拖拉機無人自動駕駛技術應用

陳秀蓮

近年來，隨著精準農業(yè)的推進，信息化成為推動農機化發(fā)展的新動能，加裝導航及自動作業(yè)系統(tǒng)的農機逐漸成為市場的新寵，讓現代農業(yè)生產更加高效、智能、精準。

一、拖拉機無人駕駛技術應用的優(yōu)勢

智能拖拉機利用導航輔助自動駕駛系統(tǒng)，在無人駕駛的情況下能完成土地耕整、精密播種等作業(yè)，電動方向盤北斗導航系統(tǒng)可實現直線精度±10cm，液壓控制轉向北斗導航系統(tǒng)可實現直線精度±2.5cm，接行精度±2.5cm，根據2D 地形補償（橫滾、航向），可以確保土地耕種、精密播種時起伏地面的作業(yè)效果。

自動導航系統(tǒng)用于播種作業(yè)時，可使土地利用率提高0.5%～1%，且機手駕駛水平不受嚴格限制，節(jié)省薪酬支出；作業(yè)不受光線、晝夜的限制，至少提高作業(yè)效率20%；解決了“播行不直，接行不準”的瓶頸制約。

二、拖拉機無人駕駛導航系統(tǒng)及轉向系統(tǒng)

（一）拖拉機無人自動駕駛導航系統(tǒng)的主要組件

該系統(tǒng)主要有衛(wèi)星接收天線、車載接收機、控制器、液壓閥、角度傳感器以及車載終端等。

1.衛(wèi)星接收天線：衛(wèi)星接收北斗信號兼容GPS、伽利略等衛(wèi)星信號，結構堅固，防水、防塵性能好。具有較強的抗振性，同時具有耐高低溫等特點。

2.車載接收機：車載接收機是北斗高精度定位設備，接收北斗衛(wèi)星信號，并通過電臺或者網絡等通訊方式獲取基站差分數據，從而輸出高精度坐標、航向、速度等定位信息。

3.控制器：根據北斗高精度接收機與角度傳感器的實時信息以及車輛在規(guī)劃路線上所處的狀態(tài)進行實時的閉環(huán)計算并實時向液壓閥發(fā)送指令，使車輛始終準確地保持沿預定航線行駛。

4.液壓閥：液壓閥是系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)，其主要以液壓油為工作介質，進行能量轉換、傳遞和控制。

5.角度傳感器：實時感應車輛轉向角度并向控制器發(fā)送高精度轉向信息。

（二）拖拉機無人駕駛自動轉向系統(tǒng)分類

拖拉機自動轉向系統(tǒng)按執(zhí)行機構主要分為兩種，一種是電機動力轉向系統(tǒng)，另一種是電控液壓轉向系統(tǒng)。前者由于不需要改變拖拉機原有轉向系統(tǒng)，具有結構簡單、容易實現、可復制性強的特點；而后者則需要對原有液壓轉向油路以及結構進行改變，但是該方式比前者有著更高的控制精度與更快的反應速度，適用于在大型農場作業(yè)使用。

1.電動方向盤轉向。電機動力轉向的原理是電控單元通過分析傳感器采集到的信息，計算出轉向輪期望轉角以及所需要的轉向力矩，控制電機為轉向輪提供轉向力矩，實現自動轉向。

2.液壓控制轉向。液壓控制轉向的原理是將前輪期望轉角與實際轉角進行計算，得到轉角差值，通過控制電磁閥芯開度來改變液壓油的流向與流速，進而控制轉向輪的偏轉方向與角度。該轉向系統(tǒng)默認的是人工轉向，但需要自動轉向時，只需要接通電磁閥即可，轉向方式切換簡單。

