一种无人驾驶拖拉机协同作业间距控制装置及控制方法与流程

本发明属于无人拖拉机驾驶技术领域，尤其是涉及一种无人驾驶拖拉机协同作业间距控制装置及控制方法。

背景技术

在农业生产中，拖拉机是主要应用的农用机械，然而现今的农村面临着务农人员外流严重的问题，农村劳动力严重不足，甚至出现了农用机械无人操作的状况，而无人驾驶的农用机械可以有效解决无人操作的难题。现阶段，市场已经研发出了无人驾驶拖拉机，同时，在地域广阔的一些地区，已经出现了多辆无人拖拉机并排协同作业的工况，多辆无人拖拉机协同作业可以大大的提高工作效率，但是在作业过程中，相邻两辆无人拖拉机的间距控制一直是一个难题，间距控制不好，会影响作业质量，甚至会引起其他安全生产事故。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种无人驾驶拖拉机协同作业间距控制装置及控制方法，该装置可以有效控制相邻无人拖拉机的间距，能够有效避免无人驾驶拖拉机由于不合适的间距引起的安全事故，该方法能在无人驾驶拖拉机间的距离不在安全范围内，会及时调节拖拉机的速度，从而使无人拖拉机间距能维持在一个比较安全的距离范围内。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无人驾驶拖拉机协同作业间距控制装置，包括多个红外激光测距传感器组、转向角度传感器和mcu；

多个红外激光测距传感器组沿拖拉机外轮廓表面布置，每个红外激光测距传感器组由布置在同一位置的若干个红外激光测距传感器组成，用于将采集后测得的同一位置的多组数据传送给mcu；

所述转向角度传感器安装在拖拉机上，用于检测车辆处于直行或转向状态，并将检测信号传送给mcu；

所述mcu设置在拖拉机上，mcu用于根据同一位置的多组数据进行对比进而得出准确的距离数据，并根据车辆直行或转向状态将准确的距离数据分别与直线安全距离的设定值或转向安全距离的设定值进行比较，并根据比较情况向ecu发出加速信号、减速或停车信号；

所述拖拉机的ecu根据收到的加速信号、减速信号或者停车信号来控制喷油量，以控制发动机的转速。

进一步，为了保证通信的可靠性，所述mcu通过can总线与ecu连接。

本发明采用红外激光测距传感器采集相邻拖拉机之间的实时距离，红外激光测距传感器具有精确度高，响应时间短，相互干扰小，可同时进行多个传感器测量的优点，所采集实时距离信息由mcu进行处理，mcu将实时距离与安全值进行比较判断是否停车、加速或减速，以实现在无人参与的情况下实现多辆无人驾驶拖拉机的自主地协同工作。在多辆无人驾驶拖拉机协同作业时，每辆车辆进行运动状态调节不需要同时联动其它车辆，利用该装置能避免多辆无人驾驶拖拉机在协同作业时，因外界作业环境多变而引发的安全事故。

本发明还提供了一种无人驾驶拖拉机协同作业间距控制方法，具体包括以下步骤；

s1：设定安全距离值，根据预先重复测试的情况，设定直行安全距离的最小值d1和最大值d2，设定转向安全距离的最小值d3和最大值d4；

s2：计算实际车距h，通过红外激光测距传感器组实时测量与相邻的拖拉机之间的距离获得；

s3：判断车辆行驶状态，通过转向角度传感器判断出车辆处于直行或转向状态，直行状态执行s4，转向状态执行s5；

s4：比较h与直行安全距离值，当d1≤h≤d2时，保持直行状态不变，并依次执行s2和s3；当h＜d1时，分两种情况：一种情况是与相邻的拖拉机运动方向相同时，此时，通过ecu控制拖拉机减速或者停车，以增大安全距离；另一种情况是与相邻的拖拉机运动方向相反时，此时，通过ecu控制拖拉机加速行驶，以增大安全距离；

当h＞d2时，分两种情况：一种情况是与相邻的拖拉机运动方向相同时，此时，通过ecu控制拖拉机加速行驶，以缩小车辆距离来维持合适的安全距离；另一种情况是与相邻的拖拉机运动方向相反时，此时，通过ecu控制拖拉机减速，以缩小车辆距离来维持合适的安全距离；

s5：比较h与转向安全距离值，当d3≤h≤d4时，保持转向状态不变，并依次执行s2和s3；当h＜d3，分两种情况：一种情况是与相邻的拖拉机运动方向相同时，此时，通过ecu控制拖拉机减速或者停车，以增大安全距离；另一种情况是与相邻的拖拉机运动方向相反时，此时，通过ecu控制拖拉机加速行驶，以增大安全距离；

当h＞d4，分两种情况：一种情况是与相邻的拖拉机运动方向相同时，此时，通过ecu控制拖拉机加速行驶，以缩小车辆距离来维持合适的安全距离；另一种情况是与相邻的拖拉机运动方向相反时，此时，通过ecu控制拖拉机减速，以缩小车辆距离来维持合适的安全距离。

进一步，为了能在发生偏移时有足够的时间和空间采取相应的安全措施，在s2中h通过以下方法测得：先由安装在拖拉机上同一位置的一个红外激光测距传感器组测出多个测量值，为保证车辆安全，取其中与该组数据平均值偏差不超过5％的最小值得到。

