Исполнительное устройство для автоматического управления машинотракторным агрегатом

Полезная модель относится к устройствам для автоматического управления машинотракторным агрегатом на гоне при выполнении сельскохозяйственных работ и состоит из электромеханического усилителя руля автомобиля, блок управления которого дополнительно запрограммирован на поворот ротора электродвигателя усилителя по сигналам навигационной системы. Сигнал со штатного датчика момента электромеханического усилителя руля автомобиля, возникающий при приложении водителем усилия на рулевое колесо, дополнительно используется для отключения режима автоматического управления. Электромеханический усилитель руля автомобиля развивает управляющий момент до 20-24 нм, а режимы автоматического управления используются только в движении, поэтому возможно автоматическое управление любым машинотракторным агрегатом, даже при отсутствии на агрегате штатной системы снижения нагрузок в рулевом управлении.

1. Название полезной модели.

Исполнительное устройство для автоматического управления машинотракторным агрегатом. По классификации МПК относится к разделу А01В 69/04.

2. Область техники.

Полезная модель относится к устройствам для автоматического управления машинотракторным агрегатом на гоне при выполнении сельскохозяйственных работ.

3. Уровень техники.

Известно применение в сельском хозяйстве подруливающих систем, состоящих из спутниковой навигационной системы параллельного вождения (курсоуказателя) и исполнительного механизма на базе электрического двигателя с фрикционным роликом, непосредственно приводящим во вращение рулевое колесо машинотракторного агрегата. Например: подруливающее устройство EZ-Steer фирмы Trimble (www.trimble.com/agriculture/ez-steer.aspx), подруливающее устройство Leica QuickSteer (www.leica-geosystems.ru/ru/Leica-QuickSteer_85652.htm). Так как в данных устройствах используются маломощные электродвигатели с крутящим моментом до 2 нм, то круг их применения ограничен современными машинотракторными агрегатами с полностью компенсированными усилиями в рулевом управлении. При установке данных устройств на большинстве видов автотракторной технике советского (российского) производства происходит проскальзывание фрикционного ролика по ободу рулевого колеса, перегрев электрического двигателя и полная неработоспособность системы. В 2011 году фирма Trimble разработала подруливающее устройство с повышенными моментными характеристиками на базе электрического двигателя постоянного тока с полым ротором EZ-Pilot (www.trimble.com/agriculture/ez-pilot.aspx), встраиваемого непосредственно в рулевую колонку машинотракторного агрегата. Однако цена данного устройства на российском рынке достигает 250000-260000 руб.

С другой стороны известны электромеханические усилители руля, предназначенные для снижения усилия на рулевом колесе автомобиля, в частности при маневрах на малых скоростях и повороте колес на стоянке, например:

- RU 2158692, МПК B62D 5/04, 10.11.2000;

- RU 2181091, МПК B62D 5/04, 10.04.2002;

- RU 2278797, МПК B62D 5/04, 2006.01, МПК Н02К 21/16, 2006.01 Данные усилители состоят из электродвигателя постоянного тока, статор которого одновременно является корпусом устройства. Ротор двигателя подключается к рулевому колесу через датчик момента, а рулевой привод автомобиля подсоединяется к ротору двигателя непосредственно (RU 2181091, RU 2278797) или через редуктор (RU 2158692). Усилители руля автомобиля имеют датчик положения ротора и блок управления, который, управляя вращением ротора двигателя по сигналам датчика момента, создает вспомогательный момент, компенсирующий часть усилия, которое требуется прикладывать водителю в процессе управления автомобилем. Электромеханические усилители руля автомобиля развивают компенсирующий момент до 20-24 нм, серийно выпускаются российской промышленностью и широко используются в автомобилестроении.

4. Сущность полезной модели

Целями создания «Исполнительного устройства для автоматического управления машинотракторным агрегатом» являются:

- повышение качества и производительности сельскохозяйственных работ, связанных с вождением машинотракторного агрегата по гонам установленной ширины;

- автоматическое управление автотракторной техники с некомпенсированными штатными системами усилиями в рулевом управлении;

- повышение доступности систем автоматического управления машинотракторным агрегатом для конечного пользователя.

Поставленные цели достигаются тем, что в качестве «Исполнительного устройства для автоматического управления машинотракторным агрегатом» используется электромеханический усилитель руля автомобиля, блок управления которого дополнительно запрограммирован на поворот ротора электродвигателя усилителя по сигналам навигационной системы.

