农机自动驾驶导航系统前装关键技术及应用
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农业工程信息化技术装备
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50农业信息化 2018.06
<<随着我国城镇化和土地流转的深入，农村土地规模化、机械化、自动化作业成为可能，为农机自动驾驶推广提供了更大的市场空间。
自动驾驶系统总装机量在逐年增加，现主要分布在黑龙江和新疆地区，江苏以及内蒙等地区的农场和农机合作社已开始进行自动驾驶系统的安装，国家也已经将自动驾驶纳入到农机购置补贴中。
中国一拖是国内最早从事智能农机研发和技术推广的企业之一，早在2009年，中国一拖便向市场推出了基于卫星定位导航的自动驾驶系统。
2012年，中国一拖和徕卡公司合作，开始在LF2204、LZ2704动力换挡拖拉机及LX2004机械换挡拖拉机上配装液压控制转向的GPS导航系统。
2016年中国一拖选取国内具有自主开发能力的厂家进行合作，在东方红全系列拖拉机上进行自动驾驶系统的前装测试和验证。
1 前装部件
农机自动驾驶导航系统根据重要程度区分，主要有五大部件：角度传感器、控制器、液压阀、卫星接收机、显示屏。
在
农机自动驾驶导航系统前装
关键技术及应用
文/ 姜 斌 张明辉 孙鹏飞 （中国一拖集团有限公司）
摘要：农机自动驾驶导航系统采用前装方式，可以在农机出厂时将自动驾驶导航设备安装调试到位，有效提高装配精度、降低故障率、降低成本，更有利于用户使用。
自动驾驶导航系统前装在国际上已得到普及应用，在国内各农机企业已开始进行推广。
关键词：
自动驾驶；前装；布局；优势
图1 自动驾驶导航系统组成图
图2 角度传感器安装示意图
前装时重点关注角度传感器、控制器、液压阀这些部件的安装合理性及可靠性。
角度传感器与农机匹配集成是国外各家先进企业的前装重点，比如角度传感器集成在拖拉机前桥、收获机后桥、折腰转向拖拉机折腰部位等，使得测量更精准，
更能发挥自动驾驶的整体性能。
在国外先进农机制造中，ISOBUS系统是农机和先进农具在协同工作和实时控制过程中达到精细化和高效化的基础。
自动驾驶作为ISOBUS系统的组成部分，通过与显示
屏集成的方式，实现作业操控的智能化。
DOI:10.16815/ki.11-5436/s.2018.18.010
作者简介：姜斌 男， 1978年出生，硕士研究生学历，高级工程师，在一拖技术中心从事农机电气和电控研究工作15年。
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2018.06 农业信息化>>农业工程信息化技术装备
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2 关键技术
自动驾驶导航系统前装的主要难点在于自动驾驶控制系统的开发以及系统组件的合理安装和精准调试。
2.1 液压转向系统的开发
液压阀作为液压转向系统的主要部件，其加工精度及安装调试的精准度、装配方式影响着农机最终操作的精准度。
在进行设计时，不仅要考虑液压阀的可靠性，还要考虑装配的安全性。
阀体选择在整机不易干涉的位置，采用支板支架安装固定，尽量安装在机罩内，通过机罩的密封，避免液压阀受到外界不利环境的影
响，延长液压阀的使用寿命。
图3 液压阀安装示意图
进行转向阀和转向系统集成方面的研究，将ECU和拖拉机液压转向系统一体化设计，实现农机的快速、高精度转向和运动控制，有效避免后装自动驾驶系统频繁出现的液压阀卡阀现象和液压精度下降现象。
2.2 显示器及操纵系统的开发显示器作为自动驾驶系统的操纵终端，需要在显示器上进行触控操作。
在操纵系统的开发以及操纵界面的设计方面，一方面要实现自动驾驶功能，另一方面也要符合机手操作习惯，人机操纵
面，通过设计合理的安装位置，可以简化测量天线偏移量的工作。
2.4 线束及液压管路布局
线束及液压管路的布局要重点考虑防护性能，在前装设计布局中，各部件都要符合国标中对于主机安全方面的标准。
