CN111855225A - 四轮驱动拖拉机滑转率的测量方法 - Google Patents

四轮驱动拖拉机滑转率的测量方法 Download PDF

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白学峰
纪鸿波
张兆同
李林
田光兆
杨建明
宋鑫
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    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles

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Abstract

本发明公开了四轮驱动拖拉机滑转率的测量方法，包括安装在拖拉机上的编码器A、车速雷达、编码器B、计算机及LabVIEW的测试程序、数据采集器和线束，包括以下步骤：步骤一：编码器A和数据采集器持续不断输出轮速脉冲信号，车速雷达输出车速脉冲信号，一并输送到数据采集器中；步骤二：数据采集器对信号进行处理之后，通过线束输送到计算机及LabVIEW的测试程序中；步骤三：计算机及LabVIEW的测试程序通过内部的LabVIEW软件根据已编程序计算滑转率并显示、存储相关数据，速度获取选用低速雷达传感器，轮速测量方法选用光电编码器，完善了现有技术的不足，同时结构简单，易于制造，同时在测量中，准确度较高，适应性较广，在测量中，天气产生影响大大降低。

Description

四轮驱动拖拉机滑转率的测量方法
技术领域
本发明属于农用两轮驱动拖拉机行驶速度和轮速的测量技术领域，具体 涉及四轮驱动拖拉机滑转率的测量方法。
背景技术
滑转率是轮式移动机械性能设计的一个重要技术指标，因此，在不影响 机械工况的情况下如何准确测量其滑转率是国内外农机测试专家致力研究的 问题。滑转率的测量主要包括车速的测量和驱动轮转速的测量。转速的测量 方法很多，现在多使用光电编码器，精度较高。车速的测量较为复杂，对于 两轮驱动拖拉机来说，相对简单一些，可以通过非驱动轮的转速换算出拖拉 机的行驶速度，结合驱动轮的转速便可以计算出滑转率。但是对于四轮驱动 拖拉机来说，没有了非驱动轮，车速不能通过轮速转换获得，需要增加车速测量设备。车速的测量设备主要有:五轮仪、雷达、GPS，其中五轮仪适应性 较差，GPS需要较好的天气环境支持，而且价格较高。
发明内容
本发明的目的在于提供四轮驱动拖拉机滑转率的测量方法，以解决上述 背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：四轮驱动拖拉机滑转率的 测量方法，包括安装在拖拉机上的编码器A、车速雷达、编码器B、计算机及 LabVIEW的测试程序、数据采集器和线束，包括以下步骤：
步骤一：编码器A和数据采集器持续不断输出轮速脉冲信号，车速雷达 输出车速脉冲信号，一并输送到数据采集器中；
步骤二：数据采集器对信号进行处理之后，通过线束输送到计算机及 LabVIEW的测试程序中；
步骤三：计算机及LabVIEW的测试程序通过内部的LabVIEW软件根据已 编程序计算滑转率并显示、存储相关数据。
优选的，还包括对所述编码器A和数据采集器准确度的验证，其中采用 手动验证，包括以下步骤：
步骤一：分别手动转动编码器A和数据采集器一到十圈；
步骤二：利用LabVIEW软件采集脉冲数，已知编码器每转一圈发出1000 个脉冲，由此对其尽情准确度分析。
优选的，所述编码器A与数据采集器的精度为0～5‰。
优选的，所述编码器A与数据采集器安装在拖拉机的车轮轴心处，所述 车速雷达安装在拖拉机的底端面上，且车速雷达呈倾斜状安装。
优选的，所述数据采集器含有路位计数器通道。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过低速雷达传感器，轮速测量方法选用光电编码器，完善了现有技术 的不足，同时结构简单，易于制造，同时在测量中，准确度较高，适应性较 广，在测量中，天气产生影响大大降低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1、编码器A；2、车速雷达；3、编码器B；4、计算机及LabVIEW 的测试程序；5、数据采集器；6、线束。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：四轮驱动拖拉机滑转率的测量方 法，包括安装在拖拉机上的编码器A1、车速雷达2、编码器B3、计算机及LabVIEW的测试程序4、数据采集器5和线束6，包括以下步骤：
步骤一：编码器A1和数据采集器5持续不断输出轮速脉冲信号，车速雷 达2输出车速脉冲信号，一并输送到数据采集器5中；
步骤二：数据采集器5对信号进行处理之后，通过线束6输送到计算机 及LabVIEW的测试程序4中；
步骤三：计算机及LabVIEW的测试程序4通过内部的LabVIEW软件根据 已编程序计算滑转率并显示、存储相关数据。
本实施例中，优选的，还包括对编码器A1和数据采集器5准确度的验证， 其中采用手动验证，包括以下步骤：
步骤一：分别手动转动编码器A1和数据采集器5一到十圈；
