CN109778749B - 一种清扫车控制系统及清扫车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种清扫车控制系统及清扫车，包括液压马达、扫刷以及带动油泵旋转的油泵电机，还包括信号采集模块，用于采集扫刷的转速信号、液压马达进油口的流量信号以及油泵电机的角度信号；控制模块，用于根据转速信号计算当前扫刷转速，根据流量信号计算液压马达的当前流量，根据角度信号计算当前油泵电机转速，并根据预设的目标扫刷转速获得目标流量，将目标流量与当前流量代入预设控制算法计算油泵电机的目标转速，根据油泵电机的目标转速以及当前油泵电机转速闭环控制油泵电机的转速，以使扫刷在目标流量的液压马达的驱动下以目标扫刷转速运动。本申请的清扫车控制系统减少了不必要的能量损失，有利于提高整车的续航能力。

Description

一种清扫车控制系统及清扫车

技术领域

本申请涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种清扫车控制系统，还涉及一种清扫车。

背景技术

清扫车是集路面清扫、垃圾回收和运输为一体的新型高效清扫设备，一般由电控系统、液压系统、风道系统及机械结构等组成，具体来说，包括扫刷、液压马达、油泵、油泵电机和流量阀等。

目前，清扫车扫刷的旋转主要由液压马达提供动力，扫刷转速的调节可以通过比例阀或者节流阀来实现。这种调节方式都是在扫刷旋转的液压支路上对液压马达的输入流量进行控制，不论扫刷转速如何，油泵的流量是不变的，这就意味着驱动油泵旋转的输入动力也是不变的，在扫刷转速较低时，液压系统就会带来不必要的能量损失，特别是对于全电动清扫车来讲，在电池容量有限的情况下，能量的浪费对整车的续航能力是非常不利的影响。

因此，如何提供一种能解决上述技术问题的方案，是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种清扫车控制系统，减少不必要的能量损失，有利于提高整车的续航能力；本申请的另一目的是提供一种清扫车，与上述清扫车控制系统具有相同的有益效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种清扫车控制系统，包括液压马达、扫刷以及带动油泵旋转的油泵电机，还包括：

信号采集模块，用于采集所述扫刷的转速信号、所述液压马达进油口的流量信号以及所述油泵电机的角度信号；

控制模块，用于根据所述转速信号计算当前扫刷转速，根据所述流量信号计算所述液压马达的当前流量，根据所述角度信号计算当前油泵电机转速，并根据预设的目标扫刷转速获得目标流量，将所述目标流量与当前流量代入预设控制算法计算所述油泵电机的目标转速，根据所述油泵电机的目标转速以及当前油泵电机转速闭环控制所述油泵电机的转速，以使所述扫刷在所述目标流量的液压马达的驱动下以所述目标扫刷转速运动。

优选地，所述控制模块包括控制器和驱动器。

优选地，所述信号采集模块包括：

与所述控制模块连接、用于采集所述扫刷转速信号的接近开关或光电开关；

与所述控制模块连接、用于采集所述液压马达进油口流量信号的流量计；

与所述控制模块连接、用于采集所述油泵电机角度信号的编码器。

优选地，所述接近开关为电磁式接近开关或电感式接近开关。

优选地，所述流量计为设置有二线制变送器的流量计。

优选地，所述根据预设的目标扫刷转速获得目标流量的过程具体为：

根据预设的目标扫刷转速，通过查表或者预设的拟合公式计算，得到目标流量。

优选地，该清扫车控制系统还包括：

用于当所述油泵的管路中压力超出预设压力范围时发送报警信号的保护模块；

则所述控制模块还用于在接收到所述报警信号时，控制所述油泵电机进入停机保护，并发出告警。

优选地，所述保护模块为压力开关。

优选地，该清扫车控制系统还包括：

用于连接所述油泵和所述油泵电机的连轴器。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种清扫车，包括清扫车本体，还包括如上任一项所述的清扫车控制系统。

本申请提供了一种清扫车控制系统，包括液压马达、扫刷以及带动油泵旋转的油泵电机，还包括信号采集模块，用于采集扫刷的转速信号、液压马达进油口的流量信号以及油泵电机的角度信号；控制模块，用于根据转速信号计算当前扫刷转速，根据流量信号计算液压马达的当前流量，根据角度信号计算当前油泵电机转速，并根据预设的目标扫刷转速获得目标流量，将目标流量与当前流量代入预设控制算法计算油泵电机的目标转速，根据油泵电机的目标转速以及当前油泵电机转速闭环控制油泵电机的转速，以使扫刷在目标流量的液压马达的驱动下以目标扫刷转速运动。

