道路除雪车侧扫控制系统及方法与流程

本发明涉及道路除雪，特别涉及道路除雪车侧扫控制系统及方法。

背景技术：

1、道路除雪车是冬季市政道路、高速公路积雪清理的核心作业设备，滚刷式除雪结构凭借清扫效率高、适配路面广的优势被广泛应用。例如，中国专利cn104111660a公开了一种扫雪车及扫雪车滚刷升降控制装置和方法，其中，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，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，根据计算结果控制滚刷升降至设定高度，这样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、由于冬季道路除雪作业环境温度多处于-10℃至-30℃，自然积雪含有微量液态水分，呈现柔性半固结物理状态，滚刷极易粘雪结块。滚刷持续作业时，柔性积雪会不断嵌入刷毛间隙并附着于刷体表面；若配套增设侧刷，侧刷需紧贴路沿清扫，接触积雪的面积与受力更大，粘雪问题会进一步加剧。低温环境下，附着的积雪会快速冻结成硬质雪块，层层堆积在刷体表面与刷毛根部，彻底改变刷体原始外形尺寸、重量分布与转动惯量。在上述技术方案中，超声波传感器为点测量，当检测面由平整刷体变为不规则雪块表面，测得数据并非刷体真实离地高度；同时，积雪结块大幅增加刷体载荷，导致滚刷机架受力产生弹性变形，倾角传感器采集的旋转角度数据偏离真实值，双传感器数据偏差持续超限，容易导致高度原始数据出现大幅波动与失真。若以失真的检测数据驱动控制算法，会造成滚刷高度调节完全失控，要么离地过高无法清扫路面积雪，要么贴地过紧加剧刷毛与路面磨损；侧刷粘雪结块后也无法贴合路沿，易形成清扫盲区；冻结雪块还会将路面积雪碾压压实，从而降低清扫效率。

3、综上，亟需一种能够实现自清洁并提高清扫效率的道路除雪车侧扫控制系统及方法。

技术实现思路

1、本发明提供了道路除雪车侧扫控制系统及方法，能够实现自清洁并提高清扫效率。

2、为了解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：

3、道路除雪车侧扫控制系统，应用于道路除雪车，包括主机架，所述主机架铰接有滚刷机架，所述滚刷机架两端设有浮动缓冲件，所述浮动缓冲件设有伸缩架；所述伸缩架下方设有滚轮；所述滚刷机架设有主滚刷，伸缩架的外端分别向前对称设有副侧刷，主滚刷与两侧副侧刷共同围合形成开口朝前的u形清扫结构；所述主滚刷、副侧刷均连接有驱动端，所述驱动端设有阻力传感器，所述主机架与滚刷机架的铰接部位以及浮动缓冲部件均设有压力传感器，所述伸缩架下方设有距离传感器，所述滚轮设有工况传感器；

4、还包括工况换算模块、清洁控制模块与振动执行模块；

5、所述工况换算模块用于将阻力传感器、压力传感器、距离传感器与工况传感器所采集的数据换算生成主滚刷初始工况数据集、副侧刷初始工况数据集与作业工况参数集，并传输至清洁控制模块；所述阻力传感器用于实时采集主滚刷、副侧刷运转过程中的驱动扭矩原始信号，所述压力传感器用于实时采集铰接位置、浮动缓冲位置的支撑压力原始信号，所述距离传感器用于实时采集伸缩架与路面之间的间距原始信号，所述工况传感器用于同步采集滚轮转动频率信号、清扫机构倾角姿态原始信号；

6、所述清洁控制模块用于判断主滚刷初始工况数据集、副侧刷初始工况数据集是否满足第一预设粘雪判定规则，若满足，生成二次换算指令并传输至工况换算模块；

7、所述工况换算模块用于接收二次换算指令，换算主滚刷复核工况数据集与副侧刷复核工况数据集并传输至清洁控制模块；

8、所述清洁控制模块用于判断主滚刷复核工况数据集与副侧刷复核工况数据集是否满足第二预设粘雪判定规则，若满足，生成自清洁启动指令；根据自清洁启动指令与作业工况参数集生成振动执行指令并传输至振动执行模块；

