[发明专利]一种用于农业机械的电动方向盘及自动驾驶方法

权利要求书

1.一种用于农业机械的电动方向盘，其特征在于：包括电动方向盘机械装置和自动驾驶控制装置；

所述的电动方向盘机械装置包括电动方向盘、步进电机、电机箱体、圆柱滚子轴承和花键；所述方向盘上设有沟槽线圈以增大摩擦力，电动方向盘中央正下方刚性连接有一根直径30mm的轴，轴的下端外表面有花键，花键轴连接有一个花键套，电动方向盘通过花键连接在拖拉机的转向柱上用来传递扭矩；所述的步进电机的转子轴中空，中空转子轴通过键与电动方向盘刚性连接，步进电机转子轴与电动方向盘同步转动；步进电机通过电机箱体固定在拖拉机上；所述电机箱体呈圆柱形,电机箱体下方设有轴承槽，用于放置所述的圆柱滚子轴承；所述轴下端穿过电机箱体中心与轴承连接，实现电动方向盘和电机箱体的相对转动；

所述的自动驾驶控制装置包括基准站和流动站；所述的基准站包括测量天线一、测量接收机一和数传电台；测量天线一连接测量接收机一，测量接收机一连接数传电台；所述的流动站包括车载显示控制器、测量天线二、测量接收机二、接收电台、转向控制器和导向轮角度传感器；所述的测量天线二和接收电台分别与测量接收机二连接，测量接收机二再与车载显示控制器连接；所述的转向控制器与车载显示控制器连接；所述的导向轮角度传感器安装在拖拉机导向轮上，导向轮角度传感器通过CAN总线与车载显示控制器连接。

2.基于权利要求1所述的一种农业机械电动方向盘的RTK-GPS自动驾驶方法，其特征在于：步骤如下：

(1)根据田地实际情况设定好行驶路径，包括直线行驶的距离和转弯半径，调整好车身位置，启动自动驾驶模式，机车便沿着设定好的行驶路径行驶；

(2)基准站上测量天线一接收卫星的导航信号，传输给测量接收机一，测量接收机一对接收到的导航信号进行捕获跟踪和定位解算，并获得基准站坐标和载波相位观测值，通过数传电台发送出去；

(3)流动站和基准站同一时间接收同一GPS卫星发射的信号，基准站实时地将测量的载波相位观测值、基准站坐标等经过RTCM3进行编码，并通过发射电台传输给运动中的流动站，所述传输通过RTCM SC-104标准进行；流动站对经过RTCM进行的编码的差分数据根据数据定位的方式需要对其进行解码，同时结合流动站接收的载波相位观测值便可获得车辆的精确位置；

(4)测量接收机二将车辆的位置信息传送给车载显示控制器，车载显示控制器将车辆的位置和已确定的路线进行对比，并计算出导向轮的期望转角δ；与此同时导向轮上的角度传感器通过CAN总线将导向轮的实际转角传递给车载显示控制器，车载显示控制器计算出期望转角与实际转角的差值Δδ，根据Δδ通过转向控制器控制方向盘转动来调整车辆的转向；

(5)重复以上过程，直至车辆按已确定的路线行驶；

所述的期望角δ采用由模糊控制算法和追踪算法组合得到的路径跟踪算法计算：

其中以车辆的横向偏差d_e和航向偏差ψ_e作为输入变量，具体数值由流动站测得，以期望转角δ₁作为输出变量；

追踪算法计算公式如下：

P_rP_m——当前位置与目标点之间的距离

ψ_e——航向偏差离散论域上的变化量

L——车辆两导向轮之间的距离

根据两个期望转角δ₁δ₂，然后再将两个期望转角δ₁δ₂进行综合计算，得出一个最终期望转角δ，计算公式:δ＝k₁δ₁+k₂δ₂

k₁+k₂＝1

k₁——模糊算法输出的转角的量化参数

k₂——追踪算法输出的转角的量化参数

两个参数的具体数值通过实验得出，其取值分别为：

k₁＝0.36

K₂＝0.64

转向控制器控制期望转角的执行；由模糊控制器控制PID的控制参数，实现PID控制参数K_P、K_I、K_D在不同时刻、不同状态下具有不同的输出比例因子；

PID控制的输入量e(t)为前轮实际转角和期望转角的偏差，输入量u(t)为电压信号，输入量u(t)和输入量e(t)之间的关系是：

式中

K_P--比例增益

K_I--积分增益

K_D--微分增益。