CN111290407A - 自动驾驶车辆及其转向调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动驾驶车辆及其转向调节方法，涉及无人车(或者自动驾驶或无人驾驶)领域，自动驾驶车辆包括车速检测部件，用于检测侧倾角自动驾驶车辆的行进速度；侧倾角检测部件，用于检测自动驾驶车辆的侧倾角；转弯半径获取部件，用于根据外部指令或者感测到的外部环境信息获取自动驾驶车辆的目标转弯半径；转向调节部件，分别与车速检测部件、侧倾角检测部件和转弯半径获取部件连接，用于根据目标转弯半径、行进速度和侧倾角调节自动驾驶车辆的转向角度。通过本发明的技术方案，提高了自动驾驶车辆侧倾行驶的稳定性，进而确保自动驾驶车辆能够沿指定路线且以侧倾的姿态平衡行驶。

Description

自动驾驶车辆及其转向调节方法

技术领域

本发明实施例涉及车辆技术领域，尤其涉及一种自动驾驶车辆及其转向调节方法。

背景技术

随着车辆自动化程度越来越高，自动驾驶车辆逐渐出现在人们的视野中，尤其是无人驾驶车辆，更是得到了广泛的应用，从公园的无人售卖车到安防巡逻车等，无人驾驶车辆帮助人们解决了现实生活中的许多问题。

目前在大多数驾驶场景下，自动驾驶车辆都处于正常驾驶状态，但是仍存在自动驾驶车辆的特殊驾驶场景，即非正常驾驶场景，例如具有一定表演性质的侧倾驾驶，甚至是侧倾驾驶通过窄桥等驾驶场景，因此，如何维持自动驾驶车辆在侧倾驾驶时的平稳性成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自动驾驶车辆及其转向调节方法，提高了自动驾驶车辆侧倾行驶的稳定性，进而确保自动驾驶车辆能够沿指定路线且以侧倾的姿态平衡行驶。

第一方面，本发明实施例提供了一种自动驾驶车辆，包括：

车速检测部件，用于检测所述自动驾驶车辆的行进速度；

侧倾角检测部件，用于检测所述自动驾驶车辆的侧倾角；

转弯半径获取部件，用于根据外部指令或者感测到的外部环境信息获取所述自动驾驶车辆的目标转弯半径；

转向调节部件，分别与所述车速检测部件、所述侧倾角检测部件和所述转弯半径获取部件连接，用于根据所述目标转弯半径、所述行进速度和所述侧倾角调节所述自动驾驶车辆的转向角度。

