丘陵山區(qū)農(nóng)機(jī)防側(cè)翻研究現(xiàn)狀_胡平.pdf

新疆農(nóng)機(jī)化2025年第1期 doi 10 13620 ki issn1007 7782 2025 01 016 中圖分類號(hào) S232 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 0 引言 我國(guó)丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨 無(wú)機(jī)可用 無(wú)好 機(jī)用 的問(wèn)題 缺乏適合大坡度農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)的理 論支撐 1 2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 十四五 全國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化 發(fā)展規(guī)劃 強(qiáng)調(diào)發(fā)展丘陵山區(qū)專用農(nóng)機(jī) 推動(dòng)通用 動(dòng)力機(jī)械裝備研發(fā) 3 丘陵山地地塊小 坡度大 地 面不平整 導(dǎo)致農(nóng)機(jī)作業(yè)中爬坡穩(wěn)定性差 易傾翻 因此農(nóng)機(jī)防側(cè)翻研究是開(kāi)發(fā)山區(qū)農(nóng)機(jī)的基礎(chǔ) 農(nóng)機(jī)在陡坡作業(yè)時(shí) 地形起伏導(dǎo)致底盤(pán)俯仰角 過(guò)大 易引發(fā)重心不穩(wěn)或車(chē)輪離地 造成側(cè)傾或翻 車(chē) 為提高防側(cè)翻及作業(yè)穩(wěn)定性 常用三種控制策 略 1 優(yōu)化農(nóng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 設(shè)計(jì)主動(dòng)控制系 統(tǒng) 3 主動(dòng)控制與機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化 這些研究旨在為 山區(qū)農(nóng)機(jī)作業(yè)提供自動(dòng)調(diào)平機(jī)制 1 農(nóng)機(jī)自身結(jié)構(gòu)對(duì)平穩(wěn)性的影響 受山區(qū)地形影響 傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)在陡坡或起伏坡道 行駛時(shí) 易因重心不穩(wěn)導(dǎo)致傾倒或側(cè)翻 優(yōu)化農(nóng)機(jī)結(jié) 構(gòu)可調(diào)整姿態(tài) 保持水平 提升作業(yè)穩(wěn)定性和抗側(cè)翻 能力 常用方法包括底盤(pán)調(diào)平 重心調(diào)控 姿態(tài)調(diào)控 和全向調(diào)平設(shè)計(jì) 底盤(pán)調(diào)平通過(guò)角度傳感器檢測(cè)車(chē)身傾角 控制 液壓泵調(diào)整車(chē)架高度 實(shí)現(xiàn)車(chē)身調(diào)平 賴曉等 4 設(shè)計(jì) 了一種適用于履帶式甘蔗收獲機(jī)的底盤(pán)調(diào)平機(jī)構(gòu) 解決了履帶式甘蔗收獲機(jī)在橫向斜坡的丘陵山地作 文章編號(hào) 1007 7782 2025 01 0057 05 丘陵山區(qū)農(nóng)機(jī)防側(cè)翻研究現(xiàn)狀 胡 平 胡 波 廣西科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 廣西柳州 545006 摘 要 丘陵山區(qū)農(nóng)機(jī)作業(yè)常面臨側(cè)傾 翻車(chē)問(wèn)題 阻礙了農(nóng)機(jī)推廣 尤其在無(wú)人農(nóng)場(chǎng)和自主農(nóng)業(yè)機(jī)器人中更為突出 本文 從三個(gè)方面探討了防側(cè)翻null制研究現(xiàn)狀 1 通過(guò)優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車(chē)身自動(dòng)null平 但時(shí)效性null驗(yàn)證 2 采用主動(dòng)null制系 統(tǒng)或改進(jìn)null制方法優(yōu)化農(nóng)機(jī)參數(shù) 但存在時(shí)滯和累計(jì)誤null 3 結(jié)合主動(dòng)null制與機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化提升抗側(cè)翻能力 基于現(xiàn)有研 究 提出四個(gè)優(yōu)化方向 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 基于反饋的主動(dòng)null制系統(tǒng) 機(jī)器視覺(jué)與傳感器感知和智能預(yù)測(cè)算法 該研究為丘陵 山區(qū)農(nóng)機(jī)防側(cè)翻技術(shù)提供了參考 關(guān)鍵詞 山區(qū)農(nóng)機(jī) 防側(cè)翻 null制 Researchstatusofanti rolloverofagriculturalmachineryin