CN115042816A - 路径跟踪方法、装置、设备、介质及程序 - Google Patents

路径跟踪方法、装置、设备、介质及程序 Download PDF

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CN115042816A CN202210730020.9A CN202210730020A CN115042816A CN 115042816 A CN115042816 A CN 115042816A CN 202210730020 A CN202210730020 A CN 202210730020A CN 115042816 A CN115042816 A CN 115042816A
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雍文亮
贺勇
王良
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Abstract

本申请提供一种路径跟踪方法、装置、设备、介质及程序，该方法包括：获取车辆的目标轨迹以及状态信息；基于车辆当前的车速确定车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离；根据目标轨迹确定车辆分别在近点预瞄距离、远点预瞄距离各自对应目标轨迹上的第一预瞄曲率、第二预瞄曲率；对第一预瞄曲率与第二预瞄曲率进行加权融合，确定车辆的综合曲率；将综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过横摆角速率误差得到方向盘角度反馈控制量，根据方向盘角度前馈控制量与方向盘角度后馈控制量构成的闭环控制实现路径跟踪，利用综合曲率在控制过程中不仅减小了横向偏差，还在控制方向上，通过在进出弯过程中提前识别曲率变化，确保了平稳的控制车辆。

Description

路径跟踪方法、装置、设备、介质及程序
技术领域
本申请涉及车辆控制领域或自动驾驶领域，具体涉及一种路径跟踪方法、装置、设备、介质及程序。
背景技术
汽车四化”(即电动化，智能化，网联化，共享化)是汽车行业的发展趋势，智能驾驶是汽车行业智能化的重点之一。路径跟踪是实现智能驾驶的关键系统之一，其控制精度决定最终智能驾驶实现的性能，路径跟踪是指在惯性坐标系中，无人驾驶车辆从一个给定的初始状态出发，跟随和到达理想的几何路径，而车辆的初始点可以在这条路径上，也可以不在路径上。目前工程实践中主要应用的是PID(Proportion IntegrationDifferentiation，比例积分微分)控制算法来实现路径跟踪。
然而，现有的基于PID控制算法的路径跟踪预瞄点选取不合理，容易在控制过程中产生较大误差，使得车辆难以精确实现路径跟踪，可能引发横向控制量的突变，导致失控。
申请内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请提供一种路径跟踪方法、装置、设备、介质及程序产品，以解决上述路径跟踪中控制精度差的技术问题。
在第一方面，本申请提供的一种路径跟踪方法，包括：
获取车辆的目标轨迹以及状态信息，其中，所述状态信息包括车辆当前的车速、当前位置与横摆角速率误差；
基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间，根据所述车辆当前的车速与近点预瞄时间和远点预瞄时间分别确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离；
根据所述目标轨迹确定所述车辆分别在所述近点预瞄距离、远点预瞄距离各自对应目标轨迹上的第一预瞄曲率、第二预瞄曲率；
对所述第一预瞄曲率与所述第二预瞄曲率进行加权融合，确定所述车辆的综合曲率；
将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差得到方向盘角度反馈控制量，根据所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量形成的闭环控制方式控制车辆路径跟踪。
于本申请的一实施例中，所述获取车辆的目标轨迹以及状态信息，还包括：
根据所述车辆的横向偏差、航向角、道路曲率与道路曲率变化率构建所述目标轨迹的目标函数；分别对所述车辆的目标轨迹与状态信息进行预处理，得到预处理后的所述目标轨迹与状态信息；
其中，对所述车辆的目标轨迹进行网格化处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行时间窗化处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行去重处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行裁剪处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行过滤处理。
于本申请的一实施例中，基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间，根据所述车辆当前的车速与近点预瞄时间和远点预瞄时间分别确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离之前，还包括：
根据预设阈值条件对所述车辆的目标轨迹进行判断，若所述车辆的目标轨迹满足预设阈值条件，则激活所述车辆的横向控制功能，准备计算近点预瞄距离与远点预瞄距离；若所述车辆的目标轨迹不满足预设阈值条件，则不激活所述车辆的横向控制功能，以实际方向盘角度控制车辆；
所述预设阈值条件包括以下条件同时满足：所述车速大于预设车速阈值；所述车辆的位置误差绝对值小于预设误差绝对值阈值；所述车辆的道路曲率小于预设道路曲率值阈值；所述车辆的横摆角速度小于预设横摆角速度阈值。
于本申请的一实施例中，所述目标轨迹对应的目标函数为：
y＝a0+a1x1+a2x2+a3x3
其中，y为目标轨迹的横坐标，x为目标轨迹的纵坐标，a0、a1、a2、a3依次为横向偏差、航向角、道路曲率和道路曲率变化率。
于本申请的一实施例中，基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间，根据所述车辆当前的车速与近点预瞄时间和远点预瞄时间分别确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离，包括：
基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间；
将所述车辆当前的车速依次和近点预瞄时间、远点预瞄时间进行运算处理，得到近点距离值与远点距离值；
将最小预瞄距离依次和所述近点距离值、远点距离值进行最大值计算，得到最大近点距离值与最大远点距离值；
将最大预瞄距离依次和最大近点距离值与最大远点距离值进行最小值计算，得到所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离。
于本申请的一实施例中，所述方法还包括以下至少之一：
所述近点预瞄时间和远点预瞄时间的确定方式分别为：
Figure BDA0003712837810000031
其中，t1、t2分别为近点预瞄时间和远点预瞄时间，e为自然指数，ρ为车辆当前位置所对应的轨迹曲率，所述轨迹曲率由当前位置所对应的目标轨迹确定。
于本申请的一实施例中，所述根据所述目标轨迹与所述近点预瞄距离确定所述车辆在近点预瞄距离所对应目标轨迹上的第一预瞄曲率，以及根据所述目标轨迹与所述远点预瞄距离确定所述车辆在所述远点预瞄距离所对应目标轨迹上的第二预瞄曲率，包括：