进一步地，所述侧倾角检测部件集成在所述自动驾驶车辆的内部。

进一步地，所述侧倾角检测部件包括陀螺仪。

进一步地，所述车速检测部件包括轮速检测传感器。

进一步地，所述自动驾驶车辆还包括：

转向检测部件，用于检测所述自动驾驶车辆的实时转向角度；

侧倾角触发部件，与所述车速检测部件和所述转向检测部件连接，用于根据所述行进速度和所述实时转向角度触发所述侧倾角检测部件对所述侧倾角的检测。

第二方面，本发明实施例还提供了一种自动驾驶车辆的转向调节方法，包括：

检测所述自动驾驶车辆的行进速度；

检测所述自动驾驶车辆的侧倾角；

获取所述自动驾驶车辆的目标转弯半径；

根据所述目标转弯半径、所述行进速度和所述侧倾角调节所述自动驾驶车辆的转向角度。

可选地，所述根据所述目标转弯半径、所述行进速度和所述侧倾角调节所述自动驾驶车辆的转向角度包括：

根据所述目标转弯半径和所述行进速度获取所述自动驾驶车辆的目标重心偏移角；

根据所述侧倾角获取所述自动驾驶车辆的实际重心偏移角；

根据所述目标重心偏移角和所述实际重心偏移角获取所述自动驾驶车辆的转向角度补偿值，并根据所述转向角度补偿值调节所述自动驾驶车辆的转向角度。

可选地，所述自动驾驶车辆的目标重心偏移角θ₀满足如下计算公式：

其中，r为所述目标转弯半径，v为所述行进速度，g为重力加速度。

可选地，所述自动驾驶车辆的实际重心偏移角θ₁满足如下计算公式：

其中，

为所述侧倾角，d₁为所述自动驾驶车辆垂直于行进方向的宽度，d₂为所述自动驾驶车辆的重心到地面接触线的中间点的距离，所述地面接触线为所述自动驾驶车辆的前后车轮与地面接触点的连线。

可选地，所述自动驾驶车辆的转向角度β满足如下计算公式：

其中，θ为所述自动驾驶车辆的重心偏移角，L为所述自动驾驶车辆的前后轮之间的轴距，g为重力加速度，v为所述行进速度。

本发明实施例提供了一种自动驾驶车辆及其转向调节方法，自动驾驶车辆包括车速检测部件、侧倾角检测部件、转弯半径获取部件和转向调节部件，车速检测部件用于检测自动驾驶车辆的行进速度，侧倾角检测部件用于检测自动驾驶车辆的侧倾角，转弯半径获取部件用于根据外部指令或者感测到的外部环境信息获取自动驾驶车辆的目标转弯半径，转向调节部件分别与车速检测部件、转弯半径获取部件和侧倾角检测部件连接，用于根据目标转弯半径、行进速度和侧倾角调节自动驾驶车辆的转向角度。这样，当自动驾驶车辆在单边车轮离地以实现侧倾行驶的过程中，转向调节部件能够根据自动驾驶车辆的目标转弯半径、行进速度和侧倾角获取到自动驾驶车辆要维持稳定侧倾行驶所需要的转向角度，并调节自动驾驶车辆转向相应的角度，以提高自动驾驶车辆侧倾行驶的稳定性，进而确保自动驾驶车辆能够沿指定路线且以侧倾的姿态平衡行驶。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，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自动驾驶车辆的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种自动驾驶车辆的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种自动驾驶车辆侧倾驾驶时的正视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种自动驾驶车辆侧倾驾驶时的正视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种自动驾驶车辆转向时单边前后车轮的俯视结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种自动驾驶车辆的转向调节方法的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的一种自动驾驶车车辆的控制模型示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员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，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

图1为本发明实施例提供的一种自动驾驶车辆的结构示意图。如图1所示，自动驾驶车辆可以为无人驾驶车辆，自动驾驶车辆包括车速检测部件1、侧倾角检测部件2、转弯半径获取部件6和转向调节部件3，车速检测部件1用于检测自动驾驶车辆的行进速度，侧倾角检测部件2用于检测自动驾驶车辆的侧倾角，转弯半径获取部件6用于根据外部指令或者感测到的外部环境信息获取自动驾驶车辆的目标转弯半径，转向调节部件3分别与车速检测部件1、侧倾角检测部件2和转弯半径获取部件6连接，即转向调节部件3可以分别与车速检测部件1、侧倾角检测部件2和转弯半径获取部件6直接电连接，也可以无线连接，转向调节部件3用于根据目标转弯半径、行进速度和侧倾角调节自动驾驶车辆的转向角度。

