CN113428218A - 一种车辆转向控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车辆转向控制方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：获取车辆的运动轨迹信息；根据所述运动轨迹信息确定横摆角速度，所述横摆角速度包括前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度；根据所述前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度确定目标横摆角速度；根据所述目标横摆角速度确定方向盘转角；根据所述方向盘转角对所述车辆进行转向控制。本发明通过对方向盘转角的合理控制，弥补了车辆横向行驶的误差，提高了车辆转向控制的准确性和安全性。

Description

一种车辆转向控制方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域，特别涉及一种车辆转向控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

车辆转向控制是高级自动驾驶的一部分，其目标是能够准确跟随上层规划器出来的轨迹，具体来说是保证车辆的航向角和横向偏差都为0，同时满足舒适性的要求。

目前的常用的车辆转向控制方法主要有PID控制，但是完全的PID控制没有考虑车辆模型的影响，实际应用中参数较多，调校复杂，而且PID控制对象也往往决定控制效果。基于车辆运动学的纯跟踪法，一方面车辆运动学模型没有考虑车身的动力学参数，另外一方面纯跟踪法没有考虑车身的角度偏差，在变化的车道线环境下跟踪不及时。基于车辆动力学的LQR方法，该方法虽然综合考虑了航向角和横向偏差在内，但是LQR最优控制器设计相关假设，导致曲率快速变化时候容易超调；理论上MPC控制是综合考虑车辆动力学模型和时变环境因素的一种非线性最优的方法，但是因为计算量大，得不出真实数值解等原因目前在工程应用较少。

因此，急需一种车辆转向控制的方法，解决现有技术的车辆转向控制中存在的存在参数较多的问题，以及现有技术的车辆转向控制中没有考虑到车身的动力学参数、车身角度偏差对车辆转向控制的影响，造成车辆转向控制时存在较大的误差。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种车辆转向控制方法、装置、设备及存储介质，所述技术方案如下：

一方面，提供了一种车辆转向控制方法，所述方法包括：

获取车辆的运动轨迹信息；

根据所述运动轨迹信息确定横摆角速度，所述横摆角速度包括前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度；

根据所述前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度确定目标横摆角速度；

根据所述目标横摆角速度确定方向盘转角；

根据所述方向盘转角对所述车辆进行转向控制。

另一方面，提供了一种车辆转向控制装置，所述装置包括：

信息获取模块：用于获取车辆的运动轨迹信息；

横摆角确定模块：用于根据所述运动轨迹信息确定横摆角速度，所述横摆角速度包括前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度；

目标横摆角速度确定模块：用于根据所述前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度确定目标横摆角速度；

