CN104111660A - 扫雪车及扫雪车滚刷升降控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种扫雪车及扫雪车滚刷升降控制装置和方法，扫雪车包括车体和设置在车体前端的扫雪装置，扫雪装置包括主机架、铰接在主机架上的滚刷机架、滚刷、带动滚刷转动的执行机构以及滚刷升降控制装置。该滚刷升降控制装置包括：用以检测滚刷机架的旋转角度的第一传感器、用以直接检测滚刷的离地高度的第二传感器以及一控制器，控制器根据第一传感器和第二传感器检测的数据计算得出实际高度值，并把实际高度值与预先设定的高度设定值进行比较，运行PID控制算法，根据计算结果控制滚刷升降至设定高度。该扫雪车的滚刷升降控制装置及方法可使扫雪车的离地高度保持稳定，并使作业人员不用在寒冷的天气到驾驶室外进行手动操作，提高了工人作业的舒适度。

Description

扫雪车及扫雪车滚刷升降控制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种扫雪车，尤其涉及扫雪车上的滚刷升降控制系统和方法。

背景技术

带滚刷的扫雪车是通过滚刷的旋转实现积雪清扫的。目前，这类扫雪车对路面进行积雪清扫时，主要是由驾驶员通过机械装置人工调节滚刷离地高度，然后再进行积雪清扫工作。但在实际工作过程中，由于地形起伏、滚刷磨损、支撑轮子的变形等因素，导致滚刷离地高度不稳定，不能达到正常的清扫效果，此时则需要驾驶员出到驾驶室外目测滚刷的离地高度并进行手动调节，以升降滚刷高度使滚刷对路面存在合适的贴紧压力，达到良好的扫雪效果。然而，在寒冷的冬天让驾驶员频繁出到驾驶室外，会冻伤驾驶员的身体，也会降低扫雪效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种扫雪车的滚刷升降控制装置和方法，以应用于扫雪车的滚刷离地高度控制中，使扫雪车的离地高度保持稳定。

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种可自动控制滚刷高度的扫雪车，以使作业人员不用在寒冷的天气到驾驶室外进行手动操作，提高工人作业的舒适度，也使滚刷对路面保持合适的紧贴压力，达到良好的扫雪效果。

为解决上述第一个技术问题，本发明提出一种扫雪车的滚刷升降控制方法，包括如下步骤：步骤一：通过第一传感器检测滚刷机架的旋转角度并间接计算出滚刷的离地参考高度，记为第一高度，通过第二传感器直接检测滚刷的离地高度，记为第二高度；步骤二：将第一高度与第二高度相减而得到一偏差值，如果该偏差值大于误差设定值并保持一段时间，则判定其中一组不合常理的数据对应的传感器故障并启动报警，以另一组传感器测量的数据为滚刷的实际高度值；如果该偏差值在误差设定值以内，则将第一高度与第二高度进行修正后得出实际高度值；步骤三：把实际高度值与高度设定值进行比较，运行PID控制算法，根据计算结果控制滚刷升降至高度设定值。

优选地，所述第一传感器为倾角传感器或角位移传感器。

优选地，所述第二传感器为超声波传感器。

为解决上述第一个技术问题，本发明还提供一种扫雪车的滚刷升降控制装置其包括：至少一用以检测滚刷机架的旋转角度的第一传感器、至少一用以直接检测滚刷的离地高度的第二传感器以及一控制器，所述控制器分别与所述第一传感器和所述第二传感器电性连接，用以根据第一传感器检测的旋转角度计算得出滚刷的离地参考高度，并将该离地参考高度与第二传感器直接检测的滚刷离地高度进行比较，如果二者的偏差值大于误差设定值并保持一段时间，则判定其中一组不合常理的数据对应的传感器故障并启动报警，并以另一组传感器测量的数据为滚刷的实际高度值；如果该偏差值在误差设定值以内，则将进行两种传感器检测的数据进行修正后得出实际高度值，并把实际高度值与预先设定的高度设定值进行比较，运行PID控制算法，根据计算结果控制滚刷升降至设定高度。

优选地，所述第一传感器为角位移传感器或倾角传感器。

优选地，所述第二传感器为超声波传感器，所述滚刷升降控制装置还包括至少一AD模块，所述超声波传感器测量的数据为模拟信号，所述AD模块用以将所述模拟信号转换成数字信号并将数字信号传送给控制器。

