CN109383513A - 环卫清扫车自动驾驶控制方法和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环卫清扫车自动驾驶控制方法和控制系统，在自动驾驶过程中，实时采集车辆所处位置，实际车速，路口信号灯状态以及信号灯保持该状态的剩余时间，并获取车辆所处位置与路口的距离；当为绿灯时，计算上述距离与绿灯剩余时间的比值，如果该比值大于实际车速，那么，控制车辆加速行驶，以在绿灯变化前通过路口；当为红灯时，计算上述距离与红灯剩余时间的比值，如果该比值小于实际车速，那么，控制车辆减速行驶，以在红灯变为绿灯之后通过路口。因此，根据信号灯的状态以及状态保持剩余时间相应调节车速，能够保证车辆在绿灯灭之前或者红灯转绿灯之后通过路口，不用再频繁地等红灯，避免车辆频繁地起停，降低了能量消耗，保证了清扫效率。

Description

环卫清扫车自动驾驶控制方法和控制系统

技术领域

本发明涉及环卫清扫车自动驾驶控制方法和控制系统，属于环卫清扫车的自动驾驶技术领域。

背景技术

随着城市化发展、市场需求的不断提升和国家政策引导，市场上应用的新能源环卫清扫车辆，即纯电动环卫清扫车辆越来越多。与传统环卫清扫车和人工清扫相比，新能源环卫清扫车的环保性、清扫效率和安全性都有明显提高。而且，随着城市规模的发展，人力成本的不断提升，自动驾驶技术越来越受到重视，目前世界上有部分企业已经着手研发自动驾驶车辆，而且，有些自动驾驶汽车的研制已有了一定的规模。相应地，对于智能化无人驾驶自动行驶的清扫车的需求，显现的尤为迫切。但是，环卫清扫车具有车速慢、耗能大的特点，而且，自动驾驶环卫清扫车无法像人工驾驶那样可以根据实际需要调整车速，尤其是要通过红绿灯时，那么，自动驾驶环卫清扫车在通过路口的红绿灯时可能需要频繁地等红灯，伴随着的是频繁地起停，更加增加耗能，清扫效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种环卫清扫车自动驾驶控制方法，用以实现自动驾驶环卫清扫车因无法根据实际情况调整车速而造成频繁等红灯的问题。本发明同时提供一种环卫清扫车自动驾驶控制系统。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种环卫清扫车自动驾驶控制方法，包括以下步骤：

(1)实时采集车辆所处位置信息，实际车速信息，需要通过的路口信号灯的状态信息，以及信号灯保持该状态的剩余时间，根据车辆的行驶路线获取车辆所处位置与需要通过的路口的距离；

(2)当信号灯的状态为绿灯时，计算所述距离与信号灯保持为绿灯的剩余时间的比值，称为第一计算速度，如果该第一计算速度大于实际车速，那么，控制车辆加速行驶，以在绿灯变化前通过路口；

当信号灯的状态为红灯时，计算所述距离与信号灯保持为红灯的剩余时间的比值，称为第二计算速度，如果该第二计算速度小于实际车速，那么，控制车辆减速行驶，以在红灯变为绿灯之后通过路口。

设定环卫清扫车有一个允许速度范围，为[V_下，V_上]；

当信号灯的状态为绿灯时，如果所述第一计算速度大于实际车速，那么，调节车速，使车速处于[V₁，V_上]区间内，所述V₁为所述第一计算速度；

当信号灯的状态为红灯时，如果所述第二计算速度小于实际车速，那么，调节车速，使车速处于[V_下，V₂]区间内，所述V₂为所述第二计算速度。

判断比较车辆所处位置与需要通过的路口的距离与第一距离设定值，当车辆所处位置与需要通过的路口的距离小于或者等于所述第一距离设定值时，根据信号灯状态进行相应的速度控制。

一种环卫清扫车自动驾驶控制系统，包括数据获取模块和控制模块，所述数据获取模块用于实时采集车辆所处位置信息，实际车速信息，需要通过的路口信号灯的状态信息，以及信号灯保持该状态的剩余时间；所述控制模块用于根据车辆的行驶路线获取车辆所处位置与需要通过的路口的距离，并执行以下控制策略：当信号灯的状态为绿灯时，计算所述距离与信号灯保持为绿灯的剩余时间的比值，称为第一计算速度，如果该第一计算速度大于实际车速，那么，控制车辆加速行驶，以在绿灯变化前通过路口；当信号灯的状态为红灯时，计算所述距离与信号灯保持为红灯的剩余时间的比值，称为第二计算速度，如果该第二计算速度小于实际车速，那么，控制车辆减速行驶，以在红灯变为绿灯之后通过路口。

