CN117533395A - 一种半挂车辆转向控制方法、***、车辆及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动驾驶技术领域，公开了一种半挂车辆转向控制方法、***、车辆及存储介质，方法包括：获取半挂车辆的车辆参数和历史状态信息；基于车辆参数建立车辆运动学模型并其确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式；获取当前挂车等效前轮转角，基于车辆参数中的当前道路曲率对当前挂车等效前轮转角进行曲率约束得到第一挂车等效前轮转角；根据车辆参数、车辆运动学模型和历史状态信息对铰接角进行补偿处理得到补偿铰接角，将其与第一挂车等效前轮转角对当前挂车等效前轮转角进行限幅处理，得到第二挂车等效前轮转角并结合补偿铰接角代入关系式得到转角控制量，用于半挂车辆转向控制。本发明提高了半挂车控制的稳定性和准确性。

Description

一种半挂车辆转向控制方法、***、车辆及存储介质

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域，具体涉及一种半挂车辆转向控制方法、***、车辆及存储介质。

背景技术

在自动驾驶控制时，通常基于车辆当前的位置和姿态，计算与路径规划目标轨迹和姿态的误差，实现对车辆的横向控制。对于半挂车来说，牵引车位置姿态可由定位***，如载波相位差分定位技术(Real-timekinematic，RTK)获取，其精度较高和时延较低；而挂车的位置姿态获取通常可采用以下方式：在挂车也安装定位设备可获取低延时高精度的挂车位置和姿态；或与感知***共用传感器(如激光雷达)，通过牵引车上安装的感知传感器识别挂车和牵引车的相对位置关系，即铰接角大小，可计算出挂车的位置和姿态。然而挂车的位置姿态获取因采用的技术方案与牵引车不同，在误差和时延上会有差异，较大的误差和时延会对控制***产生影响，降低***稳定性甚至无法实现相应控制功能。

现有技术方案中，如果在挂车也安装定位设备的方法，虽然避免了引入较大时延和误差的风险，但是需要增加车辆传感器成本，造成传感器资源浪费，大规模应用时将导致成本过高，无法实现项目落地；若使用与感知***共用传感器(如激光雷达)识别铰接角的方法，则受激光雷达硬件限制，导致数据帧率较低，存在感知数据处理时延，铰接角与其对应真值存在较大误差和时延，在实际应用中极易出现严重的方向盘摆动，导致转向控制不稳定，甚至出现控制***失稳、失败的现象。

综上，相关技术中依赖铰接角来对半挂车辆进行转向控制时，由于铰接角采集数据的延时和误差，容易出现半挂车辆转向控制不稳定、准确性低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种半挂车辆转向控制方法、***、车辆及存储介质，以解决现有技术依赖铰接角来对半挂车辆进行转向控制时，由于铰接角采集数据的延时和误差，容易出现半挂车辆转向控制不稳定、准确性低的问题。

第一方面，本发明提供了一种半挂车辆转向控制方法，半挂车辆包括牵引车和挂车，牵引车与挂车铰接，方法包括：

获取半挂车辆的车辆参数和历史状态信息，其中，车辆参数包括与半挂车辆转向控制相关的参数，历史状态信息为半挂车辆在不同历史时刻记录的转向控制参数；

基于车辆参数建立车辆运动学模型，并基于车辆运动学模型确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式；

获取半挂车辆的当前挂车等效前轮转角，基于车辆参数中的当前道路曲率对当前挂车等效前轮转角进行曲率约束，得到第一挂车等效前轮转角；

根据车辆参数、车辆运动学模型和历史状态信息对铰接角进行补偿处理，得到补偿铰接角；

根据第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角对当前挂车等效前轮转角进行限幅处理，得到第二挂车等效前轮转角；

将第二挂车等效前轮转角和补偿铰接角代入关系式得到转角控制量，并基于转角控制量对半挂车辆进行转向控制。

本发明考虑到铰接角采集数据的延时和误差，基于车辆参数、历史状态信息、转向延时模拟和半挂车运动学模型进行铰接角的预测补偿，能够实现铰接角的准确预测，解决了铰接角延时引起的半挂车泊车转向剧烈甩动、控制不稳定的问题；还通过对虚拟的挂车等效前轮转角进行曲率约束和限幅修正处理，能够在不同道路曲率条件下自适应调整挂车虚拟等效前轮转角的修正幅度，避免了剧烈控制调整导致的半挂车折叠的发生，能够大大提高半挂车控制的稳定性和准确性。

在一种可选的实施方式中，车辆参数还包括牵引车航向、挂车航向、牵引车车速、牵引车轴距、牵引车前轮转角、挂车轴距、铰接角和牵引车后轮中心至铰接点距离；车辆运动学模型包括铰接角、牵引车航向以及挂车航向对应的导数关系式；基于车辆参数建立车辆运动学模型，并基于车辆运动学模型确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式，包括：

基于牵引车航向和挂车航向，确定铰接角导数关系式；

基于牵引车车速、牵引车轴距和牵引车前轮转角，确定牵引车航向导数关系式；

基于牵引车车速、挂车轴距、铰接角、牵引车后轮中心至铰接点距离、牵引车轴距和牵引车前轮转角，确定挂车航向导数关系式；

基于铰接角导数关系式、牵引车航向导数关系式和挂车航向导数关系式，确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式。

