一种农用机械巡航切换的起步控制方法、装置及农用机械与流程

本申请涉及农用机械技术领域，尤其涉及一种农用机械巡航切换的起步控制方法、装置及农用机械。

背景技术：

农机主要包括拖拉机、收获机、耕整种植机、低速载货汽车等，主要用于田间作业。农机工作环境的特点为：地块形状为规则或不规则几何图形；场地可能有上下坡等起伏缓变地形，也可能有小沟、小坎、石块等突变地形；场地内或场地边缘可能有不可碰撞、不可接近物体，例如边界墙、树、建筑物等；场地内可能有其他农机在作业，或者多台农机协同作业。

不同类型的农机，其工作过程可以划分为两部分：行驶和作业，行驶是指农机在场地内的按要求的运动；作业是指农机与农田、农作物、其他农机发生相互作用。因此，农机的重要组成部分包括行驶机构和工作装置，行驶机构和工作装置又分别有其驱动装置、状态检测装置、控制装置和辅助装置。

在获得本发明的技术方案过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的农机一般采用驾驶员驾驶和作业，劳动强度大，对驾驶员的要求高，不利于农机作业的效率、安全、节能等。现有农机巡航切换过程中存在的运动不平稳、速度慢等问题。

技术实现要素：

本申请所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种农用机械巡航切换的起步控制方法、装置及农用机械，以改善现有农机巡航切换过程中存在的运动不平稳、速度慢等问题。

该农用机械巡航切换的起步控制方法包括：

获取进入到巡航状态的控制指令以及目标巡航速度v1；

采集农用机械的实际速度v2；

计算实际速度v2与目标巡航速度v1之间的速度差值δv；

确定农用机械的实际加速度a；

判断速度差值δv是否大于速度差阈值δv0，以及实际加速度a的大小是否小于加速度阈值a0；

响应于速度差值δv大于速度差阈值δv0且实际加速度a的大小小于加速度阈值a0，以持续时间t输出第一控制信号s1，以使农用机械的加速度大于加速度阈值a0或在持续时间t之后的瞬时速度与目标巡航速度v1之间的速度差值小于速度差阈值δv0。

进一步地，农用机械巡航切换的起步控制方法还包括：

响应于速度差值δv小于速度差阈值δv0或实际加速度a的大小大于加速度阈值a0，以持续时间t输出第二控制信号s2，以使农用机械的速度与目标巡航速度v1之间的速度差值不断减小。

进一步地，所述以持续时间t输出第一控制信号s1包括：

确定第一控制信号s1；其中，第一控制信号s1为pwm信号，以用于控制农用机械的液压马达；

根据实际加速度a计算第一控制信号s1的持续时间t，并输出；其中，其中，c1，c2为预设的常数。

进一步地，所述以持续时间t输出第一控制信号s1包括：

确定第一控制信号s1；其中，第一控制信号s1为电流信号，以用于控制农用机械中液压系统中的液压泵的变量机构；其中，第一控制信号s1的信号大小h0为：h0＝c×δv；其中，c为预设的常数；

以固定的持续时间t0输出第一控制信号s1。

进一步地，所述确定农用机械的实际加速度a具体为：

从加速度传感器获取农用机械的实际加速度a。

进一步地，所述确定农用机械的实际加速度a具体为：

多次采集农用机械的实际速度v2；

根据多个时刻的实际速度v2的计算农用机械的实际加速度a。

另一方面，本申请还提出了一种农用机械巡航切换的起步控制装置，包括：

获取模块，用于获取进入到巡航状态的控制指令以及目标巡航速度v1；

采集模块，用于采集农用机械的实际速度v2；

计算模块，用于计算实际速度v2与目标巡航速度v1之间的速度差值δv；

确定模块，用于确定农用机械的实际加速度a；

判断模块，用于判断速度差值δv是否大于速度差阈值δv0，以及实际加速度a的大小是否小于加速度阈值a0；

第一输出模块，用于响应于速度差值δv大于速度差阈值δv0且实际加速度a的大小小于加速度阈值a0，以持续时间t输出第一控制信号s1，以使农用机械的加速度大于加速度阈值a0或在持续时间t之后的瞬时速度与目标巡航速度v1之间的速度差值小于速度差阈值δv0。