设定环卫清扫车有一个允许速度范围，为[V_下，V_上]；

当信号灯的状态为绿灯时，如果所述第一计算速度大于实际车速，那么，调节车速，使车速处于[V₁，V_上]区间内，所述V₁为所述第一计算速度；

当信号灯的状态为红灯时，如果所述第二计算速度小于实际车速，那么，调节车速，使车速处于[V_下，V₂]区间内，所述V₂为所述第二计算速度。

判断比较车辆所处位置与需要通过的路口的距离与第一距离设定值，当车辆所处位置与需要通过的路口的距离小于或者等于所述第一距离设定值时，根据信号灯状态进行相应的速度控制。

在环卫清扫车自动驾驶过程中，采集车辆所处位置信息，实际车速信息，需要通过的路口信号灯的状态信息，以及信号灯保持该状态的剩余时间信息，并根据车辆的行驶路线获取车辆所处位置与需要通过的路口的距离；然后进行如下判断，当信号灯的状态为绿灯时，计算车辆与路口的距离与信号灯保持为绿灯的剩余时间的比值，称为第一计算速度，那么，该第一计算速度是指如果车辆以该速度行驶的话，刚好能够在在绿灯变化前通过路口，因此如果该第一计算速度大于实际车速，就需要控制车辆加速行驶，这样的话，才能够在绿灯变化前通过路口；当信号灯的状态为红灯时，同样计算车辆与路口的距离与信号灯保持为红灯的剩余时间的比值，称为第二计算速度，那么，该第二计算速度是指如果车辆以该速度行驶的话，刚好在红灯变为绿灯时到达路口，因此，如果该第二计算速度小于实际车速，那么，就需要控制车辆减速行驶，这样的话，才能够在红灯变为绿灯之后通过路口。总之，根据信号灯的状态以及状态保持剩余时间相应调节车速，能够保证车辆在绿灯灭之前或者红灯转绿灯之后通过路口，不用再频繁地等红灯，避免车辆频繁地起停，降低了能量消耗，保证了清扫效率。

附图说明

图1是环卫清扫车自动驾驶控制策略整体流程图；

图2是纯电动环卫清扫车自动驾驶系统的组成原理图；

图3是超声波雷达探头的布置位置示意图。

具体实施方式

环卫清扫车自动驾驶控制系统实施例

本实施例提供一种环卫清扫车自动驾驶控制系统，用于环卫清扫车的自动驾驶控制，而对于适用于的环卫清扫车则不做限定，可以是传统动力源环卫清扫车，比如燃油车，还可以是纯电动环卫清扫车，本实施例以纯电动环卫清扫车为例进行说明。

环卫清扫车自动驾驶控制系统的发明点在于其中的两个模块，分别是数据获取模块和控制模块，其中，数据获取模块用于获取相关的数据信息，控制模块用于根据得到的数据信息结合内部加载的控制程序实现自动驾驶控制。因此，本发明的发明点在于控制模块中加载的以软件程序形式存在的自动驾驶控制策略。另外，由于是自动驾驶，那么，控制模块中就事先存储有详细的车辆运行路线信息，环卫清扫车根据运行路线进行自动驾驶，实现自动清扫。

利用数据获取模块获取的数据信息有：车辆所处位置信息(即车辆当前位置信息)、实际车速信息、需要通过的路口信号灯的状态信息以及信号灯保持相应状态的剩余时间。车辆所处位置信息可以根据GPS定位模块以及运行路线信息获取；车速信息可以根据设置在车辆上的速度检测器件获取；根据车辆的运行路线可以得到需要通过的各个路口，那么，通过与路口信号灯的通信，可以获得需要通过的路口信号灯的状态，以及信号灯保持对应状态的剩余时间等信息。而且，根据车辆所处位置信息以及运行路线可以得到车辆所处位置与需要通过的路口的距离。因此，数据获取模块包括若干个信息采集单元，分别对应采集上述相应的信息，这些信息采集单元均可以采用现有的相关器件。

