一種拖拉機智能控制方法與智能控制系統的製作方法
2023-06-03 06:16:06 1
專利名稱：一種拖拉機智能控制方法與智能控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種拖拉機智能控制方法與智能控制系統。
背景技術：
拖拉機是我國農田作業的主要動力，然而在犁耕作業時由於受附著力的限制，拖拉機驅動輪特別是在未耕地上滑轉嚴重。輪式拖拉機在高滑轉率下行駛時，傳動系會失穩，從而產生強烈的自激振動，不僅影響拖拉機的舒適性，而且其牽引性能明顯下降，燃油消耗增加，並引起輪胎快速磨損。拖拉機在農田帶農機具作業時，工作阻力會因土壤狀況的變化而變化，尤其是在農機具碰觸到土壤中的石塊、木樁等雜物時會引起工作阻力突然變大。工作阻力突然變大不僅會引起驅動輪過度滑轉，並且嚴重時會使拖拉機傳動系過載。傳統的拖拉機如果要進行過載和滑轉保護，需要對機械機構進行改進，這是難以完成的。所以在實際使用中只能依靠駕駛人員的經驗，而由於路況的各種不同情況和駕駛人員經驗的差異，也不可能起到很好的保護效果。
發明內容
本發明的目的是提供一種拖拉機智能控制方法與智能控制系統，用以解決現有技術中難以實現對拖拉機滑轉和過載保護的問題。為實現上述目的，本發明的方案包括:一種拖拉機智能控制方法，步驟如下:a)監測路面狀況，設定與當前路況對應的極限滑轉率；b)判斷實時滑轉率是否小於所述與當前路況對應的極限滑轉率；c)如果實時滑轉率大於或者等於所述與當前路況對應的極限滑轉率，則進一步判斷拖拉機是否過載，如果不過載，則減小油門開度、制動；如果過載，則減小油門開度、制動並且切斷髮動機向動力系的動力輸出，提升農機具。一種拖拉機智能控制系統，包括:路面狀況監測傳感器，用於監測路面狀況的；車速傳感器和車輪轉速傳感器，用於測量車速與車輪轉速；力傳感器，用於測量農機具工作阻力；控制器，採樣連接所述路面狀況監測傳感器、力傳感器、車速傳感器和車輪轉速傳感器，輸出控制連接執行機構，執行機構至少包括油門執行機構、制動執行機構、離合器執行機構和農機具執行機構；控制器用於根據路面狀況監測傳感器監測的路面狀況確定當前路況對應的極限滑差率，根據測量得到的車速與車輪轉速計算實時滑差率，並且判斷判斷實時滑轉率是否小於所述與當前路況對應的極限滑轉率；如果實時滑轉率大於或者等於所述與當前路況對應的極限滑轉率，則根據力傳感器測量的農機具工作阻力進一步判斷拖拉機是否過載，如果不過載，則控制油門執行機構和制動執行機構減小油門開度、制動；如果過載，則控制油門執行機構和制動執行機構減小油門開度、制動並且控制離合器執行機構切斷髮動機向動力系的動力輸出，控制農機具執行機構提升農機具。車速傳感器安裝在非驅動輪上，車輪轉速傳感器安裝在驅動輪上，力傳感器安裝在液壓懸掛機構與農機具連接處，路面狀況監測傳感器安裝在拖拉機底盤上。油門執行機構包括步進電機、油門拉杆執行機構。制動執行機構包括制動電磁閥、制動踏板執行機構。離合器執行機構包括主離合器電磁閥、主離合器執行機構、PTO離合器電磁閥、PTO離合器執行機構。農機具執行機構包括液壓懸掛機構電磁閥、液壓懸掛機構。所述控制器還控制連接有語音報警裝置。所述的控制器為DSP控制器。本發明將電子控制技術用於拖拉機傳動系的防滑轉、防過載保護，通過判斷滑轉率、載荷的大小，當驅動輪的實時滑轉率達到極限滑轉率時，減小油門開度，並對驅動車輪制動，減少了拖拉機的燃油消耗，降低了滑轉率，避免了傳動系的自激振動，減小了輪胎的磨損程度，提高了拖拉機的牽引性和舒適性。當驅動輪的實時滑轉率達到極限滑轉率，且農機具的工作阻力達到規定值時，切斷髮動機與傳動系的動力傳遞，降低傳動系承受的載荷，防止傳動系零部件損壞，同時提升農機具，減小了土壤中雜物對農機具的損壞，提高了農機具的使用壽命。控制器採用電子控制單元，控制執行機構動作，操作簡便。DSP控制器靈活性好，可靠性高，編程、接線簡單，體積小、重量輕，且抗幹擾能力強。
