无人驾驶清扫车辆及其洒水系统控制方法与流程

本发明涉及自动驾驶应用技术领域，尤其涉及一种无人驾驶清扫车辆及其洒水系统控制方法。

背景技术：

无人驾驶技术是一种降低或替代车辆驾驶员的新技术，在缓解交通拥堵、提高道路安全性、减少特种作业等行业的人员负担等领域具有巨大的优势，无人驾驶将带来颠覆性的改变。

目前的环境清洁车辆主要分为市政环卫车辆和区域清洁车辆，以及家用清洁机器人三种，市政环卫车辆的多为专用功能车辆(即，扫地车、洒水车、垃圾转运车等)；区域清洁车辆多为中小型车辆，集洒水、清扫和垃圾搬运一体，家用清洁机器人则主要是清扫和垃圾收集功能。

目前的环卫洒水车和区域清洁车均为有人驾驶操作的车辆，工作中需要单人或多人操作控制，极大地耗费人力资源。随着无人驾驶技术的发展，有望在该领域的得以应用。本发明着重对于将无人驾驶技术应用于自动环境清扫领域应用进行讨论。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种无人驾驶清扫车辆及其洒水系统控制方法，能够根据载水量自动进行作业路径的优化，在有效时间内以最优方式实现洒水作业，并能自动完成补水、异常检测、返回修理站点等工作，相比于现有技术，极大的降低了人员投入的成本，使人从重体力、低技术、低价值输出的领域解放出来。

有鉴于此，第一方面，本发明实施例提供了一种无人驾驶清扫车辆及其洒水系统控制方法，包括：

无人驾驶清扫车辆的车载中央控制器查询车辆定位信息和作业路径信息，当所述车辆定位信息与所述作业路径信息相匹配时，生成喷洒启动控制信号，并输出至喷洒系统控制器；

所述喷洒系统控制器根据喷洒启动控制信号和喷洒控制参数，控制开启水泵和喷嘴阀门，使所述喷嘴阀门按照所述喷洒控制参数对应的洒水量和洒水范围进行喷洒作业；

在所述喷洒作业的过程中，所述喷洒系统控制器实时或定时采集压力传感器的水压信号以及水位计的水位信号，并对采集到的水压信号和水位信号进行分析；其中，所述压力传感器设置于所述喷嘴阀门或设置于所述喷嘴阀门连接的管路上；所述水位计设置于所述管路连接的水箱中；

当所述水压信号和/或水位信号异常时，所述喷洒系统控制器根据分析结果相应的输出洒水系统检修请求和/或停止作业指令和/或补水指令；

当所述水压信号和水位信号均为正常时，所述喷洒系统控制器实时或定时根据所述水压信号和水位信号计算作业余量信息，并将所述作业余量信息发送给所述车载中央控制器；所述作业余量信息包括车载剩余水量和剩余作业时间；

所述车载中央控制器实时或定时根据所述作业余量信息匹配作业路径信息，对未完成的作业路径进行路径优化处理和/或对车辆行驶状态参数进行优化处理，生成车辆行驶控制信号，使所述无人驾驶清扫车辆按照优化处理后的作业路径和/或车辆行驶状态参数进行喷洒作业。

优选的，在所述无人驾驶清扫车辆的车载中央控制器根据定位信息和作业路径信息生成喷洒启动控制信号，并输出给喷洒系统控制器之前，所述方法还包括：

所述喷洒系统控制器接收自检控制指令，获取所述水位计的水位信号；

当所述水位信号指示所述水箱中的水位低于设定初始水位时，所述喷洒系统控制器输出补水指令。

优选的，在所述喷洒系统控制器输出补水指令后，所述方法还包括：

所述车载中央控制器接收所述喷洒系统控制器输出的补水指令，根据所述补水指令获取车辆当前位置信息并根据所述车辆当前位置信息查询最优补水点的位置信息；

根据所述车辆当前位置信息和所述最优补水点的位置信息生成补水导航规划路径，并生成车辆行驶控制信号使得所述无人驾驶清扫车辆按照所述补水导航规划路径自动行驶至所述最优补水点；

