CN116572972B - 一种车辆的横向控制方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆的横向控制方法、装置、电子设备及存储介质，该方法包括：获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据参考轨迹和车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标；根据匹配点坐标、车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差；根据横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离；根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角；根据控制转角对车辆方向盘进行控制。本发明的技术方案可以考虑车速对横向控制的影响，实现准确、可靠地获取车辆方向盘的控制转角，降低横向误差，提升车辆横向控制精准度。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种车辆的横向控制方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
自动驾驶是车辆在没有驾驶员操作的情况下自行实现驾驶的一项前沿技术。自动驾驶控制***可以包括环境感知、决策规划和控制执行三部分。具体的，首先可以通过各种传感器如摄像头、激光雷达、毫米波雷达和惯导等对周围环境进行感知。然后可以根据环境感知结果制定驾驶决策。最后，可以控制车辆按照驾驶决策对车辆进行横向控制和纵向控制。纵向控制可以是对车辆的行驶速度进行控制。横向控制可以是控制车辆按照参照轨迹行驶。
现有技术中，通常通过纯跟踪算法进行车辆的横向控制。纯跟踪算法基本思想可以是在每个预设控制周期内，根据车辆前方参考轨迹上的预瞄点确定车辆方向盘的控制转角。然后控制车辆根据控制转角行驶，以实现车辆的横向控制。
但是，根据纯跟踪算法对车辆进行横向控制的方式，忽略了车辆质心与参考轨迹之间横向误差的变化，导致获取的车辆方向盘的控制转角不准确，进而影响车辆的横向控制效果。
发明内容
本发明提供了一种车辆的横向控制方法、装置、电子设备及存储介质，可以考虑车速对横向控制的影响，实现准确地获取车辆方向盘的控制转角，降低横向误差，提升车辆横向控制的精准度。
第一方面，提供了一种车辆的横向控制方法，该方法包括：
获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据参考轨迹和车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标；
根据匹配点坐标、车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差；
根据横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离；
根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角；
根据控制转角对车辆方向盘进行控制。
可选的，在根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角之前，还包括：根据参考轨迹以及匹配点坐标，确定匹配点坐标在参考轨迹上的曲率；根据曲率、车辆轴距、以及调整比例，确定车辆转角补偿值；根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角，包括：根据车辆转角补偿值、预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角。
可选的，根据横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离，包括：根据车辆当前速度以及车辆驾驶的预期速度，确定对横向误差进行比例-积分-微分(Proportion Integration Different iation，PID)控制时的比例增益、积分增益以及微分增益；根据比例增益、积分增益以及微分增益，确定预瞄距离中的基于横向误差的第一距离补偿项；根据第一距离补偿项、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
可选的，根据第一距离补偿项、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离，包括：根据车辆当前速度与预瞄时间的乘积，确定预瞄距离中的基于车辆当前速度的第二距离补偿项；根据第一距离补偿项、以及第二距离补偿项，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
可选的，根据第一距离补偿项、以及第二距离补偿项，确定车辆驾驶中的预瞄距离，包括：根据车辆当前速度以及所述预瞄时间，确定预瞄起始距离；其中，车辆当前速度与所述预瞄起始距离之间存在负相关关系，预瞄时间与预瞄起始距离之间存在正相关关系；根据第一距离补偿项、第二距离补偿项、以及预瞄起始距离，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
可选的，在根据曲率、车辆轴距、以及调整比例，确定车辆转角补偿值之前，还包括：根据车辆当前速度，确定调整比例；其中，车辆当前速度与调整比例之间存在负相关关系。
可选的，根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角，包括：根据预瞄距离、预瞄夹角、车辆轴距、以及方向盘转角比率，确定车辆方向盘的控制转角。
第二方面，提供了一种车辆的横向控制装置，该装置包括：
