CN110586578B - 激光雷达的清洁防护一体化装置、清洁控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种激光雷达的清洁防护一体化装置、清洁控制方法及系统，所述清洁防护一体化装置，包括：防护支架，设置于雷达支撑底座上，包含位于激光雷达顶部上方的防护板结构；所述雷达支撑底座用于支撑激光雷达；喷嘴支架，固定于所述防护板结构之下，具有多个延伸臂，所述延伸臂环绕分布于所述激光雷达的顶部之上；以及喷嘴，固定于所述延伸臂的端部，所述喷嘴入口与水气通管连接，所述喷嘴出口朝向所述激光雷达，以喷出气体或者水气混合物。实现了集清洁、防护和支撑的一体化功能，装置结构较为简单，实用性强，并且能够同时满足多种目前应用广泛的激光雷达如圆柱式和斜面式激光雷达等的清洁，大大提升了清洁装置的适用性。

Description

激光雷达的清洁防护一体化装置、清洁控制方法及系统

技术领域

本公开属于无人驾驶技术领域，涉及一种激光雷达的清洁防护一体化装置、清洁控制方法及系统。

背景技术

无人驾驶技术主要包括感知与高精定位、决策与路径规划以及车辆运动控制等。作为决策与路径规划以及车辆运动控制的输入，感知与高精定位是无人驾驶可以实现的前提，而激光雷达传感器作为感知的核心元件之一，是实现高精定位必不可少的部件。激光雷达可以通过发射激光光束测量目标的形状，位置，距离等，从而快速创建周围环境点云。但是如果雷达镜面被异物遮挡而导致激光光束无法正常发出，则会大大降低激光雷达的感知能力，而同时车辆因为在室外的环境行驶，雷达镜面不可避免的会被灰尘、泥水等异物粘附，所以雷达的清洁亦变得尤为重要。

目前激光雷达的清洁基本依靠人工手动进行，但是在很多工况下，如无人驾驶车辆在高速公路上行驶，或者激光雷达负载于矿车上，在矿区作业，要么没有条件可以进行人工清洁，要么矿区地域很大，人工清洁费时费力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种激光雷达的清洁防护一体化装置、清洁控制方法及系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种激光雷达的清洁防护一体化装置，包括：防护支架110，设置于雷达支撑底座101上，包含位于激光雷达10顶部上方的防护板结构1103；所述雷达支撑底座101用于支撑激光雷达10；喷嘴支架111，固定于所述防护板结构1103之下，具有多个延伸臂1111，所述延伸臂1111环绕分布于所述激光雷达10的顶部之上；以及喷嘴112，固定于所述延伸臂1111的端部，所述喷嘴112入口与水气通管115连接，所述喷嘴112出口朝向所述激光雷达10，以喷出气体或者水气混合物。

在本公开的一实施例中，多个所述延伸臂1111之间具有夹角，所述延伸臂1111的个数与夹角分布能够覆盖所述激光雷达10的有效工作区域。

在本公开的一实施例中，所述延伸臂1111个数为3个，位于中间的延伸臂与另外两个延伸臂的夹角为90°。

在本公开的一实施例中，所述喷嘴112相对于所述激光雷达10的镜片区域向下倾斜，与所述镜片区域所在侧面具有一倾角(倾角范围根据实际情况确定，一般大于0均可)，所述倾角使得所述喷嘴112出口喷出的气体或者水气混合物的范围能够覆盖所述激光雷达10的镜片区域。

在本公开的一实施例中，所述防护板结构1103包括：防护板主体1103c，以及平行设置于所述防护板主体1103c同一侧的上防护板1103a和下防护板1103b，在所述上防护板1103a和所述下防护板1103b之间具有间隔，所述间隔用于容置所述水气通管115。

在本公开的一实施例中，所述防护支架110呈折线型分布，所述防护支架110还包含：固定于所述雷达支撑底座101上的底板结构1101，以及与激光雷达10侧面平行的侧板结构1102。

在本公开的一实施例中，所述水气通管115从所述雷达支撑底座101的一凹槽中延伸，穿过所述防护支架110的底板结构1101、平行于所述侧板结构1102延伸以及穿入所述防护板结构1103。

在本公开的一实施例中，所述雷达支撑底座101设置于车辆上；可选的，所述车辆为无人驾驶车辆。

根据本公开的另一个方面，提供了一种所述激光雷达的清洁防护一体化装置的清洁控制方法，包括：

监测激光雷达传感器的镜面清洁度；

在监测到所述镜面清洁度低于设定标准的情况下，首先进入喷气清洁模式，控制所述喷嘴朝向所述激光雷达的镜片区域喷出气体进行清洁第一预设时间；

在所述第一预设时间后如果监测到镜面清洁度仍然低于设定标准，则进入水气混合清洁模式，控制所述喷嘴朝向所述激光雷达的镜片区域同时喷出水气混合物进行清洁第二预设时间，在所述第二预设时间后关闭水路，继续喷出气体持续第三预设时间；

