一种分布式燃料电池线控拖拉机及其运行方式制造技术

本发明专利技术涉及一种分布式燃料电池线控拖拉机及其运行方式，包括车轮、轮边电驱动系统、整车控制器、DC/AC转换器、前PTO电机、氢燃料电池、DC/DC转换器、后PTO电机、低压蓄电池、激光雷达、陀螺仪、双目摄像头、BDS、加速度计及工控机，轮边电驱动系统与车轮机械连接，工控机通过以太网与激光雷达连接，整车控制器与氢燃料电池、DC/AC转换器、轮边电驱动系统、前PTO电机、后PTO电机、DC/DC转换器和低压蓄电池通过CAN总线连接；工控机与陀螺仪、双目摄像头、加速度计、BDS之间通过CAN总线连接，工控机与整车控制器通过UDP通讯协议进行数据通信。本发明专利技术采用氢燃料电池为整车供电，并采用分布式的轮边电驱动系统分别控制车轮运动，整车质量更轻，能实现拖拉机的低碳高效运行。能实现拖拉机的低碳高效运行。能实现拖拉机的低碳高效运行。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式燃料电池线控拖拉机及其运行方式


[0001]本专利技术属于无人驾驶拖拉机
，特别涉及一种分布式燃料电池线控拖拉机及其运行方式。

技术介绍

[0002]在人类现代化进程中，环境污染日益严重，能源匮乏日趋紧张，而拖拉机作为农业生产过程中应用量最大的农机装备，而大部分拖拉机以内燃机为动力，使用时会消耗大量不可再生资源，因为其作业状况的复杂多变，其排放法规相较于汽车相对宽松。随着国家强调农业机械的新能源化发展以来，对于拖拉机产生的环境污染和能源消耗问题也是亟待解决的。
[0003]拖拉机常与旋耕机、打捆机、除草机等其它农具配合完成田间各项作业环节，随着众多种类配套农具的出现，使得拖拉机的作业范围变得更广，但传统拖拉机一般只有后置动力输出装置，当配套农具装配在拖拉机前端时，需要从拖拉机后端引出动力至拖拉机前端，这种传动方式尤为复杂和低效。伴随着人工智能技术的飞速发展，拖拉机行业的未来发展趋势和研究导向也在不断变化，拖拉机无人化、智能化、数字化的发展特点愈发突出。人工智能技术在拖拉机行业的重要应用体现在拖拉机无人驾驶技术，该技术因在拖拉机和田间作业领域带来的重大变革而被行业广泛关注。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种分布式燃料电池线控拖拉机及其运行方式。
[0005]本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种分布式燃料电池线控拖拉机，包括：车轮、轮边电驱动系统、整车控制器、DC/AC转换器、前PTO电机、氢燃料电池、DC/DC转换器、后PTO电机、低压蓄电池以及无人驾驶感知系统，无人驾驶感知系统包括激光雷达、陀螺仪、双目摄像头、BDS、加速度计以及工控机，氢燃料电池的输出端通过DC/DC转换器与低压蓄电池电连接,低压蓄电池的输出端分别与激光雷达、陀螺仪、双目摄像头、加速度计、BDS、工控机、整车控制器电连接，轮边电驱动系统设置有四个，每个轮边电驱动系统与对应的车轮机械连接以控制对应车轮的运行；氢燃料电池的输出端还通过DC/AC转换器分别与前PTO电机、后PTO电机以及四个轮边电驱动系统电连接；工控机通过以太网与激光雷达连接，整车控制器与氢燃料电池、DC/AC转换器、轮边电驱动系统、前PTO电机、后PTO电机、DC/DC转换器和低压蓄电池分别通过CAN总线连接；工控机与陀螺仪、双目摄像头、加速度计、BDS之间分别通过CAN总线连接，工控机与整车控制器通过UDP通讯协议进行数据通信。
[0006]进一步的，轮边电驱动系统包括下叉骨、减震支撑杆、减震器、转向臂、轮边电机、上叉骨、从动齿轮、主动齿轮、减速器、转向电机、转向架和转向支撑轴，转向架固定在拖拉机的底盘上，转向电机和减速器安装在转向架内，转向电机的输出端与减速器连接，减速器
的输出端与主动齿轮连接，转向电机和轮边电机均受控于整车控制器，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮的中心轴孔与竖直方向延伸的转动支撑轴固接，转向支撑轴通过轴承转动装配在转向架内，且转向支撑轴的下端穿出转向架并与转向臂固接，转向臂的下端与下叉骨的一端铰接；轮边电机的机壳下端与下叉骨的另一端铰接，减震支撑杆下端与下叉骨铰接，减震支撑杆上端与轮边电机的机壳底部铰接，上叉骨的上端与转向臂铰接，上叉骨的下端与轮边电机的机壳顶部铰接，减震器的上端与转向臂铰接，减震器的下端与下叉骨铰接；轮边电机的输出轴与车轮的轮轴连接。
[0007]进一步的，转向支撑轴转动装配在转向架的凸出腔体中，转向架与其凸出腔体之间设置有加强肋。
[0008]一种分布式燃料电池线控拖拉机的运行方式为无人驾驶模式，无人驾驶模式包括以下步骤：
[0009]步骤1、通过无人驾驶感知系统获得拖拉机自身的姿态信息、绝对位置信息、路况信息和作业信息，其中拖拉机自身的姿态信息包括拖拉机在三维空间中的速度、角速度及倾角；
[0010]步骤2、工控机根据接收的拖拉机自身的姿态信息、绝对位置信息、路况信息和作业信息计算出最优运动路径，并根据最优运动路径计算出拖拉机行驶的速度、加速度、转向角信息，且工控机将速度、加速度、转向角信息传递至整车控制器；
