CN110171416A - 车辆行驶控制方法、装置、计算机可读介质及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种车辆行驶控制方法、装置、计算机可读介质及电子设备。该车辆行驶控制方法包括：获取车辆的目标行驶轨迹和车辆运动信息；根据所述目标行驶轨迹和车辆运动信息，计算车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的第一偏差，以及车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差；根据所述第一偏差和所述第二偏差，确定对车辆的方向盘进行控制的转角控制量；基于所述转角控制量，对所述车辆进行控制。本发明实施例的技术方案能够考虑到车辆行驶过程中的实际航向与目标航向之间的偏差以及实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的偏差来对车辆进行控制，不仅实现简单，而且能够提高车辆控制的精确度。

Description

车辆行驶控制方法、装置、计算机可读介质及电子设备

技术领域

本发明涉及计算机及自动控制技术领域，具体而言，涉及一种车辆行驶控制方法、装置、计算机可读介质及电子设备。

背景技术

在自动驾驶汽车的运动控制中，通常是将车辆的横向控制和纵向控制进行解耦分别控制，其中横向控制是决定自动驾驶汽车运动控制效果优劣的重要因素。但是，相关技术中提出的自动驾驶汽车的横向运动控制算法在实现时控制精度较低，不能实现对汽车的精确控制。

发明内容

本发明的实施例提供了一种车辆行驶控制方法、装置、计算机可读介质及电子设备，进而至少在一定程度上可以实现对车辆行驶的精确控制。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种车辆行驶控制方法，包括：获取车辆的目标行驶轨迹和车辆运动信息；根据所述目标行驶轨迹和所述车辆运动信息，计算所述车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与所述目标行驶轨迹之间的第一偏差，以及所述车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差；根据所述第一偏差和所述第二偏差，确定对所述车辆的方向盘进行控制的转角控制量；基于所述转角控制量，对所述车辆进行控制。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种车辆行驶控制装置，包括：获取单元，用于获取车辆的目标行驶轨迹和车辆运动信息；第一处理单元，用于根据所述目标行驶轨迹和所述车辆运动信息，计算所述车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与所述目标行驶轨迹之间的第一偏差，以及所述车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差；第二处理单元，用于根据所述第一偏差和所述第二偏差，确定对所述车辆的方向盘进行控制的转角控制量；控制单元，用于基于所述转角控制量，对所述车辆进行控制。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述第一处理单元包括：第一确定单元，用于根据所述车辆运动信息中包含的定位信息确定所述车辆的当前位置；第二确定单元，用于根据所述目标行驶轨迹和所述当前位置，确定所述目标行驶轨迹上与所述当前位置距离最近的目标位置；第三确定单元，用于根据所述目标行驶轨迹和所述目标位置，确定所述车辆的预瞄点位置；第一计算单元，用于基于所述当前位置、所述目标位置和所述预瞄点位置，计算所述车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与所述目标行驶轨迹之间的第一偏差。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述第二确定单元配置为：若所述目标行驶轨迹包含多个离散轨迹点，则分别计算所述多个离散轨迹点与所述当前位置之间的距离，将距离所述当前位置最近的离散轨迹点作为所述目标位置；若所述目标行驶轨迹为连续轨迹，则根据所述连续轨迹对应的轨迹函数计算所述当前位置与所述轨迹函数上的各个点之间的距离关系，根据所述距离关系确定所述目标位置。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述第三确定单元配置为：根据所述目标位置，在所述目标行驶轨迹的前进方向上选取与所述目标位置之间相距预定距离的位置作为所述预瞄点位置，其中，所述预定距离为所述车辆在预定时长内行驶的距离。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述第一计算单元配置为：计算所述当前位置与所述目标位置之间的第一误差、所述当前位置与所述预瞄点位置之间的第二误差，以及所述目标位置与所述预瞄点位置之间的第三误差；根据所述第一误差、所述第二误差和所述第三误差，计算所述第一偏差。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述第一计算单元配置为通过以下公式计算所述第一偏差：