9、所述振动执行模块包括振动控制单元、刷体驱动单元与振动机构；所述振动控制单元用于接收振动执行指令，解析得到反向运转参数与振动参数，向刷体驱动单元输出对应驱动控制信号；所述刷体驱动单元用于根据驱动控制信号，分别驱动主滚刷与副侧刷按设定转速反向运转，并同步驱动振动机构按设定频率与幅值执行振动；当反向运转与振动执行时长达到指令设定值时，振动控制单元生成执行完成信号并传输至清洁控制模块；

10、所述清洁控制模块用于接收执行完成信号，生成三次换算指令并传输至工况换算模块；

11、所述工况换算模块用于接收三次换算指令，换算主滚刷校验工况数据集与副侧刷校验工况数据集并传输至清洁控制模块；

12、所述清洁控制模块用于判断主滚刷校验工况数据集、副侧刷校验工况数据集是否满足第三预设清洁校验规则，若满足且自清洁循环次数未达到预设上限阈值，重新生成自清洁启动指令；若不满足或自清洁循环次数达到预设上限阈值，终止自清洁流程。

13、基础方案原理及有益效果如下：本方案采用开口朝前的u形清扫布局，主滚刷与两侧副侧刷协同作业，可有效聚拢路面积雪、防止积雪侧漏，提升清扫完整性与作业效率；伸缩架经浮动缓冲装配，配合底部滚轮实现路面自适应贴合，既能缓冲路面颠簸冲击、降低机构磨损，又能适配不同路况的清扫需求；各传感器布设位置贴合受力与检测逻辑，阻力传感器可精准采集刷体转动阻力，压力传感器实时监测铰接与浮动缓冲部位的受力数据，距离传感器与工况传感器分别获取离地高度与作业状态信息。

14、与此同时，由于阻力传感器布设于主滚刷与副侧刷的驱动端，主滚刷、副侧刷清扫作业及粘雪附着产生的全部转动阻力均由驱动端动力轴直接承载，扭矩传递无损耗、无滞后，可精准采集刷体实时转动负载数据；结合 u 形清扫结构主副刷分区作业的布局特点，独立布设的阻力传感器可分别识别主滚刷整体粘雪与单侧副侧刷局部粘雪状态，为粘雪判定提供直接、精准的负载依据。压力传感器布设于主机架与滚刷机架的铰接部位、滚刷机架与伸缩架的浮动缓冲部件处，铰接部位承载整套清扫机构的总重量与路面垂向反作用力，可全局反映侧扫机构整体贴地压力状态；浮动缓冲部件为两侧副侧刷与伸缩架的直接受力缓冲节点，可精准反馈单侧刷体的贴地压力与浮动状态；两处测点形成 “整体-局部” 的互补检测体系，完整覆盖垂向受力传递链路，保障粘雪引发的压力变化检测准确可靠。而距离传感器布设于伸缩架下方，伸缩架经浮动缓冲部件与滚刷机架连接，下端滚轮直接贴地行驶，是随路面起伏浮动最灵敏的结构部件，其垂向位移与刷体作业端离地状态完全同步；在此处直接检测伸缩架与路面的间距，可避免铰接摆动、机架形变带来的间接检测误差，真实反映清扫机构离地高度与路面起伏状态，为自清洁参数动态适配提供准确的姿态依据。工况传感器布设于滚轮处，滚轮为侧扫机构唯一直接接触路面的行走部件，随车辆行进同步纯滚动且随伸缩架同步俯仰倾斜，其转动频率可无偏差地反映车辆实际行驶速度，倾角数据可真实体现清扫机构作业姿态；该处采集的转速与姿态信息最贴近作业端实际运行状态，可为振动参数、反向运转参数的工况适配提供真实有效的作业状态依据。