本发明基于车辆参数建立半挂车辆运动学模型，并基于该模型推导出挂车等效前轮转角、铰接角和牵引车前轮转角的对应关系式，能够为后续半挂车辆进行转向控制提供转角控制量的理论依据，一定程度上保障了半挂车辆转向控制的准确性。

在一种可选的实施方式中，车辆参数还包括目标行驶路径，获取半挂车辆的当前挂车等效前轮转角，基于车辆参数中的当前道路曲率对挂车等效前轮转角进行曲率约束，得到第一挂车等效前轮转角，包括：

从车辆参数中的目标行驶路径中任选一个目标位置点；

基于挂车轴距和目标位置点，确定半挂车辆的当前挂车等效前轮转角；

获取目标位置点的当前道路曲率，并基于当前道路曲率进行线性插值，得到道路曲率与挂车等效前轮转角的插值表；

基于当前道路曲率和插值表，确定第一挂车等效前轮转角。

本发明对目标行驶路径任一位置点的纯跟踪来获取挂车等效前轮转角，并基于当前道路曲率对挂车等效前轮转角进行曲率约束，能够实现在不同道路曲率条件下自适应调整挂车虚拟转向角的修正幅度，有效避免了因铰接角误差引起的转向波动，保障了半挂车辆转向控制的稳定性。

在一种可选的实施方式中，转向控制参数包括牵引车车速、延时校正转角控制量和牵引车航向，其中，延时校正转角控制量为利用铰接角延时对转角控制量进行延时模拟得到。

本发明利用铰接角延时对转角控制量进行惯性环节延时模拟，有助于解决因铰接角延时引起的半挂车转向剧烈甩动的问题，一定程度上保障了铰接角的准确性。

在一种可选的实施方式中，根据车辆参数、车辆运动学模型和历史状态信息对铰接角进行补偿处理，得到补偿铰接角，包括：

根据半挂车辆的当前铰接角以及历史状态信息中前一时刻的牵引车航向确定前一时刻的挂车航向；

基于挂车航向导数关系式、历史状态信息中前一时刻的牵引车车速和延时校正转角控制量以及铰接角延时，确定补偿后的当前挂车航向；

根据半挂车辆的当前牵引车航向和补偿后的当前挂车航向，确定补偿铰接角。

本发明基于车辆参数、历史状态信息、转向延时模拟和半挂车运动学模型进行铰接角的预测补偿，大大提高半挂车控制的稳定性和准确性。

在一种可选的实施方式中，据第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角对当前挂车等效前轮转角进行限幅处理，得到第二挂车等效前轮转角，包括：

将第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角相加，得到第一角度；

将第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角相减，得到第二角度；

若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角大于第一角度时，确定第一角度为第二挂车等效前轮转角；

若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角小于第二角度时，确定第二角度为第二挂车等效前轮转角；

若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角不小于第二角度且不大于第一角度时，确定当前挂车等效前轮转角为第二挂车等效前轮转角。

本发明对挂车等效前轮转角进行限幅处理，能够保证车辆行驶的稳定性，使挂车等效前轮转角可以适应多种半挂车辆驾驶场景，一定程度上提高了半挂车控制的通用性和鲁棒性。

在一种可选的实施方式中，获取半挂车辆的车辆参数，包括：

通过半挂车辆安装的自动驾驶***获取目标行驶路径、牵引车轴距、挂车轴距、牵引车后轮中心至铰接点距离、铰接角和铰接角延时；

基于半挂车辆搭载的预设采集设备获取车辆位置信息、道路曲率、牵引车航向、牵引车前轮转角、牵引车车速；

根据铰接角和牵引车航向，确定挂车航向。

本发明通过多种方式获取半挂车辆转向控制相关的参数，能够保障数据的准确性，有助于保障半挂车转向控制的转角控制量的准确性，提高半挂车辆的转向控制精度。

第二方面，本发明提供了一种半挂车辆转向控制***，***包括：

数据获取模块，用于获取半挂车辆的车辆参数和历史状态信息，其中，车辆参数包括与半挂车辆转向控制相关的参数，历史状态信息为半挂车辆在不同历史时刻记录的转向控制参数；

模型建立模块，用于基于车辆参数建立车辆运动学模型，并基于车辆运动学模型确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式；

曲率约束模块，用于获取半挂车辆的当前挂车等效前轮转角，基于车辆参数中的当前道路曲率对当前挂车等效前轮转角进行曲率约束，得到第一挂车等效前轮转角；

补偿处理模块，用于根据车辆参数、车辆运动学模型和历史状态信息对铰接角进行补偿处理，得到补偿铰接角；

限幅处理模块，用于根据第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角对当前挂车等效前轮转角进行限幅处理，得到第二挂车等效前轮转角；

转向控制模块，用于将第二挂车等效前轮转角和补偿铰接角代入关系式得到转角控制量，并基于转角控制量对半挂车辆进行转向控制。

本发明的半挂车辆转向控制***，基于车辆参数、历史状态信息、转向延时模拟和半挂车运动学模型获取铰接角的预测补偿，以及对挂车等效前轮转角进行曲率约束和限幅修正处理，能够有效解决铰接角的延时和误差问题，提高了半挂车控制的稳定性和准确性。