进一步地，农用机械巡航切换的起步控制装置还包括：

第二输出模块，用于响应于速度差值δv小于速度差阈值δv0或实际加速度a的大小大于加速度阈值a0，以持续时间t输出第二控制信号s2，以使农用机械的速度与目标巡航速度v1之间的速度差值不断减小。

另一方面，本申请还提出了一种农用机械，该农用机械具有以上任一种农用机械巡航切换的起步控制装置。

另一方面，本申请还提出了一种农用机械，该农用机械具有一控制器；其中，该控制器用于运行程序，该程序运行时执行以上任一种农用机械巡航切换的起步控制方法。

在本申请中，本申请的技术方案改善了现有农机巡航切换过程中存在的运动不平稳、速度慢等问题。控制器在持续时间t内输出第一控制信号s1，可使得农机巡航切换初段施加一个较大的加速度，相当于一个短时间内产生一个较大的动力输出，改善了农用机械在巡航切换的响应速度。在满足特定条件的情况下，输出一个较大的输出信号，以克服系统的大惯性、大时滞，让系统能够快速跨过系统中包含的死区和积分环节，快速有预期的输出。

附图说明

图1是本申请实施例中一种农用机械巡航切换的起步控制方法的流程图之一。

图2是本申请实施例中一种农用机械巡航切换的起步控制方法的流程图之二。

图3是本申请实施例中一种农用机械巡航切换的起步控制方法的流程图之三。

图4是本申请实施例中农用机械的示意框图。

图5是本申请实施例中一种农用机械巡航切换的起步控制装置的示意框图。

具体实施方式

以下是本申请的具体实施例并结合附图，对本申请的技术方案作进一步的描述，但本申请并不限于这些实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

实施例一

参考图1，本实施例提出了一种农用机械巡航切换的起步控制方法，该农用机械巡航切换的起步控制方法包括步骤s101至步骤s106；下面结合附图对该农用机械巡航切换的起步控制方法进行具体描述。

步骤s101，获取进入到巡航状态的控制指令以及目标巡航速度v1。

在本申请实施例中，农用机械可以为：拖拉机、收获机、耕整种植机。不同类型的农用机械，其工作过程可以划分为两部分：行驶和作业，行驶是指农机在场地内的按要求的运动；作业是指农机与农田、农作物、其他农机发生相互作用。

参考图4，农用机械具有如下部件：控制器、液压系统、行驶机构、车辆状态采集装置、驾驶参数采集装置、本地巡航开关、巡航速度调节装置。

控制器用于整车控制，是农机系统的信息中心，其上可运行有控制程序，控制其他部件实现本申请实施例中技术方案的起步控制方法。

液压系统用于动力传动，将原动机的动力进行传递和转化，并驱动农机的行驶机构和工作装置进行工作。液压系统由控制器进行控制和调节。具体地，液压系统中包含有用于驱动行驶机构的液压马达，以及用于供油的液压泵。应当理解，液压系统为现有技术中的内容，这里不再赘述。

行驶机构用于驱动农用机械在场地和环境内实现行驶；在本申请实施例中，形式机构可以采用履带机构、轮式机构。这里采用液压系统驱动行驶机构运转。

车辆状态采集装置用于采集车辆状态参数，并输入控制器。进一步，车辆状态采集装置可用于农用机械的运行速度。此外，在一些实施例中，车辆状态采集装置还可用于采集农用机械的加速度。

驾驶参数采集装置，驾驶员的驾驶信息通过驾驶参数采集装置输入控制器中。

本地巡航开关，用于开启和关闭农用机械的巡航功能，并产生相应的信号输入控制器中。

巡航速度调节装置，用于调节农用机械的巡航速度，并产生相应的信号输入控制器中。一般来说，巡航速度调节装置与本地巡航开关需要进行联动控制。

本地驾驶员通过驾驶装置对农机进行驾驶，驾驶装置包括油门踏板、制动踏板、方向盘、手柄、按钮和其他控制开关。驾驶参数采集装置可采集这些驾驶装置所产生的操作信息，并输入控制器中，以便根据驾驶员的驾驶意图对农用机械进行控制。

应当理解，以上农用机械的部件构成仅是示例性的，不同类型的农用机械的部件构成和功能装置的划分存在差异。

具体地，定速巡航时，农机为按驾驶者要求的速度自动地保持设定速度，使车辆以固定的设定速度行驶。本申请实施例中所提出的农用机械巡航切换的起步控制方法应用于农用机械切换到巡航的初期控制过程，以改善现有技术中这一过程中存在的问题。