hillyandmountainousareas HuPing HuBo College of Automation Guangxi University of Science and Technology Liuzhou 545000 Guangxi China Abstract Agriculturalmachinerywhenoperatinginhillyandmountainousareasoftenfacesproblemswithsidewaystiltingand overturning whichhindersthepromotionofagriculturalmachinery especiallyinthecaseofunmannedfarmsandautonomous agriculturalrobots Thispaperdiscussesthecurrentstateofresearchonanti rollovercontrolfromthefollowingthreeperspectives Automaticbodylevelingisachievedbyoptimizingthemechanicalstructure butthetimelinessneedstobeverified Activecontrol systemsorimprovedcontrolmethodsareusedtooptimizetheparametersofagriculturalmachines buttherearetimelagsand cumulativeerrors Combiningactivecontrolwithmechanicalstructureoptimizationtoimproverolloverresistanceofagricultural machinery Basedontheexistingresearch optimizationwillbecarriedoutinfouraspects includingmechanicalstructuredesign feedback basedactivecontrolsystem machinevisionandsensorperception andintelligentpredictionalgorithm Thisresearch contentwillprovidereferencefortheanti rollovertechnologyofagriculturalmachineryinhillyandmountainousareas Key words Agriculturalmachineryinmountainousareas Preventrollover Control 修回日期 2024 11 28 基金項(xiàng)目 中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金 丘陵山地經(jīng)濟(jì)作物 農(nóng)業(yè)機(jī)械化與智能化創(chuàng)新中心 桂科 ZY22096023 中國(guó) 煙草總公司煙草農(nóng)機(jī)研究與應(yīng)用領(lǐng)域揭榜掛帥項(xiàng)目 丘陵 山區(qū)專用動(dòng)力底盤(pán)的研發(fā)與應(yīng)用 中煙板 2023 138 號(hào) 廣西科技大學(xué)創(chuàng)新項(xiàng)目 GKYC202457 通訊作者 胡 波 農(nóng)業(yè)綜述 57 新疆農(nóng)機(jī)化 2025年第1期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 14 13 12 11 1015 圖5 扭腰姿態(tài)調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)圖 1 前橋殼體2 滾架3 前驅(qū)動(dòng)橋軸孔4 搖擺軸孔5 過(guò)橋殼體6 擺動(dòng)軸 7 連接銷軸8 避讓凹null9 扭腰null整拖拉機(jī)構(gòu)10 扭腰null整油缸11 缸 桿套裝孔12 銷軸套13 缸桿套裝部件14 安裝座15 前橋驅(qū)動(dòng)軸 業(yè)時(shí)容易側(cè)翻問(wèn)題 楊騰祥等 5 提出基于平行四邊 形原理設(shè)計(jì)調(diào)平底盤(pán) 實(shí)現(xiàn)底盤(pán)離地高度與橫向傾 斜角度的主動(dòng)調(diào)節(jié) 調(diào)平底盤(pán)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1 其與 傳統(tǒng)底盤(pán)相比 在橫向落差為 130 mm的條件下調(diào) 平底盤(pán)最大橫向傾角降低約75 通過(guò)控制策略對(duì) 底盤(pán)進(jìn)行調(diào)平 實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)車(chē)身調(diào)平 這些方法都在一 定程度上提高了農(nóng)機(jī)行駛穩(wěn)定性和抗傾翻的能力 陳晨 6 以番茄收獲機(jī)底盤(pán)左右側(cè)平衡時(shí)和傾斜時(shí)兩 種狀態(tài)下的液壓油缸受力分析為切入點(diǎn) 設(shè)計(jì)了底 盤(pán)調(diào)平液壓系統(tǒng) 其底盤(pán)調(diào)平油缸布置如圖2 針對(duì) 液壓進(jìn)行底盤(pán)調(diào)平 