CN103381793A - 一种机动车前挡风玻璃的自动清洁系统及其清洁方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机动车智能控制领域，提供了一种机动车前挡风玻璃的自动清洁系统及其清洁方法。该系统及其方法中，传感器节点采集前挡风玻璃上的雨水检测数据、前挡风玻璃内外的光照度数据、前挡风玻璃内外的温度及湿度数据、前挡风玻璃的实时图像帧，车载实时单元对采集的上述数据进行综合分析，并根据分析结果适时发出控制消息，本地互连网络从机节点根据车载实时单元发出的控制消息，对前挡风玻璃进行自动清洁，从而相对于现有技术，可对更多造成行车危险的因素进行综合考量，降低了行车安全隐患，提高了驾驶员的安全驾驶体验性。

Description

一种机动车前挡风玻璃的自动清洁系统及其清洁方法

技术领域

本发明属于机动车智能控制领域，尤其涉及一种机动车前挡风玻璃的自动清洁系统及其清洁方法。

背景技术

随着自动化、智能化技术在机动车车身控制领域的应用，驾驶员需要机动车能够帮助自己处理更多的事务，使得驾驶员能够在驾驶中不被与驾驶无关的事务干扰，从而获得更加舒适、安全的驾驶体验。例如，在驾驶过程中，如果需要驾驶员人为的去观察前挡风玻璃的清晰程度并手动控制雨刮的工作，势必会分散驾驶员的注意力而造成安全隐患，为此，提出了一种前挡风玻璃的自动清洁系统。

现有技术提供的前挡风玻璃的自动清洁系统是由雨滴传感器采集数据，由单片机对该数据进行分析，当单片机检测到该数据的变化符合雨雪发生时的数据模式后，单片机向雨刮控制器发送清洁命令。常用的雨滴传感器有四种：流量型雨滴传感器、静电电容式雨滴传感器、压电振子式雨滴传感器和红外线式雨滴传感器。这些类型的雨滴传感器能够比较准确地检测出雨雪的发生，即使雨滴传感器的作用范围比较小，也不会影响检测结果。

但在实际驾驶过程中，前挡风玻璃上的灰尘和赃物、强光直射以及频繁的光线变化都会影响驾驶员视线，造成行车安全隐患，而现有技术提供的前挡风玻璃的自动清洁系统无法对此类情况进行检测，使得驾驶员的安全驾驶体验性较差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，旨在解决现有的前挡风玻璃的自动清洁系统无法检测前挡风玻璃上的灰尘和赃物、强光直射以及频繁的光线变化，使得驾驶员的安全驾驶体验性较差的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，所述系统包括：

传感器节点，用于采集并发送前挡风玻璃上的雨水检测数据、前挡风玻璃内外的光照度数据、前挡风玻璃内外的温度及湿度数据、前挡风玻璃的实时图像帧；

通过CAN总线连接所述传感器节点的控制器局域网络转换器单元，用于对经由所述CAN总线发送的所述数据和所述实时图像帧进行消息类型转换；

通过通用串行总线连接所述控制器局域网络转换器单元的车载实时单元，用于对经由所述通用串行总线发送的所述数据和所述实时图像帧进行综合分析，并根据分析结果，通过所述通用串行总线和所述控制器局域网络转换器单元，向所述CAN总线适时发出控制消息；

连接在所述CAN总线上的控制器局域网络-本地互连网络网关；

通过LIN总线连接所述控制器局域网络-本地互连网络网关的本地互连网络从机节点，用于通过所述控制器局域网络-本地互连网络网关和所述LIN总线接收控制消息，并根据所述控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁。

本发明实施例的另一目的在于提供一种如上所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统的清洁方法，所述方法包括以下步骤：

A1:系统启动后，传感器节点采集前挡风玻璃上的雨水检测数据、前挡风玻璃内外的光照度数据、前挡风玻璃内外的温度及湿度数据、前挡风玻璃的实时图像帧，并将采集的数据和实时图像帧发送给车载实时单元；

A2:所述车载实时单元对接收到的所述数据和所述实时图像帧进行综合分析，并根据分析结果，向本地互连网络从机节点发出控制消息，所述本地互连网络从机节点根据所述控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁。

本发明提出的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统及其清洁方法中，传感器节点采集前挡风玻璃上的雨水检测数据、前挡风玻璃内外的光照度数据、前挡风玻璃内外的温度及湿度数据、前挡风玻璃的实时图像帧，车载实时单元对采集的上述数据进行综合分析，并根据分析结果适时发出控制消息，本地互连网络从机节点根据车载实时单元发出的控制消息，对前挡风玻璃进行自动清洁，从而相对于现有技术，可对更多造成行车危险的因素进行综合考量，降低了行车安全隐患，提高了驾驶员的安全驾驶体验性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统的结构图；

图2是图1中传感器节点的结构图；

图3是图1中控制器局域网络转换器单元的结构图；

图4是图1中控制器局域网络-本地互连网络网关的结构图；

图5是图1中本地互连网络从机节点的结构图；

图6是图1中动力控制节点的结构图；

图7是图1中车载实时单元的系统架构图；

图8是本发明实施例二提供的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统的清洁方法的流程图；

图9是本发明实施例二中，车载实时单元控制本地互连网络从机节点进行自动清洁的详细流程图；

图10是本发明实施例二中，当不清晰类型是存在雨雪时车载实时单元控制本地互连网络从机节点进行自动清洁的详细流程图；

图11是本发明实施例二中，当不清晰类型是存在霜雾时车载实时单元控制本地互连网络从机节点进行自动清洁的详细流程图；

图12是本发明实施例二中，当不清晰类型是存在赃物时车载实时单元控制本地互连网络从机节点进行自动清洁的详细流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种机动车前挡风玻璃的自动清洁系统及其清洁方法，该系统及方法中，传感器节点采集前挡风玻璃上的雨水检测数据、前挡风玻璃内外的光照度数据、前挡风玻璃内外的温度及湿度数据、前挡风玻璃的实时图像帧，车载实时单元对采集的上述数据进行综合分析，并根据分析结果适时发出控制消息，本地互连网络从机节点根据车载实时单元发出的控制消息，对前挡风玻璃进行自动清洁。以下将结合实施例详细说明本发明的实现方式：

实施例一

本发明实施例一提出了一种机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，如图1所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例一相关的部分。

详细地，该机动车前挡风玻璃的自动清洁系统包括：传感器节点3，用于采集并发送前挡风玻璃上的雨水检测数据、前挡风玻璃内外的光照度数据、前挡风玻璃内外的温度及湿度数据及前挡风玻璃的实时图像帧；通过控制器局域网络（Controller Area Network,CAN）总线7连接传感器节点3的控制器局域网络转换器单元2，用于对经由CAN总线7发送的数据和实时图像帧进行消息类型转换；通过通用串行总线（Universal Serial BUS,USB）6连接控制器局域网络转换器单元2的车载实时单元1，用于对经由通用串行总线6发送的数据和实时图像帧进行综合分析，并根据分析结果，通过通用串行总线6和控制器局域网络转换器单元2，向CAN总线7适时发出控制消息；连接在CAN总线7上的控制器局域网络-本地互连网络网关4；通过本地互连网络（LocalInterconnect Network,LIN）总线8连接控制器局域网络-本地互连网络网关4的本地互连网络从机节点5，用于通过控制器局域网络-本地互连网络网关4和LIN总线8接收控制消息，并根据控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁。