进一步，为了能够充分的保证有足够的调节时间应对复杂的路况，在s1中d3＞d1，d4＞d2。

本发明基于红外激光测距传感器采集距离数据信息，通过mcu计算相邻拖拉机之间距离，并与设定安全值进行比较，采用经典反馈机制来调整车辆的间距，提供了一种无人拖拉机自主判断安全距离及采取相应安全措施保证多台无人驾驶拖拉机均在安全范围内进行稳定耕作的控制方法。该方法在无人驾驶拖拉机间的距离不在安全距离范围内就会调节相关拖拉机的速度，从而使无人拖拉机间距维持在一个比较安全的距离范围内。

附图说明

图1是本发明中电路部分的原理框图。

图2是本发明中红外激光测距传感器的安装示意图；

图3是相邻拖拉机间测距的示意图；

图4是本发明中的流程图。

图中：1、拖拉机，2、红外激光测距传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1表明了无人驾驶拖拉机协同作业间距控制装置系统关系，图2是红外激光测距传感器组安装示意；图3相邻拖拉机间测距的示意。本发明提供一种无人驾驶拖拉机协同作业间距控制装置，包括多个红外激光测距传感器组2、转向角度传感器和mcu；

多个红外激光测距传感器组2沿拖拉机1外轮廓表面布置，每个红外激光测距传感器组2由布置在同一位置的若干个红外激光测距传感器组成，用于将采集后测得的同一位置的多组数据传送给mcu；

所述转向角度传感器安装在拖拉机1上，用于检测车辆处于直行或转向状态，并将检测信号传送给mcu；

所述mcu设置在拖拉机1上，mcu用于根据同一位置的多组数据进行对比进而得出准确的距离数据，并根据车辆直行或转向状态将准确的距离数据分别与直线安全距离的设定值或转向安全距离的设定值进行比较，并根据比较情况向ecu发出加速信号、减速或停车信号；

所述拖拉机1具有ecu，所述ecu根据收到的加速信号、减速信号或者停车信号来控制喷油量，以控制发动机的转速。

为了保证通信的可靠性，所述mcu通过can总线与ecu连接。

如图3和图4所示，一种无人驾驶拖拉机协同作业间距控制方法，具体包括以下步骤；

s1：设定安全距离值，根据预先重复测试的情况，设定直行安全距离的最小值d1和最大值d2，设定转向安全距离的最小值d3和最大值d4；

s2：计算实际车距h，通过红外激光测距传感器组2实时测量与相邻的拖拉机1之间的距离获得；h通过以下方法测得：先由安装在拖拉机1上同一位置的一个红外激光测距传感器组2测出多个测量值，为保证车辆安全，取其中与该组数据平均值偏差不超过5％的最小值得到。

s3：判断车辆行驶状态，通过转向角度传感器判断出车辆处于直行或转向状态，直行状态执行s4，转向状态执行s5；

s4：比较h与直行安全距离值，当d1≤h≤d2时，保持直行状态不变，并依次执行s2和s3；当h＜d1时，分两种情况：一种情况是与相邻的拖拉机1运动方向相同时，与拖拉机1运动方向相同的方向出现了安全距离缩小的情况则是由于车速过快造成的，此时，通过ecu控制拖拉机1减速或者停车，以增大安全距离；另一种情况是与相邻的拖拉机1运动方向相反时，此时，通过ecu控制拖拉机1加速行驶，以增大安全距离；

当h＞d2时，分两种情况：一种情况是与相邻的拖拉机1运动方向相同时，此时，通过ecu控制拖拉机1加速行驶，以缩小车辆距离来维持合适的安全距离；另一种情况是与相邻的拖拉机1运动方向相反时，此时，通过ecu控制拖拉机1减速，以缩小车辆距离来维持合适的安全距离；

s5：比较h与转向安全距离值，当d3≤h≤d4时，保持转向状态不变，并依次执行s2和s3；当h＜d3，分两种情况：一种情况是与相邻的拖拉机1运动方向相同时，与拖拉机1运动方向相同的方向出现了安全距离缩小的情况则是由于车速过快造成的，此时，通过ecu控制拖拉机1减速或者停车，以增大安全距离；另一种情况是与相邻的拖拉机1运动方向相反时，此时，通过ecu控制拖拉机1加速行驶，以增大安全距离；

当h＞d4，分两种情况：一种情况是与相邻的拖拉机1运动方向相同时，此时，通过ecu控制拖拉机1加速行驶，以缩小车辆距离来维持合适的安全距离；另一种情况是与相邻的拖拉机1运动方向相反时，此时，通过ecu控制拖拉机1减速，以缩小车辆距离来维持合适的安全距离。

为了能够充分的保证有足够的调节时间应对复杂的路况，在s1中d3＞d1，d4＞d2。

本发明采用红外激光测距传感器采集相邻拖拉机之间的实时距离，红外激光测距传感器具有精确度高，响应时间短，相互干扰小，可同时进行多个传感器同步测量的优点，所采集实时距离信息由mcu进行处理，mcu将实时距离与安全值进行比较判断是否停车、加速或减速，以实现在无人参与的情况下实现多辆无人驾驶拖拉机的自主地协同工作。在多辆无人驾驶拖拉机协同作业时，每辆车辆进行运动状态调节不需要同时联动其它车辆，利用该装置能避免多辆无人驾驶拖拉机在协同作业时，因外界作业环境多变(比如有车快，有车慢，有车需要急停，有车需要转弯等情况造成的拖拉机之间距离小于安全距离等情况。)而引发的安全事故。同时，本发明提供了一种拖拉机自主判断安全距离及采取相应安全措施保证多台无人驾驶拖拉机均在安全范围内进行稳定耕作的控制方法。