CN105746077B - 一种轮式联合收割机的速度控制装置及智能操控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轮式联合收割机的速度控制装置及智能控制方法。所述轮式联合收割机的速度控制装置包括用于人工控制速度的刹车踏板和电子开关组、设于轮式联合收割机上并用于智能控制速度的驾驶室车载终端、无级变速器电子控制单元、发动机电子控制单元和传感器组；所述电子开关组包括用于选择切换巡航模式的巡航开关和用于保护所述刹车踏板的踏板保护开关，所述巡航开关和所述踏板保护开关均与所述驾驶室车载终端电连接；所述驾驶室车载终端通过CAN总线分别与所述无级变速器电子控制单元、所述发动机电子控制单元和所述传感器组通信连接，并通过所述CAN总线向所述无级变速器电子控制单元、所述发动机电子控制单元发送调节指令。

Description

一种轮式联合收割机的速度控制装置及智能操控方法
技术领域
本发明属于农业自动化机械领域，具体地涉及一种轮式联合收割机的速度控制装置及智能操控方法。
背景技术
随着农业机械化的进一步普及，谷物收割机在农作物收割中的应用越来越广泛，其中轮式收割机在我国北方大量旱田谷物收割中的应用十分普遍。目前，收割行驶作业的关键因素仍然是驾驶员，需要驾驶员依据地形以及收割作物的姿态情况等因素不断调整行驶速度以及收割机姿态，对驾驶员有较高要求；并且，收割过程中驾驶员需要持续保持高度精力集中，加之农田作业环境较为恶劣，驾驶员的劳动强度较大。收割作业过程的人工手动调节存在其固有缺陷，调节的精度以及滞后性等都有很大的不确定性，导致收割作业过程的不稳定。
而且，随着联合收割机驾驶室密封性能的提高，操作环境的改善，仅靠驾驶员的感觉和经验来判断和调整联合收割机的工作状态变得非常困难。并且现有的汽车驾驶系统并不能直接使用在联合收割机上。
因此，目前市场上迫切需要一种针对收割机的速度驾驶系统，进一步提高收割机的智能化程度，以提高收割作业过程的精度以及效率，并且降低收割机驾驶人员的劳动强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轮式联合收割机的速度控制装置及智能操控方法。
本发明的技术方案如下：一种轮式联合收割机的速度控制装置包括用于人工控制速度的刹车踏板和电子开关组、设于轮式联合收割机上并用于智能控制速度的驾驶室车载终端、无级变速器电子控制单元、发动机电子控制单元和传感器组；所述电子开关组包括用于选择切换巡航模式的巡航开关和用于保护所述刹车踏板的踏板保护开关，所述巡航开关和所述踏板保护开关均与所述驾驶室车载终端电连接；所述驾驶室车载终端通过CAN总线分别与所述无级变速器电子控制单元、所述发动机电子控制单元和所述传感器组通信连接，并通过所述CAN总线向所述无级变速器电子控制单元、所述发动机电子控制单元发送调节指令。
在本发明实施例提供的轮式联合收割机的速度控制装置中，所述驾驶室车载终端是人机交互控制中心，并包括用于根据收割机运行工况调节无级变速器变速比的控制器，所述控制器通过所述CAN总线控制所述无级变速器电子控制单元，并通过所述CAN总线接收所述发动机电子控制单元发送的发动机工作参数。
在本发明实施例提供的轮式联合收割机的速度控制装置中，所述传感器组包括设于所述轮式联合收割机前轮的前轮转速测量传感器、设于所述轮式联合收割机滚筒处的滚筒传感器和设于所述轮式联合收割机搅笼处的搅笼传感器，所述前轮转速测量传感器、所述滚筒传感器和所述搅笼传感器分别与所述驾驶室车载终端通信连接。
