無人駕駛洗掃車智能控制系統研究

付偉龍，王學友，朱陽，蔣瑞鋒，王富強，趙增耀

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710200）

1 前言

伴隨底盤自動駕駛的日臻成熟以及場景式無人作業的逐步推廣，洗掃車的無人駕駛化已逐漸成為市場趨勢。傳統的洗掃車駕駛員操作既要保證車輛行駛安全，還要選擇適當的洗掃模式保證路面清潔效果。駕駛員操作強度大，實際工作當中駕駛員通常在作業出發前選好作業模式，工作過程一般很少進行模式改變，造成要么油耗浪費，要么掃路效果不滿足要求的現狀。

2 背景及意義

目前市面上的智能駕駛洗掃車能夠實現自動駕駛、自動掉頭、自動過紅綠燈、自動停車等[1]。但是，上裝的作業模式固定，不能根據作業道路的狀況、作業環境的變化以及車輛行駛狀態而自動調整。洗掃車智能控制系統主要研究以下四方面技術。a.通過對車輛行駛狀態的分析判斷，在洗掃車臨時停車等待（等紅綠燈、避讓行人）自動調整掃盤狀態、水路系統等，達到節油、節水、節料的效果；b.通過對環境溫度的采集分析，自動調節各水路系統，從而解決低溫環境下由于洗掃車作業造成的路面結冰現象；c.通過對雨量的采集分析，自動判斷是否適合作業或返航；d.通過對路面潔凈度的采集分析，自動調節車速、風機轉速、掃盤速度等，實現高效節能的清掃效果。

3 系統組成及原理

該控制系統主要由上裝控制單元、行駛狀態采集單元、環境溫度采集單元、雨量采集單元、路面潔凈度采集單元五部分組成，其中上裝控制單元，主要負責上裝信號的采集、控制及與底盤的通信；行駛狀態采集單元主要對車輛行駛狀態的信息采集、分析及判斷；環境溫度采集單元實現對車輛運行環境的實時采集、監控，并進行工作安全性判斷；雨量采集單元主要對雨天作業時的雨量大小進行直接/間接采集及判斷，分析是否適合繼續作業，并選擇合適的作業模式；路面潔凈度采集單元主要對路面的潔凈度進行采集、分析，實現分級控制。最終實現上裝水路系統、氣路系統、液壓執行系統、報警及語音播報系統的實時精準控制。系統組成如圖1 所示。

圖1 系統組成圖

3.1 行駛狀態采集控制單元

通過車速行駛速度、駐車制動信號、行車制動信號等車輛行駛狀態的采集、分析及判斷，實現在洗掃車臨時停車等待（等紅綠燈、避讓行人）時，a.自動關閉洗掃車的高壓水路噴水/濕掃掃刷噴霧；b.停止掃盤馬達旋轉，關閉水路，降低功耗；c.停止掃盤旋轉，減少掃刷磨損。并在車輛起步后自動啟動相應水路及掃盤馬達，實現了節油、節水、節料的目的。具體如圖2 所示。

圖2 行駛狀態采集控制單元組成圖

有效解決了臨時停車等待時a.吸嘴是不足以把噴出的水吸回，而造成的污水橫流，影響市容市貌，易引發交通事故現象；b.掃盤一直旋轉，產生不必要的磨損損耗，導致掃刷更換周期縮短，整車使用成本增加；c.整個上裝都在工作，此時油耗是不必要的，同時造成不必要的尾氣排放。

3.2 環境溫度采集控制單元

通過對實時氣溫、路面溫度及電磁閥狀態的采集、分析，實現對水路系統的自潔系統、噴水系統、噴霧系統的自動關閉及開啟，有效解決及避免了氣溫較低的情況下，洗掃車作業時的噴水噴霧造成的路面濕滑結冰問題。

具體為當當天氣溫TY＜0℃時，洗掃車自潔系統、噴水系統、噴霧系統全部關閉；當當天氣溫TY≥0℃，且實時氣溫TH＜標定值T1 時，若路面溫度TL≥標定值T2 時，洗掃車噴水系統關閉，若路面溫度TL＜標定值T2 時，噴水系統和噴霧系統同時關閉。詳細控制邏輯如圖3 所示。

圖3 環境溫度采集控制邏輯圖

3.3 雨量采集控制單元

通過對洗掃車雨天作業過程中的實時雨量采集、分析及判斷，實現對雨量進行小雨、中雨、大雨、暴雨四個分級，并針對不同的雨量大小進行標準作業、干掃作業、停止作業返航三種狀態的控制及信息發送。

雨量的采集采用雨量傳感器、路面圖形識別、污水箱水位變化率三項技術融合，從而根據雨量分級確定確定洗掃車最佳工作模式。系統組成如圖4 所示。

圖4 雨量采集控制單元組成

通過雨量和洗掃車污水箱水位變化率的分析判斷，確定當前雨量是否適合需要繼續作業或作業模式調整。否則就會出現大量抽吸雨水、造成污水箱快速被雨水占滿，達不到清掃道路的目的。

具體為當實時雨量Ri＜雨量閾值R1 (mm/h)時，系統定義為毛毛雨/小雨，此時洗掃車保持標準作業模式；當雨量閾值R1＜實時雨量Ri＜雨量閾值R2 時，系統定義為中雨，此時洗掃車結合路面圖像識別系統的采集及分析，若圖像識別路面為潮濕狀態時，車輛開啟干掃作業模式，否則保持標準作業模式；當雨量閾值R2＜實時雨量Ri＜雨量閾值R3 時，系統定義為大雨模式，此時再結合洗掃車污水箱水位變化率Kw，若污水箱水位變化率Kw＜污水箱水位變化率閥值KwB時，車輛開啟干掃作業模式，否則直接返航并發送相關返航信息；當時雨量Ri＞雨量閾值R3 時，洗掃車停止上裝作業并進入返航模式。

3.4 路面潔凈度采集控制單元

通過圖像采集攝像頭對路面潔凈度進行實時采集[2]、分析及潔凈度分析，將路面分為輕度垃圾路面、中度垃圾路面、重度垃圾路面。并根據三種路面狀態智能調節洗掃車作業車速及工作模式，對車速、風機轉速、掃盤速度進行精準控制[3]，實現高效節能的清掃效果。具體為根據路面潔凈度分析得出優選的作業車速和工作模式，若當前車速高于目標車速，則工作模式立即置成強掃，待實際車速降到目標車速后，工作模式置成目標模式。若當前車速低于目標車速連續5 分鐘（可設置），則直接提速，工作模式立即置成強掃，待實際車速升到目標車速后，工作模式置成目標模式。詳細如圖5 所示。

圖5 路面潔凈度采集控制單元組成圖

4 結語

無人駕駛洗掃車智能控制系統從高效、智能、環保、節能四個維度開展了基于路面潔凈度、環境溫度、雨量及車輛行駛狀態的洗掃車智能控制系統研究，有效解決了傳統洗掃車作業效率低、駕駛員勞動強度大以及自動駕駛洗掃車作業模式固定的行業難題，從而實現洗掃車的無人作業。