坐标确定模块，用于获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据参考轨迹和车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标；
横向误差确定模块，用于根据匹配点坐标、车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差；
预瞄距离确定模块，用于根据横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离；
控制转角确定模块，用于根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角；
车辆方向盘控制模块，用于根据控制转角对车辆方向盘进行控制。
第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的车辆的横向控制方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例的车辆的横向控制方法。
本发明实施例的技术方案，通过获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据参考轨迹和车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标；根据匹配点坐标、车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差；根据横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离；根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角；根据控制转角对车辆方向盘进行控制的技术手段，解决了车辆高速行驶时横向误差突变，导致车辆横向控制效果不佳的问题，可以考虑车速对横向控制的影响，实现准确、可靠地获取车辆方向盘的控制转角，降低横向误差，提升车辆横向控制的精准度。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
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是根据本发明实施例一提供的一种车辆的横向控制方法的流程图；
图2是根据本发明实施例二提供的另一种车辆的横向控制方法的流程图；
图3是根据本发明实施例三提供的另一种车辆的横向控制方法的流程图；
图4是根据本发明实施例四提供的一种车辆的横向控制装置的结构示意图；
图5是实现本发明实施例的车辆的横向控制方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当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。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1是根据本发明实施例一提供的一种车辆的横向控制方法的流程图，本实施例可适用于车辆自动驾驶或半自动驾驶中对车辆进行横向控制的情况，该方法可以由车辆的横向控制装置来执行，该车辆的横向控制装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该车辆的横向控制装置可配置于电子设备如车辆控制器中。如图1所示，该方法包括：
步骤110、获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据参考轨迹和车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标。
在本实施例中，参考轨迹可以是车辆自动驾驶的参考路径。参考轨迹中可以包括起始点和终点。车辆状态信息可以包括车辆的行驶方向、速度、位置、航向角和轴距等。匹配点可以是参考轨迹上与当前车辆之前距离最近的点。车辆当前坐标可以是车辆当前所处位置的坐标。示例性的，匹配点坐标可以记作(p_x，p_y)，车辆当前坐标可以记作(x，y)。
在此步骤，具体的，可以根据车辆状态信息，确定车辆当前坐标。然后可以根据当前车辆坐标以及车辆的参考轨迹，确定匹配点坐标。
步骤120、根据匹配点坐标、车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差。
在此步骤，具体的，首先可以计算车辆当前坐标中的横坐标与匹配点的横坐标之间的差值，以及车辆当前坐标中的纵坐标与匹配点的纵坐标之间的差值。然后可以根据上述横坐标之间的差值、纵坐标之间的差值，以及车辆航向角，计算车辆与参考轨迹之间的横向误差。
在一个具体的实施方式中，车辆当前坐标中的横坐标与匹配点坐标中的横坐标之间的差值，可以通过公式ex＝x-p_x得到。
其中，x是车辆当前坐标中的横坐标，p_x是匹配点的横坐标。
辆当前坐标中的纵坐标与匹配点坐标中的纵坐标之间的差值，可以通过公式ey＝y-p_y得到。
其中，y是车辆当前坐标中的纵坐标，p_y是匹配点的纵坐标。
车辆与参考轨迹之间的横向误差，可以通过下述计算公式得到：
ye＝-sinθ*ex+cosθ*ey
其中，ye为车辆与参考轨迹之间的横向误差，θ为车辆航向角。车辆航向角可以是车辆质心速度与横轴的夹角。
具体的，由于车辆当前坐标中的横坐标与匹配点坐标中的横坐标之间的差值、车辆当前坐标中的纵坐标与匹配点坐标中的纵坐标之间的差值，以及横向误差，可以形成一个三角形。车辆航向角与上述三角形中的一个夹角大小相等。因此可以通过公式ye＝-sinθ*ex+cosθ*ey计算横向误差。
步骤130、根据横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