所述车载中央控制器生成补水控制信号，控制车辆的注水管与外部的补水管对接，并生成补水开启控制信号控制开启所述补水管的电控注水阀，从而通过所述补水管和注水管对所述水箱进行补水；

在所述补水过程中，所述车载中央控制器控制所述喷洒系统控制器实时采集水位计的水位信号，当所述水位信号指示所述水箱中的水位到达设定满水水位时，所述车载中央控制器生成补水管壁控制信号，控制关闭所述补水管的电控注水阀，并控制断开所述注水管与外部的补水管的连接。

优选的，在所述喷洒作业的过程中，所述方法还包括：

所述车载中央控制器对一个或多个车载传感器采集的传感信号进行处理，得到一项或多项传感检测数据；所述传感检测数据包括：行驶速度、路面温度、路面状态参数、环境颗粒物和障碍物参数中的一种或几种；

所述车载中央控制器将所述车辆检测传感数据发送给所述喷洒系统控制器；

所述喷洒系统控制器对所述车辆监测传感数据进行处理，并根据处理结果更新所述喷洒控制参数；所述喷洒控制参数包括：喷洒压力、喷洒速率、喷洒角度和喷嘴阀门开启选择参数中的一种或几种。

优选的，当所述水位信号异常时，所述喷洒系统控制器根据分析结果相应的输出停止作业指令和补水指令具体为：

当所述水位信号异常时，所述喷洒系统控制器输出停止作业指令，用以关闭所述水泵和喷嘴阀门；并且

向所述车载中央控制器输出所述补水指令。

优选的，当所述水压信号异常时，所述喷洒系统控制器根据分析结果相应的输出洒水系统检修请求和/或停止作业指令具体为：

当所述水压信号指示所述压力传感器检测的水压大于压力上限阈值时，所述喷洒系统控制器采集在预设第一时段内水位信号的变化；

如果水位信号的变化量不低于正常范围，所述喷洒系统控制器向所述车载中央控制器发送洒水系统检修请求，用以所述车载中央控制器记录所述洒水系统检修请求，并在当前喷洒作业完成后控制所述无人驾驶清扫车辆返回设定维修站点；

如果水位信号的变化量低于正常范围，所述喷洒系统控制器输出停止作业指令，用以控制关闭所述水泵和喷嘴阀门，并向所述车载中央控制器发送停止作业指令，用以控制所述无人驾驶清扫车辆返回设定维修站点。

优选的，当所述水压信号异常时，所述喷洒系统控制器根据分析结果相应的输出洒水系统检修请求和/或停止作业指令具体为：

当所述水压信号指示所述压力传感器检测的水压小于压力下限阈值时，所述喷洒系统控制器采集在预设第一时段内水位信号的变化；

如果水位信号的变化量不高于正常范围，所述喷洒系统控制器向所述车载中央控制器发送洒水系统检修请求，用以所述车载中央控制器记录所述洒水系统检修请求，并在当前喷洒作业完成后控制所述无人驾驶清扫车辆返回设定维修站点；

如果水位信号的变化量高于正常范围，所述喷洒系统控制器输出停止作业指令，用以控制关闭所述水泵和喷嘴阀门，并向所述车载中央控制器发送停止作业指令，用以控制所述无人驾驶清扫车辆返回设定维修站点。

进一步优选的，所述方法还包括：根据喷洒控制参数确定所述水位信号的变化量的正常范围。

进一步优选的，所述喷洒系统控制器输出停止作业指令之后，所述方法还包括：

所述车载中央控制器根据当前车辆定位信息和作业路径信息生成一条作业记录。

第二方面，本发明实施例提供了无人驾驶清扫车辆，包括上述第一方面所述的车载中央控制器、喷洒系统控制器、压力传感器、水位计、水泵、喷嘴阀门和水箱。

本发明实施例的提供的无人驾驶清扫车辆及其洒水系统控制方法，能够根据载水量自动进行作业路径的优化，在有效时间内以最优方式实现洒水作业，并能自动完成补水、异常检测、返回修理站点等工作，相比于现有技术，极大的降低了人员投入的成本，使人从重体力、低技术、低价值输出的领域解放出来。