其中，Δd表示所述第一偏差；Δd₁表示所述第一误差；Δd₂表示所述第二误差；Δd₃表示所述第三误差。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述第一处理单元包括：第四确定单元，用于根据所述车辆运动信息中包含的航向角信息确定所述车辆的实际航向；第五确定单元，用于根据所述车辆的预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的切线方向，确定所述车辆的目标航向；第二计算单元，用于计算所述车辆的实际航向与所述目标航向之间的差值，以得到所述第二偏差。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述第二处理单元包括：第三计算单元，用于根据所述第一偏差和所述第二偏差，计算对所述方向盘进行控制的反馈控制量；叠加单元，用于将对所述方向盘进行控制的前馈控制量和所述反馈控制量进行叠加，以得到对所述车辆的方向盘进行控制的转角控制量。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述第三计算单元配置为：获取位置误差增益和航向误差增益；将所述位置误差增益作为所述第一偏差的权重、将所述航向误差增益作为所述第二偏差的权重，对所述第一偏差和所述第二偏差进行加权求和，得到和值；计算所述和值与预定的反馈控制增益的乘积，将所述乘积的相反数作为所述反馈控制量。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述第三计算单元还用于：根据所述车辆的预瞄点位置，确定所述预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率；根据所述预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率，以及所述车辆运动信息中包含的车辆速度，计算所述位置误差增益和所述航向误差增益。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述第三计算单元配置为通过以下公式计算所述位置误差增益和航向误差增益：

其中，A表示所述位置误差增益；B表示所述航向误差增益；U_x表示所述车辆的纵向速度；K_s表示所述车辆的预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率；c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆和c₇表示常数。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述的车辆行驶控制装置还包括：第四计算单元，用于通过以下公式计算对所述方向盘进行控制的前馈控制量：

其中，Frd表示所述前馈控制量；L表示所述车辆的轴距，lf表示所述车辆的重心到前轮轴心的距离，lr表示所述车辆的重心到后轮的距离，m表示所述车辆的质量，Cf表示所述车辆的前轮轮胎的侧偏刚度，Cr表示所述车辆的后轮轮胎的侧偏刚度，U_x表示所述车辆的纵向速度；K_s表示所述车辆的预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率。

在本发明的一些实施例中，基于前述方案，所述控制单元配置为：基于所述转角控制量所包含的指定方向和指定角度，控制所述车辆的方向盘朝所述指定方向转动所述指定角度。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例中所述的车辆行驶控制方法。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如上述实施例中所述的车辆行驶控制方法。

在本发明的一些实施例所提供的技术方案中，通过根据车辆的目标行驶轨迹和车辆运动信息，计算车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的第一偏差，以及车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差，进而基于该第一偏差和第二偏差确定对车辆的方向盘进行控制的转角控制量，以基于该转角控制量对车辆进行控制，使得在对车辆进行横向控制时，能够考虑到车辆行驶过程中的实际航向与目标航向之间的偏差以及实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的偏差，进而将这两种偏差映射到对车辆方向盘的控制上，不仅实现简单，而且能够提高车辆控制的精确度，同时具有较强的普适性，能够在各种类型的车辆上进行推广。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1示出了可以应用本发明实施例的技术方案的示例性***架构的示意图；

图2示意性示出了根据本发明的一个实施例的车辆行驶控制方法的流程图；

图3示意性示出了根据本发明的一个实施例的计算车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的第一偏差的流程图；

图4示意性示出了根据本发明的一个实施例的计算车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差的流程图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的车辆的航向角示意图；

图6示意性示出了根据本发明的一个实施例的确定对车辆的方向盘进行控制的转角控制量的流程图；

图7示意性示出了根据本发明的一个实施例的计算对方向盘进行控制的反馈控制量的流程图；

图8示意性示出了根据本发明的一个实施例的车辆行驶控制方法的流程图；

图9示出了根据本发明的一个实施例的将车辆运动学模型简化为两轮自行车模型的示意图；

图10示意性示出了根据本发明的一个实施例的车辆行驶控制装置的框图；

图11示出了适于用来实现本发明实施例的电子设备的计算机***的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

图1示出了可以应用本发明实施例的技术方案的示例性***架构的示意图。

如图1所示，由于车辆101在行驶过程中会出现实际行驶轨迹偏离目标行驶轨迹的情况，即实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间存在行驶偏差，因此在对车辆101进行行驶控制时，可以通过安装在车辆101上的定位设备102检测车辆位置信息、姿态传感器103检测航向角信息以及速度传感器104检测速度信息，然后由控制器105根据车辆101的目标行驶轨迹和各个传感器检测到的信息，计算车辆101在行驶过程中的实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的第一偏差，并计算车辆101的实际航向与目标航向之间的第二偏差，然后根据该第一偏差和第二偏差确定对车辆101的方向盘进行控制的转角控制量，进而基于该转角控制量对车辆进行控制。比如若确定对车辆101的方向盘进行控制的转角控制量为顺时针转动5°，则可以基于该转角控制量控制车辆101的方向盘顺时针转动5°，以实现对车辆101的横向控制。

需要说明的是，本发明实施例所提供的车辆行驶控制方法可以由图1中所示的控制器105执行，相应地，车辆行驶控制装置可以设置于控制器105中。其中，控制器105可以设置在车辆101的内部，进而通过控制器105对车辆101的方向盘进行控制，以实现对车辆101的横向控制。

