基于农业智能车的双车会车研究

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　　摘 要：农业智能车是目前应用较广泛的农业智慧系统，但存在灵活性和机动性不足的缺陷，在农业生产中的监测管理精度有待提高。基于农业智能车的特点，对光电四轮智能车的机械结构进行深入研究分析和改进，提高了车模高速行驶状态下的灵活性和跑道适应性。
　　关键词：智能车;农业;机械;前轮定位
　　文章编号：1004-7026（2019）13-0123-01         中国图书分类号：TP242        文献标志码：A
　　近年来，随着智慧农业快速发展，作为新兴领域的农业机器人受到极大关注。农业机器人能够降低人力投入，提高生产质量，从而提高生产效率。
　　农业智能车是目前应用较广泛的农业机器人。近年来，智能车竞赛的规模和影响力越来越大，对提高参赛学生的创新实践能力有着积极的作用。
　　C1型车模作为双车会车组限定车模，是一种相对灵活的四轮车模。C1型车模的整车性能由机械结构决定。控制算法要想发挥出较好效果，需要具备较好的机械结构，使智能车在高速行驶状态下仍然具有较高的机械强度与灵活度。这也是现有农业智能车系统急需改进的地方。深入研究并优化改装车模机械结构，以运用于智慧农业智能车系统，提高其在农业生产中的监测管理精度。
　　1  前轮定位调整
　　C1型车模出现直线走偏、转弯费力、轮胎磨损快等问题，大多与轮胎安装角度有关。前轮定位是指和转向轮位置角度定位相关的问题，由主销后倾、主销内倾、前轮外倾和前轮前束等4个方面构成。前轮定位应保证智能车在直线运行时的稳定性。
　　1.1  主销后倾角
　　主销后倾角指侧面看车轮，转向主销向后倾倒。在设置主销后倾角前，车轮中心的地面投影点之间和主销中心线的接地点之间很难产生距离。设置的目的是使车轮接地点位于转向主销延长线的后端，从而行驶中的滚动阻力使车轮向后拉。
　　1.2  主销内倾角
　　主销内倾角指从汽车的正前方看，主销的上端略向内倾斜一个角度。一般情况下，当汽车处于横向垂直平面内，将垂线和主销轴线间构成的夹角称为主销内倾角[1]。
　　1.3  前轮外倾
　　外倾分为负外倾和内外倾。负外倾指从前后方向看车轮时，轮胎稍微倾倒呈现“八”字形张开，并非完全垂直。使倾指从反方向张开。
　　1.4  前轮前束
　　前轮前束指四轮定位前，束值脚尖向内，即“内八字脚”。在滚动中，由于惯性，前轮轮胎会自然向内偏斜。轮胎滚动时的偏斜方向，在前束适当的条件下会抵消，使胎内外侧磨损的现象减少[2]。
　　2  舵机安装调整
　　由T=F·L得出，反應的灵敏度和转向速度随着舵机摆杆作用力F的增大而提高。在转矩T一定时，摆杆L越长，输出的作用力越小，但摆杆太长会拉不动轮胎转向，这就造成矛盾。
　　团队选用长度30 mm的舵机摆杆。考虑到阿克曼转向理论，4个轮子路径的圆心大致上交会于后轴延长线上瞬时转向中心，可使车辆在过弯转向轮处于纯滚动状态。
　　3  摄像头安装调整
　　双车采用CMOS摄像头采集赛道信息。作为核心传感器，摄像头安装方式是否稳固合理，是能否采集到优质图像的关键。经过多次尝试，最终使用碳素杆搭架摄像头的方式，以减轻可能产生的不必要重量。使用防松螺母将摄像头支撑杆底部固定在车模转向的轴线上，保证杆子与车身垂直。
　　4  车模重心调整
　　加减速性能、稳定性能和转向性能是C1型车模的重要指标，而车模重心位置是这些指标的重要影响因素。由物理学知识容可知，车身重心前移，转向增加，但转向灵敏度和后轮的抓地力都会降低，加减速性能受到影响;车身重心后移，转向灵敏度和后轮抓地力会增加，提高加减速性能，但转向减少。因此，为了让车模更加适应农业路况，必须选择合适的车体重心。
　　参考文献：
　　[1]陶西保.汽车四轮定位的探讨[C]//重庆汽车工程学会.“现代汽车电子开发技术及能力突破”高级研修班论文集.重庆：重庆汽车工程学会，2014：177-188.
　　[2]闫琪，王江，熊小龙，等.智能车设计：“飞思卡尔杯”从入门到精通[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014.
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