在所述第三预设时间后如果监测到镜面清洁度仍然低于设定标准，则进入水气混合重复清洁模式，控制水气混合清洁模式重复进行预设次数；

在所述水气混合重复清洁模式完成清洁后如果监测到镜面清洁度仍然低于设定标准，将清洁结果上传并发出警示。

在本公开的一实施例中，清洁控制方法，还包括：在车辆启动后便开始计时，当计时时间大于设定时间阈值时，此时如果监测得到的清洁度等于或高于设定标准，也依旧会启动清洁，启动清洁后，计时则会清零。

在本公开的一实施例中，监测激光雷达传感器的镜面清洁度的方法，包括：

通过镜面反射率的变化和路侧固定物体的前后检测结果进行确定，当如下两个条件同时满足，则判定激光雷达传感器的清洁度低于设定标准：

条件一：镜面反射率β与镜像反射率基准值δ之间的差值绝对值大于预设的反射率变化基准值ε；

条件二：识别的路侧固定物体与清洁度完好时对应的同一固定物体的形状发生的偏差大于预设尺寸基准值，且识别的路侧固定物体与清洁度完好时对应的同一固定物体与雷达传感器的绝对距离发生的偏差大于预设距离基准值。

根据本公开的又一个方面，提供了一种清洁系统，包括：激光雷达的清洁防护一体化装置；高压气源结构，输出端与所述清洁防护一体化装置的水气通管115连接，由第一开关控制阀71控制气路的通断；高压水源结构，输出端与所述清洁防护一体化装置的水气通管115连接，由第二开关控制阀72控制水路的通断；清洁控制系统，用于执行所述清洁控制方法，包含：清洁度监测模块，用于监测激光雷达传感器的镜面清洁度；控制模块，用于在监测到所述镜面清洁度低于设定标准时，控制所述第一开关控制阀71使气路打开，或者同时控制所述第一开关控制阀71和所述第二开关控制阀72使气路和水路同时打开，以控制喷嘴朝向所述激光雷达喷出气体或者水气混合物。

在本公开的一实施例中，所述高压气源结构包括：打气源20,30，用于提供高压气源动力；储气筒6，与所述打气源连接；其中，在所述打气源与所述储气筒6之间设置有单向阀41,42和保护阀5，所述储气筒6与水气通管115连接；所述高压水源结构包括：水箱9；电机水泵装置80，输入端与所述水箱9连接，输出端与水气通管115连接；在所述电机水泵装置80与所述水气通管115之间设置有第三单向阀43。

在本公开的一实施例中，所述打气源20,30包括电动打气装置20和发动机打气装置30中的至少一种。

在本公开的一实施例中，所述清洁度监测模块和所述控制模块集成于智能驾驶控制器(ADCU)中。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的激光雷达的清洁防护一体化装置、清洁控制方法及系统，具有以下有益效果：

(1)该清洁防护一体化装置，通过在雷达支撑底座101上设置防护支架110，防护支架110包含位于激光雷达10顶部上方的防护板结构1103，该防护板结构1103一方面遮挡于激光雷达顶部上方，能够有效防止落石等异物对雷达的损坏；另一方面在该防护板结构1103下方固定有喷嘴支架111，喷嘴支架的多个延伸臂1111环绕分布于激光雷达10的顶部之上，从延伸臂1111端部的喷嘴112朝向激光雷达10向下喷出气体或者水气混合物，能够实现对于激光雷达的清洗，实现了集清洁、防护和支撑的一体化功能，装置结构较为简单，实用性强，并且能够同时满足目前使用比较广泛的圆柱式激光雷达和斜面式激光雷达的清洁，大大提升了清洁装置的使用性能；

(2)进一步的，通过设置延伸臂1111的个数、分布夹角以及对于喷嘴的走向的设置，使得所述延伸臂1111的个数与夹角分布能够覆盖所述激光雷达10的有效工作区域，使得所述喷嘴112相对于所述激光雷达10的镜片区域向下倾斜，与所述镜片区域所在侧面具有一倾角，所述倾角使得所述喷嘴112出口喷出的气体或者水气混合物的范围能够覆盖所述激光雷达10的镜片区域，实现了对于雷达传感器的镜片区域的全面覆盖清洁，不仅仅适用于圆柱式或斜面式激光雷达，对于其他形状的雷达也适用；

(3)清洁控制方法中，提出了基于激光雷达传感器镜面反射率和路侧物体的识别参数对比的清洁度检测策略，此外还增加了定时清洗的策略，两套方案并行提升了镜面清洁度检测的可靠性；

(4)清洁控制方法中，提出了基于反馈的纯喷气和水气混合清洁的多重自动组合的清洁模式，此外还在上述两种清洁方式完成后还未达到清洁度要求的情况下采用水气混合重复清洁模式进行清洁，进一步提升清洁系统的可靠性；

