農業無人車線控制動試驗平臺的開發*

俞 康 ，盧志航

（重慶三峽學院，重慶 404020）

隨著農業現代化進程的加快，傳統的農業勞動方式面臨諸多問題，其中，勞動力短缺是最為突出的問題之一。農業無人車作為一種新型的農業機械化裝備，通過實現無人駕駛和自主作業等功能，不僅能夠有效緩解農業勞動力短缺的問題，還能夠提高農業生產的效率和質量，實現農業生產的智能化和現代化。而線控制動系統是農業無人車中的基礎系統之一，它通過控制車輛的速度和制動，保障了車輛的安全性和穩定性[1]。然而，試驗是線控制動系統研究過程中必不可少的一項工作，為了驗證線控制動系統的可靠性和有效性，必須進行大量的試驗。為了解決試驗成本高、效率低、數據采集困難等問題，課題組研制了一款農業無人車線控制動試驗平臺，通過將實車與試驗平臺結合起來，可以更加真實地獲取制動參數，提高了試驗效率，從而為農業無人車的實際應用提供技術支持。本文主要介紹了該平臺的組成和制動試驗過程，并通過空載和負載情況下的試驗，驗證了平臺的可靠性和有效性。該研究成果不僅對于農業無人車的研發具有重要意義，也為其他領域的無人車研究提供了借鑒價值。

1 試驗平臺的結構參數

農業無人車線控制動試驗平臺由車體骨架、動力驅動系統、電控轉向系統、線控制動系統、電池組成[2]。作為一種新型農業裝備，農業無人車具有自主導航和無人操作等特點，可以有效解決農業勞動力短缺的問題，并提高生產效率[3]。在農業無人車的設計和制造過程中，車體骨架作為主體結構起到承重和固定組件的作用，因此必須具備足夠的強度和穩定性。動力驅動系統是農業無人車的核心組成部分，用于提供動力以實現車輛的行駛，農業無人車的動力驅動系統采用單個驅動電機和齒輪傳動。電控轉向系統是農業無人車的另一個重要組成部分，用于控制車輛的轉向，通常由步進電機、蝸輪蝸桿減速器、轉向器和相應的傳感器組成。本研究的電控轉向系統由步進電機和蝸輪蝸桿減速器組成，具有精度高、響應快、可靠性高等優點[4-6]。線控制動系統采用制動器和直線電機驅動單元相結合的方式，可以實現精準控制，有效保障了車輛的行駛安全[7]。

在設計無人車的結構參數時，需要根據實際需求和使用環境來進行選擇和優化，需要考慮無人車的懸掛系統、驅動系統、能源系統等方面的設計。其中，懸掛系統需要能夠適應不同地形條件，保證車身穩定；驅動系統需要能夠提供足夠的動力，使無人車能夠順利完成任務；能源系統需要選用高效、可靠的能源，確保無人車能夠持續運行。農業無人車線控制動試驗平臺的結構性能參數如表1 所示。

表1 農業無人車線控制動試驗平臺結構性能參數

2 線控制動試驗

制動系統是車輛安全的重要保障，它不僅能夠幫助駕駛員在緊急情況下迅速減速或停車，避免與其他車輛或障礙物碰撞，還能在車輛行駛過程中進行穩定控制，提高車輛的穩定性和操控性。

農業無人車中附著路面制動試驗，主要是為了測試和評估農業無人車的制動性能和安全性，以確保無人車在行駛過程中能夠準確、迅速地停車，保障農業生產和工作的安全，具體的試驗過程和指標如下[8-9]。

1）車速選擇：根據無人車的最高速度和實際行駛情況，選擇適當的測試速度。

2）制動距離測試：在制動開始的瞬間記錄無人車的速度，然后觀察和記錄無人車在剎車過程中的停止距離。

3）制動力測試：測試無人車在制動時產生的制動力大小，以評估制動系統的性能及其能否滿足制動要求。

4）制動穩定性測試：測試無人車在制動時的穩定性和平穩性，以評估制動系統的可靠性和穩定性。

農業無人車中附著路面制動試驗，選取在中等附著力的水泥路面進行。首先，測試地點應平坦、寬闊、無障礙物、無路面雜物，并且有足夠的制動距離。其次，需要準備測試設備，包括計時器、車速表、軟尺、一臺接收各項數據的筆記本電腦等。這些設備需要在測試之前進行校準和檢查，以確保測試數據的準確性。

3 試驗參數

進行農業無人車制動試驗時，特別需要注意試驗的安全，無人車制動試驗通常需要在平坦的場地上進行，需要確保場地的安全性和無干擾。在測試過程中，需要按照相關的安全規定和操作程序進行，確保測試設備和測試環境的安全。同時，還需要注意測試車輛的安全，防止車輛在制動時出現危險情況，在進行農業無人車制動試驗時，需要認真制定測試計劃，確保測試的準確性和可靠性，并遵守相關的規定和標準，確保測試的安全性和有效性[10]。

