常向陽(yáng) 羅靜靜 段松松 原志華

摘 要：國(guó)內(nèi)自動(dòng)輔助駕駛拖拉機(jī)是利用北斗導(dǎo)航和自動(dòng)化技術(shù)，通過(guò)高精度導(dǎo)航終端與液壓控制、傳感技術(shù)和電子控制等結(jié)合，實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的自動(dòng)輔助駕駛，可應(yīng)用于耕地、開(kāi)溝、起壟、播種、噴灑、收割等多個(gè)作業(yè)場(chǎng)景，有效地提升了農(nóng)田作業(yè)的作業(yè)效率和質(zhì)量，降低了駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：輪式拖拉機(jī);自動(dòng)輔助駕駛;常見(jiàn)故障分析

引言

近年來(lái)隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，農(nóng)村勞動(dòng)人口不斷減少，農(nóng)村土地規(guī)模化、機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)將成為可能，因此在中國(guó)發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)對(duì)未來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。智能農(nóng)機(jī)的發(fā)展，也是我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的又一次突破，自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)與智能農(nóng)機(jī)管理等先進(jìn)農(nóng)機(jī)技術(shù)集成的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度作業(yè)、高效系統(tǒng)規(guī)劃調(diào)度，有效降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度和管理費(fèi)用，提升生產(chǎn)效率。

中國(guó)大功率輪式拖拉機(jī)采用北斗導(dǎo)航農(nóng)機(jī)自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)，將北斗GNSS衛(wèi)星高精度定位技術(shù)與車(chē)輛自動(dòng)輔助駕駛技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)精確測(cè)量車(chē)輛的位置、航向和姿態(tài)，自動(dòng)控制車(chē)輛轉(zhuǎn)向角度，引導(dǎo)車(chē)輛根據(jù)事先設(shè)定直線(xiàn)、圓周、或者任意路線(xiàn)行駛。

1 國(guó)內(nèi)拖拉機(jī)自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)

目前國(guó)內(nèi)拖拉機(jī)安裝的自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)，可以在作業(yè)時(shí)有效地降低駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，可用于耕地、開(kāi)溝、起壟、播種、噴灑、收割等各種農(nóng)田作業(yè)的全過(guò)程，尤其適用于對(duì)直線(xiàn)度及結(jié)合線(xiàn)要求較高的作業(yè)。國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)策略主推兩種：液壓閥自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和電動(dòng)方向盤(pán)自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。二者都是通過(guò)控制拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路線(xiàn)控制，從而達(dá)到輔助自動(dòng)駕駛的目的，作業(yè)精度均能達(dá)到±2.5cm，但是在具體方案策略及關(guān)重元件布置方式上存在較大的差異。作為自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)，二者都不能達(dá)到無(wú)人作業(yè)狀態(tài)，駕駛員仍需要留在駕駛室內(nèi)并觀(guān)察拖拉機(jī)前方路況，隨時(shí)準(zhǔn)備接管整機(jī)避免發(fā)生危險(xiǎn)。

1.1液壓閥自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)

液壓閥自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)主要元件有GNSS天線(xiàn)、差分基站、角度傳感器、液壓閥、自動(dòng)駕駛控制器（ECU）、顯示器、線(xiàn)路和管路組成。GNSS天線(xiàn)通常裝配在駕駛室頂部，用以接收衛(wèi)星信號(hào)，配合基準(zhǔn)站位置或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，利用RTK（Real-time Kinematic）差分信號(hào)原理，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位精度;角度傳感器，通常安裝在前橋左右轉(zhuǎn)向節(jié)處，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前輪轉(zhuǎn)向角度信息并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給自動(dòng)駕駛控制器;自動(dòng)駕駛控制器（ECU），則一般安裝在駕駛室內(nèi)，接收天線(xiàn)、角度傳感器及顯示器的信息，掌握拖拉機(jī)的位置、角度及參數(shù)設(shè)定等信息后進(jìn)行綜合判斷，并向液壓閥發(fā)送指令;液壓閥通過(guò)并聯(lián)至拖拉機(jī)原轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，根據(jù)自動(dòng)駕駛控制器發(fā)出的指令控制轉(zhuǎn)向油的流量和流向，并驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)前輪自動(dòng)轉(zhuǎn)向;顯示器作為操作界面，一般安裝在駕駛室內(nèi)便于操作和觀(guān)看的位置，顯示器主界面會(huì)顯示RTK信號(hào)、車(chē)速、作業(yè)面積、航向角、偏差、作業(yè)行等必要信息，可通過(guò)相應(yīng)按鈕對(duì)整機(jī)進(jìn)行調(diào)試、設(shè)置及故障查詢(xún)等，方便駕駛員調(diào)整作業(yè)模式和控制自動(dòng)輔助駕駛狀態(tài)。