线束要隐藏走线，避免外围剐蹭，延长电缆寿命。
增加过线孔及线缆护板，固定卡子等，使整体布局更合理美观。
根据车型定制对应的线缆尺寸，避免多余线缆外露，满足前装要求。
并在主线束上预留了统一接口。
在液压管路方面，后装普遍采用的都是软管，外观及固定方面没有统一的设计布局。
前装可以根据安装位置优化液压管路的安装位置，定制对应尺寸的金属液压管，提高系统的耐高温、耐磨以及抗老化性能，并提高了美观程度。
界面友善，便于使用。
在安装方面，显示器要放置在便于机手观察及使用的位置。
在操纵系统方面，除了显示器，还要对控制器进行合理设计及布局。
控制器作
为自动驾驶系统的核心部件，负责接收卫星信号并进行计算处理。
其核心算法影响着定位及转向的准确度，同时其安装的合理性也影响着整体系统的可靠性，安装的位置需要与车辆方向垂直或平行，不能存在夹角。
2.3 传感器及天线布局
角度传感器及卫星天线等，属于高精度的部件，对于外部信号的采集起到关键的作用，合理的安装位置才能避免信号误差及错误。
前装方式对角度传感器的固定进行了优化设计，与前桥的匹配性更好，能更可靠的满足性能要求。
天线安装方
图
4 转向阀一体化设计图
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<<2.5 整机调试
制定专门工艺规范整机调试，GNSS 天线固定的安装位置，精确的车身数据，都可以有效的提高系统稳定性和控制精度，并保证出厂时整机处于最佳状态。
3 前装优势
从国际上自动驾驶设备的发展历程来看，后装方式在早期快速发展，但随着时间推移，前装方式快速推广，并逐步成为主流。
目前，迪尔、凯斯纽荷兰、爱科均已通过并购或战略合作形成相对稳定的自动驾驶前装方案。
自动驾驶前装具有以下几方面的优势。
3.1 对于主机制造企业
前装便于对系列化农机产品进行定制化液压转向回路改造，使转向系统油路更加封闭、整合，通过增加一些油液清洁设计，可以使前装系统的液压清洁度比后装
更高，避免卡阀等问题。
前装系统还可以通过出厂调试有效的减轻后装自动驾驶系统的服务工作量，并且使得在同一系列的农机产品上进行自主学习式液压参数微调成为现实。
3.2 对于导航设备制造企业
前装相比后装，设备制造商面对的对象由最终用户转为了主机制造企业，进行技术设计时，信息更准确。
面对主机制造企业，可实现批量供货，产品集中度高，便于组织生产。
3.3 对于最终用户
前装属于主机制造企业批量生产装配，免除了后装的零件加工费用、运输费用、人工费用。
前装在成本上要比后装低30%左右。
前装系统的液压管路、电器线路、传感器、显示器等液压及电子部件装配一致性好，在厂内进行严格检测，并享受厂家的三包政策。
后装的部件属于出
厂后加装部件，可靠性差，并且损坏后的三包也会受影响。
4 前装应用趋势
目前国外自动驾驶导航系统在欧美等发达等国家和地区开始兴起并得到快速发展，现在已应用到整地、起垄、播种、施肥、喷洒农药、收获等农业耕作的全部领域。
ISOBUS系统由于其在控制精细化和高效化方面的作用，现在已成为多家农机企业的标准配置。
国内企业比如中国一拖、福田雷沃、常发等均已开展前装自动驾驶导航系统的研发。
中国一拖、福田雷沃等通过对自动驾驶导航系统前装的开发
设计，积累了一定的经验，制定了相关的标准。
通过标准的实施，以及自动驾驶导航系统开发及相关试验，支撑行业前装方案的研发和测试，为自动驾驶导航系统应用提供基础。
5 结束语
随着互联网技术、定位系统、地理信息系统、遥感系统的深入融合和应用，具备自动驾驶、作业监控、工况监测、装备自诊断等功能的智能农机将得以快速发展。
自动驾驶导航系统作为拖拉机、收获机、喷药机等无人农机的基础，展开应用研究，未来前装市场将不断扩大，农机自动驾驶导航系统的发展必将推动国家智能农机的进一步实施落地。
图
5 线束布置图
[引用信息]姜斌，张明辉，孙鹏飞.农机自动驾驶导航系统前装关键技术及应用[J]. 农业工程技术，2018，38(18): 50-52.
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