中国作为一个农业大国，却不是农业机械强国，我国致力于实现农业机械化，以提高生产效率，随着科技信息时代的到来，依靠单纯的机械化生产以不能满足生产力的要求，农业机械正在面向智能化、信息化方向发展，而精准农业的发展离不开智能农业机械的发展^[1]。精准农业可以提高土壤和作物的生产潜力，提高土地利用率，减少漏播重播率，因此降低了能耗、増加了生产率，提高了利润，减少了污染，保护了生态环境，是可持续农业发展的保证。智能化在农业中的应用，改变了农业经济増长的方式，有利于新农村的建设。国家在适应新形式，将精准农业列入“863”计划中，开展了一系列智能农业项目。国内、国外对于转向技术的革新及发展进行诸多技术理论等方面的研究^[2]。目前, 最常用的方法是电动机和电液的控制两种方式。

北美、日本和欧洲的一些国家对农业机械的技术的研究起步比较早，并取得了一些相关的成熟产品，已经应用到农业生产中^[3]。1978年德国奔驰公司在其生产的农用拖拉机上成功使用了电液控制的三点悬挂装置,此后随着电子技术、传感器技术、微机控制技术和信息决策系统的发展,拖拉机作业机组的电子控制技术得到逐步发展,由对拖拉机部件的单独控制发展到对拖拉机作业机组的综合控制,进而实现对拖拉机作业机组的信息化和智能化控制^[4]。技术的发展和拖拉机机组作业的特点使得分布式控制系统成为农业机械自然而然的框架形式,农业机械上各个控制系统的电子装备之间的技术数据交换、农业机械与农业生产管理信息系统(MIS)之间的数据交换和农业机械电子设备的集成匹配、互换与维护产生了对农业机械设备总线的需求,从而使以标准化通讯协议为核心的网络化分布式控制成为拖拉机机组电子控制技术发展的必由之路^[5]。电子控制技术使得力、位信号的反馈变得容易,控制性能更加完善,目前除了实现力位调节、灵敏度调节、下降速度调节外还可以实现远端控制以及带农具高速行驶的减振控制。同时也使得液压悬挂系统在拖拉机上的布置更加方便合理,采用分置式系统同样可以实现各种控制功能。芬兰维美德拖拉机公司的新产品T系列是维美德公司进行更新换代的高科技(iH-eThc)系列拖拉机产品^[6]。T190在传动系统可通过电液控制进行负载换向,电液控制前桥驱动和后桥差速锁,也可以按负荷大小自动进行负载换挡。在拖拉机的各个部件采用电子控制技术的基础上,就可以进行拖拉机各个子系统联合控制,形成完整的控制体系,实现拖拉机作业机组各个子系统协调和优化匹配,在保证作业质量的前提下具有最优的生产率和燃油经济性。随着信息技术在农业生产中的应用和精细农业的兴起施拉机机组的信息化和智能化控制得到了很大的发展^[7]。TS-A系列拖拉机的电液控制换挡操纵安装在方向盘下,可以左手不离方向盘进行换挡操纵,这样右手就可以同时进行液压悬挂及农机的调整操作;拖拉机的液压悬挂系统采用闭心负荷传感系统,电液控制悬挂控制方便地布置在座椅扶手上,同样也可以进行挂接机具的液压悬挂远端控制;在TS-A系列拖拉机上还通过机载计算机实现了地头转弯综合控制功能,通过一个按键可实现地头转弯的换挡、液压提升系列操作,大大降低了驾驶操作的难度和强度;在New Holland的拖拉机上还可以选装差分GPS自动导航系统,在进行大面积作业时提高工作效率和精度,并同时具备实施精准农业的基础[8]。在国外, 转向系统经过不断的钻研以及实践的积累, 转向技术已经日趋成熟, 如Qiu H、Zhang Q提出了拖拉机的电液操控系统的设计, 有液压泵、转向控制器 (EUD) 、比例转向阀等零件构成。^[9-10]

在国内的发展, 电动机的控制方式最为常见, 应用存在弹力的张紧带和同步进行的齿轮带, 通过两种传送带将电动机的转矩传向方向盘转换轴上, 帮助插秧机最终实现了自动化、机械化的转向控制;另一种模式为, 采用直流的小功率电动机, 通过对摩擦轮的驱动作用, 最终实现插秧机的机械化、自动化转向控制;还可以通过对全液压的转向器、驱动器、步进电动机、电磁的换向阀以及液压的其它连接零件进行加装, 最终实现拖拉机的转向技术的应用^[11-13]。电液的控制转向系统方法的优势在于, 具备对设备拥有较大的功率、响应速度较快的有效控制等特点, 应用在大中型的农田作业的机械导航中最佳。转向控制系统主要由转向执行机构和转向控制算法构成。其中转向执行机构主要功能是驱动装置，实现农用机械的角位移变换，转向控制算法是控制部分，为了能更精确的执行转向的控制，实时监测反馈路径跟踪过程中的工作状态，保证按规定路径行驶，构成闭环的反馈系统。^[14]

转向控制是车辆最基本控制，是车辆的底层关键技术之一，转向控制系统的好坏决定拖拉机行走的好坏，包括方向控制和行走误差，它直接决定拖拉机运动的灵活性和控制的复杂性。开发出一套具有中国知识产权的转向控制系统，缩小与国外技术的差距，降低产品的价格，使农民们能够买的起，用的放心。^[15]

2. 研究的基本内容与方案

履带拖拉机的转向控制器的设计。通过对方向轮盘转动角度的信号采集，然后将信号进行加工，接着将再加工过的信号送入STM32处理器，通过STM32里的程序来将信号进行出理，STM32对信号处理完成后输出相应的PWM信号去控制比例电磁阀，进而通过液压油的输入量来控制两边履带的速度差来进行转向。

转向控制策略：转向角度传感器的中立位置±7.5度为正常行驶范围，此范围内转动方向盘无效，左右行走泵根据行走手柄位置同排量输出。左转时，随着方向盘转动角度越来越大，左侧行走泵排量降低（由于手柄控制的最大流量是变化的所以编码盘在这360度范围控制的斜盘开度范围也是变化的），右侧行走泵排量不变，当方向盘打满一周时左侧行走泵正向输出为0，继续打方向盘，左侧行走泵反向流量增大，直到方向盘打满两圈，左侧行走泵流量与右侧行走泵流量大小相同（方向相反）实现原地转向。右转向同理。

其实现框图如下图所示：