带转向机构的农业拖拉机的控制系统及控制方法

专利类型 发明公开 法律事件 公开; 实质审查; 授权;
专利有效性 有效专利 当前状态 授权
申请号 CN202411404908.9 申请日 2024-10-10
公开(公告)号 CN118901321A 公开(公告)日 2024-11-08
申请人 江西南特丰收农业装备有限公司; 申请人类型 企业
发明人 陈志平; 林森; 第一发明人 陈志平
权利人 江西南特丰收农业装备有限公司 权利人类型 企业
当前权利人 江西南特丰收农业装备有限公司 当前权利人类型 企业
省份 当前专利权人所在省份:江西省 城市 当前专利权人所在城市:江西省南昌市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:江西省南昌市昌北经济技术开发区蛟桥镇庐山北大道166号 邮编 当前专利权人邮编:330000
主IPC国际分类 A01B63/00 所有IPC国际分类 A01B63/00A01B63/108
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 10 专利文献类型 A
专利代理机构 南昌明佳知识产权代理事务所 专利代理人 杨晨辉;
摘要 在本 发明 公开了一种带转向机构的农业 拖拉机 的控制系统及控制方法,属于农机控制技术领域。该控制系统包括第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元、数据 存储器 、第一处理单元、第一 控制器 、第二处理单元、第二控制器、第三处理单元。本发明结合转向机构、第一臂和第二臂确定农业拖拉机的作业状态数据和状态变化数据,根据地面坡 角 、行走方向角、状态变化数据组成工况矩阵,再根据两组工况矩阵的 马 氏距离预测工况相似度,再生成第一调节指令或第二调节指令。本发明可以快速生成调节指令,使得 农业机械 快速适应相似的作业环境。本发明考虑了转向机构的转角变化对农业拖拉机 稳定性 的影响,避免转角、跨度的变化导致车体稳定性变差。
权利要求

1.一种带转向机构的农业拖拉机的控制系统,该农业拖拉机具有车架机构、行走机构、作业机构,作业机构经一转向机构安装在车架机构上,作业机构包含第一臂和第二臂,其特征在于,该控制系统包括:
第一采集单元,用于采集转向机构、第一臂和第二臂的作业状态数据;
第二采集单元,用于采集行走机构的行走方向
第三采集单元,用于采集地面坡度数据并预测地面坡角;
数据存储器,用于存储历史工况条件和历史悬架数据;
第一处理单元,用于生成第一调节指令或第二调节指令;
第一控制器,用于根据第一调节指令或第二调节指令控制车架机构;
第二处理单元,用于生成转向机构、第一臂和第二臂的作业目标数据;
第三处理单元,用于根据作业状态数据和作业目标数据更新状态变化数据,其中,第一处理单元根据地面坡角、行走方向角以及状态变化数据计算当前工况条件与多组历史工况条件的工况相似度,若最大工况相似度小于阈值,根据地面坡角、行走方向角、状态变化数据生成第一调节指令,否则提取最大工况相似度的历史工况条件,检索该历史工况条件的历史悬架数据,根据历史悬架数据生成第二调节指令。
2.根据权利要求1所述的带转向机构的农业拖拉机的控制系统,其特征在于,第一采集装置包括多组倾角传感单元,根据倾角传感单元确定转向机构的当前转角、第一臂的当前转角以及第二臂的当前转角,第三采集装置包括多组距离传感单元,根据距离传感单元确定地面坡度数据。
3.一种根据权利要求1所述带转向机构的农业拖拉机的控制系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:农业拖拉机进入行驶状态,采集转向机构、第一臂和第二臂的作业状态数据,根据作业状态数据生成状态变化数据;
步骤2:采集行走机构的行走方向角以及地面坡度数据,根据地面坡度数据预测地面坡角;
