四轮转向液压底盘自动驾驶关键技术研究

摘要

农业机械自动化、智能化是“精准农业”的发展方向。农用拖拉机自动驾驶技术可以有效减轻驾驶人员的劳动负荷，有效避免农机作业过程中衔接行产生的遗漏和重叠现象，使农机作业精度和作业效率都得到显著提高。当前农机自动导航自动驾驶技术已比较成熟，但大多针对的是两轮驱动两轮转向的农用车辆。四轮驱动四轮转向的底盘相较于两轮驱动两轮转向底盘通过性强、转向半径小、操作灵活，但目前国内对四轮驱动四轮转向底盘自动驾驶系统的研究报道较少。因此，本文旨在对四轮驱动四轮转向的通用液压底盘自动驾驶技术进行研究，设计了一套CAN总线通信的通用液压底盘自动驾驶系统，搭建了硬件系统，编写了软件程序，并进行了整体性能测试，对提高农用底盘自动驾驶技术，促进“精准农业”的发展有着重要意义。
　　主要研究内容和结论如下：
　　（1）设计系统整体方案。根据目前国内外研究现状和“精准农业”的作业需求，制定了基于CAN总线通信的通用液压底盘自动驾驶系统的整体方案，底盘采取四轮驱动四轮转向的方式，提高整体机动性能。
　　（2）设计合适的农机运动模型。针对本文研究的自动驾驶底盘功能需求，设计合理的运动学模型，分析农机在作业时的运动状态，并以此为基础设计农机转向控制方法。设计合理的导航控制算法，提供农机导航转向的数学理论依据。
　　（3）设计控制系统。根据导航控制算法，设计一套包括行车状态采集模块，行车控制模块，车载电脑等的导航控制系统。该系统能够对采集的底盘运动信息进行解译，并能通过CAN总线进行通讯。采用EPCS—8980嵌入式主板作为车载电脑，DSP56F805芯片作为行车控制器。
　　（4）开发测控程序。根据iCAN协议，编写通讯程序和测控程序，实现对底盘地理位置信息和行车状态参数的采集和处理，并根据导航控制算法，输出状态控制量，完成底盘自动驾驶的软件实现。
　　（5）系统性能试验。完成自动驾驶系统的硬件搭建和软件实现，根据底盘控制需求，设计四轮转向液压底盘转向控制试验和路径跟踪试验。试验表明，本文设计的自动驾驶系统可实现对农机底盘的自动控制，实现自动导航驾驶。