15、在实际冬季除雪作业中，无论是市政道路的轻度积雪、高速公路的重度湿粘雪，还是山区道路的不均积雪，均能实时获取主滚刷初始工况数据集、副侧刷初始工况数据集与作业工况参数集。基于上述初始数据集，依据第一预设粘雪判定规则完成粘雪状态初步筛查，仅在判定满足规则时，才生成并下发二次换算指令，此举可有效过滤非粘雪导致的工况数据波动，减少无效换算与判定动作，适配不同场景下的作业干扰。接收到二次采集指令后，精准采集主滚刷复核工况数据集与副侧刷复核工况数据集并回传至，重点复核粘雪相关的核心数据（如阻力持续时长、高度波动幅度），提升判定的精准度，适配极端粘雪场景。

16、依据第二预设粘雪判定规则对复核数据集进行精准判定，确认主滚刷与副侧刷存在积雪粘附后，生成自清洁启动指令，并结合作业工况参数集完成运算，生成适配当前作业场景的振动执行指令，使得不同场景下，振动执行指令的参数可灵活适配，确保自清洁执行动作与实际作业状态匹配。控制主滚刷与副侧刷反向运转以实现自清洁，运转完成后立即发送执行完成信号，完成执行环节的闭环反馈；接收执行完成信号后，生成三次采集指令，采集主滚刷校验工况数据集、副侧刷校验工况数据集，依据第三预设清洁校验规则对校验数据集进行判定，同时联动自清洁循环次数与预设上限阈值进行约束，适配极端粘雪场景与设备安全需求：若校验结果满足规则（仍有积雪）且循环次数未达上限，重新生成自清洁启动指令循环执行清洁流程；若校验结果不满足规则（清洁达标）或循环次数达上限，立即终止自清洁流程，恢复正常清扫作业。

17、在实际作业中，传统除雪车刷体粘雪后，需停机由人工清理，而本方案可在作业过程中全自动完成自清洁，无需停机，不影响正常清扫节奏。路面起伏、杂物干扰、积雪不均等因素，均可能导致主滚刷、副侧刷的工况数据波动，易被误判为粘雪，触发无效自清洁，浪费能耗且加剧设备磨损，本方案通过分级筛查，结合作业工况参数集的场景适配，可有效避免误触发。例如，在山区道路除雪场景中，路面起伏较大，主滚刷离地高度偶尔波动，第一预设粘雪判定规则可结合作业工况参数集中的“路面平整度”数据，排除波动干扰，不触发二次采集；仅当数据持续超出阈值且符合粘雪特征时，才启动自清洁，减少无效动作带来的能耗损耗，间接提升整体清扫效率。

18、由于不同道路场景、不同积雪工况，对自清洁的要求不同：轻度积雪场景无需高强度振动，重度湿粘雪场景需强化振动，窄路场景需控制振动幅度避免设备碰撞。例如，在积雪较薄且路面狭窄，可生成低转速差、短时长的振动执行指令，既能清除积雪，又避免振动过大导致刷毛磨损；在暴雪湿粘雪场景中，可生成高转速差、长时长的振动执行指令，确保积雪彻底剥离，避免残留积雪影响后续清扫效果，提升清扫合格率。同时，主滚刷负责路面主体清扫、副侧刷负责道路两侧清扫的结构布局，搭配稳定的自清洁机制，可以彻底消除道路边缘、路沿等清扫盲区，提升清扫覆盖的完整性，减少人工二次清理。且自清洁循环次数与预设上限阈值的双重约束，可避免因极端工况导致的无限循环清洁，快速终止无效清洁并恢复正常清扫作业，保障系统运行的稳定性与高效性。

