本发明属于农机控制技术领域，涉及一种农用拖拉机三点悬挂装置高度精确控制方法与装置。
背景技术：
农机具通过悬架上的三个挂接点与拖拉机液压悬挂机构的上、下拉杆末端铰连接，称为三点悬挂。采用三点悬挂方式挂接的农具相对摆动量小，农机具随拖拉机直线行驶稳定性好。三点悬挂主要用来挂接各种农具完成除草、喷药、耕地、收割等工作，是拖拉机的重要组成部分。不同的农机具的功能各不相同，与拖拉机连接时所对应的悬挂的高度也存在差异。所以在挂接农机具时，需要对三点悬挂机构的高度进行调节。
拖拉机的三点悬挂机构主要依靠液压油缸的伸长和缩短来实现升降，驾驶员可通过按键、旋钮或开关操纵电液比例阀，控制油缸伸缩。而现有技术中大多数三点悬挂的高度调节为油缸行程0～100％区间内的开环控制，即按下按键,悬挂机构升/降，再次按下按键,悬挂机构停止升/降。在升降过程中，存在驾驶员无法获取悬挂装置准确高度值的问题。为了将三点悬挂机构调节到成功挂接各农机具所需的高度，有时需要控制悬挂装置只升降1cm或更短的距离，为此需要车外人员观察悬挂高度并将高度信息反馈给驾驶员，驾驶员控制悬挂装置升降，反复多次才能达到目标高度，增加了操作人员的劳动强度，降低了工作效率。
技术实现要素：
本发明鉴于以上问题作出，用于克服或缓解以上的一个或更多个问题，至少提供一种有益的选择。
为了实现以上的目的，根据本发明的一个方面，提供了一种农机具高度控制装置，包括：目标高度值获取单元,所述目标高度值获取单元获取农机具的目标高度值；液压油缸伸缩距离确定装置根据液压油缸的当前行程以及液压油缸的行程与悬挂高度的函数关系，确定液压油缸的活塞杆需要伸缩的距离；电液比例阀控制信号生成单元，根据液压油缸伸缩距离确定装置所确定出的距离生成电液比例阀控制信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种农机具高度控制方法，包括：目标高度值获取步骤,获取农机具的目标高度值；液压油缸伸缩距离确定步骤，根据液压油缸的当前行程以及液压油缸的行程与悬挂高度的函数关系，确定液压油缸的活塞杆需要伸缩的距离；电液比例阀控制信号生成步骤，根据所确定出的距离生成电液比例阀控制信号。
根据本发明的实施方式，可以提高工作效率。
附图说明
图1示出了根据本发明的一种实施方式的农机具高度控制装置的示意性框图。
图2a是示出了液压油缸与三点悬挂农机具的一种实施方式的连接关系的主视示意图。
图2b是示出了液压油缸与三点悬挂农机具的一种实施方式的连接关系的侧视示意图。
图3示出了图2所示的连接关系示意图的示意平面示意图。
图4示出了依据本发明的一种实施方式的农机具高度控制方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明，这些说明均是示例性的，不是对本发明的保护范围的限制。
图1示出了根据本发明的一种实施方式的农机具高度控制装置的示意性框图。如图1所示，根据本发明的一种实施方式的农机具高度控制装置包括：目标高度值获取单元1、液压油缸伸缩距离确定装置2以及电液比例阀控制信号生成单元3。为了说明的方便，图中也示出了电液比例阀4和液压油缸5。另外，电液比例阀4可以为根据本发明一种实施方式的农机具高度控制装置的一部分。
根据进一步的实施方式，该农机高度控制装置还包括磁致伸缩位移传感器6。
目标高度值获取单元1获取农机具的目标高度值。该目标高度值获取单元1可以是驾驶室中的信息交互单元，驾驶员可以通过该信息交互单元所提供的操作界面输入目标高度值。
液压油缸伸缩距离确定装置2根据当前的液压油缸行程(即液压油缸的活塞杆的伸出距离)以及该液压油缸行程与悬挂高度的函数关系，计算出液压油缸的活塞杆需要伸缩的距离。
电液比例阀控制信号生成单元3，根据液压油缸伸缩距离确定装置2所确定出的距离生成电液比例阀控制信号。
电液比例阀4根据所述电液比例阀控制信号控制液压油缸5动作。
另外，安装在液压油缸上的磁致伸缩位移传感器6采集反应液压油缸当前行程的液压油缸活塞的位移信号，并将信号反馈到液压油缸伸缩距离确定装置2，液压油缸伸缩距离确定装置2判断液压油缸是否伸缩到位，如未伸缩到位，将反馈的液压油缸活塞的行程作为液压油缸的当前行程，根据农机具的目标高度值，计算出液压油缸需要伸缩的新的距离。电液比例阀控制信号生成单元3根据该新的距离，生成更新的电液比例阀控制信号。