方向盘转角确定模块：用于根据所述目标横摆角速度确定方向盘转角；

车辆转向控制模块：用于根据所述方向盘转角对所述车辆进行转向控制。

进一步地，所述前馈控制对应的横摆角速度包括第一横摆角速度；所述运动轨迹信息至少包括纵向车速与曲率；

所述横摆角确定模块，包括：

第一横摆角速度确定模块：用于对所述纵向车速与所述曲率进行点乘，确定所述第一横摆角速度。

进一步地，所述前馈控制对应的横摆角速度还包括第二横摆角速度；所述运动轨迹信息还包括横向距离偏差；

所述横摆角确定模块，还包括：

曲率系数确定模块：用于将所述曲率输入至第一插值函数，得到曲率系数；

纵向车速系数确定模块：用于将所述纵向车速输入至第二插值函数，得到纵向车速系数；

预瞄距离确定模块：用于根据所述曲率系数、所述纵向车速系数、所述纵向车速与预设的预瞄时间确定预瞄距离，所述预瞄距离为所述车辆到预设预瞄点的纵向距离；

欧式距离确定模块：用于根据所述预瞄距离与所述横向距离偏差确定所述车辆到预设预瞄点的欧式距离；

第二横摆角速度确定模块：用于根据所述欧式距离与所述纵向车速确定所述第二横摆角速度。

进一步地，所述反馈控制对应的横摆角速度包括第三横摆角速度；

所述横摆角确定模块，还包括：

横向加速度确定模块：用于将所述横向距离误差输入至三项控制器，得到横向加速度；

第三横摆角速度确定模块：用于根据所述横向加速度与所述纵向车速确定所述第三横摆角速度。

进一步地，所述反馈控制对应的横摆角速度还包括第四横摆角速度；所述运动轨迹信息还包括朝向角误差；

所述横摆角确定模块，还包括：

航向偏差确定模块：用于根据所述朝向角误差、所述曲率、所述欧式距离确定航向偏差；

第四横摆角速度确定模块：用于将所述航向偏差输入至所述三项控制器，确定所述第四横摆角速度。

进一步地，所述目标横摆角速度确定模块，包括：

对所述第一横摆角速度、所述第二横摆角速度、所述第三横摆角速度和所述第四横摆角速度进行累加，得到所述目标横摆角速度。

进一步地，所述方向盘转角确定模块，包括：

转向传动比获取模块：用于获取所述车辆的转向传动比；

横摆参数值确定模块：用于将所述目标横摆角速度与所述纵向车速输入至行车二自由度模型中，得到横摆参数值；

第一方向盘转角确定模块：用于根据所述转向传动比与所述横摆参数值确定所述方向盘转角。

另一方面提供了一种设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如上述的车辆转向控制方法。

另一方面提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上述的车辆转向控制方法。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例针对获取的运动轨迹信息调整车辆进行转向控制所需的横摆角速度，使车辆能够针对运动轨迹信息中的纵向车速、曲率、横向距离偏差和朝向角误差进行合理的控制，减少车辆转向控制的误差，其次，根据横摆角速度中的前馈控制对应的横摆角速度和反馈控制对应的横摆角速度得到目标横摆角速度，并将目标横摆角速度输入至行车二自由度模型，进而结合转向传动比确定方向盘转角，根据方向盘转角实现对车辆的转向控制，本发明实施例不仅提高了车辆转向控制的准确性，还弥补了车辆横向行驶的误差，实现高精确度的进行转向控制，符合自动驾驶的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1为本发明实施例提供的一种车辆转向控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种车辆转向控制的应用环境示意图；

图3为本发明实施例提供的一种车辆转向控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

需要说明的是，本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一执行顺序。在实际中的***或服务器产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。

实施例：

请参阅图1，其为本发明实施例提供的一种车辆转向控制方法的流程示意图，所述方法具体包括以下步骤：

S101：获取车辆的运动轨迹信息；

在本发明实施例中，获取的运动轨迹信息至少包括纵向车速、曲率、横向距离偏差和朝向角误差，根据获取的运动轨迹信息确定车辆转向控制的各种控制参数，实现车辆针对实际的运动路线进行精确的车辆转向控制。

S102：根据所述运动轨迹信息确定横摆角速度，所述横摆角速度包括前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度；

在本发明实施例中，任意选择预瞄点，该预瞄点为车辆根据转向控制所转向行驶到的目标点，车辆根据运动至预瞄点的轨迹信息确定车辆转向控制的横摆角速度，其中横摆角速度包括前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度，前馈控制对应的横摆角速度根据获取的运动轨迹信息来进行直接的计算，得到车辆转向控制所需的前馈控制期望得到的横摆角速度，反馈控制对应的横摆角速度则根据三项控制器对获得的数据进行优化处理，进而确定车辆转向控制所需的反馈控制期望得到的横摆角速度。

下面针对前馈控制对应的横摆角速度进行详细的说明，在一个可选的实施方式中，前馈控制对应的横摆角速度包括第一横摆角速度，对于期望控制的第一横摆角速度则根据纵向车速与驶向该预瞄点的曲率进行点乘，得到第一横摆角速度，第一横摆角速度的求解公式如下式：

DisredYaw1＝v_x·curvature

其中，DisredYaw1为第一横摆角速度，v_x为纵向车速，curvature为曲率。

在一个可选的实施方式中，前馈控制对应的横摆角速度还包括第二横摆角速度，将获取的曲率输入至第一插值函数，得到曲率系数，同时将纵向车速输入至第二插值函数，得到纵向车速系数，需要说明的是，第一插值函数和第二插值函数仅仅是用于区别类似的对象，都是用于拟合函数，并不做具体的区分。根据曲率系数、纵向车速系数、纵向车速与预设的预瞄时间确定预瞄距离，其中，预瞄距离为车辆到预瞄点的纵向距离，具体的预瞄距离可表示为：

