有效操作自主车辆的激光雷达传感器的清洁系统的逻辑

技术领域

本公开涉及用于车辆中的激光雷达系统，并且特别涉及一种基于环境条件清洁激光雷达系统的窗的方法。

背景技术

激光雷达（光检测和测距）系统可以充当自主车辆中的检测系统。在激光雷达中，将激光束发射到环境中，并且接收和记录激光束从环境中的物体的反射。激光雷达系统通常容纳在具有透明窗的保护壳体中，激光束及其反射可以穿过窗。在某些条件下，此窗可能在其上积聚碎片或流体，这使激光束偏转，并且因此损害激光雷达系统的操作。因此，期望提供一种用于尽可能快地从窗清洗流体的系统和方法。

发明内容

在一个示例性实施例中，公开一种操作激光雷达系统的方法。识别激光雷达系统的表面上的碎片类型。基于碎片类型识别用于清洁表面的清洁模式。以一喷嘴速度在表面处从喷嘴排出气体以清洁表面。基于清洁模式选择喷嘴速度。

除本文中描述的一个或多个特征以外，喷嘴速度与表面处的表层摩擦系数的值相关，并且根据清洁模式选择产生表层摩擦系数的值的喷嘴速度。方法进一步包括将清洁流体施配到表面上，并且在已经施配清洁流体之后从喷嘴排出气体。方法进一步包括获得表面的图像并由图像识别碎片类型。方法进一步包括获得表面的图像并基于图像确定表面的清洁度水平。选择用于所述模式的喷嘴速度以实施以下中的至少一者：从表面去除碎片；沿着表面移动碎片；以及维持表面的清洁度。所述表面是激光雷达系统的光穿过的窗。

在另一示例性实施例中，公开一种用于激光雷达系统的清洁装置。清洁装置包括喷嘴和处理器。喷嘴在激光雷达系统的表面处排出气体。处理器被配置成识别表面上的碎片类型、基于碎片类型识别用于清洁表面的清洁模式、基于清洁模式选择来自喷嘴的气体的喷嘴速度以及操作喷嘴以喷嘴速度排出气体。

除本文中描述的一个或多个特征以外，喷嘴速度与表面处的表层摩擦系数的值相关，并且处理器被进一步配置成根据清洁模式选择产生表层摩擦系数的值的喷嘴速度。清洁装置进一步包括被配置成将清洁流体施配到表面上的流体施配器，其中处理器被进一步配置成在已经施配清洁流体之后排出气体。清洁装置进一步包括用于获得表面的图像的成像设备，其中处理器被进一步配置成由图像识别碎片类型。清洁装置进一步包括用于获得表面的图像的成像设备，其中处理器被进一步配置成由图像确定表面的清洁度水平。选择用于所述模式的喷嘴速度以实施以下中的至少一者：从表面去除碎片；沿着表面移动碎片；以及维持表面的清洁度。所述表面是激光雷达系统的光穿过的窗。

在仍另一示例性实施例中，公开一种激光雷达系统。激光雷达系统包括用于清洁激光雷达系统的表面的清洁装置。清洁装置包括喷嘴和处理器。喷嘴在表面处排出气体。处理器被配置成识别表面上的碎片类型、基于碎片类型识别用于清洁表面的清洁模式、基于清洁模式选择来自喷嘴的气体的喷嘴速度以及操作喷嘴以喷嘴速度排出气体。

除本文中描述的一个或多个特征以外，喷嘴速度与表面处的表层摩擦系数的值相关，并且处理器被进一步配置成根据清洁模式选择获得表层摩擦系数的值的喷嘴速度。激光雷达系统进一步包括被配置成将清洁流体施配到表面上的流体施配器，其中处理器被进一步配置成在已经施配清洁流体之后排出气体。激光雷达系统进一步包括用于获得表面的图像的成像设备，其中处理器被进一步配置成基于图像确定表面的清洁度水平。选择用于所述模式的喷嘴速度以实施以下中的至少一者：从表面去除碎片；沿着表面移动碎片；以及维持表面的清洁度。所述表面是激光雷达系统的光穿过的窗。