(5)清洁控制方法中，提出了系统警示策略，当监测到多次重复清洗依旧无法彻底清除镜面遮挡物后，能够通过设定的方式警示平台监控工作人员，提醒人工清除，以避免安全隐患。

附图说明

图1为根据本公开一实施例所示的激光雷达的清洁防护一体化装置的主视结构示意图。

图2为如图1所示的激光雷达的清洁防护一体化装置的左视结构示意图图。

图3为如图1所示的激光雷达的清洁防护一体化装置的俯视结构示意图。

图4为根据本公开一实施例所示的清洁防护一体化装置对圆柱式激光雷达进行清洁的清洁有效区域的俯视示意图。

图5为如图4所示的清洁防护一体化装置对圆柱式激光雷达进行清洁的清洁有效区域的主视示意图。

图6为根据本公开一实施例所示的清洁防护一体化装置对斜面式激光雷达进行清洁的清洁有效区域俯视示意图。

图7为如图6所示的清洁防护一体化装置对斜面式激光雷达进行清洁的清洁有效区域的主视示意图。

图8为根据本公开一实施例所示的清洁控制系统框图。

图9为根据本公开一实施例所示的清洁控制方法流程图。

【符号说明】

11-清洁防护一体化装置；

110-防护支架；

1101-底板结构； 1102-侧板结构；

1103-防护板结构；

1103a-上防护板； 1103b-下防护板；

1103c-防护板主体；

111-喷嘴支架；

1111-延伸臂；

112-喷嘴； 113-第二固定件；

114-第三固定件； 115-水气通管；

10-激光雷达；

101-雷达支撑底座； 102-第一固定件；

20-电动打气装置；

21-第一电机； 22-第一气泵；

30-发动机打气装置；

31-发动机； 32-第二气泵；

41-第一单向阀； 42-第二单向阀；

43-第三单向阀；

5-保护阀； 6-储气筒；

71-第一开关控制阀； 72-第二开关控制阀；

80-电机水泵装置；

81-第二电机； 82-水泵；

9-水箱。

具体实施方式

已有技术方案中，有些方案的清洁装置通过环绕喷气行驶对传感器进行清洁，这样在每次清洁的时候需要上下移动喷气装置，这样一方面大大增加了系统的控制复杂度，另一方面在清洁过程中，系统需要停止工作，否则环绕的喷气装置将会严重阻碍激光雷达的工作。有些方案通过将喷嘴放在装置底部，这样喷嘴在清洁的时候不可避免地会斜向上伸出，亦会阻碍激光雷达的光束扫描，同时向上喷气，灰尘或者泥水由于重力的作用可能会再次覆盖在镜面上，导致清洁不彻底。

本公开提供了一种激光雷达的清洁防护一体化装置、清洁控制方法及系统，实现了集清洁、防护和支撑的一体化功能，装置结构较为简单，实用性强，并且能够同时满足目前使用比较广泛的圆柱式激光雷达和斜面式激光雷达的清洁，大大提升了清洁装置的使用性能。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

第一实施例

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种激光雷达的清洁防护一体化装置。本实施例中，激光雷达设置于车辆上，该清洁防护一体化装置能够解决无人驾驶车辆存在的如下技术问题：激光雷达的清洁基本依靠人工手动进行，但是在很多工况下，如无人驾驶车辆在高速公路上行驶，或者激光雷达负载于矿车上，在矿区作业，要么没有条件可以进行人工清洁，要么矿区地域很大，人工清洁费时费力。当然，本公开的激光雷达的清洁防护一体化装置不仅仅适用于无人驾驶车辆，也适用于其他车辆的清洁，另外，激光雷达不局限于设置在车辆上，也可以是设置于其他物体上面。

图1为根据本公开一实施例所示的激光雷达的清洁防护一体化装置的主视结构示意图。图2为如图1所示的激光雷达的清洁防护一体化装置的左视结构示意图图。图3为如图1所示的激光雷达的清洁防护一体化装置的俯视结构示意图。

参照图1-图3所示，本公开的激光雷达的清洁防护一体化装置，包括：防护支架110，设置于雷达支撑底座101上，包含位于激光雷达10顶部上方的防护板结构1103；所述雷达支撑底座101用于支撑激光雷达10；喷嘴支架111，固定于所述防护板结构1103之下，具有多个延伸臂1111，所述延伸臂1111环绕分布于所述激光雷达10的顶部之上；以及喷嘴112，固定于所述延伸臂1111的端部，所述喷嘴112入口与水气通管115连接，所述喷嘴112出口朝向所述激光雷达10，以喷出气体或者水气混合物。