以下对本发明实施例的技术方案的实现细节进行详细阐述：

图2示意性示出了根据本发明的一个实施例的车辆行驶控制方法的流程图，该车辆行驶控制方法可以由具有运算处理功能的设备来执行，该设备可以是图1中所示的控制器105。参照图2所示，该车辆行驶控制方法至少包括步骤S210至步骤S240，详细介绍如下：

在步骤S210中，获取车辆的目标行驶轨迹和车辆运动信息。

在本发明的一个实施例中，车辆的目标行驶轨迹可以是用户设定的，或者可以是根据用户的出发位置和用户选定的目的地自动生成的。车辆运动信息包括车辆的航向角信息、车辆的行驶速度、车辆的位置信息等，车辆运动信息可以通过安装在车辆上的传感器检测得到，安装在车辆上的传感器可以包括姿态传感器(用于检测车辆的航向角信息)、速度传感器(用于检测车辆的行驶速度)、定位设备(用于检测车辆的位置信息)等。

继续参照图2所示，在步骤S220中，根据所述目标行驶轨迹和所述车辆运动信息，计算车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与所述目标行驶轨迹之间的第一偏差，以及所述车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差。

在本发明的一个实施例中，航向表示车辆的行驶速度相对于预定坐标系横轴(或者是相对于地球北极)的方向。其中，可以通过姿态传感器检测到的航向角信息来确定车辆的实际航向，也可以将车辆的预瞄点位置在目标行驶轨迹上的切线方向作为车辆的目标航向。

在本发明的实施例中，车辆在行驶过程中不可避免会出现偏离目标行驶轨迹的问题，为了实现对车辆行驶的精确控制，可以根据传感器检测到的车辆运动信息来计算实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的第一偏差，以及实际航向与目标航向之间的第二偏差，以基于该第一偏差和第二偏差来调整车辆的行驶过程，以下分别阐述如何计算上述的第一偏差和第二偏差：

计算实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的第一偏差的实施例：

在本发明的一个实施例中，如图3所示，计算车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的第一偏差的过程，包括如下步骤S310至步骤S340：

在步骤S310中，根据车辆运动信息中包含的定位信息确定所述车辆的当前位置。

在本发明的实施例中，定位信息可以是GPS(Global Positioning System，全球定位***)定位信息，比如可以通过安装在车辆上的GPS定位设备来获取车辆的定位信息，进而可以基于该定位信息确定车辆的当前位置。

在步骤S320中，根据目标行驶轨迹和所述当前位置，确定所述目标行驶轨迹上与所述当前位置距离最近的目标位置。

在本发明的一个实施例中，若目标行驶轨迹包含多个离散轨迹点，比如目标行驶轨迹是由多个离散轨迹点构成的，那么可以分别计算这多个离散轨迹点与车辆的当前位置之间的距离，然后将距离当前位置最近的离散轨迹点作为所述目标位置。

在本发明的另一个实施例中，若目标行驶轨迹为连续轨迹，比如目标轨迹是由轨迹函数定义的轨迹，那么可以根据该连续轨迹对应的轨迹函数计算当前位置与轨迹函数上的各个点之间的距离关系，并根据该距离关系确定所述目标位置。具体地，可以根据轨迹函数确定轨迹函数上的一个点的坐标，然后计算该点的坐标与当前位置的坐标之间的距离，得到当前位置与轨迹函数的点之间的距离关系，然后通过该距离关系确定距离最小时对应的轨迹函数上的点，并将该点作为距离当前位置最近的目标位置。

继续参照图3所示，在步骤S330中，根据所述目标行驶轨迹和所述目标位置，确定所述车辆的预瞄点位置。

在本发明的一个实施例中，可以在目标行驶轨迹的前进方向上选取与所述目标位置之间相距预定距离的位置作为预瞄点位置，其中，预定距离为车辆在预定时长内行驶的距离。需要说明的是，目标行驶轨迹的前进方向即目标行驶轨迹所表示的车辆行进方向，预定时长可以是1秒，比如车辆的行驶速度为5米/秒，那么可以将目标行驶轨迹的前进方向上距离目标位置5米的位置作为预瞄点位置。

在步骤S340中，基于所述当前位置、所述目标位置和所述预瞄点位置，计算车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的第一偏差。

在本发明的一个实施例中，可以计算当前位置与目标位置之间的第一误差、当前位置与预瞄点位置之间的第二误差，以及目标位置与预瞄点位置之间的第三误差，然后根据该第一误差、第二误差和第三误差来计算所述第一偏差。