但時(shí)效性不高 長(zhǎng)時(shí)間調(diào)平工作 容易縮短液壓元件壽命 除此之外 也可以通過(guò)優(yōu) 化底盤(pán)機(jī)械結(jié)構(gòu) 擴(kuò)大底盤(pán)與地面的接觸面積 來(lái)防 止農(nóng)機(jī)發(fā)生側(cè)翻現(xiàn)象 Gao Q M等 7 提出了一種采用 平衡搖臂懸架機(jī)構(gòu)的山地車(chē)輛動(dòng)力底盤(pán)設(shè)計(jì)方案 通過(guò)改變山地車(chē)輛的可變離地間隙 可變輪距和自 調(diào)平底盤(pán)以適應(yīng)各種類型作物種植的田埂截面和高 度 耿端陽(yáng)等 8 采用可伸縮式履帶行走底盤(pán) 圖3 通過(guò)調(diào)整履帶輪距增大整機(jī)重力變化的安全范圍 降低坡地作業(yè)機(jī)器側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn) 使整機(jī)在復(fù)雜地形條 件下的行駛穩(wěn)定性提高了27 34 重心調(diào)控則是利用傳感器檢測(cè)農(nóng)機(jī)的傾斜角 度 并通過(guò)合理設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu) 如調(diào)整農(nóng)機(jī)具的位 置 來(lái)改變農(nóng)機(jī)整車(chē)重心位置 從而達(dá)到防側(cè)翻的目 的 韓振浩等 9 設(shè)計(jì)了一種基于重心自適應(yīng)調(diào)控的 山地果園運(yùn)輸車(chē) 圖4 其通過(guò)對(duì)履帶底盤(pán) 可移動(dòng) 載物臺(tái)以及控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)并制定整機(jī)重 心控制策略來(lái)提升運(yùn)輸車(chē)的坡地行駛性能 根據(jù)遙 控器發(fā)送地形模式指令 可移動(dòng)載物臺(tái)進(jìn)行水平相 對(duì)位置的動(dòng)態(tài)調(diào)控 進(jìn)而改變整機(jī)重心位置以適應(yīng) 不同地形 所提策略在運(yùn)輸車(chē)橫向極限翻傾角和下 坡極限翻傾角等都得到了有效提高 但沒(méi)有考慮調(diào) 節(jié)的時(shí)效性 姿態(tài)調(diào)控則利用安裝在農(nóng)機(jī)上的傳感器進(jìn)行實(shí) 時(shí)農(nóng)機(jī)側(cè)傾 俯仰等姿態(tài)角度檢測(cè) 并將角度信息傳 輸給控制器進(jìn)行姿態(tài)分析 計(jì)算當(dāng)前姿態(tài)與期望姿 態(tài)的偏差 再通過(guò)調(diào)整懸掛系統(tǒng)或車(chē)架的姿態(tài)來(lái)調(diào) 圖4 山地果園運(yùn)輸車(chē)結(jié)構(gòu)圖 1 null臺(tái)2 機(jī)體3 行null系4 橫向滑軌5 鋰電池6 null制器 7 底盤(pán)直流電機(jī)8 減速器9 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器10 傾角傳感器 11 水平定位機(jī)構(gòu)12 縱向滑軌 a 整機(jī)軸側(cè)圖 b 機(jī)體內(nèi)部圖 1 3 2 5 6 7 8 4 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 12 11 10 9 8 圖1 橫向調(diào)平底盤(pán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1 驅(qū)動(dòng)輪2 車(chē)架3 升降null4 負(fù)重輪5 null鍵軸6 位null傳感器7 張緊輪 8 null壓缸9 姿態(tài)傳感器10 連桿11 搖null12 變速箱 1 2 4 3 圖2 底盤(pán)調(diào)平油缸布置圖 1 右前油缸2 右后油缸3 左后油缸4 左前油缸 1 5 6 2 4 7 11 3 13 14 12 8 9 10 圖3 可伸縮式履帶底盤(pán)結(jié)構(gòu) 1 左行null梁2 null壓缸3 伸縮架4 右行null梁5 履帶6 驅(qū)動(dòng)輪7 null向輪 8 耐磨板9 伸縮null10 梁架11 支重輪12 銷軸13 加強(qiáng)筋14 null向套 農(nóng)業(yè)綜述 58 新疆農(nóng)機(jī)化2025年第1期 整農(nóng)機(jī)整車(chē)的姿態(tài) 以保證農(nóng)機(jī)的作業(yè)穩(wěn)定性 張 開(kāi)興等 10 設(shè)計(jì)了輪式丘陵山地拖拉機(jī)扭腰姿態(tài)調(diào)整 裝置 圖5 通過(guò)調(diào)整前后車(chē)身的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 即通過(guò) 控制扭腰調(diào)整油缸與滾架的配合使用 前橋殼體隨 著油缸運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)扭腰姿態(tài)調(diào)整 以適應(yīng)丘 陵山地作業(yè)環(huán)境 提高穩(wěn)定性 Sun J等 11 提出了一 