时采集时刻的条件判断语句时，采集输入端口状态，覆盖上一次采集的信息，如果在新的端口状态中发现电子转向手柄(5)的位置产生了变化，置位手动驾驶控制标志位，复位自动驾驶控制标志位；当主程序扫描到手动驾驶标志位置位时，履带ECU卡(33)按照电子转向手柄(5)的开关信号改变输出某一个端口的电平，手动驾驶的标志位即可由导航控制器(6)发出自动/手动驾驶命令， 也可在电子转向手柄(5)上按钮动作后被置位或复位；当CAN通讯中断事件发生时，在中断子程序内置位CAN通讯接收到字符的标志位，当主程序扫描到发生通讯事件时，根据接收到指令分别做出响应：在自动驾驶模式下，如果是采集端口状态的命令，则发送最近采集的端口状态，如果是调节节流阀命令，则启动PWM脉冲，驱动直流电机转动而调节节流阀的开度；如果是手动/自动切换命令，则改变手动/自动标志位。

在图9中，具有双伸出轴的直流减速电机(53)的左伸出轴通过弹性联轴器(51)与电位器(50)的伸出轴联接，电位器(50)的本体又通过支架(52)、固定螺栓(55)固定在电控HST机构的左侧板(54)上，主空心轴(59)和从空心轴(61)各通过一对轴承(58)、(60)架在左侧板(54)与右侧板(56)上，直流减速电机(53)的右伸出轴插入到主空心轴(59)中，在该空心轴(59)上的主动齿轮(57)与从空心轴(61)上的从动齿轮(62)相互啮合，HST变速箱(64)的伸出轴插入到从空心轴(61)中。在发动机输出动力到履带的条件下，整体收割机保持静止时，采集该位置电位器的读数作为基准；当需要驾驶收割机前进时，，由HST–ECU卡(35)输出PWM脉冲波，启动直流减速电机(53)旋转，其伸出轴正转带动HST变速箱(64)的伸出轴旋转，当电位器(50)反映出已经达到预定的设置值时，HST–ECU卡(35)停止输出PWM脉冲波，停止直流减速电机(53)转动，并依赖减速器内部的多级齿轮传动的阻力使HST变速箱(64)的伸出轴锁定在该位置；反之，可实现收割机以一定的速度后退，或停车。

在图10中，在摇杆电子调速手柄(4)的侧面靠近上端部处固定一只手动/自动切换按钮B(65)，在其杆轴线方向上固定3只霍尔传感器探头(66)，在与这一组探头(66)相距5mm、与该手柄(4)活动平面平行处，固定一张铁质平板(68)，由于摇杆电子调速手柄(4)是以铰销(69)为转动中心为运动的，在该平板(68)上以铰销(69)为圆心、摇杆电子调速手柄(4)每转动约10°处，按照二进制码的方式放置永磁圆柱体(67)。若最外侧为二进制的低位、最内侧为二进制的高位，则这些永磁圆柱体(67)与霍尔传感器探头(66)产生的开关信号可代表手柄的位置信息，这些对应关系如表1所示：

表1：调速档位与霍尔传感器探头组产生的二进制信号对应表

在图11中，HST-ECU卡(35)采用单片机U7(77)采集摇杆电子调速手柄(4)的位置信号或通过CAN接口接受运动控制指令去控制HST变速箱(64)伸出轴转角的工作方式。三路霍尔传感器探头(66)信号线分别连接到光耦U6(77)的3只阴极引脚，手动/自动调速按钮B(65)的信号线连接到光耦U6(77)的第4只阴极引脚，该光耦U6(77)的4只阳极引脚分别与限流排阻RP1(78)连接，该光耦U6(77)的4只阴极引脚又分别与上拉排阻RP2(79)连接，该光耦U6(77)的隔离输出三极管的发射极全部接地、集电极接上拉排阻PR3(75)，这些集电极引脚同时连接到单片机U7(77)的RA1、RA2、RA3、RA5等引脚作为开关量输入信号。由电位器(50)产生的模拟电压量通过信号线引入到运算放大器 U5(76)的引脚7构成一只低通滤波器，该运算放大器U5(76)的引脚2连接到单片机U7(77)的RA0引脚，由其内部的AD模块采集信号。单片机U7(77)的RC0、RC1、RC2引脚分别连接到光耦U8～U10(73)的二极管阴极，这组光耦(73)的二极管阳极连接限流排阻PR4(71)，其输出三极管的集电极分别连接上拉排阻PR5(70)，其输出三极管的发射极分别连接到小功率三极管Q2～Q4(72)的基极，这些小功率三极管Q2～Q4(72)的集电极分别构成PWM、方向位和使能位引脚，连接到直流减速电机(53)驱动器的相应接线端子上。