具体地，车速检测部件1能够实时检测自动驾驶车辆侧倾行驶时的行进速度，侧倾角检测部件2能够实时检测自动驾驶车辆侧倾行驶时，自动驾驶车辆的车体相对于地面的侧倾角度，转弯半径获取部件6可以根据外部指令或者感测到的外部环境信息获取自动驾驶车辆的目标转弯半径。针对例如自动驾驶车辆进行表演性的侧倾行驶，或者自动驾驶车辆需要侧倾行驶经过窄桥，或者自动驾驶车辆需要侧倾行驶经过地面有凸起物的路段等行驶场景，转弯半径获取部件6可以根据自动驾驶车辆外部的相关人员发送的控制自动驾驶车辆的转弯半径的指令，获取自动驾驶车辆针对特定行驶场景时的目标转弯半径。或者，转弯半径获取部件6也可以根据感测到的外部环境信息获取自动驾驶车辆的目标转弯半径，例如自动驾驶车辆上可以设置有摄像头等图像采集部件，转弯半径获取部件6经由图像采集部件可以获取到自动驾驶车辆的外部环境信息，通过查询外部环境信息中包含的道路宽度以及道路走向等信息与自动驾驶车辆的目标转弯半径的对应表，转弯半径获取部件6即可获得自动驾驶车辆的目标转弯半径，目标转弯半径即对应自动驾驶车辆能够经过窄桥或者地面存在凸起物路段等场景的转弯半径。

本发明实施例针对需要四轮的自动驾驶车辆侧倾，以利用单边两个车轮平衡行驶的场景，可以在转向调节部件3中建立自动驾驶车辆侧倾驾驶时的控制模型或者运动学模型，并将车速检测部件1和侧倾角检测部件2获取到的自动驾驶车辆侧倾行驶时的车辆实时位姿数据传输至转向调节部件3，并将转弯半径获取部件6获取到的自动驾驶车辆的目标转弯半径传输至转向调节部件3，转向调节部件3与车速检测部件1、侧倾角检测部件2和转弯半径获取部件6连接，利用转向调节部件3根据获取到的自动驾驶车辆的目标转弯半径，并结合自动驾驶车辆侧倾驾驶时的行进速度和相对于地面的侧倾角度，根据建立的控制模块或者运动学模型计算出到自动驾驶车辆侧倾驾驶时要维持平衡所需要的转向角度，并精确调节自动驾驶车辆转向相应的角度，以提高自动驾驶车辆侧倾行驶的稳定性，进而确保自动驾驶车辆能够沿指定路线且以侧倾的姿态平衡行驶，使得自动驾驶车辆能够用于特技表演等场景，同时提高了自动驾驶车辆在窄桥或者地面有凸起物的路段等行驶地点上的通过性。

图2为本发明实施例提供的另一种自动驾驶车辆的结构示意图。在图1所示结构的自动驾驶车辆的基础上，图2所示结构的自动驾驶车辆还包括转向检测部件4和侧倾角触发部件5，转向检测部件4用于检测自动驾驶车辆的实时转向角度，侧倾角触发部件5与车速检测部件1和转向检测部件4连接，侧倾角触发部件5用于根据行进速度和实时转向角度触发侧倾角检测部件2对侧倾角的检测。

具体地，结合图1和图2，转向检测部件4检测自动驾驶车辆的实时转向角度，转向检测部件4与侧倾角检测部件2连接，转向检测部件4将检测到的自动驾驶车辆的实时转向角度发送至侧倾角检测部件2，还可以设置车速检测部件1与侧倾角检测部件2连接，车速检测部件1将检测到的自动驾驶车辆的实时行进速度发送至侧倾角检测部件2，侧倾角触发部件5将自动驾驶车辆的实时行进速度与设定行进速度比较，并将自动驾驶车辆的实时转向角与设定转向角比较。

当侧倾角触发部件5判定自动驾驶车辆的实时行进速度大于等于设定行进速度，且自动驾驶车辆的实时转向角大于等于设定转向角时，进一步判定自动驾驶车辆正在快速大幅转向，此时自动驾驶车辆的一侧车辆会离地，即自动驾驶车辆的单边的两个车轮会离地进入侧倾行驶装置，此时侧倾角触发部件5触发侧倾角检测部件2开始工作，实现侧倾角检测部件2对自动驾驶车辆侧倾行驶时侧倾角的实时检测，避免侧倾角检测部件2一直工作导致的自动驾驶车辆的功耗增加的问题。

