CN109002040A - 车辆自动控制方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

车辆自动控制方法、装置及计算机可读存储介质 Download PDF

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    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
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Abstract

本发明公开了一种车辆自动控制方法、装置及计算机可读存储介质。其中该方法用于自动驾驶车辆中，包括：规划车辆的三维自动驾驶路径；根据所述三维自动驾驶路径，获取所述车辆的转向曲线；根据所述车辆在所述三维自动驾驶路径中的位置，利用所述转向曲线确定所述车辆在该位置处的转向角；以及根据所述转向角，控制所述车辆的在所述位置的转向。本发明实施例的自动控制方式能够快速准确地获取转向角。

Description

车辆自动控制方法、装置及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及车辆自动驾驶技术，尤其涉及一种车辆自动控制方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
近年来，自动驾驶技术逐渐兴起，成为热点。所谓自动驾驶是指不需要人的参与，而通过电脑***自动地控制车辆的运行轨迹，例如自动地控制车辆的速度、加速度、转向、停车等等。在自动驾驶中，如何对车辆的转向进行控制以使得车辆能够沿着预定轨迹行驶是非常重要的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆自动控制方法、装置及计算机可读存储介质。
本发明的实施方式提供了一种车辆自动控制方法，用于自动驾驶车辆中，所述方法包括：规划车辆的三维自动驾驶路径；根据所述三维自动驾驶路径，获取所述车辆的转向曲线；根据所述车辆在所述三维自动驾驶路径中的位置，利用所述转向曲线确定所述车辆在该位置处的转向角；以及根据所述转向角，控制所述车辆的在所述位置的转向。
其中，根据所述三维自动驾驶路径，获取所述车辆的转向曲线包括：将所述三维自动驾驶路径投影于二维平面内，以得到所述车辆的转向曲线。
其中，所述根据所述车辆在所述三维自动驾驶路径中的位置，利用所述转向曲线确定所述车辆在该位置处的转向角包括：对所述转向曲线进行变换，以得到路径中各点的转向角和车速之间的关系；以及根据该关系，由所述车辆在所述位置处的速度导出所述车辆在所述位置处的转向角。
其中，根据所述转向角，控制所述车辆的在所述位置的转向包括：获取所述转向角的补偿量；利用所述转向角的补偿量来补偿所述转向角，以控制所述车辆的在所述位置的转向。
其中，所述获取所述转向角的补偿量，包括：根据所述车辆在所述位置时的速度和由所述转向曲线得到的所述转向角对整车模型进行模拟控制，以得到所述车辆的观测参数；以及利用观测参数计算转向补偿，以得到所述转向角的补偿量；其中，所述观测参数包括：横摆角速度，质心侧偏角和/或加速度。
本发明实施例还提供了一种车辆自动控制装置，用于自动驾驶车辆中，所述装置包括：规划模块，用于规划车辆的三维自动驾驶路径；转向曲线生成模块，用于根据所述三维自动驾驶路径，获取所述车辆的转向曲线；转向角计算模块，用于根据所述车辆在所述三维自动驾驶路径中的位置，利用所述转向曲线确定所述车辆在该位置处的转向角；以及控制模块，用于根据所述转向角，控制所述车辆的在所述位置的转向。
其中，所述转向曲线生成模块，具体用于：将所述三维自动驾驶路径投影于二维平面内，以得到所述车辆的转向曲线。
其中，所述转向角计算模块包括：变换单元，用于对所述转向曲线进行变换，以得到路径中各点的转向角和车速之间的关系；以及导出单元，用于根据该关系，由所述车辆在所述位置处的速度导出所述车辆在所述位置处的转向角。