在本发明实施例提供的轮式联合收割机的速度控制装置中，所述轮式联合收割机的速度控制装置还包括安装在所述轮式联合收割机的驾驶室顶部的太阳能电池板，所述太阳能电池板在光照充足的条件下对所述轮式联合收割机的速度控制装置进行供电。
一种根据上述轮式联合收割机的速度控制装置的智能操控方法，当所述轮式联合收割机处于作业环境时，包括如下步骤：a、传感器组实时监测并采集所述轮式联合收割机的速度信息；b、驾驶室车载终端接收所述传感器组的速度信息，并判断是否需要对所述轮式联合收割机的行进速度进行干预，如果需要干预，则执行步骤d，如果不需要干预，则返回步骤a；c、所述驾驶室车载终端发送调节指令至所述无级变速器电子控制单元和所述发动机电子控制单元。
在本发明实施例提供的智能操控方法中，在步骤a中，所述传感器组的速度信息包括前轮转速信息、滚筒转速信息和搅笼转速信息。
在本发明实施例提供的智能操控方法中，在步骤b中，所述驾驶室车载终端接收所述传感器组的速度信息，并判断是否需要对所述轮式联合收割机的行进速度进行干预包括如下步骤：通过试验拟合出无级变速器的液压阀流量与转速的关系模型；输入发动机到无级变速器的带速比，以及变速箱的低、中、高三档的传动比；输入发动机的经济性和动力性曲线；根据电磁阀的响应速度，输入无级变速器的调节周期和预定调节递进值；判断所述轮式联合收割机的驾驶模式，并根据不同的驾驶模式选择目标转速为电子油门转速或者行驶速度，从而判断是否需要进行速度干预。
在本发明实施例提供的智能操控方法中，在步骤c中，无级变速器通过电磁阀控制工作状态，且通过CAN接口接收来自所述驾驶室车载终端调节指令，所述调节指令包括控制周期ΔT、预定调节递进值Δstep和控制量目标值。
在本发明实施例提供的智能操控方法中，所述无级变速器电子控制单元的调节过程包括如下步骤：所述无级变速器电子控制单元的CPU中断程序执行所述控制周期ΔT；所述无级变速器电子控制单元的CPU并计算比较当前所述无级变速器的调节泵流量是否小于所述控制量目标值；如果是，则以所述预定调节递进值Δstep加速修订泵流量；如果否，则以所述预定调节递进值Δstep减速修订泵流量，并重复此步骤直至得到所述目标控制量。
在本发明实施例提供的智能操控方法中，当所述轮式联合收割机处于非作业环境时，包括如下步骤：根据需要以人工控制油门踏板和刹车踏板的方式进行速度手动操控。
本发明的有益效果在于：所述轮式联合收割机的速度控制装置及智能操控方法对现有轮式收割机机械结构基本无改动，使用静液压无极变速技术与传输机构配合控制技术就可以完全实现精确的行驶速度智能调节、收割机作业状态实时精确显示；而且，驾驶人员只需要根据人机交互触摸屏显示的收割机作业状态，做一些调整型动作以及紧急控制，对驾驶人员的要求以及工作强度大幅降低。
附图说明
图1是本发明实施例提供的轮式联合收割机的速度控制装置的总体布局示意图；
图2是图1所示轮式联合收割机的速度控制装置的系统装配图；
图3是基于图1所示轮式联合收割机的速度控制装置的智能操控方法的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非上下文另有特定清楚的描述，本发明中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本发明并不对此进行限定。本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。
请同时参阅图1和图2，图1是本发明实施例提供的轮式联合收割机的速度控制装置的总体布局示意图，图2是图1所示轮式联合收割机的速度控制装置的系统装配图。本发明实施例提供的轮式联合收割机的速度控制装置代替现有收割机传统的机械拉杆速度控制模式，在作业环境时能根据脱粒滚筒的监测信号，对收割机作业速度进行闭环控制调节，实现前进速度随脱粒滚筒负荷变化而自动调节，也可以根据机手的设置速度进行恒速控制；在非作业状态时，机手可以根据需要控制油门踏板和刹车踏板的方式进行速度手动操控。