第三方面，本发明提供了一种车辆，车辆包括控制器，控制器包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的一种半挂车辆转向控制方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的一种半挂车辆转向控制方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的半挂车辆转向控制方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的另一半挂车辆转向控制方法的流程示意图；

图3是本发明实施例的车辆参数示意图；

图4是本发明实施例的半挂车辆转向控制方法的具体流程示意图；

图5是根据本发明实施例的半挂车辆转向控制***的结构框图；

图6是本发明实施例的车辆的控制器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例，提供了一种半挂车辆转向控制方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中提供了一种半挂车辆转向控制方法，图1是根据本发明实施例的半挂车辆转向控制方法的流程示意图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

步骤S101，获取半挂车辆的车辆参数和历史状态信息，其中，车辆参数包括与半挂车辆转向控制相关的参数，历史状态信息为半挂车辆在不同历史时刻记录的转向控制参数。

需要说明的是，本实施例中的半挂车辆包括牵引车和挂车，其中，牵引车和挂车通过铰接方式连接，且铰接点位于牵引车的后轮中心前方；半挂车辆由牵引车后轮提供驱动力，牵引车前轮提供转向牵引。

在本实施例中，半挂车辆的车辆参数和历史状态信息和具体获取方式在此不作限制，可依据实际项目需求适应性调整。例如，历史状态信息可进行车端本地存储或云端存储，通过访问本地或云端存储文件获取对应的历史状态信息，仅作为示例性说明，不以此为限制。

步骤S102，基于车辆参数建立车辆运动学模型，并基于车辆运动学模型确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式。

需要说明的是，本实施例中的车辆运动学模型为半挂车经典运动学模型，其包括牵引车速度以及铰接角、牵引车航向和挂车航向的导数关系式，用来表征具体参数在半挂车运动过程中的变化情况。

在本实施例中，基于车辆不发生侧滑的假设，结合车辆参数进行非完整性约束下的推导得到车辆运动学模型。

步骤S103，获取半挂车辆的当前挂车等效前轮转角，基于车辆参数中的当前道路曲率对当前挂车等效前轮转角进行曲率约束，得到第一挂车等效前轮转角。

需要说明的是，在半挂车辆转向控制中牵引车前轮提供转向牵引(挂车不存在前轮)，在本实施例中将挂车作为单独的车辆考虑(假设挂车存在前轮，以及挂车后轮不发生侧滑)，参考牵引车的前轮转角，得到虚拟的当前挂车等效前轮转角。

实际应用中，由于车辆行驶道路的复杂性，在不同道路曲率驾驶场景下，由于铰接角异常波动可能引起虚拟的当前挂车等效前轮转角大幅度抖动，进而出现牵引车大幅度摆动，从而影响半挂车辆转向控制的稳定性。本实施例对虚拟的当前挂车等效前轮转角的曲率约束，能够自适应不同道路曲率工况、降低了铰接角异常波动、避免了半挂车辆转向行驶不稳定的问题，大大提高了半挂车辆转向控制的鲁棒性。

步骤S104，根据车辆参数、车辆运动学模型和历史状态信息对铰接角进行补偿处理，得到补偿铰接角。

需要说明的是，由于铰接角的延时问题，现有技术直接通过铰接角和当前车辆参数得到的转角控制量，使得其准确性不高，难以满足车辆转向行驶的稳定性和准确性要求，且存在一定的驾驶风险。为解决铰接角的延时问题，本实施例基于车辆参数、车辆运动学模型和历史状态信息对铰接角进行补偿处理以获得准确的铰接角，有助于提高半挂车辆转向控制的准确性。

步骤S105，根据第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角对当前挂车等效前轮转角进行限幅处理，得到第二挂车等效前轮转角。

对于理想的驾驶场景，可以获取无误差和延时的铰接角，从而得到理想的挂车等效前轮转角。然而实际驾驶场景中道路工况复杂多变，挂车等效前轮转角变化相对铰接角变化存在一定的要求，若挂车等效前轮转角变化相对铰接角变化过大易造成车辆转向行驶不稳定。本实施例通过获取挂车等效前轮转角的变化范围，基于第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角确定变化边界数值，可降低存在误差时挂车等效前轮转角的不稳定状态，保证了挂车等效前轮转角的合理性，提高了半挂车控制的稳定性。

步骤S106，将第二挂车等效前轮转角和补偿铰接角代入关系式得到转角控制量，并基于转角控制量对半挂车辆进行转向控制。

在本实施例中，基于转角控制量对半挂车辆进行转向控制的具体控制方式在此不作限定，依据实际驾驶需求适应性调整。例如，将转角控制量发送底盘执行车辆转向；或将转角控制量转换为方向盘转角控制量，并基于方向盘转角控制量控制方向盘执行车辆转向，仅作为示例性说明，不以此为限制。