本实施例中，所述雷达支撑底座101设置于车辆上。这里以所述车辆为无人驾驶车辆为例进行说明。

在本公开的一实施例中，多个所述延伸臂1111之间具有夹角，所述延伸臂1111的个数与夹角分布能够覆盖所述激光雷达10的有效工作区域。

例如，在一实例中，所述延伸臂1111个数为3个，位于中间的延伸臂与另外两个延伸臂的夹角为90°。

下面结合附图来示例性介绍本公开的清洁防护一体化装置清洁激光雷达的清洁效果。

图4为根据本公开一实施例所示的清洁防护一体化装置对圆柱式激光雷达进行清洁的清洁有效区域的俯视示意图。图5为如图4所示的清洁防护一体化装置对圆柱式激光雷达进行清洁的清洁有效区域的主视示意图。

参照图4和图5所示，本实例中，所述延伸臂的个数为3个，位于中间的延伸臂与另外两个延伸臂的夹角为90°位于延伸臂端部的喷嘴能够覆盖到的范围以虚线之间的“清洁有效区域”进行示意。通过这种布局，如图3和图4所示，喷嘴的喷射范围可以完全实现环绕大于270°的清洁面积，一般来说，由于激光雷达只有270°左右的有效工作区域，喷嘴的喷射范围，即图4和图5中的清洁有效区域除了覆盖到激光雷达的有效工作区域之外，还覆盖了其他的区域，例如图5中还示意了镜片区域上下方的结构，其中在镜片区域需要进行清洁，镜片区域为激光雷达的有效工作区域，从而能够实现全面的清洁效果。

图6为根据本公开一实施例所示的清洁防护一体化装置对斜面式激光雷达进行清洁的清洁有效区域俯视示意图。

图7为如图6所示的清洁防护一体化装置对斜面式激光雷达进行清洁的清洁有效区域的主视示意图。

可以理解的是，当上述实例的圆柱式激光雷达更换为斜面式激光雷达时，其清洁效果如图6和图7所示，该清洁防护一体化装置的喷射范围(即清洁有效区域)同样可以覆盖激光雷达的有效工作区域。

在本公开的一实施例中，参照图1所示，所述喷嘴112相对于所述激光雷达10的镜片区域向下倾斜，与所述镜片区域所在侧面具有一倾角，所述倾角使得所述喷嘴112出口喷出的气体或者水气混合物的范围能够覆盖所述激光雷达10的镜片区域。倾角范围根据实际情况确定，一般大于0均可。

向下倾斜设置的喷嘴具有较大的清洁张角，对应能够实现对于激光雷达的有效工作区域的全面覆盖，同时由于喷嘴位于激光雷达顶部上方，不会阻碍激光雷达的光束扫描，喷射的液体在重力作用下沿着激光雷达的侧表面向下流动，能够保证新喷出的气体或水气混合物总是在上一波清洗的上方，实现依序清洗，避免了清洁不彻底的问题。

上述实例通过设置延伸臂1111的个数、分布夹角以及对于喷嘴的走向的设置，使得所述延伸臂1111的个数与夹角分布能够覆盖所述激光雷达10的有效工作区域，使得所述喷嘴112相对于所述激光雷达10的镜片区域向下倾斜，与所述镜片区域所在侧面具有一倾角，所述倾角使得所述喷嘴112出口喷出的气体或者水气混合物的范围能够覆盖所述激光雷达10的镜片区域，实现了对于雷达传感器的镜片区域的全面覆盖清洁，当然本公开的清洁防护一体化装置不仅仅适用于圆柱式或斜面式激光雷达，对于其他形状的雷达也适用。

本实施例中，参照图1所示，所述防护支架110呈折线型分布，所述防护支架110除了包含位于激光雷达10顶部上方的防护板结构1103之外，还包含：固定于所述雷达支撑底座101上的底板结构1101，以及与激光雷达10侧面平行的侧板结构1102。

参照图1所示，雷达支撑底座101通过第一固定件102(例如为螺钉/螺栓)固定于车辆上。防护支架110通过第二固定件113(例如为螺钉/螺栓)固定于雷达支撑底座101上。喷嘴支架111通过第三固定件114(例如为螺钉/螺栓)固定于防护板结构1103，具体而言，固定于下防护板1103b。

在本公开的一实施例中，参照图1所示，所述防护板结构1103包括：防护板主体1103c，以及平行设置于所述防护板主体1103c同一侧的上防护板1103a和下防护板1103b，在所述上防护板1103a和所述下防护板1103b之间具有间隔，所述间隔用于容置所述水气通管115。

上防护板1103a可以防止落石等异物对雷达的损坏，下防护板1103b起到支撑喷嘴支架111的作用，在上防护板1103a和所述下防护板1103b之间有一定的空间(间隔)用来布置水气通管115，上防护板1103a、下防护板1103b以及防护板主体1103c形成的半封闭的空间也可以对水气通管115起到保护作用。