三、拖拉機無人駕駛技術農田作業(yè)模式

（一）全程無人自動駕駛夏收夏種模式

以雷沃生產的農機具及自動導航系統(tǒng)為例，介紹技術作業(yè)模式，雷沃研制的主從導航無人駕駛收獲系統(tǒng)。

該系統(tǒng)主要由主機無人駕駛收獲機和從機無人駕駛運糧車兩部分組成。兩臺車分別裝備了雷沃AGCS-1 自動導航系統(tǒng)，結合兩臺車的整車控制實現主從協同作業(yè)。當收獲機發(fā)送卸糧命令，運糧車根據無人收獲機作業(yè)路線和卸糧筒長度，智能規(guī)劃自身行走路線，并通過轉向和油門控制準確保持與收獲機的相對位置，確保在收獲作業(yè)過程中可同時將糧食準確卸至運糧車中，收卸同步，節(jié)約卸糧時間，提高收獲效率。隨后，雷沃歐豹拖拉機配套方捆機將田間鋪放的麥秸自動撿拾起來，通過輸送喂入、壓捆成型、打結包扎等工序，形成了規(guī)則的長方體草捆；緊接著，在清理干凈的麥田里，搭載著雷沃免耕播種機的雷沃歐豹拖拉機，無需翻地將玉米種子直接播下，夏收、夏種的工作完成。

（二）全程無人自動駕駛秋收秋種作業(yè)技術模式

雷沃全程無人駕駛與雷沃智能農事數字化平臺，為農業(yè)生產提供了智慧農田作業(yè)解決方案，充分展現了現代農機裝備的機電技術、物聯網技術、大數據技術、人工智能技術深度融合的新發(fā)展。由主機無人駕駛收獲機和從機無人駕駛運糧車兩部分組成雷沃主從導航無人駕駛收獲系統(tǒng)，實現了無人化收卸同步作業(yè)。隨后搭載著還田機的雷沃歐豹拖拉機完成玉米秸稈還田作業(yè)后，無人駕駛雷沃歐豹拖拉機牽引液壓翻轉犁、深松機對收割完的地塊進行耕整、深松作業(yè)演示。搭載著雷沃免耕播種機的雷沃無人駕駛拖拉機靈活地駛出機庫，沿道路行駛，到拐彎處，自動減速轉彎，準確地進入田間作業(yè)，完成播種作業(yè)后自動駛回機庫，停到出發(fā)時的位置上。在作業(yè)期間，安裝了智能作業(yè)監(jiān)測設備的無人駕駛農機將作業(yè)數據實時傳送到雷沃智能農事數字化平臺，融合作物、環(huán)境和農機作業(yè)系統(tǒng)，監(jiān)控作物生長全程，為農業(yè)生產提供智慧農田作業(yè)解決方案。根據逐步積累農業(yè)數據，為未來發(fā)展農業(yè)智慧精準決策系統(tǒng)做好基礎。

四、拖拉機無人駕駛技術存在的問題及解決辦法

（一）在自動導航駕駛模式下，有的系統(tǒng)不具備避障、避險功能，作業(yè)人員應注意安全并在必要的時候進行人工干預，自動作業(yè)時，駕駛員必須坐在駕駛室，及時處理意外情況，如果需要下車，請先停止作業(yè)車輛。

（二）農機手對拖拉機無人自動駕駛技術缺乏了解，通過與農機合作社的交談，多數社長表示對該技術知之甚少，推廣機構及農機企業(yè)應加大宣傳力度，通過新聞媒體、網絡及召開機具演示會等多種形式宣傳拖拉機無人自動駕駛技術。

（三）拖拉機無人自動駕駛系統(tǒng)目前市場價在4萬元上下，山東實行農機補貼，電動方向盤北斗導航自動駕駛系統(tǒng)補貼1.3 萬元，液壓控制北斗導航自動駕駛系統(tǒng)補貼1.477 萬元，同類產品安徽省農機補貼額分別是2.3 萬元、2.8 萬元。產品價格高，農機手難以接受，政府部門應加大補貼金額，促進該項新技術、新機具的推廣，提高全省農機化水平，加快現代農業(yè)的發(fā)展。

（四）為了讓機手掌握新技術，農技推廣機構及生產企業(yè)先培訓再購買拖拉機無人自動駕駛系統(tǒng)，同時加強北斗導航自動駕駛的售后服務，每年不少于兩次以上實際操作培訓，讓每個用戶能夠熟練地掌握好、使用好北斗導航自動駕駛系統(tǒng)。

（五）安裝了北斗導航設備拖拉機提高了駕駛員的舒適性，但降低了駕駛員的警惕性，有人作業(yè)時打盹。建議安裝離地頭30m 處報警裝置，起到提醒駕駛員的作用。每設置行駛線路時，拖拉機要空跑一趟，會增加油耗。土地經過兩次碾壓車轍印較深，造成土地壓實，影響作物生長，建議研發(fā)一種手持式光感定點設備。