根据所述目标轨迹的横向偏差、航向角、道路曲率和道路曲率变化率以及所述近点预瞄距离确定所述车辆在近点预瞄距离所对应目标轨迹上的第一预瞄曲率；和，根据所述目标轨迹的横向偏差、航向角、道路曲率和道路曲率变化率以及所述远点预瞄距离确定所述车辆在远点预瞄距离所对应目标轨迹上的第二预瞄曲率。
于本申请的一实施例中，所述方法还包括以下至少之一：
所述第一预瞄曲率的确定方式为，
Figure BDA0003712837810000041
其中，ρ1为第一预瞄曲率，a0为横向偏差，a1为航向角，a2为道路曲率，a3为道路曲率变化率，d1为近点预瞄距离；
所述第二预瞄曲率的确定方式为，
Figure BDA0003712837810000042
其中，ρ2为第二预瞄曲率，a0为横向偏差，a1为航向角，a2为道路曲率，a3为道路曲率变化率，d2为远点预瞄距离。
于本申请的一实施例中，所述对所述第一预瞄曲率与所述第二预瞄曲率进行加权融合，确定所述车辆的综合曲率，包括：
确定所述第一预瞄曲率在近点预瞄距离对应的第一权重系数，以及所述第二预瞄曲率在远点预瞄距离对应的第二权重系数；
对所述第一预瞄曲率与第一权重系数进行加权计算，确定加权的第一预瞄曲率；
对所述第二预瞄曲率与第二权重系数进行加权计算，确定加权的第二预瞄曲率；
对加权的所述第一预瞄曲率与加权的所述第二预瞄曲率进行累加，得到综合曲率。
于本申请的一实施例中，所述方法还包括以下至少之一：
Figure BDA0003712837810000043
其中，vx为车辆当前的速度，w0为恒定权重系数，w1为第一预瞄曲率在近点预瞄距离对应的第一权重系数，w2为第二预瞄曲率在远点预瞄距离对应的第二权重系数，w1、w2在低速区间权重系数分别为恒定值，w1在非低速区间随着车辆速度增大权重系数越小，k为稳定性系常数，k取值范围为(0,0.01)。
于本申请的一实施例中，将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差闭环控制得到方向盘角度反馈控制量，通过所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量实现车辆的路径跟踪，包括：
根据所述综合曲率输出以使所述综合曲率达到车辆的实际行驶轨迹与期望的所述目标轨迹误差最小的最优预瞄曲率，得到方向盘角度前馈控制量；
通过所述横摆角速率误差与当前的车速得到方向盘角度反馈控制量；
以所述方向盘角度前馈控制量为基础结合所述方向盘角度反馈控制量形成闭环控制，按照预设的转速区间与预设的转角区间进行闭环控制实现车辆的路径跟踪。
于本申请的一实施例中，所述方法还包括以下至少之一：
Figure BDA0003712837810000051
其中，δsw_ff为方向盘角度前馈控制量，Δδsw_fd为反馈控制增量，Δδsw_fd1为上一时刻的反馈控制增量，δsw_fd为方向盘角度反馈控制量，δsw_star为方向盘角度总控制量，L为轴距，i为传动比，vx为车辆当前的速度，ρ3为综合曲率，Er为横摆角速率控制误差，Er_1为上一个时刻的横摆角速率控制误差，Er_2为上两个时刻的横摆角速率控制误差，Kp、Ki、Kd分别为反馈控制参数，g为常数，且g的取值范围为0≤g≤1。
在第二方面，本申请提供的一种路径跟踪装置，包括：
获取模块，用于获取车辆的目标轨迹以及状态信息，其中，所述状态信息包括车辆当前的车速、当前位置与横摆角速率误差；
预瞄距离确定模块，基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间，根据所述车辆当前的车速与近点预瞄时间和远点预瞄时间分别确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离；
预瞄曲率确定模块，用于根据所述目标轨迹确定所述车辆分别在所述近点预瞄距离、远点预瞄距离各自对应目标轨迹上的第一预瞄曲率、第二预瞄曲率；
综合曲率确定模块，用于对所述第一预瞄曲率与所述第二预瞄曲率进行加权融合，确定所述车辆的综合曲率；
路径跟踪模块，用于将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差得到方向盘角度反馈控制量，根据所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量形成的闭环控制方式控制车辆路径跟踪。
在第三方面，本申请提供的一种电子设备，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，使得所述电子设备实现上述的路径跟踪方法。
在第四方面，本申请提供的一种车辆设备，包括上述的电子设备。
在第五方面，本申请提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行上述的路径跟踪方法。
在第六方面，本申请提供的一种计算机程序产品或计算机程序，所述计算机程序产品或所述计算机程序包括计算机指令，所述计算机指令存储在计算机可读存储介质中，计算机的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机执行上述的路径跟踪方法。
本申请的有益效果：本申请采集车辆的当前速度和当前位置，根据当前速度、当前位置确定目标轨上的近点预瞄距离与远点预瞄距离，有利于获取车辆的最佳预瞄点所对应的预瞄距离；根据所述目标轨迹与所述近点预瞄距离确定所述车辆在近点预瞄距离所对应目标轨迹上的第一预瞄曲率，还根据所述目标轨迹与所述远点预瞄距离确定所述车辆在所述远点预瞄距离所对应目标轨迹上的第二预瞄曲率；对所述第一预瞄曲率与所述第二预瞄曲率进行加权融合，确定所述车辆的综合曲率，通过综合曲率在控制过程中不仅快速减小了横向偏差，提高了横向偏差的控制精度，还在控制方向上，通过在进出弯过程中提前识别到曲率变化，确保平稳的控制车辆；还有，将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差得到方向盘角度反馈控制量，根据所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量形成的闭环控制方式控制车辆路径跟踪，使车辆的跟踪路径更加贴合期望的目标轨迹，以提高路径跟踪的鲁棒性，增强路径跟踪控制的稳定性。
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，并不能限制本申请。
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，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术者来讲，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是本申请的一示例性实施例示出的路径跟踪方法的实施环境示意图；
图2是本申请的一示例性实施例示出的路径跟踪方法的流程图；
图3是本申请在图2所示实施例中的步骤S220之前的变速率采集流程图；
图4是图2所示实施例中的步骤S220在一示例性的实施例中的流程图；
图5是图2所示实施例中的步骤S240在一示例性的实施例中的流程图；
图6是图2所示实施例中的步骤S250在一示例性的实施例中的流程图；
图7是本申请的一示例性实施例示出的路径跟踪方法完整流程图；
图8是本申请的一示例性实施例示出的双瞄点路径跟踪示意图；
图9是本申请的一示例性实施例示出的路径跟踪装置的结构框图；