圖1是智能控制方法流程框圖；圖2為本發明智能控制系統的控制系統框圖；圖3、圖4為本發明控制系統電路原理圖；J2，拖拉機12V電源接口 JPl，拖拉機行駛速度傳感器接口 JP2，車輪轉速傳感器接口 JP3，農機具拉力傳感器接口 ；J2，路面狀況傳感器接口 JP4，離合器電磁閥接口 ；JP5，制動踏板電池閥接口 JP6，農機具抬升電磁閥接口 JP7，油門拉杆電機接口 ；LS1，揚聲器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。如圖1所示，一種拖拉機智能控制方法，步驟如下:a)監測路面狀況，設定與當前路況對應的極限滑轉率；b)判斷實時滑轉率是否小於所述與當前路況對應的極限滑轉率；c)如果實時滑轉率大於或者等於所述與當前路況對應的極限滑轉率，則進一步判斷拖拉機是否過載，如果不過載，則減小油門開度、制動；如果過載，則減小油門開度、制動並且切斷髮動機向動力系的動力輸出，提升農機具。當拖拉機處於過度滑轉或過載狀態時，上述方法能夠解除拖拉機的過度滑轉或過載狀態，從而能防止拖拉機驅動輪過度滑轉、傳動系過載和由此帶來的傳動系受損和輪胎磨損。根據上述方法構建的智能控制系統如圖4所示，包括:
路面狀況監測傳感器，用於監測路面狀況的；車速傳感器和車輪轉速傳感器，用於測量車速與車輪轉速；力傳感器，用於測量農機具工作阻力；控制器，採樣連接所述路面狀況監測傳感器、力傳感器、車速傳感器和車輪轉速傳感器，輸出控制連接執行機構，執行機構至少包括油門執行機構、制動執行機構、離合器執行機構和農機具執行機構；控制器用於根據路面狀況監測傳感器監測的路面狀況確定當前路況對應的極限滑差率，根據測量得到的車速與車輪轉速計算實時滑差率，並且判斷判斷實時滑轉率是否小於所述與當前路況對應的極限滑轉率；如果實時滑轉率大於或者等於所述與當前路況對應的極限滑轉率，則根據力傳感器測量的農機具工作阻力進一步判斷拖拉機是否過載，如果不過載，則控制油門執行機構和制動執行機構減小油門開度、制動；如果過載，則控制油門執行機構和制動執行機構減小油門開度、制動並且控制離合器執行機構切斷髮動機向動力系的動力輸出，控制農機具執行機構提升農機具。車速傳感器安裝在非驅動輪上，車輪轉速傳感器安裝在驅動輪上，力傳感器安裝在液壓懸掛機構與農機具連接處，路面狀況監測傳感器安裝在拖拉機底盤上。油門執行機構包括步進電機、油門拉杆執行機構。制動執行機構包括制動電磁閥、制動踏板執行機構。離合器執行機構包括主離合器電磁閥、主離合器執行機構、PTO離合器電磁閥、PTO離合器執行機構。農機具執行機構包括液壓懸掛機構電磁閥、液壓懸掛機構。控制器可構造為數字計算機，其具有微處理器或中央處理單元、只讀存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM、高速時鐘、模數(A/D)和數模(D/A)電路、和輸入/輸出電路和裝置(I/O)、以及適當的信號處理和緩衝電路。駐留在控制器中或可由其存取的控制算法可存儲在ROM中，並被控制器自動地執行，以實施控制過程。控制算法為體現上述方法的控制流程。本實施例中，控制器採用DSP，如圖2、3、4所示。其最小控制系統由復位電路、電源模塊、JTAG接口電路組成。車速傳感器信號、車輪轉速傳感器信號通過整形和光電隔離調整電路後進入DSP捕獲單元的輸入引腳，捕獲單元通過檢測引腳上電平的跳變來檢測車輪的轉速和車速，通過計算獲得拖拉機的實時滑轉率。力傳感器採集的農機具工作阻力模擬信號經過精密電阻、無源低通濾波器和電壓跟隨電路後輸入DSP的A/D模塊輸入引腳。路面狀況監測傳感器採集的信號經過調整電路進入DSP串行外設接口，以串行通信方式與DSP完成通信。DSP的GPIO埠與語音晶片連接，通過揚聲器將語音信號輸出。油門拉杆執行機構由DSP的ePWM模塊經驅動電路驅動步進電機控制。離合器執行機構、制動踏板執行機構、液壓懸掛機構均採用電液控制方式，通過DSP的ePWM驅動電磁閥的通斷電來實現執行機構的控制。圖2中，由於拖拉機電源電壓為12V，而DSP晶片中需要1.9V和3.3V兩路電壓，所以在電源電路中採用LM317電源轉換晶片將12V轉換為5V直流電壓，然後用電壓精度比較高的TPS767D301電源晶片將5V電壓轉換成1.9V和3.3V。JTAG接口用於軟體程序的仿真及下載，本發明採用TIDSP-XDS510仿真器。