PredlictedDistance＝CurvatureCoef*VelocityCoef*BasePredictionTime*v_x

其中，PredictedDistance为预瞄距离，CurvatureCoef为曲率系数，VelocityCoef为纵向车速系数，BasePredictionTime为预瞄时间，v_x为纵向车速，在该式中曲率系数为CurvatureCoef＝interpolate(curvature)，纵向车速系数为VelocityCoef＝interpolate(velocity)，其中，interpolate为插值函数。

相应的，如图2所示，其为本发明实施例提供的一种车辆转向控制的应用环境示意图，在图中可以清晰的看出横向距离误差和预瞄距离，A点则为预瞄点，根据横向距离误差与预瞄距离确定该车辆到预瞄点的欧式距离，具体的欧式距离可表示为：

EuclideanDistance＝sqrt(PredicteDistance，lateralDistance)

其中，EuclideanDistance为欧式距离，lateralDistance为横向距离误差，PredicteDistance为预瞄距离。

根据计算得到的欧式距离与纵向车速确定第二横摆角速度，具体的第二横摆角速度可表示为：

DisredYaw2＝v_x/EuclideanDistance

其中，DisredYaw2为第二横摆角速度，EuclideanDistance为欧式距离，v_x为纵向车速，在第二横摆角速度求解的过程中，默认纵向车速保持不变。

下面针对反馈控制对应的横摆角速度进行详细的说明，在一个可选的实施方式中，通过三项控制器对横向距离误差的调整控制，得到车辆进行转向控制对应的横向加速度，进而根据横向加速度与纵向车速确定第三横摆角速度，第三横摆角速度的求解如下式所示：

a_y＝PID(lateralDistance)

DisiredYaw3＝a_y/v_x

其中，DisiredYaw3为第三横摆角速度，a_y为横向加速度，lateralDistance为横向距离误差，v_x为纵向车速。

具体的，反馈控制对应的第四横摆角速度确定是基于获取的朝向角误差与曲率、欧式距离确定航向偏差，并将航向偏差的值输入至三项控制器进行控制调节，得到车辆进行转向控制所需的第四横摆角速度，第四横摆角速度的具体求解如下式所示：

DisredYaw4＝PID(Error_heading)

其中，DisredYaw4为第四横摆角速度，heading为朝向角误差，EuclideanDistance为欧式距离，curvature为曲率，Error_heading为航向偏差。

通过以上对第一横摆角速度、第二横摆角速度、第三横摆角速度和第四横摆角速度的描述，可以看出该车辆转向控制时充分针对车辆存在的一些误差值进行合理的控制，使得车辆能够进行准确度较高的转向控制，满足自动驾驶的需求。

S103：根据所述前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度确定目标横摆角速度；

在本发明实施例中，对上述计算得到第一横摆角速度、第二横摆角速度、第三横摆角速度和第四横摆角速度进行累加求和，得到最终车辆进行转向控制所需要的的目标横摆角速度，车辆可以根据目标横摆角速度来进而控制方向盘转角，目标横摆角速度的确定公式可表示为：

desiredDisredYaw＝k₁.DisredYaw1+k₂.DisredYaw2+DisredYaw3+DisredYaw4

其中，k1和k2分别为第一横摆角速度的系数和第二横摆角速度的系数，其根据曲率和横向距离误差来确定，具体为：

k＝parameter*sign(curvature)*lateralDistance

其中，parameter为可调参数，可根据实际情况来进行确定，lateralDistance为横向距离误差，curvature为曲率。

S104：根据所述目标横摆角速度确定方向盘转角；

S105：根据所述方向盘转角对所述车辆进行转向控制。

在本发明实施例中，通过将目标横摆角速度与纵向车速输入至已知的行车二自由度模型中，得到横摆参数值，同时结合获取的转向传动比，确定车辆进行转向控制所需的方向盘转角，具体的方向盘转角可表示为：

SteeringAngle＝steeringRatio*BicycleModel(v_x，desiredYawRate)

