CN107933558A - 一种湿地行驶作业装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于农业机械技术领域，提供了一种湿地行驶作业装置及其控制方法，该湿地行驶作业装置包括主体、驱动轮和驱动轮滑转率控制装置，驱动轮连接于主体，主体设置有用于监测水田泥水膜深度的水田泥水膜深度监测装置，主体或至少一驱动轮设置有用于监测驱动轮速度的车轮速度传感器，主体还设置有速度调节装置和用于监测湿地行驶作业装置行走速度的实际车速传感器。本发明实施例提供的湿地行驶作业装置，其智能化程度高，不依赖驾驶员的经验进行机具及牵引动力调节，可以避免、减轻打滑，能防止湿地行驶作业装置驱动轮过度滑转、传动系过载和由此带来的传动系受损和轮胎磨损，牵引效率高，利于对水田硬底层的保护，且节能环保。

Description

一种湿地行驶作业装置及其控制方法

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，尤其涉及一种湿地行驶作业装置及其控制方法。

背景技术

我国水田面积大约3000万公顷，为我国粮食安全提供了主力保障。但是，水田作业环境复杂，泥水深度不同，泥脚附着力不同，作为水田作业中动力源的拖拉机往往打滑严重，需要驾驶员长时间调节拖拉机油门及变速箱档位及机具来适应。这样将使水田的泥脚进一步加深，对水田的硬地层造成了很大破坏，同时，使拖拉机燃油消耗增加，使轮胎或履带寿命缩短。

目前，我国农村仍采用传统的旱田拖拉机进行水田操作，如果需要进一步防止拖拉机打滑，就需要对整个拖拉机进行改造，然而现实中往往是依赖驾驶员的经验进行机具及牵引动力调节，效果不佳，同时，对水田造成了严重的破坏。目前并没有专门针对水田拖拉机的智能控制研究，对拖拉机的智能控制研究也局限在悬挂系统控制中。最为近似的方案为“一种拖拉机智能控制方法和智能控制系统”，专利申请号为CN103158713A。该专利适用于普通拖拉机，其控制方法只能保证拖拉机不打滑，但不能保证拖拉机工作在最佳牵引效率区域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种湿地行驶作业装置及其控制方法，旨在解决由于现有技术湿地行驶作业装置难以有效防止打滑，导致湿地行驶作业装置的牵引效率不高的问题。

一方面，本发明提供了一种湿地行驶作业装置，包括主体和驱动轮，所述驱动轮连接于所述主体，所述主体设置有用于监测水田泥水膜深度的水田泥水膜深度监测装置，所述主体或至少一所述驱动轮设置有用于监测所述驱动轮速度的车轮速度传感器，所述主体还设置有用于监测湿地行驶作业装置行走速度的实际车速传感器；所述主体还设置有速度调节装置，所述湿地行驶作业装置还包括驱动轮滑转率控制装置，所述车轮速度传感器、实际车速传感器和速度调节装置电连接于所述驱动轮滑转率控制装置。

优选地，所述主体包括底盘，所述底盘包括前轮支架和后轮支架，所述水田泥水膜深度监测装置设置有两个，两个所述水田泥水膜深度监测装置分别设置于前轮支架和后轮支架的中段处。

优选地，所述速度调节装置包括加速执行机构和减速执行机构。

优选地，所述加速执行机构包括步进电机和油门拉杆执行机构，所述步进电机连接于所述油门拉杆执行机构，所述步进电机电连接于所述驱动轮滑转率控制装置。

优选地，所述减速执行机构包括制动电磁阀和制动踏板执行机构，所述制动电磁阀连接于所述制动踏板执行机构，所述电磁阀电连接于所述驱动轮滑转率控制装置。

优选地，所述速度调节装置还包括离合器执行机构，所述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离合器电磁阀和PTO离合器执行机构，所述主离合器电磁阀连接于所述主离合器执行机构，所述PTO离合器电磁阀连接于PTO离合器执行机构。