在本实施例中，预瞄时间可以是从预瞄开始时间到当前时间之间的时间差值。预瞄距离可以用于计算对车辆周围环境进行感知的范围。具体的，可以车辆当前位置为原点，以预瞄距离为半径，计算对车辆周围环境进行感知的范围。预瞄时间和预瞄距离可以根据预瞄点、道路情况，以及车辆周围环境信息确定。上述道路情况可以包括路面干燥、结冰和积水等情况。例如，在路面结冰的情况下确定的预瞄距离，可以大于路面干燥的情况下确定的预瞄距离。
在此步骤，具体的，可以根据车辆当前速度与预瞄时间的相乘结果，以及横向误差，确定预瞄距离。或者，可以根据车辆当前速度、预瞄时间和预设系数三项相乘的结果，以及横向误差，确定预瞄距离。又或者，可以根据横向误差与预设数值相乘的结果、横向误差的求导结果、积分结果，以及车辆当前速度和预瞄时间的相乘结果，确定预瞄距离。
步骤140、根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角。
在本实施例中，预瞄点可以是位于参考轨迹上的点。预瞄点与车辆当前位置的直线距离可以等于预瞄距离。具体的，可以车辆当前坐标为原点，以预瞄距离为半径画圆，得到参考轨迹上与所画圆形重合的点为预瞄点。
具体的，预瞄点和匹配点的选取规则可以如下：如果参考轨迹上的所有点到车辆后轴中心的距离均小于预瞄距离，则可以选择参考轨迹上与车辆后轴中心距离最大的点作为预瞄点。示例性的，假设参考轨迹上存在2100个点，车辆当前坐标为(0,0)，此时车辆当前坐标与参考轨迹之间存在2100个距离值。可以比较上述2100个距离值的大小，如果参考轨迹上的第30个点与车辆之间的距离最近，则可以确定上述第30个点为匹配点。以上述第30个点为起点，继续检查参考轨迹上的1000个点，如果第1029个点和第1030个点与车辆当前位置之间的距离均小于预瞄距离，则可以确定上述第1030个点为预瞄点。
又一示例性的，如果参考轨迹上的第1200个点距离车辆当前位置最近，则可以确定上述第1200个点为匹配点。以上述第1200个点为起点，继续检查参考轨迹上的1000个点，直至第2200个点。但是由于参考轨迹上仅存在2100个点，因此可以将参考轨迹上的第2100个点确定为预瞄点。
车辆轴距可以是车辆前轴中心与车辆后轴中心之间的距离。车辆方向盘的控制转角可以是车辆的前轮转角。
在一个具体的实施方式中，车辆方向盘的控制转角的具体计算公式可以如下所示：
其中，δ为车辆方向盘的控制转角，L车辆轴距，α预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角，ld为预瞄距离。ld的确定考虑了横向误差，避免了横向误差过大影响车辆的横向控制精准度。
步骤150、根据控制转角对车辆方向盘进行控制。
在此步骤，具体的，控制转角对应的角度值可以是正数、负数或0。可选的，可以根据控制转角对应角度值的正负确定车辆方向盘的转动方向。例如，如果控制转角对应的角度值为正数，则可以确定车辆方向盘的转动方向为左。或者，如果控制转角对应的角度值为负数，则可以确定车辆方向盘的转动方向为右。
进一步的，可以根据控制转角对应角度值的大小确定车辆方向盘的转动幅度。例如，如果控制转角对应的角度值为60度，则可以控制车辆方向盘向左转动60度。或者，如果控制转角对应的角度值为-60度，则可以控制车辆方向盘向右转动60度。
这样设置的好处在于，通过对车辆方向盘进行控制，可以改变车辆的航向角，进而实现车辆的横向控制。
在实际应用中，控制转角可以作为自动驾驶控制的输入信息，以供车辆的自动驾驶决策***结合车辆周围设施的坐标位置，实现路径规划和导航。
本实施例的技术方案，通过获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据参考轨迹和车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标；根据匹配点坐标、车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差；根据横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离；根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角的技术手段，解决了车辆高速行驶时横向误差突变，导致车辆的横向控制效果不佳的问题，可以考虑车速对横向控制的影响，实现准确、可靠地获取车辆方向盘的控制转角，降低横向误差，提升车辆横向控制的精准度。
实施例二
图2是根据本发明实施例二提供的另一种车辆的横向控制方法的流程图，本实施例是对上述技术方案的进一步细化，本实施例中的技术方案可以与上述一个或者多个实施例中的各个可选方案结合。如图2所示，该方法包括：
步骤210、获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据参考轨迹和车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标。
步骤220、根据匹配点坐标、车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差。
步骤230、根据横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
步骤240、根据参考轨迹以及匹配点坐标，确定匹配点坐标在参考轨迹上的曲率。
在本实施例中，曲率可以用于表示参考轨迹的弯曲程度。其中，曲率越大，参考轨迹越弯曲。
步骤250、根据曲率、车辆轴距、以及调整比例，确定车辆转角补偿值。
在本实施例中，车辆转角补偿值可以用于确定车辆方向盘的控制转角。调整比例可以是匹配点曲率对应的比例系数。比例系数可以根据车辆状态信息进行确定。
具体的，车辆转角补偿值的具体计算公式可以如下所示：
M＝ZLKref
其中，M为车辆转角补偿值，Z为调整比例，L为车辆轴距，Kref为曲率。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，在根据曲率、车辆轴距、以及调整比例，确定车辆转角补偿值之前，还包括：根据车辆当前速度，确定调整比例；其中，车辆当前速度与调整比例之间存在负相关关系。
