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拖拉机自动驾驶及控制技术

刘成强;林连华;徐海港

【摘要】为实现拖拉机的自动驾驶和智能控制,满足国内大型机具对动力机械的需

求,从智能导航、自动驾驶与操控协同、数据采集及监控自检、智能系统集成等方

面开展模块化开发,实现了拖拉机自动行走、自动调头、自动避障、路径智能规划

以及智能决策等生产作业功能,且能满足拖拉机复合农田作业的需求.

【期刊名称】《农业工程》

【年(卷),期】2019(009)004

【总页数】5页(P87-91)

【关键词】拖拉机;智能;控制;协同

【作者】刘成强;林连华;徐海港

【作者单位】山东时风[集团]有限责任公司,山东聊城252800;山东省主要农作物机

械化生产装备协同创新中心,山东青岛266109;农业部农机动力和收获机械重点试

验室,山东聊城252800;山东时风[集团]有限责任公司,山东聊城252800;山东省主

要农作物机械化生产装备协同创新中心,山东青岛266109;农业部农机动力和收获

机械重点试验室,山东聊城252800;山东时风[集团]有限责任公司,山东聊城252800;

山东省主要农作物机械化生产装备协同创新中心,山东青岛266109;农业部农机动

力和收获机械重点试验室,山东聊城252800

【正文语种】中文

【中图分类】S219

0引言

随着我国农业结构的调整和农产品市场的国际化，农村土地逐步向集约化经营发展，

农业生产模式也逐步规模化、大型化，市场对大型拖拉机的需求不断增加，《中国

制造2025》对农业装备提出新要求[1]。十九大提出的实施乡村振兴战略，就是对

农民群众美好生活需要最为真切的呼应。新农村建设、新型农民不仅需要新型农机，

更需要智能农机、智慧农场和智慧合作社[2]。国外农场无人机运维作业和管理模

式，倒逼着我国动力机械的结构升级和自动驾驶技术的升级。凯斯Magnum无人

驾驶概念拖拉机在传统拖拉机基础上，通过配合使用GPS和用于超精准导引和实

时记录传输现场数据的最精确卫星校正信号，可实现远程配置、监测及操作设备，

在展会上展出的国外高端样机价格昂贵，因地制宜地开发适应中国农村特点的、中

国国情的自动驾驶及智能控制拖拉机非常必要，智能控制、数据采集和自动协同等

关键技术亟需突破，以推进产业升级[3-6]。

新型自动驾驶、智能控制拖拉机采用智能控制关键技术、自动导航驾驶关键技术、

自动驾驶与自动操控协同、数据采集及监控自检和机具自动控制技术，突破整机

VCU控制器软硬件开发以及电液操纵技术等核心技术。整机作业精度高，自动驾

驶精度2～3cm，1000m作业垂直误差3cm，替代机手劳动使农机工作效率

提高50%，采用自动驾驶和操控作业不受光线限制，可24h作业。机组的经济收

入提高50%以上，作业过程中起步、升降农具和油门控制等环节无需人为操作，

智能控制节油10%以上，可满足乡村振兴的发展要求。

1设计原则

以智能操控及自动导航技术为着力点，结合测控传感和集成电控等技术打造动力机

械智能化创新平台，集合智能控制关键技术、自动导航驾驶关键技术、自动驾驶与

自动操控协同、数据采集与监控自检以及机具自动控制等部件模块化开发等技术，

技术路线如图1所示。

1.1农机装备智能控制

1.1.1动力机械装备悬挂电液控制技术

采用成套的电气及液压元件，对车辆的悬挂系统进行精确控制。实现位置控制、阻

力控制和位置阻力综合控制等功能。在整个作业工程中，实现悬挂根据负载及周边

环境的变化进行自动调节控制。

1.1.2动力机械发动机控制技术

利用智能控制终端，通过J-1939协议与发动机ECU进行通讯及控制，在作业过

程中，根据负载及车辆本身的状态，利用J-1939协议，对发动机各项参数进行控

制，尤其在发动机转速、扭矩和负载匹配方面进行算法研究，使其在高效状态下运

行。

1.1.3农机具关键控制技术

根据作业类型及工况条件，采用智能终端对车载农机具进行控制，使其配合整个作

业过程中的控制要求。

1.1.4农机装备自动导航驾驶

包括导航定位、路径规划、决策控制、动力换挡换向变速箱智能控制及自动驾驶。

1.1.5自动驾驶与自动操控协同

在车辆路径规划完成后，车辆开始进行作业，根据车辆的实际运行状态及作业状态，

进行发动机转速和输出扭矩的控制。根据作业工况，同时进行悬挂的控制，以达到

规定的耕种深度。在车辆行驶到地头作业时，在完