优选地，所述驱动轮通过车轮轴连接于所述主体，所述车轮速度传感器安装于所述车轮轴端部的非旋转部分。

优选地，所述底盘还包括纵向连接支架，所述纵向连接支架的两端分别连接于所述前轮支架和后轮支架；所述纵向连接支架还连接有驱动桥，所述实际车速传感器设置于所述驱动桥的壳体内。

另一方面，本发明还提供了一种用于上述湿地行驶作业装置的行驶控制方法，所述方法包括：

对所述湿地行驶作业装置在当前水田的当前滑转率进行监测，判断监测到的所述当前滑转率是否位于预设的、当前水田的最优滑转率参考范围内；

当所述滑转率位于所述最优滑转率参考范围内时，所述驱动轮滑转率控制装置控制所述速度调节装置维持当前速度；

当所述滑转率大于所述最优滑转率参考范围最大值时，所述驱动轮滑转率控制装置控制所述速度调节装置减小油门开度并制动；

当所述滑转率小于所述最优滑转率参考范围最小值时，所述驱动轮滑转率控制装置控制所述速度调节装置增大油门开度。

本发明实施例所提供的一种湿地行驶作业装置，通过车轮速度传感器、实际车速传感器的传感监测，可以判断湿地行驶作业装置的打滑情况(驱动轮滑转率)，驱动轮滑转率控制装置可以根据湿地行驶作业装置打滑情况通过速度调节装置自动调整速度调节装置，当拖拉机处于过度滑转时，能够解除湿地行驶作业装置的过度滑转，从而能防止湿地行驶作业装置驱动轮过度滑转、传动系过载和由此带来的传动系受损和轮胎磨损，其智能化程度高，不依赖驾驶员的经验进行机具及牵引动力调节，可以避免、减轻湿地行驶作业装置的打滑，牵引效率高，利于对水田硬底层的保护，且节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的湿地行驶作业装置的俯视示意图；

图2是本发明实施例提供的湿地行驶作业装置的侧视示意图；以及

图3是本发明实施例提供的用于湿地行驶作业装置的行驶控制方法的流程示意图。

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

实施例一：

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种湿地行驶作业装置，可用于水田等湿地的耕作、运输等作业，按通常理解，湿地指天然或人工形成的沼泽地等带有静止或流动水体的成片浅水区，还包括在低潮时水深不超过6米的水域。水田在湿地生态系统中属于人工湿地，本实施例中，以应用于水田中的水田拖拉机为例。上述湿地行驶作业装置包括主体1和驱动轮。本实施例中的湿地行驶作业装置设置有前轮21和后轮22，前轮21和后轮22中至少一组作为驱动轮。前轮21和后轮22(驱动轮)连接于主体1，主体1设置有用于监测水田泥水膜深度的水田泥水膜深度监测装置3，水田泥水膜深度监测装置3可为激光探头、回声探测器、微波探测器等，可以实时检测湿地行驶作业装置处的水田泥水膜深度(泥脚深度)。主体1或至少一驱动轮(后轮22)设置有用于监测驱动轮速度的车轮速度传感器41，主体1还设置有用于监测湿地行驶作业装置行走速度的实际车速传感器42；当车轮速度传感器41对应的理论速度与实际车速传感器42对应实际速度存在差值时，说明湿地行驶作业装置出现打滑。主体1还设置有速度调节装置，湿地行驶作业装置还包括驱动轮滑转率控制装置。车轮速度传感器41、实际车速传感器42和速度调节装置电连接于驱动轮滑转率控制装置。驱动轮滑转率控制装置可以根据湿地行驶作业装置打滑情况通过速度调节装置自动调整速度调节装置，其智能化程度高，不依赖驾驶员的经验进行机具及牵引动力调节，可以避免、减轻湿地行驶作业装置的打滑，牵引效率高，利于对水田硬底层的保护，且节能环保。