在本实施例中，所述轮式联合收割机的速度控制装置包括用于人工控制速度的刹车踏板和电子开关组、设于轮式联合收割机上并用于智能控制速度的驾驶室车载终端、无级变速器电子控制单元、发动机电子控制单元和传感器组。
其中，所述电子开关组包括用于选择切换巡航模式的巡航开关和用于保护所述刹车踏板的踏板保护开关，所述巡航开关和所述踏板保护开关均与所述驾驶室车载终端电连接。
而且，所述驾驶室车载终端通过CAN总线分别与所述无级变速器电子控制单元、所述发动机电子控制单元和所述传感器组通信连接，并通过所述CAN总线向所述无级变速器电子控制单元、所述发动机电子控制单元发送调节指令。
具体地，所述驾驶室车载终端是人机交互控制中心，并包括用于根据收割机运行工况调节无级变速器变速比的控制器，所述控制器通过所述CAN总线控制所述无级变速器电子控制单元，并通过所述CAN总线接收所述发动机电子控制单元发送的发动机工作参数。
可选择地，所述驾驶室车载终端可以包括收容所述控制器的系统控制箱3和与所述系统控制箱3电连接的人机交互触摸屏2。优选地，所述人机交互触摸屏2是电容式触摸屏，所述控制器是中央处理器。
在本实施例中，所述驾驶室车载终端一方面通过CAN接口通过所述传感器组采集并接收发动机、底盘、搅笼和脱粒滚筒等部件工作参数以及工况，另一方面又根据速度调节策略通过CAN总线对所述无级变速器控制单元和所述发动机电子控制单元发出调节指令。
对所述无级变速器控制单元而言，无级变速器通过电磁阀控制控制工作状态，且所述无级变速器控制单元的CAN接口接受来自所述驾驶室车载终端的调节控制命令。而且，所述无级变速器控制单元的模拟输出接口连接用于隔离大功率强电流对设备的冲击破坏的隔离模块，并通过放大模块驱动控制所述无级变速器的电磁阀。进一步地，所述放大模块通过电压跟随器LM358电连接到所述电磁阀，从而避免额外增加所述电磁阀的输出阻抗。优选地，所述隔离模块是隔离器，所述放大模块是包含放大器的放大电路。
对所述发动机电子控制单元而言，发动机工作参数通过所述CAN总线传输到所述驾驶室车载终端。
所述传感器组包括设于所述轮式联合收割机前轮的前轮转速测量传感器5、设于所述轮式联合收割机滚筒处的滚筒传感器6和设于所述轮式联合收割机搅笼处的搅笼传感器7，所述前轮转速测量传感器5、所述滚筒传感器6和所述搅笼传感器7分别与所述驾驶室车载终端通信连接。
可选择地，所述轮式联合收割机的速度控制装置还可以包括安装在所述轮式联合收割机的驾驶室顶部的太阳能电池板1，所述太阳能电池板1在光照充足的条件下可以对所述轮式联合收割机的速度控制装置进行供电，以减少对蓄电池电量的消耗，从而达到节能减排的环保目的。
可选择地，所述轮式联合收割机的速度控制装置还可以包括用于起到报警作用的报警灯，所述报警灯包括用于指示刹车故障的刹车故障报警灯。
请参阅图3，是基于图1所示轮式联合收割机的速度控制装置的智能操控方法的流程框图。当所述轮式联合收割机处于作业环境时，智能操控方法包括如下步骤：
步骤S1、传感器组实时监测并采集所述轮式联合收割机的速度信息。
具体地，在步骤S1中，所述传感器组的速度信息包括前轮转速信息、滚筒转速信息和搅笼转速信息。所述前轮转速信息来自所述前轮转速测量传感器5，所述滚筒转速信息来自所述滚筒传感器6，所述搅笼转速信息来自所述搅笼传感器7。
步骤S2、驾驶室车载终端接收所述传感器组的速度信息，并判断是否需要对所述轮式联合收割机的行进速度进行干预，如果是，则执行步骤S3，如果否，则返回步骤S1。