種基于并聯(lián)四桿機(jī)構(gòu)的姿態(tài)調(diào)整裝置 通過(guò)橫向調(diào) 平調(diào)整農(nóng)機(jī)整機(jī)姿態(tài)以預(yù)防農(nóng)機(jī)側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生 全向調(diào)平包括橫向調(diào)平和縱向調(diào)平 原理為利 用傾角傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)橫向傾角和縱向傾角的實(shí) 時(shí)監(jiān)控 再通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)橫向與縱向的全 面調(diào)平 孫景彬等 12 提出基于平行四桿機(jī)構(gòu)的橫向 調(diào)平裝置和基于雙車(chē)架機(jī)構(gòu)的縱向調(diào)平裝置的遙控 全向調(diào)平山地履帶拖拉機(jī) 其通過(guò)全向調(diào)平的方式 有效提高了拖拉機(jī)坡地行駛和作業(yè)的穩(wěn)定性及抗側(cè) 滑 抗傾翻性能 通過(guò)橫向縱向融合進(jìn)行全向調(diào)平 考慮更加綜合全面 具有很好的適配性 但時(shí)效性仍 有待考察 優(yōu)化農(nóng)機(jī)自身結(jié)構(gòu)本質(zhì)是增加一個(gè)調(diào)平的機(jī)械 結(jié)構(gòu) 在農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)利用傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)姿態(tài)的 實(shí)時(shí)監(jiān)控與在線測(cè)量 再結(jié)合控制器通過(guò)調(diào)節(jié)優(yōu)化 自身機(jī)械結(jié)構(gòu) 如底盤(pán)結(jié)構(gòu) 重心調(diào)平 姿態(tài)調(diào)平和 全面調(diào)平的方式來(lái)保證農(nóng)機(jī)適應(yīng)丘陵山區(qū)復(fù)雜的地 形環(huán)境 通過(guò)調(diào)平農(nóng)機(jī)姿態(tài)來(lái)有效降低農(nóng)機(jī)側(cè)翻的 風(fēng)險(xiǎn) 2 控制系統(tǒng)對(duì)農(nóng)機(jī)平穩(wěn)性的影響 農(nóng)機(jī)作業(yè)穩(wěn)定性是衡量農(nóng)機(jī)在山區(qū)坡道安全作 業(yè)的關(guān)鍵指標(biāo) 主要指農(nóng)機(jī)在作業(yè)中不發(fā)生滑移和 傾翻的能力 其中側(cè)傾角是重要參量 除優(yōu)化機(jī)械 結(jié)構(gòu)外 還可通過(guò)引入主動(dòng)控制系統(tǒng)或相關(guān)算法調(diào) 控農(nóng)機(jī)姿態(tài) 有效預(yù)防側(cè)翻 提升作業(yè)穩(wěn)定性 通過(guò)傾角傳感器對(duì)農(nóng)機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 控 防側(cè)翻問(wèn)題可以轉(zhuǎn)換為對(duì)傾角的控制 王龍龍 等 13 針對(duì)拖拉機(jī)在斜坡行駛中受復(fù)雜路況激擾易引 發(fā)的極限態(tài)側(cè)翻失穩(wěn)的問(wèn)題 設(shè)計(jì)了主動(dòng)側(cè)翻回穩(wěn) 控制系統(tǒng) 圖6 其依據(jù)側(cè)翻危險(xiǎn)程度實(shí)時(shí)調(diào)整陀 螺轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角速度 定量輸出側(cè)翻回穩(wěn)力矩 但缺 少反饋控制 無(wú)法實(shí)時(shí)反饋調(diào)整陀螺轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角 速度 李臻等 14 利用傾角傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量農(nóng)機(jī)車(chē)身 數(shù)據(jù) 也設(shè)計(jì)了基于主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制的輪式拖拉機(jī)主 動(dòng)防側(cè)翻控制系統(tǒng) 有效提高了農(nóng)機(jī)抗側(cè)翻的能力 Wang L L等 15 也提出了一種基于 單萬(wàn)向節(jié)控制力 矩陀螺儀 SGCMG的拖拉機(jī)主動(dòng)安全控制方法來(lái)產(chǎn) 生防側(cè)翻扭矩 圖6 極限態(tài)側(cè)翻回穩(wěn)陀螺主動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 1 伺服電機(jī)2 支承框架3 轉(zhuǎn)子電機(jī)4 陀螺轉(zhuǎn)子5 系統(tǒng)基座 6 被null拖拉機(jī) 為提高控制精度 可引入PID控制算法進(jìn)行農(nóng) 機(jī)防側(cè)翻控制 通過(guò)傾角傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)身姿態(tài) 