在步骤s101中，进入到巡航状态的控制指令可以由本地巡航开关产生，驾驶员通过操作本地巡航开关，使本地巡航开关产生相应的控制指令输入控制器中。目标巡航速度v1可由巡航速度调节装置设定，驾驶员可通过操作巡航速度调节装置设定目标巡航速度v1，控制器从巡航速度调节装置获取驾驶员设定的目标巡航速度v1。当农用机械获取到进入到巡航状态的控制指令以及目标巡航速度v1之后，开始调整农用机械进入到巡航状态。

步骤s102，采集农用机械的实际速度v2。

在本实施例中，车辆状态采集装置可用于采集农用机械的实时运行速度；控制器可在获取进入到巡航状态的控制指令之后，从车辆状态采集装置获取农用机械的实际速度v2。需要说明的是，车辆状态采集装置中包含有用于测量农用机械运行速度的传感器。

需要说明的是，在一些实施方式中，车辆状态采集装置可不断对农用机械的速度进行采集。速度的采集可以不依赖控制指令产生，控制器在接收到进入到巡航状态的控制指令后，从车辆状态采集装置获取一个实时速度作为农用机械的实际速度v2。

步骤s103，计算实际速度v2与目标巡航速度v1之间的速度差值δv。

在本申请实施例中，农用机械在进入到巡航状态前与目标巡航速度v1之间存在一定的速度差，记为δv。当速度差值δv较大时，需要对较大的加速度来改变农用的机械的速度，使之能够在预定的时间内达到目标巡航速度v1。这里速度差值δv为控制器进行控制的一个重要参数。

此外，这里，速度差值δv为正值。

步骤s104，确定农用机械的实际加速度a。

在本申请实施例中，农用机械运行的速度较慢，当农用机械需要从低速状态进入到高速的巡航状态时需要经历一段加速过程。为了能够在预定时间内使农用机械达到目标巡航速度v1,在加速初期需要克服系统的大惯性、大时滞，让系统能够快速跨过系统中包含的死区和积分环节，快速有预期的输出。

在一些实施方式中，确定农用机械的实际加速度a具体为：从加速度传感器获取农用机械的实际加速度a。这里加速度传感器可以包含在车辆状态采集装置中。加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器，根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

在一些实施方式中，所述确定农用机械的实际加速度a具体为：

多次采集农用机械的实际速度v2；

根据多个时刻的实际速度v2的计算农用机械的实际加速度a。

具体地，根据实际速度v2计算农用机械的实际加速度a的计算式为：a＝δv2/δt；其中，δv2为在时间δt内的速度变化量。根据实际速度v2计算农用机械的实际加速度a的方式不需要设置加速度传感器。

应当理解，以上两种方式均可用于获得农用机械的实际加速度a，其他测量农用机械加速度的方式也应当包含在本申请的技术方案内。

步骤s105，判断速度差值δv是否大于速度差阈值δv0，以及实际加速度a的大小是否小于加速度阈值a0。

步骤s105中，控制器对速度差值δv与速度差阈值δv0进行比较；实际加速度a与加速度阈值a0进行比较。控制器可根据比较结果采取相应的控制策略。

步骤s106，响应于速度差值δv大于速度差阈值δv0且实际加速度a的大小小于加速度阈值a0，以持续时间t输出第一控制信号s1，以使农用机械的加速度大于加速度阈值a0或在持续时间t之后的瞬时速度与目标巡航速度v1之间的速度差值小于速度差阈值δv0。

在本申请实施例中，农用机械的行驶机构采用液压系统驱动。液压系统包括：用于驱动行驶机构的液压马达、用于供油的液压泵。控制器通过对液压系统进行控制，以改变农用机械的运动状态。