其中，选取CAN总线7连接传感器节点3、以及选取LIN总线8连接本地互连网络从机节点5的原因在于：

对于CAN总线7，其作为一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，有以下特点：用低成本的双绞线电缆代替了车身内昂贵的导线，并大幅度减少了用线数量；提高可靠性，安全性、降低成本；CAN总线7采用多主工作方式，CAN总线7上的各节点都可根据总线访问优先权采用无损结构的逐位仲裁方式竞争向CAN总线7发送数据，CAN总线7的利用率高，数据通讯的实时性好；CAN总线7上的节点可以分成不同的优先级，当多个节点同时向CAN总线7发送信息时，一旦发生总线冲突，能够有效的减少总线仲裁时间，当信息出现错误后能重发，节点错误情况下可以自动退出总线；CAN总线7直接通信距离最远可达10km，通信速率最高可达1Mbps，其采用短帧结构传输信号，传输时间短，具有较强的抗干扰能力；CAN总线7的每帧信息都采用CRC校验及其他检错措施，数据出错率低。

对于LIN总线8，其作为CAN总线7的辅助总线网络，有以下特点：在不需要CAN总线7带宽和多功能的场合，可提供一种低成本串行通讯网络，基于通用UART接口，几乎所有微控制器都具备LIN总线协议所必须的硬件；LIN总线8传输速率最高可达20Kbps；采用总线型拓扑结构，单主控器/多从设备模式无需仲裁机制；从节点不需要晶振或振荡器就能实现自同步，节省了从设备的硬件成本，通常无需改变LIN总线8上的从节点的软硬件即可在网络上增加节点。

由于本发明实施例一提供的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统需要能够即时检测出前挡风玻璃的清洁度，同时驾驶员对该系统的响应时间也有一定的容忍度，这就要求传感器节点3所采用的通信方式通信速率高，出错率低，抗干扰能力强，因此选取CAN总线7连接传感器节点3；同时，为了节省设备改造成本，选取LIN总线8连接本地互连网络从机节点5。

本发明实施例一中，传感器节点3还用于对采集到的数据和实时图像帧进行分析，并根据分析结果，直接向CAN总线7适时发出控制消息。此时，本地互连网络从机节点5还用于通过控制器局域网络-本地互连网络网关4和LIN总线8接收控制消息，并根据控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁。

为了能够语音提示驾驶员对前挡风玻璃的分析结果，本发明实施例一提供的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统还可包括：通过音频线连接车载实时单元1的音频设备。

另外，由于在行车过程中，在明暗反差强烈的林荫道或是有隧道的路段，抑或是前挡风玻璃内侧产生霜雾时，驾驶员会因为无法适应光线的变化或是视线受到干扰时而发生事故。针对此种情形，本发明实施例一提供的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统还提出了在驾驶员视线受到影响或出现强光照射时的安全处理机制，此时，该系统还可包括：连接到CAN总线7的动力控制节点10。则车载实时单元1还用于根据分析结果，通过通用串行总线6和控制器局域网络转换器单元2，向CAN总线7适时发出减速控制消息，动力控制节点10用于通过CAN总线7接收减速控制消息，并根据减速控制消息执行减速操作。

以下将对图1中各单元/器件的内部结构分别进行阐述：

如图2所示，传感器节点3可包括：第一控制器局域网络节点301，用于收发经由CAN总线7传输的数据或控制消息；图像传感器303，用于采集前挡风玻璃的实时图像帧；图像采集控制器302，用于对图像传感器303采集的实时图像帧进行处理后，通过第一控制器局域网络节点301发送，还可用于根据第一控制器局域网络节点301接收到的控制消息，完成对图像传感器303的配置/控制；第二控制器局域网络节点304，用于收发经由CAN总线7传输的数据或控制消息；光照度传感器306，用于采集前挡风玻璃内外的光照度数据，以使得该系统在行车过程中遇到光线变化强烈等情况时，可根据光照度数据的变化进行处理；第一微控制器305，用于对光照度传感器306采集的光照度数据进行处理后，通过第二控制器局域网络节点304发送，还可用于根据第二控制器局域网络节点304接收到的控制消息，完成对光照度传感器306的配置/控制；第三控制器局域网络节点307，用于收发经由CAN总线7传输的数据或控制消息；温湿度传感器309，用于采集前挡风玻璃内外的温度及湿度数据，该温度和湿度数据将对检测前挡风玻璃可能出现霜雾的状况起辅助作用；第二微控制器308，用于对温湿度传感器309采集的温度及湿度数据进行处理后，通过第三控制器局域网络节点307发送，还可用于根据三控制器局域网络节点307接收到的控制消息，完成对温湿度传感器309的配置/控制；第四控制器局域网络节点310，用于收发经由CAN总线7传输的数据或控制消息；雨滴传感器312，用于采集前挡风玻璃上的雨水检测数据；第三微控制器311，用于对雨滴传感器312采集的雨水检测数据进行处理后，通过第四控制器局域网络节点310发送，还可用于根据第四控制器局域网络节点310接收到的控制消息，完成对雨滴传感器312的配置/控制。

本发明实施例一中，雨滴传感器312结合静电电容式雨滴传感器和红外线式雨滴传感器的特点，使得在雨雪发生时能够更准确、灵敏的给出前挡风玻璃上的雨雪检测结果。

本发明实施例一中，第一控制器局域网络节点301、第二控制器局域网络节点304、第三控制器局域网络节点307和第四控制器局域网络节点310分别包括：连接到CAN总线7的CAN总线收发器；以及CAN通信控制器。

本发明实施例一中，第一微控制器305、第二微控制器308、第三微控制器311分别作为相应控制器局域网络节点的主控器，可完成现场各项参数的采集及分析、响应相关的外部事件及指令、产生驱动信号及与相应控制器局域网络节点通信等任务。一方面，对于需要由车载实时单元1进行综合分析的数据，相应微控制器会将相应传感器采集到的数据进行一般的格式处理后，通过CAN总线7、控制器局域网络转换器单元2和通用串行总线6发送给车载实时单元1；另一方面，对于分析后可单独控制本地互连网络从机节点5执行相应动作、而无需与其它数据共同考量的数据，则相应微控制器还可对相应传感器采集到的数据进行进一步的分析，若分析结果满足本地互连网络从机节点5的执行条件，则相应微控制器直接向CAN总线7适时发出控制消息，以控制本地互连网络从机节点5执行相应的操作。即是说，本地互连网络从机节点5即可根据车载实时单元1发出的控制消息执行相应操作，也可根据传感器节点3发出的控制消息执行相应操作。例如，对于雨滴传感器312采集到的雨水检测数据，第三微控制器311可直接对该雨水检测数据进行分析，若根据分析结果，雨水检测数据的变化值超过雨滴发生阈值，则第三微控制器311直接向CAN总线7适时发出控制消息，该控制消息经由控制器局域网络-本地互连网络网关4和LIN总线8后，由本地互连网络从机节点5接收，本地互连网络从机节点5根据该控制消息执行相应动作以完成雨滴自动清洁。

为了使得图像传感器303在夜间也能正常采集图像，本发明实施例一中，第一微控制器305还用于判断光照度传感器306采集的光照度数据是否在一定时间段内均低于图像传感器运行的最低照度阈值，是则生成开启夜间图像采集模式的控制消息并发送到CAN总线7；第一控制器局域网络节点301还用于接收并解析该夜间图像采集模式的控制消息，得到开启红外线LED灯的控制消息；图像采集控制器302还用于执行该开启红外线LED灯的控制消息，以开启图像传感器303的夜间图像采集模式。

另外，在实际应用中，对于一些通过控制器局域网络转换器单元2转发数据量较大的传感器节点，也可以将其直接转接至通用串行总线6，例如，对于图像传感器303，其采集传输的数据量较大，因而可将其作为通用串行总线6的节点设备而连接至车载实时单元1中，并与车载实时单元1直接进行通信。

如图3所示，控制器局域网络转换器单元2可以包括：解码模块21；编码模块22；通信控制模块23，用于接收经由CAN总线7发送的数据和实时图像帧，并将车载实时单元1发出的控制消息发送到CAN总线7上；消息侦听处理模块24，用于在通信控制模块23接收到数据和实时图像帧后，调用解码模块21以将CAN总线7二进制数据流解码为消息侦听处理模块24可读的消息数据类型，之后将解码后的数据和实时图像帧封装为JSON包的形式发送到通用串行总线6上，还用于接收经由通用串行总线6发出的封装有控制消息的JSON包，并对该封装有控制消息的JSON包进行解析后，调用编码模块22以将解析得到的控制消息编码为标识码由11位或29位二进制数组成的CAN总线通信数据块，并由通信控制模块23将该CAN总线通信数据块发送到CAN总线7上。其中，JSON包可包括如下字段：