在本发明的一个实施例中，可以通过以下公式计算所述第一偏差：

其中，Δd表示所述第一偏差；Δd₁表示所述第一误差；Δd₂表示所述第二误差；Δd₃表示所述第三误差。

值得注意的是：上述实施例中计算得到的第一偏差为角度量，这是为了便于后续计算对方向盘进行控制的转角控制量。而在本发明的其它实施例中，在计算上述第一偏差时，也可以先不计算出角度量，而在计算转角控制量时再将其转换为角度量，比如可以将作为上述第一偏差。

计算车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差的实施例：

在本发明的一个实施例中，如图4所示，计算车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差的过程，包括如下步骤S410至步骤S430：

在步骤S410中，根据车辆运动信息中包含的航向角信息确定所述车辆的实际航向。

在本发明的一个实施例中，航向角信息可以通过惯性测量单元(Inertialmeasurement unit，IMU)来进行检测，惯性测量单元可以是用于测量车辆的姿态角的姿态传感器，该姿态角标识了车辆的航向角信息。如图5所示，航向角信息表示了车辆在预定坐标系(如地面坐标系x₀,y₀)下车辆质心速度v与横轴x₀的夹角θ，在图5中，角度β表示车辆质心侧偏角，角度ψ表示车辆横摆角，θ＝β+ψ。因此，可以根据车辆的航向角信息确定车辆的实际航向。

在步骤S420中，根据所述车辆的预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的切线方向，确定所述车辆的目标航向。

在本发明的一个实施例中，可以将车辆的预瞄点位置在目标行驶轨迹上的切线方向作为车辆的目标航向。

在步骤S430中，计算所述车辆的实际航向与所述目标航向之间的差值，以得到所述第二偏差。

在本发明的一个实施例中，第二偏差为角度量，这样可以便于后续计算对方向盘进行控制的转角控制量。

继续参照图2所示，在步骤S230中，根据所述第一偏差和所述第二偏差，确定对所述车辆的方向盘进行控制的转角控制量。

在本发明的一个实施例中，如图6所示，确定对车辆的方向盘进行控制的转角控制量的过程，包括如下步骤S610至步骤S620：

在步骤S610中，根据所述第一偏差和所述第二偏差，计算对所述方向盘进行控制的反馈控制量。

在本发明的一个实施例中，如图7所示，步骤S610中计算对方向盘进行控制的反馈控制量的过程，包括如下步骤S710至步骤S730：

在步骤S710中，获取位置误差增益和航向误差增益。

在本发明的一个实施例中，步骤S710中获取位置误差增益和航向误差增益的过程，具体可以包括：根据车辆的预瞄点位置，确定预瞄点位置在目标行驶轨迹上的曲率，然后根据所述预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率，以及所述车辆运动信息中包含的车辆速度，计算所述位置误差增益和所述航向误差增益。

在本发明的一个实施例中，预瞄点位置在目标行驶轨迹上的曲率是预瞄点在目标行驶轨迹上的切线方向角对弧长的转动率，其中曲率越大，表示目标行驶轨迹在预瞄点的弯曲程度越大。

在本发明的一个实施例中，可以通过以下公式计算所述位置误差增益和航向误差增益：

其中，A表示所述位置误差增益；B表示所述航向误差增益；U_x表示所述车辆的纵向速度；K_s表示所述车辆的预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率；c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆和c₇表示常数。

在本发明的一个实施例中，c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆和c₇的值可以根据实际需要进行设定，比如可以将c₁设为30、将c₂设为1、将c₃设为4、将c₄设为20、将c₅设为2、将c₆设为5、将c₇设为20。

在步骤S720中，将所述位置误差增益作为所述第一偏差的权重、并将所述航向误差增益作为所述第二偏差的权重，对所述第一偏差和所述第二偏差进行加权求和，得到和值。

在步骤S730中，计算所述和值与预定的反馈控制增益的乘积，并将所述乘积的相反数作为所述反馈控制量。

在本发明的一个实施例中，反馈控制增益可以根据经验值来进行选取。

继续参照图6所示，在步骤S620中，将对所述方向盘进行控制的前馈控制量和所述反馈控制量进行叠加，以得到对所述车辆的方向盘进行控制的转角控制量。

在本发明的一个实施例中，对方向盘进行控制的前馈控制量可以是基于车辆运动学方程计算得到的，比如可以通过以下公式计算对方向盘进行控制的前馈控制量：

其中，Frd表示所述前馈控制量；L表示所述车辆的轴距，lf表示所述车辆的重心到前轮轴心的距离，lr表示所述车辆的重心到后轮的距离，m表示所述车辆的质量，Cf表示所述车辆的前轮轮胎的侧偏刚度，Cr表示所述车辆的后轮轮胎的侧偏刚度，U_x表示所述车辆的纵向速度；K_s表示所述车辆的预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率。