在本公开的一实施例中，参照图1-图3所示，所述水气通管115从所述雷达支撑底座101的一凹槽中延伸，穿过所述防护支架110的底板结构1101、平行于所述侧板结构1102延伸以及穿入所述防护板结构1103，并在所述上防护板(1103a)和所述下防护板(1103b)之间的间隔中延伸。

综上所述，本实施例通过在雷达支撑底座101上设置防护支架110，防护支架110包含位于激光雷达10顶部上方的防护板结构1103，该防护板结构1103一方面遮挡于激光雷达顶部上方，能够有效防止落石等异物对雷达的损坏；另一方面在该防护板结构1103下方固定有喷嘴支架111，喷嘴支架的多个延伸臂1111环绕分布于激光雷达10的顶部之上，从延伸臂1111端部的喷嘴112朝向激光雷达10向下喷出气体或者水气混合物，能够实现对于激光雷达的清洗，实现了集清洁、防护和支撑的一体化功能，装置结构较为简单，实用性强，并且能够同时满足目前使用比较广泛的圆柱式激光雷达和斜面式激光雷达的清洁，大大提升了清洁装置的使用性能。

第二实施例

在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种包含激光雷达的清洁防护一体化装置的清洁系统。

图8为根据本公开一实施例所示的清洁控制系统框图。

参照图8所示，本实施例的清洁系统，包括：

激光雷达的清洁防护一体化装置；

高压气源结构，输出端与所述清洁防护一体化装置的水气通管115连接，由第一开关控制阀71控制气路的通断；

高压水源结构，输出端与所述清洁防护一体化装置的水气通管115连接，由第二开关控制阀72控制水路的通断；以及

清洁控制系统，包含：清洁度监测模块，用于监测激光雷达传感器的镜面清洁度；和控制模块，用于在监测到所述镜面清洁度低于设定标准时，控制所述第一开关控制阀71使气路打开，或者同时控制所述第一开关控制阀71和所述第二开关控制阀72使气路和水路同时打开，以控制喷嘴朝向所述激光雷达喷出气体或者水气混合物。

参照图8所示，所述高压气源结构包括：打气源，用于提供高压气源动力；储气筒6，与所述打气源连接；其中，在所述打气源与所述储气筒6之间设置有单向阀和保护阀5，所述储气筒6与水气通管115连接；所述高压水源结构包括：水箱9；电机水泵装置80，输入端与所述水箱9连接，输出端与水气通管115连接；在所述电机水泵装置80与所述水气通管115之间设置有第三单向阀43。

在本公开的一实施例中，所述打气源包括电动打气装置20和发动机打气装置30中的至少一种。单向阀包括第一单向阀41和第二单向阀42，电动打气装置20与第一单向阀41连接，发动机打气装置30与第二单向阀42连接。

在一实例中，参照图8所示，电动打气装置20包括：电性连接的第一电机21和第一气泵22。发动机打气装置30包括：电性连接的发动机31和第二气泵32。电机水泵装置80包括：电性连接的第二电机81和水泵82。

在本公开的一实施例中，所述清洁度监测模块和所述控制模块集成于智能驾驶控制器(ADCU)中。智能驾驶控制器(ADCU)通过采集激光雷达传感器的数据，通过数据处理和一定的策略检测传感器的清洁度(在第三实施例中详细介绍)，当雷达表面清洁度低于设定标准值时，ADCU控制打气源或者水泵装置启动，同时控制第一开关控制阀71或者同时控制第一开关控制阀71和第二开关控制阀72，使得高压气或者高压水气混合物通过喷嘴对传感器镜面进行清洁。本实施例中通过设置电动打气装置20和发动机打气装置30两套打气源，起到动力续航、备用的作用，可以在发动机打气装置30中的发动机31熄火或者发动机31打气装置故障情况下，利用电动打气装置提供打气动力，同理，在电动打气装置20发生故障的情况下采用发动机打气装置30提供打气动力，增加系统的可靠度。

第三实施例

在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种所述激光雷达的清洁防护一体化装置的清洁控制方法。

图9为根据本公开一实施例所示的清洁控制方法流程图。

参照图9所示，本实施例的清洁控制方法，包括：

步骤S1：监测激光雷达传感器的镜面清洁度；

本实施例中，提出了基于激光雷达传感器镜面反射率和路侧物体的识别参数对比的清洁度检测策略，此外还增加了定时清洗的策略，两套方案并行提升了镜面清洁度检测的可靠性。

在本公开的一实施例中，监测激光雷达传感器的镜面清洁度的方法，包括：通过镜面反射率的变化和路侧固定物体的前后检测结果进行确定，当如下两个条件同时满足，则判定激光雷达传感器的清洁度低于设定标准：

条件一：镜面反射率β与镜像反射率基准值δ之间的差值绝对值大于预设的反射率变化基准值ε；

条件二：识别的路侧固定物体与清洁度完好时对应的同一固定物体的形状发生的偏差大于预设尺寸基准值，且识别的路侧固定物体与清洁度完好时对应的同一固定物体与雷达传感器的绝对距离发生的偏差大于预设距离基准值。