可选地，转向调节部件3根据目标转弯半径、行进速度和侧倾角调节自动驾驶车辆的转向角度，可以设置转向调节部件3根据目标转弯半径和行进速度获取自动驾驶车辆的目标重心偏移角，同时根据侧倾角获取自动驾驶车辆的实际重心偏移角，然后根据目标重心偏移角和实际重心偏移角获取自动驾驶车辆的转向角度补偿值，并根据转向角度补偿值调节自动驾驶车辆的转向角度。

图3为本发明实施例提供的一种自动驾驶车辆侧倾驾驶时的正视结构示意图。如图3所示，自动驾驶车辆在侧倾行驶的过程中，自动驾驶车辆单边的两个车轮着地，另外一侧单边的两个车轮离地，着地的两个车轮的着地点之间的连线定义为地面接触线，自动驾驶车辆的重心偏移角即为自动驾驶车辆的重心G与前述地面接触线的中间点的连线相对于竖直方向XX’的偏移角度，即为图3中的角度θ，自动驾驶车辆的目标重心偏移角θ₀为自动驾驶车辆在侧倾行驶的过程中，车体处于平衡状态所需的重心偏移角。

当自动驾驶车辆在快速转弯以实现侧倾行驶的过程中，为实现车体的平衡，需要满足车体侧倾产生的重心偏移角产生的侧旋力矩造成的质心水平加速度，或者说重心加速度的分量，与自动驾驶车辆的目标转弯半径所需的向心加速度相等，即自动驾驶车辆在快速转弯以实现侧倾行驶的过程中，为实现车体的平衡所需的目标重心偏移角θ₀满足如下计算公式：

其中，r为目标转弯半径，v为行进速度，g为重力加速度，根据目标转弯半径和行进速度以及上述计算公式获取的重心偏移角即为目标重心偏移角，即可维持侧倾驾驶时的平衡。

示例性地，行进速度v可以由车速检测部件1检测获得，可以设置车速检测部件1包括轮速检测传感器，例如可以将车速检测部件1设置在自动驾驶车辆的车轮上，通过检测自动驾驶车辆的车轮的转动速度即可检测自动驾驶车辆的行进速度。

自动驾驶车辆上的侧倾角检测部件2能够检测自动驾驶车辆在侧倾驾驶时的实时侧倾角，图4为本发明实施例提供的另一种自动驾驶车辆侧倾驾驶时的正视结构示意图，图4中示出了自动驾驶车辆在侧倾驾驶过程中的侧倾角与自动驾驶车辆的实际重心偏移角之间的几何关系。如图4所示，θ₁为自动驾驶车辆的实际重心偏移角，

为侧倾角检测部件2检测到的自动驾驶车辆侧倾驾驶时的侧倾角，侧倾角为自动驾驶车辆的车体相对于竖直方向的侧倾角度，θ’为图4所示位置的角度，θ’满足如下计算公式：

可以设置自动驾驶车辆垂直于行进方向的宽度为d₁，地面接触线为自动驾驶车辆的前后车轮与地面接触点的连线，自动驾驶车辆的重心到地面接触线的中间点的距离为d₂，则图4中AB点之间的举例等于d₁的一半，AC点之间的举例等于d₂，则θ’满足如下计算公式：

因此，由上述公式可以得出，自动驾驶车辆的实际重心偏移角θ₁满足如下计算公式：

由此，可以根据侧倾角检测部件2检测到的自动驾驶车辆侧倾行驶时的侧倾角获取自动驾驶车辆的实际重心偏移角，示例性地，可以设置侧倾角检测部件2集成在自动驾驶车辆的内部，使得自动驾驶车辆无需依赖外部部件即可实现对自动驾驶车辆的侧倾角的检测，侧倾角检测部件2例如可以包括陀螺仪，陀螺仪集成在自动驾驶车辆的内部。

图5为本发明实施例提供的一种自动驾驶车辆转向时单边前后车轮的俯视结构示意图。如图5所示，O为自动驾驶车辆的转向中心，L为图5所示的单边前后两车轮之间的轴距，图5中OE两点之间的距离即为转弯半径r，β即为自动驾驶车辆的转向角度，且转向角度β满足如下计算公式：

