CN108609014B - 智能车辆的横向控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能车辆的横向控制方法及装置，属于车辆控制技术领域。方法包括：获取智能车辆的预瞄距离、当前位置和当前航向角；根据预瞄距离及当前位置，在智能车辆的预设行驶轨迹中选择预瞄点；根据预设行驶轨迹确定预瞄点处的目标航向角；根据目标航向角、当前航向角、当前位置和预瞄点确定方向盘转角；根据方向盘转角对智能车辆进行横向控制。通过获取预瞄距离、预瞄点，并根据目标航向角、当前航向角、当前位置和预瞄点确定方向盘转角，使对智能车辆的横向控制过程充分考虑了驾驶员在行车中的前视特点，横向控制过程与驾驶员实际开车场景更加相似，进而使确定的方向盘转角更加准确，因而提高了智能车辆横向控制方法的稳定性和可靠性。

Description

智能车辆的横向控制方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，特别涉及一种智能车辆的横向控制方法及装置。

背景技术

智能车辆的横向控制是指在无人驾驶环境下对智能车辆的转向系统进行自动控制，其主要目的是实现智能车辆的道路跟踪，使智能车辆始终沿着预设行驶路径行驶。在对智能车辆进行横向控制时，道路跟踪系统根据使用传感器的不同，可分为预瞄式路径跟踪和非预瞄式路径跟踪。预瞄式路径跟踪是指在智能车辆行驶过程中模拟人类驾驶习惯，通过比较车体当前位置与预设行驶路径间的偏差，对智能车辆的转向系统进行控制，从而使智能车辆沿着预设行驶路径行驶。

目前在对智能车辆进行横向控制时，主要是根据智能车辆的当前航向角和目标航向角来调整方向盘转角，以完成智能车辆的横向控制。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

在进行智能车辆的横向控制时，仅根据当前航向角和目标航向角来调整方向盘转角，使得横向控制方法的稳定性和可靠性比较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种智能车辆的横向控制方法及装置，可解决相关技术中智能车辆的横向控制方法的稳定性和可靠性比较低的技术问题。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种智能车辆的横向控制方法，所述方法包括：

获取智能车辆的预瞄距离；

获取所述智能车辆的当前位置和当前航向角；

根据所述预瞄距离及所述当前位置，在所述智能车辆的预设行驶轨迹中选择预瞄点；

根据所述预设行驶轨迹确定所述预瞄点处的目标航向角；

根据所述目标航向角、所述当前航向角、所述当前位置和所述预瞄点确定方向盘转角；

根据所述方向盘转角对所述智能车辆进行横向控制。

可选地，所述获取智能车辆的预瞄距离，包括：

获取所述智能车辆的当前车速和最小转弯半径；

根据所述当前车速及所述最小转弯半径计算智能车辆的预瞄距离。

可选地，所述根据所述当前车速及所述最小转弯半径计算智能车辆的预瞄距离，包括：

根据所述当前速度及所述最小转弯半径通过如下公式(1)计算智能车辆的预瞄距离：

公式(1)中，Ld表示所述预瞄距离，v表示所述当前车速，m表示所述最小转弯半径。

可选地，所述根据所述目标航向角、所述当前航向角、所述当前位置和所述预瞄点确定方向盘转角，包括：

计算所述目标航向角与所述当前航向角之间的角度偏差，并计算所述当前位置与所述预瞄点之间的位置偏差；

根据所述角度偏差和所述位置偏差确定方向盘转角。

可选地，所述根据所述角度偏差和所述位置偏差确定方向盘转角，包括：

根据所述角度偏差和所述位置偏差通过如下公式(2)确定方向盘转角：

β＝k_α×Δα-k_d×Δd (2)

公式(2)中，Δα表示所述角度偏差，Δd表示所述位置偏差，β表示所述方向盘转角，k_α和k_d分别为所述角度偏差Δα和所述位置偏差Δd的权重系数。

另一方面，提供了一种智能车辆的横向控制装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取智能车辆的预瞄距离；

