Тенденции и перспективы развития бортовых компьютеров для сельскохозяйственных тракторов

Тенденции и перспективы развития бортовых компьютеров для сельскохозяйственных тракторов

Современные тракторы, оборудованные электронными системами управления и контроля, западные фирмы предлагают на польском рынке уже с 1989 г. Это микропроцессоры, обслуживающие отдельные системы  трактора, или бортовой компьютер (микропроцессор, микрокомпьютер), управляющий и исполняющий  контрольные функции нескольких систем трактора.

Тракторов с  таким оборудованием эксплуатируется  пока мало, но по прогнозам ИБМЭР  предусматривается увеличение их продаж в связи с растущими требованиями экономическими, экологическими, качества и безопасности труда, а также  комфорта езды и обслуживания. Эти  факторы вынуждают конструкторов  постоянно совершенствовать модели тракторов и для повышения  эффективности их использования  вводить более производительные системы управления и контроля. Передача сигналов между ними (их взаимная связь) дает возможность выполнять комплексные  агротехнические приемы, качество которых  нельзя достичь при традиционном (механическом) управлении вручную. При  этом особо эффективна цифровая техника, передающая большое количество информации при ограниченном числе кабелей (проводов). Простоту решений обеспечивают соединения системы CanBUS.

Целью исследований была попытка оценить возможности  применения бортовых компьютеров в  с.-х. тракторах наиболее популярных на польском рынке фирм Case, Deutz-Fahr, Fendt, New Holland, John Deere, Massey Ferguson и др.

В тракторах  с помощью проводов, передающих цифровые данные, можно соединять системы, управляющие двигателем, коробкой передач, гидравлическим подъемником, ведущими осями колес и т. п. С бортовым компьютером могут одновременно работать управляющие и контрольные  системы, находящиеся на агрегатированных с трактором машинах. Применение электронной управляющей системы, которая охватывает взаимодействие тракториста, трактора, машины и почвы, создает большие возможности  для повышения производительности труда, снижения расхода топлива  и уплотнения почвы. Электронная  регулировка машин требует совместимости  установленного на тракторе компьютера и процессора машины, а также соответствия их проводов и соединений. Это уже  стандартные узлы, что позволяет  агрегатировать трактор с машинами, оборудованными электроникой разных производителей.

Растут возможности  электронного управления системой позиционирования трактора во время работы, а также  системой взаимной телесвязи между  трактором, машиной и бюро. В последнее  время иностранные фирмы показывают на выставках тракторы с автоматически  управляемым гидроприводом без  кабин и трактористов. Тракторы с  такими системами практически не предлагаются на польском рынке.

Фирмы, действующие  в Польше, оснащают тракторы компьютерными  системами измерения, регистрации, мониторинга и автоматического  управления параметрами работы. Распространяются также: системы датчиков, информирующих о неправильной работе трактора (его систем), и подсказывающих, что надо в данном случае сделать; диагностические системы для ремонтных мастерских; простые электронные управляющие устройства (например, электронный ограничитель числа оборотов, ограничитель верхнего положения TUZ) и микропроцессорные системы, управляющие параметрами отдельных систем трактора (например, подъемника, коробки передач или двигателя). Кроме того, с модульным строением существует возможность путем добавления модулей и соединения их магистралями передачи сигналов между собой и управляющими элементами (электрические вентили, датчики), помещенными в системах трактора, расширить пределы управления бортовых компьютеров.

Электронные системы трактора охватывают:

приводы систем (узлов) трактора (двигатель, коробка передач, шасси, подъемник);

информацию, регулировку, управление (контроль процессов, информация о включенных узлах, приводах трактора, установочных параметрах, переключение передачи, включение  и выключение привода передней оси, дифференциала, ВОМ и т. п.);

диагностику, позволяющую  самоконтролировать систему, анализировать  и сигнализировать о неисправностях и местах их возникновения;

управление (накопление результатов  работы, отработанных средств и затрат, принятие решений, касающихся изменения  режимов);

функционирование МТА (передача данных от датчиков машины в бортовой компьютер трактора и управление режимами работы агрегата);

спутниковые системы позиционирования машины на поле (спутниковая навигация);

системы связи между бортовым компьютером и находящимся в  бюро.

Наиболее  распространенные системы охватывают первые четыре функции из семи указанных  и касаются непосредственно трактора, а не наружных систем, связанных  с электронным управлением сельхозмашиной, спутниковой навигацией и компьютерами в бюро. Электронное соединение узлов (систем) дает возможность эффективно управлять работой агрегата при  условии, что они оборудованы  управляющими системами. Существенная проблема электронных систем — качество датчиков и измерителей величин  и функциональных параметров, от которого в значительной степени зависит  качество управления. Во многих случаях  определенные технические проблемы связаны с выбором места, где  смонтированы датчики.