可见，本申请的清扫车控制系统对液压马达进油口的流量进行控制，通过预设的目标扫刷转速得到液压马达进油口的目标流量，然后根据目标流量和当前流量，利用预设控制算法计算油泵电机的目标转速，再根据油泵电机的目标转速与当前油泵电机转速闭环控制油泵电机的转速，使得油泵输出最适合的流量来驱动液压马达，实现扫刷以目标扫刷转速转动，由于油泵的流量是依据扫刷的转速给出的，减少了不必要的能量损失，有利于提高整车的续航能力。

本申请还提供了一种清扫车，与上述清扫车控制系统具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的一种清扫车控制系统的结构示意图；

图2为本申请所提供的另一种清扫车控制系统的结构框图；

图3为本申请所提供的一种扫刷转速采集模块的俯视图；

图4为图3扫刷转速采集模块的侧视图；

图5为图3和图4的扫刷转速测量过程的脉冲示意图；

图6为本申请所提供的一种清扫车控制系统的电气原理图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种清扫车控制系统，减少不必要的能量损失，有利于提高整车的续航能力；本申请的另一核心是提供一种清扫车，与上述清扫车控制系统具有相同的有益效果。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请所提供的一种清扫车控制系统的结构示意图，包括液压马达5、扫刷6以及带动油泵4旋转的油泵电机3，还包括：

信号采集模块1，用于采集扫刷6的转速信号、液压马达5进油口的流量信号以及油泵电机3的角度信号；

控制模块2，用于根据转速信号计算当前扫刷转速，根据流量信号计算液压马达5的当前流量，根据角度信号计算当前油泵电机3转速，并根据预设的目标扫刷转速获得目标流量，将目标流量与当前流量代入预设控制算法计算油泵电机3的目标转速，根据油泵电机3的目标转速以及当前油泵电机3转速闭环控制油泵电机3的转速，以使扫刷6在目标流量的液压马达5的驱动下以目标扫刷转速运动。

具体地，为了解决现有技术中存在的问题，本申请提供了一种清扫车控制系统，通过控制油泵电机3的转速，达到控制扫刷6转速的目的，大幅降低液压系统的能量损耗。清扫车控制系统包括液压马达5、扫刷6、带动油泵4旋转的油泵电机3、信号采集模块1和控制模块2，其中控制模块2为控制元器件，可获取信号采集模块1采集的信号，经过计算后输出控制量(电流或电压)；油泵电机3、油泵4、液压马达5为执行元器件，以机械能或电能为动力完成特定动作；信号采集模块1为测量元器件，采集系统的物理状态。

相应地，油泵电机3及油泵4可以通过连轴器连接成一个整体，油泵电机3旋转带动油泵4旋转，进而驱动液压油流动，将电能转换为液压油的压力能。为了测量油泵电机3旋转的角度信息，可以在油泵电机3尾部内置角度传感器(旋转变压器、光电编码器等)为控制模块2提供角度信号。

此外，液压马达5是液压系统的一种执行元件，将油泵4提供的液压油的压力能转变为其输出轴的机械能(转矩和转速)，其输出轴连接扫刷6，实现扫刷6的旋转运动，输入液压油的流量决定液压马达5的转速，因此只要能有效控制液压马达5的输入流量就能实现对扫刷6转速的控制。

相应地，控制模块2接收用户输入或者其他应用程序给定的目标扫刷转速，可以通过DO(Digital Out，数字输出端口)端口输出控制电平，例如高电平，打开电磁阀或者其他的开关，使液压油路导通；然后控制模块2可以通过FI(Frequency Input，频率输入接口)接口读取信号采集模块1采集的扫刷6的转速信号，通过计算得出当前扫刷转速，还可以通过AI(Analogy Input，模拟量输入)接口获取液压马达5进油口的流量信号，并根据流量信号计算液压马达5的当前流量；控制模块2可以通过查表法或者拟合公式计算出目标扫刷转速时的目标流量，将当前流量和目标流量代入预设控制算法中，例如PID(proportion-integral-differential，比例-积分-微分)或者模糊控制算法，根据目标流量与当前流量的差值e，最终计算获得控制量，即油泵电机3的目标转速。