其中，所述控制模块，包括：获取单元，用于获取所述转向角的补偿量；以及控制单元，用于利用所述转向角的补偿量来补偿所述转向角，以控制所述车辆的在所述位置的转向。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储可被计算机读取并执行的计算机程序，当所述计算机程序被所述计算机加载并执行时，能够使得所述计算机执行上述的车辆自动控制方法。
本发明的有益效果是：
本发明实施例，由规划的三维路径得到转向曲线，然后直接由转向曲线来获取车辆在某位置上的转向角，并进而依据该转向角来控制车辆的转向。此种控制方式能够快速且准确地实现车辆的转向控制。
附图说明
图1是车辆自动控制方法的实施例的流程示意图；
图2是三维自动驾驶路径的示意图；
图3A是图2的自动驾驶路径在XY平面的投影的示意图；
图3B为转向曲线的另一实施例的示意图；
图4是图1中步骤105的实施例的流程示意图；
图5是图1中步骤107的实施例的流程示意图；
图6是转向补偿的过程的示意图；
图7是本发明的车辆自动控制装置的实施例的结构示意图；
图8为图7中的转向角计算模块的实施例的结构示意图；
图9为图7中的控制模块的实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
如图1所示，是一种车辆自动控制方法的实施例的流程示意图。其中，该控制方法可以用于自动驾驶车辆中。具体地，该控制方法主要用于控制车辆的转向，由于车辆在实际行驶中，并非总是沿直线行驶，因此对车辆的转向控制对于车辆沿预定轨迹行驶将是非常有意义的。可以理解的是，在自动控制中，对车辆的控制包括许多方面，例如速度控制等，而本文中提及的转向控制可以与对车辆的其他控制方式结合以实现车辆的自动控制。
如图1所示，该车辆自动控制方法包括如下过程：
首先，在步骤101处，规划车辆的三维自动驾驶路径。
其次，在步骤103处，根据规划的三维自动驾驶路径，获取车辆的转向曲线。
再次，在步骤105处，根据车辆在路径中的位置，利用转向曲线导出车辆在该位置处的转向角。
最后，在步骤107处，根据导出的转向角，控制车辆在上述位置处的转向。
在上述过程中，经由三维路径得到转向曲线，然后结合车辆在路径中的实际位置来得到车辆在此位置的转向角，从而根据得到的转向角来控制车辆的转向。此种控制方式，易于实现并且能够快速且准确地实现车辆的转向控制，保证了车辆能够按预定路径行驶。
下面，对上述步骤的细节进行详细描述，需要说明的是，下述细节描述仅是为了使得本领域技术人员能够更容易地实现上述自动控制方法，而非是对本发明的限制。
在上述的步骤101中，可以根据起点和目的地来规划车辆的驾驶路径。需要说明的是，车辆的驾驶路径是三维的，即可以由xyz三维坐标系来表示。如图2所示，是模拟的三维自动驾驶路径，其中由A点到B点的曲线可以表示一条自动驾驶路径。而图中的黑点或黑色块区域表示路径中的障碍物，在实际中，规划的三维驾驶路径需要绕开障碍物。
在图2中的三维自动驾驶路径实际为三维上升的车辆路径，其在X-Y平面的投影曲线即为车辆的转向曲线。也就是说，三维自动驾驶路径在X-Y平面的投影曲线与车辆的转向角直接相关。因此，在上述步骤103中，获取车辆的转向曲线可以包括：将三维自动驾驶路径投影于二维平面内，以得到车辆的转向曲线。举例而言，图2所示的三维自驾驶曲线在XY平面的投影可如图3A所示。
由于转向曲线与车辆的转向角相关，因此在步骤105中，可以利用车辆的转向曲线导出车辆的转向角。对于某些情况，转向曲线满足函数曲线要求，即一个自变量对应一个因变量的曲线可以表示为函数曲线，即一个自变量x对应一个车辆转向δ。例如，图3A的转向曲线可以由下述方程表示：
y＝-0.0028x4+0.0082x3-0.1122x2+0.0059x+4.9997