其中，SteeringAngle为方向盘转角，steeringRatio为转向传动比，BicycleModel为行车二自由度模型，v_x为纵向速度，desiredYawRate为目标横摆角速度，进而可通过确定的方向盘转角来对车辆进行高精确度的转向控制，弥补了车辆横向行驶的误差，符合自动驾驶的需求。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例针对获取的运动轨迹信息调整车辆进行转向控制所需的横摆角速度，使车辆能够针对运动轨迹信息中的纵向车速、曲率、横向距离偏差和朝向角误差进行合理的控制，减少车辆转向控制的误差，其次，根据横摆角速度中的前馈控制对应的横摆角速度和反馈控制对应的横摆角速度得到目标横摆角速度，并将目标横摆角速度输入至行车二自由度模型，进而结合转向传动比确定方向盘转角，根据方向盘转角实现对车辆的转向控制，本发明实施例不仅提高了车辆转向控制的准确性，还弥补了车辆横向行驶的误差，实现高精确度的进行转向控制，符合自动驾驶的需求。

本发明实施例中还提供了一种车辆转向控制装置，所述装置如图3所示，其为本发明实施例提供的一种车辆转向控制装置的结构框图，该装置包括：

信息获取模块10：用于获取车辆的运动轨迹信息；

横摆角确定模块20：用于根据所述运动轨迹信息确定横摆角速度，所述横摆角速度包括前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度；

目标横摆角速度确定模块30：用于根据所述前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度确定目标横摆角速度；

方向盘转角确定模块40：用于根据所述目标横摆角速度确定方向盘转角；

车辆转向控制模块50：用于根据所述方向盘转角对所述车辆进行转向控制。

进一步地，所述前馈控制对应的横摆角速度包括第一横摆角速度；所述运动轨迹信息至少包括纵向车速与曲率；

所述横摆角确定模块20，包括：

第一横摆角速度确定模块：用于对所述纵向车速与所述曲率进行点乘，确定所述第一横摆角速度。

进一步地，所述前馈控制对应的横摆角速度还包括第二横摆角速度；所述运动轨迹信息还包括横向距离偏差；

所述横摆角确定模块20，还包括：

曲率系数确定模块：用于将所述曲率输入至第一插值函数，得到曲率系数；

纵向车速系数确定模块：用于将所述纵向车速输入至第二插值函数，得到纵向车速系数；

预瞄距离确定模块：用于根据所述曲率系数、所述纵向车速系数、所述纵向车速与预设的预瞄时间确定预瞄距离，所述预瞄距离为所述车辆到预设预瞄点的纵向距离；

欧式距离确定模块：用于根据所述预瞄距离与所述横向距离偏差确定所述车辆到预设预瞄点的欧式距离；

第二横摆角速度确定模块：用于根据所述欧式距离与所述纵向车速确定所述第二横摆角速度。

进一步地，所述反馈控制对应的横摆角速度包括第三横摆角速度；

所述横摆角确定模块20，还包括：

横向加速度确定模块：用于将所述横向距离误差输入至三项控制器，得到横向加速度；

第三横摆角速度确定模块：用于根据所述横向加速度与所述纵向车速确定所述第三横摆角速度。

进一步地，所述反馈控制对应的横摆角速度还包括第四横摆角速度；所述运动轨迹信息还包括朝向角误差；

所述横摆角确定模块20，还包括：

航向偏差确定模块：用于根据所述朝向角误差、所述曲率、所述欧式距离确定航向偏差；

第四横摆角速度确定模块：用于将所述航向偏差输入至所述三项控制器，确定所述第四横摆角速度。

进一步地，所述目标横摆角速度确定模块30，包括：

对所述第一横摆角速度、所述第二横摆角速度、所述第三横摆角速度和所述第四横摆角速度进行累加，得到所述目标横摆角速度。

进一步地，所述方向盘转角确定模块40，包括：

转向传动比获取模块：用于获取所述车辆的转向传动比；

横摆参数值确定模块：用于将所述目标横摆角速度与所述纵向车速输入至行车二自由度模型中，得到横摆参数值；

第一方向盘转角确定模块：用于根据所述转向传动比与所述横摆参数值确定所述方向盘转角。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本发明实施例提供了一种设备，该设备包括处理器和存储器，该存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或指令集由该处理器加载并执行以实现如上述方法实施例所提供的车辆转向控制方法。