图10示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图和优选实施例来说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本申请，而不是为了限制本申请的保护范围。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本申请实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本申请的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本申请的实施例难以理解。
请参阅图1，是本申请的一示例性实施例示出的路径跟踪方法的实施环境示意图。车辆包括一个或多个数据收集器11、轨迹规划信息12(即，道路网络定义文件)、计算机13、和一个或多个控制器14。车辆通常是具有三个或更多轮子的陆基车辆，例如，客车、轻型卡车等。车辆具有前部、后部、左侧和右侧，其中术语前、后、左和右从在标准操作位置中就座在驾驶员的座椅中的车辆的操作员的角度，即面向方向盘被理解。
计算机13通常包括处理器和存储器，该存储器包括一个或多个形式的计算机可读介质，并且存储通过处理器可执行的指令，该指令用于执行各种操作。此外，计算机13可以包括和/或被通信地连接到一个或多个其他计算装置，该一个或多个其他计算装置被包括在车辆中，用于监控和/或控制各种车辆部件。计算机13通常被编程并且设置用于在控制器局域网总线等上通信。
计算机13也可以具有与车载诊断连接器(OBD-II)、CAN(控制器局域网)总线、和/或其他有线或无线机构的连接。通过一个或多个这样的通信机构，计算机13可以将消息传送到车辆中的各种装置和/或接收来自各种装置的消息，各种装置是例如，控制器、致动器、传感器等，包括数据收集器11和控制器14。供选择地或另外，在计算机13实际上包括多个装置的情况下，CAN总线等可以用于在表示为本发明中的计算机13的装置之间的通信。此外，计算机13可以被配置用于通过各种有线和/或无线网络技术，例如，蜂窝、蓝牙、通用串行总线(USB)、有线和/或无线包交换网络等与其他装置进行通信。
计算机13的存储器通常存储收集的数据。收集的数据可以包括通过数据收集器11在车辆中收集的和/或从中得出的各种数据。数据收集器11示例可以包括，例如，关于一个或多个车辆的驾驶行为的数据，例如，随时间而变化的车辆的位置(例如，地理坐标，到车辆的距离等)、随时间而变化的车辆的速度、行驶方向、在不同时间点的方向和速度的变化的数量和幅度等。收集的数据可以进一步包括，例如，信息，比如一个或多个车辆的类型(例如，轻型卡车、客车，小型货车等)、尺寸、品牌、型号等。收集的数据可以额外地包括由从计算机13中的数据收集器11接收的数据计算出的数据。通常，收集的数据可以包括可以通过数据收集器11收集的、通过车辆与车辆间(V2V)或车辆与基础设施间(V2I)通信接收到的、从其它源收集的或接收的任何数据、和/或从这样的数据计算出的任何数据。
计算机13可以被编程为接收来自数据收集器11的数据和关于目标的数据，例如，车辆的目的地、路线、到达时间等。计算机13可以进一步被编程为收集关于车辆的目标的数据和与车辆有关的其它数据，例如车辆正在运行的区域的地图。例如，计算机13可以通过用户界面接收来自用户的输入，该输入表示用户的目的地、用户想要采取的路线、驾驶风格(保守的、运动式)等。计算机13可以进一步包括或接收例如来自全球定位系统(GPS系统)或来自存储器的例如区域的地图。基于接收到的数据，计算机13可以执行所谓的“任务计划”，即，依据道路网络地图上的驾驶方向计划前往目的地的路径。计算机13可以进一步被编程为将该数据存储在存储器中，用于进一步使用，例如，用于在确定驾驶策略和/或驾驶车辆中使用。
通常，每个控制器14可以包括处理器，该处理器被编程为接收来自计算机13的指令、执行该指令、并且将消息发送到计算机13。电子控制单元(ECU)——比如已知的，并且此外具有如本文所述的用于操作的程序设计——是控制器14的示例。此外，每个控制器14可以包括或被通信地连接到设置为使车辆部件，例如，制动器、转向器、节气门等致动的致动器等等。例如，制动控制器可以包括处理器和用于调整制动液的压力的泵。在这个示例中，接收到来自计算机13的指令，处理器就可以激活泵以便提供动力辅助或启动制动操作。
此外，控制器14可以各自包括传感器或以其他方式操作为数据收集器11，以提供关于车辆速度、车辆转向角、悬架的高度等的数据到计算机13。例如，可以将对应于通过制动控制器14施加的制动压力的数据发送到计算机13。
数据收集器11可以包括各种装置，例如，数据收集器11可以包括用于感测环境的部件，例如，追踪车辆的激光雷达、雷达、视频摄像机、超声波传感器、红外传感器。数据收集器11可以进一步包括收集动态车辆的数据，比如速度、横摆率、转向角等部件。此外，上述示例不旨在进行限制。其他类型的数据收集器11，例如加速度计、陀螺仪、压力传感器、温度计、气压计、高度计等可以用来提供数据给计算机13。
道路网络定义文件可以包括其中车辆可以操作的道路网络的编码拓扑度量地图。拓扑度量地图包括用于道路特征和环境中的其他对象的纬度和经度坐标并且基于RNFD文件格式的衍生物进行编码。道路网络定义文件可以供应地图数据例如给计算机13实现轨迹规划信息。
车辆可以进一步包括用户界面，该用户界面可以被包括在计算机13中或被通信地连接到计算机13。用户界面可以用来允许用户监控策略选择程序和/或手动地选择策略来执行。界面可以包括用于将信息传送给用户的一个或多个输出装置，比如显示器、扬声器等。界面可以进一步包括用于接收来自用户的输入的一个或多个输入装置，比如触摸屏显示器、键盘、手势识别装置、开关等。
计算机13可以被编程为存储与车辆有关的数据。如上所述，该数据可以包括表示数据点的历史的数据，例如，随时间而变化的车辆的位姿，随时间而变化的车辆的速度、行驶方向、在不同时间点方向和速度的变化的数量和幅度等。
以上所指出的问题在通用的出行场景中具有普遍适用性。可以看出，现有的基于PID控制算法的路径跟踪难以适应曲率多变的轨迹，同时，预瞄点选取不合理容易在控制过程中产生较大误差，车辆难以精确实现路径跟踪，造成控制精度较低的现象，可能引发横向控制量的突变，导致失控。为解决这些问题，本申请的实施例分别提出一种路径跟踪方法、一种路径跟踪装置、一种电子设备、一种计算机可读存储介质以及一种计算机程序产品，以下将对这些实施例进行详细描述。
请参阅图2，为本申请的一示例性实施例示出的路径跟踪方法的流程图。该方法可以应用于图1所示的实施环境，并由该实施环境中的智能终端具体执行。应理解的是，该方法也可以适用于其它的示例性实施环境，并由其它实施环境中的设备具体执行，本实施例不对该方法所适用的实施环境进行限制。
在一示例性的实施例中，图2是本申请的一示例性实施例示出的路径跟踪方法的流程图，详述如下：
步骤S210，获取车辆的目标轨迹以及状态信息，其中，所述状态信息包括车辆当前的车速、当前位置与横摆角速率误差；
其中，所述目标轨迹包括由横向偏差、航向角、道路曲率和道路曲率变化率构成的多项表达式，而车速信息是利用车辆底盘传感器采集所得，例如，通过车辆上的车载传感器采集感测数据从而获得当前的车速信息，例如，通过目标轨迹以及车辆当前所处位置坐标系的相对位置确定车辆当前位置，例如，电子稳定程序系统通过来自方向盘转角传感器的角度信号获取到横摆角速率误差。
在此，车辆包括但不限于燃油汽车、增程式电动车、纯电动汽车、混合动力汽车、氢能源汽车等。