优选地，所述的扫雪车的滚刷升降控制装置还包括一操作面板，其上设置有用以实现滚刷升降操作的控制按钮以及用以实现系统工作模式选择的自动/手动转换开关。

优选地，所述的扫雪车的滚刷升降控制装置还包括一显示屏，用以显示滚刷的离地高度。

为解决上述第二个技术问题，本发明还提供一种扫雪车，其包括：车体和设置在车体前端的扫雪装置，所述扫雪装置包括：主机架、铰接在主机架上的滚刷机架、固定在滚刷机架上的滚刷、用以带动滚刷和滚刷机架相对于主机架转动的执行机构以及上述滚刷升降控制装置。

优选地，所述第一传感器为角位移传感器或倾角传感器，如果为角位移传感器，则其安装在滚刷机架与主机架相连的转轴上，如果为倾角传感器，则其安装在滚刷机架的任意水平面上；所述第二传感器为超声波传感器，所述超声波传感器的数量为多个，各超声波传感器设置在所述滚刷机架的对应滚刷后部的位置。   

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

1、本发明通过传感器实时反馈扫雪车滚刷的实际高度值，并将该实际高度值与预先设定的高度设定值比较，根据比较结果将滚刷实时调整至高度设定值，从而确保了滚刷离地高度的稳定，使滚刷对路面保持合适的紧贴压力，达到良好的扫雪效果。

2、由于同时采用倾角传感器（或角位移传感器）与超声波传感器获得滚刷的离地高度，使系统具有一定的测量冗余，保证了控制器的高可靠性，即使其中某个传感器出现故障，也能保证扫雪装置安全运行。

3、通过倾角传感器（或角位移传感器）来间接测量滚刷的离地高度，还有助于补偿超声波传感器在非水平位置时产生的测量误差，提高测量高度的准确性。

4、扫雪车通过采用控制器来控制执行部件（电机或液压缸）实现滚刷的自动升降，解决了人工手动调节机械装置的麻烦，避免了人工在寒冷的冬天露天作业面对严寒的不适，减轻了工人的劳动强度。

附图说明

图1为本发明的扫雪车的结构示意图。

图2为扫雪车的滚刷升降控制装置的结构示意图。

图3为扫雪车的滚刷离地高度为零时的结构示意图。

图4为扫雪车的滚刷具有一定的离地高度时的结构示意图。

图5为滚刷升降控制装置中的控制器的主程序流程图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本发明首先提供一种扫雪车的滚刷升降控制方法，其包括如下步骤：

步骤一：通过第一传感器检测滚刷机架的旋转角度并间接计算出滚刷的离地参考高度，将该离地参考高度记为第一高度，并通过第二传感器直接检测滚刷的离地高度，记为第二高度；

步骤二：将第一高度与第二高度相减而得到一偏差值，

如果该偏差值大于误差设定值并保持一段时间，则判定其中一组不合常理的数据对应的传感器发生故障并启动报警，以另一组传感器测量的数据为滚刷的实际高度值；

如果该偏差值在误差设定值以内，则将第一高度与第二高度进行修正后得出实际高度值；

步骤三：把实际高度值与高度设定值进行比较，运行PID控制算法，根据计算结果控制滚刷升降至高度设定值。

将上述滚刷升降控制方法应用在扫雪车上，可得到一种扫雪车的滚刷升降控制装置和一种能够实现滚刷自动升降的扫雪车。

参阅图1，这种能够实现滚刷自动升降的扫雪车包括：车体1和设置在车体1前端的扫雪装置2。在车体1的前端为驾驶室11，扫雪装置2设置在驾驶室11的前端。扫雪装置2包括：主机架21、滚刷机架22、滚刷23、执行机构24以及滚刷升降控制装置。主机架21固定在驾驶室11的前端，滚刷机架22通过转轴26铰接在主机架21上，滚刷23固定在滚刷机架22的前端下部，执行机构24分别与主机架2和滚刷机架22相连，执行机构24可为电机或液压缸，其用以带动滚刷机架22绕转轴26转动，进而带动滚刷23绕主机架2转动而实现高度的上升或下降。

参阅图2，滚刷升降控制装置25包括：至少一第一传感器251、至少一第二传感器252、一控制器253、一驱动机构254、一操作面板255、一显示屏256以及一AD模块257。