并反饋 利用PID算法實(shí)現(xiàn)車(chē)身調(diào)平 楊福增等 16 設(shè) 計(jì)了車(chē)身與農(nóng)具姿態(tài)協(xié)同控制系統(tǒng) 采用 PID 算法 實(shí)現(xiàn)車(chē)身調(diào)平 雙閉環(huán)模糊 PID 算法實(shí)現(xiàn)農(nóng)具姿態(tài) 調(diào)整 張軍等 17 采用內(nèi)置陀螺儀實(shí)時(shí)監(jiān)控農(nóng)機(jī)工作 姿態(tài) 并對(duì)農(nóng)機(jī)進(jìn)行了改造 利用模糊自適應(yīng)PID 控制器 圖7 通過(guò)電磁比例閥和電磁開(kāi)關(guān)閥精確 控制轉(zhuǎn)向角度使系統(tǒng)平穩(wěn)進(jìn)入預(yù)定路線 通過(guò)傾角 傳感器直接測(cè)量農(nóng)機(jī)當(dāng)前車(chē)身狀態(tài) 再通過(guò)PID控 制系統(tǒng)計(jì)算輸出目前角度的農(nóng)機(jī)姿態(tài)調(diào)整 有效提 高了農(nóng)機(jī)的工作穩(wěn)定性 圖7 模糊自適應(yīng)PID控制器算法 基于遺傳算法的主動(dòng)防側(cè)翻控制 主要是通過(guò) 實(shí)時(shí)反饋和調(diào)整控制參數(shù) 系統(tǒng)可以持續(xù)保持農(nóng)機(jī) 的作業(yè)穩(wěn)定性并降低側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn) 姜惠等 18 提出基于 改進(jìn)遺傳算法的運(yùn)動(dòng)控制方法 利用傾角傳感器實(shí) 時(shí)檢測(cè)車(chē)身傾角并結(jié)合拖拉機(jī)輪心高度信息計(jì)算實(shí) 時(shí)拖拉機(jī)姿態(tài)參數(shù)值 通過(guò)控制算法先調(diào)整車(chē)身側(cè) 傾角再調(diào)整車(chē)身俯仰角 最終實(shí)現(xiàn)橫向和縱向坡地 的綜合調(diào)平 提高運(yùn)動(dòng)控制方法的適用性 所提算法 較傳統(tǒng)遺傳算法響應(yīng)時(shí)間有效縮短 除了常用的控 制算法 賈全等 19 提出一種利用 RBF 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行干擾 補(bǔ)償?shù)那拜喗嵌茸赃m應(yīng)滑模控制方法 通過(guò)對(duì)控制 工程中的不確定干擾進(jìn)行逼近 有效提高了轉(zhuǎn)向控 制系統(tǒng)對(duì)非線性干擾的自適應(yīng)能力 Song Z S等 20 根據(jù)變結(jié)構(gòu)理論的滑動(dòng)模式控制構(gòu)建了拖拉機(jī) 進(jìn)動(dòng)角速度 側(cè)傾回穩(wěn) 力矩M 陀螺轉(zhuǎn)子 角動(dòng)量H Z X Y 1 2 5 3 4 6 模糊推理 電磁轉(zhuǎn)向閥 電磁比例閥 PID 控制器 角度傳感器 實(shí)際轉(zhuǎn)向角度 rin error I電流 de dt 農(nóng)業(yè)綜述 59 新疆農(nóng)機(jī)化 2025年第1期 SMC 算法 并設(shè)計(jì)了主動(dòng)轉(zhuǎn)向 AS 控制系統(tǒng) 其 可轉(zhuǎn)換拖拉機(jī)側(cè)傾和俯仰運(yùn)動(dòng) 以便在潛在側(cè)翻時(shí) 恢復(fù)拖拉機(jī)姿態(tài) 康杰等 21 以胎壓傳感器 傾角傳感 器作為輸入 設(shè)計(jì)了一種輪式拖拉機(jī)主動(dòng)防側(cè)翻系 統(tǒng) 圖8 通過(guò)檢測(cè)拖拉機(jī)輪胎胎壓判斷是否有側(cè) 翻風(fēng)險(xiǎn) 并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)控制方向 轉(zhuǎn)向角度和車(chē) 速 從而保證拖拉機(jī)的機(jī)身穩(wěn)定 對(duì)于主動(dòng)防側(cè)翻控制系統(tǒng)或算法研究 主要是 以傾角傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)車(chē)身狀態(tài)相關(guān)參數(shù)的實(shí) 時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)作為輸入 再結(jié)合控制系統(tǒng)或算法來(lái)根 據(jù)農(nóng)機(jī)當(dāng)前車(chē)身狀態(tài)來(lái)進(jìn)一步調(diào)整農(nóng)機(jī)姿態(tài) 有效 減少了農(nóng)機(jī)側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn) 提高了農(nóng)機(jī)作業(yè)穩(wěn)定性 但缺少反饋控制機(jī)制 無(wú)法消除累積誤差的影響 3 自身結(jié)構(gòu)結(jié)合控制系統(tǒng)對(duì)農(nóng)機(jī)平穩(wěn)性的影響 有些研究者將優(yōu)化自身機(jī)械結(jié)構(gòu)與主動(dòng)防側(cè) 翻控制系統(tǒng)兩者有效結(jié)合 