步骤S220，基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间，根据所述车辆当前的车速与近点预瞄时间和远点预瞄时间分别确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离；
其中，例如，利用车辆当前的车速信息与预瞄时间就可确定当前的预瞄点。预瞄理论可以准确地反映驾驶员的控制行为，并且结构简单，适应性强，因此在轨迹跟踪领域应用较广，通过预瞄理论采用固定预瞄时间的办法来计算预瞄距离。
步骤S230，根据所述目标轨迹与所述近点预瞄距离确定所述车辆在近点预瞄距离所对应目标轨迹上的第一预瞄曲率，以及根据所述目标轨迹与所述远点预瞄距离确定所述车辆在所述远点预瞄距离所对应目标轨迹上的第二预瞄曲率；
其中，利用所述目标轨迹与所述近点预瞄距离之间的关系，可确定车辆在近点预瞄距离所对应目标轨迹上的第一预瞄曲率；利用所述目标轨迹与所述远点预瞄距离之间的关系，可确定车辆在远点预瞄距离所对应目标轨迹上的第二预瞄曲率。
步骤S240，对所述第一预瞄曲率与所述第二预瞄曲率进行加权融合，确定所述车辆的综合曲率；
其中，通过权重系数进行加权求和，即可实现加权融合，得到综合曲率，而使用综合曲率在控制过程中，利用权重系数选取合适的预瞄点且合理分配远预瞄点和近预瞄点，确保了车辆能稳定、精确跟随轨迹。
步骤S250，将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差得到方向盘角度反馈控制量，根据所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量形成的闭环控制方式控制车辆路径跟踪。
其中，将所述综合曲率进行转换得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差得到方向盘角度反馈控制量，根据所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量构成的闭环控制，通过闭环控制实现车辆的路径跟踪。
在本实施例中，采集车辆的当前速度和当前位置，根据当前速度、当前位置确定目标轨上的近点预瞄距离与远点预瞄距离，有利于获取车辆的最佳预瞄点所对应的预瞄距离；通过综合曲率在控制过程中不仅快速减小了横向偏差，提高了横向偏差的控制精度，还在控制方向上，通过在进出弯过程中提前识别到曲率变化，确保平稳的控制车辆；还有，将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差得到方向盘角度反馈控制量，根据所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量构成的闭环控制实现车辆路径跟踪，使车辆的跟踪路径更加贴合期望的目标轨迹，以提高路径跟踪的鲁棒性，增强路径跟踪控制的稳定性。
在另一些实施例中，所述获取车辆的目标轨迹以及状态信息，还包括：
根据所述车辆的横向偏差、航向角、道路曲率与道路曲率变化率构建所述目标轨迹的目标函数；分别对所述车辆的目标轨迹与状态信息进行预处理，得到预处理后的所述目标轨迹与状态信息；该状态信息包括但不限于车辆当前的车速、当前位置与横摆角速率误差。
其中，对所述车辆的目标轨迹进行网格化处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行时间窗化处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行去重处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行裁剪处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行过滤处理。换句话讲，也可对车辆当前的车速、当前位置与横摆角速率误差采用上述处理方式，在此不再赘述。
在此，预处理可以是上述处理方式的任意一种，或，至少其中一种处理方式相结合。
具体地，对所有车辆的目标轨迹均进行网格化处理和时间窗口化处理，基于网格化及时间窗口化为关键匹配步骤，网格大小：k公里；时间窗口：t分钟。
具体地，去重处理包括：第一种以网格化不变，时间轴变化；第二种网格化和时间轴都变化，网格化内同一个时间跨度去重。
具体地，裁剪处理可以根据应用场景进行限定，在此不对裁剪形式做出限定。
具体地，在具体应用场景中，可以对上述过滤处理配置对应的过滤规则，例如，配置的过滤规则可以为：总公里数大于N公里数，这里，N为大于等于1的自然数，可以根据不同应用场景，对N的具体数值进行限定。
通过上述预处理，提高了目标轨迹的准确性，同时，也提高了状态信息的准确性，便于准确计算后续的第一预瞄曲率、第二预瞄曲率。
请参阅图3，本申请在图2所示实施例中的步骤S220之前的变速率采集流程图，其中，所述基于所述车辆当前的车速确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离之前，还包括：
步骤S310，根据预设阈值条件对所述车辆的目标轨迹进行判断，
例如，所述目标轨迹对应的目标函数为：
y＝a0+a1x1+a2x2+a3x3
其中，y为目标轨迹的横坐标，x为目标轨迹的纵坐标，a0、a1、a2、a3依次为横向偏差、航向角、道路曲率和道路曲率变化率。
步骤S320，若所述车辆的目标轨迹满足预设阈值条件，则激活所述车辆的横向控制功能，准备计算近点预瞄距离与远点预瞄距离；
步骤S330，若所述车辆的目标轨迹不满足预设阈值条件，则不激活所述车辆的横向控制功能，以实际方向盘角度控制车辆；
所述预设阈值条件包括以下条件同时满足：所述车速大于预设车速阈值；所述车辆的位置误差绝对值小于预设误差绝对值阈值；所述车辆的道路曲率小于预设道路曲率值阈值；所述车辆的横摆角速度小于预设横摆角速度阈值。
例如，判断车速是否大于预设车速阈值，其中，预设车速阈值为一个标定值，预设车速阈值一般为60km/h。为了保证车辆状态的稳定性，车速应该大于60km/h，如果车速过低，则较短周期的状态判断难以确定车辆状态是否已经对中，即，对准车道中心线。
例如，判断位置误差绝对值是否小于预设误差绝对值阈值，其中，预设误差绝对值阈值为标定值，一般为0.1m。由于路面是非理想化平直路面，所以会有路面的激励扰动，因此，在一定小范围的位置误差下，则认定当前已经处于稳定状态。
例如，判断道路曲率是否小于预设道路曲率值阈值，其中，预设道路曲率值阈值为一个标定值，一般为0.000125。当道路曲率小于0.000125时(即道路半径大于8000m)，则认为当前道路为直道。
例如，判断车辆的横摆角速度是否小于预设横摆角速度阈值，其中，预设横摆角速度阈值为一个标定值，一般为0.003rad/s。当车辆的横摆角速度小于0.003rad/s时，则认为车辆方向为稳定状态。
通过对上述四个预设阈值条件进行判断，若同时满足，则激活所述车辆的横向控制功能，准备计算近点预瞄距离与远点预瞄距离，即，执行步骤S220。相反，若任意一个阈值条件不满足，则不激活所述车辆的横向控制功能，且以实际方向盘角度控制车辆。
通过上述方式，根据车辆当前的状态对横向控制功能进行激活判断，因地制宜能够确定当前车辆的最佳控制方式，提高了路径跟踪的鲁棒性，增强路径跟踪控制的稳定性，通过汽车稳态特性修正车辆在不同速度段的动态响应，使车辆在各种复杂工况下能平稳、精确的跟随期望轨迹。
请参阅图4，为图2所示实施例中的步骤S220在一示例性的实施例中的流程图；