第二获取模块，用于获取所述智能车辆的当前位置和当前航向角；

选择模块，用于根据所述预瞄距离及所述当前位置，在所述智能车辆的预设行驶轨迹中选择预瞄点；

第一确定模块，用于根据所述预设行驶轨迹确定所述预瞄点处的目标航向角；

第二确定模块，用于根据所述目标航向角、所述当前航向角、所述当前位置和所述预瞄点确定方向盘转角；

横向控制模块，用于根据所述方向盘转角对所述智能车辆进行横向控制。

可选地，所述第一获取模块包括：

获取单元，用于获取所述智能车辆的当前车速和最小转弯半径；

第一计算单元，用于根据所述当前车速及所述最小转弯半径计算智能车辆的预瞄距离。

可选地，所述第一计算单元用于：根据所述当前速度及所述最小转弯半径通过如下公式(1)计算智能车辆的预瞄距离：

公式(1)中，Ld表示所述预瞄距离，v表示所述当前车速，m表示所述最小转弯半径。

可选地，所述第二确定模块包括：

第二计算单元，用于计算所述目标航向角与所述当前航向角之间的角度偏差，并计算所述当前位置与所述预瞄点之间的位置偏差；

确定单元，用于根据所述角度偏差和所述位置偏差确定方向盘转角。

可选地，所述确定单元用于：根据所述角度偏差和所述位置偏差通过如下公式(2)确定方向盘转角：

β＝k_α×Δα-k_d×Δd (2)

公式(2)中，Δα表示所述角度偏差，Δd表示所述位置偏差，β表示所述方向盘转角，k_α和k_d分别为所述角度偏差Δα和所述位置偏差Δd的权重系数。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过获取预瞄距离并根据预瞄距离确定预瞄点以及根据目标航向角、当前航向角、当前位置和预瞄点确定方向盘转角，使得对智能车辆的横向控制过程充分考虑了驾驶员在行车中的前视特点，横向控制过程与驾驶员实际开车场景更加相似，进而使得确定的方向盘转角更加准确，因而提高了智能车辆横向控制方法的稳定性和可靠性。

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是本发明实施例提供的智能车辆的横向控制方法的流程图；

图2是图1中步骤S1的方法流程图；

图3是图1中步骤S5的方法流程图；

图4是本发明实施例提供的智能车辆的横向控制方法的仿真结果示意图；

图5是本发明实施例提供的智能车辆的横向控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明实施例提供智能车辆的横向控制方法的流程图，该方法可以通过智能车辆的道路跟踪系统实现。如图1所示，该方法包括如下步骤S1至S6：

S1，获取智能车辆的预瞄距离。

驾驶员在开车时，往往会注意汽车行驶方向前边的一段距离，以便掌握车辆行驶的下一个位置(即驾驶员的前视特点)，驾驶员选择的从当前位置至下一个位置之间的距离即为预瞄距离。为了更好地模拟驾驶员的驾驶过程，本发明实施例在对智能车辆进行横向控制时，先在智能车辆的行驶路径前面选择一段距离作为预瞄距离。

其中，如图2所示，步骤S1在获取智能车辆的预瞄距离时，包括但不限于通过如下步骤S11和步骤S12来实现：

S11，获取智能车辆的当前车速和最小转弯半径。

其中，智能车辆的当前车速可以通过其内部的速度速度传感器进行检测，因此，在获取智能车辆的当前车速时，可以向速度传感器请求当前车速。

智能车辆的最小转弯半径是指当其方向盘转到极限位置，汽车以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆半径。最小转弯半径与智能车辆的类型等属性信息相关，在获取智能车辆的最小转弯半径时，可以通过如下公式(3)来实现：