附图说明

图1为本发明实施例提供的无人驾驶清扫车辆的洒水系统控制方法流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例的提供的无人驾驶清扫车辆的洒水系统控制方法，主要用于解决无人参与的自动清扫车辆控制环境中，实现无人驾驶清扫车车辆的自动作业功能，并通过车载中央控制器实现与外部的数据通信。

本发明中涉及的无人驾驶清扫车辆基于自动驾驶技术，无人驾驶清扫车辆上加载有车载中央控制器和喷洒系统控制器，它们之间通过系统总线或无线信号实现数据、指令的传输。此外还有水泵、水箱，压力传感器设置于喷嘴阀门或设置于喷嘴阀门连接的管路上；水位计设置于管路连接的水箱中；压力传感器和喷嘴阀门由喷洒系统控制器控制。下面通过具体实施例对洒水系统控制方法进行说明。

图1为本发明实施例提供的无人驾驶清扫车辆的洒水系统控制方法流程图。结合图1所示，本发明的无人驾驶清扫车辆的洒水系统控制方法主要包括如下步骤：

步骤100，喷洒系统控制器接收自检控制指令，获取水位计的水位信号；

具体的，在无人驾驶清扫车辆启动时，首先会进行自检，主要是检查水箱中的水位是否在初始设定水位之上。水位计安装于水箱中，用于指示水箱中的水位。

步骤110，确定水位信号指示水箱中的水位是否低于设定初始水位；

初始设定水位可以是最低水位，可以是满水位，也可以是在水箱中间的某个水位，例如1/2水位。初始设定水位即决定了在水箱载水满足何种条件下车辆可以开始启动喷洒作业。优选的，初始设定水位通常为满水位。

如果水位信号指示水箱中的水位低于设定初始水位，执行步骤120，如果水位信号指示水箱中的水位不低于设定初始水位，执行步骤130。

步骤120，喷洒系统控制器输出补水指令。

具体的，喷洒系统控制器输出补水指令给车载中央控制器。

车载中央控制器在接收喷洒系统控制器输出的补水指令后，根据补水指令获取车辆当前位置信息并根据车辆当前位置信息查询最优补水点的位置信息；并且根据车辆当前位置信息和最优补水点的位置信息生成补水导航规划路径，并生成车辆行驶控制信号使得无人驾驶清扫车辆按照补水导航规划路径自动行驶至最优补水点；

车载中央控制器生成补水控制信号，控制车辆的注水管与外部的补水管对接，并生成补水开启控制信号控制开启补水管的电控注水阀，从而通过补水管和注水管对水箱进行补水；

在补水过程中，车载中央控制器控制喷洒系统控制器实时采集水位计的水位信号，具体可以是通过电流信号或电压信号，并转换为指示水箱水位的数字信号，当水位信号指示水箱中的水位到达设定满水水位时，车载中央控制器生成补水管壁控制信号，控制关闭补水管的电控注水阀，并控制断开注水管与外部的补水管的连接。

由此即完成了补水的过程。后续在车辆洒水作业过程中的补水，也是如此处理。

之后执行喷洒作业。

步骤130，无人驾驶清扫车辆的车载中央控制器查询车辆定位信息和作业路径信息，当车辆定位信息与作业路径信息相匹配时，生成喷洒启动控制信号，并输出至喷洒系统控制器；

具体的，无人驾驶清扫车辆根据当前的车辆定位信息和作业路径信息，通过自动驾驶技术，将车辆自动行驶至作业路径信息上的一个位置，这个位置可以是规定的起点位置，或者是距离当前车辆定位位置路程最近或时间最短的位置等等，也可以是根据当前车辆定位位置和作业路径确定的最优作业起点位置。在通过对车辆定位监控确定车辆已经到达该位置时，即开始启动洒水作业。