具体地，在理论上，所述轮式联合收割机的行驶速度可以用如下公式表示：
v行驶＝i1i2i3v发动机，
其中，i1为发动机到无级变速器的带速比，i2为无级变速器的变速比，此参数是可以调节的，i3为变速箱的低、中、高三档传动比i31、i32、i33；。一般情况下，i1是固定不变的，i3通过换挡手柄控制。而且，所述驾驶室车载终端主要是通过CPU根据收割机运行工况调节i2。
因此，在步骤S2中，所述驾驶室车载终端接收所述传感器组的速度信息，并判断是否需要对所述轮式联合收割机的行进速度进行干预包括如下步骤：
通过试验拟合出无级变速器的液压阀流量与转速的关系模型；
输入发动机到无级变速器的带速比i1，以及变速箱的低、中、高三档的传动比i31、i32、i33；
输入发动机的经济性和动力性曲线；
根据电磁阀的响应速度，输入无级变速器的调节周期和预定调节递进值；及
判断所述轮式联合收割机的驾驶模式，并根据不同的驾驶模式选择目标转速为电子油门转速或者行驶速度，从而判断是否需要进行速度干预。
步骤S3、所述驾驶室车载终端发送调节指令至所述无级变速器电子控制单元和所述发动机电子控制单元。
具体地，无级变速器通过电磁阀控制工作状态，且通过CAN接口接收来自所述驾驶室车载终端调节指令，所述调节指令包括控制周期ΔT、预定调节递进值Δstep和控制量目标值。
而且，在步骤S3中，所述无级变速器电子控制单元的调节过程包括如下步骤：
所述无级变速器电子控制单元的CPU中断程序执行所述控制周期ΔT；
所述无级变速器电子控制单元的CPU并计算比较当前所述无级变速器的调节泵流量是否小于所述控制量目标值；
如果是，则以所述预定调节递进值Δstep加速修订泵流量；
如果否，则以所述预定调节递进值Δstep减速修订泵流量，并重复此步骤直至得到所述目标控制量。
此外，当所述轮式联合收割机处于非作业环境时，所述智能操控方法包括如下步骤：根据需要以人工控制油门踏板和刹车踏板的方式进行速度手动操控。
具体地，所述轮式联合收割机的踏板控制模式优先级高于定速巡航模式。而且，在行驶过程中，如果所述驾驶室车载终端判断需要对行驶速度进行降速干预时，驾驶模式则报警通知定位在远程控制模式；当报警提醒解除后，驾驶模式才能返回电子油门控制模式。而且，在所有驾驶模式运行过程中，刹车踏板控制一直是处于有效状态的。
相较于现有技术，本发明提供的轮式联合收割机的速度控制装置及智能操控方法对现有轮式收割机机械结构基本无改动，使用静液压无极变速技术与传输机构配合控制技术就可以完全实现精确的行驶速度智能调节、收割机作业状态实时精确显示；而且，驾驶人员只需要根据人机交互触摸屏显示的收割机作业状态，做一些调整型动作以及紧急控制，对驾驶人员的要求以及工作强度大幅降低。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种轮式联合收割机的速度控制装置，包括用于人工控制速度的刹车踏板和电子开关组，其特征在于：还包括设于轮式联合收割机上并用于智能控制速度的驾驶室车载终端、无级变速器电子控制单元、发动机电子控制单元和传感器组；
所述电子开关组包括用于选择切换巡航模式的巡航开关和用于保护所述刹车踏板的踏板保护开关，所述巡航开关和所述踏板保护开关均与所述驾驶室车载终端电连接；
所述驾驶室车载终端通过CAN总线分别与所述无级变速器电子控制单元、所述发动机电子控制单元和所述传感器组通信连接，并通过所述CAN总线分别向所述无级变速器电子控制单元和所述发动机电子控制单元发送调节指令；
当所述轮式联合收割机的速度控制装置处于巡航模式时，所述驾驶室车载终端接收所述传感器组的速度信息，并判断是否需要对所述轮式联合收割机的行进速度进行干预的过程如下：