结合附图，根据以下具体实施方式，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点将容易显而易见。

本发明还包括如下技术方案。

技术方案1. 一种操作激光雷达系统的方法，其包括：

识别激光雷达系统的表面上的碎片类型；

基于碎片类型识别用于清洁所述表面的清洁模式；以及

以一喷嘴速度在表面处从喷嘴排出气体以清洁所述表面，其中，基于所述清洁模式选择喷嘴速度。

技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，喷嘴速度与所述表面处的表层摩擦系数的值相关，所述方法进一步包括根据所述清洁模式选择产生表层摩擦系数的值的喷嘴速度。

技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其进一步包括将清洁流体施配到所述表面上，并且在已经施配清洁流体之后从喷嘴排出气体。

技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，其进一步包括获得所述表面的图像并由所述图像识别碎片类型。

技术方案5. 根据技术方案1所述的方法，其进一步包括获得所述表面的图像并基于所述图像确定所述表面的清洁度水平。

技术方案6. 根据技术方案1所述的方法，其中，选择用于所述模式的喷嘴速度以实施以下中的至少一者：(i) 从所述表面去除碎片；(ii) 沿着所述表面移动碎片；以及(iii) 维持所述表面的清洁度。

技术方案7. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述表面是激光雷达系统的光穿过的窗。

技术方案8. 一种用于激光雷达系统的清洁装置，其包括：

用于在激光雷达系统的表面处排出气体的喷嘴；以及

处理器，所述处理器被配置成：

识别所述表面上的碎片类型；

基于碎片类型识别用于清洁所述表面的清洁模式；

基于所述清洁模式选择来自喷嘴的气体的喷嘴速度；以及

操作喷嘴以所述喷嘴速度排出气体。

技术方案9. 根据技术方案8所述的清洁装置，其中，喷嘴速度与所述表面处的表层摩擦系数的值相关，并且处理器被进一步配置成根据所述清洁模式选择产生表层摩擦系数的值的喷嘴速度。

技术方案10. 根据技术方案8所述的清洁装置，其进一步包括被配置成将清洁流体施配到所述表面上的流体施配器，其中，处理器被进一步配置成在已经施配清洁流体之后排出气体。

技术方案11. 根据技术方案8所述的清洁装置，其进一步包括用于获得所述表面的图像的成像设备，其中，处理器被进一步配置成由所述图像识别碎片类型。

技术方案12. 根据技术方案8所述的清洁装置，其进一步包括用于获得所述表面的图像的成像设备，其中，处理器被进一步配置成由所述图像确定所述表面的清洁度水平。

技术方案13. 根据技术方案8所述的清洁装置，其中，选择用于所述模式的喷嘴速度以实施以下中的至少一者：(i) 从所述表面去除碎片；(ii) 沿着所述表面移动碎片；以及(iii) 维持所述表面的清洁度。

技术方案14. 根据技术方案8所述的清洁装置，其中，所述表面是激光雷达系统的光穿过的窗。

技术方案15. 一种激光雷达系统，其包括：

用于清洁激光雷达系统的表面的清洁装置，所述清洁装置包括：

用于在所述表面处排出气体的喷嘴；以及

处理器，所述处理器被配置成：

识别所述表面上的碎片类型；

基于碎片类型识别用于清洁所述表面的清洁模式；

基于所述清洁模式选择来自喷嘴的气体的喷嘴速度；以及

操作喷嘴以所述喷嘴速度排出气体。

技术方案16. 根据技术方案15所述的激光雷达系统，其中，喷嘴速度与所述表面处的表层摩擦系数的值相关，并且处理器被进一步配置成根据所述清洁模式选择获得表层摩擦系数的值的喷嘴速度。

技术方案17. 根据技术方案16所述的激光雷达系统，其进一步包括被配置成将清洁流体施配到所述表面上的流体施配器，其中，处理器被进一步配置成在已经施配清洁流体之后排出气体。

技术方案18. 根据技术方案15所述的激光雷达系统，其进一步包括用于获得所述表面的图像的成像设备，其中，处理器被进一步配置成基于所述图像确定所述表面的清洁度水平。