示例性的，表1是车辆当前速度和调整比例的标定表。可以通过调整车辆当前速度并观察调整比例对车辆实际横向控制的影响，以此确定车辆转角补偿时的调整比例，和/或根据历史经验，确定上述标定表。如表1所示，在车辆当前速度为10km/h时，调整比例对应数值是1.2。在车辆当前速度为30km/h时，调整比例对应数值是1.1。在车辆当前速度为50km/h时，调整比例对应数值是0.9。在车辆当前速度为80km/h时，调整比例对应数值是0.8。
表1
| Vx(km/h) | 10 | 30 | 50 | 80 |
| Z | 1.2 | 1.1 | 0.9 | 0.8 |
步骤260、根据车辆转角补偿值、预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角。
在一个具体的实施方式中，控制转角可以通过下述计算公式得到：
这样设置的好处在于，通过根据车辆转角补偿值确定车辆方向盘的控制转角，可以避免曲率突变导致车辆的横向控制效果不佳。
步骤270、根据控制转角对车辆方向盘进行控制。
本实施例的技术方案，通过获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据参考轨迹和车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标；根据匹配点坐标、车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差；根据横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离；根据参考轨迹以及匹配点坐标，确定匹配点坐标在参考轨迹上的曲率；根据曲率、车辆轴距、以及调整比例，确定车辆转角补偿值；根据车辆转角补偿值、预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角；根据控制转角对车辆方向盘进行控制的技术手段，解决了车辆高速行驶时横向误差突变，导致车辆的横向控制效果不佳的问题；也可以避免曲率突变导致车辆的横向控制效果不佳，提升了车辆横向控制的可靠性。
实施例三
图3是根据本发明实施例三提供的另一种车辆的横向控制方法的流程图，本实施例是对上述技术方案的进一步细化，本实施例中的技术方案可以与上述一个或者多个实施例中的各个可选方案结合。如图3所示，该方法包括：
步骤310、获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据参考轨迹和车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标。
步骤320、根据匹配点坐标、车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差。
步骤330、根据车辆当前速度以及车辆驾驶的预期速度，确定对横向误差进行PID控制时的比例增益、积分增益以及微分增益。
在本实施例中，车辆驾驶的预期速度可以大于、等于或小于车辆当前速度。对横向误差进行PID控制的参数可以包括比例增益、积分增益和微分增益。比例增益可以用于补偿横向误差增幅。积分增益可以用于消除横向控制的稳态误差。微分增益可以用于避免横向误差对应数值发生震荡。比例增益可以与车辆当前速度正相关。
示例性的，表2是车辆当前速度、比例增益、积分增益和微分增益的标定表。可以通过调整车辆速度比值并观察比例增益、积分增益和微分增益对横向误差的影响，以此确定对横向误差进行PID控制时的比例增益、积分增益和微分增益，和/或根据历史经验，确定上述标定表。上述车辆速度比值可以根据车辆当前速度和车辆驾驶的预期速度进行计算得到。具体的，可以对车辆当前速度和车辆驾驶的预期速度做减法，然后可以采用车辆当前速度和预期速度做减法的结果除以车辆驾驶的预期速度，得到车辆速度比值。
基于比例增益可以用于补偿横向误差增幅，积分增益可以用于消除横向控制的稳态误差，微分增益可以用于避免横向误差对应数值发生震荡；可以通过比例增益、积分增益和微分增益调整横向误差，补偿车辆高速行驶时产生的较大横向误差，提高车辆横向控制的精准度。
如表2所示，Vx为车辆当前速度，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益。在车辆当前速度为10km/h时，比例增益为3，积分增益为2，微分增益为1。在车辆当前速度为30km/h时，比例增益为3，积分增益为2，微分增益为1。在车辆当前速度为50km/h时，比例增益为5，积分增益为3，微分增益为2。在车辆当前速度为80km/h时，比例增益为6，积分增益为3，微分增益为2。
表2
| Vx(km/h) | 10 | 30 | 50 | 80 |
| Kp | 3 | 3 | 5 | 6 |
| Ki | 2 | 2 | 3 | 3 |
| Kd | 1 | 1 | 2 | 2 |
在此步骤，具体的，可以依次采用比例增益、积分增益和微分增益，对横向误差进行PID控制。
步骤340、根据比例增益、积分增益以及微分增益，确定预瞄距离中的基于横向误差的第一距离补偿项。
在本实施例中，第一距离补偿项可以根据横向误差、比例增益、积分增益和微分增益进行计算得到。
在此步骤，具体的，可以对比例增益和横向误差做乘法，得到比例计算结果。可以对横向误差进行积分操作，将积分结果与积分增益相乘，得到积分计算结果。可以计算横向误差的导数，将求导结果与微分增益相乘，得到微分计算结果。然后可以将比例计算结果、积分计算结果和微分计算结果相加，得到第一距离补偿项。第一距离补偿项可以通过将比例增益、积分增益、微分增益以及横向误差作为参数代入中进行计算得到。