在一实例中，在激光雷达传感器镜面清洁度完好的情况下，测试得到标准的镜像反射率基准值δ(通过实际的测量获取，对于不同的雷达，其数值可能会不同，大于0即可)；当传感器镜像被异物遮挡时，镜面的放射率会发生变化，比如变化为β(通过实际的测量获取，对于不同的雷达，其数值可能会不同，大于0即可)；将当前时刻的激光雷达传感器的镜面反射率β与镜像反射率基准值δ进行比较；如果镜面反射率β与镜像反射率基准值δ之间的差值绝对值超过预设的反射率变化基准值ε，即：

|δ-β|＞ε (1)

则可以初步表明激光雷达传感器镜面可能被异物遮挡，还需进一步利用路侧固定物体的情况进行对比验证。

在本实例中，例如激光雷达设置于矿车上的情形，对于矿车而言，其在固定的矿区作业时候，路线比较固定，路侧周围的路标等物体也比较固定，所以矿车在各个位置时候识别的路侧固定的物体一般来说是基本一致的，如物体与车辆的绝对距离D，物体的形状A(A表示大小尺寸参数)等，如果物体的绝对距离D或者形状A均发生较大的变化而变成了D1和A1，通过预先设定的基准值

和ρ，如果形状偏差大于预设尺寸基准值且距离偏差大于预设距离基准值，即满足下述不等式：

则说明激光雷达传感器“看不清”物体了，结合镜面反射率也检测出有异物遮挡的情况，能够认定此时表明激光雷达传感器镜面被异物遮挡，判定激光雷达传感器的清洁度低于设定标准，说明需要启动清洁。

综合上述两种检测，可以较为准确地检测激光雷达传感器镜面的清洁度，确定是否需要启动清洁。

当然，在一优选实施方式中，还设置了另一种定时清洗的方案。

例如，在本公开的一实施例中，清洁控制方法，还包括：在车辆启动后便开始计时，当计时时间大于设定时间阈值时，此时如果监测得到的清洁度等于或高于设定标准，也依旧会启动清洁，启动清洁后，计时则会清零。通过这样的计时和检测双重的策略，基本可以保证传感器清洁的可靠性。

步骤S2：在监测到所述镜面清洁度低于设定标准的情况下，首先进入喷气清洁模式，控制所述喷嘴朝向所述激光雷达的镜片区域喷出气体进行清洁第一预设时间；

参照图8的清洁系统所示，在本实施例中，当检测到激光雷达传感器需要进行清洁时候，首先启动进入喷气清洁模式，启动喷气清洁模式后，ADCU控制启动发动机打气装置30或者电动打气装置20，同时控制开启气路的开关控制阀(第一开关控制阀71)。高压气体从储气罐6经过第一开关控制阀71，直接进入喷嘴，朝镜面喷射。在喷气清洁过程中，如果镜面上的遮挡物为灰尘粉尘等不粘而易清除的异物，通过喷气清洁则基本可以清洁完成。

在一实例中，在喷气清洁开始时候，首先清除检测的计时，同时开启喷气计时。第一预设时间为Tp，当喷气计时大于第一预设时间Tp时，则认为喷气清洁完成，此时关闭喷气清洁。此时对激光雷达传感器镜面清洁度重新进行检测，如果检测到镜面不再有异物遮挡，则认为喷气清洁模式成功清洁镜面，则关闭清洁控制，重新进入监控/检测状态。如果重新检测镜面依旧有异物遮挡，说明遮挡物可能不是灰尘粉尘等不粘而易清除的异物，此时则进入步骤S3，水气混合清洁模式。

步骤S3：在所述第一预设时间后如果监测到镜面清洁度仍然低于设定标准，则进入水气混合清洁模式，控制所述喷嘴朝向所述激光雷达的镜片区域同时喷出水气混合物进行清洁第二预设时间，在所述第二预设时间后关闭水路，继续喷出气体持续第三预设时间；

启动水气混合清洁模式后，ADCU控制启动发动机打气装置20或者电动打气装置30，同时控制开启气路和水路的开关控制阀(包括第一开关控制阀71和第二开关控制阀72)，高压气体从储气罐6经过第一开关控制阀71和从电机水泵装置80中的水泵82出来的高压水进行混合，进入清洁喷嘴，形成高压水气喷雾，朝镜面喷射。如图1中所示，喷嘴以一定的角度向下倾斜，因此喷在镜面上的水在重力的作用下会自动往下流，带走污渍的同时，也不会残留在镜面上。

水气混合清洁启动后会开始混合计时和水气混合模式清洗次数计数，同时预先设定两个时间基准值T_h和T_s，第二预设时间为T_s，T_h＝第二预设时间T_s+第三预设时间T_c；具体的数值大小可以根据实际情况设置，需要满足以下不等式：