本发明实施例基于车辆参数、历史状态信息、转向延时模拟和半挂车运动学模型进行铰接角的预测补偿，能够实现铰接角的准确预测，解决了铰接角延时引起的半挂车泊车转向剧烈甩动、控制不稳定的问题；还通过对虚拟的挂车等效前轮转角进行曲率约束和限幅修正处理，能够在不同道路曲率条件下自适应调整挂车虚拟等效前轮转角的修正幅度，避免了剧烈控制调整导致的半挂车折叠的发生，大大提高了半挂车控制的稳定性和准确性。

在本实施例中提供了一种半挂车辆转向控制方法，图2是根据本发明实施例的另一半挂车辆转向控制方法的流程示意图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S201，获取半挂车辆的车辆参数和历史状态信息，其中，车辆参数包括与半挂车辆转向控制相关的参数，历史状态信息为半挂车辆在不同历史时刻记录的转向控制参数。

在本实施例中，与半挂车辆转向控制相关的车辆参数包括：目标行驶路径、车辆位置信息、道路曲率、牵引车轴距、挂车轴距、牵引车后轮中心至铰接点距离、牵引车航向、铰接角、挂车航向、牵引车前轮转角、牵引车车速和铰接角延时。具体地，获取半挂车辆的车辆参数，包括：

步骤A1，通过半挂车辆安装的自动驾驶***获取目标行驶路径、牵引车轴距、挂车轴距、牵引车后轮中心至铰接点距离、铰接角和铰接角延时。

在一具体实施例中，自动驾驶***包括感知模块、规划模块、定位模块。具体地，感知模块用于识别挂车和牵引车的相对位置关系，输出铰接角大小，其中，铰接角＝牵引车航向-挂车航向；感知模块也提供铰接角延时。规划模块用于提供目标行驶路径也称轨迹规划结果，包括规划的轨迹点坐标、曲率和航向信息。定位模块提供牵引车位置坐标和航向信息。

步骤A2，基于半挂车辆搭载的预设采集设备获取车辆位置信息、道路曲率、牵引车航向、牵引车前轮转角、牵引车车速。

在本实施例中，预设采集设备的具体内容不做限制，依据实际应用需求设定。例如，通过线控底盘反馈车辆速度信息，即牵引车车速；通过车身搭载的曲率传感器获取当前车辆行驶道路的曲率，仅作为示例性说明。

步骤A3，根据铰接角和牵引车航向，确定挂车航向。

需要说明的是，在本实施例中的铰接角和牵引车航向可通过自动驾驶***或预设采集设备直接获取，然后基于铰接角＝牵引车航向-挂车航向的公式确定挂车航向。

在一具体实施例中，获取的车辆参数如图3所示。需要说明的是，图3中半挂车辆包括：牵引车和挂车，牵引车和挂车通过铰接方式连接，铰接点位于牵引车的后轮中心前方。其中，Q为牵引车前轮中心、J为铰接点、R为牵引车后轮中心、G为挂车后轮中心、L₁为牵引车轴距(牵引车前轮中心至等效后轮中心的距离)、L₂为挂车轴距(铰接点至挂车等效后轮中心距离)、L_a为牵引车后轮中心至铰接点距离、θ₀为牵引车航向、θ₁为挂车航向(铰接角即为牵引车和挂车所成的夹角，铰接角＝牵引车航向θ₀-挂车航向θ₁)、δ_f为牵引车前轮转角以及v₀为牵引车车速。

在本实施例中，转向控制参数包括牵引车车速、延时校正转角控制量和牵引车航向，其中，延时校正转角控制量为利用铰接角延时对转角控制量进行延时模拟得到。

需要说明的是，本实施例的半挂车辆转向控制方法在一个控制周期内执行，可包含多个控制周期。由于铰接角存在时延需要基于历史状态信息推算当前铰接角，故在每个控制周期TC结束，需将当前状态记入历史状态信息，需要记录的周期数k应满足k×TC≥T的关系式，其中T为铰接角延时。需要说明的是，铰接角延时T直接由自动驾驶***的感知模块提供，其具体数量级为百毫秒的数量级，例如120ms。

具体地，需要记录的信息包括：车速信息(v_m-k,…,v_m-1,v_m)，其中，v_m为上一控制周期的牵引车车速，以此类推(下同)；延时校正转角控制量(s_m-k,…,s_m-1,s_m)、牵引车航向(θ_m-k,…,θ_m-1,θ_m)。本实施例利用铰接角延时对转角控制量进行延时模拟得到延时校正转角控制量s_his计算方法为：在每个控制周期，将本实施例的半挂车辆转向控制方法中牵引车前轮转角控制量s_r，经过延时校正后可得到。其目的为模拟实际车辆的延时响应，假设当前控制周期需要记录进历史数据的延时校正后的转角控制量为s_his，则有：

其中，TS为惯性环节时间常数，其具体数值基于实际使用时车辆转向延时性能适应性调整，调整要求包括使该延时模拟符合实际车辆控制特性。将延时校正后s_his加入历史数据记录列表的最后，记录当前周期车辆响应的牵引车前轮转角控制量；其他历史数据记录无需进行延时模拟，使用车身搭载的传感器反馈的状态记录即可。需要说明的是以上记录的历史状态信息存储后供后续时刻使用。

步骤S202，基于车辆参数建立车辆运动学模型，并基于车辆运动学模型确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式。

