一種線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種設(shè)施農(nóng)用機(jī)械的控制系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是一種采用線控技術(shù)的用于設(shè)施農(nóng)業(yè)的可掛接操作平臺(tái)和電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)的電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]設(shè)施農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容，是農(nóng)業(yè)增效，農(nóng)民增收的重要途徑。由于受到生產(chǎn)過程精耕細(xì)作的要求及勞動(dòng)強(qiáng)度大等影響，主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化是推動(dòng)設(shè)施農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的重要手段。我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展在近幾年有很大的進(jìn)展，但仍存在較大的問題。比如，設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械的通用性較差，農(nóng)民需購買各種不同功能的設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械來完成不同的作業(yè)，其增大了農(nóng)民的負(fù)擔(dān)。設(shè)計(jì)一種設(shè)施農(nóng)業(yè)使用的通用底盤，該底盤通過掛接通用操作平臺(tái)和電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)來實(shí)現(xiàn)不同的功能，是降低農(nóng)民負(fù)擔(dān)的一種有效方法。此外，這種方式還可以使得通用操作平臺(tái)和電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)在底盤上的布置具有極大的靈活性，以便于操作者可以安排在任何位置進(jìn)行操作。
[0003]其次，目前的設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械基本是以柴油或汽油作為其動(dòng)力源。在某些相對(duì)封閉的區(qū)域內(nèi)，例如大棚這樣的環(huán)境，勢(shì)必造成一定的污染，影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。針對(duì)這種情況，非常有必要開發(fā)一種電驅(qū)動(dòng)的無污染的設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在解決目前的設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械的通用性和環(huán)保性差，影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的問題。設(shè)計(jì)一種采用線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)及其方法，該底盤控制系統(tǒng)對(duì)外只提供兩個(gè)接口，一是個(gè)電源接口，另一個(gè)是總線接口?？梢苑奖憧煽康膾旖痈鞣N操作平臺(tái)和電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)。
[0005]本發(fā)明裝置的技術(shù)方案為:
[0006]—種線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)，包括底盤控制器以及分別同所述底盤控制器相連接的外圍設(shè)備和接口單元；
[0007]所述底盤控制器用于接收輸入命令和反饋信號(hào)，并發(fā)送底盤的基本操作命令；所述外圍設(shè)備包括電池管理系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的履帶或輪式行走機(jī)構(gòu)、線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、線控電磁制動(dòng)器、傳感器組，所述底盤控制器分別和電池管理系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的履帶或輪式行走機(jī)構(gòu)、線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、線控電磁制動(dòng)器相連接，所述底盤控制器的A/D轉(zhuǎn)換接口分別同傳感器組連接；所述接口單元包括電源接口以及總線接口，所述總線接口用于掛接各種通用操作平臺(tái)和電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)，所述總線有兩路，一路為控制總線，另一路為冗余總線。
[0008]進(jìn)一步，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)的履帶或輪式行走機(jī)構(gòu)用于控制車輛的行走速度和行走方向，包括直流電機(jī)，電機(jī)控制器，電變速器，所述電機(jī)控制器分別和直流電機(jī)和電變速器電連接。
[0009]進(jìn)一步，所述線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)用于控制車輛前、后輪內(nèi)外側(cè)的轉(zhuǎn)向，包括四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向、前輪線控轉(zhuǎn)向兩種模式。
[0010]進(jìn)一步，所述線控電磁制動(dòng)器用于控制前、后輪內(nèi)外側(cè)的制動(dòng)，包括電制動(dòng)器、電制動(dòng)控制單元、輪速傳感器，所述電制動(dòng)器和輪速傳感器安裝在輪轂上，所述電制動(dòng)控制單元通過導(dǎo)線分別和電制動(dòng)器和輪速傳感器相連接。
[0011]進(jìn)一步，所述傳感器組包括:轉(zhuǎn)向力矩傳感器、車輪轉(zhuǎn)向角傳感器、制動(dòng)力傳感器、行走速度傳感器、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出速度傳感器以及電機(jī)電流傳感器。