以更高效地提高農(nóng)機(jī)作 業(yè)的平穩(wěn)性 從而大大降低了農(nóng)機(jī)側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn) 孫澤宇等 22 以履帶式作業(yè)機(jī)為研究對(duì)象 設(shè)計(jì) 了一種基于 3層車(chē)架 的液壓全向調(diào)平系統(tǒng) 圖 9 并提出了復(fù)合Q學(xué)習(xí) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID QBP PID 的全向調(diào)平控制策略 圖10 通過(guò)將液壓調(diào)平 與控制策略的有效結(jié)合 相較于PID與BP PID 調(diào) 平時(shí)間縮短 且未出現(xiàn)超調(diào)量 蔣俞等 23 也提出了基 于 三層車(chē)架 的鉸接式全向調(diào)平系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案 并 采用多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表明 其全向調(diào)平履帶式作業(yè)機(jī)能夠明顯減小最大 機(jī)身傾角 并實(shí)現(xiàn)快速調(diào)平 GONZALEZ D O等 24 設(shè) 計(jì)了一種基于液壓傳動(dòng)的電液調(diào)平系統(tǒng) 能夠預(yù)測(cè) 并解決拖拉機(jī)的傾翻問(wèn)題 提高拖拉機(jī)橫向穩(wěn)定 性 Qin J h等 25 基于1 16的比例拖拉機(jī)模型 提出 農(nóng)用輪式拖拉機(jī)主動(dòng)防側(cè)翻控制方法 該方法通過(guò) 結(jié)合單軸動(dòng)量飛輪系統(tǒng)和主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 在緊急情 況下提供拖拉機(jī)姿態(tài)的主動(dòng)校正 種昆等 26 利用姿 態(tài)調(diào)整后驅(qū)動(dòng)橋 姿態(tài)調(diào)整前驅(qū)動(dòng)橋 發(fā)動(dòng)機(jī)及電液 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)了一種可進(jìn)行姿態(tài)調(diào)平的丘陵山地 拖拉機(jī) 有效提高了整機(jī)作業(yè)穩(wěn)定性 通過(guò)防側(cè)翻 控制系統(tǒng)與優(yōu)化農(nóng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的有效結(jié)合 進(jìn)一步 提升了農(nóng)機(jī)調(diào)平的時(shí)效性 通過(guò)將農(nóng)機(jī)自身機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)相結(jié)合 有效改善了農(nóng)機(jī)的作業(yè)穩(wěn)定性 并提高了調(diào)平時(shí)效 性提高 然而該系統(tǒng)仍缺少反饋機(jī)制 未能解決累積 誤差對(duì)農(nóng)機(jī)控制造成的影響 4 總結(jié)與展望 在農(nóng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化上 依據(jù)傾角傳感器調(diào)整 底盤(pán)姿態(tài)以適應(yīng)山區(qū)地形 但環(huán)境多變常致調(diào)平不 及時(shí) 增加側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn) 主動(dòng)防側(cè)翻控制則通過(guò)傳感 器測(cè)量姿態(tài) 運(yùn)用算法調(diào)整農(nóng)機(jī)參數(shù) 然山區(qū)復(fù)雜 環(huán)境干擾傳感器 導(dǎo)致數(shù)據(jù)突變及時(shí)滯 影響調(diào)整 時(shí)效性 為提升山區(qū)農(nóng)機(jī)防側(cè)翻性能 提出以下優(yōu) 化策略 1 對(duì)于農(nóng)機(jī)自身機(jī)械結(jié)構(gòu)方面 采用寬胎 增 強(qiáng)懸掛剛度 降低重心 研發(fā)可變形底盤(pán)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝 置 探索高精度快速響應(yīng)的全向調(diào)平方法 2 對(duì)于農(nóng)機(jī)主動(dòng)防側(cè)翻控制方面 結(jié)合動(dòng)力 學(xué)模型 完善反饋控制系統(tǒng) 如主動(dòng)轉(zhuǎn)向 差動(dòng)制動(dòng) 引入模糊控制等智能算法增強(qiáng)魯棒性和適應(yīng)性 拖拉機(jī) 左前輪胎壓 拖拉機(jī) 左后輪胎壓 拖拉機(jī) 右前輪胎壓 拖拉機(jī) 右后輪胎壓 輸入 輸入 輸入 輸入 主動(dòng)防側(cè)翻 控制器 轉(zhuǎn)向液壓 控制閥 拖拉機(jī)油門(mén) 發(fā)動(dòng)機(jī)熄火 開(kāi)關(guān) 輸出 輸出 輸出 圖8 主動(dòng)防側(cè)翻系統(tǒng)工作原理圖 1 2 3 4 5 6 7 8 910 作業(yè) 