{CAN BUS地址：{速率：500000，消息：{消息ID：{消息名称：“字符名称”，信号：{信号标识：{信号名称：“信号名称”，数位位置：“整型数值”，位大小：“整型数值”，状态消息：{“枚举类型数据”}，发送频率：“整型数据”，信号处理函数：“函数名称”，写回标志位：“布尔类型数据”，写处理函数：“函数名称”}}，消息处理函数：“函数名称”，消息体：“消息内容”}}，控制命令：{控制命令标识：{控制命令处理函数：“函数名称”}}}}。

该JSON包的上述字段为本发明实施例一所使用的全集，JSON包至少包含如CAN BUS地址、速率、消息、消息ID、信号、信号标识、信号名称、数位位置、位大小、消息处理函数以及消息体等字段，在实际应用中，JSON包可根据需求增加或减少剩余的可选字段。下面对其中各字段的含义进行逐项说明：字段CAN BUS地址对应于控制器局域网络转换器单元2监听CAN总线7消息的指定硬件地址。字段速率对应于CAN总线7传输速率，单位为Kbps。字段消息对应于需要通过控制器局域网络转换器单元2转发至车载实时单元1进行分析的消息数据或是由控制器局域网络转换器单元2接收由通用串行总线6写回的控制消息，同一时间需要与车载实时单元1进行交互的消息会有多条，字段消息ID会对不同消息进行区分，消息名称是可选项，可根据需求自定义。消息将具体的业务事件用信号进行表示，在控制器局域网络转换器单元2中，每一信号由唯一的信号标识进行区分，在车载实时单元1中，则用信号名称进行区分。这里，具体的业务事件既可以是传感器节点3中某个传感器采集的数据需要更新，又可以是某个硬件控制器的状态消息需要通知车载实时单元1，当然也可以是经车载实时单元1分析决策后具体的控制消息需要写回对应的硬件中。数位位置字段用于标明该信号在消息体中的起始位置，位大小用于标明该信号的长度。状态消息用于标明由CAN总线7传送而来的关于其节点上各个传感器以及硬件控制器的状态消息，车载实时单元1将对其进行处理。控制器局域网络转换器单元2会根据消息中某些具体业务事件的更新频率来确定向通用串行总线6发送JSON包中对应信号的频率，如JSON包中的发送频率字段所示。消息处理函数会运行于控制器局域网络转换器单元2端，对消息体中的消息内容进行基本处理。例如，控制器局域网络转换器单元2在接收到由CAN总线7或车载实时单元1发送的不同信号后，消息处理函数会对消息体中的相应数据进行更新操作。车载实时单元1会注册并运行与JSON包信号处理函数字段对应的函数，在解析JSON包后，车载实时单元1会利用该函数并根据数位位置以及位大小字段，将该信号在消息体中包含的信息取出，最终由车载实时单元1做进一步处理。写回标志位用于标明该信号是可以写回CAN总线7中的，若该标志位为true，那么控制器局域网络转换器单元2将设置控制命令处理函数，接收并解析由通用串行总线6写回的控制消息。值得一提的是，当控制消息由通用串行总线6传送至控制器局域网络转换器单元2时,JSON包中的信号处理函数、发送频率以及状态消息等字段将不被使用。同一时间需要传送至CAN总线7的控制消息会有多条，字段控制命令标识将用于区分控制消息，使得控制消息与写回标志位为true的信号标识绑定，形成一一映射关系，当控制命令处理函数接收到控制消息后，该函数会根据信号的数位位置以及位大小字段，将该控制消息在消息体中包含的真实信息取出。经控制命令处理函数处理过的控制消息在写回CAN总线7之前，需要在控制器局域网络转换器单元2中由写处理函数字段对应的函数将控制消息数据类型转换为与控制器局域网络转换器单元2中编码模块22所定义的类型一致的数据格式，然后该函数会调用控制器局域网络转换器单元2中的编码模块22将相应控制消息编码为CAN总线通信数据块以传送至CAN总线7中。

本发明实施例一中，通信控制模块23从CAN总线7接收到的数据可包括如下三类：一、传感器节点3采集的数据、各传感器的状态消息和实时图像帧；二、由控制器局域网络-本地互连网络网关4接收的、从LIN总线8传送而来的本地互连网络从机节点5的状态消息；三、涉及到机车核心部件的动力控制节点10采集的各项数据及动力控制节点10中相关设备的状态消息。

本发明实施例一中，通信控制模块23可包括：连接到CAN总线7的CAN总线收发器；以及CAN通信控制器。

本发明实施例一中，控制器局域网络-本地互连网络网关4作为LIN总线8的主机节点，实现CAN总线7/LIN总线8上的信息共享以及机动车内部网络管理和故障诊断的接口。控制器局域网络-本地互连网络网关4除了可以实现路由器所能实现的所有功能外，还将提供消息重新封装的功能，通过向消息中加入或去除某些参数，使得包含多个电控单元的LIN总线8子网像一个设备一样，与CAN网络的其他节点协同工作。该功能还简化了CAN网络中电控单元的开发，因为各电控单元不需要知道车辆LIN子网中的其他电控单元的特定信息。一旦开始工作，对于车辆LIN子网中的节点而言，网关应该是透明的，LIN子网上的所有节点都能通过控制器局域网络-本地互连网络网关4与车载实时单元1通信。具体地，如图4所示，控制器局域网络-本地互连网络网关4可包括：控制器局域网络通信模块41，用于接收经由CAN总线7发送的控制消息，并将本地互连网络从机节点5反馈的状态消息发送到CAN总线7上；第四微控制器42，用于控制控制器局域网络通信模块41完成收发操作，协调控制LIN总线8上各从机节点的通信，并监测通信内容；串行通信模块43，串行通信模块43包括主机任务模块和从机任务模块，主机任务模块负责决定在LIN总线8传输报文帧的时序，从机任务模块提供每一帧需要传送的数据。

如图5所示，本地互连网络从机节点5可包括：雨刮电机502；洗涤液选择喷液泵504；气泵506；遮阳板转轴508；光学设备510；车灯512；雨刮控制器501，用于当车载实时单元1分析出前挡风玻璃有赃物且已被喷射过洗涤液、或有雨雪需要清洁或当雨滴传感器312直接分析出前挡风玻璃有雨水存在时，根据经由LIN总线8传送的相应控制消息调用雨刮电机502对前挡风玻璃进行清洁，还用于将雨刮电机502和雨刮控制器501的状态消息发送到LIN总线8上；洗涤液控制器503，用于当车载实时单元1分析出前挡风玻璃有赃物且已分析出赃物成分时，根据经由LIN总线8传送的相应控制消息选择调配相应浓度的洗涤液，并控制洗涤液选择喷液泵504喷出调配好的洗涤液，以等待后续雨刮电机502进行清洁；空调控制器505，用于当车载实时单元1分析出前挡风玻璃有不同程度及位置的霜雾出现时，根据经由LIN总线8传送的相应控制消息调整气泵506的工作功率及扇叶转轴，从而有效的清除前挡风玻璃上的霜雾；遮阳板控制器507，用于当车载实时单元1分析出前挡风玻璃有强光直射或是光线频繁变化的状况时，根据经由LIN总线8传送的相应控制消息调整遮阳板转轴508，从而在一定程度上应对光线变化对视线的影响；光学设备控制器509，用于根据经由LIN总线8传送的相应控制消息切换光学设备510，之后，由车载实时单元1根据图像传感器303采集的实时图像帧分析出赃物的大致成分；车灯控制器511，用于当车载实时单元1分析出雨雪量达到一定程度或第一微控制器305分析出光线由强变暗，或在分析出遇到影响视线的情况且车辆正在进行自动减速处理时，根据经由LIN总线8传送的相应控制消息控制车灯512发出不同类型的光，以实现照明或车辆自动减速车灯提醒的功能。