在本实施例中，车辆参数还包括牵引车航向、挂车航向、牵引车车速、牵引车轴距、牵引车前轮转角、挂车轴距、铰接角和牵引车后轮中心至铰接点距离；车辆运动学模型包括铰接角、牵引车航向以及挂车航向对应的导数关系式。

具体地，上述步骤S202包括：

步骤S2021，基于牵引车航向和挂车航向，确定铰接角导数关系式。

在本实施例中，铰接角导数关系式描述了铰接角的变化率。

步骤S2022，基于牵引车车速、牵引车轴距和牵引车前轮转角，确定牵引车航向导数关系式。

在本实施例中，牵引车航向导数关系式描述了牵引车航向的变化率。

步骤S2023，基于牵引车车速、挂车轴距、铰接角、牵引车后轮中心至铰接点距离、牵引车轴距和牵引车前轮转角，确定挂车航向导数关系式。

在本实施例中，挂车航向导数关系式描述了挂车航向的变化率。

步骤S2024，基于铰接角导数关系式、牵引车航向导数关系式和挂车航向导数关系式，确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式。

在一具体实施例中，基于车辆不发生侧滑的假设，得到非完整性约束下的车辆运动学模型：

将牵引车车速v₀沿着X和Y轴分解得到对应的车速，其中，为牵引车在X轴方向的速度分量、/>为牵引车在Y轴方向的速度分量、/>为铰接角/>的导数、/>为牵引车航向的导数以及/>为挂车航向的导数。

将挂车作为单独的车辆考虑，假设其存在挂车等效前轮转角γ，确定牵引车前轮转角δ_f、挂车等效前轮转角γ和铰接角的关系式为：

步骤S203，获取半挂车辆的当前挂车等效前轮转角，基于车辆参数中的当前道路曲率对当前挂车等效前轮转角进行曲率约束，得到第一挂车等效前轮转角。

在本实施例中，车辆参数还包括目标行驶路径，通过自动驾驶***的规划模块获取。

具体地，上述步骤S203包括：

步骤S2031，从车辆参数中的目标行驶路径中任选一个目标位置点。

在本实施例中，参阅图3，D(x_t,y_t)为目标行驶路径(也称规划轨迹)的一个目标位置点。

步骤S2032，基于挂车轴距和目标位置点，确定半挂车辆的当前挂车等效前轮转角。

在本实施例中，当前挂车等效前轮转角γ的取值可基于纯跟踪或者其他算法获取。参阅图3，以纯跟踪算法为例，在规划轨迹中选取一目标位置点D(x_t,y_t)，假设α为该目标点与挂车后轮中心连线与挂车车身方向所成的夹角，L_d为其距离，则当前挂车等效前轮转角γ为：

步骤S2033，获取目标位置点的当前道路曲率，并基于当前道路曲率进行线性插值，得到道路曲率与挂车等效前轮转角的插值表。

在本实施例中，目标位置点的当前道路曲率可通过自动驾驶***的规划模块获取或基于车辆搭载的曲率传感器获取。

步骤S2034，基于当前道路曲率和插值表，确定第一挂车等效前轮转角。

在一具体实施例中，对步骤S2032中的当前挂车等效前轮转角γ进行曲率约束，由规划模块获取目标位置点D处的道路曲率；并将该曲率作为锚定值进行线性插值，获取当前挂车等效前轮转角γ的约束值γ_limit来避免因铰接角误差引起的转向波动，既能在直线路段出现大幅度转向时修正影响来实现控制的稳定性，又能确保弯道过弯获取所需的修正量。插值表如表1所示。

表1

ρ0	ρ1	…	ρn-1	ρn
					γlimit_1	γlimit_2	…	γlimit_n-1	γlimit_n

需要说明的是，插值表中的γ_{limit_1}所在行的数值等均通过调试标定提前确定出来，实际使用时，如果目标位置点的当前道路曲率ρ满足ρ_n-1≤ρ≤ρ_n，则第一挂车等效前轮转角γ_limit通过公式确定。

本发明实施例对目标行驶路径任一位置点的纯跟踪来获取挂车等效前轮转角，并基于当前道路曲率对挂车等效前轮转角进行曲率约束，能够实现在不同道路曲率条件下自适应调整挂车虚拟转向角的修正幅度，有效避免了因铰接角误差引起的转向波动，保障了半挂车辆转向控制的稳定性。

步骤S204，根据车辆参数、车辆运动学模型和历史状态信息对铰接角进行补偿处理，得到补偿铰接角。

具体地，上述步骤S204包括：

步骤S2041，根据半挂车辆的当前铰接角以及历史状态信息中前一时刻的牵引车航向确定前一时刻的挂车航向。

在本实施例中，半挂车辆的当前铰接角通过自动驾驶***的感知模块获取，历史状态信息中前一时刻的牵引车航向通过访问车辆本地存储记录获取。

步骤S2042，基于挂车航向导数关系式、历史状态信息中前一时刻的牵引车车速和延时校正转角控制量以及铰接角延时，确定补偿后的当前挂车航向。

步骤S2043，根据半挂车辆的当前牵引车航向和补偿后的当前挂车航向，确定补偿铰接角。

在一具体实施例中，已知半挂车辆的当前铰接角铰接角延时T、补偿周期数为p＝T/TC(TC为控制周期)、p周期前一时刻的牵引车航向θ_m-p、p周期前一时刻的牵引车车速为v_m-p以及p周期前一时刻的延时校正转角控制量s_m-p；