19、综上，本方案既实现了刷体自动自清洁的精准化、高效化，又从连续作业、无盲区清扫三个维度提升了道路除雪的整体效率。

20、进一步，所述工况采集模块对主滚刷驱动端阻力传感器、主机架与滚刷机架铰接部位压力传感器的采集信号进行换算处理得到主滚刷相应的转动阻力特征值与对地压力特征值，生成主滚刷初始工况数据集；对两侧副侧刷驱动端阻力传感器、滚刷机架与对应侧伸缩架浮动缓冲部位压力传感器的采集信号进行换算处理得到副侧刷相应的转动阻力特征值与对地压力特征值，生成副侧刷初始工况数据集；对两侧伸缩架下方距离传感器、滚轮处工况传感器的采集信号进行转速、姿态及离地高度解析得到转速特征值、姿态特征值与离地高度特征值，整合生成作业工况参数集。

21、有益效果在于：主、副滚刷工况数据集仅关联对应刷体的阻力与压力信号，可真实反映各刷体自身负载与受力状态，提升粘雪判定的针对性；作业工况参数集整合距离与工况传感器数据，能准确反映路面起伏与设备运行姿态。

22、进一步，所述第一预设粘雪判定规则为：将主滚刷初始工况数据集中的转动阻力特征值与预设第一主刷阻力阈值进行比较、对地压力特征值与预设第一主刷压力阈值进行比较；将副侧刷初始工况数据集中的转动阻力特征值与预设第一副刷阻力阈值进行比较、对地压力特征值与预设第一副刷压力阈值进行比较；当主滚刷转动阻力特征值大于第一主刷阻力阈值且主滚刷对地压力特征值小于第一主刷压力阈值，同时副侧刷转动阻力特征值大于第一副刷阻力阈值且副侧刷对地压力特征值小于第一副刷压力阈值时，判定满足第一预设粘雪判定规则。

23、有益效果在于：将主副刷的阻力、压力特征值分别与对应阈值进行量化判定，能够精准识别刷体因粘雪导致的转动阻力升高、对地压力降低的典型状态，有效区分正常清扫与粘雪工况，避免路面颠簸、负载波动等干扰因素引发的误判；该判定规则与u形清扫结构、浮动缓冲伸缩结构高度适配，可同步匹配主滚刷与副侧刷的工况特征，实现粘雪状态的初步精准筛查。

24、进一步，所述第二预设粘雪判定规则为：提取主滚刷复核工况数据集中的转动阻力特征值、对地压力特征值，与预设第二主刷阻力阈值、第二主刷压力阈值分别对比；提取两侧副侧刷复核工况数据集中的转动阻力特征值、对地压力特征值，与预设第二副刷阻力阈值、第二副刷压力阈值分别对比；当主滚刷转动阻力特征值持续大于第二主刷阻力阈值、对地压力特征值持续小于第二主刷压力阈值，且两侧副侧刷转动阻力特征值均持续大于第二副刷阻力阈值、对地压力特征值均持续小于第二副刷压力阈值，持续时长达到预设时长阈值时，判定满足第二预设粘雪判定规则。

25、有益效果在于：在初始判定基础上增加了数据持续时长，提升了粘雪判定的严谨性与准确性，有效规避了路面杂物阻挡、瞬时负载波动等偶然因素导致的误判；该规则针对主滚刷与两侧副侧刷分别设定对应判定阈值，贴合u形清扫结构的作业特点，可实现主副刷粘雪状态的同步精准复核；通过量化复核判定条件，确保只有在确认刷体确实存在持续粘雪工况时，才启动自清洁流程，既避免了无效自清洁造成的能源浪费与机构磨损，又为自清洁流程的精准启动提供了可靠依据。

26、进一步，所述第三预设清洁校验规则为：清洁控制模块提取主滚刷校验工况数据集中的转动阻力特征值、对地压力特征值，分别与预设主刷清洁阻力阈值、主刷清洁压力阈值进行比对；提取副侧刷校验工况数据集中的转动阻力特征值、对地压力特征值，分别与预设副刷清洁阻力阈值、副刷清洁压力阈值进行比对；当主滚刷与两侧副侧刷的转动阻力特征值均不大于对应清洁阻力阈值，且对地压力特征值均不小于对应清洁压力阈值时，判定满足第三预设清洁校验规则。