数据获取模块将获取的各数据信息传输给控制模块，控制模块根据获得的数据信息进行处理和控制。

车辆在距离路口较远时，由于道路上存在着很多不确定因素，因此，为了保证控制的精准度，在距离路口较远时不进行速度控制，只有当距离路口较近时才根据上述各数据信息进行速度控制。那么，控制模块首先需要进行如下判断：判断比较车辆所处位置与需要通过的路口的距离与第一距离设定值的大小，第一距离设定值根据实际要求进行设定，比如该设定值的设置要求是：车辆以当前实际车速行走完该第一距离设定值，前方需要通过的路口的信号灯维持在一个状态不发生变化。当车辆所处位置与需要通过的路口的距离小于或者等于第一距离设定值时，开始后续的车速控制。这样的话，只有距离路口较近时才进行控制，防止在车辆还未到达路口而信号灯已变化了一次或者更多次，从而影响控制精准度。

为了便于控制，本实施例中，将路口设定为一个点，也就是忽略了车辆通过路口消耗的时间，那么，车辆到达路口就相当于通过路口。当然，在实际情况下，路口的宽度不尽相同，那么，在实际控制时，就需要考虑路口的宽度这一参数，但是，仍旧基于相同的控制策略。设定车辆所处位置与需要通过的路口的距离为S，车辆的实际速度为V_实。通常情况下，环卫清扫车在正常清扫运行过程中，车速不能过大或者过小，否则无法正常实施清扫作业，那么，环卫清扫车就有一个允许速度范围，在该范围内行驶才能够正常清扫，设定该允许速度范围为[V_下，V_上]，其中，V_下为速度下限值，V_上为速度上限值。那么，上述第一距离设定值的设置要求就可以是：车辆以[V_下，V_上]区间内任意一个速度值行走完第一距离设定值，前方需要通过的路口的信号灯维持在一个状态不发生变化。

当前方路口信号灯的状态为绿灯时，计算距离S与信号灯保持为绿灯的剩余时间(即绿灯剩余时间)t₁的比值，称为第一计算速度V₁，那么，V₁＝S/t₁，比较V₁与V_实的大小，如果V₁大于V_实，那么，控制车辆加速行驶，以在绿灯变化前通过路口。

如果车辆以第一计算速度V₁行驶的话，刚好能够在在绿灯变化的时候通过路口，那么，为了保证车辆能够顺利通过路口，车辆就需要以一个大于V₁的速度行驶，如果将路口设为一个点的话，车辆所需的最小速度可以等于V₁，如果不将路口设为一个点的话，车辆所需的最小速度就需要大于V₁，这样才能够保证车辆顺利通过路口。由于本实施例将路口设定为一个点，那么，在控制车辆加速时，控制车速处于[V₁，V_上]区间内，即区间[V₁，V_上]中的任意一个速度值均能够保证车辆顺利通过路口，具体取值根据实际需要进行设定。进一步地，为了在实际情况中保证车辆顺利通过路口，上述在控制车速时，车速区间为(V₁，V_上]。

当信号灯的状态为红灯时，计算距离S与信号灯保持为红灯的剩余时间(即红灯剩余时间)t₂的比值，称为第二计算速度V₂，那么，V₂＝S/t₂，比较V₂与V_实的大小，如果V₂小于V_实，那么，控制车辆减速行驶，以在红灯变为绿灯之后通过路口。

如果车辆以第二计算速度V₂行驶的话，刚好能够在在红灯变为绿灯的时候到达路口，那么，为了保证车辆能够顺利通过路口，车辆就需要以一个小于V₂的速度行驶，同理，如果将路口设为一个点的话，车辆所需的最大速度可以等于V₂。由于本实施例将路口设定为一个点，那么，在控制车辆减速时，控制车速处于[V_下，V₂]区间内，即区间[V_下，V₂]中的任意一个速度值均能够保证车辆顺利通过路口，具体取值根据实际需要进行设定。进一步地，为了在实际情况中保证车辆顺利通过路口，上述在控制车速时，车速区间为[V_下，V₂)。

因此，通过上述控制策略，能够保证在绿灯灭前，最迟在绿灯灭的同时通过路口；在红灯变为绿灯之后，最早在红灯变为绿灯的同时到达路口，进而通过路口。那么，不管信号灯状态时绿灯还是红灯，在上述控制策略的控制下，均能够保证车辆顺利通过路口，避免频繁等红灯。

