CN113759923A - 一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统，包括定位模块、感知模块、路线地图模块、规划控制模块，位模块用于实时更新车辆的位置信息，以及根据初始位置信息选择预先录制的清扫路线；感知模块用于接收激光雷达、超声波雷达等感知模块的感知数据，对清扫车周边环境进行障碍物判断；路线地图模块用于设定运营线路，添加清扫车可行驶道路边界，并将运营路线按照区域清扫模式的不同要求进行分割；规划控制模块用于控制清扫车的行驶状态，设定清扫车在不同情况下的工作模式；通过将清扫模式和清扫车的行驶状态中对清扫设备的开关控制需求进行结合计算，开关清扫设备，能够降低清扫车工作能耗，增加清扫作业设备使用寿命。

Description

一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统及方法

技术领域

本发明属于自动驾驶安全领域，特别涉及一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统及方法。

背景技术

现有的自动驾驶清扫车在实际运营过程中，所具备的智能化水平不高，清扫车的清扫由车辆管理人员通过车上的设备工作开关进行开启和关闭，清扫车在自动驾驶过程中清扫设备会一直保持当前状态，无法根据清扫车自动驾驶状态进行关联，若自动运营过程中清扫设备一直处于开启状态，在停障、路径重规划等功能下会造成在重复清扫或无用清扫，导致清扫车的能耗高、续航能力变差、清扫设备加速磨损。

另外针对实际运营场景，现有技术无法在同一条运营路线上完成多模式清扫功能复合使用，自动驾驶清扫车的不能满足真实场景的使用需要。

发明内容

本发明提出一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统，以解决所述问题，本系统包括：定位模块、感知模块、路线地图模块、规划控制模块，其中定位模块用于实时更新车辆的位置信息，以及根据初始位置信息选择预先录制的清扫路线；感知模块用于接收激光雷达、超声波雷达等感知模块的感知数据，对清扫车周边环境进行障碍物判断；路线地图模块用于设定运营线路，添加清扫车可行驶道路边界，并将运营路线按照区域清扫模式的不同要求进行分割；规划控制模块用于控制清扫车的行驶状态，设定清扫车在不同情况下的工作模式；

其中定位模块包括高精度定位模块，用于根据高精度定位信号生成车辆位置信息；

其中感知模块包括：

两个激光雷达，其分别设置于清扫车正前方和顶部中间，所述激光雷达用于检测行驶前方和周围的障碍物目标的类别，以及探测行驶周围环境特征；所述障碍物目标的类别包括静态障碍物和动态障碍物

八个超声波雷达，其安装于清扫车下方，所述超声波雷达用于检测所述清扫车两侧的近距离障碍物目标，还用于计算近距离障碍物目标与清扫车之间的距离。

作为优选，清扫车自动驾驶系统中将清扫模式设定成3种：行走模式、沿边模式、覆盖模式，每个路段适用不同的清扫模式，清扫路线预先存储在路线地图模块中。

本发明提出一种自动驾驶清扫车的清扫控制方法，适用于所述一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统，包括：

步骤一、路线地图模块在清扫运营区域高精度地图基础上，根据运营场景设定运营线路，添加清扫车可行驶道路边界，并将运营路线按照区域清扫模式的不同要求通过依次设置站点进行区域分割，然后把所述清扫路线存储在路线地图模块中；

步骤二、确定采用自动驾驶模式后，定位模块采集车辆实时位置信息，并根据当前初始位置信息，从路线地图模块中选择预先存储的清扫路线；

步骤三、自动驾驶清扫车开始工作，在不同的站点采用不同的清扫模式，执行清扫任务，清扫模式分为行走模式、沿边模式、覆盖模式，所述规划控制模块根据实时路况控制清扫设备开启或者关闭；

其中，清扫车在执行清扫任务中，通过感知模块接收激光雷达、超声波雷达等感知模块的感知数据，对清扫车周边环境进行障碍物判断，由规划控制模块对清扫车的行驶状态进行控制，设定有4种控制模式：正常行驶状态、借道避障状态、重规划行驶状态、遇障停车状态。在不同模式下，所述清扫设备按如下方式进行控制：

1）清扫车根据设定路线正常行驶，此状态允许清扫设备开启；

2）清扫车通过感知模块发现当前车道上有障碍物，则规划控制模块控制车辆绕行道路径边界内的其它道，以躲避本车道障碍物，此状态允许清扫设备开启；

3）清扫车通过感知模块发现当前车道上有障碍物，且当前道路路径宽度不满足车辆绕行借道躲避障碍物，则规划控制模块控制清扫车向后方倒车，直到通过感知模块发现前方道路路径宽度满足车辆绕行需求时，清扫车进行绕行以躲避本车道障碍物，最大倒车距离设定为5米，此状态不允许清扫设备开启；