其中，基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间，根据所述车辆当前的车速与近点预瞄时间和远点预瞄时间分别确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离，包括：
步骤S410，基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间；
具体地，通过目标轨迹确定车辆当前位置所对应的轨迹曲率，利用所述轨迹曲率确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间。
步骤S420，将所述车辆当前的车速依次和近点预瞄时间、远点预瞄时间进行运算处理，得到近点距离值与远点距离值；
其中，运算处理包括但不限于算术运算、逻辑运算，在本实施例中，算术运算包括加法、减法、乘法或除法等，在此，通过车速依次和近点预瞄时间、远点预瞄时间进行相乘，分别得到近点距离值与远点距离值。
相比于先确定预瞄距离再确定预瞄点，本申请直接根据当前位置所对应的目标轨迹选择合适的近点预瞄时间和远点预瞄时间，换句话讲，是通过轨迹曲率来确定预瞄点时间；一方面，考虑了车辆当前位置、当前车速；另一方面，符合车辆当前路径行驶跟踪的状态，能够准确选取合理的预瞄点以及精准确定预瞄距离。
步骤S430，将最小预瞄距离依次和所述近点距离值、远点距离值进行最大值计算，得到最大近点距离值与最大远点距离值；
其中，最小预瞄距离根据场景和需求进行设定，在此不做限定，最小预瞄距离代表可选择近点或远点预瞄所对应的最小值，避免了任意选择，导致出现不合理的近点或远点。
步骤S440，将最大预瞄距离依次和最大近点距离值与最大远点距离值进行最小值计算，得到所述。
其中，最大预瞄距离根据场景和需求进行设定，在此不做限定，最大预瞄距离代表可选择近点或远点预瞄所对应的最大值，避免了任意选择，导致出现不合理的近点或远点。
通过上述方式，提高了车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离选取的准确度，以及确保车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离选取额合理性，本申请结合曲率的预瞄点路径跟踪，考虑目标轨迹曲率及曲率变化的，根据当前车速选取目标路径上的多个预瞄点，使得车辆在弯道处能尽量贴合目标轨迹行驶。
所述近点预瞄时间和远点预瞄时间的确定方式分别为：
Figure BDA0003712837810000161
其中，t1、t2分别为近点预瞄时间和远点预瞄时间，e为自然指数，ρ为车辆当前位置所对应的轨迹曲率，所述轨迹曲率由当前位置所对应的目标轨迹确定。
所述近点预瞄距离的确定方式为，
d1＝min[max(vx×t1,dmin)dmax]
其中，t1为近点预瞄时间，d1为近点预瞄距离，dmin为最小预瞄距离，dmax为最大预瞄距离，vx为车辆当前的速度。
所述远点预瞄距离的确定方式为，
d2＝min[max(vx×t2,dmin)dmax]
其中，t2为远点预瞄时间，d2为远点预瞄距离，dmin为最小预瞄距离，dmax为最大预瞄距离，vx为车辆当前的速度。
通过上述方式，能够准确确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离，便于合理地选择近点预瞄距离与远点预瞄距离，在控制过程中使用近预瞄点来快速减小横向偏差，使用远预瞄点来控制方向，确保在进出弯过程中提前识别到曲率变化，能平稳的控制车辆。
在另一些实施例中，所述根据所述目标轨迹与所述近点预瞄距离确定所述车辆在近点预瞄距离所对应目标轨迹上的第一预瞄曲率，以及根据所述目标轨迹与所述远点预瞄距离确定所述车辆在所述远点预瞄距离所对应目标轨迹上的第二预瞄曲率，包括：
根据所述目标轨迹的横向偏差、航向角、道路曲率和道路曲率变化率以及所述近点预瞄距离确定所述车辆在近点预瞄距离所对应目标轨迹上的第一预瞄曲率；和，根据所述目标轨迹的横向偏差、航向角、道路曲率和道路曲率变化率以及所述远点预瞄距离确定所述车辆在远点预瞄距离所对应目标轨迹上的第二预瞄曲率。
其中，曲率定义为一定弦长的曲线轨道所对应的圆心角度，例如，圆心角度大，曲率就大，半径就小，反之，圆心角度小，曲率就小，半径就大。另外，根据道路曲率进行转换确定道路曲率变化率。例如，航向角是指车辆的当前航向与其所在的车道线的夹角。例如，将车辆当前位置和当前航向角与预设路径比较，即可计算实时的横向偏差。或，根据预瞄点的位置、车辆位置与所述车辆航向确定横向偏差。
可选地，通过以下方法获取目标车辆对应的模型道路曲率(道路曲率)：从当前道路模型中提取车辆左侧车道曲率和车辆右侧车道曲率；基于车辆左侧车道曲率和车辆右侧车道曲率确定目标车辆对应的模型道路曲率。
可选地，通过以下公式确定目标车辆对应的模型道路曲率：
Figure BDA0003712837810000171
式中，Curv2为目标车辆对应的模型道路曲率，CurveLeft为车辆左侧车道曲率，CurveRight为车辆右侧车道曲率。
所述第一预瞄曲率的确定方式为，
Figure BDA0003712837810000172
其中，ρ1为第一预瞄曲率，a0为横向偏差，a1为航向角，a2为道路曲率，a3为道路曲率变化率，d1为近点预瞄距离；
所述第二预瞄曲率的确定方式为，
Figure BDA0003712837810000181
其中，ρ2为第二预瞄曲率，a0为横向偏差，a1为航向角，a2为道路曲率，a3为道路曲率变化率，d2为远点预瞄距离。
通过上述方式，能够准确确定车辆在近点预瞄距离所对应目标轨迹上的第一预瞄曲率，以及准确确定车辆在远点预瞄距离所对应目标轨迹上的第二预瞄曲率，通过选取合适的预瞄曲率，进而计算预期转弯速度，提高预期转弯速度的准确性，提高用户的自动驾驶体验，解决了现有技术存在的路径跟踪效果差的问题。
请参阅图5，为图2所示实施例中的步骤S240在一示例性的实施例中的流程图；其中，所述对所述第一预瞄曲率与所述第二预瞄曲率进行加权融合，确定所述车辆的综合曲率，包括：
步骤S510，确定所述第一预瞄曲率在近点预瞄距离对应的第一权重系数，以及所述第二预瞄曲率在远点预瞄距离对应的第二权重系数；
其中，权重系数的确定方式，详见下面公式，在此不赘述。
步骤S520，对所述第一预瞄曲率与第一权重系数进行加权计算，确定加权的第一预瞄曲率；
其中，利用第一权重系数进行加权计算，即可确定加权的第一预瞄曲率。
步骤S530，对所述第二预瞄曲率与第二权重系数进行加权计算，确定加权的第二预瞄曲率；
其中，利用第二权重系数进行加权计算，即可确定加权的第二预瞄曲率。
步骤S540，对加权的所述第一预瞄曲率与加权的所述第二预瞄曲率进行累加，得到综合曲率。
其中，通过对加权的所述第一预瞄曲率与加权的所述第二预瞄曲率进行加法运算，得到综合曲率。
其中，第一权重系数与第二权重系数的确定方式如下：
Figure BDA0003712837810000191
其中，vx为车辆当前的速度，w0为恒定权重系数，w1为第一预瞄曲率在近点预瞄距离对应的第一权重系数，w2为第二预瞄曲率在远点预瞄距离对应的第二权重系数，w1、w2在低速区间权重系数分别为恒定值，w1在非低速区间随着车辆速度增大权重系数越小，以保证舒适的方向盘转角控制频率，k为稳定性系常数，k取值范围为(0,0.01)。
通过上述方式，能够根据车辆的当前速度合理确定第一权重系数与第二权重系数，实时动态调整权重系数，利用动态的权重系数从而合理控制近点预瞄距离和远点预瞄距离，实现稳定、精确的跟踪轨迹。
请参阅图6，为图2所示实施例中的步骤S250在一示例性的实施例中的流程图；其中，所述将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度控制量，通过所述方向盘角度控制量实现车辆的路径跟踪，包括：
