俞 康 ，盧志航

（重慶三峽學(xué)院，重慶 404020）

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)方式面臨諸多問(wèn)題，其中，勞動(dòng)力短缺是最為突出的問(wèn)題之一。農(nóng)業(yè)無(wú)人車作為一種新型的農(nóng)業(yè)機(jī)械化裝備，通過(guò)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛和自主作業(yè)等功能，不僅能夠有效緩解農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺的問(wèn)題，還能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和現(xiàn)代化。而線控制動(dòng)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)無(wú)人車中的基礎(chǔ)系統(tǒng)之一，它通過(guò)控制車輛的速度和制動(dòng)，保障了車輛的安全性和穩(wěn)定性[1]。然而，試驗(yàn)是線控制動(dòng)系統(tǒng)研究過(guò)程中必不可少的一項(xiàng)工作，為了驗(yàn)證線控制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和有效性，必須進(jìn)行大量的試驗(yàn)。為了解決試驗(yàn)成本高、效率低、數(shù)據(jù)采集困難等問(wèn)題，課題組研制了一款農(nóng)業(yè)無(wú)人車線控制動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)將實(shí)車與試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)合起來(lái)，可以更加真實(shí)地獲取制動(dòng)參數(shù)，提高了試驗(yàn)效率，從而為農(nóng)業(yè)無(wú)人車的實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)支持。本文主要介紹了該平臺(tái)的組成和制動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程，并通過(guò)空載和負(fù)載情況下的試驗(yàn)，驗(yàn)證了平臺(tái)的可靠性和有效性。該研究成果不僅對(duì)于農(nóng)業(yè)無(wú)人車的研發(fā)具有重要意義，也為其他領(lǐng)域的無(wú)人車研究提供了借鑒價(jià)值。

1 試驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)參數(shù)

農(nóng)業(yè)無(wú)人車線控制動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)由車體骨架、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、線控制動(dòng)系統(tǒng)、電池組成[2]。作為一種新型農(nóng)業(yè)裝備，農(nóng)業(yè)無(wú)人車具有自主導(dǎo)航和無(wú)人操作等特點(diǎn)，可以有效解決農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺的問(wèn)題，并提高生產(chǎn)效率[3]。在農(nóng)業(yè)無(wú)人車的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，車體骨架作為主體結(jié)構(gòu)起到承重和固定組件的作用，因此必須具備足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)無(wú)人車的核心組成部分，用于提供動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)車輛的行駛，農(nóng)業(yè)無(wú)人車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和齒輪傳動(dòng)。電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)無(wú)人車的另一個(gè)重要組成部分，用于控制車輛的轉(zhuǎn)向，通常由步進(jìn)電機(jī)、蝸輪蝸桿減速器、轉(zhuǎn)向器和相應(yīng)的傳感器組成。本研究的電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)和蝸輪蝸桿減速器組成，具有精度高、響應(yīng)快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[4-6]。線控制動(dòng)系統(tǒng)采用制動(dòng)器和直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元相結(jié)合的方式，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，有效保障了車輛的行駛安全[7]。

在設(shè)計(jì)無(wú)人車的結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求和使用環(huán)境來(lái)進(jìn)行選擇和優(yōu)化，需要考慮無(wú)人車的懸掛系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等方面的設(shè)計(jì)。其中，懸掛系統(tǒng)需要能夠適應(yīng)不同地形條件，保證車身穩(wěn)定；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要能夠提供足夠的動(dòng)力，使無(wú)人車能夠順利完成任務(wù)；能源系統(tǒng)需要選用高效、可靠的能源，確保無(wú)人車能夠持續(xù)運(yùn)行。農(nóng)業(yè)無(wú)人車線控制動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)如表1 所示。

表1 農(nóng)業(yè)無(wú)人車線控制動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)

2 線控制動(dòng)試驗(yàn)

制動(dòng)系統(tǒng)是車輛安全的重要保障，它不僅能夠幫助駕駛員在緊急情況下迅速減速或停車，避免與其他車輛或障礙物碰撞，還能在車輛行駛過(guò)程中進(jìn)行穩(wěn)定控制，提高車輛的穩(wěn)定性和操控性。

農(nóng)業(yè)無(wú)人車中附著路面制動(dòng)試驗(yàn)，主要是為了測(cè)試和評(píng)估農(nóng)業(yè)無(wú)人車的制動(dòng)性能和安全性，以確保無(wú)人車在行駛過(guò)程中能夠準(zhǔn)確、迅速地停車，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工作的安全，具體的試驗(yàn)過(guò)程和指標(biāo)如下[8-9]。