4）清扫车通过感知模块发现当前车道上有障碍物，且经过3次重规划行驶仍无法完成绕行，则规划控制模块控制车辆停车等待，待障碍物消失后恢复正常行驶状态，在停车过程中，不允许清扫设备开启。

在本方法中，所述规划控制模块控制清扫设备开启或者关闭包括如下步骤：

步骤一、所述规划感知模块对根据环境感知情况进行形式状态设定；

步骤二、将清扫清扫模式和清扫车控制模式中对清扫设备的开关需求进行结合计算；

步骤三、当同时满足清扫设备开启条件时，则发送清扫设备开启指令，若无法同时满足，则发送清扫设备关闭指令。

本发明提出一种自动驾驶清扫车，搭载所述一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明实现了对一条运营线路设定多清扫模式复合的运营模式，并且能够根据清扫车当前运营情况，自动开启或关闭清扫设备；

2.本发明实现了在自动驾驶清扫车实际运营线路上，清扫模式与自动驾驶系统相关联，在实际的复杂场景下，也能满足运营需要；

3.本发明以上策略可以实现自动驾驶清扫车针对实际运营场景下，清扫设备的智能化控制，降低清扫车工作能耗，增加清扫作业设备使用寿命。

附图说明

图1为本发明的清扫模式路线图；

图2为本发明的清扫模式路线图；

图3为本发明的清扫模式路线图；

图4为本发明的区域分割示意图；

图5为本发明的感知模块各部件分布示意图；

图6为本发明的清扫设备开关控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提出一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统，本系统包括：定位模块1、感知模块2、路线地图模块3、规划控制模块4，其中定位模块1用于实时更新车辆的位置信息，以及根据初始位置信息选择预先录制的清扫路线；感知模块2用于接收激光雷达、超声波雷达等感知模块2的感知数据，对清扫车周边环境进行障碍物判断；路线地图模块3用于设定运营线路，添加清扫车可行驶道路边界，并将运营路线按照区域清扫模式的不同要求进行分割；规划控制模块4用于控制清扫车的行驶状态，设定清扫车在不同情况下的工作模式；

在本实施例中，所述定位模块1包括高精度定位模块，其中高精度定位模块用于根据高精度定位信号生成车辆位置信息，所述高精度定位模块通过组合/惯性器件得到位姿数据，结合通过车身网络获取的车辆状态数据和接收的厘米级RTK(Real-time kinematic，实时动态)差分定位信息，实现厘米级高精度定位。

如图5所示，在本实施例中，感知模块2包括激光雷达、超声波雷达，所述激光雷达设有两个，分别设置于清扫车正前方和顶部中间，用于检测行驶前方和车辆四周的障碍物目标的类别，以及探测车体周围环境特征；所述障碍物目标的类别包括静态障碍物和动态障碍物，考虑到清扫车在白天和晚上均需要进行作业，因此，本实施例中，激光雷达为16线激光雷达，激光雷达的障碍物目标检测距离为100m以内；

所述超声波雷达设有八个，安装于清扫车下方，八个超声波雷达平均分布车体四面，用于检测所述清扫车两侧的近距离障碍物目标，还用于计算近距离障碍物目标与清扫车之间的距离，通过超声波雷达弥补激光雷达的安装高度限制，对近距离盲区补充。本实施例中，超声波雷达障碍物目标检测的近距离阈值为2 .5m，即超声波雷达的障碍物目标检测距离为2 .5m以内。

如图1-图3所示，在本实施例中，清扫车自动驾驶系统中将清扫模式设定成3种：行走模式、沿边模式、覆盖模式，每个路段适用不同的清扫模式，清扫路线预先存储在路线地图模块3中。具体而言：

A、行走模式--清扫车仅进行自动行驶，通过定位模块1控制车辆中轴线行驶在路径中线上（图1），不控制清扫设备开启；

B、沿边模式--清扫车通过定位模块1，控制车辆中轴线与路径边界距离为0.1m+0.5*W_{清扫覆盖宽度}，从起始点开始始终沿前进方向右侧路径边界行驶（图2），并发送清扫设备开启控制需求；