在图12中，HST-ECU卡的软件流程框图中，初始部分：PIC18F248单片机U7(74)的RA1-5端口初始化为输入端口来采集手柄的位置信号，RA0端口初始化为模拟量输入端口来采集HST变速箱(64)的伸出轴的转动角度，RC2端口初始化为PWM输出口，RC0口初始化为电机旋转方向控制端口，CAN模块初始化设置了通讯速率、ID号、接收、发送缓存、CAN通讯中断功能等，然后程序进入扫描循环体。主程序采集输入端口的状态，然后不断地扫描手柄位置、调速标志和CAN通讯事件这3个条件判断语句，若无任何事件发生，HST-ECU卡(35)不改变任何输出信号；当手柄位置改变时，ECU读出手柄的档位，置位调速标志位，发出PWM波、旋转方向启动直流减速电机(53)；当调速标志位置位时，启动AD采集功能，从RA0端口读入当前HST的旋转角，如果到达了设定的目标角度后，关闭直流减速电机(53)；当CAN通讯中断事件发生时，在中断子程序内置位CAN通讯接收到字符的标志位，当主程序扫描到发生通讯事件时，根据接收到指令分别做出响应：如果是采集端口状态的命令，则发送最近采集的端口状态，如果是调速命令，则置位调速标志位，发出PWM波、旋转方向和使能信号启动直流减速电机(53)。

在图13中，一座RTK-GPS基站固定于作业地块周边一处较高的位置，基站支架(82)的顶部是基站RTK-GPS(80)和基站无线电台天线(81)，移动站电台及天线(2)位于收割机上。基站RTK-GPS(80)通过基站无线电台(81)向外广播基站的定位数据帧，移动站电台天线(2)接收无线传输的数据帧后，由RTK-GPS接收机(8)处理，获得厘米级的定位精度，再由GPS-ECU卡(34)通过CAN串行通讯网络发给导航控制器ECC(6)。

在图14中，记录田块4个角点测量软件初始化阶段启动了两个线程，即主线程(人机界面线程)和CAN通讯线程，同时打开了角点数据记录文件。在人机界面线程中，当收到“记录西南角点”、“记录西北角点”、“记录东北角点”、“记录东南角点”等按钮事件后，分别发送相应的“记录”消息给CAN通讯线程；当收到数据采集完成的消息时，弹出一个对话框，提示数据采集完成、请点击“退出”按钮；当收到“退出”按钮时，关闭数据文件，退出程序。

在CAN通讯线程中，当收到“记录西南(或西北、东北、东南)角点”的消息时，把最新计算后的坐标点(x'_M,y'_M)保存为对应的角点坐标。当上述方法采集完所有4个角点坐标值后，保存4个角点坐标值到文件中，发送数据采集完成的消息给人机界面线程。

在图15中，示例了收割机作业的路径。上幅图是收割第一个回形的过程，收割机从起点出发后，直行作业(动作标记为M10步)到的末端，为了收割下一行作物，它必须为转弯腾出足够的空间，即：先倒退(M21)若干米，再向前斜行作业(M22)到底，然后再倒退(M23)回到刚才的起点，接着直行(M24)，并在行末端之前转弯(M25)，当车身转动90°时，完成转弯动作，开始新的一条直线行的作业(M30)。此后，依次有类似的转弯(M40)、直线行驶(M50)、转弯(M60)、直线行驶(M70)，当收割到该回形圈的起点时，完成了一个回形的收割作业，收割机运动(M80)到卸粮点，打开出粮口，卸掉谷物，接着转弯(M90)90°，对新的未割区域进行收割作业，即按照下幅图，重新从M10步作业到M80步。此过程不断重复，直至收割完成。