继续参照图2所示，在步骤S240中，基于所述转角控制量，对所述车辆进行控制。

在本发明的一个实施例中，转角控制量是用于对车辆进行横向控制的，横向控制指垂直于运动方向上的控制，即对车辆进行转向控制。可选地，可以基于转角控制量所包含的指定方向和指定角度，控制所述车辆的方向盘朝所述指定方向转动所述指定角度。比如若确定对车辆的方向盘进行控制的转角控制量为顺时针转动5°，则可以基于该转角控制量控制车辆的方向盘顺时针转动5°，以实现对车辆的横向控制。

前述实施例的技术方案使得在对车辆进行横向控制时，能够考虑到车辆行驶过程中的实际航向与目标航向之间的偏差以及实际行驶轨迹与目标行驶轨迹之间的偏差，进而将这两种偏差映射到对车辆方向盘的控制上，不仅实现简单，而且能够提高车辆控制的精确度，同时具有较强的普适性，能够在各种类型的车辆上进行推广。

以下结合图8对本发明实施例的技术方案进行详细阐述。如图8所示，根据本发明的一个实施例的车辆行驶控制方法，包括：

步骤S801，获取车辆的目标行驶轨迹。

在本发明的一个实施例中，车辆的目标行驶轨迹可以是用户设定的，或者可以是根据用户的出发位置和用户选定的目的地自动生成的。

步骤S802，对目标行驶轨迹进行解码。

在本发明的一个实施例中，对目标行驶轨迹进行解码即是通过适配和计算得到目标行驶轨迹对应的连续参数方程或离散轨迹点信息。

步骤S803，获得传感器检测到的信息。

在本发明的一个实施例中，获取传感器检测到的信息具体是获取姿态传感器检测到的航向角信息、获取速度传感器检测到的车辆行驶速度、获取定位设备检测到的车辆位置信息等。

步骤S804，计算误差信息。

在本发明的一个实施例中，可以根据车辆的当前位置确定目标行驶轨迹上距离该当前位置最近的目标位置，然后在目标行驶轨迹的前进方向上选取与所述目标位置之间相距预定距离的位置作为预瞄点位置。在确定预瞄点位置之后，进一步确定预瞄点在目标行驶轨迹上的曲率和预瞄点航向角。其中，预瞄点在目标行驶轨迹上的曲率是预瞄点在目标行驶轨迹上的切线方向角对弧长的转动率，预瞄点航向角即为车辆的目标航向，车辆的目标航向即为预瞄点在目标行驶轨迹上的切线方向。

在得到上述的当前位置、目标位置和预瞄点位置之后，可以计算当前位置同目标位置之间的误差Δd₁、当前位置同预瞄点位置之间的误差Δd₂、目标位置同预瞄点位置之间的误差Δd₃、当前航向同目标航向的误差Δh。

步骤S805，统一误差量纲。

在本发明的一个实施例中，可以将当前位置同目标位置之间的误差Δd₁、当前位置同预瞄点位置之间的误差Δd₂、目标位置同预瞄点位置之间的误差Δd₃，以及当前航向同目标航向的误差Δh的量纲进行统一，并加权求和，具体如下述公式1所示：

在上述公式1中，A表示所述位置误差增益；B表示所述航向误差增益。在本发明的一个实施例中，位置误差增益A的计算公式可以如公式2所示，航向误差增益B的计算公式可以如公式3所示：

其中，在上述公式2和公式3中，U_x表示所述车辆的纵向速度；K_s表示预瞄点在目标行驶轨迹上的曲率。

步骤S806，计算对方向盘的控制量。

在本发明的一个实施例中，可以通过上述公式1得到的Δfi计算出车辆方向盘的反馈控制量Bcd，具体地Bcd＝-C×Δfi，其中C表示通过经验值确定的反馈控制增益。并且可以通过车辆运动学方程计算出车辆方向盘的前馈控制量Frd，具体地，可以通过下述公式4计算前馈控制量Frd。

其中，如图9所示，在将车辆运动学模型简化为两轮自行车模型后，公式4中的lf表示车辆的重心到前轮轴心的距离，lr表示车辆的重心到后轮的距离。此外，公式4中的L表示车辆的轴距，m表示车辆的质量，Cf表示车辆的前轮轮胎的侧偏刚度，Cr表示车辆的后轮轮胎的侧偏刚度，U_x表示车辆的纵向速度；K_s表示预瞄点在目标行驶轨迹上的曲率。