根据铰接角＝牵引车航向-挂车航向，得到p周期前一时刻的挂车航向

根据挂车航向导数关系式得到补偿后的当前挂车航向θ₁为：

则补偿铰接角为：

本发明实施例基于车辆参数、历史状态信息、转向延时模拟和半挂车运动学模型进行铰接角的预测补偿，大大提高半挂车控制的稳定性和准确性。

步骤S205，根据第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角对当前挂车等效前轮转角进行限幅处理，得到第二挂车等效前轮转角。

在本实施例中，通过获取挂车等效前轮转角的变化范围对当前挂车等效前轮转角进行限幅处理，包括：

步骤B1，将第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角相加，得到第一角度。

步骤B2，将第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角相减，得到第二角度。

步骤B3，若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角大于第一角度时，确定第一角度为第二挂车等效前轮转角。

步骤B4，若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角小于第二角度时，确定第二角度为第二挂车等效前轮转角。

步骤B5，若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角不小于第二角度且不大于第一角度时，确定当前挂车等效前轮转角为第二挂车等效前轮转角。

在一具体实施例中，使用步骤S2034中得到的第一挂车等效前轮转角γ_limit对挂车等效前轮转角进行限幅，得到限幅后的第二挂车等效前轮转角γ_real，其表示为：

本发明实施例对挂车等效前轮转角进行限幅处理，能够保证车辆行驶的稳定性，使挂车等效前轮转角可以适应多种半挂车辆驾驶场景，一定程度上提高了半挂车控制的通用性和鲁棒性。

步骤S206，将第二挂车等效前轮转角和补偿铰接角代入关系式得到转角控制量，并基于转角控制量对半挂车辆进行转向控制。详细请参见图1所示实施例的步骤S106，在此不再赘述。

在一具体实施例中，参阅图4，半挂车辆转向的自动泊车控制，具体控制流程包括：

步骤S1，获取输入信号。

在本实施例中，通过自动驾驶***的规划模块、定位模块和感知模块获取车辆参数。具体地牵引车定位信号由安装在牵引车上的组合导航定位设备测量反馈获取，得到牵引车位置(x_a,y_a)和牵引车航向θ₀、感知模块通过识别挂车姿态计算获取铰接角和铰接角延时T；规划模块获取轨迹规划信息，如提供目标行驶路径(x₀,y₀),(x₁,y₁)…(x_t,y_t)…(x_n,y_n)；底盘反馈牵引车车速v₀；以及通过车辆预设采集设备获取的牵引车轴距L₁、挂车轴距L₂、牵引车后轮中心至铰接点距离L_a、牵引车航向θ₀、挂车航向θ₁和牵引车前轮转角δ_f。

步骤S2，获取某个记录的控制周期TC的历史状态信息。

需要说明的是，一阶惯性环节模拟转向延时响应是利用铰接角延时对转角控制量延时模拟，并记录延时模拟得到的延时校正转角控制量。

步骤S3，建立车辆运动学模型并进行铰接角运动学预测。

步骤S4，预测补偿后的挂车位姿。

步骤S5，确定挂车位姿与预瞄点运动学关系。

需要说明的是，该步骤为车辆的规划轨迹并进行轨迹跟踪。

步骤S6，确定该车等效转向角。

需要说明的是，该步骤为获取挂车等效前轮转角。

步骤S7，等效转向角曲率自适应约束。

需要说明的是，该步骤为对挂车等效前轮转角的曲率约束和限幅处理。

步骤S8，逆向运动学模型求解。

需要说明的是，该步骤为挂车等效前轮转角转换为牵引车转向角，即将第二挂车等效前轮转角和补偿铰接角代入关系式得到转角控制量。

步骤S9，获取方向盘转角进行线控底盘的车辆转向控制。

综上，本发明实施例考虑了铰接角实际应用时存在的误差和延时问题，基于运动学模型进行铰接角预测补偿，修正铰接角延时问题，避免因铰接角延时导致转向控制时牵引车大幅度左右摆动问题；基于路径曲率进行挂车虚拟前轮转角自适应插值约束，降低转向因铰接角误差引起的方向盘剧烈抖动，避免牵引车和挂车折叠，控制失稳的现象。

在本实施例中还提供了一种半挂车辆转向控制***，该***用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的术语“模块”，其可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的***较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

本发明提供一种半挂车辆转向控制***，如图5所示，***包括：

数据获取模块501，用于获取半挂车辆的车辆参数和历史状态信息，其中，车辆参数包括与半挂车辆转向控制相关的参数，历史状态信息为半挂车辆在不同历史时刻记录的转向控制参数。

模型建立模块502，用于基于车辆参数建立车辆运动学模型，并基于车辆运动学模型确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式。

曲率约束模块503，用于获取半挂车辆的当前挂车等效前轮转角，基于车辆参数中的当前道路曲率对当前挂车等效前轮转角进行曲率约束，得到第一挂车等效前轮转角。

补偿处理模块504，用于根据车辆参数、车辆运动学模型和历史状态信息对铰接角进行补偿处理，得到补偿铰接角。

限幅处理模块505，用于根据第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角对当前挂车等效前轮转角进行限幅处理，得到第二挂车等效前轮转角。