本发明的实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质可设置于设备之中以保存用于实现方法实施例中一种车辆转向控制方法相关的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或指令集由该处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的车辆转向控制方法。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种车辆转向控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取车辆的运动轨迹信息；

根据所述运动轨迹信息确定横摆角速度，所述横摆角速度包括前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度；

根据所述前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度确定目标横摆角速度；

根据所述目标横摆角速度确定方向盘转角；

根据所述方向盘转角对所述车辆进行转向控制。

2.根据权利要求1所述的一种车辆转向控制方法，其特征在于，所述前馈控制对应的横摆角速度包括第一横摆角速度；所述运动轨迹信息至少包括纵向车速与曲率；

所述根据所述运动轨迹信息确定横摆角速度，包括：

对所述纵向车速与所述曲率进行点乘，确定所述第一横摆角速度。

3.根据权利要求2所述的一种车辆转向控制方法，其特征在于，所述前馈控制对应的横摆角速度还包括第二横摆角速度；所述运动轨迹信息还包括横向距离偏差；

所述根据所述运动轨迹信息确定横摆角速度，还包括：

将所述曲率输入至第一插值函数，得到曲率系数；

将所述纵向车速输入至第二插值函数，得到纵向车速系数；

根据所述曲率系数、所述纵向车速系数、所述纵向车速与预设的预瞄时间确定预瞄距离，所述预瞄距离为所述车辆到预设预瞄点的纵向距离；

根据所述预瞄距离与所述横向距离偏差确定所述车辆到预设预瞄点的欧式距离；

根据所述欧式距离与所述纵向车速确定所述第二横摆角速度。

4.根据权利要求3所述的一种车辆转向控制方法，其特征在于，所述反馈控制对应的横摆角速度包括第三横摆角速度；

所述根据所述运动轨迹信息确定横摆角速度，还包括：

将所述横向距离误差输入至三项控制器，得到横向加速度；

根据所述横向加速度与所述纵向车速确定所述第三横摆角速度。

5.根据权利要求4所述的一种车辆转向控制方法，其特征在于，所述反馈控制对应的横摆角速度还包括第四横摆角速度；所述运动轨迹信息还包括朝向角误差；

所述根据所述运动轨迹信息确定横摆角速度，还包括：

根据所述朝向角误差、所述曲率、所述欧式距离确定航向偏差；

将所述航向偏差输入至所述三项控制器，确定所述第四横摆角速度。

6.根据权利要求5所述的一种车辆转向控制方法，其特征在于，所述根据所述前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度确定目标横摆角速度，包括：

对所述第一横摆角速度、所述第二横摆角速度、所述第三横摆角速度和所述第四横摆角速度进行累加，得到所述目标横摆角速度。

7.根据权利要求6所述的一种车辆转向控制方法，其特征在于，所述根据所述目标横摆角速度确定方向盘转角，包括：

获取所述车辆的转向传动比；

将所述目标横摆角速度与所述纵向车速输入至行车二自由度模型中，得到横摆参数值；

根据所述转向传动比与所述横摆参数值确定所述方向盘转角。

8.一种车辆转向控制装置，其特征在于，所述装置包括：

信息获取模块：用于获取车辆的运动轨迹信息；

横摆角确定模块：用于根据所述运动轨迹信息确定横摆角速度，所述横摆角速度包括前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度；

目标横摆角速度确定模块：用于根据所述前馈控制对应的横摆角速度与反馈控制对应的横摆角速度确定目标横摆角速度；

方向盘转角确定模块：用于根据所述目标横摆角速度确定方向盘转角；

车辆转向控制模块：用于根据所述方向盘转角对所述车辆进行转向控制。

9.一种设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1～7中任一项所述的车辆转向控制方法。

10.一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令或者至少一段程序，所述至少一条指令或者所述至少一段程序由处理器加载并执行以实现如权利要求1～7中任一项所述的车辆转向控制方法。

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