如图6所示，动力控制节点10可包括：发动机1003；变速箱1006；刹车机构1009；第五控制器局域网络节点1001；第六控制器局域网络节点1004；第七控制器局域网络节点1007；发动机控制器1002，用于当车载实时单元1分析出遇到影响视线的情况时，根据第五控制器局域网络节点1001接收到的、经由CAN总线7发送的控制消息，控制发动机1003降低转速，还用于采集发动机控制器1002和发动机1003的状态消息并通过第五控制器局域网络节点1001发送到CAN总线7上；刹车控制器1008，用于当车载实时单元1分析出遇到影响视线的情况时，根据第七控制器局域网络节点1007接收到的、经由CAN总线7发送的控制消息，控制刹车机构1009完成刹车动作，还用于采集刹车控制器1008和刹车机构1009的状态消息并通过第七控制器局域网络节点1007发送到CAN总线7上；变速箱控制器1005，用于当发动机控制器1002控制发动机1003转速降低到一定值时，根据第六控制器局域网络节点1004接收到的、经由CAN总线7发送的控制消息，调整变速箱1006的传动比，还用于采集变速箱控制器1005和变速箱1006的状态消息并通过第六控制器局域网络节点1004发送到CAN总线7上。当然，图6所示的动力控制节点10结构为保证行车安全所必备的基本结构，在实际应用中，若成本允许，动力控制节点10还可增加与机动车转向控制以及车辆测距相关的控制节点，以使得车载实时单元1在进行减速处理时能够综合当前车辆及交通状况进行分析决策，进一步提高行车安全性。

由于本发明实施例一提出的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统对数据采集和控制消息的写入具有实时性要求。即是说，当控制器局域网络转换器单元2中有数据需要发送给车载实时单元1时，需要车载实时单元1及时作出响应；当车载实时单元1需要向控制器局域网络转换器单元2写回控制消息时，需要车载实时单元1将控制消息无阻塞的写回到的控制器局域网络转换器单元2。而现有技术中，车载安卓系统底层所使用的Linux系统对各中断是采用公平调度算法，因而无法运行实时任务。为此，本发明实施例一提供的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统需要对车载安卓系统底层的Linux系统进行改进，如图7所示，车载实时单元1的架构包括：安卓应用程序层101、框架层102、Linux内核层103、硬件驱动层104；与现有技术不同的是，该架构还在Linux内核层103和硬件驱动层104之间，设计有实时管理内核层105，作为实时进程并由实时管理内核层105调用的数据解析实时进程110、数据封装实时进程111和音频数据读写实时进程112，以及作为非实时进程并由Linux内核层103调用的数据处理守护进程106、分析服务进程107、决策服务进程108、语音处理进程109，各实时进程之间以及实时进程与非实时进程之间通过RTFIFO管道进行通信。具体来说：数据解析实时进程110用于通过通用串行总线6的驱动程序中的操作结构rt_file_operations里的自定义读函数来读取由控制器局域网络转换器单元2传送来的JSON包消息数据，并同时对JSON包进行解析，解析得到的消息数据被发送至RTFIFO管道；数据处理守护进程106用于通过RTFIFO管道读取被数据解析实时进程110解析后的消息数据，根据JSON包中的消息ID以及信号名称在车载实时单元1端区分标识出具体的业务事件，并利用对应的信号处理函数将当前事件在消息体中包含的信息取出；分析服务进程107，用于根据系统当前所处状态以及不同判断条件选择对应的分析策略，对数据处理守护进程106处理得到的信息进行分析；决策服务进程108，用于当分析服务进程107分析符合状态机状态转换条件时，更新状态机当前所处的状态，并根据当前传感器节点3以及动力控制节点10返回的状态消息，向RTFIFO管道发送相应的控制消息；数据封装实时进程111，用于从RTFIFO管道中读取由决策服务进程108发送而来的控制消息，并将读取的控制消息封装成JSON包的形式，同时通过通用串行总线6的驱动程序操作结构中自定义的写函数将包含该控制消息的JSON包写回控制器局域网络转换器单元2。音频数据读写实时进程112和语音处理进程109用于共同完成语音提醒应答操作，当车载实时单元1分析出有影响驾驶员视线的情形发生时或者驾驶员需要通过语音对本系统的相关动作进行确认时，语音处理进程109一方面会根据情形确认需要进行播报的语音内容并将其通过RTFIFO管道传送至音频数据读写实时进程112，另一方面会分析识别由音频数据读写实时进程112传送来的驾驶员语音信息并向决策服务进程108发送相应信号消息；与其对应的是，音频数据读写实时进程112需要通过音频驱动程序调用音频设备将语音处理进程109传送来的语音内容信息进行播报或者采集驾驶员的语音信息并将其发送至RTFIFO管道中供语音处理进程进行识别处理。

其中，RTFIFO管道是一种先进先出的队列，Linux内核层103的非实时进程和实时进程可以对RTFIFO进行读写操作，可保证实时任务在读和写数据时不被阻塞。RTFIFO管道是一种点对点的单向通信通道，本身具备完善的同步机制，无须自行增加同步机制，根据RTFIFO管道所传输的数据功能分为数据管道和命令管道。实时管理内核层105会提供创建和撤销RTFIFO管道的函数，为保证实时进程能及时响应非实时进程发送来的控制消息，实时进程中还需要建立跟踪RTFIFO管道变化的处理程序。

本发明实施例一中，实时管理内核层105会将所有对设备的操作都通过对设备文件进行的操作来完成。另外，包括中断申请、向系统注册设备驱动程序等初始化工作都在开机启动中完成。设备驱动程序会利用实时文件系统操作结构rt_file_operations与文件系统联系起来，该操作结构除了向设备提供入口点外，还会通过该结构体中自定义的读、写、开、关及操作函数向相应实时进程提供对应的功能操作函数。当控制器局域网络转换器单元2中有消息数据传送至通用串行总线6时，通用串行总线6中断处理函数会向数据解析实时进程110中的监听函数发送表示硬件缓存中已有数据的信号。

本发明实施例一中，实时管理内核层105将对所有中断进行初始化处理，完成底层任务创建、中断服务例程的装入，并完成底层任务、中断服务例程和Linux内核层103之间的通信和调度工作。实时管理内核层105会根据预先定义的进程优先级顺序以及当前使用处理器时间片的状态消息来确定实时进程的执行时间，因此，本发明实施例一中，车载实时单元1的中断处理机制以及相应的进程调度机制尤为重要，以下将对中断处理机制以及相应的进程调度机制分别论述：

对于中断处理机制：本发明实施例一中，硬件驱动层104与对应硬件之间的交互消息在实时管理内核层105中所产生的中断为硬中断，Linux内核层103产生的控制消息需交由实时管理内核层105进行处理，该控制消息在实时管理内核层105中所产生的中断为软中断。硬中断可以在任何时刻抢占非实时进程，Linux内核层103不能屏蔽硬中断。当Linux内核层103需要屏蔽中断信号时，其会向实时管理内核层105发送S_CLI宏指令，实时管理内核层105会改变标志变量即将中断状态位设置为0，表示该中断将被挂起；当Linux内核层103需要打开中断时，其会向实时管理内核层105发送S_STI宏指令，实时管理内核层105会将中断状态位设置为1，表示被挂起的中断会被顺序调用其中的中断服务程序。在中断服务程序执行结束时，宏指令S_IRET用于检查所有被挂起的中断标志位，如果不存在被挂起的中断，那么中断状态位将被清空，硬件中断将被返回；若发现存在被挂起的中断，则转到相应的中断处理程序执行，返回后，依次执行其余待处理的中断，直到没有挂起的中断为止。实时管理内核层105始终不关闭硬中断，可以接受所有硬中断信号。一般情况下，当中断信号需要实时进程来处理时，实时进程可以抢占Linux内核层103，如果中断信号需要Linux内核层103来处理，则由实时管理内核层105将中断信号传递给Linux内核层103，同时实时管理内核层105将提供上述标志变量用来记录Linux内核层103的中断情况。进一步而言，在实时进程进行中断处理时，如果非实时进程需要中断，非实时进程中断将被挂起。