[0011]步骤3、整车控制器将工控机计算出的速度、加速度、转向角信息传送至轮边电驱动系统，以实现整车无人驾驶。
[0012]进一步的，步骤1中，工控机通过加速度计和陀螺仪获取拖拉机在三维空间的加速度和角速度，工控机经过积分计算后得出拖拉机速度、加速度、位置信息，对拖拉机进行航迹推算，当BDS发出的绝对位置信息能被收到时，工控机内置的DR系统与BDS进行位置数据融合，实现自动驾驶导航定位；当BDS发出的绝对位置信息不能被收到时，工控机中的DR系统单独进行自动导航驾驶定位。
[0013]进一步的，步骤3中，整车控制器根据由无人驾驶感知系统反馈的信息，对即将需要作出转弯、变道等情况，再结合考虑两侧车轮反馈的速度信号，通过计算与分析，把最终的速度控制信号传递给相应的驱动电机，实现两侧电机的差速控制。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0015]1、本专利技术通过氢燃料电池为整车供电，采用分布式的轮边电驱动系统分别控制各个车轮的运动，通过电子差速控制技术实现转弯时内外车轮不同转速运动，精度更高，轮边电驱动系统结构简单，本专利技术取消机械差速装置有利于减轻动力系统质量，提高传动效率，降低传动噪声，以实现拖拉机的低碳、高效运行。
[0016]2、整车控制器控制双PTO(前PTO电机和后PTO电机)独立运行，除了安装常规后置式农机具，还可以驱动前置作业的农机具，如除草机、收割机、铲雪机等，还可用于联合作业，一次进地可以完成多项作业，大幅提高田间工作效率，以适应复杂的作业工况和多变的作业范围。
[0017]3、本专利技术采用无人驾驶感知系统，基于惯性测量单元获得的三维加速度和角速度，经过积分计算后实现对拖拉机进行航迹推算，完成自动驾驶定位，不受外界环境影响；与BDS系统相结合，解决DR(航迹推算)系统自身不能提供车辆的初始位置坐标和初始航向
角且定位误差随时间的累计会扩散的技术问题，并且提升系统精度，增强抗干扰性与跟踪能力；当BDS系统不能工作时，又可单独使用DR系统实现自动驾驶定位。
[0018]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0019]图1是本专利技术一种分布式燃料电池线控拖拉机的拓扑结构示意图。
[0020]图2是本专利技术一种分布式燃料电池线控拖拉机中轮边电驱动系统的结构示意图。
[0021]图3是本专利技术中轮边电驱动系统进行减震时的状态原理示意图。
[0022]图4是本专利技术一种分布式燃料电池线控拖拉机运行无人驾驶模式的的流程图。
[0023]图5是本专利技术一种分布式燃料电池线控拖拉机的自动导航定位流程示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式燃料电池线控拖拉机，其特征在于包括：车轮、轮边电驱动系统、整车控制器、DC/AC转换器、前PTO电机、氢燃料电池、DC/DC转换器、后PTO电机、低压蓄电池以及无人驾驶感知系统，无人驾驶感知系统包括激光雷达、陀螺仪、双目摄像头、BDS、加速度计以及工控机，氢燃料电池的输出端通过DC/DC转换器与低压蓄电池电连接,低压蓄电池的输出端分别与激光雷达、陀螺仪、双目摄像头、加速度计、BDS、工控机、整车控制器电连接，轮边电驱动系统设置有四个，每个轮边电驱动系统与对应的车轮机械连接以控制对应车轮的运行；氢燃料电池的输出端还通过DC/AC转换器分别与前PTO电机、后PTO电机以及四个轮边电驱动系统电连接；工控机通过以太网与激光雷达连接，整车控制器与氢燃料电池、DC/AC转换器、轮边电驱动系统、前PTO电机、后PTO电机、DC/DC转换器和低压蓄电池分别通过CAN总线连接；工控机与陀螺仪、双目摄像头、加速度计、BDS之间分别通过CAN总线连接，工控机与整车控制器通过UDP通讯协议进行数据通信。2.根据权利要求1所述的一种分布式燃料电池线控拖拉机，其特征在于：轮边电驱动系统包括下叉骨、减震支撑杆、减震器、转向臂、轮边电机、上叉骨、从动齿轮、主动齿轮、减速器、转向电机、转向架和转向支撑轴，转向架固定在拖拉机的底盘上，转向电机和减速器安装在转向架内，转向电机的输出端与减速器连接，减速器的输出端与主动齿轮连接，转向电机和轮边电机均受控于整车控制器，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮的中心轴孔与竖直方向延伸的转动支撑轴固接，转向支撑轴通过轴承转动装配在转向架内，且转向支撑轴的下端穿出转向架并与转向臂固接，转向臂的下端与下叉骨的一端铰接；轮边电机的机壳下端与下叉骨的另一端铰接，减震支撑杆下端与下叉骨铰接，减震支撑杆上端与轮边电机的机壳底部铰接，上叉骨的上端与转向臂铰接...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐立友，陈世勋，张俊江，刘孟楠，闫祥海，赵思夏，吴依伟，张静云，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：