当然，控制模块根据控制策略得到加速或者就减速控制信号时，控制驱动电机实现车速的调节。

图1是环卫清扫车自动驾驶控制策略整体流程图。

另外，为了实现自动驾驶，环卫清扫车中设置有一套自动驾驶系统，该自动驾驶系统包括上述自动驾驶控制系统，而且，环卫清扫车除了自动驾驶系统之外还有清扫机构，其中，清扫机构属于常规技术，目前不管是人工驾驶的环卫清扫车还是其他类型的自动驾驶环卫清扫车中均涉及到，这里就不再具体说明。而且，除了自动驾驶系统和清扫机构之外，环卫清扫车中还有其他的组成部分，由于其他的组成部分与自动驾驶没有密切的关联，这里就不再具体描述。

由于目前环卫清扫车的自动驾驶系统已经被研发出，以下给出一种具体的实施方式。

除了控制模块之外，纯电动环卫清扫车自动驾驶系统还包括车身周围障碍物检测子系统、路边距离检测子系统、电控转向子系统和制动子系统，其中，车身周围障碍物检测子系统用于检测车辆与车身周围障碍物的距离，路边距离检测子系统用于检测车辆与路边的距离，具体是车头距离路边的距离，重点是车辆与马路牙或者花坛等能够与车辆发生碰撞的路边物的距离。控制模块连接动力电池，同时，控制模块采样连接车身周围障碍物检测子系统和路边距离检测子系统，控制连接电控转向子系统和制动子系统。另外，控制模块还控制连接清扫机构。

针对上述纯电动环卫清扫车自动驾驶系统的组成，本实施例给出该系统的一种具体实施方式，其中，如图2所示，控制模块以整车控制器1为例；数据获取模块以图2中的车路协同模块8为例。车身周围障碍物检测子系统采用超声波进行检测，即车身周围障碍物检测子系统以360°超声波雷达探测子系统2为例；路边距离检测子系统以激光测距雷达探测子系统3为例；而对于电控转向系统4和制动系统5，均可以采用常规的系统。利用超声波雷达探测子系统，相较于摄像头等视觉系统，价格更低，不到视觉系统的十分之一，而且，相比视觉系统更可靠，对光线没有要求，可以24小时作业。进一步地，360°超声波雷达探测子系统2包括四组超声波雷达探头，车身的前侧、后侧、左侧和右侧均各设置一组超声波雷达探头，各组超声波雷达探头的个数根据实际需要进行设定，本实施例中，每组的个数是四个，那么，总共就有16个探头，如图3所示。通常情况下，超声波雷达探头的探测距离为5米左右，那么，通过这四组探头可以检测到车身前后左右5米范围内的障碍物，实现360°全方位检测。

激光测距雷达探测子系统3包括两组激光测距雷达，车头两侧各设置一组，即环卫清扫车两侧靠近车头的地方处各设置一组，每组均包括三个激光测距雷达。如图3所示，从图的左侧到右侧定义为车辆行驶方向，那么，图3中的车头两侧的箭头代表激光测距雷达。

整车控制器1与360°超声波雷达探测子系统2和激光测距雷达探测子系统3通过CAN网络进行通信。整车控制器1与电控转向系统4或制动系统5通过低压电控线相连。

环卫清扫车作业时，按照既定路线运行，整车控制器1将车速限制在5Km/h以内。360°超声波雷达探测子系统2将探测到的车身前后左右5米范围内出现障碍物的位置等信息通过CAN网络传递给整车控制器1，激光测距雷达探测子系统3将车头距马路牙或花坛的实时距离通过CAN网络传递给整车控制器1，整车控制器1通过控制电控转向系统4或制动系统5实现车辆的转向、减速，进而避开障碍物，整车控制器1通过控制电控转向系统4，实现车辆的转向，进而避开撞到马路牙或花坛，实现环卫清扫车的自动安全驾驶。

整车控制器1与动力电池的电池管理系统9通信，根据电池管理系统9传输的动力电池的信息判断车辆剩余电量，以及剩余电量所对应的剩余续驶里程，当剩余续驶里程较小时，自动控制车辆回厂并进行自动充电，避免车辆因电量不足而抛锚，提高运营效率。

另外，自动驾驶系统还包括远程监控系统6，远程监控系统6通过CAN网络读取车辆位置、电量、运行状况、故障信息、电耗等信息，并将这些信息通过4G网络实时发送到监控后台7。监控后台7通过分析车辆信息，可向车辆发送命令，控制车辆返厂维修，返厂充电，并自动安排充电位。而且，监控后台7可以同时监控和操控整个车队的所有环卫清扫车。