1）車速選擇：根據(jù)無(wú)人車的最高速度和實(shí)際行駛情況，選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)試速度。

2）制動(dòng)距離測(cè)試：在制動(dòng)開(kāi)始的瞬間記錄無(wú)人車的速度，然后觀察和記錄無(wú)人車在剎車過(guò)程中的停止距離。

3）制動(dòng)力測(cè)試：測(cè)試無(wú)人車在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)力大小，以評(píng)估制動(dòng)系統(tǒng)的性能及其能否滿足制動(dòng)要求。

4）制動(dòng)穩(wěn)定性測(cè)試：測(cè)試無(wú)人車在制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，以評(píng)估制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

農(nóng)業(yè)無(wú)人車中附著路面制動(dòng)試驗(yàn)，選取在中等附著力的水泥路面進(jìn)行。首先，測(cè)試地點(diǎn)應(yīng)平坦、寬闊、無(wú)障礙物、無(wú)路面雜物，并且有足夠的制動(dòng)距離。其次，需要準(zhǔn)備測(cè)試設(shè)備，包括計(jì)時(shí)器、車速表、軟尺、一臺(tái)接收各項(xiàng)數(shù)據(jù)的筆記本電腦等。這些設(shè)備需要在測(cè)試之前進(jìn)行校準(zhǔn)和檢查，以確保測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 試驗(yàn)參數(shù)

進(jìn)行農(nóng)業(yè)無(wú)人車制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，特別需要注意試驗(yàn)的安全，無(wú)人車制動(dòng)試驗(yàn)通常需要在平坦的場(chǎng)地上進(jìn)行，需要確保場(chǎng)地的安全性和無(wú)干擾。在測(cè)試過(guò)程中，需要按照相關(guān)的安全規(guī)定和操作程序進(jìn)行，確保測(cè)試設(shè)備和測(cè)試環(huán)境的安全。同時(shí)，還需要注意測(cè)試車輛的安全，防止車輛在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)情況，在進(jìn)行農(nóng)業(yè)無(wú)人車制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，需要認(rèn)真制定測(cè)試計(jì)劃，確保測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性，并遵守相關(guān)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，確保測(cè)試的安全性和有效性[10]。

對(duì)于農(nóng)業(yè)無(wú)人車制動(dòng)試驗(yàn)，需要采集一些數(shù)據(jù)，以便分析和評(píng)估基于直線電機(jī)的線控制動(dòng)器在農(nóng)業(yè)無(wú)人車輛上的性能與可靠性，以下是需要采集的一些數(shù)據(jù)。

1）制動(dòng)距離：記錄車輛在制動(dòng)時(shí)行駛的距離，通常使用激光測(cè)距儀或GPS測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量。

2）制動(dòng)時(shí)間：記錄農(nóng)業(yè)無(wú)人車從發(fā)出制動(dòng)信號(hào)到車輛停止的時(shí)間。

3）制動(dòng)力：記錄車輛在制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力大小，可以使用直線電機(jī)推力的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，從而間接得出。

4）電機(jī)響應(yīng)時(shí)間：記錄從發(fā)出制動(dòng)信號(hào)到車輛開(kāi)始減速的時(shí)間間隔，使用數(shù)據(jù)接收上位機(jī)采集的制動(dòng)信號(hào)并與直線電機(jī)工作的數(shù)據(jù)差進(jìn)行計(jì)算。

通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)，可以評(píng)估基于直線電機(jī)的無(wú)人車線控制動(dòng)器的性能是否達(dá)到預(yù)期，以便進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，農(nóng)業(yè)無(wú)人車線控制動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 農(nóng)業(yè)無(wú)人車線控制動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集

農(nóng)業(yè)無(wú)人車的線控制動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)是一個(gè)非常重要的工具，可以用于對(duì)無(wú)人車的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試和優(yōu)化。試驗(yàn)平臺(tái)主要是通過(guò)采集無(wú)人車在制動(dòng)過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，如車速、制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間等參數(shù)，來(lái)評(píng)估無(wú)人車的制動(dòng)系統(tǒng)性能，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化[11]。因此，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集是非常關(guān)鍵的工作。

在試驗(yàn)過(guò)程中，首先需要在上位機(jī)或者遙控器上設(shè)置試驗(yàn)條件，例如車速、負(fù)載情況和制動(dòng)力等。設(shè)置好試驗(yàn)條件后，無(wú)人車就可以進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，可以使用傳感器對(duì)車速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)信號(hào)采集卡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中進(jìn)行處理，得到車速參數(shù)。車速是制動(dòng)試驗(yàn)中最重要的參數(shù)之一，它可以用來(lái)評(píng)估無(wú)人車的制動(dòng)性能。在試驗(yàn)過(guò)程中，需要對(duì)車速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便得到準(zhǔn)確的車速參數(shù)。常用的車速測(cè)量方法有輪速傳感器和GPS等。

