Меня часто спрашивают: зачем городить платформу с нуля, если можно взять серийный трактор и просто превратить его в робота - навесить сенсоры, поставить актуаторы на руль и педали, и готово. Расскажу, почему мы в Cognitive Pilot пошли другим путём, и что из этого вышло - с граблями, которые обычно не попадают в презентации для инвесторов.

Почему не взяли готовый трактор

Изначально мы понимали: трактор должен получиться компактным - таким, чтобы его можно было перевозить в кузове Газели или на прицепе за легковушкой.

Причина простая: автономное движение техники размером и скоростью со средний или большой трактор по дорогам общего пользования ещё не скоро станет доступным с точки зрения закона. А значит, если трактор едет своим ходом до поля, ему всё равно нужен механизатор за рулём.

Мы рассматривали постройку на базе готовых минитракторов. Но у таких тракторов предельно простая конструкция - и вся автоматизация органов управления легла бы на наши плечи, причём поверх чужой, не самой удобной для этого механики.

В итоге решили сделать платформу, максимально упрощённую именно с точки зрения автономного вождения. По сути, у нас есть только два управляемых узла: левый мотор и правый мотор. Оба управляются через подачу на контроллеры целевой скорости вращения - и всё. Остальные компоненты - гидро- и пневмосистемы - тоже собираются из узлов, которые сразу управляются по проводам, без промежуточной механики, которую нужно было бы имитировать сервоприводами.

Что мы спроектировали с нуля, а что взяли готовым

Само шасси - рама, подвеска и трансмиссия - разработано с нуля, производится на нашем заводе в Томске. Мне так просто удобнее, чем адаптировать что-то готовое под нашу нестандартную компоновку.

А вот большинство ЭБУ мы взяли из тех, что уже серийно производим на том же заводе, либо это модификации существующих наших блоков от автопилота Cognitive Agro Pilot. По возможности стараемся брать максимум готовых компонентов: электродвигатели и их контроллеры, компоненты пневмосистемы, гидросистемы, тормозной системы, ступицы колёс и так далее. Часто используем компоненты от отечественных автомобилей.

Силовая установка: последовательный гибрид

Наш трактор по сути - последовательный гибрид, что-то типа автомобилей Лисян. Он способен двигаться полностью на электричестве, а генератор нужен для подзарядки батареи. В целом трактор может ехать на энергии от генератора, если батарея почти полностью разряжена. Но полностью исключить батарею из системы нельзя - она сглаживает пиковые потребления системой привода.

Самым проблемным элементом оказались контроллеры электромоторов. Мы перепробовали много вариантов: какие-то не обеспечивали достаточной мощности, какие-то обеспечивали, но не справлялись с довольно агрессивным управлением, необходимым для точного следования по траекториям, - и буквально взрывались.

В конце концов мы стали сотрудничать с компанией «Адапто» - она, кстати, тоже московская. Их контроллеры, будучи раза в два меньше самых компактных и слабых китайских, обеспечивают надёжную работу привода. Но и с ними мы столкнулись с проблемой: при длительных больших нагрузках, например при вспашке, контроллеры грелись и уходили в защиту.

После анализа и изучения логов, а также получения от производителя электромоторов подробных характеристик, мы выяснили, что попадаем в довольно неоптимальные с точки зрения КПД обороты моторов. Насколько позволяли габариты, мы увеличили передаточное отношение - и проблема стала сильно менее выраженной. Скажу честно: до конца пока не решена.

Ходовая часть: без дифференциала и без руля

Колёсную схему мы выбрали вместо гусеничной осознанно: она проще и дешевле, на ряде грунтов обеспечивает большие тяговые возможности, к тому же проще в ремонте.

Трансмиссия у нас - это два электромотора, каждый из которых через редуктор вращает два колеса одного борта с одинаковой скоростью через цепные приводы. Такая схема не требует дифференциалов и их блокировок и позволяет в любой момент вращать все четыре колеса.

Сами шины и диски - стандартные. По сути, передние шины - от трактора МТЗ-82, они же задние - от минитракторов класса 0,6. Мы выбрали эти колёса из-за габаритов, распространённости и цены - они обеспечивают необходимые нам тяговые усилия.

Отдельно горжусь компоновкой по высоте: электромоторы с редукторами висят достаточно высоко и в передней, и в задней проекции не являются нижней точкой трактора. Если на пути встретится большой камень, он сначала столкнётся с передним бампером или задней поперечиной рамы, а не с приводом. Сами электромоторы изначально идут в защите IP67, поэтому воды не боятся, а редукторы получили закрытые сапуны от мостов квадроцикла - тоже готовое решение, которое взяли из смежной отрасли.