步骤S610，根据所述综合曲率输出以使所述综合曲率达到车辆的实际行驶轨迹与期望的所述目标轨迹误差最小的最优预瞄曲率，得到方向盘角度前馈控制量；
具体地，在此，输入参数是综合曲率，控制器实质上是预瞄跟踪控制器，其基于预瞄跟随理论，车辆-驾驶员形成闭环系统，根据当前车道线信息和车辆运动状态估计前视的预瞄距离，使车辆在这一路程内相对于预期轨迹的误差最小，达到所需要的最优预瞄曲率。即，如果驾驶员在不断的驾驶实践中能够掌握轨迹曲率和方向盘转角之间的映射关系，那么当驾驶员观察到特定的道路曲率之后，就会很自然地确定出相应的方向盘转角。因此，在控制器的控制过程中，建立目标方向盘转角与预瞄道路曲率之间的映射关系至关重要。
在本发明实施例中，可通基于阿克曼转向原理转向原理来建立目标方向盘转角与预瞄道路曲率之间的映射关系，以根据该映射关系，得到路径跟踪中车道保持所需的最优方向盘转角。
步骤S620，通过所述横摆角速率误差与当前的车速得到方向盘角度反馈控制量；
具体地，例如，电子稳定程序系统通过来自方向盘转角传感器的角度信号获取到横摆角速率误差，结合当前的车速信号计算方向盘角度反馈控制量。
步骤S630，以所述方向盘角度前馈控制量为基础结合所述方向盘角度反馈控制量形成闭环控制，按照预设的转速区间与预设的转角区间进行闭环控制实现车辆的路径跟踪。
具体地，方向盘转角一般由车辆上车身电子稳定系统中的转角传感器或电动助力转向系统内置的方向盘转角传感器获得；利用阿克曼转向模型确定方向盘转角。以所述方向盘角度前馈控制量为基础结合所述方向盘角度反馈控制量形成闭环控制，通过前馈控制与反馈控制相结合方式控制方向盘角度控制量，在控制过程中，例如，使用预设的转角区间与预设的转速区间根据电动助力转向系统设置的安全阈值范围相关，例如，预设的转角区间比安全转角阈值范围低10％左右，预设的转速区间比安全转速阈值范围低10％左右。
其中，方向盘角度控制量确定方式如下：
Figure BDA0003712837810000201
其中，δsw_ff为方向盘角度前馈控制量，Δδsw_fd为反馈控制增量，Δδsw_fd1为上一时刻的反馈控制增量，δsw_fd为方向盘角度反馈控制量，δsw_star为方向盘角度总控制量，L为轴距，i为传动比，vx为车辆当前的速度，ρ3为综合曲率，Er为横摆角速率控制误差，Er_1为上一个时刻的横摆角速率控制误差，Er_2为上两个(上一时刻的上一时刻)时刻的横摆角速率控制误差，Kp、Ki、Kd分别为反馈控制参数，Kp与Kd由车速确定其大小，Ki由车速和综合曲率确定其大小，g为常数，且g的取值范围为0≤g≤1。
通过上述方式，按照预设的转速区间与预设的转角区间调节方向盘角度控制量，提高了控制的安全性与平稳性，使得车辆能够跟随目标轨迹完成路径跟踪；还有，采用前馈控制与反馈控制相结合的方式，通过汽车稳态特性修正车辆在不同速度段的动态响应，使车辆在各种复杂工况下能平稳、精确的跟随期望轨迹，提高了车辆的控制精度。
请参阅图7，是本申请的一示例性实施例示出的路径跟踪方法完整流程图；详述如下：
判断横向控制功能状态；
若横向控制功能处于非激活状态，以实际方向盘角度控制车辆，实现路径跟踪。
若横向控制功能处于激活状态，跳转以下步骤：
分别计算车辆当前的近点预瞄距离与远点预瞄距离；
据所述目标轨迹与所述近点预瞄距离确定所述车辆在近点预瞄距离所对应目标轨迹上的第一预瞄曲率，还根据所述目标轨迹与所述远点预瞄距离确定所述车辆在所述远点预瞄距离所对应目标轨迹上的第二预瞄曲率；
对所述第一预瞄曲率与所述第二预瞄曲率进行加权融合，确定所述车辆的综合曲率，通过综合曲率在控制过程中不仅快速减小了横向偏差，提高了横向偏差的控制精度，还在控制方向上，通过在进出弯过程中提前识别到曲率变化，确保平稳的控制车辆；
将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度控制量，通过所述方向盘角度控制量实现车辆的路径跟踪，使车辆的跟踪路径更加贴合期望的目标轨迹，以提高路径跟踪的鲁棒性，增强路径跟踪控制的稳定性。
请参阅图8，是本申请的一示例性实施例示出的双瞄点路径跟踪示意图；详述如下：
车辆Vehicle，在车辆后轴坐标系下，通过摄像头Camera在车辆上获取道路上的近预瞄点Near PrvPoint与远预瞄点Far PrvPoint，沿车道的中心车道线Cent Lane，在车道的中心车道线两侧为左车道Lane L、右车道Lane R，通过图7确定近点预瞄距离与远点预瞄距离Prv Dis，利用目标轨迹对应的目标函数与预瞄距离之间函数关系确定(Prv Err，预瞄偏差)。通过上述方式，确定所述车辆在近点预瞄距离所对应目标轨迹上的第一预瞄曲率，确定所述车辆在所述远点预瞄距离所对应目标轨迹上的第二预瞄曲率。
图9是本申请的一示例性实施例示出的路径跟踪装置的结构框图。该装置可以应用于图1所示的实施环境，并具体配置在智能终端、车辆。该装置也可以适用于其它的示例性实施环境，并具体配置在其它设备中，本实施例不对该装置所适用的实施环境进行限制。
如图9所示，该示例性的路径跟踪装置包括：
获取模块901，用于获取车辆的目标轨迹以及状态信息，其中，所述状态信息包括车辆当前的车速、当前位置与横摆角速率误差；
预瞄距离确定模块902，基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间，根据所述车辆当前的车速与近点预瞄时间和远点预瞄时间分别确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离；
预瞄曲率确定模块903，用于根据所述目标轨迹确定所述车辆分别在所述近点预瞄距离、远点预瞄距离各自对应目标轨迹上的第一预瞄曲率、第二预瞄曲率；
综合曲率确定模块904，用于对所述第一预瞄曲率与所述第二预瞄曲率进行加权融合，确定所述车辆的综合曲率；
路径跟踪模块905，用于将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差得到方向盘角度反馈控制量，根据所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量形成的闭环控制方式控制车辆路径跟踪。
在该示例性的路径跟踪装置采集车辆的当前速度和当前位置，根据当前速度、当前位置确定目标轨上的近点预瞄距离与远点预瞄距离，有利于获取车辆的最佳预瞄点所对应的预瞄距离；通过综合曲率在控制过程中不仅快速减小了横向偏差，提高了横向偏差的控制精度，还在控制方向上，通过在进出弯过程中提前识别到曲率变化，确保平稳的控制车辆；还有，将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差得到方向盘角度反馈控制量，根据所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量构成的闭环控制实现车辆路径跟踪，使车辆的跟踪路径更加贴合期望的目标轨迹，以提高路径跟踪的鲁棒性，增强路径跟踪控制的稳定性。
需要说明的是，上述实施例所提供的路径跟踪与上述实施例所提供的路径跟踪方法属于同一构思，其中各个模块和单元执行操作的具体方式已经在方法实施例中进行了详细描述，此处不再赘述。上述实施例所提供的路况刷新装置在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能，本处也不对此进行限制。
本申请的实施例还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，使得所述电子设备实现上述各个实施例中提供的路径跟踪方法。
