李文芳　邱鵬　李劍　趙飛

摘要：介紹了一種電氣化洗掃車高壓水路系統(tǒng)的設(shè)計方案、系統(tǒng)構(gòu)成和工作流程。該系統(tǒng)包括自適應(yīng)參數(shù)水路和設(shè)定參數(shù)水路。根據(jù)兩種水路對應(yīng)的不同工況，詳細(xì)地分析了相應(yīng)的控制策略。該系統(tǒng)智能化程度高，作業(yè)模式豐富多樣，作業(yè)方式高效節(jié)能。

關(guān)鍵詞：洗掃車；高壓水路系統(tǒng)；工作流程；控制策略

中圖分類號：U462? 收稿日期：2023-03-10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.06.017

1 前言

隨著我國城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，人們對于城市道路環(huán)保要求也越來越高，洗掃車作為一種可滿足全路面高潔凈的保潔作業(yè)車輛，越來越受到人們的青睞[1]。洗掃車通過高壓水路系統(tǒng)產(chǎn)生高壓水流沖洗地面，將路面的垃圾污漬沖刷下來，再利用高壓風(fēng)機(jī)及吸嘴回收垃圾及污水，完成路面清潔作業(yè)。傳統(tǒng)電動底盤的洗掃車設(shè)計中，一般由一個上裝電機(jī)同時驅(qū)動高壓水泵、高壓風(fēng)機(jī)及液壓油泵，幾者間的傳動比固定，無法實現(xiàn)各部件的獨立控制，如圖1所示。電氣化洗掃車作為一種新型的洗掃車設(shè)計理念，高壓水泵、高壓風(fēng)機(jī)及液壓油泵分別采用電機(jī)直驅(qū)獨立控制，免除傳統(tǒng)電動底盤車輛控制關(guān)聯(lián)造成的能耗損失，通過智能技術(shù)的應(yīng)用可實現(xiàn)洗掃車多樣化的作業(yè)模式和高效節(jié)能的作業(yè)方式。

2 高壓水路系統(tǒng)工作原理

洗掃車清水箱中的水在高壓水泵的驅(qū)動下經(jīng)過濾器進(jìn)入高壓水泵[2]，產(chǎn)生的高壓水經(jīng)過調(diào)壓卸荷閥進(jìn)入水閥組，然后在氣控球閥的控制下進(jìn)入各個工作水路，圖2為高壓水路系統(tǒng)工作原理圖。

高壓水路系統(tǒng)包括卸荷水路、高壓輔助水路、垃圾箱自潔水路以及路面清洗水路，其中高壓輔助水路包括車尾噴霧降塵、手持噴槍、路沿沖洗和定點沖洗等水路。

第一路為常開卸荷水路。水泵啟動怠速時，有壓水從卸荷水路流回水箱，在正常工作時，關(guān)閉此水路。第二路為高壓輔助水路。車尾噴霧裝置是安裝在車尾部的裝有噴霧噴頭的高壓噴桿，用于清掃后路面的保濕壓塵；手持噴槍裝置包括軟管卷盤和高壓噴槍，用于整車清潔；左右角噴用于左右人行道路面的清潔；點噴用于路面部分頑固垃圾的定點清除。第三路為垃圾箱自潔水路。在垃圾箱卸料后，安裝于垃圾箱內(nèi)的高壓噴桿對垃圾箱進(jìn)行自潔。第四～六路為路面清洗水路。該水路布置在吸嘴左右兩側(cè)和中間的高壓噴桿，可以同時清洗左右兩側(cè)路面，清洗道路面積寬，清掃效率高。

3 高壓水路系統(tǒng)總體設(shè)計方案

清洗車高壓水路系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載工況的不同，分為自適應(yīng)參數(shù)水路和設(shè)定參數(shù)水路。

自適應(yīng)參數(shù)水路主要用于路面洗掃作業(yè)，包括吸嘴的左右噴桿和中噴桿水路[3]。路面洗掃模式總體設(shè)計方案為：通過采集路面的圖像（圖3）來確定垃圾在圖像中的分布（左中右）和路面垃圾量的識別，對路面清潔程度進(jìn)行分級，具體分為清潔路面、一般路面、污染路面（表1）。通過車速傳感器采集車輛行駛速度信息，利用中央處理單元對圖像信息和車速信息進(jìn)行處理并輸出相應(yīng)的脈沖信號，以調(diào)節(jié)驅(qū)動電機(jī)輸入電壓來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，即改變水泵轉(zhuǎn)速來改變水泵輸出水壓，最終自動調(diào)節(jié)噴桿水路的打擊力。