第一传感器251用以检测滚刷机架22绕转轴26的旋转角度，在本实施例中，第一传感器251为倾角传感器或角位移传感器。如果为倾角传感器，则其安装在滚刷机架22的任意水平面上，其通过测量滚刷机架22相对于水平面的倾斜角度来反映滚刷机架22绕转轴26的旋转角度。如果为角位移传感器，则其安装在滚刷机架22与主机架21相连的转轴26上，其通过测量转轴26的旋转角度来反映滚刷机架22绕转轴26的旋转角度。

滚刷机架22绕转轴26的旋转角度即为滚刷机架22与主机架21在俯仰方向上的夹角。如图3和图4所示，假设夹角为零时，滚刷23的离地高度为零，如果夹角为θ时，则滚刷23的离地高度h=L×sinθ，其中，L为滚刷23升降时绕主机架21的转动半径，θ为第一传感器251测量所得的变化角度。

参阅图1和图2，第二传感器252用以直接检测滚刷的离地高度，在本实施例中，第二传感器252为超声波传感器。由于采用超声波传感器测距属于点测量，而道路的起伏不平会导致点测量方式存在误差，因此，本发明的超声波传感器为一组超声波传感器组，该超声波传感器组由多个传感器组成（图2中只画出2个），多个传感器分布在滚刷机架22对应滚刷23后部的不同位置。超声波传感器还连接一AD模块257，以将超声波传感器检测的模拟量信号经AD模块257的模数转换后传送到控制器253上，控制器11再把各超声波传感器测量所得的高度值进行平均值计算，并以该平均值作为滚刷距离地面的实际高度。

参阅图2，控制器11分别与第一传感器251、第二传感器252、操作面板255、显示屏256以及驱动机构254电性连接。控制器11用以根据第一传感器251检测的旋转角度计算得出滚刷的离地参考高度，并将该离地参考高度与第二传感器252直接检测的滚刷离地高度进行比较，如果二者的偏差值大于误差设定值并保持一段时间，则判定其中一组不合常理的数据对应的传感器故障并启动报警，并以另一组传感器测量的数据为滚刷的实际高度值；如果该偏差值在误差设定值以内，则将进行两种传感器检测的数据进行修正后得出实际高度值，并把实际高度值与预先设定的高度设定值进行比较，运行PID控制算法，根据计算结果控制滚刷升降至设定高度。操作面板255和显示屏256安装在驾驶室内，驾驶员通过控制面板255上的控制按钮及自动/手动转换开关实现滚刷升降的操作及系统工作模式的选择，还可通过控制面板255设定滚刷的两组传感器的误差设定值M以及滚刷的高度设定值H_S。驱动机构254与执行机构5（可为：电机或者液压缸等）相连，用以根据控制器11发出的控制信号，驱动执行机构5执行相应的动作。

控制器11的主程序流程如图5所示。

首先，通过倾角传感器或者角位移传感器实时测量滚刷机架22绕转轴26的旋转角度，并根据该旋转角度计算得出滚刷的离地参考高度H1，并通过超声波传感器组直接测量滚刷的离地高度H2。

然后将间接获得的离地参考高度H1与直接测量得到的滚刷离地高度H2进行比较，如果二者的偏差值大于误差设定值M并保持一段时间，则判定其中一组传感器出现故障，此时，控制器自动判断测量数据不合常理的那组测量数据对应的传感器故障，并加以屏蔽并报警，以另一组传感器所测量的数据为滚刷的实际高度值H；如果偏差值在误差设定值M以内（即小于设定值M），则以超声波传感器所测的数据和倾角传感器（或角位移传感器）所测得的数据进行修正后计算得出实际高度值H，并实时地将滚刷的实际高度值H显示在显示屏上，以方便驾驶员操作。

之后，由驾驶员通过操作面板255选择自动模式或手动模式来操作滚刷升降。当驾驶员选择手动模式控制滚刷升降时，系统进入手动控制程序，此时，控制器根据操作面板输入的指令信号，如：“粗调上升”、“粗调下降”、“停止”等，运行手动模式下的控制程序，控制执行机构（电机或者液压缸）动作，实现滚刷的上升和下降；驾驶员还可通过操作面板或显示屏自带的键盘输入高度设定值H_S，在倾角传感器的反馈下，控制器自动地把滚刷的高度调整到高度设定值H_S上。当驾驶员选择自动模式控制滚刷升降时，控制器将实际高度值H与高度设定值H_S进行比较，运行PID控制算法，输出控制信号到驱动系统，实现对执行机构（电机或者液压缸）位置输出的自动控制，最终将滚刷升降至设定高度。