图10示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。需要说明的是，图10示出的电子设备的计算机系统1000仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图10所示，计算机系统1000包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)1001，其可以根据存储在只读存储器(Read-Only Memory，ROM)1002中的程序或者从储存部分1008加载到随机访问存储器(Random Access Memory，RAM)1003中的程序而执行各种适当的动作和处理，例如执行上述实施例中所述的方法。在RAM1003中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU1001、ROM1002以及RAM1003通过总线1004彼此相连。输入/输出(Input/Output，I/O)接口1005也连接至总线1004。
以下部件连接至I/O接口1005：包括键盘、鼠标等的输入部分1006；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1007；包括硬盘等的储存部分1008；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1009。通信部分1009经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1010也根据需要连接至I/O接口1005。可拆卸介质1011，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1010上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入储存部分1008。
特别地，根据本申请的实施例，上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，本申请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计算机程序。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1009从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1011被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)1001执行时，执行本申请的系统中限定的各种功能。
需要说明的是，本申请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电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、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。在本申请中，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计算机程序。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系统、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计算机程序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，图示了按照本申请各种实施例的系统、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。其中，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系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本申请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。
本申请的另一方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如前所述的路径跟踪方法。该计算机可读存储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。
本申请的另一方面还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各个实施例中提供的路径跟踪方法。
上述实施例仅示例性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种路径跟踪方法，其特征在于，包括：
获取车辆的目标轨迹以及状态信息，其中，所述状态信息包括车辆当前的车速、当前位置与横摆角速率误差；
基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间，根据所述车辆当前的车速与近点预瞄时间和远点预瞄时间分别确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离；
根据所述目标轨迹确定所述车辆分别在所述近点预瞄距离、远点预瞄距离各自对应目标轨迹上的第一预瞄曲率、第二预瞄曲率；
对所述第一预瞄曲率与所述第二预瞄曲率进行加权融合，确定所述车辆的综合曲率；
将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差得到方向盘角度反馈控制量，根据所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量形成的闭环控制方式控制车辆路径跟踪。
2.根据权利要求1所述的路径跟踪方法，其特征在于，获取车辆的目标轨迹以及状态信息，还包括：
根据所述车辆的横向偏差、航向角、道路曲率与道路曲率变化率构建所述目标轨迹的目标函数；分别对所述车辆的目标轨迹与状态信息进行预处理，得到预处理后的所述目标轨迹与状态信息；
其中，对所述车辆的目标轨迹进行网格化处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行时间窗化处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行去重处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行裁剪处理；和/或，对所述车辆的目标轨迹进行过滤处理。
3.根据权利要求1或2所述的路径跟踪方法，其特征在于，根据所述目标轨迹确定所述车辆分别在所述近点预瞄距离、远点预瞄距离各自对应目标轨迹上的第一预瞄曲率、第二预瞄曲率之前，还包括：
根据预设阈值条件对所述车辆的目标轨迹进行判断；若所述车辆的目标轨迹满足预设阈值条件，则激活所述车辆的横向控制功能，待计算近点预瞄距离与远点预瞄距离；若所述车辆的目标轨迹不满足预设阈值条件，则不激活所述车辆的横向控制功能，以实际方向盘角度控制车辆；
所述预设阈值条件包括以下条件同时满足：所述车速大于预设车速阈值；所述车辆的位置误差绝对值小于预设误差绝对值阈值；所述车辆的道路曲率小于预设道路曲率值阈值；所述车辆的横摆角速度小于预设横摆角速度阈值。
4.根据权利要求1或2所述的路径跟踪方法，其特征在于，所述目标轨迹对应的目标函数为：