C、覆盖模式--清扫车通过定位模块1，控制车辆从起始点行驶到与右侧路径边界距离为0.2m+ 0.5*W_{清扫覆盖宽度}开始行驶，抵达道路终点线或起始线后进行最小转弯半径掉头，保持车辆中轴线至据右侧边界距离0.2m+1.5*W_{清扫覆盖宽度}*N_掉头次数，直至清扫车中轴线与路径左侧边界距离＜0.2m+ 0.5*W_{清扫覆盖宽度}（图3），并发送清扫设备开启控制需求。

如图4所示，在本实施例中，清扫车自动驾驶系统的路线地图模块3，在清扫运营区域高精度地图基础上，根据运营场景设定运营线路，添加清扫车可行驶道路边界，并将运营路线按照区域清扫模式的不同要求通过依次设置站点（S1、S2、S3…Sn）进行区域分割，其中S1为线路起始点位置。在每一个区域中，默认Sn为区域起始点，Sn+1为区域终止点。根据清扫运营场景，可以对每个区域进行清扫模式定义，如S1-S2区域采用沿边清扫模式，区域定义为S1_2_B。

在本实施例中规划控制模块4控制电机、自动转向EBS(Electric BrakingSystem，汽车电控制动系统)、BCM(Body Control Module，车身控制模块)、EPS(ElectricPower Steering，电动助力转向系统)等执行机构响应，实现清扫车的自动驾驶，使车辆保持期望的行驶轨迹、期望速度及加速度。

本发明提出一种自动驾驶清扫车的清扫控制方法，适用于所述一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统，包括：

S1、路线地图模块3在清扫运营区域高精度地图基础上，根据运营场景设定运营线路，添加清扫车可行驶道路边界，并将运营路线按照区域清扫模式的不同要求通过依次设置站点进行区域分割，然后把所述清扫路线存储在路线地图模块3中；

S2、确定采用自动驾驶模式后，定位模块1采集车辆实时位置信息，并根据当前初始位置信息，从路线地图模块3中选择预先存储的清扫路线；

S3、自动驾驶清扫车开始工作，在不同的站点采用不同的清扫模式，执行清扫任务，清扫模式分为行走模式、沿边模式、覆盖模式，所述规划控制模块根据实时路况控制清扫设备开启或者关闭；

其中，清扫车在执行清扫任务中，通过感知模块2接收激光雷达、超声波雷达等感知模块2的感知数据，对清扫车周边环境进行障碍物判断，由规划控制模块4对清扫车的行驶状态进行控制，设定有4种控制模式：正常行驶状态、借道避障状态、重规划行驶状态、遇障停车状态。在不同模式下，对清扫设备的控制需求进行不同设定，具体而言：

1）正常行驶状态：清扫车根据设定路线正常行驶，此状态允许清扫设备开启；

2）借道避障状态：清扫车通过感知模块2发现当前车道上有障碍物，则规划控制模块4控制车辆绕行道路径边界内的其它道，以躲避本车道障碍物，此状态允许清扫设备开启；

3）重规划行驶状态：清扫车通过感知模块2发现当前车道上有障碍物，且当前道路路径宽度不满足车辆绕行借道躲避障碍物，则规划控制模块4控制清扫车向后方倒车，直到通过感知模块2发现前方道路路径宽度满足车辆绕行需求时，清扫车进行绕行以躲避本车道障碍物，最大倒车距离设定为5米，此状态不允许清扫设备开启；

4）遇障停车状态：清扫车通过感知模块2发现当前车道上有障碍物，且经过3次重规划行驶仍无法完成绕行，则规划控制模块4控制车辆停车等待，待障碍物消失后恢复正常行驶状态，在停车过程中，不允许清扫设备开启。

如图6所示，在本实施例中，所述规划控制模块控制清扫设备开启或者关闭包括如下步骤：

S1、规划感知模块对根据环境感知情况进行形式状态设定；

S2、将清扫清扫模式和清扫车控制模式中对清扫设备的开关需求进行结合计算；

S3、当同时满足清扫设备开启条件时，则发送清扫设备开启指令，若无法同时满足，则发送清扫设备关闭指令。

本实施例中，提供一种自动驾驶清扫车，搭载所述一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

所述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于所述的具体实施方式，所述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统，其特征在于，包括：定位模块、感知模块、路线地图模块、规划控制模块，其中定位模块用于实时更新车辆的位置信息，以及根据初始位置信息选择预先录制的清扫路线；所述感知模块用于接收激光雷达、超声波雷达等感知模块的感知数据，对清扫车周边环境进行障碍物判断；所述路线地图模块用于设定运营线路，添加清扫车可行驶道路边界，并将运营路线按照区域清扫模式的不同要求进行分割；所述规划控制模块用于控制清扫车的行驶状态，设定清扫车在不同情况下的工作模式。