[0012]進(jìn)一步，所述總線為CAN總線，所述的CAN總線上傳遞三類信號(hào)，第一類是操作平臺(tái)發(fā)出的操作人員對(duì)設(shè)備的所有操控命令包括轉(zhuǎn)向、前進(jìn)后退、制動(dòng)、換檔、充電；第二類是底盤控制系統(tǒng)中的傳感器組測(cè)量到的各類信號(hào)以及連接在總線上的所有電控機(jī)構(gòu)的傳感器數(shù)據(jù)，第三類是是通過底盤控制器計(jì)算后獲得的設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，狀態(tài)信號(hào)包括變速器檔位信息、當(dāng)前速比、電機(jī)及電池的狀態(tài)、底盤系統(tǒng)的故障診斷信息。
[0013]所述CAN總線上包括兩路信號(hào):通過傳感器組回饋給底盤控制器上的信號(hào)、CAN總線回饋給操作平臺(tái)或者電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)的信號(hào)。
[0014]進(jìn)一步，所述的線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)通過總線和普通操作平臺(tái)相連接，用于實(shí)現(xiàn)底盤的加速、減速和轉(zhuǎn)向。
[0015]進(jìn)一步，所述的線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)通過總線和無線操作平臺(tái)相連接，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控底盤的加速、減速和轉(zhuǎn)向。
[0016]進(jìn)一步，所述的線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)通過總線掛接電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)。
[0017]本發(fā)明方法的技術(shù)方案為:一種線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制方法，包括如下控制步驟:
[0018]步驟1，底盤控制器通過總線讀取操作平臺(tái)或電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)的控制信息，包括轉(zhuǎn)向，制動(dòng)，驅(qū)動(dòng)信息;
[0019]步驟2，底盤控制器的A/D轉(zhuǎn)換接口采集傳感器組回饋的信號(hào)，包括轉(zhuǎn)向力矩值的信號(hào)、轉(zhuǎn)向角的值的信號(hào)、制動(dòng)力的值的信號(hào)、行走速度的值的信號(hào)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出速度的值的信號(hào)、電機(jī)電流信號(hào)；
[0020]步驟3，底盤控制器將總線上讀取的轉(zhuǎn)向，制動(dòng)，驅(qū)動(dòng)信息以及傳感器組回饋的信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過總線分別傳輸給線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，線控電磁制動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的履帶或輪式行走機(jī)構(gòu)；
[0021]步驟4，線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，線控電磁制動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的履帶或輪式行走機(jī)構(gòu)做出動(dòng)作，同時(shí)將各自相應(yīng)的工作狀態(tài)通過傳感器組再發(fā)送到底盤控制器上。
[0022]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，具有的有益效果是:
[0023](I)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，相對(duì)于柴油機(jī)、汽油機(jī)而言，實(shí)現(xiàn)了零污染，保證了農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì);
[0024](2)能容易的實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，在有限的設(shè)施空間內(nèi)，極大的提高了車輛的靈活性；
[0025](3)通用操作平臺(tái)和電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)通過CAN總線安裝在底盤上，布置具有極大的自由度；
[0026](4)底盤可以給電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)反饋一些底盤狀態(tài)信號(hào)，使得農(nóng)用工作機(jī)能及時(shí)調(diào)整工作狀態(tài)。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明采用線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2是本發(fā)明采用線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3是本發(fā)明采用線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)的控制策略流程圖。
[0030]圖4是實(shí)施實(shí)例一外接普通操作平臺(tái)的示意圖。
[0031]圖5是實(shí)施實(shí)例二外接無線操作平臺(tái)的示意圖。
[0032]圖6是實(shí)施實(shí)例三外接電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)的示意圖。