技术方案19. 根据技术方案15所述的激光雷达系统，其中，选择用于所述模式的喷嘴速度以实施以下中的至少一者：(i) 从所述表面去除碎片；(ii) 沿着所述表面移动碎片；以及(iii) 维持所述表面的清洁度。

技术方案20. 根据技术方案15所述的激光雷达系统，其中，所述表面是激光雷达系统的光穿过的窗。

附图说明

其他特征、优点和细节仅作为示例出现在以下具体实施方式中，具体实施方式参考附图，其中：

图1根据示例性实施例示出具有激光雷达系统的车辆；

图2以说明性实施例示出激光雷达系统和相关联清洁装置的示意图；

图3示出用于监测激光雷达系统的表面并激活表面的清洁的方法的流程图；并且

图4示出用于清洁激光雷达系统的表面的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并且并不旨在限制本公开、其应用或用途。应理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相似或对应的部件和特征。

根据示例性实施例，图1示出具有激光雷达系统102的车辆100。激光雷达系统102包括壳体104和窗106。壳体104容纳激光雷达系统102的各种电气部件以保护其免受环境的影响。激光雷达系统102的电气部件可以包括诸如激光器的光源和光敏传感器。窗106在激光器的波长周围的电磁波谱的区域中是透明或半透明的。在光源处产生的光束穿过窗106以与环境中的物体相互作用。光束从环境中的物体的反射可以穿过窗106进入壳体104并且在传感器处被检测到。诸如雨水、污垢、灰尘等碎片可以沉积到窗106的外表面上，从而影响光束，并且因此损害激光雷达系统102的操作。车辆100包括从窗106清洁碎片的清洁装置108。

图2以说明性实施例示出激光雷达系统102和清洁装置108的示意图200。清洁装置108包括相机或成像设备204、处理器206和喷嘴208。喷嘴208在窗106处排出气体以用于清洁窗106。在各种实施例中，喷嘴208包括多个喷嘴。清洁装置108还可以包括用于将清洁流体施配到窗106上的流体施配器210。成像设备204和处理器206可以充当碎片检测设备。成像设备204获得窗106的图像。图像被发送到处理器206，处理器206确定积聚在窗106上的碎片水平。然后，处理器206可以选择清洁模式，并基于选定清洁模式操作喷嘴208和/或流体施配器210。

喷嘴208指向激光雷达系统102的窗106并在接收到来自处理器206的信号时在窗106处排出气体。在各种实施例中，气体可以是空气。处理器206可以基于清洁模式控制喷嘴208的操作。例如，处理器206可以控制来自喷嘴208的气体的喷嘴速度、气体的脉冲波形以及在窗106处产生的表层摩擦系数(SFC)的值。沿着窗106的SFC是由相对于窗移动的流体或气体在窗106的表面处施加的阻力并且与窗处的清洁气体的速度相关。可以基于喷嘴206的尺寸和喷嘴相对于窗106的位置计算喷嘴速度与表层摩擦系数之间的关系，其是已知或可控参数。表层摩擦系数可以如方程(1)中所示那样计算：

方程(1)

其中C

图3示出用于监测激光雷达系统102的表面（诸如窗106）并激活清洁装置108以清洁表面的方法的流程图300。方法开始于框302处。在框304处，方法确定车辆100是否正被驾驶或在操作。如果车辆100未被驾驶，则方法循环回到框302。如果车辆100正被驾驶，则方法进行到框306。

在框306中，方法检测环境条件（即，环境是否干净，或者在环境中是否存在雨水、泥浆或雪）。可以使用来自车辆100上的各种来源或环境传感器的天气数据检测环境条件。如果环境条件干净，则方法进行到框308，在框308中，过程结束。如果环境条件不干净（例如，在环境中检测到雨水、泥浆和/或雪），则方法进行到框310。在框310中，激活成像设备204以监测激光雷达系统102的窗106。监测包括在窗106处实施碎片检测。在框312中，在处理器206处查看来自成像设备204的数据以识别窗106的清洁度水平。在框314中，如果表面的清洁度处于或高于清洁度阈值，则方法进行到框308，在框308处，方法结束。相反，如果表面的清洁度低于选定阈值，则方法进行到框316。在各种实施例中，清洁度阈值为“99%清洁”，这是在窗106的图像中未检测到碎片（例如，液滴、泥浆）的阈值。在框316中，以选定清洁模式激活清洁系统。

