CN111873991A - 一种车辆转向的控制方法、装置、终端及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种车辆转向的控制方法、装置、终端及存储介质。该方法包括：基于车辆的转向数据及整车质量，确定所述车辆的第一状态方程；基于所述车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益；基于所述第一状态方程及所述当前最优控制增益，确定所述车辆的当前最优实际控制量，根据所述当前最优实际控制量对所述车辆转向进行控制。能够在车辆转向时对车辆进行控制，提高了路径跟踪精度，使车辆在高速换道或紧急避障发生转向时控制系统能保持稳定性。

Description

一种车辆转向的控制方法、装置、终端及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及车辆驾驶领域，尤其涉及一种车辆转向的控制方法、装置、终端及存储介质。

背景技术

路径跟踪作为自动驾驶系统中的关键执行层控制技术，通过控制车辆转向系统实现沿规划道路的精确行驶，影响着智能车辆的安全性与舒适性。

在现有技术中，车辆的路径跟踪控制方法主要包括：基于几何运动模型的方法和基于车辆动力学模型的路径跟踪方法。纯跟踪方法是基于几何追踪的方法之一，以车后轴为切点、车辆纵向车身为切线，通过控制前轮转角，使车辆可以沿着一条经过目标路点的圆弧行驶，该方法将车辆简化为四轮机器人刚性结构。基于车辆动力学模型的路径跟踪方法通常利用模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)的优化方法，采用预测窗口内路径跟踪偏差和侧向加速度及侧向加速度变化率等指标综合最小的方式确定最优结果。

现有技术存在的问题至少包括：基于几何运动模型的方法忽略了车辆的侧偏特性，在车速较高的场景下跟踪精度不高；而采用MPC优化方法的路径跟踪方法计算量较大，很难在车载嵌入式控制平台中实施。此外，上述方法均未在系统建模时考虑转向系统的转角执行延迟特性，在高速换道或紧急避障时目标转角响应过慢，会导致误差大幅增加，路径跟踪精度下降，甚至导致控制系统失去稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种车辆转向的控制方法、装置、终端及存储介质，在车辆高速换道或紧急避障转向时，提高了跟踪进度，使控制系统能保持稳定性。

第一方面，本发明实施例提供了一种车辆转向的控制方法，包括：

基于车辆的转向数据及整车质量，确定所述车辆的第一状态方程；

基于所述车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益；

基于所述第一状态方程及所述当前最优控制增益，确定所述车辆的当前最优实际控制量，根据所述当前最优实际控制量对所述车辆转向进行控制。

可选的，所述基于车辆的转向数据及整车质量，确定所述车辆的第一状态方程，包括：

基于所述转向数据及所述整车质量，构建车辆动力学模型；

基于所述车辆动力学模型及线性系统被控对象的状态方程确定所述车辆的第二状态方程；

在控制目标转角与转向系统执行的实际转角之间建立一阶惯性模型；

基于所述一阶惯性模型，将所述第二状态方程更新为所述第三状态方程，并进行离散化处理，得到所述第一状态方程。

可选的，所述基于所述车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益，包括：

基于所述车辆的优化目标及线性二次型调节器的通用表达式，构建所述车辆的优化目标的代价函数；

于所述代价函数最小化时，确定所述车辆的最优控制增益矩阵；

确定所述最优控制增益矩阵的参数矩阵，根据所述参数矩阵的变量确定所述车辆的所述车速与所述最优控制增益的关系；

根据所述关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益。

可选的，所述基于所述第一状态方程及所述当前最优控制增益，确定所述车辆的当前最优实际控制量，根据所述当前最优实际控制量对所述车辆转向进行控制，包括：

更新所述车辆的优化目标的当前时刻对应的状态值，确定状态值更新后的状态矩阵；

基于控制目标控制量表达式及所述状态值更新后的状态矩阵，确定所述车辆的当前最优控制目标控制量；

基于所述一阶惯性模型及所述车辆的当前最优控制目标控制量，确定所述当前最优控制目标控制量对应的所述当前最优实际控制量；

基于所述当前最优实际控制量，对所述车辆转向进行控制。

优选的，所述车辆的转向数据包括下述至少一项：车辆横向位置偏差、车辆的质心到前轴的距离、车辆的质心到后轴的距离、车辆航向角偏差、所述车速、转向传动比、车辆前轴的侧偏刚度、车辆前轴的侧偏刚度、车辆绕z轴横摆的转动惯量。