Современные двигатели оборудованы электронной  системой управления впрыском топлива, которая позволяет снизить его  расход и ограничить эмиссию вредных  химических веществ в атмосферу  без участия человека. Для этого  на двигателе требуется разместить около 20 датчиков. Кроме того, новые  модели тракторов оборудуют системами  электронного ускорения, управляемыми вручную. Оператор при помощи переключателей и кнопок регулирует частоту вращения вала двигателя.

Дополнительно тракторы оснащают электронными устройствами, которые автоматически подбирают  передачу в КП с учетом скорости и скольжения колес. Включение передачи заключается в передаче сигнала (нажатием кнопки) микропроцессору, который  выполняет пересчеты и включает соответствующие гидравлически  управляемые пары зубчатых колес. Фирма  SAME предлагает тракторы с КП Multispeed, в которых выходная мощность двигателя контролируется электронной управляемой системой, передающей данные в центральный блок. Управляющая система в зависимости от мощности двигателя устанавливает соответствующий режим работы — SOFT (экономный) или HARD (максимальные возможности). Если она обнаруживает неисправность (поврежденная катушка электронного клапана управления, блокировка нажимной кнопки, отсутствие мощности двигателя), то сигнализирует соответствующим кодом. Multispeed обеспечивает непрерывный поток мощности от двигателя к КП и колесам, что позволяет повысить производительность, сократить время выполнения заданной операции и тем самым снизить расход топлива и затраты. Выбор соответствующего режима работы передачи, диапазона, скорости и направления езды осуществляется с помощью кнопок без нажатия педали муфты сцепления (под нагрузкой).

Благодаря автоматическим передачам, применяемым в некоторых  моделях тракторов фирмы Deutz-Fahr, можно устанавливать не только определенный режим работы (ЕСО — экономный или POWER — максимальные возможности), но и программировать передачу. Трактор можно сразу привести в движение или ограничить его ход верхним диапазоном скорости, выше которого система не будет переключать передачи.

На польском рынке доля тракторов с приводом на четыре колеса увеличивается. Но обычно предлагается стандартный привод на переднюю ось, а разница окружных скоростей передних и задних колес  не должна превышать 1—5%.В связи  с этим в приводной системе  между передней и задней осями  возникают напряжения, что снижает  передаваемую мощность. Для уменьшения потерь мощности в системе привода  применяют соответствующие электронные  датчики. В стандартно оборудованных  тракторах оператор вынужден часто  включать и выключать передний мост и блокировать дифференциал вручную  с помощью рычага. Привод передней оси и блокирование дифференциала  необходимы в условиях плохого сцепления  колес с почвой на полевых работах, при крутом повороте, во время работы на возвышениях, а также при езде по поврежденной поверхности грунта или дороги.

По желанию  заказчика трактор может быть оборудован передним приводом и блокировкой  дифференциала, включаемыми электрогидравлически при помощи кнопок. Привод на четыре колеса используют во время полевых  работ, но на скорости 15 км/ч он автоматически  отключается. Дифференциал обычно заблокирован, а блокировка освобождается при  скорости>15 км/ч, пово- роте на угол>20°  при скорости < 15 км/ч, а также  при угле поворота>5° и скорости < 10 км/ч. Если необходимо повернуть  трактор на угол>20°, дифференциал разблокируется и маневренность  агрегата увеличивается. Для включения  и выключения привода передней оси  и блокирования дифференциала используется система SBA. Когда она выключена, непосредственный привод на четыре колеса и блокирование дифференциала включаются вручную при помощи электрогидравлических рычагов.

В современных  тракторах подъемник регулируется (устанавливается) электронной системой со щита управления. Это оборудование стандартное или входит в состав системы вместе с электронным  управлением ускорения (оборотами  двигателя) и КП и многофункциональным  управляющим рычагом. Переключатели  подъемника входят в состав системы, которая на основе информации от датчиков (в зависимости от режима работы) контролирует состояние электрогидравлических  клапанов и управляет ими. Система  состоит из управляющей единицы, управляющего щита, электрогидравлических  клапанов, гидравлического насоса, датчиков силы и позиции, радара или  датчиков окружной скорости колес, кнопок подъема/опускания на крыле (для  управления вне трактора).