磁致伸缩位移传感器6是一种绝对值输出、非接触式位移传感器。该传感器利用磁致伸缩原理，通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被测产品的实际位移。磁致伸缩位移传感器6是本发明的油缸位移信号采集单元的示例。根据一种实施方式，磁致伸缩位移传感器6固定于液压油缸端盖开口中，检测液压油缸的位移信号，反馈油缸当前的行程信息。根据一种实施方式，所述液压油缸伸缩距离确定装置2记录磁致伸缩位移传感器6所反馈的油缸当前的行程信息以用于之后确定液压油缸伸缩距离。
根据本发明的一种实施方式，所述农机具高度控制装置包括显示单元，该显示单元可实时显示磁致伸缩位移传感器测得的液压油缸的位移信息，或者显示根据该位移信号得出的农机具的高度，或者显示农机具的高度和液压油缸的活塞杆的位移这两者。
图2示出了液压油缸与三点悬挂农机具的一种实施方式的连接关系示意图。其中，图2a是主视图，图2b是侧视图。如图2所示，液压油缸5与提升杆7、下拉杆8连接，在液压油缸5的驱动下，提升杆7、下拉杆8绕连接点旋转使悬挂机构高度发生改变。三个部件的几何关系可近似看成一个三角形结构。
液压油缸5的一端通过连接组件与下拉杆8相连接，另一端通过连接组件与提升杆7相连接，连接处为可转动连接。当液压油缸5的活塞杆伸缩时，提升杆7带动下拉杆8以连接处为中心旋转，即三个部件之间的几何关系发生如下变化：液压油缸5与提升杆7之间的夹角减小，提升杆7与下拉杆8之间的夹角增大。从而使设置在下拉杆端部的挂钩9上下。挂钩9的高度即表示挂接农机具时需要的高度。
图3示出了图2所示的连接关系示意图的示意平面示意图。如图3所示，ab表示液压油缸4、ae表示提升杆7、bi表示下拉杆8，它们构成三角形δabe，a、b、e为三个连接点，i为悬挂的挂钩所在位置，挂钩与地面的距离即为三点悬挂机构的高度，用h表示，单位可为mm。设油缸所在的边ab长度为x，如液压油缸的初始长度为l，活塞杆行程δl(油缸初始长度l是指活塞杆行程为0时的长度，活塞杆行程δl是表示当前行程)，则油缸所在边ab长度为x＝l+δl，单位：mm。提升杆与下拉杆长度为固定常数(可通过查阅三点悬挂的设计参数获得)，设ae＝k1，be＝k2ei＝k3。
将ab延长到c点，bc＝k4，cd表示地面。ac与地面的夹角为α，因为油缸位置固定，所以夹角α角度不变。在δabe中，∠bae＝θ，由余弦定理可得：
在δacd中，ac＝k4+x，∠cad＝θ,∠acd＝α，∠adc＝π-θ-α，由正弦定理可得：
故
作ef⊥cd，设h＝ef。在δdef中，h＝de·sin∠adf，
在δabe中，由正弦定理可得：
因为ej//bg，所以
在△eij中，
故
将
由此，当输入了农机具的目标高度时，根据农机具的当前高度，可以得知δh，从而根据上式，可以得知，液压油缸的活塞杆需要伸缩的行程δx。
以上以特定的一种连接关系进行说明，可以基于农机具的其他的连接方式，来确定相应的函数，从而可以计算出农机具目标高度和活塞杆需要伸缩的行程δx之间的关系。
依据本发明的另一种实施方式，还公开了一种农机具高度控制方法。图4示出了依据本发明的一种实施方式的农机具高度控制方法的示意性流程图。如图4所示，依据本发明的一种实施方式的农机具高度控制方法包括：
农机具目标高度确定步骤s100，驾驶员可通过操作界面，根据准备挂接的农机具所需高度的实际情况，设定所需的目标高度h2；
油缸行程确定步骤s200，根据农机具目标高度h2与农机具实际高度h1的差值，计算出液压油缸的活塞杆需要伸长或者缩短的距离。计算该距离的方法，可以参见上面的说明，依据液压油缸和农机具的连接关系确定的函数来进行计算；
电液比例阀控制信号生成步骤s300，生成电液比例阀控制信号；
升降控制步骤s400，电液比例阀根据所述电液比例阀控制信号控制液压油缸的行程，从而驱动农机具的上升或下降；
反馈控制步骤s500，接收磁致伸缩位移传感器反馈的信号，计算调节后的高度h2′，若达到预设的目标高度，即h2′＝h2，程序结束，否则重复步骤s200-s400。
另外，根据本发明的一种实施方式，还包括显示步骤，该显示步骤可实时显示磁致伸缩位移传感器测得的液压油缸的位移信号，或者显示根据该位移信号得出的农机具的高度，或者显示农机具的高度和液压油缸的活塞杆的位移这两者。
对方法的说明，可以用于理解本发明的方法，对装置的说明可以用来理解本发明的装置。
依据本发明的实施方式，通过显示屏操作界面进行目标高度设置，由控制单元计算出油缸的伸缩距离并判断是否调节到位，无需拖拉机内外人员反复观察调节，使挂接农机具更加迅速。
依据本发明的一些实施方式，通过使用显示屏等显示单元的操作界面完成三点悬挂位置设定，优化了驾驶室内空间布局，能够大大降低了驾驶操作的复杂性。