[0033]圖中:1為線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；2為線控電磁制動(dòng)器；3為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的履帶或輪式行走機(jī)構(gòu)；4為底盤控制器；5為蓄電池以及電池管理系統(tǒng)；6為電源接口 ；7為總線接口。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0035]如圖1-2所示，一種線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)，包括底盤控制器4以及分別同所述底盤控制器4相連接的外圍設(shè)備和接口單元；所述底盤控制器4用于接收輸入命令和反饋信號(hào)，并發(fā)送底盤的基本操作命令；所述外圍設(shè)備包括電池管理系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的履帶或輪式行走機(jī)構(gòu)3、線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)1、線控電磁制動(dòng)器2、傳感器組，所述底盤控制器4分別和電池管理系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的履帶或輪式行走機(jī)構(gòu)3、線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)1、線控電磁制動(dòng)器2相連接，所述底盤控制器4的A/D轉(zhuǎn)換接口分別同傳感器組連接；所述接口單元包括電源接口 6以及總線接口 7，所述總線接口 7用于掛接各種通用操作平臺(tái)和電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)，所述總線有兩路，一路為控制總線，另一路為冗余總線。
[0036]所述傳感器組包括:用于檢測(cè)制動(dòng)力大小的制動(dòng)力傳感器，用于檢測(cè)各個(gè)車輪轉(zhuǎn)角大小的車輪轉(zhuǎn)向角傳感器，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)向力矩大小的轉(zhuǎn)向力矩傳感器，用于檢測(cè)行走速度大小的行走速度傳感器，用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出速度大小的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出速度傳感器，用于檢測(cè)電機(jī)電流大小的電機(jī)電流傳感器。
[0037]在本發(fā)明采用線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的履帶或輪式行走機(jī)構(gòu)3，用于控制車輛的行走速度和行走方向，主要包括直流電機(jī)，電機(jī)控制器，電變速器構(gòu)成。其中，電機(jī)控制器通過導(dǎo)線分別和直流電機(jī)和電變速器相連接，直流電機(jī)的輸出軸和電變速器的輸入軸相連接。電機(jī)控制器能夠控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向。電變速器能夠?qū)崿F(xiàn)車速檔位的控制。
[0038]在本發(fā)明采用線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)中，線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)I采用兩種模式，用于控制車輛的前輪內(nèi)側(cè)、前輪外側(cè)、后輪內(nèi)側(cè)、后輪外側(cè)的轉(zhuǎn)向。第一種模式為四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向，這種模式適合較為復(fù)雜的轉(zhuǎn)向控制，四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向主要包括轉(zhuǎn)向電機(jī)，轉(zhuǎn)向拉桿以及傳感器，該轉(zhuǎn)向裝置除了能實(shí)現(xiàn)常規(guī)轉(zhuǎn)向以外，還能實(shí)現(xiàn)底盤的原地轉(zhuǎn)向；第二種模式為前輪線控轉(zhuǎn)向，這種模式適合一般常規(guī)的轉(zhuǎn)向控制，前輪線控轉(zhuǎn)向主要包括轉(zhuǎn)向電機(jī)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)以及傳感器。
[0039]在本發(fā)明采用線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)中，線控電磁制動(dòng)器2用于控制前輪外側(cè)、后輪內(nèi)側(cè)、后輪外側(cè)的制動(dòng)，主要包括電制動(dòng)器(盤式或鼓式)，電制動(dòng)控制單元以及輪速傳感器。其中，電制動(dòng)器和輪速傳感器安裝在輪轂上，電制動(dòng)控制單元通過導(dǎo)線分別和電制動(dòng)器和輪速傳感器相連接，電制動(dòng)控制單元操縱電制動(dòng)器動(dòng)作，產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)力，電制動(dòng)控制單元和底盤控制器4通過總線連接，制動(dòng)包括機(jī)械制動(dòng)以及能量回饋制動(dòng)兩種方式。
[0040]在本發(fā)明采用線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)中，底盤控制器4采用16位或32位汽車級(jí)單片微型計(jì)算機(jī)(例如MC9S12XS系列單片機(jī)、英飛凌XC2300系列單片機(jī))，底盤控制器4的作用是接收輸入命令和反饋信號(hào)，并發(fā)送底盤的基本操作命令。
[0041]在本發(fā)明采用線控技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)通用型電動(dòng)底盤控制系統(tǒng)中，底盤控制器4和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的履帶或輪式行走機(jī)構(gòu)3，線控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)1，線控電磁制動(dòng)器2、電池管理系統(tǒng)相連接。操作平臺(tái)或電動(dòng)農(nóng)用工作機(jī)可以掛接在底盤提供的CAN總線上。進(jìn)一步地，本發(fā)明一共設(shè)置了兩路CAN總線。其中，一路CAN總線作為控制總線，另一路CAN總線作為冗余使用。由此保證了系統(tǒng)很高的可靠性。
[0042]所