在计算得到车辆方向盘的反馈控制量Bcd和前馈控制量Frd之后，可以计算得到对车辆方向盘的转角控制量Output＝Frd+Bcd。

步骤S807，输出控制量。

在本发明的一个实施例中，在得到对方向盘的转角控制量之后，可以向车辆方向盘输出该控制量，以对车辆进行横向控制。

步骤S808，判断车辆行驶的偏差是否消除，若是，则结束；否则，返回步骤S801。

本发明上述实施例中提出的车辆行驶控制方案具有如下优点：响应迅速，对目标轨迹的变化响应迅速、延迟小；稳定性好，适用于城市路况、高速路况、园区路况、封闭狭窄路况等多种路况，并且在车辆高速运动的场景下舒适性好，车辆不会出现晃动摇摆，驾乘体验舒适；精确度高，相较于相关技术中提出的控制方法可以将控制精度控制在20cm以内；实现简单，本发明实施例的控制方案没有复杂的模型依赖，算法清晰易实现；适应性强，本发明实施例的控制方案可以推广到对各种类型的自动驾驶汽车进行控制，比如内燃机、电动机、混合动力等各种驱动方式的自动驾驶汽车。

以下介绍本发明的装置实施例，可以用于执行本发明上述实施例中的车辆行驶控制方法。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明上述的车辆行驶控制方法的实施例。

图10示意性示出了根据本发明的一个实施例的车辆行驶控制装置的框图。该车辆行驶控制装置可以直接设置于车辆的内部，以实现对车辆的控制；另外，该车辆行驶控制装置还可以设置于图1中所示的控制器105中，该控制器105设置在车辆101的内部，进而通过控制器105对车辆101的方向盘进行控制，以实现对车辆101的横向控制。

参照图10所示，根据本发明的一个实施例的车辆行驶控制装置1000，包括：获取单元1002、第一处理单元1004、第二处理单元1006和控制单元1008。

其中，获取单元1002用于获取车辆的目标行驶轨迹和车辆运动信息；第一处理单元1004用于根据所述目标行驶轨迹和所述车辆运动信息，计算所述车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与所述目标行驶轨迹之间的第一偏差，以及所述车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差；第二处理单元1006用于根据所述第一偏差和所述第二偏差，确定对所述车辆的方向盘进行控制的转角控制量；控制单元1008用于基于所述转角控制量，对所述车辆进行控制。

在本发明的一个实施例中，第一处理单元1004包括：第一确定单元，用于根据所述车辆运动信息中包含的定位信息确定所述车辆的当前位置；第二确定单元，用于根据所述目标行驶轨迹和所述当前位置，确定所述目标行驶轨迹上与所述当前位置距离最近的目标位置；第三确定单元，用于根据所述目标行驶轨迹和所述目标位置，确定所述车辆的预瞄点位置；第一计算单元，用于基于所述当前位置、所述目标位置和所述预瞄点位置，计算所述车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与所述目标行驶轨迹之间的第一偏差。

在本发明的一个实施例中，所述第二确定单元配置为：若所述目标行驶轨迹包含多个离散轨迹点，则分别计算所述多个离散轨迹点与所述当前位置之间的距离，将距离所述当前位置最近的离散轨迹点作为所述目标位置；若所述目标行驶轨迹为连续轨迹，则根据所述连续轨迹对应的轨迹函数计算所述当前位置与所述轨迹函数上的各个点之间的距离关系，根据所述距离关系确定所述目标位置。

在本发明的一个实施例中，所述第三确定单元配置为：根据所述目标位置，在所述目标行驶轨迹的前进方向上选取与所述目标位置之间相距预定距离的位置作为所述预瞄点位置，其中，所述预定距离为所述车辆在预定时长内行驶的距离。

在本发明的一个实施例中，所述第一计算单元配置为：计算所述当前位置与所述目标位置之间的第一误差、所述当前位置与所述预瞄点位置之间的第二误差，以及所述目标位置与所述预瞄点位置之间的第三误差；根据所述第一误差、所述第二误差和所述第三误差，计算所述第一偏差。

在本发明的一个实施例中，所述第一计算单元配置为通过以下公式计算所述第一偏差：

其中，Δd表示所述第一偏差；Δd₁表示所述第一误差；Δd₂表示所述第二误差；Δd₃表示所述第三误差。

在本发明的一个实施例中，所述第一处理单元1004包括：第四确定单元，用于根据所述车辆运动信息中包含的航向角信息确定所述车辆的实际航向；第五确定单元，用于根据所述车辆的预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的切线方向，确定所述车辆的目标航向；第二计算单元，用于计算所述车辆的实际航向与所述目标航向之间的差值，以得到所述第二偏差。

在本发明的一个实施例中，所述第二处理单元1006包括：第三计算单元，用于根据所述第一偏差和所述第二偏差，计算对所述方向盘进行控制的反馈控制量；叠加单元，用于将对所述方向盘进行控制的前馈控制量和所述反馈控制量进行叠加，以得到对所述车辆的方向盘进行控制的转角控制量。