优选地，主体1包括底盘，底盘包括前轮支架11和后轮支架12，水田泥水膜深度监测装置3设置有两个，两个水田泥水膜深度监测装置3分别设置于前轮支架11和后轮支架12的中段处，以更准确地监测水田泥水膜深度。当然，水田泥水膜深度监测装置3也可以设置一个或多个，并设置于其它合适位置。两个前轮21分别转动连接于前轮支架11两端。两个后轮22分别转动连接于后轮支架12两端。

具体应用中，实际车速传感器42可安装在非驱动轮处，车轮速度传感器41可安装在驱动轮处。

可选地，车轮速度传感器41可以成对设置并分别安装于两个后驱动轮(后轮22)处，当然，车轮速度传感器41只设置一个并安装于其中一后驱动轮(后轮22)也可以。前驱动轮(前轮21)和后驱动轮(后轮22)可成对设置。

优选地，速度调节装置包括加速执行机构51和减速执行机构52，以使湿地行驶作业装置加速、减速。

优选地，加速执行机构51包括步进电机和油门拉杆执行机构，步进电机连接于油门拉杆执行机构，步进电机电连接于驱动轮滑转率控制装置。

优选地，减速执行机构52包括制动电磁阀和制动踏板执行机构，制动电磁阀连接于制动踏板执行机构，电磁阀电连接于驱动轮滑转率控制装置。

优选地，速度调节装置还包括离合器执行机构53，离合器执行机构53包括主离合器电磁阀、主离合器执行机构、PTO(POWER-TAKE-OFF，取力器)离合器电磁阀和PTO离合器执行机构，主离合器电磁阀连接于主离合器执行机构，PTO离合器电磁阀连接于PTO离合器执行机构3。离合器执行机构53、减速执行机构52和加速执行机构51可以相邻设置于底盘上。

优选地，驱动轮可通过车轮轴连接于主体1的前轮支架11或/和后轮支架12，车轮速度传感器41安装于车轮轴端部的非旋转部分，可以直接监测车轮的角速度，从而可以直接根据公式得出理论车速。当然，车轮速度传感器41也可以设置于其它合适的位置。

优选地，底盘还包括纵向连接支架13，纵向连接支架13的两端分别连接于前轮支架11和后轮支架12；纵向连接支架13还连接有驱动桥14，实际车速传感器42设置于驱动桥14的壳体内。

优选地，通过车轮速度传感器41、实际车速传感器42的传感监测，驱动轮滑转率控制装置可以根据打滑的情况(实时滑转率)调整速度调节装置。即，如果实时滑转率大于与当前水田环境相对应的最优滑转率参考范围最大值，则进一步减小油门开度并制动；如果实时滑转率小于与当前水田环境相对应的最优滑转率参考范围最小值，则增大油门开度。

优选地，驱动轮滑转率控制装置包括CAN(Controller Area Network)总线模块61和DSP(Digital Signal Proces)控制器62，其性能和可靠性高。CAN总线模块61和DSP控制器62可以设置于底盘内。

具体应用中，湿地行驶作业装置可为水田拖拉机、水田运输机、水田播种机等。

具体应用中，驱动轮滑转率控制装置可以根据水田泥水膜深度，通过查表法确定当前水田环境下的最优滑转率参考范围。根据湿地行驶作业装置的状态信息(即：实际车速传感器42和车轮速度传感器41)来计算实际的实时滑转率；判断实时滑转率是否小于与当前路况对应的极限滑转率。如果是，则维持湿地行驶作业装置状态不变。如果大于设定值(例如5％)，则进一步判断，如果实时滑转率小于最优滑转率参考范围最小值，则增大油门开度；如果实时滑转率大于最优滑转率参考范围最大值，则减小油门开度，并制动。

