随着智慧农业概念的提出,传统的农机不具备无人驾驶功能,加上收获季节机手短缺,使得研究农机自动导航驾驶技术变得迫切。电动方向盘作为农机自动导航体系中的执行环节,其操作性与适应性能都会直接影响到导航控制的精度。目前,现有应用于农业机械的电动方向盘存在扭矩小、转向精度低、手动操作与自动驾驶之间无法自行切换等问题,因此,设计一种手自一体化方向盘对于实现农业车辆自主导航具有非常重要的科学意义和实际应用价值。本文主要完成的研究工作如下:基于设计目标提出一种手自一体化方向盘的集成设计方案,完成了传动系统各个工作部件的设计,利用Solidworks软件完成了方向盘的三维设计,并对关键传动零部件进行了校核;构建了由单片机、手自动切换开关、编码器转角检测和步进电机驱动器组成的硬件系统;为了测试方向盘的扭矩转速性能设计了试验台架。为实现方向盘对上位机发送的目标转角的跟踪,设计一种方向盘转角控制算法。通过分析步进电机的数学模型和驱动原理,将PID算法和模糊算法相结合,设计了方向盘转角跟踪模糊PID控制器。同时,在Matlab/Simulink中搭建了步进电机模型、细分驱动模型、转角控制算法模型、执行机构模型,以不同转角信号开展方向盘转角跟踪仿真试验,验证方向盘转角控制算法的合理性及控制模型的正确性。基于Keil uVision5平台进行了方向盘手自动切换开关离散量信号采集与滤波处理、绝对式角位移编码器串口数字信号采集与协议解析、上位机期望目标转角串口数字信号获取与协议解析和模糊PID控制器程序设计。为了实现方向盘各种指令的手动下发,周期上报,基于Labview平台进行了上位机的设计。在自主设计的方向盘试验台架上开展方向盘的性能测试试验,方向盘扭矩转速试验表明方向盘的最大输出扭矩可达到10N·m,方向盘转速在30r/min内有较强的带载能力;方向盘转角精度试验表明设计的模糊PID控制器能即时调整方向盘转角,转角精度为±0.5%,方向盘的转向闭环试验表明在方向盘转向过程中控制器能够在满足控制精度要求的前提下快速跟踪目标期望转角,最大响应时间在1s以内,验证设计的方向盘转角跟踪模糊PID控制器的有效性。通过方向盘的性能测试试验,验证了研制的手自一体化方向盘满足设计要求。