相应地，本申请的油泵电机3可以采用带测温和旋转变压器的交流永磁同步电机，由于现有技术中常用发动机或者异步电机来拖动油泵4，这也导致了输出给油泵4的动力无法调节，能效比低，为了减少不必要的能量损失，且进一步提高能效比，本申请可以采用能效比高的永磁同步电机作为油泵电机3，使用该电机的优势是技术较为成熟，控制精度好。当然，油泵电机3还可以为其他类型的电机，本申请在此不做特别的限定。

需要说明的是，对液压油路的控制可以通过液压电磁阀，通过控制电磁阀线圈通断电控制液压油路的通断。当扫刷6不旋转时，电磁阀线圈失电，阀芯闭合，液压油路切断，液压马达5停止旋转；当扫刷6旋转时，电磁阀线圈得电，阀芯打开，液压油路导通，液压马达5开始旋转，电磁阀的通断可以由控制模块2的程序进行控制。此外，除了电磁阀外，还可以采用其他的开关结构，本申请在此不做特别的限定。

还需要说明的是，这里的预设控制算法可以为模糊控制算法，还可以为PID算法及其他能实现相同效果的控制算法，本申请在此不做特别的限定。

本申请提供了一种清扫车控制系统，包括液压马达、扫刷以及带动油泵旋转的油泵电机，还包括信号采集模块，用于采集扫刷的转速信号、液压马达进油口的流量信号以及油泵电机的角度信号；控制模块，用于根据转速信号计算当前扫刷转速，根据流量信号计算液压马达的当前流量，根据角度信号计算当前油泵电机转速，并根据预设的目标扫刷转速获得目标流量，将目标流量与当前流量代入预设控制算法计算油泵电机的目标转速，根据油泵电机的目标转速以及当前油泵电机转速闭环控制油泵电机的转速，以使扫刷在目标流量的液压马达的驱动下以目标扫刷转速运动。

可见，本申请的清扫车控制系统对液压马达进油口的流量进行控制，通过预设的目标扫刷转速得到液压马达进油口的目标流量，然后根据目标流量和当前流量，利用预设控制算法计算油泵电机的目标转速，再根据油泵电机的目标转速与当前油泵电机转速闭环控制油泵电机的转速，使得油泵输出最适合的流量来驱动液压马达，实现扫刷以目标扫刷转速转动，由于油泵的流量是依据扫刷的转速给出的，减少了不必要的能量损失，有利于提高整车的续航能力。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，控制模块2包括控制器和驱动器。

首先需要说明的是，本申请的控制器可以选用BCM(Body Control Module，车身控制器)，采用清扫车自身的控制器可以更好地利用清扫车的资源，改动较小，实现成本更低。当然，在其他情况下，还可以选择嵌入式或PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)等其他可编程或不可编程的控制器，本申请在此不做特别的限定。

具体地，为了提高扫刷6转速的控制精度，实现扫刷6的无极调速，本申请的控制模块2可以由控制器和驱动器组成，如图2所示，其中，控制器可以为BCM，它是整个系统的中央处理单元，获取多种物理信号，并且接收用户输入或者其他应用程序给定的目标扫刷转速，经过内置程序的运算，输出控制指令给油泵电机3的驱动器。其中，BCM可以通过AI端口获取液压马达5进油口的流量信号，通过FI端口获取液压马达5的转速信号，然后可以通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线与驱动器连接，发送转速或启停等控制指令至驱动器，并可以接收驱动器返回的状态信息。

相应地，驱动器为一种控制电机的专用设备，输入高压直流电源，输出幅值、频率可调的电源，本申请利用驱动器来驱动油泵电机3旋转，驱动器可以通过CAN总线或者物理控制信号(电压、电流或电阻等)接收控制指令，以及获取油泵电机3的角度信号，控制油泵电机3的转速或转矩等。

此外，本申请通过驱动器和交流永磁同步电机的油泵电机3相配合，不仅提高了能效比，同时提高了扫刷6转速的控制精度，实现扫刷6的无极调速。

作为一种优选的实施例，信号采集模块1包括：

与控制模块2连接、用于采集扫刷6转速信号的接近开关或光电开关；

与控制模块2连接、用于采集液压马达5进油口流量信号的流量计；

与控制模块2连接、用于采集油泵电机3角度信号的编码器。

具体地，为了进一步提高控制精度，本申请的信号采集模块1可以为用于采集扫刷6的转速信号的接近开关或光电开关、用于采集液压马达5进油口的流量信号的流量计以及用于采集油泵电机3的角度信号的编码器，如图2所示的清扫车控制系统组成框图。