T_h＞T_s (3)

当混合计时时间大于第二预设时间T_s时，ADCU控制关闭水路的第二开关控制阀72，此时高压水停止，改为纯喷气模式，通过高压气体喷射可以将残留在镜面上的水渍吹干，避免水渍的存在而影响镜面的清洁度。同时混合计时不清零继续第三预设时间T_c，当混合计时时间大于T_h时，则认为水气混合清洁完成，此时停止清洁。

水气混合清洁完成后，对激光雷达传感器镜面清洁度重新进行检测，如果检测到镜面不再有异物遮挡，则认为水气混合清洁模式成功清洁镜面，则关闭清洁控制，重新进入监控/检测状态。如果重新检测镜面依旧有异物遮挡，说明遮挡物没有被清洁掉，此时继续进入步骤S4，水气混合重复清洁模式。

步骤S4：在所述第三预设时间后如果监测到镜面清洁度仍然低于设定标准，则进入水气混合重复清洁模式，控制水气混合清洁模式重复进行预设次数；

水气混合清洁模式完成后，如果重复检测到镜面遮挡物并没有被清除，同时判断当前的计数小于等于预先设定的水气混合清洁次数基准值N，则控制再次进入水气混合清洁模式，称之为水气混合重复清洁模式。可以理解的是，具体的清洁控制过程与步骤S3中的水气混合清洁模式一致，只是控制水气混合清洁模式重复进行预设次数N。

通过基于反馈的纯喷气和水气混合清洁的多重自动组合的清洁模式，有效保证了对于大部分污迹、灰尘等的清洁，此外还在上述两种清洁方式完成后还未达到清洁度要求的情况下采用水气混合重复清洁模式进行清洁，进一步提升清洁系统的可靠性以及清洁的洁净度；

此外，本公开还提出了系统警示策略，当监测到多次重复清洗依旧无法彻底清除镜面遮挡物后，能够通过设定的方式警示平台监控工作人员，提醒人工清除，以避免安全隐患。

例如，在一实施例中，在步骤S4之后，还包括如下步骤：

在所述水气混合重复清洁模式完成清洁后如果监测到镜面清洁度仍然低于设定标准，将清洁结果上传并发出警示。

如果重复检测到镜面遮挡物并没有被清除，同时判断当前的计数大于预先设定的水气混合清洁次数基准值N，此时认为经过多次水气混合清洁都未能将镜面的遮挡物清除，认为镜面可能粘有一定黏度的黏着物，无法通过自动清洁控制进行清除，此时ADCU将清洁结果上传至平台并发出警示(如警示提醒声音)，提醒平台监控工作人员，需要派工作人员进行人工清洁。

综上所述，本公开提供了一种激光雷达的清洁防护一体化装置、清洁控制方法及系统，基于防护支架、位于防护支架的防护板结构上固定的延伸臂设置喷嘴，实现了集清洁、防护和支撑的一体化功能，装置结构较为简单，实用性强，并且能够同时满足目前使用比较广泛的圆柱式激光雷达和斜面式激光雷达的清洁，大大提升了清洁装置的使用性能。基于清洁防护一体化装置的清洁控制方法及系统基于多种清洁模式实现了清洁的可靠性保证。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语表示开放的意义，除了明确列举的元件、部件、部分或项目外，并不排除其他元件、部件、部分或者项目。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。可以理解，当诸如层、膜、区域或衬底基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本公开实施例的相关设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种激光雷达的清洁防护一体化装置的清洁控制方法，

其中，所述激光雷达的清洁防护一体化装置包括：

防护支架（110），设置于雷达支撑底座（101）上，包含位于激光雷达（10）顶部上方的防护板结构（1103）；所述雷达支撑底座（101）用于支撑激光雷达（10）；

喷嘴支架（111），固定于所述防护板结构（1103）之下，具有多个延伸臂（1111），所述延伸臂（1111）环绕分布于所述激光雷达（10）的顶部之上；以及

喷嘴（112），固定于所述延伸臂（1111）的端部，所述喷嘴（112）入口与水气通管（115）连接，所述喷嘴（112）出口朝向所述激光雷达（10），以喷出气体或者水气混合物；

所述清洁控制方法包括：

监测激光雷达传感器的镜面清洁度；

在监测到所述镜面清洁度低于设定标准的情况下，首先进入喷气清洁模式，控制所述喷嘴朝向所述激光雷达的镜片区域喷出气体进行清洁第一预设时间；

在所述第一预设时间后如果监测到镜面清洁度仍然低于设定标准，则进入水气混合清洁模式，控制所述喷嘴朝向所述激光雷达的镜片区域同时喷出水气混合物进行清洁第二预设时间，在所述第二预设时间后关闭水路，继续喷出气体持续第三预设时间；