步骤3:根据地面坡角、行走方向角以及状态变化数据计算当前工况条件与多组历史工况条件的工况相似度,若最大工况相似度小于阈值,进入步骤4,否则,进入步骤5;
步骤4:根据地面坡角、行走方向角、状态变化数据生成第一调节指令,根据第一调节指令控制车架机构,进入步骤6;
步骤5:提取最大工况相似度的历史工况条件,检索该历史工况条件的历史悬架数据,根据历史悬架数据生成第二调节指令,根据第二调节指令控制车架机构;
步骤6:若农业拖拉机进入作业状态,进入步骤7,若农业拖拉机进入怠速状态,结束任务,否则返回至步骤2;
步骤7:重新采集作业状态数据,根据作业位置生成转向机构、第一臂和第二臂的作业目标数据,根据作业状态数据和作业目标数据更新状态变化数据,返回至步骤2。
4.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于,在步骤1中,作业状态数据包括转向机构的当前转角、第一臂的当前转角以及第二臂的当前转角,状态变化数据包括车架偏移变量以及车架偏移导数,根据转向机构的当前转角、第一臂的当前转角以及第二臂的当前转角计算车架当前偏移量,车架偏移导数的初始值为零。
5.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于,在步骤2中,提取包括行走机构轨迹位置的轨迹规划数据,提取地面坡度数据中所述轨迹位置的地面坡角。
6.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于,在步骤3中,分别构造历史工况条件与当前工况条件的工况矩阵,根据两组工况矩阵的协方差距离预测工况相似度。
7.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于,在步骤4中,采集车架机构的当前悬架数据,根据地面坡角、行走方向角、状态变化数据计算目标悬架数据,根据当前悬架数据和目标悬架数据生成第一调节指令。
8.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于,在步骤5中,采集车架机构的当前悬架数据,根据历史悬架数据、当前悬架数据以及工况相似度确定第二调节指令。
9.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,在步骤7中,作业目标数据包括转向机构的目标转角、第一臂的目标转角以及第二臂的目标转角,根据作业位置与作业机构的原始工作面计算转向机构的目标转角,根据作业位置与作业机构的尺寸参数计算第一臂的目标转角以及第二臂的目标转角。
10.根据权利要求9所述的控制方法,其特征在于,在步骤7中,根据转向机构的目标转角、第一臂的目标转角、第二臂的目标转角计算车架目标偏移量,根据车架当前偏移量和车架目标偏移量更新车架偏移变量和车架偏移导数。

说明书全文

带转向机构的农业拖拉机的控制系统及控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及农机控制技术领域,尤其涉及一种带转向机构的农业拖拉机的控制系统及控制方法。

背景技术

[0002] 农业拖拉机通常设置多自由度的臂架,臂架连接农药喷洒头、采摘器、剪枝器等,实现成片农作物的耕作。如国际专利申请公开号WO2020108015A1以及中国专利申请公开号CN117918124A所述,这些农业拖拉机可以调整臂架的姿态,使得采摘器等到达作业位置,同时通过控制方案保证车体稳定。农业拖拉机的输出部件多,采用迭代逼近的方法寻找最优作业控制方案会严重降低作业效率。中国专利申请公开号CN114323022A公开了一种臂架姿态的辅助确定方法、装置及作业机械。该方法首先获取历史臂架姿态数据集,将所述历史臂架姿态数据集划分为多个臂架姿态数据子集,对获取历史臂架姿态数据集进行分析,确定不同臂架末端位置数据对应的目标臂架姿态信息。该方法结合历史数据快速寻找当前最优方案,实现农机设备的快速作业控制。为了提高工作覆盖面,需要将臂架连接至竖直的转向机构,在保持拖拉机的前进方向的同时调整作业面。转向机构的转影响车体稳定,因此需要结合转向机构与臂架的工作状态调节农业拖拉机的工作参数,以满足设备改进的需要。

