范曉冬，魏新華

(江蘇大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

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四輪轉(zhuǎn)向液壓底盤(pán)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)

范曉冬，魏新華

(江蘇大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

針對(duì)“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的作業(yè)需求，為提高植保機(jī)械的作業(yè)精度，降低駕駛?cè)藛T的工作強(qiáng)度,設(shè)計(jì)了一種四輪轉(zhuǎn)向液壓底盤(pán)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由車(chē)載電腦、行車(chē)控制器、RTK-DGPS采集裝置、電控液壓轉(zhuǎn)向裝置及行車(chē)狀態(tài)采集裝置等組成。行車(chē)狀態(tài)采集裝置采集行車(chē)參數(shù)信息并基于iCAN通信協(xié)議進(jìn)行系統(tǒng)通信。車(chē)載電腦根據(jù)導(dǎo)航控制模型和各傳感器實(shí)時(shí)參數(shù)生成控制指令，行車(chē)控制器根據(jù)車(chē)載電腦指令根據(jù)四輪車(chē)運(yùn)動(dòng)模型生成電控信號(hào)，并通過(guò)各電磁閥控制液壓馬達(dá)和轉(zhuǎn)向油缸實(shí)現(xiàn)對(duì)底盤(pán)4個(gè)輪的轉(zhuǎn)向。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)?shù)妆P(pán)前進(jìn)速度為2m/s時(shí)，平均跟蹤誤差不超過(guò)0.04m。

四輪轉(zhuǎn)向；液壓系統(tǒng)；CAN總線；RTK-DGPS；自動(dòng)駕駛

0 引言

農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化、自動(dòng)化是“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的發(fā)展方向。農(nóng)用拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用可大大減輕駕駛?cè)藛T的勞動(dòng)負(fù)荷，有效避免作業(yè)過(guò)程中銜接行產(chǎn)生的遺漏和重疊現(xiàn)象，提高了作業(yè)精度和作業(yè)效率[1-2]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在自動(dòng)導(dǎo)航駕駛方面進(jìn)行了深入研究。德國(guó)Hohenheim[3]大學(xué)在飼料收割機(jī)上開(kāi)發(fā)了一套自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，采用天寶7400型RTK-GPS定位，以簡(jiǎn)化三輪車(chē)模型為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向控制器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向駕駛。羅錫文等[4]基于 RTK-DGPS在東方紅 X-804 拖拉機(jī)上開(kāi)發(fā)了一套自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)，建立了拖拉機(jī)直線跟蹤的導(dǎo)航控制傳遞函數(shù)模型。其中，轉(zhuǎn)向輪偏角檢測(cè)傳感器和電控液壓轉(zhuǎn)向裝置構(gòu)成轉(zhuǎn)向輪偏角的閉環(huán)控制回路，該回路可根據(jù)導(dǎo)航控制器提供的期望轉(zhuǎn)向輪偏角實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)角的隨動(dòng)控制。周建軍等[5]在四輪電動(dòng)車(chē)上開(kāi)發(fā)一套自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，采用模糊控制算法進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制，基于CAN總線通信，由脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)的轉(zhuǎn)向控制。

當(dāng)前，自動(dòng)導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)已比較成熟，如拓普康System150自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、合眾思?jí)压就瞥龅腍emisphere“壁虎”農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)及中海達(dá)公司推出的基于北斗導(dǎo)航的農(nóng)用拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)。但以上系統(tǒng)大多針對(duì)的是兩輪驅(qū)動(dòng)兩輪轉(zhuǎn)向的農(nóng)用機(jī)械。四輪驅(qū)動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向底盤(pán)相較于兩輪轉(zhuǎn)向底盤(pán)通過(guò)性強(qiáng)、轉(zhuǎn)向半徑小、操作靈活，但對(duì)四輪驅(qū)動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向底盤(pán)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)未的研究報(bào)道較少。因此，本文在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套四輪轉(zhuǎn)向的液壓底盤(pán)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)[5-8]。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