通過識別垃圾的分布來確定采用左掃、右掃和全掃模式（即左右噴桿是否工作）；當(dāng)垃圾在所有部位圖像占比都達(dá)100%，且為最難清理垃圾時，此時電機(jī)轉(zhuǎn)速及水泵水壓均為最大，車速為最低工作車速；當(dāng)垃圾在圖像中占比減小，且垃圾種類變化時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和水泵水壓自動減小，車速自動調(diào)節(jié)；當(dāng)垃圾在圖像中占比為0時，水泵轉(zhuǎn)速為0，高壓水路不工作，車速為最高工作車速。

設(shè)定參數(shù)水路包括角噴、手持噴槍、自潔、后噴霧、點噴等水路。這些水路在實際使用過程中，負(fù)載基本都相對固定，可以對應(yīng)工況設(shè)定好對應(yīng)的參數(shù)，同時增加手動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速功能來滿足特殊工況。

4 工作流程

路面洗掃作業(yè)為洗掃車的主要作業(yè)模式，在執(zhí)行此作業(yè)模式時高壓水路系統(tǒng)的工作流程為：圖像采集系統(tǒng)采集路面圖像信息，轉(zhuǎn)化為制式信號后傳輸?shù)街醒胩幚砥?，中央處理器識別圖像信息確定垃圾分布、路面污染程度、垃圾種類情況等。同時底盤車速傳感器采集車輛行駛速度信息，通過車輛CAN總線傳輸?shù)街醒胩幚砥?。中央處理器通過經(jīng)驗數(shù)據(jù)設(shè)置及深度學(xué)習(xí)過程，結(jié)合路面圖像信息和車速信息運算出適應(yīng)當(dāng)前工況的結(jié)果，并將上述結(jié)果轉(zhuǎn)化為上裝控制器可識別的信號，上裝控制器根據(jù)上述信號對控制水閥塊電磁氣閥中的左中右三路噴桿進(jìn)行相應(yīng)選擇，同時對驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)進(jìn)而改變高壓水路噴射水壓，實現(xiàn)自適應(yīng)作業(yè)。

除上述路面洗掃作業(yè)的自適應(yīng)工作流程以外，高壓水路系統(tǒng)還具有路沿沖洗、人工沖洗、箱體清潔、噴霧降塵、定點沖洗等作業(yè)功能，其工作流程為：作業(yè)人員可通過操作面板選擇所需作業(yè)模式，輸入信號傳輸至上裝控制器，進(jìn)而控制水閥塊電磁氣閥中角噴、手持噴槍、自潔、后噴霧、點噴等水路進(jìn)行相應(yīng)作業(yè)。

依據(jù)高壓水路控制系統(tǒng)的基本要求設(shè)計出了該系統(tǒng)的技術(shù)路線圖，如圖4所示。

5 控制策略

本電氣化洗掃車高壓水路系統(tǒng)控制策略分為兩部分，自適應(yīng)參數(shù)水路和設(shè)定參數(shù)水路控制策略，其中自適應(yīng)參數(shù)水路控制策略又包括節(jié)能作業(yè)控制策略和高效作業(yè)控制策略。