其对应的曲率计算公式为：
利用该曲率计算公式，则可以得到车辆在x的转向角。
但是，在有些情况下，转向曲线(投影曲线)并不满足函数曲线，例如图3B所示，例如当x＝0.6时对应了A,B,C和D四个点。此时，利用上述的曲率计算公式可以发现A,B,C和D四点的曲率大小相等，但从图中明显可以看出，该四个点的曲率不相等。因此，需要对上述公式进行修正。
具体而言，车辆一旦沿着规划路径行驶，速度和时间确定一个唯一的坐标点，即坐标x和y都可以看成是车辆行驶速度和时间的函数，即将公示(1)写成极坐标形式：
由于轨迹曲线连续光滑，则其可以转换成式(2)的形式，且处处可导，则对时间求偏导，且带入式(1)进行转换，转换成式(3)。
对式(3)求关于速度的偏导，得：
将替换代替带入式(4)中，可得：
根据式(5)可以得到：
式中，l为轴距，速度v为车辆实时车速在X-Y平面的投影车速，即：
v＝v0cosθpitch (7)
式中，
θpitch——车辆姿态角，rad。
车辆在各点的姿态角大小唯一，姿态角定义为三维轨迹在X-Z平面的投影曲线的各点切线角度。
对三维轨迹在X-Z平面的投影曲线利用z1＝polyfit(x,z,4)进行拟合，得出曲线方程为：
z＝-0.4x2+5 (8)
各点的车辆姿态角大小为：
z′＝-0.8x (9)
由式(9)(10)表明，对于已经规划好的三维路径，通过对路径投影，得到与车辆转向相关的曲线，对曲线进行变换可以得到车辆转向角以及车速与路径各点的关系，即只要车辆实时到达某一点，车辆的转向角已经预定。
概括而言，如图4所示，步骤105可以具体地包括：
步骤401：对转向曲线进行变换，以得到路径中各点的转向角和车速之间的关系，例如式(1)至式(6)的变换过程。以及
步骤403：根据该关系，根据车辆所处位置的速度导出车辆在该位置处的转向角，具体见式(6)。
在上述的步骤107中，可以直接利用转向角来控制车辆的转向。另外，在一些实施方式中，也可以先求转向角的补偿量，然后再利用经补偿的转向角来控制车辆的转向。例如，如图5所示，上述的步骤107可以更一步包括：
步骤501，获取转向角的补偿量。以及
步骤502：利用转向角的补偿量来补偿转向角，以控制车辆的转向。
在上述步骤501中，当车辆处于某位置时，可以利用车辆在该位置的速度与由转向曲线得到的转向角来对整车模型进行模拟控制，从而得到一系列的观察参数，例如车辆的横摆角速度，质心侧偏角和/或加速度，等等。然后利用这些参数计算转向补偿量，从而利用该补偿量来补偿转向角。该过程可以如图6所示，例如在图6中，将车速V0和转向角δ作为整车模型的输入，然后观察输出的横摆角速度，质心侧偏角和/或加速度等观察参数，并由观察参数来计算转向补偿以对转向角δ进行补偿。
除了上述方法流程，本发明实施例还提供了一种车辆自动控制装置，用于自动驾驶车辆中。该车辆自动控制装置的诸多细节已在前述方法流程中叙述，因此此部分仅列出该控制装置的主要内容，而忽略细节描述。
如图7所示，该自动控制装置包括：规划模块701，用于规划车辆的三维自动驾驶路径；转向曲线生成模块702，用于根据所述三维自动驾驶路径，获取所述车辆的转向曲线；转向角计算模块703，用于根据所述车辆在所述三维自动驾驶路径中的位置，利用所述转向曲线确定所述车辆在该位置处的转向；以及控制模块704，用于根据所述转向角，控制所述车辆的在所述位置的转向。
其中，所述转向曲线生成模块702，具体用于：将所述三维自动驾驶路径投影于二维平面内，以得到所述车辆的转向曲线。
其中，如图8所示，所述转向角计算模块703包括：变换单元7031，用于对所述转向曲线进行变换，以得到路径中各点的转向角和车速之间的关系；以及导出单元7032，用于根据该关系，由所述车辆在所述位置处的速度导出所述车辆在所述位置处的转向角。
其中，如图9所示，所述控制模块704，包括：获取单元7041，用于获取所述转向角的补偿量；以及控制单元7042，用于利用所述转向角的补偿量来补偿所述转向角，以控制所述车辆的在所述位置的转向。