2.如权利要求1所述的一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统，其特征在于，所述定位模块包括高精度定位模块，用于根据高精度定位信号生成车辆位置信息。

3.如权利要求1所述的一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统，其特征在于，所述感知模块包括：

激光雷达，其分别设置于清扫车正前方和顶部中间，所述激光雷达用于检测行驶前方和周围的障碍物目标的类别，以及探测行驶周围环境特征；所述障碍物目标的类别包括静态障碍物和动态障碍物；

超声波雷达，其安装于清扫车车体四周，所述超声波雷达用于检测所述清扫车两侧的近距离障碍物目标，还用于计算近距离障碍物目标与清扫车之间的距离；

所述感知模块与规划控制模块连接，感知模块所感知到的路况信息发送给所述规划控制模块。

4.如权利要求1所述的一种自动驾驶清扫车的清扫控制系统，其特征在于，所述路线地图模块用于设定运营线路，添加清扫车可行驶道路边界，并将运营路线按照区域清扫模式的不同要求进行分割，清扫模式分为行走模式、沿边模式、覆盖模式中的一种或多种组合。

5.一种应用于权利要求1-4所述的自动驾驶清扫车的清扫控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、所述路线地图模块在清扫运营区域高精度地图基础上，根据运营场景设定运营线路，添加清扫车可行驶道路边界，并将运营路线按照区域清扫模式的不同要求通过依次设置站点进行区域分割，然后把所述清扫路线存储在所述路线地图模块中；

步骤二、确定采用自动驾驶模式后，所述定位模块采集车辆实时位置信息，并根据当前初始位置信息，从所述路线地图模块中选择预先存储的清扫路线；

步骤三、自动驾驶清扫车开始工作，所述规划控制模块根据实时工况控制清扫设备开启或者关闭，在不同的站点采用不同的清扫模式，执行清扫任务。

6.如权利要求5中所述一种自动驾驶清扫车清扫控制方法，其特征在于，所述清扫车在执行清扫任务中，通过所述感知模块接收激光雷达、超声波雷达等感知模块的感知数据，对清扫车周边环境进行障碍物判断，由所述规划控制模块对清扫车的行驶状态进行控制，设定有4种控制模式：正常行驶状态、借道避障状态、重规划行驶状态、遇障停车状态，在不同清扫模式下，对清扫设备进行控制。

7.如权利要求6中所述一种自动驾驶清扫车清扫控制方法，其特征在于，所述清扫设备按如下方式进行控制：

1）所述路线规划模块控制清扫车根据设定路线正常行驶，此状态允许清扫设备开启；

2）所述感知模块发现当前车道上有障碍物，将障碍物信息反馈给规划控制模块，所述规划控制模块控制车辆绕行道路径边界内的其它道，以躲避本车道障碍物，此状态允许清扫设备开启；

3）所述感知模块发现当前车道上有障碍物，且当前道路路径宽度不满足车辆绕行借道躲避障碍物，将障碍物信息反馈给规划控制模块，所述规划控制模块控制清扫车向后方倒车，直到通过所述感知模块发现前方道路路径宽度满足车辆绕行需求时，所述规划控制模块控制清扫车进行绕行以躲避本车道障碍物，最大倒车距离设定为5米，此状态不允许清扫设备开启；

4）所述感知模块发现当前车道上有障碍物，规划控制模块控制清扫车经过3次重规划行驶仍无法完成绕行，则所述规划控制模块控制清扫车停车等待，待障碍物消失后恢复正常行驶状态，在停车过程中，不允许清扫设备开启。

8.如权利要求5-7中所述一种自动驾驶清扫车清扫控制方法，其特征在于，所述规划控制模块根据实时工况控制清扫设备开启或者关闭流程包括如下步骤：

步骤一、规划感知模块对根据环境感知情况进行行驶状态设定；

步骤二、将不同清扫模式和清扫设备控制方式中对清扫设备的开关需求进行结合计算；

步骤三、当同时满足清扫设备开启需求时，则发送清扫设备开启指令，若无法同时满足清扫设备开启需求，则发送清扫设备关闭指令。

9.一种自动驾驶清扫车，其特征在于，所述自动驾驶清扫车包括清扫车主体和权利要求1至5所述的自动驾驶清扫车清扫控制系统。

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