Благодаря тому, что электромеханический усилитель руля автомобиля развивает компенсирующий момент до 20-24 нм, а режимы автоматического управления используются только в движении, возможно его использование на любом машинотракторном агрегате, даже с отсутствием штатной системы снижения нагрузок в рулевом управлении.

Благодаря тому, что в электромеханическом усилителе руля автомобиля присутствует датчик момента, возможно отключение режима автоматического управления при механическом воздействии водителя на рулевое колесо.

Благодаря тому, что в качестве «Исполнительного устройства для автоматического управления машинотракторным агрегатом» применяется электромеханический усилитель руля автомобиля, возможно использование его штатной функции компенсации усилий в рулевом управлении при движении машинотракторного агрегата по полю в ручном режиме управления.

Благодаря тому, что электромеханический усилитель руля автомобиля серийно выпускается и широко используется в автомобилестроении стоимость «Исполнительного устройства для автоматического управления машинотракторным агрегатом» будет в 2-2.5 раза ниже импортных аналогов.

5. Перечень фигур чертежей.

На фиг.1 показана установка «Исполнительного устройства для автоматического управления машинотракторным агрегатом» на автомобиле ГА3-66.

6. Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.

«Исполнительное устройство для автоматического управления машинотракторным агрегатом» на базе электромеханического усилителя руля автомобиля устанавливается в кабине машинотракторного агрегата. Входной вал ротора Устройства подсоединяется к приводу рулевого управления, выходной конец вала - к рулевому колесу. К блоку управления Устройства подключается навигационная система, например спутниковая навигационная система параллельного вождения, которая выдает сигнал управления при отклонении координат местоположения машинотракторного агрегата от линии заданного пути. Блок управления Устройства может работать в следующих режимах «Готовность», «Компенсация», «Автоматическое управление» или «Отказ»:

В режиме «Автоматическое управление» Устройство автоматически поворачивает управляемые колеса машинотракторного агрегата по сигналам навигационной системы.

В режиме «Компенсация» Устройство создает вспомогательный момент, компенсирующий часть усилия, которое требуется прикладывать водителю в процессе управления машинотракторным агрегатом при движении по полю. Ток потребления Устройства при формировании компенсирующего или управляющего моментов в рабочих режимах может достигать значений десятков ампер. Поэтому режимы «Компенсация» и «Автоматическое управление» возможны только при нормальной работе электрогенератора агрегата, которая определяется Блоком управления по наличию допустимого напряжения бортсети (10,815,0 В) и наличия скорости движения агрегата (по информации навигационной системы).

В режиме «Готовность» Устройство будет находиться в случае выхода напряжения бортсети за рабочий диапазон или на стоянке - при отсутствии скорости движения.

В режиме «Отказ» исключается влияние Устройства на процесс управления машинотракторным агрегатом. Вход в режим «Отказ» происходит при фиксации Блоком управления Устройства выхода контролируемых параметров за допустимые пределы, при диагностике внутренних неисправностей или водителем через аварийную кнопку отключения.

Полезная модель работает следующим образом.

Рабочие режимы работы Устройства выбираются водителем в меню навигационной системы. При работе в режиме «Автоматическое управление» поворот ротора электродвигателя (поворот управляемых колес машинотракторного агрегата) производится по сигналам навигационной системы при отклонении фактического местоположения агрегата от линии заданного пути. Переход Устройства из режима «Автоматическое управление» в режим «Компенсация» происходит:

- автоматически при достижении границы зоны обработки по сигналу навигационной системы;

- при механическом воздействии водителя на рулевое колесо - появлении сигнала датчика момента.

Любой из рабочих режимов Устройства можно отключить водителем при помощи аварийной кнопки.

1. Исполнительное устройство для автоматического управления машинотракторным агрегатом, отличающееся тем, что в качестве привода управляемых колес машинотракторного агрегата используется электромеханический усилитель руля автомобиля, блок управления которого дополнительно запрограммирован на поворот ротора электродвигателя усилителя по сигналам навигационной системы.

2. Исполнительное устройство для автоматического управления машинотракторным агрегатом по п.1, отличающееся тем, что сигнал датчика момента усилителя руля используется для отключения автоматического режима управления.

3. Исполнительное устройство для автоматического управления машинотракторным агрегатом по п.1, отличающееся тем, что в качестве одного из условий перехода устройства в рабочий режим автоматического управления или компенсации усилий выбрано наличие движения машинотракторного агрегата - наличие сигнала скорости, поступающего в блок управления устройства из навигационной системы.