設(shè)備 調(diào)平 系統(tǒng) 行駛 系統(tǒng) 圖9 履帶式作業(yè)機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 1 運(yùn)null 架2 上層車(chē)架3 橫向null平油缸4 中間車(chē)架5 縱向null平油 缸6 下層車(chē)架7 履帶8 張緊輪9 支撐輪10 驅(qū)動(dòng)輪 Q學(xué)習(xí)算法 性能指標(biāo)函數(shù)J k 權(quán)值更新 定義 輸入層 輸出層 隱含層 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) P I D 控 制 器 全 向 調(diào) 平 系 統(tǒng) Y d k e k u k y k x 1 x 2 x 3 K D K I K P O 2 O 1 O 3 i j kw ij w jk 圖10 作業(yè)機(jī)QBP PID機(jī)身姿態(tài)控制器結(jié)構(gòu)示意圖 農(nóng)業(yè)綜述 60 新疆農(nóng)機(jī)化2025年第1期 3 優(yōu)化傳感器感知能力 選用高精度快速響 應(yīng)傳感器 多傳感器融合提高測(cè)量精度 構(gòu)建角度反 饋模型消除累計(jì)誤差 增加機(jī)器視覺(jué)實(shí)時(shí)監(jiān)控 設(shè)置 防側(cè)翻閾值預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn) 4 引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法 分析預(yù)測(cè)傳感器數(shù)據(jù) 提前調(diào)整農(nóng)機(jī)姿態(tài) 規(guī)避側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn) 實(shí)現(xiàn)智能主動(dòng)防 側(cè)翻控制 降低側(cè)翻概率 參考文獻(xiàn) 1 孫景彬 劉志杰 楊福增 等 丘陵山地農(nóng)業(yè)裝備與坡地 作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究綜述 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2023 54 5 1 18 2 牟孝棟 楊福增 段羅佳 等 丘陵山地拖拉機(jī)調(diào)平與防 翻關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) J 智慧農(nóng)業(yè) 中英文 2024 6 3 1 16 3 中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 十四五 全國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化 發(fā)展規(guī)劃 EB OL 2021 12 28 nybgb 2022 202201 202203 t20220302 6390250 htm 4 賴曉 程健華 李尚平 等 丘陵履帶式甘蔗收獲機(jī)底盤(pán)調(diào) 平機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2024 55 12 100 109 5 楊騰祥 金誠(chéng)謙 蔡澤宇 等 履帶式聯(lián)合收割機(jī)橫向調(diào) 平底盤(pán)設(shè)計(jì) J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 2020 41 7 1 8 6 陳晨 自走式番茄收獲機(jī)底盤(pán)調(diào)平液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 新疆 農(nóng)機(jī)化 2023 5 8 11 7 Gao Q M Gao F Tian L et al Design and development of a variable ground clearance variable wheel track self leveling hillside vehicle power chassis V2 HVPC J Journal of Ter ramechanics 2014 56 77 90 8 耿端陽(yáng) 孫延成 李華彪 等 履帶式坡地玉米收獲機(jī)設(shè) 計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2021 37 13 11 19 9 韓振浩 朱立成 苑嚴(yán)偉 等 基于重心自適應(yīng)調(diào)控的山地 果園運(yùn)輸車(chē)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2022 53 2 430 442 10 張開(kāi)興 張斕 李政平 等 輪式丘陵山地拖拉機(jī)扭腰姿 態(tài)調(diào)整裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2022 53 6 425 4 33 11 Sun J Meng C Zhang Y et al Design and physical model experiment of