公式(3)中，m表示最小转弯半径，L表示轴距，C表示前悬长度，θ_max表示转向轮外轮最大转角，K表示整车宽度，M表示主销中心距。

S12，根据当前车速及最小转弯半径计算智能车辆的预瞄距离。

具体地，步骤S12在根据当前车速及最小转弯半径计算智能车辆的预瞄距离时，可以根据当前速度及最小转弯半径通过如下公式(1)计算智能车辆的预瞄距离：

公式(1)中，Ld表示预瞄距离，v表示当前车速，m表示最小转弯半径。例如，在具体实施时，m的取值可以为5。

其中，本发明实施例在根据该公式(1)计算预瞄距离时，结合了智能车辆的当前车速，使得可以根据智能车辆速度的不同来实时调整预瞄距离，确保计算得到的预瞄距离更能模拟驾驶员驾驶过程的实际操作，因而使得本发明实施例的方法更具参考性。

S2，获取智能车辆的当前位置和当前航向角。

其中，在获取智能车辆的当前位置和当前航向角时，包括但不限于基于RTK(Real-time kinematic，载波相位差分技术)来实现。基于RTK可以获得智能车辆的实时位置和实时航向角。该实时位置为智能车辆所在位置的经度和维度。因此，在获取智能车辆的当前位置时，可以先基于RTK获取智能车辆当前的经度和纬度，然后将该经度和纬度转换为大地坐标系中的位置。在获取智能车辆的当前航向角时，将RTK当前输出的航向角作为其当前航向角。

由于基于RTK可以获得比较精准的速度和航向角，因而结合后续步骤进行横向控制能够提高横向控制方法的精准性。

需要说明的是，本发明实施例仅以先获取智能车辆的预瞄距离，再获取智能车辆的当前位置和当前航向角为例进行了说明。然而，在具体实施时，也可以先获取智能车辆的当前位置和当前航向角，再获取智能车辆的预瞄距离；还可以同时获取智能车辆的预瞄距离、当前位置和当前航向角。

S3，根据预瞄距离及当前位置，在智能车辆的预设行驶轨迹中选择预瞄点。

其中，驾驶员在驾驶的时候会注意前方的一个位置，为了使得对智能车辆进行横向控制的过程能更好地模拟驾驶员驾驶的过程，在无人驾驶的时候也通常会在智能车辆行驶路径的前方选择一个点，该点的位置即为预瞄点。

本发明实施例选择预瞄点的具体实现方式可以为：以当前位置为起点，在预设行驶轨迹中查找与当前位置相差预瞄距离的点，将该点作为预瞄点。

S4，根据预设行驶轨迹确定预瞄点处的目标航向角。

其中，目标航向角为智能车辆在预设行驶轨迹上预瞄点处的航向角。在确定预设行驶轨迹和预瞄点后，即可确定目标航向角。在预设行驶轨迹上确定预瞄点处的目标航向角的方式，可以参见相关技术中确定目标航向角的方式，此处对此不作详细解释。

S5，根据目标航向角、当前航向角、当前位置和预瞄点确定方向盘转角。

一般的驾驶过程中，智能车辆偏移预设行驶轨迹的多少，不仅与智能车辆的目标航向角和当前航向角之间的偏差相关，而且还与智能车辆的当前位置和预瞄点之间的偏差相关，因此，本发明实施例根据目标航向角、当前航向角、当前位置和预瞄点确定方向盘转角，不仅使得确定的方向盘转角更加符合行车规律，而且使得确定的方向盘转角更加准确。

可选地，如图3所示，步骤S5在根据目标航向角、当前航向角、当前位置和预瞄点确定方向盘转角时，包括但不限于通过如下步骤S51和S52来实现：

S51，计算目标航向角与当前航向角之间的角度偏差，并计算当前位置与预瞄点之间的位置偏差。

其中，当前航向角和目标航向角之间的角度偏差为当前航向角与目标航向角之间的角度差值。当前位置与预瞄点之间的位置偏差为当前位置与预瞄点之间的侧向偏差。

S52，根据角度偏差和位置偏差确定方向盘转角。

其中，步骤S52在根据角度偏差和位置偏差确定方向盘转角时，可以根据角度偏差和位置偏差通过如下公式(2)确定方向盘转角：

β＝k_α×Δα-k_d×Δd (2)

公式(2)中，Δα表示角度偏差，Δd表示位置偏差，β表示方向盘转角，k_α和k_d分别为角度偏差Δα和位置偏差Δd的权重系数。k_α和k_d的具体数值可以通过实验确定。