发明内容

[0003] 为了解决上述现有技术存在的缺陷,本发明提出了一种带转向机构的农业拖拉机的控制系统及控制方法。本发明结合转向机构、第一臂和第二臂确定农业拖拉机的状态变化数据,根据地面坡角、行走方向角以及状态变化数据得出当前工况条件,再查找与当前工况条件相似的历史工况条件,可以快速生成第一调节指令或第二调节指令,使得农业机械快速适应与历史工况条件相似的当前工况条件。
[0004] 本发明的技术方案是这样实现的:一种带转向机构的农业拖拉机的控制系统,该农业拖拉机具有车架机构、行走机
构、作业机构,作业机构经一转向机构安装在车架机构上,作业机构包含第一臂和第二臂,该控制系统包括:
第一采集单元,用于采集转向机构、第一臂和第二臂的作业状态数据;
第二采集单元,用于采集行走机构的行走方向角;
第三采集单元,用于采集地面坡度数据并预测地面坡角;
数据存储器,用于存储历史工况条件和历史悬架数据;
第一处理单元,用于生成第一调节指令或第二调节指令;
第一控制器,用于根据第一调节指令或第二调节指令控制车架机构;
第二处理单元,用于生成转向机构、第一臂和第二臂的作业目标数据;
第三处理单元,用于根据作业状态数据和作业目标数据更新状态变化数据,
其中,第一处理单元根据地面坡角、行走方向角以及状态变化数据计算当前工况
条件与多组历史工况条件的工况相似度,若最大工况相似度小于阈值,根据地面坡角、行走方向角、状态变化数据生成第一调节指令,否则提取最大工况相似度的历史工况条件,检索该历史工况条件的历史悬架数据,根据历史悬架数据生成第二调节指令。
[0005] 在本发明中,第一采集装置包括多组倾角传感单元,根据倾角传感单元确定转向机构的当前转角、第一臂的当前转角以及第二臂的当前转角,第三采集装置包括多组距离传感单元,根据距离传感单元确定地面坡度数据。
[0006] 一种所述带转向机构的农业拖拉机的控制系统的控制方法,包括以下步骤:步骤1:农业拖拉机进入行驶状态,采集转向机构、第一臂和第二臂的作业状态数
据,根据作业状态数据生成状态变化数据;
步骤2:采集行走机构的行走方向角以及地面坡度数据,根据地面坡度数据预测地
面坡角;
步骤3:根据地面坡角、行走方向角以及状态变化数据计算当前工况条件与多组历
史工况条件的工况相似度,若最大工况相似度小于阈值,进入步骤4,否则,进入步骤5;
步骤4:根据地面坡角、行走方向角、状态变化数据生成第一调节指令,根据第一调节指令控制车架机构,进入步骤6;
步骤5:提取最大工况相似度的历史工况条件,检索该历史工况条件的历史悬架数
据,根据历史悬架数据生成第二调节指令,根据第二调节指令控制车架机构;
步骤6:若农业拖拉机进入作业状态,进入步骤7,若农业拖拉机进入怠速状态,结
束任务,否则返回至步骤2;
步骤7:重新采集作业状态数据,根据作业位置生成转向机构、第一臂和第二臂的
作业目标数据,根据作业状态数据和作业目标数据更新状态变化数据,返回至步骤2。
[0007] 在本发明中,在步骤1中,作业状态数据包括转向机构的当前转角、第一臂的当前转角以及第二臂的当前转角,状态变化数据包括车架偏移变量和车架偏移导数,根据转向机构的当前转角、第一臂的当前转角以及第二臂的当前转角计算车架当前偏移量,车架偏移导数的初始值为零。
[0008] 在本发明中,在步骤2中,提取包括行走机构轨迹位置的轨迹规划数据,提取地面坡度数据中所述轨迹位置的地面坡角。
[0009] 在本发明中,在步骤3中,分别构造历史工况条件与当前工况条件的工况矩阵,根据两组工况矩阵的协方差距离预测工况相似度。
[0010] 在本发明中,在步骤4中,采集车架机构的当前悬架数据,根据地面坡角、行走方向角、状态变化数据计算目标悬架数据,根据当前悬架数据和目标悬架数据生成第一调节指令。