对于进程调度机制：由于对系统的响应时间具有很强的时限要求，因此，本发明实施例一中，对于实时进程，数据封装实时进程111和音频数据读写实时进程112为除与系统开关机等操作相关的守护进程之外优先级最高的进程，当数据封装实时进程111和音频数据读写实时进程112同时需要执行时，实时管理内核层105采用先到先服务的方式进行调度，当然与其相关的中断优先级也将是最高的。对于数据解析实时进程110而言，其优先级会低于数据封装实时进程111和音频数据读写实时进程112，与数据解析实时进程110相关的中断优先级也会低于与数据封装实时进程111和音频数据读写实时进程112相关的中断优先级。对于非实时进程，一般采用动态优先级调度规则，具体来说：由于数据封装实时进程111和音频数据读写实时进程112的执行时间短、执行频率不高，其在执行过程中是不能被阻塞的，因此，非实时进程的优先级也将低于数据封装实时进程111和音频数据读写实时进程112；而数据解析实时进程110将会由于控制器局域网络转换器单元的数据更新而比较频繁的调用，因此，实时管理内核层105需要根据非实时进程的响应时限来进行调度。如果某些非实时进程需要能够及时响应用户对界面的相关操作，特别是与View相关的事件响应以及重绘界面等操作，实时管理内核层105需要将中断状态位设置为1，并且会使用完全公平调度算法在相应的非实时进程和数据解析实时进程110之间进行调度切换；对于其他不需立即响应的非实时进程，在一般情况下，数据解析实时进程110的优先级将高于非实时进程的优先级，非实时进程不会抢占数据解析实时进程110的执行，当且仅当数据解析实时进程110中的监听函数因为忙等待超时转而执行非实时进程的响应请求，并在延迟时间到期时重新唤醒数据解析实时进程。

实施例二

本发明实施例二提出了一种实施例一所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统的清洁方法，如图8所示。

详细而言，该机动车前挡风玻璃的自动清洁系统的清洁方法包括：

步骤S1：系统启动后，传感器节点采集前挡风玻璃上的雨水检测数据、前挡风玻璃内外的光照度数据、前挡风玻璃内外的温度及湿度数据、和前挡风玻璃的实时图像帧，并将采集的数据和实时图像帧发送给车载实时单元。

本发明实施例二中，在步骤S1之前，还包括系统启动的步骤，该系统启动的步骤具体可以是：实时管理内核层105连同实时进程启动，之后，Linux内核层103和非实时进程启动，之后，传感器节点3中的各传感器启动。

本发明实施例二中，传感器节点采集的数据以JSON包的形式，经由CAN总线、控制器局域网络转换器单元2和通用串行总线6发送给车载实时单元1。关于JSON包的描述如实施例一所述，在此不赘述。

步骤S2：车载实时单元对接收到的数据和实时图像帧进行综合分析，并根据分析结果，向本地互连网络从机节点发出控制消息，本地互连网络从机节点根据控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁。进一步地，如图9所示，步骤S2可包括：

步骤S21：车载实时单元对接收到的数据和实时图像帧进行解析。

本发明实施例二中，车载实时单元1对传送而来的JSON包进行解析，并根据JSON包中消息ID以及信号名称在车载实时单元1端对具体的业务事件进行区分，并利用对应的信号处理函数将当前事件在消息体中包含的信息取出以进行分析。对于采集的实时图像帧，若在分析之前，除解析、处理等工作外，还可以根据实际情形对图像进行压缩、变换等处理。

步骤S22：车载实时单元根据解析后的数据加载相应的传感器历史数据。

本发明实施例二中，传感器历史数据可包括：与当前光照度数据对应光照度条件下的前挡风玻璃在清晰状态时的图像帧序列；与当前所采集的温度及湿度数据及其对应的差值对应条件下的前挡风玻璃不是清晰状态的概率；与雨水检测数据对应条件下的前挡风玻璃不是清晰状态的概率。

本发明实施例二中，传感器历史数据是在本系统出厂前，由厂商模拟各种现实情况进行实验，保存用于判定前挡风玻璃是否为清晰状态的上述三类历史数据。出厂后，在本系统被用户使用后，当所发生的情形不在模拟实验的测定范围内时，系统会标记相应传感器的数据作为关键数据。

步骤S23：车载实时单元判断前挡风玻璃是否清晰，是则执行步骤S25，否则执行步骤S24。

本发明实施例二中，步骤S23具体可以为：车载实时单元从采集的实时图像帧序列中提取固定帧数的图像帧，并计算提取的图像帧的第一均值图像；车载实时单元计算加载的、与当前光照度数据对应光照度条件下的前挡风玻璃在清晰状态时的图像帧序列的第二均值图像；车载实时单元将第一均值图像与第二均值图像做匹配，得到第一均值图像与第二均值图像的不匹配概率；车载实时单元为不匹配概率、与当前所采集的温度及湿度数据及其对应的差值对应条件下的前挡风玻璃不是清晰状态的概率、与雨水检测数据对应条件下的前挡风玻璃不是清晰状态的概率分别赋予相应的权重，并结合概率及对应权重，综合判断前挡风玻璃是否清晰。其中的权重是可以根据采集的数据动态调整的，例如，若雨水检测数据超过雨滴发生时的阈值，则增大与雨水检测数据对应条件下的前挡风玻璃不是清晰状态的概率的权重，主要考虑雨水检测数据对判定结果产生的影响，认定前挡风玻璃的不清晰。

步骤S24：车载实时单元分析前挡风玻璃的不清晰类型，根据不清晰类型向本地互连网络从机节点发出相应控制消息，本地互连网络从机节点根据控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁。

本发明实施例二中，车载实时单元根据采集的数据，分析前挡风玻璃的不清晰类型。前挡风玻璃的不清晰类型包括三种：存在雨雪，存在霜雾和存在赃物。

具体地，如图10所示，若车载实时单元分析前挡风玻璃的不清晰类型是存在雨雪，则步骤S24中，根据不清晰类型向本地互连网络从机节点发出相应控制消息，本地互连网络从机节点根据控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁的步骤进一步包括：

步骤S2401：车载实时单元分析雨雪量大小。

本发明实施例二中，车载实时单元根据传感器节点中雨滴传感器采集的红外线强度和电容值大小来分析雨雪量的大小。

步骤S2402：车载实时单元根据雨雪量大小，发出相应控制消息。

步骤S2403：本地互连网络从机节点的雨刮控制器根据控制消息开启本地互连网络从机节点的雨刮电机并调整该雨刮电机转动速率。

步骤S2404：车载实时单元根据前挡风玻璃内外的光照度数据，发出相应控制消息。

步骤S2405：本地互连网络从机节点的车灯控制器根据控制消息，控制本地互连网络从机节点的车灯发出相应类型的光。

具体地，如图11所示，若车载实时单元分析前挡风玻璃的不清晰类型是存在霜雾，则步骤S24中，根据不清晰类型向本地互连网络从机节点发出相应控制消息，本地互连网络从机节点根据控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁的步骤进一步包括：