转向控制模块506，用于将第二挂车等效前轮转角和补偿铰接角代入关系式得到转角控制量，并基于转角控制量对半挂车辆进行转向控制。

在一些可选的实施方式中，模型建立模块502包括：第一建立子模块、第二建立子模块、第三建立子模块和第四建立子模块；其中，第一建立子模块，用于基于牵引车航向和挂车航向，确定铰接角导数关系式；第二建立子模块，用于基于牵引车车速、牵引车轴距和牵引车前轮转角，确定牵引车航向导数关系式；第三建立子模块，用于基于牵引车车速、挂车轴距、铰接角、牵引车后轮中心至铰接点距离、牵引车轴距和牵引车前轮转角，确定挂车航向导数关系式；第四建立子模块，用于基于铰接角导数关系式、牵引车航向导数关系式和挂车航向导数关系式，确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式。

在一些可选的实施方式中，曲率约束模块503包括：第一约束子模块、第二约束子模块、第三约束子模块和第四约束子模块；其中，第一约束子模块，用于从车辆参数中的目标行驶路径中任选一个目标位置点；第二约束子模块，用于基于挂车轴距和目标位置点，确定半挂车辆的当前挂车等效前轮转角；第三约束子模块，用于获取目标位置点的当前道路曲率，并基于当前道路曲率进行线性插值，得到道路曲率与挂车等效前轮转角的插值表；第四约束子模块，用于基于当前道路曲率和插值表，确定第一挂车等效前轮转角。

在一些可选的实施方式中，补偿处理模块504包括：第一补偿子模块、第二补偿子模块和第三补偿子模块；其中，第一补偿子模块，用于根据半挂车辆的当前铰接角以及历史状态信息中前一时刻的牵引车航向确定前一时刻的挂车航向；第二补偿子模块，用于基于挂车航向导数关系式、历史状态信息中前一时刻的牵引车车速和延时校正转角控制量以及铰接角延时，确定补偿后的当前挂车航向；第三补偿子模块，用于根据半挂车辆的当前牵引车航向和补偿后的当前挂车航向，确定补偿铰接角。

在一些可选的实施方式中，限幅处理模块505包括：第一限幅子模块、第二限幅子模块、第三限幅子模块、第四限幅子模块和第五限幅子模块；其中，第一限幅子模块，用于将第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角相加，得到第一角度；第二限幅子模块，用于将第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角相减，得到第二角度；第三限幅子模块，用于若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角大于第一角度时，确定第一角度为第二挂车等效前轮转角；第四限幅子模块，用于若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角小于第二角度时，确定第二角度为第二挂车等效前轮转角；第五限幅子模块，用于若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角不小于第二角度且不大于第一角度时，确定当前挂车等效前轮转角为第二挂车等效前轮转角。

在一些可选的实施方式中，***还包括：车辆参数获取子模块，用于通过半挂车辆安装的自动驾驶***获取目标行驶路径、牵引车轴距、挂车轴距、牵引车后轮中心至铰接点距离、铰接角和铰接角延时；基于半挂车辆搭载的预设采集设备获取车辆位置信息、道路曲率、牵引车航向、牵引车前轮转角、牵引车车速；根据铰接角和牵引车航向，确定挂车航向。

上述各个模块的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。

本实施例中的半挂车辆转向控制***是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。

本发明实施例的半挂车辆转向控制***，能够有效解决铰接角的延时和误差问题，大大提高了半挂车控制的稳定性和准确性。

本发明实施例还提供一种车辆，车辆包括控制器，请参阅图6，图6是本发明可选实施例提供的上述控制器的结构示意图，如图6所示，该控制器包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在总控制器内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个总控制器，各个总控制器提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器***)。图6中以一个处理器10为例。

处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。

其中，存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。

存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据控制器的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该控制器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合。

该控制器还包括通信接口30，用于该主控芯片与其他设备或通信网络通信。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器主控芯片或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种半挂车辆转向控制方法，所述半挂车辆包括牵引车和挂车，所述牵引车与所述挂车铰接，其特征在于，所述方法包括：

获取半挂车辆的车辆参数和历史状态信息，其中，所述车辆参数包括与所述半挂车辆转向控制相关的参数，所述历史状态信息为所述半挂车辆在不同历史时刻记录的转向控制参数；

基于所述车辆参数建立车辆运动学模型，并基于所述车辆运动学模型确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式；

获取半挂车辆的当前挂车等效前轮转角，基于所述车辆参数中的当前道路曲率对所述当前挂车等效前轮转角进行曲率约束，得到第一挂车等效前轮转角；

根据所述车辆参数、所述车辆运动学模型和所述历史状态信息对铰接角进行补偿处理，得到补偿铰接角；

根据所述第一挂车等效前轮转角和所述补偿铰接角对所述当前挂车等效前轮转角进行限幅处理，得到第二挂车等效前轮转角；

将所述第二挂车等效前轮转角和所述补偿铰接角代入所述关系式得到转角控制量，并基于所述转角控制量对所述半挂车辆进行转向控制。

2.根据权利要求1所述的半挂车辆转向控制方法，其特征在于，所述车辆参数还包括牵引车航向、挂车航向、牵引车车速、牵引车轴距、牵引车前轮转角、挂车轴距、铰接角和牵引车后轮中心至铰接点距离；所述车辆运动学模型包括铰接角、牵引车航向以及挂车航向对应的导数关系式；所述基于所述车辆参数建立车辆运动学模型，并基于所述车辆运动学模型确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式，包括：