步骤140，喷洒系统控制器根据喷洒启动控制信号和喷洒控制参数，控制开启水泵和喷嘴阀门，使喷嘴阀门按照喷洒控制参数对应的洒水量和洒水范围进行喷洒作业；

具体的，在喷洒过程中，车载中央控制器对一个或多个车载传感器采集的传感信号进行处理，得到一项或多项传感检测数据；车载传感器可以具体包括但不限于：轮速计、超声波雷达探测器、激光探测器、摄像头、温度传感器、粒子浓度监测器或粒子计数器等。

传感检测数据包括：行驶速度、路面温度、路面状态参数、环境颗粒物和障碍物参数中的一种或几种；车载中央控制器将车辆检测传感数据发送给喷洒系统控制器；喷洒系统控制器对车辆监测传感数据进行处理，并根据处理结果更新喷洒控制参数；喷洒控制参数包括：喷洒压力、喷洒速率、喷洒角度和喷嘴阀门开启选择参数中的一种或几种。

例如，无人驾驶清扫车辆在行驶至交叉路口受红绿灯管制期间，通过采集轮速计的数据监测到车辆处于低速或停止状态，可以生成控制信号关闭洒水，待绿灯放行后，监测到轮速计数据指示车辆达到正常行驶速度，再次开启洒水功能。

又如，行驶路段中，无人驾驶清扫车辆通过加载在车辆周围的雷达探测器或红外探测器等装置监控到车辆的前方、侧前方或侧方有行人、车辆或其他物体，车载中央控制器生成相应的传感数据发送给喷洒系统控制器，从而控制做出停止洒水，缩小洒水宽度，关闭单侧洒水，又或者改变洒水方向等操作方式。

再如，当行驶路段中存在湿滑或过水路面，无人驾驶清扫车辆可以根据摄像头采集到的图像数据做出停止洒水的指令。

还如，当行驶路段中存在积尘多，清扫时扬尘较重等情况，车载中央控制器可以根据无人驾驶清扫车辆上加载的颗粒计采样的颗粒物浓度数据生成相应的喷洒控制参数，以使车辆做出例如增加洒水量或扩大洒水区域等操作。

此外，无人驾驶清扫车辆上还可以加载有路面温度探测器或环境温度唐测器等传感器，可以根据路面温度的高或低，实时调节洒水量的大小，以达到路面降温或防止洒水造成结冰的需要。

步骤150，在喷洒作业的过程中，喷洒系统控制器实时或定时采集压力传感器的水压信号以及水位计的水位信号，并对采集到的水压信号和水位信号进行分析；

具体的，车辆在作业过程中需要考虑车载水量的剩余量和可用时间，通过将水压信号和水位信号等信息上报给车载中央控制器，使车辆在作业的时间规划和行驶路径规划中和洒水时间匹配，在有效的时间内最大限度完成作业区域，同时减少或避免重复路径行驶。此外通过对水压和水位信号的监测，还可以发现作业过程中洒水系统出现异常的情况，并自动作出初步判断。

步骤160，当水压信号和/或水位信号异常时，喷洒系统控制器根据分析结果相应的输出洒水系统检修请求和/或停止作业指令和/或补水指令；

其中具体的，当水位信号异常时，喷洒系统控制器输出停止作业指令，用以关闭水泵和喷嘴阀门；并且向车载中央控制器输出补水指令。

当水压信号异常时，喷洒系统控制器根据分析结果相应的输出洒水系统检修请求和/或停止作业指令具体可以分为两种情况。

一种是，当水压信号指示压力传感器检测的水压大于压力上限阈值时：

喷洒系统控制器采集在预设第一时段内水位信号的变化；比如，在喷洒系统控制器接收到压力传感器的水压信号超出压力上限阈值后，开始监测固定时间段t内的水位变化，从而计算水量消耗。