[0011] 在本发明中,在步骤5中,采集车架机构的当前悬架数据,根据历史悬架数据、当前悬架数据以及工况相似度确定第二调节指令。
[0012] 在本发明中,在步骤7中,作业目标数据包括转向机构的目标转角、第一臂的目标转角以及第二臂的目标转角,根据作业位置与作业机构的原始工作面计算转向机构的目标转角,根据作业位置与作业机构的尺寸参数计算第一臂的目标转角以及第二臂的目标转角。
[0013] 在本发明中,在步骤7中,根据转向机构的目标转角、第一臂的目标转角、第二臂的目标转角计算车架目标偏移量,根据车架当前偏移量和车架目标偏移量更新车架偏移变量和车架偏移导数。
[0014] 实施本发明的这种带转向机构的农业拖拉机的控制系统及控制方法,具有以下有益效果:本发明结合转向机构、第一臂和第二臂确定农业拖拉机的作业状态数据和状态变化数据,根据地面坡角、行走方向角、状态变化数据组成工况矩阵,再根据两组工况矩阵的氏距离预测工况相似度,查找与当前工况条件相似的历史工况条件。本发明可以快速生成第一调节指令或第二调节指令,使得农业机械快速适应相似的作业环境。本发明考虑了转向机构的转角变化对农业拖拉机稳定性的影响,避免转角、跨度的变化导致车体稳定性变差。附图说明
[0015] 图1为本发明带转向机构的农业拖拉机的控制系统的框图;图2为本发明农业拖拉机的结构图;
图3为本发明农业拖拉机的简图;
图4为本发明所述带转向机构的农业拖拉机的控制系统的控制方法的流程图
图5为本发明作业机构一个方向的示意图;
图6为本发明作业机构另一方向的示意图;
图7为本发明车架机构的简图;
图8为本发明车架机构的平偏移示意图。
[0016] 附图中的附图标记:车架机构10、行走机构20、作业机构30、第一臂31、第二臂32、农作器具33、第一油缸34、第二油缸35、转向机构40。

具体实施方式

[0017] 为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点,下面结合附图和实施例,对本申请进行了描述和说明。
[0018] 为了提高作业范围,通过转向机构调节作业机构的工作面。转向机构与作业机构的杠杆效应影响作业效率和车架机构的稳定性。本发明的这种带转向机构的农业拖拉机的控制系统及控制方法,根据当前工况条件查找相似的历史工况条件,可以快速生成第一调节指令或第二调节指令,使得农业拖拉机快速适应作业姿态,解决农业拖拉机的单臂远距离作业时的控制问题。实施例一
[0019] 如图1至图3,这种农业拖拉机具有车架机构10、行走机构20、作业机构30。车架机构10包括四组液压调节组件,行走机构20包括内燃机、减速器和车轮等设备,液压调节组件安装在车轮上。作业机构30经一转向机构40安装在车架机构10上,作业机构30包含第一臂31和第二臂32,第二臂32连接农作器具33。在图3中,第一油缸34和第二油缸35调节第一臂
31和第二臂32的当前转角,各构件通过铰接点进行连接,所述铰接点分别用字母A至G表示。
铰接点A为第一油缸34与转向机构40的连接点,铰接点B为第一臂31与转向机构40的连接点,铰接点C为第一油缸34与第一臂31的连接点,铰接点D为第二油缸35与第一臂31的连接点,铰接点E为第一臂31与第二臂32的连接点,铰接点F连接农作器具33,铰接点G为第二油缸35与第二臂32的连接点。通过油缸电液比例控制第一油缸34和第二油缸35的长度。
[0020] 本发明的控制系统包括:第一采集单元、第二采集单元、第三采集单元、数据存储器、第一处理单元、第一控制器、第二处理单元、第二控制器、第三处理单元以及车载主机。