图16给出上述过程的计算机控制方法，采用逻辑步的顺序控制方法：软件启动后即进入初始步M0，由人机界面设置首行的作业方向、回形圈之间的间距、回形圈的转动方向(顺时针或逆时针)，读取田块4个角点的经纬度，产生作业的规划路径。当人机界面按下启动按钮后，程序首先进入M10步，该步的动作为控制回形I段直线行驶作业，即当收割机存在较小的位姿的偏差，导航控制器(6)发出小转弯的控制指令给履带ECU卡(33)，如果存在较大的位姿偏差，发出大转弯的控制指令，如果位姿偏差很小，则让两条履带同步滚动，保持直行状态。如果当前直线路径已经作业完成，则程序进入M20步，发出停车指令给HST-ECU卡(35)，然后进入M21步，导航控制器发出倒车指令给HST-ECU卡()，倒车约5米后停止，然后发出大转弯指令给履带ECU卡(33)，使收割机向待收割区块转动约20°，然后发出前进指令给HST-ECU卡(35)，同时发出指令结束大转弯动作，收割机沿斜线作业(M22步)，当到达末端时，发出指令停车、倒退(M23步)到刚才的起点，再次摆正车身到直线作业的航向，发出指令前进(M24步)，当到达直线行末端时，发出指令向待收割区块大转弯90°。当姿态仪测量收割机已经旋转90°时，转弯动作完成，进入M30步。该步的动作为控制收割机直行，与M10步有所区别的是车辆行驶的方向不同。如果该步的任务完成，即可切入到下一步。如此，不断按部就班作业，当收割机作业完第四个直行段(M70步)，依据粮箱内的中位传感器的信息，如果粮箱的存量超过一半，程序就进入M80步，进行卸粮动作，只有当该步动作完成后，且已经到达新的起点，回到M10步，继续收割作业；如果粮箱的存量未过一半，则进入M90步，即收割机做90°转弯的动作，回到M10步，继续收割作业。

Claims (7)

1.一种履带式联合收割机的自动驾驶系统，包括RTK-GPS、姿态仪、自动导航电子系统、电子转向手柄、电磁液压控制系统、电控HST调速机构、摇杆电子调速手柄，其特征是：自动导航电子系统采用分布式体系结构，由导航控制器、履带ECU卡、HST-ECU卡、GPS-ECU卡和姿态ECU组成，驾驶仪表板的上方是导航控制器，驾驶仪表板的右侧是电子转向手柄，驾驶仪表板的左侧、收割机纵轴线上，是一支GPS支架，GPS支架的顶端是一台移动站RTK-GPS天线和移动站电台天线，在驾驶仪表板左侧的调速面板上，是摇杆电子调速手柄，摇杆电子调速手柄的下方是电控HST调速机构，驾驶仪表板的下方从上到下依次是ECU插件箱、RTK-GPS接收机、电磁转向液压阀；在车载蓄电池的底部是阻尼器，该电池的上方是姿态ECU；摇杆电子调速手柄与电控HST调速机构之间通过信号线联结；履带ECU卡采用单片机采集电子转向手柄的位置信号、控制电磁转向液压阀的继电器及电控节流阀的工作方式，电子转向手柄的位置信号通过光电隔离输入到单片机的I/O端口，单片机再通过光电隔离把控制信号输出到功率三极管；单片机的CCP引脚输出PWM脉冲波和电平信号，同样通过光电隔离，把PWM脉冲波和电平信号分别输入到两只开关三极管的基极，从这两只开关三极管的集电极连接到电控节流阀的电机驱动器的PWM输入和方向输入的引脚。

2.根据权利要求1所述的履带式联合收割机的自动驾驶系统，其特征是：履带ECU卡定时采集电子转向手柄的位置信号，如果在新的端口状态中发现电子转向手柄的位置产生了变化，置位手动驾驶控制标志位，复位自动驾驶控制标志位；当主程序扫描到手动驾驶标志位置位时，履带ECU卡按照电子转向手柄的开关信号改变控制电磁转向液压阀的输出端口的电平；手动驾驶的标志位既可由导航控制器发出自动/手动驾驶命令后被置位或复位，也可在电子转向手柄上按钮动作后被置位或复位；当CAN通讯中断事件发生时，在中断子程序内置位CAN通讯接收到字符的标志位，当主程序扫描到发生通讯事件时，根据接收到指令分别做出响应：在自动驾驶模式下，如果是采集端口状态的命令，则发送最近采集的端口状态，如果是调节节流阀命令，则启动PWM脉冲，驱动直流电机转动而调节节流阀的开度；如果是手动/自动切换命令，则改变手动/自动标志位。

3.根据权利要求1所述的履带式联合收割机的自动驾驶系统，其特征是：具有双伸出轴的直流减速电机的左伸出轴通过弹性联轴器与电位器的伸出轴联接，电位器的本体又通过支架固定在电控HST机构的左侧板上，主空心轴和从空心轴各通过一对轴承架在左侧板与右侧板上，直流减速电机的右伸出轴插入到主空心轴中，在该空心轴上的主动齿轮与从空心轴上的从动齿轮相互啮合，HST变速箱的伸出轴插入到从空心轴中。