1.2 電動(dòng)方向盤(pán)自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)

電動(dòng)方向盤(pán)自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)主要元件有GNSS天線(xiàn)、自動(dòng)駕駛控制器（ECU）、電動(dòng)方向盤(pán)、顯示器及線(xiàn)路組成，也可選裝角度傳感器。與液壓轉(zhuǎn)向閥策略不同的是，該策略是用電動(dòng)方向盤(pán)取代拖拉機(jī)原車(chē)方向盤(pán)安裝在轉(zhuǎn)向立柱上，通過(guò)與自動(dòng)駕駛控制器（ECU）相配合，電機(jī)帶動(dòng)方向盤(pán)模擬人工駕駛執(zhí)行轉(zhuǎn)向策略，從而驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)轉(zhuǎn)向。電動(dòng)方向盤(pán)方案無(wú)需改動(dòng)轉(zhuǎn)向油路，實(shí)現(xiàn)方式更為簡(jiǎn)便。

1.3裝配方案

拖拉機(jī)自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的裝配目前分為前裝和后裝兩種方案。前裝指拖拉機(jī)出廠(chǎng)時(shí)已裝好自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)，后裝指拖拉機(jī)出廠(chǎng)銷(xiāo)售后用戶(hù)根據(jù)需要加裝。前裝屬于主機(jī)廠(chǎng)批量生產(chǎn)裝配，相比后裝具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）定制化系統(tǒng)改造，對(duì)于液壓閥式自動(dòng)輔助駕駛結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油路更加封閉，液壓清潔度更高，有效避免后裝頻繁出現(xiàn)的液壓閥卡閥現(xiàn)象和精度下降現(xiàn)象;

（2）前裝系統(tǒng)的液壓管路、電器線(xiàn)路、傳感器、顯示器等液壓及電子部件裝配一致性好，管線(xiàn)布置及裝配規(guī)范，出廠(chǎng)質(zhì)量有保障

（3）前裝整機(jī)出廠(chǎng)前會(huì)針對(duì)自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的專(zhuān)項(xiàng)調(diào)試，用戶(hù)只需設(shè)置農(nóng)具參數(shù)信息及簡(jiǎn)單調(diào)試即可使用，產(chǎn)品一致性強(qiáng)，可靠性好，故障率低于后裝，便于維修。

2自動(dòng)駕駛系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析

2.1顯示器、自動(dòng)駕駛控制器（ECU）無(wú)法開(kāi)機(jī)或重啟。

（1）檢查顯示器和ECU的保險(xiǎn)是否熔斷，線(xiàn)纜接頭和蓄電池樁是否松動(dòng);

（2）檢查蓄電池是否虧電、老化或者容量下降;

（3）顯示器亮度是不是調(diào)到最暗。

2.2 長(zhǎng)時(shí)間不能RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)）固定解。

（1）檢查便攜式基準(zhǔn)站是否在工作狀態(tài)，基準(zhǔn)站架設(shè)要保持周?chē)諘缰車(chē)鸁o(wú)遮擋處;

（2）檢查基站線(xiàn)纜、電臺(tái)天線(xiàn)是否有損壞，接頭螺紋連接否可靠;

（3）系統(tǒng)是否受到干擾，如高壓線(xiàn)、視頻監(jiān)控、深松監(jiān)測(cè)、LED大燈、電風(fēng)扇、儀表盤(pán)、臨近頻段電臺(tái)都有可能成為干擾源;

（5）若使用網(wǎng)絡(luò)基站或CORS站，需要檢查網(wǎng)絡(luò)連接是否正常;

（6）RTK基站固件保持最新版本。

2.3無(wú)法自動(dòng)駕駛或自動(dòng)駕駛路徑不直。

關(guān)鍵部件的裝配及檢查：

（1）檢查拖拉機(jī)前橋的油缸底座及各連接桿球頭是否有松動(dòng)現(xiàn)象;