Управляющая единица управляет подъемником  в разных режимах: блокировки, транспорта, остановки плавного ускорения, замедления, подъема/опускания, тревоги, тестирования (применяется только в мастерских). Каждая из трех функций (сила, позиция, скольжение) может быть выбрана как  главная, вспомогательная или вообще не выбрана. Система диагностирует  повреждения управляющей единицы (ошибка памяти, программирования, электрическая), датчиков (повреждение, разъединение), проводов (разрыв магистрали, соединения), катушек электрических клапанов (короткое замыкание, разъединение).

Кроме указанных  узлов тракторы оборудуют электронными узлами, управляющими ВОМ (включение/выключение, автоматическое разъединение при выключении двигателя, указание повреждения системы  и др.).

Некоторые модели тракторов (например, фирмы Case) оснащают цифровой системой, которая контролирует давление масла в двигателе, температуру и давление масла в передачах, а также температуру охлаждающей жидкости. Если один из указанных параметров не соответствует требуемому, контрольная цифровая система выключает питание. электромагнитного клапана на топливном насосе и подача топлива к двигателю прекращается. Кроме того, для измерения действительной скорости движения используются радарные датчики, точно определяющие скольжение колес (в процентах) в любых условиях (представляется в виде графика). Удержание заданного скольжения позволяет повысить эффективность работы, точность дозировки (например, удобрений, семян) и тем самым снизить затраты и сохранить окружающую среду.

Кроме того, в  современных тракторах используют также системы, управляющие жесткостью подрессоривания передней оси, электронный  регулятор кондиционера кабины и  др. Электронные узлы автоматически  проверяют параметры работы трактора и подсказывают оператору вариант  для выбора лучшего способа управления. Такие системы не только измеряют и показывают параметры функционирования трактора, но и оценивают их с  целью получения лучших технико-экономических  показателей. Затем указывают, какие  действия необходимо выполнить, чтобы  трактор перешел от актуальных параметров к оптимальным. С этой целью электронная система по программе подсчитывает критериальные значения параметров, определяет их оптимум и о результатах информирует тракториста, а тот принимает решение. Такого рода системы предлагают, например, фирмы Datatronic, Uni-Control, Spartronic, Hessel.

В ближайшее  время ожидается введение в эксплуатацию систем, которые (принимая во внимание безопасность труда) могут представлять интерес для польских потребителей, — сигнализатор угрозы равновесию трактора (агрегата) как дополнительный независимый модуль или часть  системы бортового компьютера и  электронного оборудования, управляющего автоматизированной навеской орудий. Соединение с трактором прицепных  орудий и навесных машин облегчают  автоматические сцепки, но они требуют  точного подъезда к объекту, что  иногда затруднено. Электронное устройство измеряет расстояние между трактором  и машиной, а бортовой компьютер  на основании измерений подсчитывает угол поворота трактора, необходимый  для правильного подъезда и автоматической сцепки.

В перспективе  возможно появление трактора с бесступенчатой регулировкой гидростатического привода  на все четыре колеса. Электроника  будет управлять гидроприводом, используемым для разделения приводного момента соответственно распределению  нагрузки по осям. Очередным шагом  явится внедрение бесступенчатой регулировки  скорости трактора с использованием гидростатического (гидравлического) привода с целью создания автоматизированного  трактора, управляемого на расстоянии.

Журнал "Тракторы и сельскохозяйственные машины", 2003 год, № 6

 Канд. с.-х. наук. Я. Р.  КАМИНЬСКИ (ИБМЭР, Варшава)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра «Автотракторное  электрооборудование» / Учебные дисциплины

Физические  основы электроники.

Элементы  электроники.

Теория  автоматического управления.

Электрооборудование автомобилей и тракторов.

Схемотехника.

Системы электроники и автоматики автомобилей  и тракторов.

Технология  производства электрооборудования  автомобилей и тракторов.

Эксплуатация  и ремонт электрооборудования автомобилей  и тракторов.

Испытание электрооборудования автомобилей  и тракторов.

Надежность  электрооборудования автомобилей  и тракторов.

Патентоведение  и теория инженерного эксперимента.

Проектирование  микропроцессорных систем.

Информационно-измерительные  системы автомобилей и тракторов.

Теория, конструкция и расчет электрооборудования  автомобилей и тракторов.

Учебно-исследовательская  работа.

Схемотехника  электронных устройств автомобилей  и тракторов.

Технология  производства электронных изделий  электрооборудования автомобилей  и тракторов.

Системы автоматического проектирования  электрооборудования автомобилей  и тракторов.

Системы управления автомобильными двигателями.