基于牵引车航向和挂车航向，确定铰接角导数关系式；

基于牵引车车速、牵引车轴距和牵引车前轮转角，确定牵引车航向导数关系式；

基于牵引车车速、挂车轴距、铰接角、牵引车后轮中心至铰接点距离、牵引车轴距和牵引车前轮转角，确定挂车航向导数关系式；

基于所述铰接角导数关系式、所述牵引车航向导数关系式和所述挂车航向导数关系式，确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式。

3.根据权利要求2所述的半挂车辆转向控制方法，其特征在于，所述车辆参数还包括目标行驶路径，所述获取半挂车辆的当前挂车等效前轮转角，基于所述车辆参数中的当前道路曲率对所述挂车等效前轮转角进行曲率约束，得到第一挂车等效前轮转角，包括：

从车辆参数中的目标行驶路径中任选一个目标位置点；

基于挂车轴距和所述目标位置点，确定半挂车辆的当前挂车等效前轮转角；

获取所述目标位置点的当前道路曲率，并基于所述当前道路曲率进行线性插值，得到道路曲率与挂车等效前轮转角的插值表；

基于所述当前道路曲率和所述插值表，确定第一挂车等效前轮转角。

4.根据权利要求1所述的半挂车辆转向控制方法，其特征在于，所述转向控制参数包括牵引车车速、延时校正转角控制量和牵引车航向，其中，所述延时校正转角控制量为利用铰接角延时对转角控制量进行延时模拟得到。

5.根据权利要求4所述的半挂车辆转向控制方法，其特征在于，所述根据所述车辆参数、所述车辆运动学模型和所述历史状态信息对铰接角进行补偿处理，得到补偿铰接角，包括：

根据半挂车辆的当前铰接角以及历史状态信息中前一时刻的牵引车航向确定前一时刻的挂车航向；

基于挂车航向导数关系式、历史状态信息中前一时刻的牵引车车速和延时校正转角控制量以及铰接角延时，确定补偿后的当前挂车航向；

根据半挂车辆的当前牵引车航向和所述补偿后的当前挂车航向，确定补偿铰接角。

6.根据权利要求3所述的半挂车辆转向控制方法，其特征在于，所述根据所述第一挂车等效前轮转角和所述补偿铰接角对所述当前挂车等效前轮转角进行限幅处理，得到第二挂车等效前轮转角，包括：

将第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角相加，得到第一角度；

将第一挂车等效前轮转角和补偿铰接角相减，得到第二角度；

若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角大于所述第一角度时，确定所述第一角度为第二挂车等效前轮转角；

若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角小于所述第二角度时，确定所述第二角度为第二挂车等效前轮转角；

若半挂车辆的当前挂车等效前轮转角不小于所述第二角度且不大于所述第一角度时，确定所述当前挂车等效前轮转角为第二挂车等效前轮转角。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的半挂车辆转向控制方法，其特征在于，所述获取半挂车辆的车辆参数，包括：

通过半挂车辆安装的自动驾驶***获取目标行驶路径、牵引车轴距、挂车轴距、牵引车后轮中心至铰接点距离、铰接角和铰接角延时；

基于半挂车辆搭载的预设采集设备获取车辆位置信息、道路曲率、牵引车航向、牵引车前轮转角、牵引车车速；

根据所述铰接角和牵引车航向，确定挂车航向。

8.一种半挂车辆转向控制***，其特征在于，所述***包括：

数据获取模块，用于获取半挂车辆的车辆参数和历史状态信息，其中，所述车辆参数包括与所述半挂车辆转向控制相关的参数，所述历史状态信息为所述半挂车辆在不同历史时刻记录的转向控制参数；

模型建立模块，用于基于所述车辆参数建立车辆运动学模型，并基于所述车辆运动学模型确定牵引车前轮转角、挂车等效前轮转角和铰接角的关系式；

曲率约束模块，用于获取半挂车辆的当前挂车等效前轮转角，基于所述车辆参数中的当前道路曲率对所述当前挂车等效前轮转角进行曲率约束，得到第一挂车等效前轮转角；

补偿处理模块，用于根据所述车辆参数、所述车辆运动学模型和所述历史状态信息对铰接角进行补偿处理，得到补偿铰接角；

限幅处理模块，用于根据所述第一挂车等效前轮转角和所述补偿铰接角对所述当前挂车等效前轮转角进行限幅处理，得到第二挂车等效前轮转角；

转向控制模块，用于将所述第二挂车等效前轮转角和所述补偿铰接角代入所述关系式得到转角控制量，并基于所述转角控制量对所述半挂车辆进行转向控制。

9.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括控制器，所述控制器包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1至7中任一项所述的半挂车辆转向控制方法。

10.一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上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至7中任一项所述的半挂车辆转向控制方法。