自動(dòng)駕駛底盤(pán)主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)等，如圖1所示。動(dòng)力系統(tǒng)主要包括液壓馬達(dá)和減速機(jī)。該底盤(pán)為四輪驅(qū)動(dòng)，故每個(gè)車(chē)輪都配有一個(gè)插入式液壓馬達(dá)。轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)由機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置和轉(zhuǎn)向油缸組成。由轉(zhuǎn)向油缸的伸縮變化帶動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂，使車(chē)輪圍繞轉(zhuǎn)向節(jié)軸線旋轉(zhuǎn)， 實(shí)現(xiàn)四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向。

圖1 底盤(pán)總體布置示意圖

自動(dòng)駕駛電控系統(tǒng)主要由車(chē)載電腦、RTK-DGPS信號(hào)接收單元、底盤(pán)姿態(tài)信息采集單元(四輪轉(zhuǎn)向角、橫擺角速度等)、底盤(pán)瞬時(shí)速度采集單元、行車(chē)控制單元及轉(zhuǎn)向控制單元等組成，如圖2所示。各模塊單元通過(guò)CAN總線進(jìn)行連接，形成分布式控制系統(tǒng)。車(chē)載電腦預(yù)裝有WinCE5.0和嵌入式GIS系統(tǒng)(北京超圖軟件Supermap5.0)，RTK-DGPS采集底盤(pán)實(shí)時(shí)位置信息，并通過(guò)RS-232接口將信息傳輸給車(chē)載電腦，車(chē)載電腦通過(guò)GIS系統(tǒng)將當(dāng)前位置信息和規(guī)劃行車(chē)路徑進(jìn)行比較，并由導(dǎo)航控制模型計(jì)算車(chē)輪的期望轉(zhuǎn)角，將該期望轉(zhuǎn)角和角度傳感器測(cè)得的轉(zhuǎn)向輪實(shí)際偏角輸入到行車(chē)控制器內(nèi)；行車(chē)控制器根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型計(jì)算轉(zhuǎn)向控制量，進(jìn)而控制液壓元件，使其按期望的轉(zhuǎn)角進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。

圖2 自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

1.1 RTK-DGPS信號(hào)接收單元

為滿足“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的作業(yè)精度需求，本系統(tǒng)采用天寶公司5700型 GPS 接收機(jī)系統(tǒng)，其支持RTK-DGPS 定位，水平定位精度誤差為固定誤差1cm加每公里動(dòng)態(tài)誤差1mm，垂直定位精度誤差為固定誤差2cm加每公里動(dòng)態(tài)誤差1mm，動(dòng)態(tài)延遲小于20ms。

1.2 速度采集單元

由于是四輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向底盤(pán)，所以需檢測(cè)所有車(chē)輪轉(zhuǎn)速，在每個(gè)車(chē)輪上均勻布置磁鋼，霍爾傳感器分別固定在底盤(pán)機(jī)架上。當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)磁鋼時(shí)，就會(huì)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，iCAN-7202模塊可檢測(cè)脈沖信號(hào)，并由CAN總線接口傳輸?shù)杰?chē)載電腦中，可得底盤(pán)車(chē)輪瞬時(shí)前進(jìn)速度為

(1)

式中vi—所測(cè)車(chē)輪瞬時(shí)線速度(m/s)；

d—所測(cè)車(chē)輪的直徑(m)；

f—脈沖頻率(Hz)；

n—每個(gè)車(chē)輪上磁鋼數(shù)；

δ—檢測(cè)車(chē)輪的滑轉(zhuǎn)率(%)。

底盤(pán)設(shè)計(jì)行駛速度不大于7.5 km/h，且采用四輪驅(qū)動(dòng)、四輪轉(zhuǎn)向，主要在低速區(qū)行駛，可用2個(gè)iCAN-7202測(cè)頻模塊采集4個(gè)車(chē)輪瞬時(shí)線速度，將采集的4個(gè)車(chē)輪的平均線速度作為車(chē)輛行駛速度V，則有

(2)

