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液压和电动,哪种方式才是农机自动驾驶最好的选择
发布时间:2019/7/26 来源:《时空》杂志 阅读:1104
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随着农机自动驾驶的快速发展,市场上出现了两类功能相近但工作原理不同的自动驾驶解决方案,即液压方案和电动方向盘方案。
偶尔在网络查阅相关资料时发现,某些厂商对于电动方向盘极为推崇,但实施情况却是液压方案目前在市场中占据了较高比例,这就让我们觉得有些不太理解。
首先,两者究竟有何差别?其次,两种方案是否真的存在优劣之分?那么,本期《时空》就对话合众思壮智能车控事业部西安研发部总监陈云来解答这些问题。

《时空》:液压阀和电动方向盘这两种(农机)自动驾驶方案,哪一种更好?

陈云:农业机械的自动驾驶目前主要应用于拖拉机、收获机、插秧机、喷药机等农业机械上。

市场主推的两类方案分别是:以电液比例阀驱动转向轮的液压方案,以及通过电机带动方向盘模拟人工驾驶的电动方向盘方案。

从技术的角度来看,不能简单地说液压方案优于电动方向盘,也不能绝对地说电动方向盘强于液压方案,需要理性对比其各自优劣,且还要考虑各主流厂商销售的解决方案细节上的差异。

通常来说,液压方案一般用于车厂预装,而方向盘方案则更多是应用于后市场改造。其原因主要在于液压方案改装过程复杂,而电动方向盘改装相对简单。

并且液压方案有利于长期运行,维修保养简单;而电动方案因其电机功耗大,对电瓶寿命、方向盘安装轴有一定影响,毕竟原车方向盘安装轴的承载设计是有载荷范围的。

此外,在作业精度方面,因电动方向盘与液压转向仅是执行机构上的区分,在车况一致、规划算法固定的情况下,电动方向盘与液压方案的作业精度其实是一致的。

《时空》:两种方式的区别和优势分别是什么?

陈云:不同厂商提供的解决方案在细节上差异较大,例如合众思壮推广的慧农及壁虎系统均采用带有前级开关阀的液压方案,该开关阀仅在自动驾驶时允许液压油流经比例阀芯,人工驾驶时开关阀处于关闭状态,能够有效保护比例阀芯,但业界也有厂商为节省成本去掉了该开关阀。

再如合众思壮的EAS100电动方向盘方案是专用的大扭矩伺服电机,而部分厂商使用的是步进电机加减速齿轮实现,二者本身也是有一定差异的。

《时空》:为什么会出现两种解决方案?哪一种是最先出现的?经过什么样的发展?

陈云:市场上针对农业作业目前有两类产品在销售,分别是:自动驾驶与辅助导航。其自动驾驶又可统分为液压版自动驾驶与方向盘版方案,二者分别从不同的产品应用迭代演化而来,液压版是在拖拉机无人驾驶的研究的基础上经市场经济学考虑简化而来,方向盘版自动驾驶则由辅助导航迭代升级而来

回顾一下拖拉机自动驾驶的发展历史,在1920年左右,人类已开始研究通过原始的机械系统自动控制拖拉机沿预定轨迹行驶,随着三角测量的电子化发展,系统逐步完善,并将激光、机械杆臂、机器视觉等应用于垄距控制。

卫星定位出现后,行业先驱们很快就将其应用于拖拉机导航,进行辅助驾驶。1992年美国天宝公司开发成功RTK系统并实现商业应用,为卫星定位在农业上的厘米级应用扫清障碍。两年后,约翰迪尔公司成立了精准农业事业部,然后就马不停蹄的与斯坦福大学共同发起了拖拉机无人驾驶的研究,即1994年正式启动了农业机械基于GPS的自动驾驶研究。

当时由迪尔改装了一台拖拉机(加装电控液压阀及刹车等)并提供给斯坦福,后者在拖拉机上加装了5个GPS定位接收机、1台工业计算机、1个用户显示操作终端及相关传感器、通信装置。经过两年多的研究,这辆拖拉机系统于1997年在迪尔内部进行了两次典型的无人驾驶演示,作业控制精度达到了1英寸(2.54cm),且未对预埋的喷灌系统造成损坏。据此,迪尔在1997正式启动了该项技术的产品化开发及推广应用,就是现在的AutoTrac产品线

2000年前,美国天宝主要销售一些农业配件与辅助导航产品,在2000年正式推出AgGPS AutoPilot产品线,同样是一款液压版的自动驾驶方案。2004年,天宝推出了EZ-Steer,这是一款革命性的产品,其将打破横跨在辅助导航与自动驾驶间的柏林城墙。EZ-Steer由辅助导航EZ-Guide升级而来,其实现了6~12英寸(15~30cm)的自动驾驶控制,并在7年后升级至EZ-Pilot,彻底意义上与自动驾驶平起平坐,达到1英寸的控制精度。