步骤S2406：车载实时单元分析霜雾程度及位置。

本发明实施例二中，车载实时单元根据实时图像帧的对比，得到霜雾程度及位置。

步骤S2407：车载实时单元判断霜雾是否影响视线，是则执行步骤S2408，否则返回步骤S2406。

本发明实施例二中，车载实时单元将霜雾程度及位置与预设的安全驾驶视野范围进行比对，判断霜雾是否影响视线。

步骤S2408：车载实时单元控制音频设备发出语音提醒，以提醒驾驶员减速。

步骤S2409：车载实时单元判断当前是否为自动处理模式，是则执行步骤S2410，否则返回步骤S2408。

步骤S2410：车载实时单元发出减速控制消息。

步骤S2411：本地互连网络从机节点的动力控制节点根据减速控制消息执行减速操作。

步骤S2412：车载实时单元根据霜雾程度及位置，发出相应控制消息。

步骤S2413：本地互连网络从机节点的空调控制器根据控制消息，调整本地互连网络从机节点的气泵的工作功率及扇叶转轴。

具体地，如图12所示，若车载实时单元分析前挡风玻璃的不清晰类型是存在指纹、灰尘、鸟粪等赃物，则步骤S24中，根据不清晰类型向本地互连网络从机节点发出相应控制消息，本地互连网络从机节点根据控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁的步骤进一步包括：

步骤S2414：车载实时单元查询清洁记录。

步骤S2415：车载实时单元根据清洁记录，判断一段时间内清洁频率是否超过阈值，是则执行步骤S2416，否则执行步骤S2417。

步骤S2416：车载实时单元控制音频设备发出语音提醒，以提醒驾驶员前挡风玻璃内侧有赃物。

步骤S2417：车载实时单元分析赃物的程度及位置。

本发明实施例二中，车载实时单元根据实时图像帧的对比，得到赃物的程度及位置。

步骤S2418：车载实时单元判断赃物是否影响视线，是则执行步骤S2419，否则返回步骤S2417。

本发明实施例二中，车载实时单元将赃物的程度及位置与预设的安全驾驶视野范围进行比对，判断赃物是否影响视线。

步骤S2419：车载实时单元控制音频设备发出语音提醒，以提醒驾驶员减速。

步骤S2420：车载实时单元判断当前是否为自动处理模式，是则执行步骤S2421，否则返回步骤S2419。

步骤S2421：车载实时单元发出减速控制消息。

步骤S2422：动力控制节点根据减速控制消息执行减速操作。

步骤S2423：在步骤S2417后，车载实时单元发出相应控制消息，本地互连网络从机节点的光学设备控制器根据控制消息切换本地互连网络从机节点的光学设备。

步骤S2424：车载实时单元分析赃物成分，并根据赃物成分发出相应控制消息。

本发明实施例二中，步骤S2424具体可以包括：传感器节点中的图像传感器通过光学设备，采集前挡风玻璃的光谱分布图，并发送给车载实时单元；车载实时单元加载在相同光照度数据对应的光照条件下、前挡风玻璃在清晰状态时的光谱分布图，并且通过对比采集的光谱分布图和加载的光谱分布图上的光谱分布、奇异值检测以及相应历史数据，分析得到赃物的大致成分。

步骤S2425：本地互连网络从机节点的洗涤液控制器根据控制消息选择调配相应浓度的洗涤液，并控制本地互连网络从机节点的洗涤液选择喷液泵喷出调配好的洗涤液。喷出的位置由车载实时单元分析出的赃物的程度及位置决定。

步骤S2426：在步骤S2424后，本地互连网络从机节点的雨刮控制器根据控制消息开启本地互连网络从机节点的雨刮电机并调整雨刮电机转动速率。

步骤S2427：车载实时单元分析洗涤液是否被擦干，是则执行步骤S2428，否则返回步骤S2426。

步骤S2428：车载实时单元发出相应控制消息，本地互连网络从机节点的光学设备控制器根据控制消息关闭本地互连网络从机节点的光学设备。之后还可将本地互连网络从机节点中的各设备复位。

步骤S25：车载实时单元保存传感器节点中各传感器的关键数据，并向本地互连网络从机节点发出相应控制消息，本地互连网络从机节点根据控制消息执行复位操作。

步骤S26：车载实时单元判断是否有强光影响视线，是则执行步骤S27，否则返回步骤S1。

步骤S27：车载实时单元向本地互连网络从机节点发出相应控制消息，本地互连网络从机节点中的遮阳板控制器根据控制消息调整遮阳板转轴。

步骤S28：车载实时单元控制音频设备发出语音提醒，以提醒驾驶员减速。

步骤S29：车载实时单元判断当前为自动处理模式，是则执行步骤S30，否则返回步骤S28。

步骤S30：车载实时单元发出减速控制消息。

步骤S31：动力控制节点根据减速控制消息执行减速操作。

步骤S32：在步骤S24之后，车载实时单元判断是否收到停止服务消息，是则执行步骤S33，否则返回步骤S1。

步骤S33：释放系统资源，传感器节点中各传感器进入休眠。

综上所述，本发明提出的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统及其清洁方法中，传感器节点采集前挡风玻璃上的雨水检测数据、前挡风玻璃内外的光照度数据、前挡风玻璃内外的温度及湿度数据、前挡风玻璃的实时图像帧，车载实时单元对采集的上述数据进行综合分析，并根据分析结果适时发出控制消息，本地互连网络从机节点根据车载实时单元发出的控制消息，对前挡风玻璃进行自动清洁，从而相对于现有技术，可对更多造成行车危险的因素进行综合考量，降低了行车安全隐患，提高了驾驶员的安全驾驶体验性。再有，当车载实时单元检测出有影响驾驶员视线的情形发生或者前挡风玻璃需要进行清洁时，可语音播报相关内容，同时，在对所采集的驾驶员语音信息进行分析识别后，还可根据识别结果对相关动作进行确认，这种语音交互控制方式为驾驶员提供了智能化的驾驶体验，保证驾驶员在驾驶过程中双手尽量不离开方向盘，从而确保驾驶的安全性。再有，本发明的车载实时单元中，对底层Linux系统加以修改，增加了实时管理内核层，其使用实时有名管道RTFIFO完成实时进程之间以及实时进程同非实时进程之间的通信，在向用户提供一般安卓应用服务的同时，能够快速响应时限要求很强的实时任务，使实时任务在读写数据过程中不被阻塞，与此同时，通过合理的中断处理机制以及相应的进程调度机制，完成对所有进程事务的运行管理，保证了数据和控制消息传输的实时性及流畅性。最后，本发明将负责采集前挡风玻璃相关数据的传感器节点连接至CAN总线，这样，车载实时单元会将所有传感器节点通过控制器局域网络转换器单元统一进行管理，通信速率高，出错率低，抗干扰能力强，对于通信数据量不大的控制节点如雨刮、空调、洗涤液等，本发明将其连接至LIN总线，并使用控制器局域网络-本地互连网络网关完成CAN总线与LIN总线之间的通信，这一方式可以使不同设备按照需求选择不同的方式连接至车载实时单元，以合理利用系统资源。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来控制相关的硬件完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，其特征在于，所述系统包括：

传感器节点，用于采集并发送前挡风玻璃上的雨水检测数据、前挡风玻璃内外的光照度数据、前挡风玻璃内外的温度及湿度数据、前挡风玻璃的实时图像帧；

通过CAN总线连接所述传感器节点的控制器局域网络转换器单元，用于对经由所述CAN总线发送的所述数据和所述实时图像帧进行消息类型转换；

通过通用串行总线连接所述控制器局域网络转换器单元的车载实时单元，用于对经由所述通用串行总线发送的所述数据和所述实时图像帧进行综合分析，并根据分析结果，通过所述通用串行总线和所述控制器局域网络转换器单元，向所述CAN总线适时发出控制消息；

连接在所述CAN总线上的控制器局域网络-本地互连网络网关；

通过LIN总线连接所述控制器局域网络-本地互连网络网关的本地互连网络从机节点，用于通过所述控制器局域网络-本地互连网络网关和所述LIN总线接收控制消息，并根据所述控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁。