在本发明的一个实施例中，所述第三计算单元配置为：获取位置误差增益和航向误差增益；将所述位置误差增益作为所述第一偏差的权重、将所述航向误差增益作为所述第二偏差的权重，对所述第一偏差和所述第二偏差进行加权求和，得到和值；计算所述和值与预定的反馈控制增益的乘积，将所述乘积的相反数作为所述反馈控制量。

在本发明的一个实施例中，所述第三计算单元还用于：根据所述车辆的预瞄点位置，确定所述预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率；根据所述预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率，以及所述车辆运动信息中包含的车辆速度，计算所述位置误差增益和所述航向误差增益。

在本发明的一个实施例中，所述第三计算单元配置为通过以下公式计算所述位置误差增益和航向误差增益：

其中，A表示所述位置误差增益；B表示所述航向误差增益；U_x表示所述车辆的纵向速度；K_s表示所述车辆的预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率；c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆和c₇表示常数。

在本发明的一个实施例中，所述的车辆行驶控制装置1000还包括：第四计算单元，用于通过以下公式计算对所述方向盘进行控制的前馈控制量：

其中，Frd表示所述前馈控制量；L表示所述车辆的轴距，lf表示所述车辆的重心到前轮轴心的距离，lr表示所述车辆的重心到后轮的距离，m表示所述车辆的质量，Cf表示所述车辆的前轮轮胎的侧偏刚度，Cr表示所述车辆的后轮轮胎的侧偏刚度，U_x表示所述车辆的纵向速度；K_s表示所述车辆的预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率。

在本发明的一个实施例中，基于前述方案，所述控制单元1008配置为：基于所述转角控制量所包含的指定方向和指定角度，控制所述车辆的方向盘朝所述指定方向转动所述指定角度。

需要说明的是，本发明上述实施例的技术方案是以对车辆进行行驶控制为例进行了阐述，其中的车辆可以是作为交通工具的正常车辆。在本发明的其它实施例中，车辆也可以泛指需要进行行驶控制的其它设备，比如机器人设备等。

图11示出了适于用来实现本发明实施例的电子设备的计算机***的结构示意图。该电子设备能够执行本发明上述实施例中所述的车辆行驶控制方法，以实现对车辆的控制；上述实施例中的车辆行驶控制装置可以是该电子设备，也可以是该电子设备的一部分，该电子设备设置于车辆的内部，用于实现对车辆的横向控制。

需要说明的是，图11示出的电子设备的计算机***1100仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图11所示，计算机***1100包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)1101，其可以根据存储在只读存储器(Read-Only Memory，ROM)1102中的程序或者从存储部分1108加载到随机访问存储器(Random Access Memory，RAM)1103中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 1103中，还存储有***操作所需的各种程序和数据。CPU1101、ROM 1102以及RAM 1103通过总线1104彼此相连。输入/输出(Input/Output，I/O)接口1105也连接至总线1104。

以下部件连接至I/O接口1105：包括键盘、鼠标等的输入部分1106；包括诸如阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)、液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)等以及扬声器等的输出部分1107；包括硬盘等的存储部分1108；以及包括诸如LAN(Local AreaNetwork，局域网)卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1109。通信部分1109经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1110也根据需要连接至I/O接口1105。可拆卸介质1111，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1110上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1108。

特别地，根据本发明的实施例，下文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1109从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1111被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)1101执行时，执行本申请的***中限定的各种功能。

需要说明的是，本发明实施例所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。

作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该电子设备执行时，使得该电子设备实现上述实施例中所述的方法。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施方式的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (15)

1.一种车辆行驶控制方法，其特征在于，包括：

获取车辆的目标行驶轨迹和车辆运动信息；

根据所述目标行驶轨迹和所述车辆运动信息，计算所述车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与所述目标行驶轨迹之间的第一偏差，以及所述车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差；

根据所述第一偏差和所述第二偏差，确定对所述车辆的方向盘进行控制的转角控制量；

基于所述转角控制量，对所述车辆进行控制。

2.根据权利要求1所述的车辆行驶控制方法，其特征在于，根据所述目标行驶轨迹和所述车辆运动信息，计算所述车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与所述目标行驶轨迹之间的第一偏差，包括：

根据所述车辆运动信息中包含的定位信息确定所述车辆的当前位置；

根据所述目标行驶轨迹和所述当前位置，确定所述目标行驶轨迹上与所述当前位置距离最近的目标位置；

根据所述目标行驶轨迹和所述目标位置，确定所述车辆的预瞄点位置；

基于所述当前位置、所述目标位置和所述预瞄点位置，计算所述车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与所述目标行驶轨迹之间的第一偏差。