具体地，控制器通过输出控制信号对农用机械的行驶机构进行控制。其中，控制信号可以是电流信号、pwm信号、脉冲信号、方波、正弦波、三角波等。

进一步地，输出第一控制信号s1，用于使农用机械的加速度大于加速度阈值a0或在持续时间t之后的瞬时速度与目标巡航速度v1之间的速度差值小于速度差阈值δv0。首先，农用机械的瞬间加速度大于加速度阈值a0，这样保证了在农机巡航切换初段具有足够大的加速度，增加了响应速度。或者，在整个农机巡航切换初段后，即持续时间t后，农用机械瞬时速度与目标巡航速度v1之间的速度差值小于速度差阈值δv0，这样可保证农用机械在经过初段加速后获得一个足够大的速度。因此，本申请的技术方案改善了现有农机巡航切换过程中存在的运动不平稳、速度慢等问题。控制器在持续时间t内输出第一控制信号s1，可使得农机巡航切换初段施加一个较大的加速度，相当于一个短时间内产生一个较大的动力输出，改善了农用机械在巡航切换的响应速度。

需要说明的是，农机系统包括控制系统、液压系统、机械传动系统等，是典型的大惯性、大时滞系统，在目标速度与实际速度差值较大时，为了让农机系统快速响应，在满足特定条件的情况下，输出一个较大的输出信号，以克服系统的大惯性、大时滞，让系统能够快速跨过系统中包含的死区和积分环节，快速有预期的输出。

在一些实施方式中，本实施例所提出的农用机械巡航切换的起步控制方法还包括：

响应于速度差值δv小于速度差阈值δv0或实际加速度a的大小大于加速度阈值a0，以持续时间t输出第二控制信号s2，以使农用机械的速度与目标巡航速度v1之间的速度差值不断减小。需要说明的是，第二控制信号s2相当于正常信号，用于在速度差值δv小于速度差阈值δv0或实际加速度a的大小大于加速度阈值a0的情况下输出，使得农用机械的速度与目标巡航速度v1之间的速度差值不断减小。

在一些实施方式中，参考图2，所述以持续时间t输出第一控制信号s1包括：

步骤s201，确定第一控制信号s1；其中，第一控制信号s1为pwm信号，以用于控制农用机械的液压马达；

步骤s202，根据实际加速度a计算第一控制信号s1的持续时间t，并输出；其中，其中，c1，c2为预设的常数。

下面举一个具体的示例进行说明。

控制器通过车辆状态采集装置采集到农机当前的实际速度v2＝50km/h，同时通过驾驶参数采集装置采集到驾驶员对车辆的驾驶参数，如油门踏板、制动踏板、方向盘、手柄、按钮和其他控制开关等，并将目标巡航速度v1与实际速度v2的差值δv作为对车辆进行控制的依据，对液压系统进行控制，进而改变行驶机构和农机的运动状态。

具体控制方法和控制过程如下：

预先设定一个速度差δv的阈值δv0＝15km/h和实测加速度a的阈值a0＝3m/s²。

当速度差δv满足：δv>δv0；实测加速度a满足：a<a0时，控制器输出信号s。

其中：

v1＝10km/h；

v2＝50km/h；

δv＝|v1-v2|＝40km/h；

实测加速度a由实测速度v2算得，是单位时间内v2的变化，具体计算方法为：a＝δv2/δt，计算值为1m/s²。

第一控制信号s1是pwm信号，用于控制液压系统中的液压马达的变量机构，设置信号大小h0为pwm信号的大小，和一个持续时间t＝f(a)，其中：

其中，c1,c2为预设的常数。

因为速度差δv满足：δv>δv0；实测加速度a满足：a<a0，控制器输出第一控制信号s1。即，控制器向液压马达输出pwm信号，其持续时间t＝f(a)。

在一些实施方式中，参考图3，所述以持续时间t输出第一控制信号s1包括：

步骤s301，确定第一控制信号s1；其中，第一控制信号s1为电流信号，以用于控制农用机械中液压系统中的液压泵的变量机构；其中，第一控制信号s1的信号大小h0为：h0＝c×δv；其中，c为预设的常数；

步骤s302，以固定的持续时间t0输出第一控制信号s1。

下面举一个具体的示例进行说明。

进入巡航时，本地驾驶员通过本地巡航开关将其所驾驶的农机调节到巡航状态，并通过巡航速度调节装置对目标巡航速度v1进行设置，巡航开关和巡航速度调节数据输入控制器。目标巡航速度v1设置为50km/h。

控制器通过车辆状态采集装置采集到农机当前的实际速度v2为30km/h，并将目标巡航速度v1与实际速度v2的差值δv作为对车辆进行控制的依据，对液压系统进行控制，进而改变行驶机构和农机的运动状态。