步骤二：利用LabVIEW软件采集脉冲数，已知编码器每转一圈发出1000 个脉冲，由此对其尽情准确度分析。
本实施例中，优选的，编码器A1与数据采集器5的精度为0～5‰。
本实施例中，优选的，编码器A1与数据采集器5安装在拖拉机的车轮轴 心处，车速雷达2安装在拖拉机的底端面上，且车速雷达2呈倾斜状安装， 验证试验选定在田间进行，对比计算车速和测量车速的误差大小。选定100m 试验场地，每10m左一个标记。档位设置为3档，驾驶拖拉机稳定驶过100m 试验场地，每10进行1次计时，分别计算每10m的计算车速和测量车速。
本实施例中，优选的，数据采集器5含有8路16位计数器通道。
本实验采用的是欧姆龙的光电旋转编码器，其型号为E6B2－CWZ6C。其输 出信号有A、B、Z三相，A、B相分别输出两路相位差为90°的脉冲信号，每 转输出脉冲1000个，Z为基准相位，每转输出一个脉冲，有清零的功能。速 度传感器美国帝强公司的低速雷达测速仪即是一种基于多普勒原理的测速仪 器Radar－II测速雷达测速范围为0.53～70.80km/h，当测速范围在0.53～ 3.2km/h内时速度测量误差在－5％～5％之间；当测速范围在3.2～107km/h内 时速度测量误差在－3％～3％之间。这种测速雷达广泛用于智能农业装备上。
数据采集器5的简介
滑转率的测量采用LabVIEW的DAQ模块，LabVIEW是一种程序开发环境， 其使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。数据采 集(DataAcQuisition，DAQ)是指从传感器和其它待测设备等模拟或数字被测 单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件 产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。一个完整的DAQ系统包括传感 器或变换器、信号调理设备、数据
采集和分析硬件、计算机、驱动程序和应用软件等。
数据采集卡试验采用的是研华公司的PCI－1780数据采集卡，PCI－1780 是一款采用PCI总线的通用多通道计数器定时器卡。该卡采用AM9513并通过 CPLD实现计数器/定时器功能。PCI－1780卡提供了16－bit计数器通道、8 个数字量输出通道和8个数字量输入通道
雷达信号采集电路、采集卡和电脑的连接电路等。
编码器A1和编码器B3在实际工作的过程中会有一定的抖动现象。这是 因为拖拉机行驶时会有震动使编码器前后抖动，脉冲数增加，因此想要获得 较为精确的转速信号，需要对编码器进行鉴相。鉴向主要通过一个D触发器 和2个与非门完成。当正转时，计数器0作用，反转时计数器1作用，程序 设置计数器0与计数器1的差便是实际的转动脉冲数。
其中车速雷达2在安装中，要保证与地面成35±5°，同时雷达前面不能 有障碍物，经分析，选定在拖拉机的上车辅助踏板上面，按照具体尺寸，定 制了安装铁架，将雷达安装在拖拉机上；
编码器A1和编码器B3的安装中，为了将编码器A1和编码器B3安装在 轮子中心，保证编码器的轴转动而后半部分不转动，我们制作了一个编码器 和轮子的连接耦合器。此耦合器用塑料制成，在里面放入一块磁铁，端部开 有轴孔，与编码器的轴相连，通过磁铁的吸附作用，将耦合器固定在了轮子 的中心，同时也固定了编码器，编码器的引出线通过特制的固定铁架支撑， 引入到电源以及采集板接线端子处；
程序的主要目的是不断采集编码器以及雷达的信号，然后进行计数，通 过一定的计时以及计算得到最终的滑转率。程序整体的语言结构使用了两个 while循环，一个大循环，一个小循环，还有一个顺序结构。整个程序工作在 一个大循环中，当按下大循环中的stop键时整个程序便会结束。在顺序结构 的第一步中嵌入了一个while循环，这个while循环不断对传感器的脉冲信 号进行计数，当时间达到1s之后，while循环停止，此时顺序结构的第一步 结束，进入结构的第二部，这一部分主要是对车速、轮速、滑转率进行计算。 计算结束，进入下一个循环，如此便可以得到每秒的滑转率变化情况，当然， 定时的时间可以设置增大或者减小，通过实验发现，如果定时时间过小滑转 率会出现较大波动，而较大时精度会有所下降，实时性变差，程序中使用了5 个脉冲计数器，分别是对雷达信号计数和四轮速信号计数；
基于车速雷达测量的试验数据可以知道每10m的实际车速，然后根据 编码器的输出数据可以得到相应的拖拉机各车轮转数(考虑到编码器精度较 高，因此将编码器测得转数近似为车轮实际转数)，这样便可以根据式(1)分 别计算每10m的平均实际滑转率，然后和系统显示的测量滑转率数据进行 对比，
Figure RE-GDA0002686383240000051
式中，N表示每秒测得的车轮转数，t表示行走时间，r表示车轮半径， 不同耕深下拖拉机滑转率特性的实验同样，档位设置为二档，油门开度为50％，在作业路面上进行测量，为了能够较为全面的分析滑转率的变化特性， 分别选择不同的耕深进行测量，耕作深度(H)为0cm、10cm、15cm、20cm， 最后分析不同负荷条件下滑转率的变化情况，得出滑转率的变化范围、变化 速度范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。

