CN110015147A - 纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制方法和系统，在自动驾驶过程中，实时采集动力电池的剩余电量以及车辆的当前位置；根据剩余电量计算对应的剩余续驶里程；比较车辆当前位置与充电场所的距离与剩余续驶里程，当剩余续驶里程小于或者等于上述距离的设定倍数时，控制车辆停止清扫工作，并控制车辆驶向充电场所进行充电，由于剩余续驶里程比车辆当前位置与充电场所的距离大一点或者两者恰好相等，那么，此时车辆的剩余电量就足以支撑其行驶到充电场所进行充电。所以，通过这种控制方法能够防止纯电动环卫清扫车因电量不足而抛锚在道路上，提升了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制方法和系统，属于纯电动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，新能源环卫清扫车在自动驾驶过程中有一个必须面对的问题，那就是充电问题。在人工驾驶过程中，司机可以根据电量的剩余情况自主选择合适的时机进行充电，但是，在自动驾驶过程中，人工因素不再介入，如果没有合适的充电控制策略的话，很容易因电量不足而抛锚，降低清扫效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制方法，用以解决自动驾驶过程中纯电动环卫清扫车易因电量不足而抛锚的问题。本发明同时提供一种纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制系统。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制方法，包括以下步骤：
(1)实时采集动力电池的剩余电量以及车辆的当前位置；
(2)根据剩余电量计算对应的剩余续驶里程；
(3)比较车辆当前位置与充电场所的距离与所述剩余续驶里程，当所述剩余续驶里程小于或者等于所述距离的设定倍数时，控制车辆驶向所述充电场所进行充电；所述设定倍数是一个大于或等于1的数值。
所述充电场所为距离车辆当前位置最近的充电桩，获取过程为：根据存储的地图信息，各充电桩的位置信息以及车辆当前位置获取车辆当前位置与各充电桩的距离信息，通过比较各距离信息得到距离车辆当前位置最近的充电桩，同时得到车辆当前位置到达最近充电桩的路径；当满足判断条件时，控制车辆按照确定的路径行驶，以驶向最近的充电桩进行充电。
所述充电场所为设置有充电设备的环卫停保场。
根据车辆的每公里能耗以及剩余电量计算剩余续驶里程。
一种纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制系统，包括：
数据获取模块，用于实时采集动力电池的剩余电量以及车辆的当前位置；
控制模块，用于根据剩余电量计算对应的剩余续驶里程，然后比较车辆当前位置与充电场所的距离与所述剩余续驶里程，当所述剩余续驶里程小于或者等于所述距离的设定倍数时，控制车辆驶向所述充电场所进行充电。
所述充电场所为距离车辆当前位置最近的充电桩，获取过程为：根据存储的地图信息，各充电桩的位置信息以及车辆当前位置获取车辆当前位置与各充电桩的距离信息，通过比较各距离信息得到距离车辆当前位置最近的充电桩，同时得到车辆当前位置到达最近充电桩的路径；当满足判断条件时，控制车辆按照确定的路径行驶，以驶向最近的充电桩进行充电。
所述充电场所为设置有充电设备的环卫停保场。
根据车辆的每公里能耗以及剩余电量计算剩余续驶里程。
在纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中，实时采集动力电池的剩余电量以及车辆的当前位置，并根据剩余电量计算对应的剩余续驶里程；然后比较车辆当前位置与充电场所的距离与剩余续驶里程的大小，纯电动环卫清扫车在刚开始运行时，动力电池的剩余电量比较充足，相应地，剩余续驶里程很长，随着行走和清扫工作的进行，动力电池的剩余电量越来越小，对应的剩余续驶里程逐渐降低，当剩余续驶里程降低到车辆当前位置与充电场所距离的设定倍数时，表示此刻剩余续驶里程仅仅比车辆当前位置与充电场所的距离大一点或者两者恰好相等，此时如果车辆继续向前行走和清扫的话，就没有充足的电量返回到充电场所，进而因电量不足而抛锚在道路上，到时就要专门的拖车将其拖走，为了防止这一点，这时就需要控制车辆停止清扫工作，并控制车辆驶向充电场所进行充电，由于剩余续驶里程比车辆当前位置与充电场所的距离大一点或者两者恰好相等，那么，此时车辆的剩余电量就足以支撑其行驶到充电场所进行充电。所以，通过这种控制方法能够防止纯电动环卫清扫车因电量不足而抛锚在道路上，提升了工作效率。
附图说明
图1是纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电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
纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制系统实施例
本实施例提供一种纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制系统，用于纯电动环卫清扫车在自动驾驶过程中的充电控制。该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，数据获取模块用于实时采集动力电池的剩余电量以及车辆的当前位置，那么，该模块就包括两部分，一个是剩余电量检测单元，用于检测动力电池的剩余电量，即SOC信息，可以采用常规的电量检测设备；另一个是用于获取车辆当前位置的单元，可以是GPS定位单元，根据定位信息以及运行路线信息得到车辆当前位置，也可以是图像采集设备，根据采集到的当前位置处的图像信息以及运行路线信息得到车辆当前位置。控制模块用于根据动力电池的剩余电量，车辆的当前位置信息以及其他相关的数据，并依据内部存储的控制策略实现在自动驾驶过程中的充电控制。数据获取模块按照一定的采样周期进行采集，比如：0.5s，那么，控制模块就会每0.5s进行一次判断和控制。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。
控制模块接收到动力电池的剩余电量以及车辆的当前位置之后，根据剩余电量计算对应的剩余续驶里程，本实施例给出一种具体的计算方式：根据车辆的每公里能耗以及剩余电量计算剩余续驶里程，每公里能耗是指车辆按照相应的车速每行驶一公里所消耗的电量，那么，剩余电量除以每公里能耗就能够得到剩余续驶里程。每公里能耗有以下两种情况：第一、在充电控制时，在去充电场所的路途中如果同时行走和开展清扫作业，那么，每公里能耗就是车辆按照相应的车速每行走同时清扫作业一公里总共所消耗的电量，进而得到的剩余续驶里程就是剩余电量所能够支撑车辆同时进行行走和清扫作业所行驶的里程长度；第二、在去充电场所的路途中只行走，不进行清扫作业，那么，这里的每公里能耗只是车辆行走一公里消耗的能量，不算入清扫作业消耗的电量，进而得到的剩余续驶里程就是剩余电量所能够支撑车辆只行走所行驶的里程长度。为了节约电量，本实施例以在去充电场所的路途中只行走，不再同时进行清扫作业为例。
然后，根据车辆当前位置与充电场所的位置确定两者之间的距离，该距离并非两点的直线距离，而是从车辆当前位置到充电场所的路途距离，是车辆能够沿着道路行驶的距离，根据车辆当前位置与充电场所的位置，以及存储的地图信息确定，当然，为了降低能耗，该距离默认为从车辆当前位置到充电场所最近的路线。并且，在理想情况下，如果上述得到的距离值恰好等于剩余续驶里程，车辆在返回到充电场所进行充电时，剩余电量恰好能够支撑到充电场所，但是，现实情况中存在着很多不确定因素，并且，剩余续驶里程的计算也可能存在着一定的误差，那么，当剩余续驶里程恰好等于上述得到的距离值才控制车辆返回充电场所，剩余电量可能就无法支撑其回到充电场所，因此，定义一个设定倍数，即设定一个比例参数，理想情况下该比例参数可以等于1，但是，为了符合实际情况，该比例参数是一个大于1的数值，而且，为了增长车辆清扫时间，提升车辆清扫效率，只有在剩余电量不多时才控制充电，因此，该比例参数是一个略大于1的数值，比如1.1或者其他符合要求的数值。
由于车辆刚运行时，动力电池的耗能很少，剩余电量很多，对应的剩余续驶里程很长，随着车辆的运行，动力电池的电量逐渐降低，即剩余电量逐渐降低，对应的剩余续驶里程逐渐降低，当剩余续驶里程降低到小于或者等于车辆当前位置与充电场所距离的设定倍数时，表示车辆的剩余电量不多，如果不进行充电，车辆可能会因电量不足而抛锚，那么，控制模块控制车辆按照从车辆当前位置到充电场所的行驶路线驶向充电场所进行充电。
其中，充电场所可以是固定的，比如设置有充电设备的环卫停保场，在控制过程中，控制模块实时检测车辆的当前位置，以及当前位置与环卫停保场的距离以及路线，当满足上述判断条件时，控制车辆驶回环卫停保场，进行充电。
充电场所还可以是不确定的，随着纯电动车辆的逐渐普及，市区道路上设置的充电桩越来越多，所以，在控制过程中，控制车辆驶向道路上的充电桩进行充电，为了保证效率，进行充电的充电桩为距离车辆最近的充电桩，具体过程是：控制模块实时接收道路上各充电桩的位置信息，或者各充电桩的位置信息事先就存储在控制模块中，并结合地图信息以及车辆的当前位置，能够获取车辆当前位置与各充电桩的距离信息，并通过比较各距离信息能够得到距离车辆当前位置最近的充电桩，当然，也就获取到了车辆当前位置与最近充电桩的距离以及行驶路线等详细信息。当剩余续驶里程降低到小于或者等于车辆当前位置与最近充电桩距离的设定倍数时，控制模块控制车辆按照确定好的车辆当前位置到最近充电桩的行驶路线驶向该最近充电桩进行充电。
图1是充电控制策略的整体流程图。