節(jié)能作業(yè)控制策略的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示[4]，其控制策略為：作業(yè)人員在操作面板啟動圖像采集系統(tǒng)，攝像頭采集路面垃圾分布情況并將信息傳遞給中央處理器。中央處理器根據(jù)所接受信息運算出車輛此時應(yīng)清掃垃圾的方位，并將指令傳輸給上裝控制器，上裝控制器發(fā)出相應(yīng)信號通過控制左中右噴桿水路上的氣控球閥QF4、QF5、QF6的啟閉實現(xiàn)精準(zhǔn)噴水動作。攝像頭采集垃圾種類及污染程度并將信息傳遞給中央處理器[5]，中央處理器根據(jù)所接受信息運算出此時高壓水泵所需轉(zhuǎn)速，并將指令傳輸給上裝控制器，上裝控制器通過控制高壓水泵轉(zhuǎn)速實現(xiàn)噴射水壓的調(diào)節(jié)。同時中央處理器也運算出適合當(dāng)前工況的車速并將指令傳輸給底盤控制器，底盤控制器通過控制底盤電機(jī)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)車速的調(diào)節(jié)。從以上控制策略可以看出，車輛作業(yè)時可根據(jù)實時工況自動調(diào)節(jié)其上裝和底盤的工作參數(shù)，避免車輛在非惡劣工況時仍處于高能耗作業(yè)模式。車輛根據(jù)垃圾分布情況自動選擇左掃、右掃、全掃模式，完成精準(zhǔn)噴水作業(yè)，可實現(xiàn)水資源利用的最優(yōu)化。

高效作業(yè)控制策略的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示，其控制策略為：當(dāng)路面清潔度較高，需提高作業(yè)效率時，作業(yè)人員在操作面板設(shè)置一較快的作業(yè)車速，底盤控制器收到車速指令后通過控制底盤電機(jī)轉(zhuǎn)速使得車輛按照設(shè)定車速行駛作業(yè)。作業(yè)人員在操作面板啟動圖像采集系統(tǒng)，攝像頭采集垃圾分布、垃圾種類及污染程度信息傳遞給中央處理器，此時中央處理器會結(jié)合作業(yè)人員已經(jīng)設(shè)定的車速參數(shù)運算出車輛此時應(yīng)清掃垃圾的方位和高壓水泵所需轉(zhuǎn)速，并將指令傳輸給上裝控制器，上裝控制器發(fā)出相應(yīng)信號控制左中右噴桿噴水動作及高壓水泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)行自適應(yīng)作業(yè)。從以上控制策略可以看出，其與節(jié)能作業(yè)控制策略不同的地方在于車輛作業(yè)車速為作業(yè)人員主動設(shè)置，進(jìn)而在此車速下進(jìn)行上裝工作參數(shù)的自動調(diào)節(jié)。

設(shè)定參數(shù)水路控制策略的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖7所示，其控制策略為：作業(yè)人員可先打開相應(yīng)的手控球閥后，再通過操作面板進(jìn)行車尾噴霧壓塵操作、手持噴槍車身清潔操作、左右角噴路沿清潔操作、定點沖洗操作，上裝控制器收到動作指令后，通過控制氣控球閥QF2的啟閉，水泵達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速及水壓后，來進(jìn)行相應(yīng)動作；在垃圾卸料后，操作手可以直接通過操作面板進(jìn)行垃圾箱自潔操作，控制氣控球閥QF3的啟閉，水泵達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速及水壓后，噴桿進(jìn)行自潔動作。

6 結(jié)語

通過以上的動作及控制策略分析可知：設(shè)定參數(shù)水路系統(tǒng)可根據(jù)實際負(fù)載設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，但是自適應(yīng)參數(shù)水路控制系統(tǒng)需要根據(jù)不同的路面情況進(jìn)行大量的實驗和深度學(xué)習(xí)，進(jìn)而確定最優(yōu)的水壓和車速，實現(xiàn)洗掃車高效節(jié)能化作業(yè)，此項工作為后續(xù)研究的重點方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉洋洗掃車高壓水路系統(tǒng)的設(shè)計分析[J]專用汽車，2010（2）：50-52

[2]崔少晨，柴立環(huán)衛(wèi)洗掃車高壓水路系統(tǒng)設(shè)計與研究[J]建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2015（9）：84-86

[3]周廣昭道路洗掃車吸塵系統(tǒng)流場分析及高壓水路控制系統(tǒng)開發(fā)[D]天津：河北工業(yè)大學(xué)，2020

[4]李文芳，李劍一種高位舉升自裝卸式垃圾車動作及控制策略分析[J]專用汽車，2022（1）：67-70

[5]石海濤多路圖像同步采集與預(yù)處理技術(shù)[D]西安：西安科技大學(xué)，2019

作者簡介：

李文芳，男，1985年生，工程師，研究方向為新能源環(huán)衛(wèi)專用車輛。