优选的，所述车辆的优化目标，包括：所述车辆横向位置偏差、所述车辆航向角偏差、控制目标控制量。

可选的，所述于所述代价函数最小化时，确定所述车辆的最优控制增益矩阵之后，还包括：

于所述代价函数最小化时，将所述代价函数对所述控制目标控制量求偏导，得到偏导表达式；

令所述偏导表达式为零，确定所述车辆的所述控制目标控制量表达式。

第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆转向的控制装置，包括：

第一状态方程确定模块，用于基于车辆的转向数据及整车质量，确定所述车辆的第一状态方程；

当前最优控制增益确定模块，用于基于所述车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益；

车辆转向控制模块，用于基于所述第一状态方程及所述当前最优增控制益，确定所述车辆的当前最优实际控制量，根据所述当前最优实际控制量对所述车辆转向进行控制。

第三方面，本发明实施例还提供了一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本申请任意实施例提供的一种车辆转向的控制方法。

第四方面，本发明实施例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，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如本申请任意实施例提供的一种车辆转向的控制方法。

本发明实施例提供的一种车辆转向的控制方法、装置、终端及存储介质，首先基于车辆的转向数据及整车质量，确定所述车辆的第一状态方程；然后基于车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益；最后基于第一状态方程及车辆的当前最优控制增益，确定车辆的当前最优实际控制量，根据所述当前最优实际控制量对所述车辆转向进行控制，能够在车辆转向时对车辆进行控制，提高了路劲跟踪精度，使车辆在高速换道或紧急避障发生转向时控制系统能保持稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种车辆转向的控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种车辆转向的控制方法的流程示意图；

图3是本发明实施例二构建的车辆动力学模型的示意图；

图4是本发明实施例三提供的一种车辆转向的控制装置的结构框图；

图5是本发明实施例四提供的一种终端的结构示意图。

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，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，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，都属于本发明保护的范围。下述各实施例中，每个实施例中同时提供了可选特征和示例，实施例中记载的各个特征可进行组合，形成多个可选方案，不应将每个编号的实施例仅视为一个技术方案。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种车辆转向的控制方法的流程示意图，本实施例可适用于车辆行驶过程中在高速换道或紧急避障的情况。该方法可以由本发明实施例提供的车辆转向的控制装置来执行，且控制装置可配置于本发明实施例提供的终端中，例如可配置于计算机设备中，在此不作具体限制。

如图1所示，车辆转向的控制方法，具体包括如下步骤：

S110、基于车辆的转向数据及整车质量，确定车辆的第一状态方程。

高速换道或紧急避障时会发生相对于原行驶方向的变化，可以表现为车辆较原始行驶方向发生了转向，就会使得车辆相对于原行驶产生位姿变化，包括距离的变化、转动数据的变化、侧偏数据的变化等，这些变化可以通过数据体现的均可以视为转向数据，本发明实施例对车辆的转向数据不作具体限制。

将车辆转向控制系统视为线性系统，按线性系统的状态方程构建车辆的第一状态方程，线性系统的状态方程为：

首先基于车辆的转向数据和车辆的整车质量建立车辆的动力学模型，然后根据构建的车辆动力学模型及上述线性系统的状态方程，建立车辆控制系统的状态方程，可以称为第一状态方程，本发明实施例对车辆状态方程的名称不作限制。

可选的，所述车辆的转向数据包括下述至少一项：车辆横向位置偏差、车辆的质心到前轴的距离、车辆的质心到后轴的距离、车辆航向角偏差、所述车速、转向传动比、车辆前轴的侧偏刚度、车辆前轴的侧偏刚度、车辆绕z轴横摆的转动惯量。

车辆在发生转向时，会产生位姿变化，位姿变化就会使一些车辆的行驶数据发送变化，可以看作产生了转向数据，转向数据可以包括：车辆横向位置偏差y、车辆的质心到前轴的距离a、车辆的质心到后轴的距离b、车辆航向角偏差ψ、纵向车速u、转向传动比i_steer、车辆前轴的侧偏刚度C_f、车辆前轴的侧偏刚度C_r、车辆绕z轴横摆的转动惯量I_z。

确定车辆的转向数据便于建立车辆动力学模型。

S120、基于车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益。

通过确立优化目标，构建基于车辆状态方程的车辆优化目标代价函数，要实现优化目标，需使车辆优化目标代价函数取最小值，此时就可以获得最优控制增益矩阵，而影响该矩阵的值的可变量只有车速，通过该最优控制增益矩阵，就可以确定车速与最优控制增益的关系，因此，如果获取到了车辆的当前车速，就可以确定该车速对应的当前最优控制增益。

S130、基于第一状态方程及当前最优控制增益，确定车辆的当前最优实际控制量，根据当前最优实际控制量对车辆转向进行控制。

当车辆发生转向时，从车载测量装置中获取车辆第一状态方程的该时刻状态矩阵中的状态值，利用车辆的当前最优控制增益和该时刻的状态矩阵可以确定车辆控制目标的当前最优控制量，示例性的，车辆控制目标的控制量可以是控制系统的控制目标转角，然后根据控制目标转角到转向系统执行的实际转角之间的关系，确定转向系统执行的实际转角，也就是方向盘转角，该方向盘转角就是当前最优实际控制量，通过该方向盘转角对车辆转向进行控制。