步骤350、根据第一距离补偿项、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
具体的，可以将车辆当前速度和预瞄时间相乘，然后将上述相乘结果与第一距离补偿项相加。最后，可以根据上述相加的结果确定车辆驾驶中的预瞄距离。
在本发明实施例的一个可选实施方式中，根据第一距离补偿项、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离，包括：根据车辆当前速度与预瞄时间的乘积，确定预瞄距离中的基于车辆当前速度的第二距离补偿项；根据第一距离补偿项、以及第二距离补偿项，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
在本实施例中，第二距离补偿项Vxtp对应数值可以等于车辆当前速度Vx与预瞄时间tp的相乘结果。具体的，可以将第一距离补偿项与第二距离补偿项Vxtp相加，然后根据上述相加的结果确定车辆驾驶中的预瞄距离ld。
在一个具体的实施方式中，根据第一距离补偿项、以及第二距离补偿项，确定车辆驾驶中的预瞄距离，包括：根据车辆当前速度以及预瞄时间，确定预瞄起始距离；其中，车辆当前速度与所述预瞄起始距离之间存在负相关关系，预瞄时间与预瞄起始距离之间存在正相关关系；根据第一距离补偿项、第二距离补偿项、以及预瞄起始距离，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
在本实施例中，预瞄起始距离可以是起始时刻的预瞄距离。
示例性的，表3是车辆当前速度、预瞄时间和预瞄起始距离的标定表。可以通过调整车辆当前速度和预瞄时间，并观察预瞄起始距离对实际确定预瞄距离的影响，以此确定车辆驾驶的预瞄起始距离，和/或根据历史经验，确定上述标定表。如表3所示，Vx为车辆当前速度，tp为预瞄时间，ld0为预瞄起始距离。在车辆当前速度为10km/h，且预瞄时间为1.2s时，预瞄起始距离为1m。在车辆当前速度为30km/h，且预瞄时间为0.8s时，预瞄起始距离为0.5m。在车辆当前速度为50km/h，且预瞄时间为0.7s时，预瞄起始距离为0.1m。在车辆当前速度为80km/h，且预瞄时间为0.6s时，预瞄起始距离为0.001m。
表3
| Vx(km/h) | 10 | 30 | 50 | 80 |
| tp | 1.2 | 0.8 | 0.7 | 0.6 |
| ld0 | 1 | 0.5 | 0.1 | 0.001 |
在一个具体的实施方式中，车辆驾驶中的预瞄距离可以通过下述计算公式得到：
其中，Vxtp为第二距离补偿项，为第一距离补偿项。ld为预瞄距离，Vx为车辆当前速度，tp为预瞄时间，ld0为预瞄起始距离，kp为比例增益，ki为积分增益，kd为微分增益，ye为横向误差。
这样设置的好处在于，通过第一距离补偿项和第二误差补偿项，可以降低横向误差对横向控制精准度的影响，提高车辆高速行驶时的跟踪精度。通过预瞄起始距离，可以实现更加准确、快速地获取预瞄距离。
步骤360、根据预瞄距离、预瞄夹角、车辆轴距、以及方向盘转角比率，确定车辆方向盘的控制转角。
在本实施例中，方向盘转角比率可以根据用户需求进行预设。
可选的，在上述实施方式的基础上，在根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角之前，还包括：根据参考轨迹以及匹配点坐标，确定匹配点坐标在参考轨迹上的曲率；根据曲率、车辆轴距、以及调整比例，确定车辆转角补偿值；根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角，包括：根据车辆转角补偿值、预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角。
具体的，可以根据方向盘转角比率、预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、车辆轴距、以及车辆转角补偿值，确定车辆方向盘的控制转角。
在一个具体的实施方式中，车辆方向盘的控制转角可以通过下述计算公式得到:
其中，steerratio为方向盘转角比率。
这样设置的好处在于，根据方向盘转角比率计算车辆方向盘的控制转角，考虑了车辆类型不同的情况对车辆横向控制的影响，提高了车辆横向控制的精准度。根据车辆转角补偿值计算车辆方向盘的控制转角，充分考虑了车辆行驶路径曲率突变的情况对控制转角确定的影响，可以实现准确、可靠地获取控制转角，提升了用户的驾驶体验，扩大了车辆横向控制的适用范围。
步骤370、根据控制转角对车辆方向盘进行控制。
本实施例的技术方案，通过获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标；根据匹配点坐标、车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差；根据车辆当前速度以及车辆驾驶的预期速度，确定对横向误差进行PID控制时的比例增益、积分增益以及微分增益；根据比例增益、积分增益以及微分增益，确定预瞄距离中的基于横向误差的第一距离补偿项；根据第一距离补偿项、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离；根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角；根据控制转角对车辆方向盘进行控制的技术手段，解决了车辆高速行驶时横向误差突变，导致车辆的横向控制效果不佳，提高了车辆横向跟踪参考轨迹的精度，提升了用户的驾驶体验。
在上述实施方式的基础上，首先，可以根据横向误差、比例增益、积分增益、微分增益、车辆当前速度、预瞄时间、以及预瞄起始距离，确定车辆驾驶中的预瞄距离。然后可以确定匹配点所在参考轨迹上的曲率。根据曲率、车辆轴距和调整比例，确定车辆转角补偿值。之后，可以根据预瞄距离、预瞄夹角、车辆轴距、车辆转角补偿值以及方向盘转角比率，确定车辆方向盘的控制转角。最后，可以根据上述控制转角对车辆方向盘进行控制。