本发明实施例所提供的一种湿地行驶作业装置，通过车轮速度传感器41、实际车速传感器42的传感监测，可以判断湿地行驶作业装置的打滑情况(驱动轮滑转率)，驱动轮滑转率控制装置可以根据湿地行驶作业装置打滑情况通过速度调节装置自动调整速度调节装置，当拖拉机处于过度滑转时，能够解除湿地行驶作业装置的过度滑转，从而能防止湿地行驶作业装置驱动轮过度滑转、传动系过载和由此带来的传动系受损和轮胎磨损，其智能化程度高，不依赖驾驶员的经验进行机具及牵引动力调节，可以避免、减轻湿地行驶作业装置的打滑，牵引效率高，利于对水田硬底层的保护，且节能环保。

实施例二：

图3示出了本发明实施例提供的湿地行驶作业装置的行驶控制方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明实施例适用于实施例一中的湿地行驶作业装置，具体地，适用于湿地行驶作业装置中的DSP控制器，以防止湿地行驶作业装置打滑，该行驶控制方法具体包括：

在步骤S301中，对湿地行驶作业装置在当前水田的当前滑转率进行监测，判断监测到的当前滑转率是否位于预设的、当前水田的最优滑转率参考范围内。

最优滑转率反映了湿地行驶作业装置在当前水田作业的最佳状态，当湿地行驶作业装置当作在最优滑转率时，既能保证较好的牵引作用，防打滑性能也保持在最佳状态，在本发明实施例中，为了减少对湿地行驶作业装置中速度调节装置的频繁操作，降低对湿地行驶作业装置的硬件损耗，以最优滑转率为中心设置最优滑转率参考范围，只要湿地行驶作业装置的滑转率位于最优滑转率参考范围内，则认为湿地行驶作业装置当前水田作业处于最佳状态。

为了监测当前滑转率是否位于当前水田的最优滑转率参考范围，应预先设置当前水田的最优滑转率参考范围。优选地，在设置当前水田的最优滑转率参考范围时，首先，通过水田泥水膜深度监测装置获取湿地行驶作业装置当前水田的泥水膜深度，获取当前所在水田的泥水膜深度对应的最优滑转率参考范围，将该最优滑转率参考范围设置为当前水田的最优滑转率参考范围，从而提高最优滑转率参考范围设置的准确性。

在步骤S302中，当滑转率位于最优滑转率参考范围内时，驱动轮滑转率控制装置控制速度调节装置维持当前速度。

在本发明实施例中，湿地行驶作业装置的当前滑转率可通过下列公式计算：其中，s为滑转率，r为驱动车轮的半径，v为湿地行驶作业装置的当前车速，ω为驱动车轮的角速度，n为驱动车轮的转速。当滑转率位于最优滑转率参考范围内时，表明湿地行驶作业装置当前水田作业处于最佳状态，此时，控制驱动轮滑转率控制装置控制速度调节装置维持当前速度，以减少不必要的能耗。

在步骤S303中，当滑转率大于最优滑转率参考范围最大值时，驱动轮滑转率控制装置控制速度调节装置减小油门开度并制动。

在本发明实施例中，当滑转率大于最优滑转率参考范围中的最大值时，表明湿地行驶作业装置有一定的打滑，此时，控制驱动轮滑转率控制装置控制速度调节装置减小油门开度并制动，以降低湿地行驶作业装置的滑转率，减少打滑引入的不必要能耗。

在步骤S304中，当滑转率小于最优滑转率参考范围最小值时，驱动轮滑转率控制装置控制速度调节装置增大油门开度。

在本发明实施例中，当滑转率小于最优滑转率参考范围中的最小值时，表明湿地行驶作业装置速度过慢，此时，控制驱动轮滑转率控制装置控制速度调节装置增大油门开度，以减少速度过慢引入的不必要能耗。