结合前面的计算公式：

可以得到如下关系式：

由上述公式可以得到近似为线性的如下计算公式：

由此，可以根据自动驾驶车辆的重心偏移角θ计算出自动驾驶车辆的转向角β，前述已经根据目标转弯半径和行进速度获得了自动驾驶车辆的目标重心偏移角，则可以根据上述公式得出目标重心偏移角对应的自动驾驶车辆的目标转向角度，同时已经根据侧倾角获得了自动驾驶车辆的实际重心偏移角，同样可以根据上述公式得出实际重心偏移角对应的自动驾驶车辆的实际转向角度，目标转向角度与实际转向角度的差值即为自动驾驶车辆想要维持侧倾行驶的平衡所需的转向角度补偿值，转向调节部件3根据转向角度补偿值即可调节自动驾驶车辆的转向角度以使转向角度达到目标转向角度，确保自动驾驶车辆在侧倾驾驶时能够维持平衡。

本发明实施例还提供了一种自动驾驶车辆的转向调节方法。图6为本发明实施例提供的一种自动驾驶车辆的转向调节方法的流程示意图，该自动驾驶车辆的转向调节方法可以由上述实施例提供的自动驾驶车辆执行，如图6所示，自动驾驶车辆的转向调节方法包括：

S110、检测自动驾驶车辆的行进速度。

S120、检测自动驾驶车辆的侧倾角。

S130、获取自动驾驶车辆的目标转弯半径。

S140、根据目标转弯半径、行进速度和侧倾角调节自动驾驶车辆的转向角度。

可选地，根据目标转弯半径、行进速度和侧倾角调节自动驾驶车辆的转向角度包括根据目标转弯半径和行进速度获取自动驾驶车辆的目标重心偏移角；根据侧倾角获取自动驾驶车辆的实际重心偏移角；根据目标重心偏移角和实际重心偏移角获取自动驾驶车辆的转向角度补偿值，并根据转向角度补偿值调节自动驾驶车辆的转向角度。

可选地，自动驾驶车辆的目标重心偏移角θ₀满足如下计算公式：

其中，r为目标转弯半径，v为行进速度，g为重力加速度。

可选地，自动驾驶车辆的实际重心偏移角θ₁满足如下计算公式：

其中，

为侧倾角，d₁为自动驾驶车辆垂直于行进方向的宽度，d₂为自动驾驶车辆的重心到地面接触线的中间点的距离，地面接触线为自动驾驶车辆的前后车轮与地面接触点的连线。

可选地，自动驾驶车辆的转向角度β满足如下计算公式：

其中，θ为自动驾驶车辆的重心偏移角，L为自动驾驶车辆的前后轮之间的轴距，g为重力加速度，v为行进速度。

图7为本发明实施例提供的一种自动驾驶车车辆的控制模型示意图。如图7所示，控制模型具体解释如下，首先获取自动驾驶车辆的目标行驶路径，进入车辆规划控制模型，获取自动驾驶车辆的目标转弯半径、实际车速和目标车速，目标车速可以为设定车速，受行驶环境的影响实际车速与目标车速存在一定的偏差。

根据目标转弯半径和实际车速进行自动驾驶车辆的横向控制，根据目标车速进入纵向控制模型，纵向控制与自动驾驶车辆正常行驶状态下的纵向控制模型类似，这里不再赘述。横向控制则增加了基于车辆侧倾角对前轮转角调整的机制，陀螺仪检测车辆的实际重心偏移角，根据前述车辆的侧倾运动学模型获得车辆的目标重心偏移角，根据目标转弯半径获取前轮的目标转向角度，根据对实际重心偏移角和实际重心偏移角进行转向角度的反馈调节，获取自动驾驶车辆想要维持侧倾行驶的平衡所需的转向角度补偿值，转向调节部件根据转向角度补偿值调整前轮的转向角度输出值，即控制自动驾驶车辆的转向系统。