这样设置的好处在于，考虑了车速和曲率对车辆横向控制的影响，可以实现准确、可靠地获取车辆方向盘的控制转角，提高了车辆横向控制的精准度。
实施例四
图4是根据本发明实施例四提供的一种车辆的横向控制装置的结构示意图。本实施例可适用于车辆自动驾驶或半自动驾驶中对车辆进行横向控制的情况，该车辆的横向控制装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，并可配置于电子设备如车辆控制器中。
如图4所示，本实施例公开的车辆的横向控制装置，包括：
坐标确定模块41，用于获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据参考轨迹和车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标；
横向误差确定模块42，用于根据匹配点坐标、车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差；
预瞄距离确定模块43，用于根据横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离；
控制转角确定模块44，用于根据预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角；
车辆方向盘控制模块45，用于根据控制转角对车辆方向盘进行控制。
本实施例中的技术方案，通过坐标确定模块、横向误差确定模块、预瞄距离确定模块、控制转角确定模块，以及车辆方向盘控制模块的相互配合，可以考虑车速对横向控制的影响，实现准确、可靠地获取车辆方向盘的控制转角，降低了横向误差，提升了车辆横向控制的精准度。
可选的，车辆的横向控制装置还包括车辆转角补偿模块，该模块包括：
曲率确定单元，用于根据参考轨迹以及匹配点坐标，确定匹配点坐标在参考轨迹上的曲率；
调整比例确定单元，用于根据车辆当前速度，确定调整比例；其中，车辆当前速度与调整比例之间存在负相关关系；
车辆转角补偿值确定单元，用于根据曲率、车辆轴距、以及调整比例，确定车辆转角补偿值。
可选的，预瞄距离确定模块43，包括：
增益确定单元，用于根据车辆当前速度以及车辆驾驶的预期速度，确定对横向误差进行PID控制时的比例增益、积分增益以及微分增益；
第一距离补偿项确定单元，用于根据比例增益、积分增益以及微分增益，确定预瞄距离中的基于横向误差的第一距离补偿项；
第一预瞄距离确定单元，用于根据第一距离补偿项、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离；
第二距离补偿项确定单元，用于根据车辆当前速度与预瞄时间的乘积，确定预瞄距离中的基于车辆当前速度的第二距离补偿项；
第二预瞄距离确定单元，用于根据第一距离补偿项、以及第二距离补偿项，确定车辆驾驶中的预瞄距离；
预瞄起始距离确定单元，用于根据车辆当前速度以及所述预瞄时间，确定预瞄起始距离；其中，车辆当前速度与所述预瞄起始距离之间存在负相关关系，预瞄时间与预瞄起始距离之间存在正相关关系；
第三预瞄距离确定单元，用于根据第一距离补偿项、第二距离补偿项、以及预瞄起始距离，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
可选的，控制转角确定模块44，包括：
第一控制转角确定单元，用于根据车辆转角补偿值、预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角；
第二控制转角确定单元，用于根据预瞄距离、预瞄夹角、车辆轴距、以及方向盘转角比率，确定车辆方向盘的控制转角。
本发明实施例所提供的车辆的横向控制装置可执行本发明任意实施例所提供的车辆的横向控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例五
图5示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。
如图5所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。
电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如车辆的横向控制方法。
在一些实施例中，车辆的横向控制方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的车辆的横向控制方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行车辆的横向控制方法。
本文中以上描述的***和技术的各种实施方式可以在数字电子电路***、集成电路***、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上***的***(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程***上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储***、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储***、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行***、装置或设备使用或与指令执行***、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体***、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的***和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的***和