Подвеска у нас только передняя, на качающихся рычагах, - она обеспечивает стабильное сцепление всех четырёх колёс с поверхностью. А рулевого управления как такового у нас нет вообще.

Электроника в поле

Каждый отдельный блок электроники у нас выполнен в герметичном корпусе со степенью защиты IP67, в проводке используются автомобильные герметичные разъёмы. В итоге, если честно, каких-то проблем с защищённостью электроники у нас не было вообще.

Вал отбора мощности: электрический, а не механический

Механизм ВОМ у нас имеет привод от электромотора, а не классический механический от ДВС. Причина простая: трактор не всегда подразумевает наличие двигателя внутреннего сгорания - заказчику может понадобиться, например, чисто электрический трактор с ВОМ. Скажем, на газовых объектах, для уборки территории щёткой.

Базовый электродвигатель ВОМ имеет мощность 5 кВт - этого хватает для привода щётки, насоса опрыскивателя, некоторых косилок, разбрасывателей и так далее. Если заказчику нужен привод орудий с большим энергопотреблением, у нас есть вариант с ВОМ на 10 кВт.

Двигатели ВОМ управляются так же, как и тяговые, - с помощью контроллера BLDC-моторов. Поддержание скорости вращения, а также предотвращение повреждений при заклинивании - на стороне контроллера. Для нас это покупное устройство: мы просто сообщаем ему желаемую скорость и получаем обратную связь по потребляемой мощности, фактической скорости и ошибках.

Навеска: стандартная трёхточка

Мы используем стандартную трёхточечную навеску, которая позволяет без доработок и адаптеров крепить большинство орудий, предназначенных для тракторов тягового класса 0,6–1,4.

Подъём и опускание могут быть реализованы либо с помощью гидравлики, либо с помощью электромеханического актуатора. Для каждой операции у нас есть оптимальная скорость выполнения, а контроль усилия осуществляется через контроль потребления тока тяговыми моторами и скорость по GPS и камерам. Если трактор сталкивается с тем, что ему не удаётся продолжить движение, он может автоматически выглубить орудие и, при необходимости, сдать назад для повторного захода.

Контроль заглубления как таковой нам, как правило, не требуется - орудия сами имеют устройства, позволяющие обеспечить заранее настроенное заглубление, например колесо уровня. Но на навеске у нас всё равно стоит датчик положения - для диагностики.

Безопасность: аппаратная, а не программная

Раз оператора физически нет рядом с органами управления, для меня было принципиально, чтобы аварийная остановка работала на аппаратном уровне, а не зависела от софта.

На тракторе есть аварийные кнопки - по нажатию отключается низковольтная сеть, а вслед за ней контакторы высоковольтной сети. Есть и возможность аварийного отключения с пульта: за включение и отключение всего питания у нас отвечает отдельный простой контроллер, который по команде от радиоконтроллера может отключить низковольтную, а как следствие и высоковольтную сеть.

Радиоконтроллер у нас в принципе не позволяет трактору ехать, если не видит связи с пультом оператора, - проверка идет на уровне блока управления бортовой системой.

В тракторе стоит тормозная система, которая активируется с помощью пружины, а растормаживание происходит с помощью пневматики. При отключении питания пневматика тоже отключается - и тормоза срабатывают сами. При необходимости систему можно аварийно растормозить вручную, выкрутив гайку натяжения пружины.

Для контроля обстановки вокруг трактора мы используем камеры и лидары. В некоторых случаях, если речь о коммунальных функциях, трактор может объехать препятствие. В остальных случаях трактор остановится и будет ждать, что препятствие исчезнет - уйдёт человек или животное. Если препятствие не исчезнет, в дело придётся вступить оператору и вручную решить возникшую проблему.

Что я вынес из этого проекта

Если оглядываться назад, вся философия свелась к одному принципу: убрать всё лишнее, что не нужно для автономности, а оставшееся собрать из максимально готовых и проверенных компонентов. Два мотора вместо трансмиссии, электрический ВОМ вместо механического, автомобильные IP67-разъёмы вместо своей герметизации, контроль усилия по току вместо отдельного датчика заглубления.

Не буду скрывать и то, что не решено до конца, - например, перегрев контроллеров на тяжёлых операциях вроде вспашки мы смягчили, но полностью не устранили.