图4示出用于清洁激光雷达系统的表面的方法的流程图400。方法开始于框402处。在框404中，清洁系统进入默认清洁模式。默认模式是‘保持清洁’模式。在一个实施例中，‘保持清洁’模式包括在窗106处以产生SFC>=3的喷嘴速度从喷嘴排出气体。在框406中，处理器206确定清洁系统是否将保持在默认模式。如果任何碎片位于环境中，则清洁系统108可以改变模式。如果清洁系统108将保持在默认模式，则方法循环回到框404。如果清洁系统将使用不同模式操作，则方法进行到框408。

在框408中，处理器206识别窗106上的碎片类型。碎片类型可以使用在成像设备204处获得的数据或图像确定。在说明性实施例中，碎片类型是雨水、灰尘或泥浆中的至少一者。然而，在各种实施例中，可以包括其他类型的碎片。从框408，如果碎片是雨水，则方法进行到框410。如果碎片是灰尘，则方法进行到框418。如果碎片是泥浆或某一其他类型，则方法进行到框422。

参考框410，处理器206进入雨水清洁模式并确定在雨水清洁模式下将要采取的动作。例如，处理器206确定窗106是只需要保持清洁（即，几乎没有或没有雨滴的积聚）、将窗106上的雨滴移动到窗106的一侧还是从窗完全去除雨滴。如果窗106只需要保持清洁，则方法进行到框412。在框412中，发生‘保持清洁’动作，其中清洁气体以提供小于3的表层摩擦系数的喷嘴速度从喷嘴208排出。返回到框410，如果选定动作是沿着窗表面移动雨水，则方法进行到框414。在框414中，清洁气体以提供大于或等于3并小于20的表层摩擦系数(3<=SFC<20)的喷嘴速度从喷嘴208排出。再次返回到框410，如果选定动作是从窗106去除雨水，则方法进行到框416。在框416中，清洁气体以提供大于或等于20的表层摩擦系数(SFC>=20)的喷嘴速度从喷嘴208排出。

现在参考框418，清洁系统108进入灰尘去除模式。在框420中，处理器206实施‘保持清洁’动作，其中清洁气体以提供小于或等于3的表层摩擦系数(SFC<=3)的喷嘴速度从喷嘴208排出。

现在参考框422，使清洁流体从流体施配器210排出到窗106上。在框424中，清洁系统108进入泥浆清洁模式并确定在泥浆清洁模式下将要采取的动作。如果窗106只需要保持清洁，则方法进行到框426。在框426中，清洁气体以提供小于3的表层摩擦系数(SFC<3)的喷嘴速度从喷嘴208排出。返回到框424，如果选择泥浆移动动作，则方法进行到框428。在框428中，清洁气体以提供大于或等于3并小于20的表层摩擦系数(3<=SFC<20)的喷嘴速度从喷嘴208排出。再次返回到框424，如果选择泥浆去除动作，则方法进行到框430。在框430中，清洁气体以提供大于或等于20的表层摩擦系数(SFC>=20)的喷嘴速度从喷嘴208排出。

从框412、414、416、420、426、428和430中的任一者，一旦清洁气体已经根据其对应动作排出，则方法进行到框432。在框432中，由碎片检测系统检查窗106。如果窗106的清洁度大于选定清洁度阈值（例如，“>99%清洁”），则方法进行到框434，在框434中，方法结束。如果窗106的清洁度小于选定清洁度阈值，则方法进行到框408以重复方法来产生额外清洁。

虽然已经参考示例性实施例描述以上公开，但是本领域技术人员将理解，可以作出各种改变，并且等效方案可以代替其元件，而不脱离其范围。另外，可以作出许多修改以使特定情况或材料适于本公开的教示，而不背离其实质范围。因此，本公开旨在并不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。