如果水位信号的变化量不低于正常范围，即水量消耗正常，则判定压力传感器自身发生异常或者管道有异物堵塞，喷洒系统控制器向车载中央控制器发送洒水系统检修请求，用以车载中央控制器记录洒水系统检修请求，并在当前喷洒作业完成后控制无人驾驶清扫车辆返回设定维修站点；

如果水位信号的变化量低于正常范围，即水量消耗低于正常下降趋势或者无消耗，则判定压力管道堵塞严重甚至无法喷洒，喷洒系统控制器输出停止作业指令，用以控制关闭水泵和喷嘴阀门，并向车载中央控制器发送停止作业指令，用以控制无人驾驶清扫车辆返回设定维修站点。

另一种是，当水压信号指示压力传感器检测的水压小于压力下限阈值时：

喷洒系统控制器采集在预设第一时段内水位信号的变化；比如，在喷洒系统控制器接收到压力传感器的水压信号低于压力下限阈值后，开始监测固定时间段t内的水位变化，从而计算水量消耗。

如果水位信号的变化量不高于正常范围，即水量消耗正常，则判定压力传感器自身发生异常或者管道有泄漏，喷洒系统控制器向车载中央控制器发送洒水系统检修请求，用以车载中央控制器记录洒水系统检修请求，并在当前喷洒作业完成后控制无人驾驶清扫车辆返回设定维修站点；

如果水位信号的变化量高于正常范围，即水量消耗大于正常下降趋势，则判定管道严重泄漏，喷洒系统控制器输出停止作业指令，用以控制关闭水泵和喷嘴阀门，并向车载中央控制器发送停止作业指令，用以控制无人驾驶清扫车辆返回设定维修站点。

上述水位信号的变化量的正常范围是根据喷洒控制参数确定的。不同的喷洒作业条件下，对应的水位信号的变化量的正常范围是不同的。喷洒系统控制器可以按照喷洒参数自动计算得到。

在上述任一喷洒系统控制器输出停止作业指令的情况下，车载中央控制器都会根据当前车辆定位信息和作业路径信息生成一条作业记录，从而记录当前作业已经完成的情况和剩余未喷洒路径的情况，从而能够根据该作业记录更新作业路径信息，并且可以通过无线网路上报清扫作业控制中心，使得清扫作业控制中心能够获知该车辆的作业完成情况，进行后续决策，例如决定是否另派车辆处理未完成喷洒作业，或等待该车辆补水或维修完成后继续进行剩余的喷洒作业。

步骤170，当水压信号和水位信号均为正常时，喷洒系统控制器实时或定时根据水压信号和水位信号计算作业余量信息，并将作业余量信息发送给车载中央控制器；

具体的，在喷洒作业过程中，无人驾驶清扫车辆会实时或定时根据已完成作业路径和规划的作业路径信息来确定剩余未完成路径，并可根据当前的喷洒控制参数和车辆行驶状态参数计算出预计剩余的作业时间，例如车辆速度会影响剩余路径行驶完成的时间，喷洒量会影响到剩余水量是否够用等。因此可以得到作业余量信息，具体包括车载剩余水量和剩余作业时间。

步骤180，车载中央控制器实时或定时根据作业余量信息匹配作业路径信息，对未完成的作业路径进行路径优化处理和/或对车辆行驶状态参数进行优化处理，生成车辆行驶控制信号，使无人驾驶清扫车辆按照优化处理后的作业路径和/或车辆行驶状态参数进行喷洒作业。

本发明实施例的洒水系统控制方法，逻辑控制清晰，处理效率高，响应式速度快；可以充分利用无人驾驶车辆现有控制器设备及数据，新增外部设备数据需求量小，适应性好，从而有效的降低了设备投入费用，可以快速实现。

本发明实施例的提供的洒水系统控制方法，能够根据载水量自动进行作业路径的优化，在有效时间内以最优方式实现洒水作业，并能自动完成补水、异常检测、返回修理站点等工作，相比于现有技术，极大的降低了人员投入的成本，使人从重体力、低技术、低价值输出的领域解放出来。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、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，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。