S6，根据方向盘转角对智能车辆进行横向控制。

具体地，在根据方向盘转角对智能车辆进行横向控制时，可以根据方向盘转角生成方向盘转角指令，该方向盘转角指令中携带方向盘转角；将方向盘转角指令发送至方向盘控制器；方向盘控制器接收该方向盘转角指令后，解析获得其中携带的方向盘转角后，根据方向盘转角调整方向盘转动的角度和方向，使得智能车辆回归至预设行驶轨迹上来。其中，可以通过智能车辆的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)网络将方向盘转角指令发送至方向盘控制器。

如图4所示，其为本发明实施例提供的智能车辆的横向控制方法在matlab上的仿真结果图形，图4中的虚线为智能车辆的预设行驶路径，实线的线为智能车辆的实际行驶轨迹。由图4可得，通过本发明实施例提供的方法对智能车辆进行横向控制时，可以使智能车辆在预设行驶路径上行驶。

其中，本发明实施例提供的方法优选可以在LABVIEW(Laboratory VirtualInstrument Engineering Workbench，一种程序开发环境)平台上实现。当然，本发明实施例提供的方法还可以在其它如Sikuli、Modkit等平台来实现。

本发明实施例提供的方法，通过获取预瞄距离并根据预瞄距离确定预瞄点以及根据目标航向角、当前航向角、当前位置和预瞄点确定方向盘转角，使得对智能车辆的横向控制过程充分考虑了驾驶员在行车中的前视特点，横向控制过程与驾驶员实际开车场景更加相似，进而使得确定的方向盘转角更加准确，因而提高了智能车辆横向控制方法的稳定性和可靠性。

本发明实施例还提供一种智能车辆的横向控制装置，如图5所示，该智能车辆的横向控制装置包括：

第一获取模块501，用于获取智能车辆的预瞄距离；

第二获取模块502，用于获取智能车辆的当前位置和当前航向角；

选择模块503，用于根据预瞄距离及当前位置，在智能车辆的预设行驶轨迹中选择预瞄点；

第一确定模块504，用于根据预设行驶轨迹确定预瞄点处的目标航向角；

第二确定模块505，用于根据目标航向角、当前航向角、当前位置和预瞄点确定方向盘转角；

横向控制模块506，用于根据方向盘转角对智能车辆进行横向控制。

可选地，第一获取模块501包括：

获取单元，用于获取智能车辆的当前车速和最小转弯半径；

第一计算单元，用于根据当前车速及最小转弯半径计算智能车辆的预瞄距离。

其中，第一计算单元用于：根据当前速度及最小转弯半径通过如下公式(1)计算智能车辆的预瞄距离：

公式(1)中，Ld表示预瞄距离，v表示当前车速，m表示最小转弯半径。

可选地，第二确定模块505包括：

第二计算单元，用于计算目标航向角与当前航向角之间的角度偏差，并计算当前位置与预瞄点之间的位置偏差；

确定单元，用于根据角度偏差和位置偏差确定方向盘转角。

其中，确定单元用于：根据角度偏差和位置偏差通过如下公式(2)确定方向盘转角：

β＝k_α×Δα-k_d×Δd (2)

公式(2)中，Δα表示角度偏差，Δd表示位置偏差，β表示方向盘转角，k_α和k_d分别为角度偏差Δα和位置偏差Δd的权重系数。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

本发明实施例提供的装置，通过获取预瞄距离并根据预瞄距离确定预瞄点以及根据目标航向角、当前航向角、当前位置和预瞄点确定方向盘转角，使得对智能车辆的横向控制过程充分考虑了驾驶员在行车中的前视特点，横向控制过程与驾驶员实际开车场景更加相似，进而使得确定的方向盘转角更加准确，因而提高了智能车辆横向控制方法的稳定性和可靠性。