另一个值得说说的就是Outback产品线,于2001年面市,隶属于半球科技:Hemisphere(2013年被合众思壮收购)。Outback-S辅助导航产品线是2001~2004年全球后装市场领军产品,截至2013年其销售超过2万5千套。半球科技于2004年重磅推出eDrive自动驾驶产品(液压方案),2008年开始在中国东北以壁虎品牌推广应用。继2013年收购完成后,合众思壮整合资源,2014年推出以北斗高精度为基础的壁虎产品。为更好服务中国农业的特殊需求,于2016年春季正式推广销售以双天线为基础的慧农自动驾驶解决方案。

《时空》:目前两种方式的占比情况如何?市场的选择是怎样的?

陈云:目前,农机自动驾驶市场可以分为以农机厂商为主的前装市场BM(Before Market)和以导航控制厂商为主的后装市场AM(After Market)。

从全球市场来看,大的农机厂商都有自动驾驶预装的系列机型(GPS Ready),如约翰迪尔的8R系列的AutoTrac技术、凯斯纽荷兰的Magnum系列的AFS AccuGuide技术,爱科的AutoGuide 3000标配丹佛斯液压阀。

再看国内前装市场,洛阳一拖出厂预装的全是液压方案,雷沃重工、中联重科、常州东风、山东五征等在展会宣传的多是液压解决方案。总体来看,车厂前装预装机型中主要是应用液压方案。但也有一些另类,如插秧机、喷药机等不带液压系统的,只能考虑用电动方向盘来改造升级

后装市场又是另一种景象,液压自动驾驶与方向盘自动驾驶都有相当量的安装销售,单看国内市场,天宝销售的二者都有但液压偏多;拓普康主要是方向盘解决方案;合众思壮二者都有,液压明显多于方向盘;上海联适二者均有,早期主要是液压,2019主推方向盘;雷沃二者都有,其他家也大多是二者都销售。

就目前了解的数据,整个中国市场从2008年至现在,已安装的电动方向盘占比约20%,液压约80%,单考虑2019年春播中国市场新增安装量,电动方向盘占比约30%,液压占比约70%。

《时空》:未来的农机自动驾驶会是什么样?

陈云:讲到这个问题,就让我想起了曾经的车载导航仪市场。那时主流汽车上配备的都是收音机,中配的是单DIN的车载CD/DVD,双DIN的车载DVD导航就是顶配。(在汽车行业中,DIN是指汽车中控台预留给汽车电器设备的标准安装空间,一般用于音响主机、LCD显示屏、车载DVD的安装。)一套车载DVD导航要一万多人民币,当年市场上高端的便携导航如任我游需要六七千,普通的如新科导航仪也需要三四千,升级地图还要钱

再看看现在呢,国产车低配就是DVD导航,全民都在用手机免费地图导航,能实时查看拥堵信息、提前择路分流、还有林志玲与郭德纲在耳边关怀,这在当年是不敢想象的。未来有多远?未来会怎样?技术革新太快,谁也说不清,这里只能朦胧的臆测下,随口说说,大家听听就好。


L5,其是Level 5的缩写,这个源自凯斯纽荷兰CNHi对农机自动驾驶的分级,其分为如下5级
本文中所提及的“自动驾驶”一般是指L4级—有监督的自动驾驶

2019年5G开始商用,全球卫星导航随着北斗三代的全球组网成功、伽利略的卫星数量也飞速增长,全面融合的GNSS技术正快速奔来,真正意义上的L5级无人驾驶只剩下传感器成本问题

农业自动驾驶应用因环境相对封闭,因此个人相信其在部分应用场景会优先于汽车道路级自动驾驶,更早一步走向无人化,开启智能农业的新时代。但真正意义上的无人农场,在2050年前应该不会存在,毕竟农场及设备也需要人类去管理,农场的对外沟通运作同样离不开人类的协调。

未来已来,农机无人驾驶将会出现各种形态的L5级专用全自动化机器人。农机巨头也都在积极布局,总能看到一些一些端倪,2016年拖拉机巨头凯斯纽荷兰推出一款无驾驶室的概念拖拉机;2018年约翰迪尔花3.05亿美金收购蓝河技术(BRT:Blue River Technology),不久的将来迪尔可能基于BRT的 LettuceBot技术出一款专用机器人;2019年,新新公司ecoRobotix SA将正式发布其农用太阳能机器人。

无论是从技术还是商业的角度,我相信自动驾驶已经近在眼前,而卫星导航与自动控制也必将改变世界。