通过试验拟合出无级变速器的液压阀流量与转速的关系模型；
输入发动机到无级变速器的带速比，以及变速箱的低、中、高三档的传动比；
输入发动机的经济性和动力性曲线；
根据电磁阀的响应速度，输入无级变速器的调节周期和预定调节递进值；
判断所述轮式联合收割机的驾驶模式，并根据不同的驾驶模式选择目标转速为电子油门转速或者行驶速度，从而判断是否需要进行速度干预。
2.根据权利要求1所述的轮式联合收割机的速度控制装置，其特征在于：所述驾驶室车载终端是人机交互控制中心，并包括用于根据收割机运行工况调节无级变速器变速比的控制器，所述控制器通过所述CAN总线控制所述无级变速器电子控制单元，并通过所述CAN总线接收所述发动机电子控制单元发送的发动机工作参数。
3.根据权利要求1所述的轮式联合收割机的速度控制装置，其特征在于：所述传感器组包括设于所述轮式联合收割机前轮的前轮转速测量传感器、设于所述轮式联合收割机滚筒处的滚筒传感器和设于所述轮式联合收割机搅笼处的搅笼传感器，所述前轮转速测量传感器、所述滚筒传感器和所述搅笼传感器分别与所述驾驶室车载终端通信连接。
4.根据权利要求1所述的轮式联合收割机的速度控制装置，其特征在于：还包括安装在所述轮式联合收割机的驾驶室顶部的太阳能电池板，所述太阳能电池板在光照充足的条件下对所述轮式联合收割机的速度控制装置进行供电。
5.一种根据权利要求1所述的轮式联合收割机的速度控制装置的智能操控方法，其特征在于，当所述轮式联合收割机处于作业环境时，包括如下步骤：
a、传感器组实时监测并采集所述轮式联合收割机的速度信息；
b、驾驶室车载终端接收所述传感器组的速度信息，并判断是否需要对所述轮式联合收割机的行进速度进行干预，如果需要干预，则执行步骤c，如果不需要干预，则返回步骤a；
c、所述驾驶室车载终端发送调节指令至所述无级变速器电子控制单元和所述发动机电子控制单元；
在步骤b中，所述驾驶室车载终端接收所述传感器组的速度信息，并判断是否需要对所述轮式联合收割机的行进速度进行干预包括如下步骤：
通过试验拟合出无级变速器的液压阀流量与转速的关系模型；
输入发动机到无级变速器的带速比，以及变速箱的低、中、高三档的传动比；
输入发动机的经济性和动力性曲线；
根据电磁阀的响应速度，输入无级变速器的调节周期和预定调节递进值；
判断所述轮式联合收割机的驾驶模式，并根据不同的驾驶模式选择目标转速为电子油门转速或者行驶速度，从而判断是否需要进行速度干预。
6.根据权利要求5所述的智能操控方法，其特征在于：在步骤a中，所述传感器组的速度信息包括前轮转速信息、滚筒转速信息和搅笼转速信息。
7.根据权利要求5所述的智能操控方法，其特征在于：在步骤c中，无级变速器通过电磁阀控制工作状态，且通过CAN接口接收来自所述驾驶室车载终端调节指令，所述调节指令包括控制周期ΔT、预定调节递进值Δstep和控制量目标值。
8.根据权利要求7所述的智能操控方法，其特征在于：所述无级变速器电子控制单元的调节过程包括如下步骤：
所述无级变速器电子控制单元的CPU中断程序执行所述控制周期ΔT；
所述无级变速器电子控制单元的CPU并计算比较当前所述无级变速器的调节泵流量是否小于所述控制量目标值；
如果是，则以所述预定调节递进值Δstep加速修订泵流量；
如果否，则以所述预定调节递进值Δstep减速修订泵流量，并重复此步骤直至得到所述目标控制量。
9.根据权利要求5所述的智能操控方法，其特征在于：当所述轮式联合收割机处于非作业环境时，包括如下步骤：根据需要以人工控制油门踏板和刹车踏板的方式进行速度手动操控。
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