其中，vi為各車(chē)輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。

1.3 行車(chē)控制器及信號(hào)采集單元

行車(chē)控制器需運(yùn)行農(nóng)機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，輸出液壓轉(zhuǎn)向電流控制參數(shù)，需有較強(qiáng)的計(jì)算能力并具備CAN總線接口。因此，采用DSP56F805芯片，該芯片融合微控制器和DSP的點(diǎn)，具有較快的運(yùn)算能力，并配置8路12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊，支持CAN2.0B協(xié)議。

iCAN-4017模塊具有8路模擬量輸入通道，模擬量信號(hào)的分辨率為16位[9]，用于采集車(chē)輪轉(zhuǎn)角信息。

iCAN-7202模塊具有2路正脈沖計(jì)數(shù)器，最大檢測(cè)脈沖頻率為100kHz，用于采集霍爾傳感器的脈沖信號(hào)。

iCAN-4400模塊具有4路模擬量輸出通道，可輸出電壓或者電流信號(hào)，用于輸出各比例電磁閥的控制信號(hào)。

底盤(pán)實(shí)時(shí)參數(shù)采集和行車(chē)控制程序基于微軟公司的Embedded visual C++4.0軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

2 液壓轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)

液壓轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)主要由定量齒輪泵、電液比例換向閥和轉(zhuǎn)向油缸組成，如圖3所示。由定量齒輪泵經(jīng)過(guò)濾器對(duì)轉(zhuǎn)向油缸供油，定差溢流閥的作用是調(diào)節(jié)泵出口壓力與負(fù)載壓力相匹配。行車(chē)控制器通過(guò)iCAN-4400輸出模擬量控制信號(hào)給4路電液比例換向閥，換向閥動(dòng)作，使得控制車(chē)輪的轉(zhuǎn)向油缸行程改變，推動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂，實(shí)現(xiàn)車(chē)輪圍繞轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行轉(zhuǎn)向。

3 行車(chē)控制模型

3.1 四輪轉(zhuǎn)向二自由度力學(xué)模型

傳統(tǒng)的2WS汽車(chē)只有前輪作主動(dòng)轉(zhuǎn)向動(dòng)作，后輪只作隨動(dòng)運(yùn)動(dòng)，使汽車(chē)的轉(zhuǎn)彎半徑較大，轉(zhuǎn)向不靈活。在田間作業(yè)時(shí)，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，較大的轉(zhuǎn)彎半徑可能造成作業(yè)過(guò)程中的遺漏和重疊現(xiàn)象。四輪轉(zhuǎn)向的目的在于使汽車(chē)低速轉(zhuǎn)向行駛時(shí)前后輪作逆向偏轉(zhuǎn)，可減小汽車(chē)的轉(zhuǎn)彎半徑，獲得良好的機(jī)動(dòng)性。本文涉及的底盤(pán)主要在田間作業(yè)，設(shè)計(jì)最高行駛速度為7.5km/h，在低速區(qū)工作，因此在田間作業(yè)時(shí)采用四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可有效增加機(jī)組作業(yè)穩(wěn)定性，減小轉(zhuǎn)彎半徑。

由于本文的控制對(duì)象是4WS移動(dòng)底盤(pán)，以二自由度的4WS動(dòng)力學(xué)模型作為研究基礎(chǔ)，該模型雖經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化，但經(jīng)證實(shí)可以反映4WS汽車(chē)的基本運(yùn)動(dòng)特性[10]。

該模型如圖4所示。

1.定量齒輪泵 2.過(guò)濾器 3.電磁球閥緊急泄荷 4.定差溢流閥 5.安全閥 6.三通減壓閥 7.轉(zhuǎn)向油缸1 8.轉(zhuǎn)向油缸2 9.轉(zhuǎn)向油缸3 10.轉(zhuǎn)向油缸4 11.電液比例換向閥1 12.電液比例換向閥2 13.電液比例換向閥3 14.電液比例換向閥4

圖4 拖拉機(jī)二自由度四輪轉(zhuǎn)向模型

其由側(cè)向運(yùn)動(dòng)與橫擺運(yùn)動(dòng)方程構(gòu)成，其動(dòng)力學(xué)方程為[11]

k1δ1+k2δ2

(3)

lfk1δ1+lrk2δ2

(4)