27、有益效果在于：以量化阈值对自清洁后的刷体工况数据进行精准校验，可直观判断粘雪是否清除干净，避免仅凭单次数据判断带来的误判；该规则同步适配主滚刷与副侧刷的u形清扫结构，分别校验对应刷体的清洁效果，确保整体侧扫机构均恢复正常作业状态；既能避免因清洁不彻底重复执行无效循环，也可防止过度清洁造成机构损耗，使自清洁流程启停更合理。

28、进一步，所述生成自清洁启动指令，当判定主滚刷复核工况数据集、副侧刷复核工况数据集满足第二预设粘雪判定规则时，提取作业工况参数集中的离地高度特征值、转速特征值，结合主滚刷、副侧刷的转动阻力特征值，生成包含主滚刷与副侧刷反向运转转速、运转初始时长的自清洁启动指令，所述反向运转转速适配当前作业工况参数，所述反向运转方向与正常清扫方向相反。

29、有益效果在于：结合作业工况参数与主副刷实时工况特征，设定自清洁核心参数，使自清洁启动更具针对性与合理性；指令明确主副刷反向运转方向及适配转速，贴合u形清扫结构的作业逻辑，避免盲目启动自清洁导致的机构磨损与能源浪费；同时，结合路面起伏、滚轮转速等工况参数调整运转参数，确保自清洁动作与当前除雪场景精准适配，既能高效清除刷体粘雪，又能保护伸缩架、浮动缓冲结构及各传感器，保障自清洁效果的同时延长设备使用寿命。

30、进一步，所述根据自清洁启动指令与作业工况参数集生成振动执行指令，依据作业工况参数集中的转速特征值及离地高度特征值匹配设定对应振动频率、振动幅值与执行时长，结合自清洁启动指令中的反向运转转速、运转初始时长，整合生成包含振动参数与反向运转参数的振动执行指令。

31、有益效果在于：将自清洁启动指令与实时作业工况参数相结合，可根据路面起伏（离地高度）及设备运行状态动态匹配振动与运转参数，避免固定参数带来的清洁效果不佳或机构损伤；指令参数与u形清扫结构、浮动缓冲伸缩架相适配，能够针对性作用于粘雪部位，提升粘雪脱落效率；动态生成的执行指令更贴合实际作业场景，既保证自清洁力度，又减少对传感器及机械结构的冲击，降低设备损耗。

32、进一步，所述重新生成自清洁启动指令，分别计算主滚刷、副侧刷校验工况数据集中转动阻力残留特征值与对应预设清洁阻力阈值的阻力差值、对地压力残留特征值与对应预设清洁压力阈值的压力差值；根据所述阻力差值与压力差值的综合幅度逐级提升反向运转转速并对应延长运转持续时长，重新生成适配当前粘雪残留状态的自清洁启动指令。

33、有益效果在于：通过阻力差值与压力差值的综合幅度动态调节反向运转转速和时长，可使自清洁强度与粘雪残留程度精准匹配，避免清洁力度不足或过度动作；该调整适配u形清扫结构与浮动缓冲伸缩架的工作特性，在限定循环次数内逐步强化清洁效果，既有效提升粘雪清除率，又减少无效运转对机构及传感器的损耗。

34、进一步，所述重新生成自清洁启动指令，对该指令中的反向运转转速与运转持续时长进行自我校验，判断其是否处于预设安全区间内；若校验合格，则确认成功生成自清洁启动指令；若校验不合格，则重新调整反向运转转速与持续时长并再次执行校验，当校验次数达到预设校验次数仍不合格时，直接确认成功生成。

35、有益效果在于：通过判断运转参数是否处于预设安全区间，避免出现转速过高、时长过长等异常参数，有效保护u形清扫机构、伸缩架及浮动缓冲结构；校验不合格时自动重新调整参数，可提升指令合理性；设置预设校验次数上限，既能保证指令尽可能优化合格，又能防止无限校验导致流程卡顿。