当自动驾驶车辆在单边车轮离地以实现侧倾行驶的过程中，转向调节部件能够根据自动驾驶车辆的目标转弯半径、行进速度和侧倾角获取到自动驾驶车辆要维持稳定侧倾行驶所需要的转向角度，并调节自动驾驶车辆转向相应的角度，以提高自动驾驶车辆侧倾行驶的稳定性，进而确保自动驾驶车辆能够沿指定路线且以侧倾的姿态平衡行驶。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，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)

1.一种自动驾驶车辆，其特征在于，包括：

车速检测部件，用于检测所述自动驾驶车辆的行进速度；

侧倾角检测部件，用于检测所述自动驾驶车辆的侧倾角；

转弯半径获取部件，用于根据外部指令或者感测到的外部环境信息获取所述自动驾驶车辆的目标转弯半径；

转向调节部件，分别与所述车速检测部件、所述侧倾角检测部件和所述转弯半径获取部件连接，用于根据所述目标转弯半径、所述行进速度和所述侧倾角调节所述自动驾驶车辆的转向角度。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆，其特征在于，所述侧倾角检测部件集成在所述自动驾驶车辆的内部。

3.根据权利要求2所述的自动驾驶车辆，其特征在于，所述侧倾角检测部件包括陀螺仪。

4.根据权利要求1-3任一项所述的自动驾驶车辆，其特征在于，所述车速检测部件包括轮速检测传感器。

5.根据权利要求1-4任一项所述的自动驾驶车辆，其特征在于，还包括：

转向检测部件，用于检测所述自动驾驶车辆的实时转向角度；

侧倾角触发部件，与所述车速检测部件和所述转向检测部件连接，用于根据所述行进速度和所述实时转向角度触发所述侧倾角检测部件对所述侧倾角的检测。

6.一种自动驾驶车辆的转向调节方法，其特征在于，包括：

检测所述自动驾驶车辆的行进速度；

检测所述自动驾驶车辆的侧倾角；

获取所述自动驾驶车辆的目标转弯半径；

根据所述目标转弯半径、所述行进速度和所述侧倾角调节所述自动驾驶车辆的转向角度。

7.根据权利要求6所述的自动驾驶车辆的转向调节方法，其特征在于，所述根据所述目标转弯半径、所述行进速度和所述侧倾角调节所述自动驾驶车辆的转向角度包括：

根据所述目标转弯半径和所述行进速度获取所述自动驾驶车辆的目标重心偏移角；

根据所述侧倾角获取所述自动驾驶车辆的实际重心偏移角；

根据所述目标重心偏移角和所述实际重心偏移角获取所述自动驾驶车辆的转向角度补偿值，并根据所述转向角度补偿值调节所述自动驾驶车辆的转向角度。

8.根据权利要求7所述的自动驾驶车辆的转向调节方法，其特征在于，所述自动驾驶车辆的目标重心偏移角θ₀满足如下计算公式：

其中，r为所述目标转弯半径，v为所述行进速度，g为重力加速度。

9.根据权利要求7所述的自动驾驶车辆的转向调节方法，其特征在于，所述自动驾驶车辆的实际重心偏移角θ₁满足如下计算公式：

其中，

为所述侧倾角，d₁为所述自动驾驶车辆垂直于行进方向的宽度，d₂为所述自动驾驶车辆的重心到地面接触线的中间点的距离，所述地面接触线为所述自动驾驶车辆的前后车轮与地面接触点的连线。

10.根据权利要求7所述的自动驾驶车辆的转向调节方法，其特征在于，所述自动驾驶车辆的转向角度β满足如下计算公式：

其中，θ为所述自动驾驶车辆的重心偏移角，L为所述自动驾驶车辆的前后轮之间的轴距，g为重力加速度，v为所述行进速度。

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