an attitude adjustment device for a crawler tractor in hilly and mountainous regions J Information Processing in Agriculture 2020 7 3 466 478 12 孫景彬 楚國(guó)評(píng) 潘冠廷 等 遙控全向調(diào)平山地履帶拖 拉機(jī)設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2021 52 5 358 369 13 王龍龍 藍(lán)鴻 周胥 等 拖拉機(jī)極限態(tài)側(cè)翻回穩(wěn)陀螺主動(dòng) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2022 53 S2 320 327 14 李臻 秦嘉浩 基于主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制的輪式拖拉機(jī)主動(dòng)防 側(cè)翻控制方法與系統(tǒng) CN110126915 B P 2020 11 17 15 Wang L L Zhu J H Liu F H et al Algorithm and scale experiment of gyro based tractor rollover control towards hilly farmland application J Computers and Electronics in Agriculture 220 2024 108925 16 楊福增 牛瀚麟 孫景彬 等 山地履帶拖拉機(jī)與農(nóng)具姿 態(tài)協(xié)同控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2022 53 1 414 422 17 張軍 李丙春 農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)方案剖析 J 新疆農(nóng)機(jī) 化 2023 4 11 15 18 姜惠 唐小虎 張旭烽 等 丘陵山地姿態(tài)調(diào)整輪式拖拉 機(jī)運(yùn)動(dòng)控制研究 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2024 55 6 392 403 19 賈全 張小超 苑嚴(yán)偉 等 拖拉機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)容錯(cuò)自 適應(yīng)滑?？刂品椒?J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2018 34 10 76 84 20 Song Z S Wang L L Liu Y M et al Actively steering a wheeled tractor against potential rollover using a sliding mode control algorithm Scaled physical test J Biosystems Engineering 213 2022 13 29 21 康杰 聶友紅 何培祥 輪式拖拉機(jī)主動(dòng)防側(cè)翻系統(tǒng)的設(shè) 計(jì) J 農(nóng)機(jī)化研究 2023 45 2 236 240 22 孫澤宇 夏長(zhǎng)高 蔣俞 等 基于QBP PID的履帶式作業(yè) 機(jī)全向調(diào)平控制研究 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2023 54 12 397 406 23 蔣俞 孫澤宇 汪若塵 等 丘陵山區(qū)履帶式作業(yè)機(jī)全向 調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2023 39 18 64 73 24 GONZALEZ D O MARTIN GORRIZ B BERROCAL I I et al Development of an automatically deployable roll over protective structure for agricultural tractors based on hydraulic power Prototype and first tests J Computers and Electronics in Agriculture 2016 124 46 54 25 Qin J h Wu A B Song Z S et al Recovering tractor stability from an intensive rollover with a momentum flywheel and active steering System formulation and scale model verifi cation J Computers and Electronics in Agriculture 190 2021 106458 26 種昆 李洪遷 李政平 等 丘陵山地姿態(tài)調(diào)整輪式拖拉 機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真 J 農(nóng)機(jī)化研究 2021 43 1 247 251 農(nóng)業(yè)綜述 61