3.根据权利要求2所述的车辆行驶控制方法，其特征在于，根据所述目标行驶轨迹和所述当前位置，确定所述目标行驶轨迹上与所述当前位置距离最近的目标位置，包括：

若所述目标行驶轨迹包含多个离散轨迹点，则分别计算所述多个离散轨迹点与所述当前位置之间的距离，将距离所述当前位置最近的离散轨迹点作为所述目标位置；

若所述目标行驶轨迹为连续轨迹，则根据所述连续轨迹对应的轨迹函数计算所述当前位置与所述轨迹函数上的各个点之间的距离关系，根据所述距离关系确定所述目标位置。

4.根据权利要求2所述的车辆行驶控制方法，其特征在于，根据所述目标行驶轨迹和所述目标位置，确定所述车辆的预瞄点位置，包括：

根据所述目标位置，在所述目标行驶轨迹的前进方向上选取与所述目标位置之间相距预定距离的位置作为所述预瞄点位置，其中，所述预定距离为所述车辆在预定时长内行驶的距离。

5.根据权利要求2所述的车辆行驶控制方法，其特征在于，基于所述当前位置、所述目标位置和所述预瞄点位置，计算所述车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与所述目标行驶轨迹之间的第一偏差，包括：

计算所述当前位置与所述目标位置之间的第一误差、所述当前位置与所述预瞄点位置之间的第二误差，以及所述目标位置与所述预瞄点位置之间的第三误差；

根据所述第一误差、所述第二误差和所述第三误差，计算所述第一偏差。

6.根据权利要求5所述的车辆行驶控制方法，其特征在于，通过以下公式计算所述第一偏差：

其中，Δd表示所述第一偏差；Δd₁表示所述第一误差；Δd₂表示所述第二误差；Δd₃表示所述第三误差。

7.根据权利要求1所述的车辆行驶控制方法，其特征在于，根据所述目标行驶轨迹和所述车辆运动信息，计算所述车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差，包括：

根据所述车辆运动信息中包含的航向角信息确定所述车辆的实际航向；

根据所述车辆的预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的切线方向，确定所述车辆的目标航向；

计算所述车辆的实际航向与所述目标航向之间的差值，以得到所述第二偏差。

8.根据权利要求1所述的车辆行驶控制方法，其特征在于，根据所述第一偏差和所述第二偏差，确定对所述车辆的方向盘进行控制的转角控制量，包括：

根据所述第一偏差和所述第二偏差，计算对所述方向盘进行控制的反馈控制量；

将对所述方向盘进行控制的前馈控制量和所述反馈控制量进行叠加，以得到对所述车辆的方向盘进行控制的转角控制量。

9.根据权利要求8所述的车辆行驶控制方法，其特征在于，根据所述第一偏差和所述第二偏差，计算对所述方向盘进行控制的反馈控制量，包括：

获取位置误差增益和航向误差增益；

将所述位置误差增益作为所述第一偏差的权重、将所述航向误差增益作为所述第二偏差的权重，对所述第一偏差和所述第二偏差进行加权求和，得到和值；

计算所述和值与预定的反馈控制增益的乘积，将所述乘积的相反数作为所述反馈控制量。

10.根据权利要求9所述的车辆行驶控制方法，其特征在于，获取位置误差增益和航向误差增益，包括：

根据所述车辆的预瞄点位置，确定所述预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率；

根据所述预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率，以及所述车辆运动信息中包含的车辆速度，计算所述位置误差增益和所述航向误差增益。

11.根据权利要求10所述的车辆行驶控制方法，其特征在于，通过以下公式计算所述位置误差增益和航向误差增益：

其中，A表示所述位置误差增益；B表示所述航向误差增益；U_x表示所述车辆的纵向速度；K_s表示所述车辆的预瞄点位置在所述目标行驶轨迹上的曲率；c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆和c₇表示常数。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的车辆行驶控制方法，其特征在于，基于所述转角控制量，对所述车辆进行控制，包括：

基于所述转角控制量所包含的指定方向和指定角度，控制所述车辆的方向盘朝所述指定方向转动所述指定角度。

13.一种车辆行驶控制装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取车辆的目标行驶轨迹和车辆运动信息；

第一处理单元，用于根据所述目标行驶轨迹和所述车辆运动信息，计算所述车辆在行驶过程中的实际行驶轨迹与所述目标行驶轨迹之间的第一偏差，以及所述车辆的实际航向与目标航向之间的第二偏差；

第二处理单元，用于根据所述第一偏差和所述第二偏差，确定对所述车辆的方向盘进行控制的转角控制量；

控制单元，用于基于所述转角控制量，对所述车辆进行控制。

14.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至12中任一项所述的车辆行驶控制方法。

15.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至12中任一项所述的车辆行驶控制方法。