[0021] 第一采集单元用于采集转向机构40、第一臂31和第二臂32的作业状态数据。第一采集装置包括多组倾角传感单元,根据倾角传感单元确定转向机构40的当前转角、第一臂31的当前转角以及第二臂32的当前转角。第二采集单元用于采集行走机构20的行走方向角。行走机构20具有转向控制器,第二采集单元采集转向控制器的角度信号,计算行走方向角。第三采集单元用于采集地面坡度数据并预测地面坡角。第三采集单元例如是雷达等设备。第三采集装置包括多组距离传感单元,根据距离传感单元确定地面坡度数据。数据存储器用于存储历史工况条件和历史悬架数据。数据存储器可以采用Cassandra或HBase存储结构,以便快速检索历史工况条件和历史悬架数据。第一处理单元用于生成第一调节指令或第二调节指令。所述第一调节指令和第二调节指令例如是液压调节组件的阻尼调节量或者弹簧调节量。车载主机用于完成农业拖拉机的整车控制,车载主机可以确定农业拖拉机的工作状态并控制第一处理单元和第二处理单元。第一控制器用于根据第一调节指令或第二调节指令控制车架机构10。第二控制器用于根据作业目标数据控制作业机构。第二处理单元用于生成转向机构40、第一臂31和第二臂32的作业目标数据。参照实施例三,第二处理单元可以根据作业位置确定作业目标数据。第三处理单元用于根据作业状态数据和作业目标数据更新状态变化数据。在作业状态下,第三处理单元周期性更新状态变化数据,使得第一处理单元可以接收到最新的作业状态数据。
[0022] 本发明的第一处理单元根据地面坡角、行走方向角以及状态变化数据计算当前工况条件与多组历史工况条件的工况相似度。若最大工况相似度小于阈值,根据地面坡角、行走方向角、状态变化数据生成第一调节指令。否则提取最大工况相似度的历史工况条件,检索该历史工况条件的历史悬架数据,根据历史悬架数据生成第二调节指令。相比在现有技术通过不断迭代逼近的方式寻找当前工况条件的最佳状态,本发明可以借助历史悬架数据确定第二调节指令,可以快速确定当前工况条件的最佳状态,提高作业效率,使得农业拖拉机快速适应相似的作业环境。实施例二
[0023] 如图4至图8所示,本发明的一种所述带转向机构的农业拖拉机的控制系统的控制方法,包括以下步骤。
[0024] 步骤1:农业拖拉机进入行驶状态,采集转向机构、第一臂和第二臂的作业状态数据,根据作业状态数据生成状态变化数据。在本实施例中,作业状态数据包括转向机构的当前转角θ1、第一臂的当前转角θ2以及第二臂的当前转角θ3。状态变化数据包括车架偏移变量μ0以及车架偏移导数 。参照实施例四,根据转向机构的当前转角、第一臂的当前转角以及根据第二臂的当前转角导致车架重心偏移,根据农业拖拉机的三维模型预测车架重心偏移,即车架偏移变量。在行驶状态下,作业机构保持稳定,车架偏移变量保持不变,则车架偏移导数的初始值为零。
[0025] 步骤2:采集行走机构的行走方向角以及地面坡度数据,根据地面坡度数据预测地面坡角。本发明可以通过导航系统或预设的作业路径获得轨迹规划数据。同时根据第三采集单元获得农业拖拉机附近的地面坡度数据,地面坡度数据包含多个不同位置的地面坡角。轨迹规划数据包括行走机构的至少一组轨迹位置,提取地面坡度数据中下一采样周期轨迹位置的地面坡角。根据下一采样周期的地面坡角确定本采样周期的第一调节指令或者第二调节指令。
[0026] 步骤3:根据地面坡角、行走方向角以及状态变化数据计算当前工况条件与多组历史工况条件的工况相似度,若最大工况相似度小于阈值,进入步骤4,否则,进入步骤5。本发明不限制阈值的具体取值,为保证控制精度,通常1.8≤阈值<2。本发明根据工况矩阵的协方差距离描述工况相似度,协方差距离即马氏距离(Mahalanobis Distance),考虑了矩阵中元素值间的相关性,对于均值较为稳定的元素值,其与历史工况条件中相应元素值的差异对工况相似度影响更大。
[0027] 具体来说,首先分别构造当前工况条件的地面坡角、行走方向角、状态变化数据的工况矩阵X1以及历史工况条件的地面坡角、行走方向角、状态变化数据的工况矩阵X2。X1与X2的马氏距离S= 。X3为多组历史工况条件中工况矩阵X2的协方差矩阵。X1与X2的相似度越高,马氏距离越小,X1与X2相等时S=0。工况相似度=1/(1+S),式中分母加1是避免S=0无解。本发明不限制阈值的具体取值,在正态分布中,马氏距离通常小于2,工况相似度通常大于0.3。本发明的地面坡角、行走方向角、状态变化数据呈相关性,为保证控制精度,本发明中0.8≤阈值≤1。本实施例的状态变化数据包括车架偏移变量 以及车架偏移导数 ,所以工况矩阵 ,β为地面坡角,α为行走方向