在所述第三预设时间后如果监测到镜面清洁度仍然低于设定标准，则进入水气混合重复清洁模式，控制水气混合清洁模式重复进行预设次数；

在所述水气混合重复清洁模式完成清洁后如果监测到镜面清洁度仍然低于设定标准，将清洁结果上传并发出警示。

2.根据权利要求1所述的清洁控制方法，其特征在于，还包括：

在车辆启动后便开始计时，当计时时间大于设定时间阈值时，此时如果监测得到的清洁度等于或高于设定标准，也依旧会启动清洁，启动清洁后，计时则会清零。

3.根据权利要求1或2所述的清洁控制方法，其特征在于，监测激光雷达传感器的镜面清洁度的方法，包括：

通过镜面反射率的变化和路侧固定物体的前后检测结果进行确定，当如下两个条件同时满足，则判定激光雷达传感器的清洁度低于设定标准：

条件一：镜面反射率β与镜像反射率基准值δ之间的差值绝对值大于预设的反射率变化基准值ε；

条件二：识别的路侧固定物体与清洁度完好时对应的同一固定物体的形状发生的偏差大于预设尺寸基准值，且识别的路侧固定物体与清洁度完好时对应的同一固定物体与雷达传感器的绝对距离发生的偏差大于预设距离基准值。

4.根据权利要求1所述的清洁控制方法，其特征在于，所述多个延伸臂（1111）之间具有夹角，所述延伸臂（1111）的个数与夹角分布能够覆盖所述激光雷达（10）的有效工作区域。

5.根据权利要求4所述的清洁控制方法，其特征在于，所述延伸臂（1111）个数为3个，位于中间的延伸臂与另外两个延伸臂的夹角为90°。

6.根据权利要求1所述的清洁控制方法，其特征在于，所述喷嘴（112）相对于所述激光雷达（10）的镜片区域向下倾斜，与所述镜片区域所在侧面具有一倾角，所述倾角使得所述喷嘴（112）出口喷出的气体或者水气混合物的范围能够覆盖所述激光雷达（10）的镜片区域。

7.根据权利要求1所述的清洁控制方法，其特征在于，所述防护板结构（1103）包括：防护板主体（1103c），以及平行设置于所述防护板主体（1103c）同一侧的上防护板（1103a）和下防护板（1103b），在所述上防护板（1103a）和所述下防护板（1103b）之间具有间隔，所述间隔用于容置所述水气通管（115）。

8.根据权利要求1所述的清洁控制方法，其特征在于，所述防护支架（110）呈折线型分布，所述防护支架（110）还包含：固定于所述雷达支撑底座（101）上的底板结构（1101），以及与激光雷达（10）侧面平行的侧板结构（1102）。

9.根据权利要求8所述的清洁控制方法，其特征在于，所述水气通管（115）从所述雷达支撑底座（101）的一凹槽中延伸，穿过所述防护支架（110）的底板结构（1101）、平行于所述侧板结构（1102）延伸以及穿入所述防护板结构（1103）。

10.根据权利要求1所述的清洁控制方法，其特征在于，所述雷达支撑底座（101）设置于车辆上。

11.根据权利要求10所述的清洁控制方法，其特征在于，所述车辆为无人驾驶车辆。

12.一种清洁系统，其特征在于，包括：

激光雷达的清洁防护一体化装置；

高压气源结构，输出端与所述清洁防护一体化装置的水气通管（115）连接，由第一开关控制阀（71）控制气路的通断；

高压水源结构，输出端与所述清洁防护一体化装置的水气通管（115）连接，由第二开关控制阀（72）控制水路的通断；

清洁控制系统，用于执行权利要求9-11中任一项所述的清洁控制方法，包含：

清洁度监测模块，用于监测激光雷达传感器的镜面清洁度；

控制模块，用于在监测到所述镜面清洁度低于设定标准时，控制所述第一开关控制阀（71）使气路打开，或者同时控制所述第一开关控制阀（71）和所述第二开关控制阀（72）使气路和水路同时打开，以控制喷嘴朝向所述激光雷达喷出气体或者水气混合物。

13.根据权利要求12所述的清洁系统，其特征在于，

所述高压气源结构包括：打气源，用于提供高压气源动力；储气筒（6），与所述打气源连接；其中，在所述打气源与所述储气筒（6）之间设置有单向阀和保护阀（5），所述储气筒（6）与水气通管（115）连接；

所述高压水源结构包括：水箱（9）；电机水泵装置（80），输入端与所述水箱（9）连接，输出端与水气通管（115）连接；在所述电机水泵装置（80）与所述水气通管（115）之间设置有第三单向阀（43）。

14.根据权利要求13所述的清洁系统，其特征在于，所述打气源包括电动打气装置（20）和发动机打气装置（30）中的至少一种。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的清洁系统，其特征在于，所述清洁度监测模块和所述控制模块集成于智能驾驶控制器中。

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