4.根据权利要求1所述的履带式联合收割机的自动驾驶系统，其特征是：在摇杆电子调速手柄的侧面靠近上端部处固定一只手动/自动切换按钮B，在其杆轴线方向上固定3只霍尔传感器探头，在与这一组探头相距5mm、与该手柄活动平面平行处，固定一张铁质平板，由于摇杆电子调速手柄是以铰销为转动中心为运动的，在该平板上以铰销为圆心、摇杆电子调速手柄每转动10°处，按照二进制码的方式放置永磁圆柱体；若最外侧为二进制的低位、最内侧为二进制的高位，则这些永磁圆柱体与霍尔传感器探头产生的开关信号通过组合代表摇杆电子调速手柄的位置信息，例如停车档、前进一档、前进二档、前进三档、后退一档、后退二档、后退三档。

5.根据权利要求1所述的履带式联合收割机的自动驾驶系统，其特征是：HST-ECU卡采用单片机采集摇杆电子调速手柄的位置信号，或通过CAN接口接受运动控制指令去控制HST变速箱伸出轴转角的工作方式；电子调速手柄的位置信号和三路霍尔传感器探头信号线经光电隔离，连接到单片机的I/O端口；由电位器产生的模拟电压量通过信号线引入到由运算放大器构成低通滤波器，输入到单片机的模拟量输入引脚；单片机输出PWM脉冲波和电平信号，经光电隔离后，通过开关三极管连接到直流减速电机的驱动器的相应接线端子上，使直流减速电机在接到调控指令带动HST变速箱的伸出轴旋转。

6.根据权利要求1所述的履带式联合收割机的自动驾驶系统，其特征是：HST-ECU卡的单片机定时扫描手柄位置、调速标志和CAN通讯事件这3个条件判断语句，若无任何事件发生，HST-ECU卡不改变任何输出信号；当手柄位置改变时，ECU读出手柄的档位，置位调速标志位，发出PWM波、旋转方向启动直流减速电机；当调速标志位置位时，启动AD采集功能，从模拟量输入端口读入当前HST的旋转角，如果到达了设定的目标角度后，关闭直流减速电机；当CAN通讯中断事件发生时，在中断子程序内置位CAN通讯接收到字符的标志位，当主程序扫描到发生通讯事件时，根据接收到指令分别做出响应：如果是采集端口状态的命令，则发送最近采集的端口状态，如果是调速命令，则置位调速标志位，发出PWM波、旋转方向启动直流减速电机。

7.根据权利要求1所述的履带式联合收割机的自动驾驶系统，其特征是：导航控制器采用逻辑步的顺序控制，软件启动后即进入初始步M0，由人机界面设置首行的作业方向、回形圈之间的间距、回形圈的转动方向(顺时针或逆时针)，读取田块4个角点的经纬度，产生作业的规划路径；当人机界面按下启动按钮后，程序首先进入M10步，M10步的动作为控制回形I段直线行驶作业，即当收割机存在较小的位姿的偏差，导航控制器发出小转弯的控制指令给履带ECU卡，如果存在较大的位姿偏差，发出大转弯的控制指令，如果位姿偏差很小，则让两条履带同步滚动，保持直行状态；如果当前直线路径已经作业完成，则程序进入M20步，发出停车指令给HST-ECU卡，然后进入M21步，导航控制器发出倒车指令给HST-ECU卡，倒车5米后停止，然后发出大转弯指令给履带ECU卡，使收割机向待收割区块转动20°，然后发出前进指令给HST-ECU卡，同时发出指令结束大转弯动作，收割机进入M22步，沿斜线作业，当到达末端时，发出指令停车、倒退到刚才的起点，再次摆正车身到直线作业的航向，发出指令前进，当到达直线行末端时，发出指令向待收割区块大转弯90°；当姿态仪测量收割机已经旋转90°时，转弯动作完成，进入M30步，直线行驶收割作业；如果直线行驶收割作业步的任务完成，即可转入到转弯步；如此，不断按部就班作业，当收割机作业完第四个直行段，依据粮箱内的中位传感器的信息，如果粮箱的存量超过一半，程序就进入M80步，进行卸粮动作，只有当卸粮动作完成后，且已经到达新的起点时，程序回到M10步，继续收割作业；如果粮箱的存量未过一半，则进入M90步，即收割机做90°转弯的动作，程序回到M10步，继续收割作业。