无人驾驶洗扫车智能控制系统研究

付伟龙，王学友，朱阳，蒋瑞锋，王富强，赵增耀

（陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710200）

1 前言

伴随底盘自动驾驶的日臻成熟以及场景式无人作业的逐步推广，洗扫车的无人驾驶化已逐渐成为市场趋势。传统的洗扫车驾驶员操作既要保证车辆行驶安全，还要选择适当的洗扫模式保证路面清洁效果。驾驶员操作强度大，实际工作当中驾驶员通常在作业出发前选好作业模式，工作过程一般很少进行模式改变，造成要么油耗浪费，要么扫路效果不满足要求的现状。

2 背景及意义

目前市面上的智能驾驶洗扫车能够实现自动驾驶、自动掉头、自动过红绿灯、自动停车等[1]。但是，上装的作业模式固定，不能根据作业道路的状况、作业环境的变化以及车辆行驶状态而自动调整。洗扫车智能控制系统主要研究以下四方面技术。a.通过对车辆行驶状态的分析判断，在洗扫车临时停车等待（等红绿灯、避让行人）自动调整扫盘状态、水路系统等，达到节油、节水、节料的效果；b.通过对环境温度的采集分析，自动调节各水路系统，从而解决低温环境下由于洗扫车作业造成的路面结冰现象；c.通过对雨量的采集分析，自动判断是否适合作业或返航；d.通过对路面洁净度的采集分析，自动调节车速、风机转速、扫盘速度等，实现高效节能的清扫效果。

3 系统组成及原理

该控制系统主要由上装控制单元、行驶状态采集单元、环境温度采集单元、雨量采集单元、路面洁净度采集单元五部分组成，其中上装控制单元，主要负责上装信号的采集、控制及与底盘的通信；行驶状态采集单元主要对车辆行驶状态的信息采集、分析及判断；环境温度采集单元实现对车辆运行环境的实时采集、监控，并进行工作安全性判断；雨量采集单元主要对雨天作业时的雨量大小进行直接/间接采集及判断，分析是否适合继续作业，并选择合适的作业模式；路面洁净度采集单元主要对路面的洁净度进行采集、分析，实现分级控制。最终实现上装水路系统、气路系统、液压执行系统、报警及语音播报系统的实时精准控制。系统组成如图1 所示。

图1 系统组成图

3.1 行驶状态采集控制单元

通过车速行驶速度、驻车制动信号、行车制动信号等车辆行驶状态的采集、分析及判断，实现在洗扫车临时停车等待（等红绿灯、避让行人）时，a.自动关闭洗扫车的高压水路喷水/湿扫扫刷喷雾；b.停止扫盘马达旋转，关闭水路，降低功耗；c.停止扫盘旋转，减少扫刷磨损。并在车辆起步后自动启动相应水路及扫盘马达，实现了节油、节水、节料的目的。具体如图2 所示。

图2 行驶状态采集控制单元组成图

有效解决了临时停车等待时a.吸嘴是不足以把喷出的水吸回，而造成的污水横流，影响市容市貌，易引发交通事故现象；b.扫盘一直旋转，产生不必要的磨损损耗，导致扫刷更换周期缩短，整车使用成本增加；c.整个上装都在工作，此时油耗是不必要的，同时造成不必要的尾气排放。

3.2 环境温度采集控制单元

通过对实时气温、路面温度及电磁阀状态的采集、分析，实现对水路系统的自洁系统、喷水系统、喷雾系统的自动关闭及开启，有效解决及避免了气温较低的情况下，洗扫车作业时的喷水喷雾造成的路面湿滑结冰问题。

具体为当当天气温TY＜0℃时，洗扫车自洁系统、喷水系统、喷雾系统全部关闭；当当天气温TY≥0℃，且实时气温TH＜标定值T1 时，若路面温度TL≥标定值T2 时，洗扫车喷水系统关闭，若路面温度TL＜标定值T2 时，喷水系统和喷雾系统同时关闭。详细控制逻辑如图3 所示。

图3 环境温度采集控制逻辑图

3.3 雨量采集控制单元

通过对洗扫车雨天作业过程中的实时雨量采集、分析及判断，实现对雨量进行小雨、中雨、大雨、暴雨四个分级，并针对不同的雨量大小进行标准作业、干扫作业、停止作业返航三种状态的控制及信息发送。

雨量的采集采用雨量传感器、路面图形识别、污水箱水位变化率三项技术融合，从而根据雨量分级确定确定洗扫车最佳工作模式。系统组成如图4 所示。

图4 雨量采集控制单元组成

通过雨量和洗扫车污水箱水位变化率的分析判断，确定当前雨量是否适合需要继续作业或作业模式调整。否则就会出现大量抽吸雨水、造成污水箱快速被雨水占满，达不到清扫道路的目的。

具体为当实时雨量Ri＜雨量阈值R1 (mm/h)时，系统定义为毛毛雨/小雨，此时洗扫车保持标准作业模式；当雨量阈值R1＜实时雨量Ri＜雨量阈值R2 时，系统定义为中雨，此时洗扫车结合路面图像识别系统的采集及分析，若图像识别路面为潮湿状态时，车辆开启干扫作业模式，否则保持标准作业模式；当雨量阈值R2＜实时雨量Ri＜雨量阈值R3 时，系统定义为大雨模式，此时再结合洗扫车污水箱水位变化率Kw，若污水箱水位变化率Kw＜污水箱水位变化率阀值KwB时，车辆开启干扫作业模式，否则直接返航并发送相关返航信息；当时雨量Ri＞雨量阈值R3 时，洗扫车停止上装作业并进入返航模式。

3.4 路面洁净度采集控制单元

通过图像采集摄像头对路面洁净度进行实时采集[2]、分析及洁净度分析，将路面分为轻度垃圾路面、中度垃圾路面、重度垃圾路面。并根据三种路面状态智能调节洗扫车作业车速及工作模式，对车速、风机转速、扫盘速度进行精准控制[3]，实现高效节能的清扫效果。具体为根据路面洁净度分析得出优选的作业车速和工作模式，若当前车速高于目标车速，则工作模式立即置成强扫，待实际车速降到目标车速后，工作模式置成目标模式。若当前车速低于目标车速连续5 分钟（可设置），则直接提速，工作模式立即置成强扫，待实际车速升到目标车速后，工作模式置成目标模式。详细如图5 所示。

图5 路面洁净度采集控制单元组成图

4 结语

无人驾驶洗扫车智能控制系统从高效、智能、环保、节能四个维度开展了基于路面洁净度、环境温度、雨量及车辆行驶状态的洗扫车智能控制系统研究，有效解决了传统洗扫车作业效率低、驾驶员劳动强度大以及自动驾驶洗扫车作业模式固定的行业难题，从而实现洗扫车的无人作业。