傳感器信號採集電路中，路面狀況監測傳感器採集的數據按照RS485協議進行傳輸，在電路設計中，採用MAX3430電平轉換晶片進行電平轉換，並採用DB9串口完成傳感器與控制器的連接。圖3中，警告指示燈通過DSP的GPIO埠控制，復位電路用於控制器的復位。語音電路採用語音晶片TLV320AIC23，在晶片輸出端接有揚聲器對駕駛員進行語音操作提醒。在執行機構驅動電路中，採用了高速光耦6N137進行信號隔離，續流二極體D使用肖特基二極體，完成對高速電磁閥的驅動。當系統上電，路面狀況監測傳感器採集路面信息，根據路面信息控制器確定當前路面狀況下的極限滑轉率；車速傳感器和車輪轉速傳感器分別採集拖拉機的車速和車輪轉速，通過計算獲得拖拉機驅動輪的實時滑轉率，拖拉機驅動輪的實時滑轉率可通過下列公式計算獲得:
權利要求
1.一種拖拉機智能控制方法，其特徵在於，步驟如下: a)監測路面狀況，設定與當前路況對應的極限滑轉率； b)判斷實時滑轉率是否小於所述與當前路況對應的極限滑轉率； c)如果實時滑轉率大於或者等於所述與當前路況對應的極限滑轉率，則進一步判斷拖拉機是否過載，如果不過載，則減小油門開度、制動；如果過載，則減小油門開度、制動並且切斷髮動機向動力系的動力輸出，提升農機具。
2.—種實施如權利要求1所述方法的拖拉機智能控制系統，其特徵在於，包括: 路面狀況監測傳感器，用於監測路面狀況的； 車速傳感器和車輪轉速傳感器，用於測量車速與車輪轉速； 力傳感器，用於測量農機具工作阻力； 控制器，採樣連接所述路面狀況監測傳感器、力傳感器、車速傳感器和車輪轉速傳感器，輸出控制連接執行機構，執行機構至少包括油門執行機構、制動執行機構、離合器執行機構和農機具執行機構；控制器用於根據路面狀況監測傳感器監測的路面狀況確定當前路況對應的極限滑差率，根據測量得到的車速與車輪轉速計算實時滑差率，並且判斷判斷實時滑轉率是否小於所述與當前路況對應的極限滑轉率；如果實時滑轉率大於或者等於所述與當前路況對應的極限滑轉率，則根據力傳感器測量的農機具工作阻力進一步判斷拖拉機是否過載，如果不過載，則控制油門執行機構和制動執行機構減小油門開度、制動；如果過載，則控制油門執行機構和制動執行機構減小油門開度、制動並且控制離合器執行機構切斷髮動機向動力系的動力輸出，控制農機具執行機構提升農機具。
3.根據權利要求2所述的一種拖拉機智能控制系統，其特徵在於，車速傳感器安裝在非驅動輪上，車輪轉速傳感器安裝在驅動輪上，力傳感器安裝在液壓懸掛機構與農機具連接處，路面狀況監測傳感器安裝在拖拉機底盤上。
4.根據權利要求2所述的一種拖拉機智能控制系統，其特徵在於，油門執行機構包括步進電機、油門拉杆執行機構。
5.根據權利要求2所述的一種拖拉機智能控制系統，其特徵在於，制動執行機構包括制動電磁閥、制動踏板執行機構。
6.根據權利要求2所述的一種拖拉機智能控制系統，其特徵在於，離合器執行機構包括主離合器電磁閥、主離合器執行機構、PTO離合器電磁閥、PTO離合器執行機構。
7.根據權利要求2所述的一種拖拉機智能控制系統，其特徵在於，農機具執行機構包括液壓懸掛機構電磁閥、液壓懸掛機構。
8.根據權利要求3所述的一種拖拉機智能控制系統，其特徵在於，所述控制器還控制連接有語音報警裝置。
9.根據權利要求8所述的一種拖拉機智能控制系統，其特徵在於，所述的控制器為DSP控制器。
全文摘要
本發明涉及一種拖拉機智能控制方法與智能控制系統，通過傳感器採集相應的信號，獲取拖拉機當前運行的狀態，在此基礎上控制器對各參數進行計算、分析和判斷，並將信息處理後給步進電機和高速電磁閥控制信號，使主離合器、PTO離合器、制動踏板執行機構、發動機油門拉杆執行機構、液壓懸掛機構等裝置動作，來防止拖拉機驅動輪的過度滑轉及傳動系過載，保證較好的舒適性、燃油經濟性、牽引性，並提高拖拉機傳動系和輪胎的壽命。
文檔編號B60W10/18GK103158713SQ20131007680
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者徐立友, 周志立, 閆祥海, 曹付義, 張靜雲, 張敏, 劉宗劍, 時輝 申請人:河南科技大學