角。
[0028] 步骤4:根据地面坡角、行走方向角、状态变化数据生成第一调节指令,根据第一调节指令控制车架机构,进入步骤6。最大工况相似度小于阈值时,没有可比的历史工况条件,采集车架机构的当前悬架数据,根据地面坡角、行走方向角、状态变化数据生成计算目标悬架数据。本发明不限制生成目标悬架数据的具体方法,在优选的实施例中,具体可以采用例如自适应控制、模型预测控制(MPC)等方法确定阻尼系数或者弹簧刚度,本发明不做详述。自适应控制、模型预测控制(MPC)等方法调平速度慢,但是可以保证整体农业拖拉机逐渐趋于平稳。目标悬架数据包括但不限于阻尼系数和弹簧刚度等,根据目标悬架数据和当前悬架数据的差值确定总调节量,再生成第一调节指令。参照实施例五,第一调节指令包含当前周期内四组液压调节机构的阻尼调节量或者弹簧调节量,多个单周期调节量趋近于总调节量,逐步达到调平的目的。
[0029] 步骤5:提取最大工况相似度的历史工况条件,检索该历史工况条件的历史悬架数据,根据历史悬架数据生成第二调节指令,根据第二调节指令控制车架机构。历史悬架数据是指该历史工况条件下获得的目标悬架数据,以该历史悬架数据作为参考快速生成第二调节指令。例如采集车架机构的当前悬架数据,根据历史悬架数据与当前悬架数据的差值确定弹簧的总调节量,再将总调节时长T分解为多个采样周期内的弹簧调节量k1,再由工况相似度对弹簧调节量k1进行二次校准。校准后的弹簧调节量k2=k1×k0/k0',k0为当前车架机构的调节余量,k0'为历史车架机构的调节余量。
[0030] 步骤6:若农业拖拉机进入作业状态,进入步骤7,若农业拖拉机进入怠速状态,结束任务,否则返回至步骤2。车载主机确定农业拖拉机的工作状态,包括行驶状态、作业状态、怠速状态。农业拖拉机进入作业状态时,监测作业位置并更新状态变化数据。农业拖拉机进入行驶状态时,继续采集行走机构的行走方向角以及地面坡度数据。
[0031] 步骤7:重新采集作业状态数据,根据作业位置生成转向机构、第一臂和第二臂的作业目标数据,根据作业状态数据和作业目标数据更新状态变化数据,返回至步骤2。作业目标数据包括转向机构的目标转角、第一臂的目标转角以及第二臂的目标转角,根据作业位置与作业机构的原始工作面计算转向机构的目标转角,根据作业位置与作业机构的尺寸参数计算第一臂的目标转角以及第二臂的目标转角,如实施例三所述。再根据转向机构的当前转角和目标转角计算转向机构的质量偏移函数,根据第一臂的当前转角和目标转角计算第一臂的质量偏移函数,根据第二臂的当前转角和目标转角计算第二臂的质量偏移函数,由转向机构的质量偏移函数、第一臂的质量偏移函数以及第二臂的质量偏移函数更新车架偏移变量以及车架偏移导数。车架偏移导数的计算过程如实施例四所述。实施例三
[0032] 本实施例的第二臂连接剪枝器。转向机构和作业机构根据作业状态数据和作业目标数据从当前状态调整至目标状态,使得剪枝器到达作业位置。进一步公开了计算转向机构的目标转角、第一臂的目标转角以及第二臂的目标转角的优选方法。
[0033] 如图5所示,转向机构的中心线与作业位置构成竖直工作面,转向机构的目标转角使得作业机构的第一臂和第二臂与作业位置位于竖直工作面。第一臂和第二臂所在的平面为原始工作面。将原始工作面旋转至竖直工作面的角度为转向机构的目标转角θ1'。
[0034] 在图6中,第一臂的目标转角θ2'为∠ABC,第二臂的目标转角θ3'为∠DEG。尺寸参数包括铰接点A与作业位置的水平距离L1,铰接点A与作业位置的高度距离h1,铰接点B与作业位置的水平距离L2,铰接点B与作业位置的高度距离h2。根据尺寸参数得出铰接点A与铰接点F的 距离L AF和 铰接点 B与 铰接点 F的距 离LB F。 ,。获取铰接点B与铰接点A的距离LBA,根据LBF、LAF和LBA得出