式中k1—前輪輪胎剛度；

k2—后輪輪胎剛度；

u—縱向車(chē)速；

Iz—車(chē)身橫擺慣量；

lf—質(zhì)心到前軸距離；

lr—質(zhì)心到后軸距離；

ωr—橫擺角速度；

δ1—前輪轉(zhuǎn)角；

δ2—后輪轉(zhuǎn)角；

v—車(chē)身側(cè)向速度。

本文涉及的底盤(pán)，作業(yè)速度不超過(guò)7.5km/s，因此控制系統(tǒng)可采用前輪轉(zhuǎn)角比例前饋的控制方法:令δ2=kδ1[12]，在低速時(shí)，k值應(yīng)為負(fù)(前后輪偏轉(zhuǎn)方向相反)、有效減小了轉(zhuǎn)彎半徑，提高了操作靈活性。

(5)

由式(5)可知：為使農(nóng)機(jī)在轉(zhuǎn)向時(shí)可以保持質(zhì)心側(cè)偏角為0，k要跟隨u變化，采用前輪轉(zhuǎn)角比例前饋的控制方法，車(chē)輛質(zhì)心側(cè)偏角為0，則有u=V(汽車(chē)實(shí)時(shí)車(chē)速)。

3.2 基于預(yù)瞄點(diǎn)的導(dǎo)航追蹤模型

在自動(dòng)駕駛時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)在擬合好的曲線上按一定步長(zhǎng)選取節(jié)點(diǎn)，作為行駛的預(yù)描點(diǎn)[13]。直線行駛時(shí)，為了保持較穩(wěn)定的行駛狀態(tài)，要求兩相鄰預(yù)瞄點(diǎn)之間的距離不能太?。辉谵D(zhuǎn)向行駛時(shí)，無(wú)人車(chē)以低速行駛確保安全性，相對(duì)于直行行駛需要更多預(yù)瞄點(diǎn)指引，要求兩相鄰預(yù)瞄點(diǎn)之間的距離不能太大。從節(jié)點(diǎn)中篩選出在導(dǎo)航中更有實(shí)用價(jià)值的轉(zhuǎn)向點(diǎn)，進(jìn)而簡(jiǎn)化直線道路的預(yù)瞄點(diǎn)，為后期的導(dǎo)航提供便捷。

假定篩選出的第n個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)用Pn表示，令無(wú)人車(chē)初始位置為第一個(gè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)即P1，判定節(jié)點(diǎn)ai是否為轉(zhuǎn)向點(diǎn)的具體步驟如下：

1)前一轉(zhuǎn)向點(diǎn)Pn、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)ai和下一節(jié)點(diǎn)ai+1，依次構(gòu)成向量Ai、Ai+1，并求兩向量夾角Φ；

2)比較Φ與預(yù)先設(shè)定閾值角度β的大小，若滿足條件Φ≤β，則ai不是轉(zhuǎn)向點(diǎn)；若Φ>β，則ai為轉(zhuǎn)向點(diǎn)Pn+1；

3)重復(fù)步驟 1)～2)依次判定各個(gè)節(jié)點(diǎn)是否為轉(zhuǎn)向點(diǎn)。

圖5舉例說(shuō)明了轉(zhuǎn)向點(diǎn)篩選方法。由P1、a1、a2依次組成的兩向量夾角很小，不滿足轉(zhuǎn)向點(diǎn)條件，a1不是轉(zhuǎn)向點(diǎn)。接著，計(jì)算由a1、a2、a3構(gòu)成兩向量的夾角Φ，結(jié)果Φ大于設(shè)定閾值角度β，a2為轉(zhuǎn)向點(diǎn)P2。P2、a3、a4組成的兩向量夾角滿足轉(zhuǎn)向點(diǎn)條件，a3為轉(zhuǎn)向點(diǎn)。