Claims (5)

1.四轮驱动拖拉机滑转率的测量方法，包括安装在拖拉机上的编码器A(1)、车速雷达(2)、编码器B(3)、计算机及LabVIEW的测试程序(4)、数据采集器(5)和线束(6)，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：编码器A(1)和数据采集器(5)持续不断输出轮速脉冲信号，车速雷达(2)输出车速脉冲信号，一并输送到数据采集器(5)中；
步骤二：数据采集器(5)对信号进行处理之后，通过线束(6)输送到计算机及LabVIEW的测试程序(4)中；
步骤三：计算机及LabVIEW的测试程序(4)通过内部的LabVIEW软件根据已编程序计算滑转率并显示、存储相关数据。
2.根据权利要求1所述的四轮驱动拖拉机滑转率的测量方法，其特征在于：还包括对所述编码器A(1)和数据采集器(5)准确度的验证，其中采用手动验证，包括以下步骤：
步骤一：分别手动转动编码器A(1)和数据采集器(5)一到十圈；
步骤二：利用LabVIEW软件采集脉冲数，已知编码器每转一圈发出1000个脉冲，由此对其尽情准确度分析。
3.根据权利要求2所述的四轮驱动拖拉机滑转率的测量方法，其特征在于：所述编码器A(1)与数据采集器(5)的精度为0～5‰。
4.根据权利要求1所述的四轮驱动拖拉机滑转率的测量方法，其特征在于：所述编码器A(1)与数据采集器(5)安装在拖拉机的车轮轴心处，所述车速雷达(2)安装在拖拉机的底端面上，且车速雷达(2)呈倾斜状安装。
5.根据权利要求1所述的四轮驱动拖拉机滑转率的测量方法，其特征在于：所述数据采集器(5)含有8路16位计数器通道。
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