,获取铰接点B与铰接点E的距离LBE和铰接点E与铰接
点F的距离LEF,根据LBE、LEF和LBF得出 。再根据铰接点B
与铰接点C的距离LBC、铰接点C与铰接点E的距离LCE和铰接点B与铰接点E的距离LBE获得∠EBC。根据铰接点G与铰接点E的距离LGE、LEF和铰接点G与铰接点F的距离LGF获得∠GEF,根据LBE、LEF和LBF获得∠FEB。根据LBE、铰接点E与铰接点D的距离LED和铰接点B与铰接点D的距离LBD获得∠BED。θ2'=∠ABC=∠ABF+∠FBE+∠EBC,θ3'=∠DEG=360°‑∠GEF‑∠FEB‑∠BED。
实施例四
[0035] 在农机机械中,转向机构、第一臂、第二臂的运动产生重心偏移,进而使得整个车体产生偏移。本发明的质量偏移函数是指重心随运动参数的偏移函数。第一臂的质量偏移函数g1为转向机构当前转角θ1和第一臂当前转角θ2的函数,即第一臂的当前偏移量λ1=g1(θ1,θ2),第二臂的质量偏移函数g2为转向机构当前转角θ1、第一臂当前转角θ2和第二臂当前转角θ3的函数,即第二臂的当前偏移量λ2=g2(θ1,θ2,θ3)。质量偏移函数是指重心随运动参数的偏移函数。对于特定的农业拖拉机,通过工程测试或三维学分析软件(如ANSYS、MATLAB等)可以获得各构件的质量偏移函数。车架当前偏移量μ1=(m0+λ1m1+λ2m2)/(m0+m1+m2),其中,m0为农业拖拉机的固定部分质量(第一臂和第二臂、农作器具之外农业拖拉机的质量),m1为第一臂的质量,m2为第二臂(包含末端农作器具)的质量。
[0036] 同样地,对于转向机构的目标转角θ1'、第一臂的目标转角θ2'、第二臂的目标转角θ3',第一臂的目标偏移量λ1'=g1(θ1',θ2'),第二臂的目标偏移量λ2'=g2(θ1',θ2',θ3')。车架目标偏移量μ2=(m0+λ1'm1+λ2'm2)/(m0+m1+m2),根据车架当前偏移量和车架目标偏移量计算车架偏移变量μ0=μ2‑μ1。液压调节组件的调节速度影响车架偏移导数的取值,在更为简单的实施例中,液压调节组件采用匀速调节,即在调节时间T内车架偏移导数保持不变,车架偏移导数 。若液压调节组件采用加速调节,即在调节时间T内车架偏移导数等速增加,车架偏移导数 。
实施例五
[0037] 如图7和图8所示,车架机构10包含四组液压调节组件,液压调节组件与行走机构20连接。液压调节组件包括阻尼单元和弹簧单元,可以提供预定的阻尼系数和弹簧刚度。农业拖拉机的作业机构工作时,根据工况矩阵生成第一调节指令或第二调节指令,调节阻尼系数和弹簧刚度,使行驶过程更加平稳。对于农业拖拉机水平稳定比竖直减振性能更重要,本发明主要涉及农业拖拉机的水平稳定调节。数学模型不包含竖直方向上农业拖拉机的受力与形变。
[0038] 本实施例进一步公开了确定第一调节指令或第二调节指令中阻尼调节量或者弹簧调节量。对于典型的农业拖拉机,液压调节组件的数学模型为。数学模型中,c
为阻尼系数,k为弹簧刚度,F为农业拖拉机的横向力。在本发明中,农业拖拉机的处于地面坡角为β的地面,F=sinβ(m0+m1+m2)g。ω1为车轮的当前横向位置,ω2为车轮的目标横向位移,(ω2‑ω1)为车轮的横向偏移量。因农业拖拉机速度慢,车轮位移小,可以简化为ω1=ω2=0。因此液压调节组件的数学模型简化为
,g为重力加速
度。
[0039] 结合多个时刻的数学模型,可以获得目标状态下的阻尼系数和弹簧刚度。目标状态下的阻尼系数和者弹簧刚度与当前状态下的阻尼系数和弹簧刚度的差值为阻尼总调节量和弹簧总调节量,再根据加速调节法或者均匀调节法将总调节量分配至调节时长内的多个采样周期,获得每一采样周期的阻尼调节量和弹簧调节量。
[0040] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改,等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
QQ群二维码
意见反馈