（2）檢查角度傳感器是否損壞、安裝是否牢靠，中軸能否平順彈回;

（3）自動(dòng)駕駛控制器是否水平安裝，固定螺釘是否有松動(dòng)或共振現(xiàn)象;

（4）檢查轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油路是否有漏油、堵塞或卡頓現(xiàn)象，重點(diǎn)排查轉(zhuǎn)向機(jī)油封是否存在漏油現(xiàn)象、轉(zhuǎn)向泵壓力是否合理、手動(dòng)大方向是否輕盈;

（5）檢查拖拉機(jī)前束是否合理（<1cm），兩邊車(chē)輪角度誤差過(guò)大會(huì)直接影響直線(xiàn)度;

（6）蓄電池或發(fā)電機(jī)故障也會(huì)引起電壓不穩(wěn)，影響自動(dòng)駕駛精度;

（7）檢查線(xiàn)路連接正確可靠，無(wú)松動(dòng)、短路等問(wèn)題;

（7）拖拉機(jī)前前后配重使用是否合理，排查作業(yè)地面換向，排除暗坑影響;

（8）電動(dòng)方向盤(pán)結(jié)構(gòu)，需檢查打方向是否輕盈，確保電動(dòng)方向盤(pán)安裝可靠，避免出現(xiàn)晃動(dòng)影響控制精度。

自動(dòng)駕駛參數(shù)設(shè)置檢查：

（1）檢查信號(hào)類(lèi)型須為RTK，差分齡期<3s，定位精度誤差<3cm，差分齡期過(guò)大可能是信號(hào)微弱或受到干擾，精度誤差太大可能是基站周?chē)跈n比較嚴(yán)重或車(chē)輛距離基站過(guò)遠(yuǎn)所致;

（2）檢查車(chē)輛參數(shù)，包括ECU、天線(xiàn)安裝及位置參數(shù)設(shè)置是否正確，確保天線(xiàn)搜星及航向正常;

（3）WAS設(shè)置不合理，車(chē)輪向左、向右轉(zhuǎn)向20°時(shí)，左右WAS值要對(duì)稱(chēng)，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)對(duì)精度有著較大的影響，可按照使用說(shuō)明對(duì)WAS進(jìn)行校準(zhǔn)。

2.4交接行問(wèn)題。

（1）農(nóng)具寬度參數(shù)是否設(shè)置正確，一般農(nóng)具寬度為農(nóng)具實(shí)際寬度加交接行寬度;

（2）檢查ECU安裝是否牢靠，有無(wú)共振;注意ECU開(kāi)機(jī)后要進(jìn)行初始校準(zhǔn)，要求在水平路面，拖拉機(jī)不移動(dòng)的狀態(tài)下靜止1分鐘以上;

（3）橫滾側(cè)傾校準(zhǔn)。建立一個(gè)AB線(xiàn)后點(diǎn)擊自動(dòng)駕駛使車(chē)輛行駛于A(yíng)B線(xiàn)上，待精度誤差小于1cm后停車(chē)做好標(biāo)記，將車(chē)輛掉頭于A(yíng)B線(xiàn)上繼續(xù)自動(dòng)駕駛，行駛至標(biāo)記點(diǎn)后測(cè)量偏差值（偏差值應(yīng)<2cm）。

3結(jié)束語(yǔ)

拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛的研究與應(yīng)用有效地帶動(dòng)了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，解決了傳統(tǒng)拖拉機(jī)作業(yè)精度低的問(wèn)題，降低了駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，延長(zhǎng)了有效作業(yè)時(shí)間，提升了作業(yè)質(zhì)量和效率。但在實(shí)際使用過(guò)程，國(guó)內(nèi)拖拉機(jī)自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的市場(chǎng)仍處于起步階段，如何在全國(guó)大范圍的進(jìn)行推廣應(yīng)用，除了要解決和適應(yīng)國(guó)內(nèi)各種復(fù)雜地域、地形及農(nóng)作物的差異化等客觀(guān)情況外，故障分析及排除也是影響推廣的重要因素，未來(lái)，隨著國(guó)家及各地方對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)及智能制造的推廣，拖拉機(jī)自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)將會(huì)迎來(lái)更快的發(fā)展。

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