圖5 轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)篩選示意圖

3.2.1 直線導(dǎo)航

在當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系中直線導(dǎo)航涉及無(wú)人車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)點(diǎn)、上一時(shí)刻坐標(biāo)點(diǎn)和預(yù)瞄點(diǎn)，假設(shè)無(wú)人車(chē)某一時(shí)刻坐標(biāo)點(diǎn)(X，Y)位于已知上一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)(X1，Y1)和預(yù)瞄點(diǎn)(X2，Y2)之間，如圖 6所示。Ψ代表理想行駛軌跡(X1，Y1)→(X2，Y2)與X軸正向夾角；β代表實(shí)際行駛軌跡(X1，Y1)→(X，Y)與X軸正向夾角；θ代表(X1，Y1)→(X，Y) 與X軸正向夾角；L代表無(wú)人車(chē)當(dāng)前點(diǎn)(X，Y)到預(yù)瞄點(diǎn)(X2，Y2)的距離。

由圖6可知

(6)

(7)

各參數(shù)確定后可求得以下所需變量，車(chē)輛航向與期望行駛軌跡夾角為

ε=θ-β

(8)

無(wú)人車(chē)當(dāng)前點(diǎn)到預(yù)瞄點(diǎn)的距離L為

(9)

變量L作為選擇下一預(yù)瞄點(diǎn)的依據(jù)，隨著無(wú)人車(chē)的行駛，無(wú)人車(chē)距當(dāng)前預(yù)瞄點(diǎn)的距離L逐漸變小，當(dāng)L小于一定值 d(預(yù)定的判斷閾值)，即L

圖6 直線導(dǎo)航原理圖

3.2.2 轉(zhuǎn)向?qū)Ш?/p>

直線上行駛的無(wú)人車(chē)到達(dá)轉(zhuǎn)向點(diǎn)附近，當(dāng)兩者距離小于d，進(jìn)入轉(zhuǎn)向?qū)Ш侥Ｊ?，已知轉(zhuǎn)向點(diǎn)(X1，Y1)、下一節(jié)點(diǎn) (X2，Y2)、無(wú)人車(chē)某一時(shí)刻的坐標(biāo)點(diǎn)(X，Y)和無(wú)人車(chē)上一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)(X0，Y0)，如圖 7 所示。

圖7 轉(zhuǎn)向?qū)Ш皆韴D

θ代表無(wú)人車(chē)當(dāng)前的航向角，則有

(10)

無(wú)人車(chē)實(shí)際期望轉(zhuǎn)向角ε計(jì)算公式為

(11)

無(wú)人車(chē)當(dāng)前點(diǎn)到轉(zhuǎn)向點(diǎn)的距離L為

(12)

變量L作為轉(zhuǎn)向?qū)Ш侥Ｊ降囊罁?jù)，隨著無(wú)人車(chē)的行駛，無(wú)人車(chē)距轉(zhuǎn)向點(diǎn)的距離L逐漸變??；當(dāng)L小于一定值d，即LD導(dǎo)航退出轉(zhuǎn)向?qū)Ш侥Ｊ健?/p>

本文涉及的底盤(pán)：m=3 000kg，Lf=1.5m，Lr=1.4m，k1=4 800N/rad，k2=4 400N/rad，Iz=2 000kg· m2。

導(dǎo)航控制方法如圖8所示。車(chē)載電腦基于預(yù)瞄追蹤導(dǎo)航模型通過(guò)嵌入式GIS系統(tǒng)(Supermap5.0)解譯規(guī)劃路徑和接收的DGPS位置信息行比較，得出車(chē)輛期望轉(zhuǎn)角。由期望轉(zhuǎn)角ε與前輪當(dāng)前轉(zhuǎn)角的差值，得出前輪實(shí)際控制轉(zhuǎn)角δ1；并通過(guò)CAN總線傳輸?shù)叫熊?chē)控制器，行車(chē)控制器由霍爾傳感器測(cè)得車(chē)速V，根據(jù)四輪轉(zhuǎn)向比例前饋控制方法，得出后輪控制轉(zhuǎn)角δ2；由行車(chē)控制器發(fā)出控制指令，控制電磁閥動(dòng)作，進(jìn)而控制車(chē)輪的轉(zhuǎn)向油缸進(jìn)行伸縮變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向。