需要说明的是，滚刷高度设定值H_S是根据驾驶员的经验而进行设定的，驾驶员根据肉眼观察的积雪厚度来初步设定一滚刷高度设定值H_S，如果根据该初始设定滚刷高度设定值不能够使积雪清扫干净，则需要酌情降低滚刷高度设定值，如果根据该初始设定滚刷高度设定值使得滚刷运转不畅或运转困难，则需要酌情提高滚刷高度设定值。

还需要说明的是，本发明的倾角传感器或角位移传感器也可做限位开关使用，以减缓执行机构（电机或者液压缸）不必要的动作，提高执行机构（电机或者液压缸）的可靠性与寿命。

以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种扫雪车的滚刷升降控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：通过第一传感器检测滚刷机架的旋转角度并间接计算出滚刷的离地参考高度，记为第一高度，通过第二传感器直接检测滚刷的离地高度，记为第二高度；

步骤二：将第一高度与第二高度相减而得到一偏差值，

如果该偏差值大于误差设定值并保持一段时间，则判定其中一组不合常理的数据对应的传感器故障并启动报警，以另一组传感器测量的数据为滚刷的实际高度值；

如果该偏差值在误差设定值以内，则将第一高度与第二高度进行修正后得出实际高度值；

步骤三：把实际高度值与高度设定值进行比较，运行PID控制算法，根据计算结果控制滚刷升降至高度设定值。

2.如权利要求1所述的扫雪车的滚刷升降控制方法，其特征在于，所述第一传感器为倾角传感器或角位移传感器。

3.如权利要求1所述的扫雪车的滚刷升降控制方法，其特征在于，所述第二传感器为超声波传感器。

4.一种扫雪车的滚刷升降控制装置，其特征在于，包括：

至少一第一传感器，用以检测滚刷机架的旋转角度；

至少一第二传感器，用以直接检测滚刷的离地高度；

一控制器，其分别与所述第一传感器和所述第二传感器电性连接，用以根据第一传感器检测的旋转角度计算得出滚刷的离地参考高度，并将该离地参考高度与第二传感器直接检测的滚刷离地高度进行比较，如果二者的偏差值大于误差设定值并保持一段时间，则判定其中一组不合常理的数据对应的传感器故障并启动报警，并以另一组传感器测量的数据为滚刷的实际高度值；如果该偏差值在误差设定值以内，则将进行两种传感器检测的数据进行修正后得出实际高度值，并把实际高度值与预先设定的高度设定值进行比较，运行PID控制算法，根据计算结果控制滚刷升降至设定高度。

5.如权利要求4所述的扫雪车的滚刷升降控制装置，其特征在于，所述第一传感器为角位移传感器或倾角传感器。

6.如权利要求4所述的扫雪车的滚刷升降控制装置，其特征在于，所述第二传感器为超声波传感器，所述滚刷升降控制装置还包括至少一AD模块，所述超声波传感器测量的数据为模拟信号，所述AD模块用以将所述模拟信号转换成数字信号并将数字信号传送给控制器。

7.如权利要求4所述的扫雪车的滚刷升降控制装置，其特征在于，还包括一操作面板，其上设置有用以实现滚刷升降操作的控制按钮以及用以实现系统工作模式选择的自动/手动转换开关。

8.如权利要求4所述的扫雪车的滚刷升降控制装置，其特征在于，还包括一显示屏，用以显示滚刷的离地高度。

9.一种扫雪车，包括：车体和设置在车体前端的扫雪装置，所述扫雪装置包括：主机架、铰接在主机架上的滚刷机架、固定在滚刷机架上的滚刷以及用以带动滚刷和滚刷机架相对于主机架转动的执行机构，其特征在于，还包括如权利要求4-8中任意一项所述的滚刷升降控制装置。

10.如权利要求9所述的扫雪车，其特征在于，所述第一传感器为角位移传感器或倾角传感器，如果为角位移传感器，则其安装在滚刷机架与主机架相连的转轴上，如果为倾角传感器，则其安装在滚刷机架的任意水平面上；所述第二传感器为超声波传感器，所述超声波传感器的数量为多个，各超声波传感器设置在所述滚刷机架的对应滚刷后部的位置。