上述的自动控制装置，经由三维路径得到转向曲线，然后结合车辆在路径中的实际位置来得到车辆在此位置的转向角，从而根据得到的转向角来控制车辆的转向。此种控制方式，易于实现并且能够快速且准确地实现车辆的转向控制，保证了车辆能够按预定路径行驶。
值得一提的是，本发明所涉及到的各模块均为可以为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
最后说明的是，本文应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，还可对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种车辆自动控制方法，用于自动驾驶车辆中，其特征在于，所述方法包括：
规划车辆的三维自动驾驶路径；
根据所述三维自动驾驶路径，获取所述车辆的转向曲线；
根据所述车辆在所述三维自动驾驶路径中的位置，利用所述转向曲线确定所述车辆在该位置处的转向角；以及
根据所述转向角，控制所述车辆的在所述位置的转向。
2.如权利要求1所述的车辆自动控制方法，其特征在于，根据所述三维自动驾驶路径，获取所述车辆的转向曲线包括：
将所述三维自动驾驶路径投影于二维平面内，以得到所述车辆的转向曲线。
3.如权利要求1所述的车辆自动控制方法，其特征在于，所述根据所述车辆在所述三维自动驾驶路径中的位置，利用所述转向曲线确定所述车辆在该位置处的转向角包括：
对所述转向曲线进行变换，以得到路径中各点的转向角和车速之间的关系；以及
根据该关系，由所述车辆在所述位置处的速度导出所述车辆在所述位置处的转向角。
4.如权利要求1所述的车辆自动控制方法，其特征在于，根据所述转向角，控制所述车辆的在所述位置的转向包括：
获取所述转向角的补偿量；
利用所述转向角的补偿量来补偿所述转向角，以控制所述车辆的在所述位置的转向。
5.如权利要求4所述的车辆自动控制方法，其特征在于，所述获取所述转向角的补偿量，包括：
根据所述车辆在所述位置时的速度和由所述转向曲线得到的所述转向角对整车模型进行模拟控制，以得到所述车辆的观测参数；以及
利用所述观测参数计算转向补偿，以得到所述转向角的补偿量；
其中，所述观测参数包括：横摆角速度，质心侧偏角和/或加速度。
6.一种车辆自动控制装置，用于自动驾驶车辆中，其特征在于，所述装置包括：
规划模块，用于规划车辆的三维自动驾驶路径；
转向曲线生成模块，用于根据所述三维自动驾驶路径，获取所述车辆的转向曲线；
转向角计算模块，用于根据所述车辆在所述三维自动驾驶路径中的位置，利用所述转向曲线确定所述车辆在该位置处的转向角；以及
控制模块，用于根据所述转向角，控制所述车辆的在所述位置的转向。
7.如权利要求6所述的车辆自动控制装置，其特征在于，所述转向曲线生成模块，具体用于：
将所述三维自动驾驶路径投影于二维平面内，以得到所述车辆的转向曲线。
8.如权利要求6所述的车辆自动控制装置，其特征在于，所述转向角计算模块包括：
变换单元，用于对所述转向曲线进行变换，以得到路径中各点的转向角和车速之间的关系；以及
导出单元，用于根据该关系，由所述车辆在所述位置处的速度导出所述车辆在所述位置处的转向角。
9.如权利要求6所述的车辆自动控制装置，其特征在于，所述控制模块，包括：
获取单元，用于获取所述转向角的补偿量；以及
控制单元，用于利用所述转向角的补偿量来补偿所述转向角，以控制所述车辆的在所述位置的转向。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储可被计算机读取并执行的计算机程序，当所述计算机程序被所述计算机加载并执行时，能够使得所述计算机执行如权利要求1～6中任一项所述的车辆自动控制方法。
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