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充电控制系统，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；数据获取模块中的剩余电量检测单元以图2中的动力电池的电池管理系统9为例。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，自动控制车辆回到充电场所进行自动充电，避免车辆因电量不足而抛锚，提高运营效率。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。
而且，自动驾驶系统还包括车路协同模块8，该模块包括两部分，分别是上文中提到的定位单元和信号灯信息获取单元，其中，信号灯信息获取单元用于获取车辆需要通过的路口处的红绿信号灯的状态信息。整车控制器1采样连接车路协同模块8，实时接收车路协同模块8的传输的信息，通过车路协同模块8与信号灯通信，确定车辆精确位置，并通过和信号灯的通信，合理控制车速，避免车辆频繁等红灯，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。
纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制方法实施例
本实施例提供一种纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制方法，基本方案包括以下步骤：(1)实时采集动力电池的剩余电量以及车辆的当前位置；(2)根据剩余电量计算对应的剩余续驶里程；(3)比较车辆当前位置与充电场所的距离与所述剩余续驶里程，当所述剩余续驶里程小于或者等于所述距离的设定倍数时，控制车辆驶向所述充电场所进行充电；所述设定倍数是一个大于或等于1的数值。
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 (8)
1.一种纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)实时采集动力电池的剩余电量以及车辆的当前位置；
(2)根据剩余电量计算对应的剩余续驶里程；
(3)比较车辆当前位置与充电场所的距离与所述剩余续驶里程，当所述剩余续驶里程小于或者等于所述距离的设定倍数时，控制车辆驶向所述充电场所进行充电；所述设定倍数是一个大于或等于1的数值。
2.根据权利要求1所述的纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制方法，其特征在于，所述充电场所为距离车辆当前位置最近的充电桩，获取过程为：根据存储的地图信息，各充电桩的位置信息以及车辆当前位置获取车辆当前位置与各充电桩的距离信息，通过比较各距离信息得到距离车辆当前位置最近的充电桩，同时得到车辆当前位置到达最近充电桩的路径；当满足判断条件时，控制车辆按照确定的路径行驶，以驶向最近的充电桩进行充电。
3.根据权利要求1所述的纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制方法，其特征在于，所述充电场所为设置有充电设备的环卫停保场。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制方法，其特征在于，根据车辆的每公里能耗以及剩余电量计算剩余续驶里程。
5.一种纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于实时采集动力电池的剩余电量以及车辆的当前位置；
控制模块，用于根据剩余电量计算对应的剩余续驶里程，然后比较车辆当前位置与充电场所的距离与所述剩余续驶里程，当所述剩余续驶里程小于或者等于所述距离的设定倍数时，控制车辆驶向所述充电场所进行充电。
6.根据权利要求5所述的纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制系统，其特征在于，所述充电场所为距离车辆当前位置最近的充电桩，获取过程为：根据存储的地图信息，各充电桩的位置信息以及车辆当前位置获取车辆当前位置与各充电桩的距离信息，通过比较各距离信息得到距离车辆当前位置最近的充电桩，同时得到车辆当前位置到达最近充电桩的路径；当满足判断条件时，控制车辆按照确定的路径行驶，以驶向最近的充电桩进行充电。
7.根据权利要求5所述的纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制系统，其特征在于，所述充电场所为设置有充电设备的环卫停保场。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的纯电动环卫清扫车自动驾驶过程中充电控制系统，其特征在于，根据车辆的每公里能耗以及剩余电量计算剩余续驶里程。
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