Kontrollsystem för automatisk vagnföljning till skogsvagnar

Abstract (Swedish)

En traktor med skogsvagn är ett tämligen stort ekipage som i skogen sällan har gott om plats att ta sig fram på. För att göra det möjligt är många skogsvagnar utrustade med en extra led på dragstången, så kallad vagnstyrning. Denna led används för att förskjuta vagnen i sidled och därmed anpassa dess färdväg. Detta är mycket användbart i skogen då det medför att, med rätt inställning, vagnen följer i traktorns hjulspår. Att styra denna led är idag ett manuellt arbete som utförs av föraren.
Detta examensarbete undersöker hur vagnstyrningsleden istället kan kontrolleras av ett styrsystem och därigenom befria föraren från denna uppgift. För att göra detta undersöks först olika principer för detektering av ekipagets färdväg. Av dessa väljs den princip som ger en så enkel och generellt applicerbar lösning som möjligt. Vidare undersöks några matematiska modeller och samband som behövs för att förstå hur vagnstyrningsvinkel ska regleras och hur styrsystemet ska kunna utföra detta. För att verifiera antaganden och modeller görs ett simuleringsprogram. Simuleringstester visar att den valda modellen fungerar för att på rätt sätt justera vagnstyrningsvinkeln - med små avvikelser i svåra situationer. Dessa avvikelser resulterar i en skillnad mellan den önskade färdvägen och den faktiska i storleksordningar på några centimeter.
Ett prototypsystem konstrueras och implementeras på ett fullskaligt skogsekipage för att kunna verifiera resultaten av studien.
Tester visar att prototypsystemet väl klarar att reglera vagnstyrningen för att uppnå ett önskat resultat. De avvikelser som simuleringen visar återfinns även på det riktiga ekipaget, men är så små att det inte begränsar nyttan med automatiseringen. En kritisk faktor som framkom vid testerna är att då vinkeländringen, som styrs hydrauliskt, är långsam krävs det en låg körhastighet för att resultatet ska kunna garanteras. Detta är emellertid inget problem då ekipage i skogen alltid framförs med en låg hastighet.

Abstract

A tractor with a forest trailer is a large vehicle combination. When it is driven in the woods there is not a lot of space. To make it possible to turn in limited spaces forest trailers are equipped with an extra joint on the drawbar. This is called drawbar steering. This joint changes the geometry of the trailer in order to make it take another path. This feature is very convenient in the forest as with the right settings, this makes the trailer follow the tractor’s tracks without requiring any extra space. This joint is currently manually controlled by the driver.
This master thesis investigates how the drawbar steering could be controlled by an automatic control system and remove this task from the driver. To do so, some different principles for trajectory detection is compared. This thesis is focusing on the principle that offers the easiest implementation on an existing forest trailer, even though this may not gives the most exact trajectory information.
The mathematical models and angle relations for the trailer and drawbar are analyzed to understand how the drawbar steering should be adjusted and how a control system could do that. To test and verify these models and assumptions, a simulation program is developed. The simulation tests show that the chosen principle for regulating the drawbar steering works - with just a minor deviation in difficult situations. This deviation results in a difference between the desired and the actual trajectory that reaches a maximum of a few centimeters.
A prototype system is developed and implemented on a full-scale forest trailer to verify the results.
Tests show that the system is able to regulate the drawbar steering to accomplish the desired result. The deviation found in the simulations is seen in the real test case as well, but it is so small that it does not affect the use of the automatization. One limitation that appeared during the tests is that, for the system to work properly it is required that the tractor is driven at low speed. This is because the drawbar steering, that is hydraulically controlled, is mowing slowly and will not have time to compensate otherwise. This is however not a problem since a forest trailer is always driven slowly in the woods.

• author: Lundberg, Måns
• supervisor: Gunnar Lindstedt; Johan Björnstedt
• organization: Industrial Electrical Engineering and Automation
• alternative title: Control system for automatic drawbar steering on forest trailers
• course: EIE920 20172
• year: 2017
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Vagnstyrning, skogsvagn, kontrollsystem, styrsystem, canbus
• publication/series: CODEN:LUTEDX/TEIE
• report number: 5390
• language: Swedish
• id: 8923277
• date added to LUP: 2017-09-29 10:48:17
• date last changed: 2017-09-29 10:48:17