在本发明实施例中，对湿地行驶作业装置在当前水田的当前滑转率进行实时监测，判断监测到的当前滑转率是否位于预设的、当前水田的最优滑转率参考范围内，当滑转率位于最优滑转率参考范围内时，驱动轮滑转率控制装置控制速度调节装置维持当前速度，当滑转率大于最优滑转率参考范围最大值时，驱动轮滑转率控制装置控制速度调节装置减小油门开度并制动，当滑转率小于最优滑转率参考范围最小值时，驱动轮滑转率控制装置控制速度调节装置增大油门开度，从而保证湿地行驶作业装置尽可能地工作在最佳状态，降低了湿地行驶作业装置的作业能耗。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种湿地行驶作业装置，包括主体和驱动轮，所述驱动轮连接于所述主体，其特征在于，所述主体设置有用于监测水田泥水膜深度的水田泥水膜深度监测装置，所述主体或至少一所述驱动轮设置有用于监测所述驱动轮速度的车轮速度传感器，所述主体还设置有用于监测湿地行驶作业装置行走速度的实际车速传感器；所述主体还设置有速度调节装置，所述湿地行驶作业装置还包括驱动轮滑转率控制装置，所述车轮速度传感器、实际车速传感器和速度调节装置电连接于所述驱动轮滑转率控制装置。

2.如权利要求1所述的湿地行驶作业装置，其特征在于，所述主体包括底盘，所述底盘包括前轮支架和后轮支架，所述水田泥水膜深度监测装置设置有两个，两个所述水田泥水膜深度监测装置分别设置于前轮支架和后轮支架的中段处。

3.如权利要求1所述的湿地行驶作业装置，其特征在于，所述速度调节装置包括加速执行机构和减速执行机构。

4.如权利要求3所述的湿地行驶作业装置，其特征在于，所述加速执行机构包括步进电机和油门拉杆执行机构，所述步进电机连接于所述油门拉杆执行机构，所述步进电机电连接于所述驱动轮滑转率控制装置。

5.如权利要求3所述的湿地行驶作业装置，其特征在于，所述减速执行机构包括制动电磁阀和制动踏板执行机构，所述制动电磁阀连接于所述制动踏板执行机构，所述电磁阀电连接于所述驱动轮滑转率控制装置。

6.如权利要求3所述的湿地行驶作业装置，其特征在于，所述速度调节装置还包括离合器执行机构，所述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离合器电磁阀和PTO离合器执行机构，所述主离合器电磁阀连接于所述主离合器执行机构，所述PTO离合器电磁阀连接于PTO离合器执行机构。

7.如权利要求1所述的湿地行驶作业装置，其特征在于，所述驱动轮通过车轮轴连接于所述主体，所述车轮速度传感器安装于所述车轮轴端部的非旋转部分。

8.如权利要求2所述的湿地行驶作业装置，其特征在于，所述底盘还包括纵向连接支架，所述纵向连接支架的两端分别连接于所述前轮支架和后轮支架；所述纵向连接支架还连接有驱动桥，所述实际车速传感器设置于所述驱动桥的壳体内。

9.一种用于权利要求1-8任一所述湿地行驶作业装置的行驶控制方法，其特征在于，所述方法包括：

对所述湿地行驶作业装置在当前水田的当前滑转率进行监测，判断监测到的所述当前滑转率是否位于预设的、当前水田的最优滑转率参考范围内；

当所述滑转率位于所述最优滑转率参考范围内时，所述驱动轮滑转率控制装置控制所述速度调节装置维持当前速度；

当所述滑转率大于所述最优滑转率参考范围最大值时，所述驱动轮滑转率控制装置控制所述速度调节装置减小油门开度并制动；

当所述滑转率小于所述最优滑转率参考范围最小值时，所述驱动轮滑转率控制装置控制所述速度调节装置增大油门开度。

10.如权利要求9所述的行驶控制方法，其特征在于，对所述湿地行驶作业装置的当前滑转率进行监测的步骤之前，所述方法还包括：

所述水田泥水膜深度监测装置获取所述湿地行驶作业装置当前所在水田的泥水膜深度；

获取所述当前所在水田的泥水膜深度对应的最优滑转率参考范围，将该最优滑转率参考范围设置为所述当前水田的最优滑转率参考范围。