具体控制方法和控制过程如下：

预先设定一个速度差δv的阈值δv0＝15km/h和实测加速度a的阈值a0＝3m/s²，当速度差δv的绝对值δv满足：δv>δv0。

实测加速度a满足：a<a0时，控制器输出信号s。

其中：

v1＝50km/h；

v2＝30km/h；

δv＝|v1-v2|＝20km/h；

实测加速度a由加速度传感器测得，实测值为1.3m/s²。

输出信号s1是电流信号，用于控制液压系统中的液压泵的变量机构，设置信号大小h0＝f(δv)和固定的持续时间t0＝1s，其中，

f(δv)＝c×δv；

其中，c为预设的常数。

因为速度差δv的绝对值|δv|满足：δv>δv0；且实测加速度a满足：a<a0，控制器输出信号s。即，控制器向液压泵输出电流信号，其信号大小h0＝100ma，持续时间t0＝1s。

进一步地，控制器的控制信号的作用对象可以是控制液压马达、控制液压阀、控制电机转速、控制发动机转速、控制变速箱传动比等，控制信号的类型随着控制对象的不一样可以有所不同。这些可以预见的控制方案均包含在本申请的技术方案以内。

实施例二

本实施例提出了一种农用机械巡航切换的起步控制装置，参考图5，该农用机械巡航切换的起步控制装置至少包括：获取模块501、采集模块502、计算模块503、确定模块504、判断模块505。下面结合附图对本实施例提出的农用机械巡航切换的起步控制装置进行具体说明。

获取模块501，用于获取进入到巡航状态的控制指令以及目标巡航速度v1；

采集模块502，用于采集农用机械的实际速度v2；

计算模块503，用于计算实际速度v2与目标巡航速度v1之间的速度差值δv；

确定模块504，用于确定农用机械的实际加速度a；

判断模块505，用于判断速度差值δv是否大于速度差阈值δv0，以及实际加速度a的大小是否小于加速度阈值a0；

第一输出模块506，用于响应于速度差值δv大于速度差阈值δv0且实际加速度a的大小小于加速度阈值a0，以持续时间t输出第一控制信号s1，以使农用机械的加速度大于加速度阈值a0或在持续时间t之后的瞬时速度与目标巡航速度v1之间的速度差值小于速度差阈值δv0。

在一些实施方式中，该农用机械巡航切换的起步控制装置还包括：

第二输出模块，用于响应于速度差值δv小于速度差阈值δv0或实际加速度a的大小大于加速度阈值a0，以持续时间t输出第二控制信号s2，以使农用机械的速度与目标巡航速度v1之间的速度差值不断减小。

在一些实施方式中，第一输出模块506包括：

第一确定子模块，用于确定第一控制信号s1；其中，第一控制信号s1为pwm信号，以用于控制农用机械的液压马达；

第一输出子模块，用于根据实际加速度a计算第一控制信号s1的持续时间t，并输出；其中，其中，c1，c2为预设的常数。

在一些实施方式中，第一输出模块506包括：

第二确定子模块，用于确定第一控制信号s1；其中，第一控制信号s1为电流信号，以用于控制农用机械中液压系统中的液压泵的变量机构；其中，第一控制信号s1的信号大小h0为：h0＝c×δv；其中，c为预设的常数；

第二输出子模块，用于以固定的持续时间t0输出第一控制信号s1。

在一些实施方式中，确定模块504具体用于：从加速度传感器获取农用机械的实际加速度a。

在一些实施方式中，确定模块504具体用于：

多次采集农用机械的实际速度v2；

根据多个时刻的实际速度v2的计算农用机械的实际加速度a。

本发明实施例中的农用机械巡航切换的起步控制装置能够实现上述方法实施例一中的各个过程，并具有相应的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。

实施例三

本实施例提出了一种农用机械，该农用机械具有实施例二中提出的农用机械巡航切换的起步控制装置。为了避免重复，相关的内容可参见前一部分的描述，这里不再赘述。

实施例四

本实施例提出了一种农用机械，该农用机械具有一控制器；其中，该控制器用于运行程序，该程序运行时执行实施例一中提出的农用机械巡航切换的起步控制方法。为了避免重复，相关的内容可参见前一部分的描述，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本申请精神作举例说明。本申请所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本申请的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。