圖8 導(dǎo)航控制示意圖

4 通信測(cè)試與導(dǎo)航試驗(yàn)

本系統(tǒng)將RTK-DGPS信息通過(guò)RS-232接口傳輸?shù)杰?chē)載電腦，再將各傳感器采集的信息以iCAN報(bào)文的形式通過(guò)CAN總線傳輸?shù)杰?chē)載電腦；車(chē)載電腦根據(jù)導(dǎo)航控制模型和規(guī)劃路徑進(jìn)行比較，生成行車(chē)控制指令，以iCAN報(bào)文形式傳輸給行車(chē)控制器；通過(guò)行車(chē)控制器分別對(duì)4個(gè)車(chē)輪的液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓底盤(pán)的自動(dòng)駕駛控制。

將設(shè)計(jì)的自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)進(jìn)行路徑跟蹤試驗(yàn)。試驗(yàn)安排在江蘇大學(xué)農(nóng)裝大院內(nèi)進(jìn)行，在2m/s車(chē)速條件下,直線跟蹤的最大橫向偏差為13cm，平均誤差為3.8cm，如圖9所示。

圖9 直線跟蹤結(jié)果

測(cè)試結(jié)果表明：本駕駛系統(tǒng)可在柏油路面沿規(guī)劃路徑行駛，可以將其推廣并在田間進(jìn)行試驗(yàn)。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了四輪轉(zhuǎn)向液壓底盤(pán)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)由RTK-DGPS采集底盤(pán)實(shí)時(shí)位置信息，由 RS-232接口傳輸?shù)杰?chē)載電腦，車(chē)載電腦將當(dāng)前位置信息和規(guī)劃路徑進(jìn)行比較，并由基于預(yù)瞄點(diǎn)的導(dǎo)航算法計(jì)算出車(chē)輪的期望偏角；將該期望偏角和車(chē)輪當(dāng)前偏轉(zhuǎn)角由CAN總線傳輸?shù)叫熊?chē)控制內(nèi)，并根據(jù)四輪轉(zhuǎn)向二自由度力學(xué)模型計(jì)算出合適的偏轉(zhuǎn)控制量控制液壓元件,實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輪轉(zhuǎn)角的控制。測(cè)試結(jié)果表明：在底盤(pán)前進(jìn)速度為2m/s時(shí)，平均跟蹤誤差不超過(guò)0.04m。

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Design of Four Wheel Steering Hydraulic Chassis Automatic Driving System

Fan Xiaodong, Wei Xinhua

(Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology, Jiangsu University, Zhenjiang 212013,China)

According to the operation requirement of "precision agriculture", in order to improve the accuracy of the plant protection machinery operation, reduce the work intensity of drivers, this paper designs a kind of four wheel steering hydraulic chassis automatic driving system. This system mainly includes the vehicle computer, the driving controller, the RTK-DGPS collection device, the electric control hydraulic steering device, the driving state collection equipment and so on. The driving state acquisition device collects the driving parameter information and communicates with the vehicle computer based on the iCAN communication protocol . The on-board computer according to the navigation control model of each sensor and real-time parameters to generate a control command, the driving controller according to the instructions of the on-board computer according to four wheel vehicle motion model to generate control signals and through the electromagnetic valve control hydraulic motor and steering oil cylinder on the chassis of a four wheel steering control. Test results showed that: when forward speed is 2 m/s, the average tracking error is no more than 0.04m.

four-wheel steering; hydraulic system; CAN-bus;RTK-DGPS; auto matic driving

2016-04-14

國(guó)家“863計(jì)劃”項(xiàng)目 (2013AA 102307)；江蘇省農(nóng)業(yè)科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(BE2013401 )；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(蘇政辦[2014]37號(hào))

范曉冬(1990-),男，南京人，碩士研究生，(E-mail) 1246172740@qq.com。

魏新華(1972-)，男，山東濱州人，研究員， 博士，博士生導(dǎo)師，(E-mail)18361810295@163.com。

S219.032;S49

A

1003-188X(2017)05-0253-06