需要说明的是：上述实施例提供的智能车辆的横向控制装置在进行智能车辆的横向控制时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，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。另外，上述实施例提供的智能车辆的横向控制装置与智能车辆的横向控制方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能车辆的横向控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取智能车辆的当前车速和最小转弯半径；根据所述当前车速及所述最小转弯半径计算所述智能车辆的预瞄距离；获取所述智能车辆的当前位置和当前航向角；以所述当前位置作为起点，从所述智能车辆的预设行驶轨迹中选择与所述当前位置相差所述预瞄距离的点作为预瞄点；根据所述预设行驶轨迹确定所述预瞄点处的目标航向角；计算所述目标航向角与所述当前航向角之间的角度偏差，并计算所述当前位置与所述预瞄点之间的位置偏差；根据所述角度偏差和所述位置偏差确定方向盘转角；根据所述方向盘转角对所述智能车辆进行横向控制；

所述获取智能车辆的当前车速和最小转弯半径，包括：

通过所述智能车辆内部的速度传感器获取所述当前车速；

通过如下公式(3)获取所述智能车辆的最小转弯半径：

公式(3)中，m表示所述最小转弯半径，L表示轴距，C表示前悬长度，θ_max表示转向轮外轮最大转角，K表示整车宽度，M表示主销中心距；

所述根据所述角度偏差和所述位置偏差确定方向盘转角，包括：

根据所述角度偏差和所述位置偏差通过如下公式(2)确定所述方向盘转角：

β＝k_α×Δα-k_d×Δd (2)

公式(2)中，Δα表示所述角度偏差，Δd表示所述位置偏差，β表示所述方向盘转角，k_α和k_d分别为所述角度偏差Δα和所述位置偏差Δd的权重系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前车速及所述最小转弯半径计算所述智能车辆的预瞄距离，包括：

根据所述当前车速及所述最小转弯半径通过如下公式(1)计算所述智能车辆的预瞄距离：

公式(1)中，Ld表示所述预瞄距离，v表示所述当前车速，m表示所述最小转弯半径。

3.一种智能车辆的横向控制装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取智能车辆的预瞄距离；

第二获取模块，用于获取所述智能车辆的当前位置和当前航向角；

选择模块，用于以所述当前位置作为起点，在从所述智能车辆的预设行驶轨迹中选择与所述当前位置相差所述预瞄距离的点作为预瞄点；

第一确定模块，用于根据所述预设行驶轨迹确定所述预瞄点处的目标航向角；

第二确定模块，用于根据所述目标航向角、所述当前航向角、所述当前位置和所述预瞄点确定方向盘转角；

横向控制模块，用于根据所述方向盘转角对所述智能车辆进行横向控制；

所述第二确定模块包括：

第二计算单元，用于计算所述目标航向角与所述当前航向角之间的角度偏差，并计算所述当前位置与所述预瞄点之间的位置偏差；

确定单元，用于根据所述角度偏差和所述位置偏差确定方向盘转角；

所述第一获取模块包括：

获取单元，用于获取所述智能车辆的当前车速和最小转弯半径；

第一计算单元，用于根据所述当前车速及所述最小转弯半径计算所述智能车辆的预瞄距离；

所述确定单元用于：根据所述角度偏差和所述位置偏差通过如下公式(2)确定方向盘转角：

β＝k_α×Δα-k_d×Δd (2)

公式(2)中，Δα表示所述角度偏差，Δd表示所述位置偏差，β表示所述方向盘转角，k_α和k_d分别为所述角度偏差Δα和所述位置偏差Δd的权重系数；

所述装置还包括用于执行以下操作的模块：

通过所述智能车辆内部的速度传感器获取所述当前车速；

通过如下公式(3)获取所述智能车辆的最小转弯半径：

公式(3)中，m表示所述最小转弯半径，L表示轴距，C表示前悬长度，θ_max表示转向轮外轮最大转角，K表示整车宽度，M表示主销中心距。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一计算单元用于：根据所述当前车速及所述最小转弯半径通过如下公式(1)计算所述智能车辆的预

瞄距离：

公式(1)中，Ld表示所述预瞄距离，v表示所述当前车速，m表示所述最小转弯半径。

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