相应地，为了便于清楚地描述方案，下面以接近开关为例来进行说明，当物体靠近接近开关的感应面时，不需要机械接触及施加任何压力即可使接近开关动作，从而输出电平开关信号。接近开关是种开关型传感器(即无触点开关)，它既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。

具体地，扫刷6转速测量过程如图3和图4所示，可以将接近开关设置于扫刷6上方的H高度处，H值可以依据所选的接近开关的不同类型而不同，同时在扫盘上表面嵌入一个或多个接近开关的检测条，可以选用导电或者磁性材质的检测条，当检测条选用导电材质时，接近开关可以选用电感式接近开关，当检测条选用磁性材质时，接近开关可以选用电磁式接近开关。由于扫刷6一般为木质或者塑料材质的，不会触发接近开关，因此在其旋转时，只有检测条处于接近开关下方时，才会触发接近开关输出一个脉冲，对单位时间内的脉冲计数即可获得当前扫刷转速。

其中，接近开关输出的脉冲信号如图5所示，当检测条从接近开关下方通过时，接近开关输出电平发生改变，BCM读取FI接口缓存的脉冲个数，与上一循环周期读取的该值相减，求得一个循环时间内的脉冲个数增量，计算出当前扫刷转速，公式如下：

V＝N/nT，其中，V为当前扫刷转速，单位为rpm；N为T时间内的脉冲个数，单位为圈；T为累加时间，单位为分钟；n为检测条个数。

相应地，油泵电机3转轴角度信号测量元件，可以内置在油泵电机3的尾部，输出类型与驱动器的输入端相匹配，编码器可以为旋转编码器或光电编码器等，为驱动器的控制算法提供油泵电机3的角度信号。此外，测量角度信号的传感器也不仅仅局限于光电编码器和旋转编码器，还可以为其他，本申请在此不做特别的限定。

相应地，流量计可以串联在液压管路中，测量管路中液压油的流量，流量计可以选择电流输出型，例如输出4-20mA或者0-20mA电流信号的流量计，BCM通过AI接口获取该电流值，经过比例换算获得液压马达5进油口的当前流量。需要说明的是，流量计输出的信号由很多种，还可以选择其他的类型，本申请在此不做特别的限定。

此外，信号采集模块1除了上述结构外，还可以为其他结构，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选的实施例，接近开关为电磁式接近开关或电感式接近开关。

具体地，为了提高转速信号测量的精确度，本申请可以采用电磁式接近开关或电感式接近开关，感应灵敏，测量更精确。

当然，除了电磁式接近开关或电感式接近开关外，接近开关还可以为其他类型，例如电容式接近开关，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选的实施例，流量计为设置有二线制变送器的流量计。

具体地，为了提高适用性，本申请的流量计可以采用二线制变送器的流量计，可以与BCM有较好的兼容性。

当然，除了二线制变送器的流量计外，流量计还可以为三线制或四线制带变送器或其他类型的流量计，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选的实施例，根据预设的目标扫刷转速获得目标流量的过程具体为：

根据预设的目标扫刷转速，通过查表或者预设的拟合公式计算，得到目标流量。

具体地，目标扫刷转速是根据实际需要设置的，在得到目标扫刷转速时，BCM根据预先制定的表格或者拟合公式计算出目标扫刷转速时所需的目标流量，作为流量控制的初始给定。

需要说明的是，除了上述方式外，还可以通过其他方式计算目标流量，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选的实施例，该清扫车控制系统还包括：

用于当油泵4的管路中压力超出预设压力范围时发送报警信号的保护模块；

则控制模块2还用于在接收到报警信号时，控制油泵电机3进入停机保护，并发出告警。

具体地，为了保护清扫车控制系统，本申请还设置了保护模块，在清扫车控制系统中主要用于系统压力保护，当液压管路(油泵的管路)中的压力过大或者过小时，BCM可以通过DI(Digital Input，数字量输入端口)接口获得报警信号，然后可以通过CAN总线发送保护指令至驱动器，例如停机指令，保护液压系统，并向用户发出告警。

具体地，当增加保护模块后，DO端口输出高电平，打开电磁阀时，液压管路导通；接着BCM扫描DI接口状态，当检测到压力异常时，BCM可以通过IO(Input Output，输入输出端口)口和CAN总线发出报警信号，同时可以发送停机指令至驱动器，停止油泵4及油泵电机3的运行；当压力正常时，BCM可以继续读取FI接口缓存内的脉冲个数，进入控制流程。