环卫清扫车自动驾驶控制方法实施例

本实施例提供一种环卫清扫车自动驾驶控制方法，包括以下步骤：

(1)实时采集车辆所处位置信息，实际车速信息，需要通过的路口信号灯的状态信息，以及信号灯保持该状态的剩余时间，根据车辆的行驶路线获取车辆所处位置与需要通过的路口的距离；

(2)当信号灯的状态为绿灯时，计算所述距离与信号灯保持为绿灯的剩余时间的比值，称为第一计算速度，如果该第一计算速度大于实际车速，那么，控制车辆加速行驶，以在绿灯变化前通过路口；

当信号灯的状态为红灯时，计算所述距离与信号灯保持为红灯的剩余时间的比值，称为第二计算速度，如果该第二计算速度小于实际车速，那么，控制车辆减速行驶，以在红灯变为绿灯之后通过路口。

在上述系统实施例中，该控制方法为加载在控制模块中的相应软件程序，由于上述系统实施例已对该控制方法做出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

Claims (6)

1.一种环卫清扫车自动驾驶控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)实时采集车辆所处位置信息，实际车速信息，需要通过的路口信号灯的状态信息，以及信号灯保持该状态的剩余时间，根据车辆的行驶路线获取车辆所处位置与需要通过的路口的距离；

(2)当信号灯的状态为绿灯时，计算所述距离与信号灯保持为绿灯的剩余时间的比值，称为第一计算速度，如果该第一计算速度大于实际车速，那么，控制车辆加速行驶，以在绿灯变化前通过路口；

当信号灯的状态为红灯时，计算所述距离与信号灯保持为红灯的剩余时间的比值，称为第二计算速度，如果该第二计算速度小于实际车速，那么，控制车辆减速行驶，以在红灯变为绿灯之后通过路口。

2.根据权利要求1所述的环卫清扫车自动驾驶控制方法，其特征在于，设定环卫清扫车有一个允许速度范围，为[V_下，V_上]；

当信号灯的状态为绿灯时，如果所述第一计算速度大于实际车速，那么，调节车速，使车速处于[V₁，V_上]区间内，所述V₁为所述第一计算速度；

当信号灯的状态为红灯时，如果所述第二计算速度小于实际车速，那么，调节车速，使车速处于[V_下，V₂]区间内，所述V₂为所述第二计算速度。

3.根据权利要求1或2所述的环卫清扫车自动驾驶控制方法，其特征在于，判断比较车辆所处位置与需要通过的路口的距离与第一距离设定值，当车辆所处位置与需要通过的路口的距离小于或者等于所述第一距离设定值时，根据信号灯状态进行相应的速度控制。

4.一种环卫清扫车自动驾驶控制系统，其特征在于，包括数据获取模块和控制模块，所述数据获取模块用于实时采集车辆所处位置信息，实际车速信息，需要通过的路口信号灯的状态信息，以及信号灯保持该状态的剩余时间；所述控制模块用于根据车辆的行驶路线获取车辆所处位置与需要通过的路口的距离，并执行以下控制策略：当信号灯的状态为绿灯时，计算所述距离与信号灯保持为绿灯的剩余时间的比值，称为第一计算速度，如果该第一计算速度大于实际车速，那么，控制车辆加速行驶，以在绿灯变化前通过路口；当信号灯的状态为红灯时，计算所述距离与信号灯保持为红灯的剩余时间的比值，称为第二计算速度，如果该第二计算速度小于实际车速，那么，控制车辆减速行驶，以在红灯变为绿灯之后通过路口。

5.根据权利要求4所述的环卫清扫车自动驾驶控制系统，其特征在于，设定环卫清扫车有一个允许速度范围，为[V_下，V_上]；

当信号灯的状态为绿灯时，如果所述第一计算速度大于实际车速，那么，调节车速，使车速处于[V₁，V_上]区间内，所述V₁为所述第一计算速度；

当信号灯的状态为红灯时，如果所述第二计算速度小于实际车速，那么，调节车速，使车速处于[V_下，V₂]区间内，所述V₂为所述第二计算速度。

6.根据权利要求4或5所述的环卫清扫车自动驾驶控制系统，其特征在于，判断比较车辆所处位置与需要通过的路口的距离与第一距离设定值，当车辆所处位置与需要通过的路口的距离小于或者等于所述第一距离设定值时，根据信号灯状态进行相应的速度控制。