對于農業無人車制動試驗，需要采集一些數據，以便分析和評估基于直線電機的線控制動器在農業無人車輛上的性能與可靠性，以下是需要采集的一些數據。

1）制動距離：記錄車輛在制動時行駛的距離，通常使用激光測距儀或GPS測量儀器進行測量。

2）制動時間：記錄農業無人車從發出制動信號到車輛停止的時間。

3）制動力：記錄車輛在制動時的制動力大小，可以使用直線電機推力的數據進行計算，從而間接得出。

4）電機響應時間：記錄從發出制動信號到車輛開始減速的時間間隔，使用數據接收上位機采集的制動信號并與直線電機工作的數據差進行計算。

通過分析這些數據，可以評估基于直線電機的無人車線控制動器的性能是否達到預期，以便進一步優化設計，農業無人車線控制動試驗測量數據如表2所示。

表2 農業無人車線控制動試驗測量數據

4 試驗數據的采集

農業無人車的線控制動試驗平臺是一個非常重要的工具，可以用于對無人車的制動系統進行性能測試和優化。試驗平臺主要是通過采集無人車在制動過程中的相關數據，如車速、制動距離和制動時間等參數，來評估無人車的制動系統性能，進而對其進行優化[11]。因此，試驗數據的采集是非常關鍵的工作。

在試驗過程中，首先需要在上位機或者遙控器上設置試驗條件，例如車速、負載情況和制動力等。設置好試驗條件后，無人車就可以進行制動試驗。在試驗過程中，可以使用傳感器對車速進行實時監測，通過信號采集卡將數據傳輸到上位機中進行處理，得到車速參數。車速是制動試驗中最重要的參數之一，它可以用來評估無人車的制動性能。在試驗過程中，需要對車速進行實時監測，以便得到準確的車速參數。常用的車速測量方法有輪速傳感器和GPS等。

4.1 農業無人車空載制動試驗結果分析

通過對不同車速下的制動距離、制動時間和電機響應時間進行測試和分析，農業無人車空載試驗結果如表3所示，得出如下結論：

1）從試驗數據可以看出，隨著車速的增加，制動距離和制動時間也呈現出增加的趨勢，這是因為隨著車速的增加，車輛具有更高的動能，需要更長的距離和時間來停止車輛。此外，通過對比不同試驗序號的數據，可以看出制動距離和制動時間的增加并不是線性關系，這表明在高速行駛的情況下，制動距離和制動時間的增加速度可能更快，需要更快的響應時間來實現更短的制動距離和制動時間。

2）電機響應時間也對制動性能有一定的影響。其他條件不變，電機響應時間較短時，制動距離和制動時間也會相應地減小，這是因為電機響應時間較短時，直驅線控制動系統能夠更快地響應制動指令，從而更快地減速和停止車輛。

綜上所述，通過直驅線控制動試驗結果可以得出結論：該系統能夠提供足夠的制動能力，在不同車速下具有較好的制動性能表現，并且電機響應時間對制動性能有一定的影響。在未來的農業無人車設計中，應該充分考慮直驅線控制動系統的性能表現，以便實現更好的駕駛控制和行駛安全。

4.2 農業無人車負載制動試驗結果分析

對農業無人車的負載制動性能進行了試驗研究，通過整理試驗數據，負載制動試驗結果如表4 所示，得出以下結論：

表4 農業無人車負載試驗結果

1）從試驗數據可以看出，隨著車速的增加，制動距離和制動時間呈現出增加的趨勢。這是因為車輛在行駛中積累了更多的動能，需要更長的距離和時間來停止。

2）與前文的空載線控制動試驗結果相比，負載情況下的試驗結果顯示，制動距離和制動時間有所增加，這是因為負載增加了車輛的質量，需要更多的能量來減速和停車。但是，直驅線控制動系統仍然能夠提供足夠的制動能力，具有較好的制動性能表現。

3）值得注意的是，電機響應時間對制動性能的影響仍然存在。與無負載情況下的試驗結果相似，電機響應時間較短時，制動距離和制動時間也相應地減小。

綜上所述，負載試驗結果表明，直驅線控制動系統在不同負載情況下具有較好的制動性能表現，但負載的增加會影響制動距離和制動時間。在農業無人車的設計中，應該充分考慮負載的影響，以便實現更好的駕駛控制和行駛安全。同時，電機響應時間的優化也是提高直驅線控制動系統性能的重要因素。

5 結論

農業無人車線控制動試驗平臺的開發研究具有重要意義，該平臺的建立有助于提高我國農業裝備的技術水平和競爭力。通過對試驗數據進行分析，可以看出線控制動系統在不同條件下的制動性能表現良好，但需要進一步優化以提高制動效率。未來的農業無人車設計應充分考慮試驗數據和平臺研發成果，以推動我國農業現代化的進程。下一步，應進一步完善試驗平臺的功能和性能，提高測試的準確性和可靠性。