4.1 農(nóng)業(yè)無(wú)人車空載制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)不同車速下的制動(dòng)距離、制動(dòng)時(shí)間和電機(jī)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試和分析，農(nóng)業(yè)無(wú)人車空載試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，得出如下結(jié)論：

1）從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著車速的增加，制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間也呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著車速的增加，車輛具有更高的動(dòng)能，需要更長(zhǎng)的距離和時(shí)間來(lái)停止車輛。此外，通過(guò)對(duì)比不同試驗(yàn)序號(hào)的數(shù)據(jù)，可以看出制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間的增加并不是線性關(guān)系，這表明在高速行駛的情況下，制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間的增加速度可能更快，需要更快的響應(yīng)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)更短的制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間。

2）電機(jī)響應(yīng)時(shí)間也對(duì)制動(dòng)性能有一定的影響。其他條件不變，電機(jī)響應(yīng)時(shí)間較短時(shí)，制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間也會(huì)相應(yīng)地減小，這是因?yàn)殡姍C(jī)響應(yīng)時(shí)間較短時(shí)，直驅(qū)線控制動(dòng)系統(tǒng)能夠更快地響應(yīng)制動(dòng)指令，從而更快地減速和停止車輛。

綜上所述，通過(guò)直驅(qū)線控制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果可以得出結(jié)論：該系統(tǒng)能夠提供足夠的制動(dòng)能力，在不同車速下具有較好的制動(dòng)性能表現(xiàn)，并且電機(jī)響應(yīng)時(shí)間對(duì)制動(dòng)性能有一定的影響。在未來(lái)的農(nóng)業(yè)無(wú)人車設(shè)計(jì)中，應(yīng)該充分考慮直驅(qū)線控制動(dòng)系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，以便實(shí)現(xiàn)更好的駕駛控制和行駛安全。

4.2 農(nóng)業(yè)無(wú)人車負(fù)載制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)農(nóng)業(yè)無(wú)人車的負(fù)載制動(dòng)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過(guò)整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，負(fù)載制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示，得出以下結(jié)論：

表4 農(nóng)業(yè)無(wú)人車負(fù)載試驗(yàn)結(jié)果

1）從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著車速的增加，制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。這是因?yàn)檐囕v在行駛中積累了更多的動(dòng)能，需要更長(zhǎng)的距離和時(shí)間來(lái)停止。

2）與前文的空載線控制動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果相比，負(fù)載情況下的試驗(yàn)結(jié)果顯示，制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間有所增加，這是因?yàn)樨?fù)載增加了車輛的質(zhì)量，需要更多的能量來(lái)減速和停車。但是，直驅(qū)線控制動(dòng)系統(tǒng)仍然能夠提供足夠的制動(dòng)能力，具有較好的制動(dòng)性能表現(xiàn)。

3）值得注意的是，電機(jī)響應(yīng)時(shí)間對(duì)制動(dòng)性能的影響仍然存在。與無(wú)負(fù)載情況下的試驗(yàn)結(jié)果相似，電機(jī)響應(yīng)時(shí)間較短時(shí)，制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間也相應(yīng)地減小。

綜上所述，負(fù)載試驗(yàn)結(jié)果表明，直驅(qū)線控制動(dòng)系統(tǒng)在不同負(fù)載情況下具有較好的制動(dòng)性能表現(xiàn)，但負(fù)載的增加會(huì)影響制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間。在農(nóng)業(yè)無(wú)人車的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該充分考慮負(fù)載的影響，以便實(shí)現(xiàn)更好的駕駛控制和行駛安全。同時(shí)，電機(jī)響應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化也是提高直驅(qū)線控制動(dòng)系統(tǒng)性能的重要因素。

5 結(jié)論

農(nóng)業(yè)無(wú)人車線控制動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)研究具有重要意義，該平臺(tái)的建立有助于提高我國(guó)農(nóng)業(yè)裝備的技術(shù)水平和競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出線控制動(dòng)系統(tǒng)在不同條件下的制動(dòng)性能表現(xiàn)良好，但需要進(jìn)一步優(yōu)化以提高制動(dòng)效率。未來(lái)的農(nóng)業(yè)無(wú)人車設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮試驗(yàn)數(shù)據(jù)和平臺(tái)研發(fā)成果，以推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程。下一步，應(yīng)進(jìn)一步完善試驗(yàn)平臺(tái)的功能和性能，提高測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。