2.如权利要求1所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，其特征在于，所述系统还包括：通过音频线连接所述车载实时单元的音频设备。

3.如权利要求1所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，其特征在于，所述系统还包括：连接到所述CAN总线的动力控制节点；

所述车载实时单元还用于根据所述分析结果，通过所述通用串行总线和所述控制器局域网络转换器单元，向所述CAN总线适时发出减速控制消息，所述动力控制节点用于通过所述CAN总线接收所述减速控制消息，并根据所述减速控制消息执行减速操作。

4.如权利要求3所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，其特征在于，所述动力控制节点包括发动机、变速箱、刹车机构、第五控制器局域网络节点、第六控制器局域网络节点、第七控制器局域网络节点，所述动力控制节点还包括：

发动机控制器，用于当所述车载实时单元分析出遇到影响视线的情况时，根据所述第五控制器局域网络节点接收到的、经由所述CAN总线发送的控制消息，控制所述发动机降低转速，还用于采集所述发动机控制器和所述发动机的状态消息并通过所述第五控制器局域网络节点发送到所述CAN总线上；

刹车控制器，用于当所述车载实时单元分析出遇到影响视线的情况时，根据所述第七控制器局域网络节点接收到的、经由所述CAN总线发送的控制消息，控制所述刹车机构完成刹车动作，还用于采集所述刹车控制器和所述刹车机构的状态消息并通过所述第七控制器局域网络节点发送到所述CAN总线上；

变速箱控制器，用于当所述发动机控制器控制所述发动机转速降低到一定值时，根据所述第六控制器局域网络节点接收到的、经由所述CAN总线发送的控制消息，调整所述变速箱的传动比，还用于采集所述变速箱控制器和所述变速箱的状态消息并通过所述第六控制器局域网络节点发送到所述CAN总线上。

5.如权利要求1所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，其特征在于，所述传感器节点包括：

第一控制器局域网络节点，用于收发经由所述CAN总线传输的数据或控制消息；

图像传感器，用于采集前挡风玻璃的实时图像帧；

图像采集控制器，用于对所述图像传感器采集的所述实时图像帧进行处理后，通过所述第一控制器局域网络节点发送，还用于根据所述第一控制器局域网络节点接收到的控制消息，完成对所述图像传感器的配置/控制；

第二控制器局域网络节点，用于收发经由所述CAN总线传输的数据或控制消息；

光照度传感器，用于采集前挡风玻璃内外的光照度数据；

第一微控制器，用于对所述光照度传感器采集的所述光照度数据进行处理后，通过所述第二控制器局域网络节点发送，还用于根据所述第二控制器局域网络节点接收到的控制消息，完成对所述光照度传感器的配置/控制；

第三控制器局域网络节点，用于收发经由所述CAN总线传输的数据或控制消息；

温湿度传感器，用于采集前挡风玻璃内外的温度及湿度数据；

第二微控制器，用于对所述温湿度传感器采集的所述温度及湿度数据进行处理后，通过所述第三控制器局域网络节点发送，还用于根据所述第三控制器局域网络节点接收到的控制消息，完成对所述温湿度传感器的配置/控制；

第四控制器局域网络节点，用于收发经由所述CAN总线传输的数据或控制消息；

雨滴传感器，用于采集前挡风玻璃上的雨水检测数据；

第三微控制器，用于对所述雨滴传感器采集的所述雨水检测数据进行处理后，通过所述第四控制器局域网络节点发送，还用于根据所述第四控制器局域网络节点接收到的控制消息，完成对所述雨滴传感器的配置/控制。

6.如权利要求5所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，其特征在于，所述第一微控制器还用于当判断所述光照度传感器采集的所述光照度数据在一定时间段内均低于所述图像传感器运行的最低照度阈值时，生成开启夜间图像采集模式的控制消息并发送到所述CAN总线；

所述第一控制器局域网络节点还用于接收并解析所述夜间图像采集模式的控制消息，得到开启红外线LED灯的控制消息；

所述图像采集控制器还用于执行所述开启红外线LED灯的控制消息，以开启所述图像传感器的夜间图像采集模式。

7.如权利要求1所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，其特征在于，所述控制器局域网络转换器单元包括：

解码模块；

编码模块；

通信控制模块，用于接收经由所述CAN总线发送的数据和实时图像帧，并将所述车载实时单元发出的控制消息发送到所述CAN总线上；

消息侦听处理模块，用于在所述通信控制模块接收到数据和实时图像帧后，调用所述解码模块以将所述CAN总线的二进制数据流解码为所述消息侦听处理模块可读的消息数据类型，之后将解码后的数据和实时图像帧封装为JSON包的形式发送到所述通用串行总线上，还用于接收经由所述通用串行总线发出的封装有控制消息的JSON包，并对所述封装有控制消息的JSON包进行解析后，调用所述编码模块以将解析得到的控制消息编码为标识码由11位或29位二进制数组成的CAN总线通信数据块，并由所述通信控制模块将所述CAN总线通信数据块发送到所述CAN总线上。

8.如权利要求1所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，其特征在于，所述控制器局域网络-本地互连网络网关包括：

控制器局域网络通信模块，用于接收经由所述CAN总线发送的控制消息，并将所述本地互连网络从机节点反馈的状态消息发送到所述CAN总线上；

第四微控制器，用于控制所述控制器局域网络通信模块完成收发操作，协调控制所述LIN总线上各从机节点的通信，并监测通信内容；

串行通信模块，所述串行通信模块包括主机任务模块和从机任务模块，所述主机任务模块负责决定在所述LIN总线传输报文帧的时序，所述从机任务模块提供每一帧需要传送的数据。

9.如权利要求1所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，其特征在于，所述本地互连网络从机节点包括雨刮电机、洗涤液选择喷液泵、气泵、遮阳板转轴、光学设备、车灯，所述本地互连网络从机节点还包括：

雨刮控制器，用于当所述车载实时单元分析出前挡风玻璃有赃物且已被喷射过洗涤液、或有雨雪需要清洁或当所述雨滴传感器直接分析出前挡风玻璃有雨水存在时，根据经由所述LIN总线传送的相应控制消息调用所述雨刮电机对前挡风玻璃进行清洁，还用于将所述雨刮电机和所述雨刮控制器的状态消息发送到所述LIN总线上；

洗涤液控制器，用于当所述车载实时单元分析出前挡风玻璃有赃物且已分析出赃物成分时，根据经由所述LIN总线传送的相应控制消息选择调配相应浓度的洗涤液，并控制所述洗涤液选择喷液泵喷出调配好的洗涤液；

空调控制器，用于当所述车载实时单元分析出前挡风玻璃有不同程度及位置的霜雾出现时，根据经由所述LIN总线传送的相应控制消息调整所述气泵的工作功率及扇叶转轴；

遮阳板控制器，用于当所述车载实时单元分析出前挡风玻璃有强光直射或是光线频繁变化的状况时，根据经由所述LIN总线传送的相应控制消息调整所述遮阳板转轴；

光学设备控制器，用于根据经由所述LIN总线传送的相应控制消息切换所述光学设备，之后，由所述车载实时单元根据所述图像传感器采集的实时图像帧分析出赃物的成分；

车灯控制器，用于当所述车载实时单元分析出雨雪量达到一定程度或所述第一微控制器分析出光线由强变暗，或在分析出遇到影响视线的情况且车辆正在进行自动减速处理时，根据经由所述LIN总线传送的相应控制消息控制所述车灯发出不同类型的光。

10.如权利要求1所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统，其特征在于，所述车载实时单元的架构包括安卓应用程序层，框架层，Linux内核层，硬件驱动层，位于所述Linux内核层和所述硬件驱动层之间的实时管理内核层，作为实时进程并由所述实时管理内核层调用的数据解析实时进程、数据封装实时进程和音频数据读写实时进程，以及作为非实时进程并由所述Linux内核层调用的数据处理守护进程、分析服务进程、决策服务进程、语音处理进程，各所述实时进程之间以及所述实时进程与所述非实时进程之间通过RTFIFO管道进行通信；