y＝a0+a1x1+a2x2+a3x3
其中，y为目标轨迹的横坐标，x为目标轨迹的纵坐标，a0、a1、a2、a3依次为横向偏差、航向角、道路曲率和道路曲率变化率。
5.根据权利要求1所述的路径跟踪方法，其特征在于，基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间，根据所述车辆当前的车速与近点预瞄时间和远点预瞄时间分别确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离，包括：
基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间；
将所述车辆当前的车速依次和近点预瞄时间、远点预瞄时间进行运算处理，得到近点距离值与远点距离值；
将最小预瞄距离依次和所述近点距离值、远点距离值进行最大值计算，得到最大近点距离值与最大远点距离值；
将最大预瞄距离依次和最大近点距离值与最大远点距离值进行最小值计算，得到所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离。
6.根据权利要求1或5所述的路径跟踪方法，其特征在于，所述近点预瞄时间和远点预瞄时间的确定方式分别为：
Figure FDA0003712837800000021
其中，t1、t2分别为近点预瞄时间和远点预瞄时间，e为自然指数，ρ为车辆当前位置所对应的轨迹曲率，所述轨迹曲率由当前位置所对应的目标轨迹确定。
7.根据权利要求1所述的路径跟踪方法，其特征在于，根据所述目标轨迹确定所述车辆分别在所述近点预瞄距离、远点预瞄距离各自对应目标轨迹上的第一预瞄曲率、第二预瞄曲率，包括：
根据所述目标轨迹的横向偏差、航向角、道路曲率和道路曲率变化率以及所述近点预瞄距离确定所述车辆在所述近点预瞄距离所对应目标轨迹上的第一预瞄曲率；和，根据所述目标轨迹的横向偏差、航向角、道路曲率和道路曲率变化率以及所述远点预瞄距离确定所述车辆在所述远点预瞄距离所对应目标轨迹上的第二预瞄曲率。
8.根据权利要求1或7所述的路径跟踪方法，其特征在于，所述第一预瞄曲率的确定方式为，
Figure FDA0003712837800000031
其中，ρ1为第一预瞄曲率，a0为横向偏差，a1为航向角，a2为道路曲率，a3为道路曲率变化率，d1为近点预瞄距离；
所述第二预瞄曲率的确定方式为，
Figure FDA0003712837800000032
其中，ρ2为第二预瞄曲率，a0为横向偏差，a1为航向角，a2为道路曲率，a3为道路曲率变化率，d2为远点预瞄距离。
9.根据权利要求1所述的路径跟踪方法，其特征在于，所述对所述第一预瞄曲率与所述第二预瞄曲率进行加权融合，确定所述车辆的综合曲率，包括：
确定所述第一预瞄曲率在所述近点预瞄距离对应的第一权重系数，以及所述第二预瞄曲率在所述远点预瞄距离对应的第二权重系数；
对所述第一预瞄曲率与第一权重系数进行加权计算，确定加权的第一预瞄曲率；
对所述第二预瞄曲率与第二权重系数进行加权计算，确定加权的第二预瞄曲率；
对加权的所述第一预瞄曲率与加权的所述第二预瞄曲率进行累加，得到综合曲率。
10.根据权利要求1或9所述的路径跟踪方法，其特征在于，所述方法还包括以下至少之一：
Figure FDA0003712837800000041
其中，vx为车辆当前的速度，w0为恒定权重系数，w1为第一预瞄曲率在近点预瞄距离对应的第一权重系数，w2为第二预瞄曲率在远点预瞄距离对应的第二权重系数，w1、w2在低速区间权重系数分别为恒定值，w1在非低速区间随着车辆速度增大权重系数越小，k为稳定性系常数，k取值范围为(0,0.01)。
11.根据权利要求1所述的路径跟踪方法，其特征在于，将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差闭环控制得到方向盘角度反馈控制量，通过所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量实现车辆的路径跟踪，包括：
根据所述综合曲率输出以使所述综合曲率达到车辆的实际行驶轨迹与期望的所述目标轨迹误差最小的最优预瞄曲率，得到方向盘角度前馈控制量；
通过所述横摆角速率误差与当前的车速得到方向盘角度反馈控制量；
以所述方向盘角度前馈控制量为基础结合所述方向盘角度反馈控制量形成闭环控制，按照预设的转速区间与预设的转角区间进行闭环控制实现车辆的路径跟踪。
12.根据权利要求1或11所述的路径跟踪方法，其特征在于，所述方法还包括以下至少之一：
Figure FDA0003712837800000042
其中，δsw_ff为方向盘角度前馈控制量，Δδsw_fd为反馈控制增量，Δδsw_fd1为上一时刻的反馈控制增量，δsw_fd为方向盘角度反馈控制量，δsw_star为方向盘角度总控制量，L为轴距，i为传动比，vx为车辆当前的速度，ρ3为综合曲率，Er为横摆角速率控制误差，Er_1为上一个时刻的横摆角速率控制误差，Er_2为上两个时刻的横摆角速率控制误差，Kp、Ki、Kd分别为反馈控制参数，g为常数，且g的取值范围为0≤g≤1。
13.一种路径跟踪装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取车辆的目标轨迹以及状态信息，其中，所述状态信息包括车辆当前的车速、当前位置与横摆角速率误差；
预瞄距离确定模块，基于所述车辆当前位置所对应的目标轨迹确定所述车辆的近点预瞄时间和远点预瞄时间，根据所述车辆当前的车速与近点预瞄时间和远点预瞄时间分别确定所述车辆的近点预瞄距离与远点预瞄距离；
预瞄曲率确定模块，用于根据所述目标轨迹确定所述车辆分别在所述近点预瞄距离、远点预瞄距离各自对应目标轨迹上的第一预瞄曲率、第二预瞄曲率；
综合曲率确定模块，用于对所述第一预瞄曲率与所述第二预瞄曲率进行加权融合，确定所述车辆的综合曲率；
路径跟踪模块，用于将所述综合曲率进行转换，得到方向盘角度前馈控制量，通过所述横摆角速率误差得到方向盘角度反馈控制量，根据所述方向盘角度前馈控制量与方向盘角度反馈控制量形成的闭环控制方式控制车辆路径跟踪。
14.一种电子设备，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，使得所述电子设备实现权利要求1至12中任一项所述的路径跟踪方法。
15.一种车辆设备，其特征在于，包括权利要求14所述的电子设备。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行权利要求1至12中任一项所述的路径跟踪方法。
17.一种计算机程序产品或计算机程序，其特征在于，所述计算机程序产品或所述计算机程序包括计算机指令，所述计算机指令存储在计算机可读存储介质中，计算机的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机执行权利要求1至12中任一项所述的路径跟踪方法。
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CN116039640A (zh) * 2023-01-28 2023-05-02 广汽埃安新能源汽车股份有限公司 车辆过弯减速控制方法、装置、电子设备和存储介质
CN115476881B (zh) * 2022-10-20 2024-06-04 重庆长安汽车股份有限公司 车辆轨迹跟踪控制方法、装置、设备及介质

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