技术实施在包括后台部件的计算***(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算***(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算***(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的***和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算***中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将***的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算***可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种车辆的横向控制方法，其特征在于，包括：
获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据所述参考轨迹和所述车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标；
根据所述匹配点坐标、所述车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差；
根据所述横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离；
根据所述预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角；
根据所述控制转角对车辆方向盘进行控制；
其中，所述根据所述横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离，包括：
根据所述车辆当前速度以及车辆驾驶的预期速度，确定对所述横向误差进行PID控制时的比例增益、积分增益以及微分增益；
根据所述比例增益、积分增益以及微分增益，确定预瞄距离中的基于横向误差的第一距离补偿项；
根据所述第一距离补偿项、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角之前，还包括：
根据所述参考轨迹以及所述匹配点坐标，确定所述匹配点坐标在所述参考轨迹上的曲率；
根据所述曲率、所述车辆轴距、以及调整比例，确定车辆转角补偿值；
根据所述预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角，包括：
根据所述车辆转角补偿值、所述预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一距离补偿项、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离，包括：
根据所述车辆当前速度与所述预瞄时间的乘积，确定预瞄距离中的基于车辆当前速度的第二距离补偿项；
根据所述第一距离补偿项、以及所述第二距离补偿项，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述第一距离补偿项、以及所述第二距离补偿项，确定车辆驾驶中的预瞄距离，包括：
根据所述车辆当前速度以及所述预瞄时间，确定预瞄起始距离；其中，所述车辆当前速度与所述预瞄起始距离之间存在负相关关系，所述预瞄时间与所述预瞄起始距离之间存在正相关关系；
根据所述第一距离补偿项、所述第二距离补偿项、以及所述预瞄起始距离，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在根据所述曲率、所述车辆轴距、以及调整比例，确定车辆转角补偿值之前，还包括：
根据车辆当前速度，确定调整比例；其中，所述车辆当前速度与所述调整比例之间存在负相关关系。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角，包括：
根据所述预瞄距离、所述预瞄夹角、车辆轴距、以及方向盘转角比率，确定车辆方向盘的控制转角。
7.一种车辆的横向控制装置，其特征在于，包括：
坐标确定模块，用于获取车辆的参考轨迹和车辆状态信息，并根据所述参考轨迹和所述车辆状态信息确定车辆驾驶中的匹配点坐标和车辆当前坐标；
横向误差确定模块，用于根据所述匹配点坐标、所述车辆当前坐标和车辆航向角，确定车辆与参考轨迹之间的横向误差；
预瞄距离确定模块，用于根据所述横向误差、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离；
控制转角确定模块，用于根据所述预瞄距离、预瞄点与车辆后轴之间的连线和车辆朝向所形成的预瞄夹角、以及车辆轴距，确定车辆方向盘的控制转角；
车辆方向盘控制模块，用于根据所述控制转角对车辆方向盘进行控制；
其中，所述预瞄距离确定模块包括：
增益确定单元，用于根据车辆当前速度以及车辆驾驶的预期速度，确定对横向误差进行PID控制时的比例增益、积分增益以及微分增益；
第一距离补偿项确定单元，用于根据比例增益、积分增益以及微分增益，确定预瞄距离中的基于横向误差的第一距离补偿项；
第一预瞄距离确定单元，用于根据第一距离补偿项、车辆当前速度、以及预瞄时间，确定车辆驾驶中的预瞄距离。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-6中任一项所述的车辆的横向控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的车辆的横向控制方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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