作为一种优选的实施例，保护模块为压力开关。

具体地，为了降低成本，本申请的保护模块可以为压力开关，压力开关为一种对压力敏感的测量元器件，可以输出数字量开关信号，其敏感压力区间可设定，即可以根据需要设置预设压力范围。压力开关在液压系统中使用广泛，具有成本低，反应灵敏等优点。压力开关可以采用低边信号有效的压力开关，这样可以减少系统接线复杂度。

此外，本申请的保护模块可以为压力开关，除了压力开关外，本申请的保护模块还可以为其他，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选的实施例，该清扫车控制系统还包括：

用于连接油泵4和油泵电机3的连轴器。

具体地，本申请可以通过连轴器将油泵4和油泵电机3连接成一个整体，整个清扫车控制系统组成如图2所示。

相应地，图6示出了本申请的清扫车控制系统中各个电气元件之间的电路连接，图6仅表示电气原理，且不局限于此种连接方式，其余液压和机械执行部件由于没有电气连接需求，在图6中未做体现。

其中，主要元器件包括BCM、驱动器、油泵电机3及多种传感器等。BCM和驱动器控制电源可以由车辆的12V+电源提供，驱动器的高压直流电源可以由车辆高压直流H+、H-提供。BCM的通讯接口CAN接口与驱动器的CAN接口接入车辆CAN网，实现数据传输。由于驱动器需要输出动力电至电机端，因此其供电除了低压控制电源外，还需接入直流动力电源。

此外，除了连轴器外，还可以通过其他的方式连接油泵4与油泵电机3，本申请在此不做特别的限定。

本申请还提供了一种清扫车，包括清扫车本体，还包括如上任一实施例所描述的清扫车控制系统。

本申请还提供了一种清扫车，与上述清扫车控制系统具有相同的有益效果。

对于本申请提供的一种清扫车的介绍请参照上述清扫车控制系统的实施例，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种清扫车控制系统，其特征在于，包括液压马达、扫刷以及带动油泵旋转的油泵电机，还包括：

信号采集模块，用于采集所述扫刷的转速信号、所述液压马达进油口的流量信号以及所述油泵电机的角度信号；

控制模块，用于根据所述转速信号计算当前扫刷转速，根据所述流量信号计算所述液压马达的当前流量，根据所述角度信号计算当前油泵电机转速，并根据预设的目标扫刷转速获得目标流量，将所述目标流量与当前流量代入预设控制算法计算所述油泵电机的目标转速，根据所述油泵电机的目标转速以及当前油泵电机转速闭环控制所述油泵电机的转速，以使所述扫刷在所述目标流量的液压马达的驱动下以所述目标扫刷转速运动；

所述信号采集模块包括：

与所述控制模块连接、用于采集所述扫刷转速信号的接近开关或光电开关；

与所述控制模块连接、用于采集所述液压马达进油口流量信号的流量计；

与所述控制模块连接、用于采集所述油泵电机角度信号的编码器。

2.根据权利要求1所述的清扫车控制系统，其特征在于，所述控制模块包括控制器和驱动器。

3.根据权利要求1所述的清扫车控制系统，其特征在于，所述接近开关为电磁式接近开关或电感式接近开关。

4.根据权利要求1所述的清扫车控制系统，其特征在于，所述流量计为设置有二线制变送器的流量计。

5.根据权利要求1所述的清扫车控制系统，其特征在于，所述根据预设的目标扫刷转速获得目标流量的过程具体为：

根据预设的目标扫刷转速，通过查表或者预设的拟合公式计算，得到目标流量。

6.根据权利要求1-5任一项所述的清扫车控制系统，其特征在于，该清扫车控制系统还包括：

用于当所述油泵的管路中压力超出预设压力范围时发送报警信号的保护模块；

则所述控制模块还用于在接收到所述报警信号时，控制所述油泵电机进入停机保护，并发出告警。

7.根据权利要求6所述的清扫车控制系统，其特征在于，所述保护模块为压力开关。

8.根据权利要求7所述的清扫车控制系统，其特征在于，该清扫车控制系统还包括：

用于连接所述油泵和所述油泵电机的连轴器。

9.一种清扫车，其特征在于，包括清扫车本体，还包括如权利要求1-8任一项所述的清扫车控制系统。

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