所述数据解析实时进程用于通过所述通用串行总线的驱动程序中的操作结构里的自定义读函数读取由所述控制器局域网络转换器单元传送来的JSON包消息数据，并同时对所述JSON包进行解析，解析得到的消息数据被发送至所述RTFIFO管道；

所述数据处理守护进程用于通过所述RTFIFO管道读取被所述数据解析实时进程解析后的消息数据，根据所述JSON包中的消息ID以及信号名称在所述车载实时单元端区分标识出具体的业务事件，并利用对应的信号处理函数将当前事件在消息体中包含的信息取出；

所述分析服务进程用于根据所述系统当前所处状态以及不同判断条件选择对应的分析策略，对所述数据处理守护进程处理得到的信息进行分析；

所述决策服务进程用于当所述分析服务进程分析符合状态机状态转换条件时，更新状态机当前所处的状态，并根据当前所述传感器节点以及所述动力控制节点返回的状态消息，向所述RTFIFO管道发送相应的控制消息；

所述数据封装实时进程用于从所述RTFIFO管道中读取由所述决策服务进程发送而来的控制消息，并将读取的所述控制消息封装成JSON包的形式，同时通过所述通用串行总线的驱动程序操作结构中自定义的写函数将包含所述控制消息的JSON包写回所述控制器局域网络转换器单元；

所述音频数据读写实时进程和所述语音处理进程用于共同完成语音提醒应答操作。

11.一种如权利要求1至10任一项所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统的清洁方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A1:系统启动后，传感器节点采集前挡风玻璃上的雨水检测数据、前挡风玻璃内外的光照度数据、前挡风玻璃内外的温度及湿度数据、前挡风玻璃的实时图像帧，并将采集的数据和实时图像帧发送给车载实时单元；

A2:所述车载实时单元对接收到的所述数据和所述实时图像帧进行综合分析，并根据分析结果，向本地互连网络从机节点发出控制消息，所述本地互连网络从机节点根据所述控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁。

12.如权利要求11所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统的清洁方法，其特征在于，所述步骤A2包括以下步骤：

A21：车载实时单元对接收到的所述数据和所述实时图像帧进行解析；

A22：所述车载实时单元根据解析后的数据加载相应的传感器历史数据，所述传感器历史数据可包括：与当前光照度数据对应光照度条件下的前挡风玻璃在清晰状态时的图像帧序列；与当前所采集的温度及湿度数据及其对应的差值对应条件下的前挡风玻璃不是清晰状态的概率；与雨水检测数据对应条件下的前挡风玻璃不是清晰状态的概率；

A23：所述车载实时单元判断前挡风玻璃是否清晰，是则执行步骤A25，否则执行步骤A24；

A24：所述车载实时单元分析前挡风玻璃的不清晰类型，根据不清晰类型向所述本地互连网络从机节点发出相应控制消息，所述本地互连网络从机节点根据控制消息对前挡风玻璃进行自动清洁；

A25：所述车载实时单元保存所述传感器节点中各传感器的关键数据，并向所述本地互连网络从机节点发出相应控制消息，所述本地互连网络从机节点根据控制消息执行复位操作；

A26：所述车载实时单元判断是否有强光影响视线，是则执行步骤A27，否则返回步骤A1；

A27：所述车载实时单元向所述本地互连网络从机节点发出相应控制消息，所述本地互连网络从机节点中的遮阳板控制器根据控制消息调整遮阳板转轴；

A28：所述车载实时单元控制音频设备发出语音提醒，以提醒驾驶员减速；

A29：所述车载实时单元判断当前是否为自动处理模式，是则执行步骤A30，否则返回步骤A28；

A30：所述车载实时单元发出减速控制消息；

A31：动力控制节点根据所述减速控制消息执行减速操作；

A32：在步骤A24之后，所述车载实时单元判断是否收到停止服务消息，是则执行步骤A33，否则返回步骤A1；

A33：释放系统资源，所述传感器节点中各传感器进入休眠。

13.如权利要求12所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统的清洁方法，其特征在于，若所述车载实时单元分析前挡风玻璃的不清晰类型是存在雨雪，则所述步骤A24包括以下步骤：

A2401：所述车载实时单元分析雨雪量大小；

A2402：所述车载实时单元根据雨雪量大小，发出相应控制消息；

A2403：所述本地互连网络从机节点的雨刮控制器根据控制消息开启所述本地互连网络从机节点的雨刮电机并调整所述雨刮电机转动速率；

A2404：所述车载实时单元根据前挡风玻璃内外的光照度数据，发出相应控制消息；

A2405：所述本地互连网络从机节点的车灯控制器根据控制消息，控制所述本地互连网络从机节点的车灯发出相应类型的光。

14.如权利要求12所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统的清洁方法，其特征在于，若所述车载实时单元分析前挡风玻璃的不清晰类型是存在霜雾，则所述步骤A24包括以下步骤：

A2406：所述车载实时单元分析霜雾程度及位置；

A2407：所述车载实时单元判断霜雾是否影响视线，是则执行步骤A2408，否则返回步骤A2406；

A2408：所述车载实时单元控制音频设备发出语音提醒，以提醒驾驶员减速；

A2409：所述车载实时单元判断当前是否为自动处理模式，是则执行步骤A2410，否则返回步骤A2408；

A2410：所述车载实时单元发出减速控制消息；

A2411：所述本地互连网络从机节点的动力控制节点根据所述减速控制消息执行减速操作；

A2412：所述车载实时单元根据霜雾程度及位置，发出相应控制消息；

A2413：所述本地互连网络从机节点的空调控制器根据控制消息，调整所述本地互连网络从机节点的气泵的工作功率及扇叶转轴。

15.如权利要求12所述的机动车前挡风玻璃的自动清洁系统的清洁方法，其特征在于，若所述车载实时单元分析前挡风玻璃的不清晰类型是存在赃物，则所述步骤A24包括以下步骤：

A2414：所述车载实时单元查询清洁记录；

A2415：所述车载实时单元根据所述清洁记录，判断一段时间内清洁频率是否超过阈值，是则执行步骤A2416，否则执行步骤A2417；

A2416：所述车载实时单元控制音频设备发出语音提醒，以提醒驾驶员前挡风玻璃内侧有赃物；

A2417：所述车载实时单元分析赃物的程度及位置；

A2418：所述车载实时单元判断赃物是否影响视线，是则执行步骤A2419，否则返回步骤A2417；

A2419：所述车载实时单元控制音频设备发出语音提醒，以提醒驾驶员减速；

A2420：所述车载实时单元判断当前是否为自动处理模式，是则执行步骤A2421，否则返回步骤A2419；

A2421：所述车载实时单元发出减速控制消息；

A2422：动力控制节点根据所述减速控制消息执行减速操作；

A2423：在步骤A2417后，所述车载实时单元发出相应控制消息，所述本地互连网络从机节点的光学设备控制器根据控制消息切换所述本地互连网络从机节点的光学设备；

A2424：所述车载实时单元分析赃物成分，并根据赃物成分发出相应控制消息；

A2425：所述本地互连网络从机节点的洗涤液控制器根据控制消息选择调配相应浓度的洗涤液，并控制所述本地互连网络从机节点的洗涤液选择喷液泵喷出调配好的洗涤液；

A2426：在步骤A2424后，所述本地互连网络从机节点的雨刮控制器根据控制消息开启所述本地互连网络从机节点的雨刮电机并调整雨刮电机转动速率；

A2427：所述车载实时单元分析洗涤液是否被擦干，是则执行步骤A2428，否则返回步骤A2426；

A2428：所述车载实时单元发出相应控制消息，所述本地互连网络从机节点的光学设备控制器根据控制消息关闭所述本地互连网络从机节点的光学设备。

Images