本发明实施例提供的一种车辆转向的控制方法，基于车辆的转向数据及整车质量，确定车辆的第一状态方程；基于车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益；基于第一状态方程及所述当前最优控制增益，确定车辆的当前最优实际控制量，根据当前最优实际控制量对车辆转向进行控制。能够在车辆转向时对车辆进行控制，提高了路径跟踪精度，使车辆在高速换道或紧急避障发生转向时控制系统能保持稳定性。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的一种车辆转向的控制方法的流程示意图，本实施例在上述实施例的基础上对确定车辆的第一状态方程的过程、确定当前最优控制增益的过程及确定当前最优控制量的过程进行了细化。本发明实施例与上述实施例提供的车辆转向的控制方法属于同一发明构思，未详尽描述的技术细节可参见上述施例，且具备相同的技术效果。

如图2所示，车辆转向的控制方法，具体包括如下步骤：

S201、基于转向数据及整车质量，构建车辆动力学模型。

选取固定于车辆质心的坐标系建立车辆运动方程，假设车辆是一个在平面内沿一定速度向前行驶的刚体，可通过前轮转角进行横摆旋转和侧向平移运动。本发明实施例构建的车辆动力学模型如图3所示，通过如图3所示的几何关系，可推导出前后轴的侧偏角α_f、α_r关系式：

α_f＝(y+aψ)/u-ψ-δ_sw/i_steer

α_r＝(y+bψ)/u-ψ

其中，y为车辆横向位置，a、b分别为车辆质心到前后轴的距离，ψ为车辆航向角，u为车辆纵向速度，δ_sw为转向盘转角，i_steer为转向传动比。

然后由车辆前后轴的侧偏刚度C_f、C_r,可知前后轴的侧向力F_yf、F_vr分别为：

F_yf＝C_f·α_f

F_yr＝C_r·α_r

S202、基于车辆动力学模型及线性系统被控对象的状态方程确定车辆的第二状态方程。

基于步骤S110中所述的线性系统的状态方程及步骤S201建立的车辆动力学模型，并根据牛顿第二定律进行侧向力和横摆力矩的分析，可以得到动力学模型状态方程为：

其中，

M为整车质量，I_z为车辆绕z轴横摆的转动惯量，该状态方程可以称为第二状态方程，本发明实施例对状态方程的名称不作具体限制。

S203、在控制目标转角与转向系统执行的实际转角之间建立一阶惯性模型。

步骤S202中的第二状态方程仅以转向系统执行的实际转角对车辆的位姿变化进行了建模，还需要考虑控制目标转角δ_{sw_cmd}到转向系统执行的实际转角δ_sw之间的关系，通常情况下，由于滤波及转向系统自身的惯性存在，将目标转角到实际响应转角之间建模为一阶惯性环节如下：

其中，τ为转向控制系统的时间常数，示例性的，可以通过Matlab的系统辨识工具箱，输入实际的转向系统控制目标及实际转角数据，进行参数辨识获得。

S204、基于一阶惯性模型，将第二状态方程更新为第三状态方程，并进行离散化处理，得到第一状态方程。

基于上述步骤S203建立的一阶惯性模型，将当前方向盘实际转角δ_sw也作为状态量，将目标转角δ_{sw_cmd}作为车辆的控制量，车辆第二状态方程可更新为第三状态方程，表示为：

由于上述第三状态方程为连续量，而在控制器中采用的是离散数字控制，因此，需要根据实际采样时间T对第三状态方程进行离散化处理，令

离散后的第三状态方程如下式所示：

X(k+1)＝A_d·X(k)+B_d·δ_sw

其中，

此离散化的状态方程即为构建的第一状态方程。

S205、基于车辆的优化目标及线性二次型调节器的通用表达式，构建车辆的优化目标的代价函数。

线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator，LQR)本质是利用代价函数来确定一个可以同时考虑性能和最少输入量的一个最优解，为实现车辆发生转向时的最优控制，将车辆转向时产生变化的参数作为状态变量及输入量，确定最优的控制量和输入量作为车辆的优化目标，来实现对车辆的最优控制。LQR的通用形式为：

其中，U(k)＝-KX(k)+t_rR(k)，基于车辆的优化目标，本发明实施例中U(k)为控制目标转角δ_sw-cmd(k)，由于δ_sw-cmd(k)^T＝δ_sw-cmd(k)，因此，车辆的优化目标的代价函数可以进一步表示为：

其中，Q表示X(k)的权重矩阵，R表示δ_sw-cmd(k)的权重，示例性的，Q可以表示为：

其中，q₁、q₂、q₃、q₄分别为跟踪横向偏差、跟踪横向偏差变化率、跟踪角度偏差、跟踪角度偏差变化率的目标权重，Q和R均可以根据实际情况进行设置，R可以设置为1。

可选的，所述车辆的优化目标，包括：所述车辆横向位置偏差、所述车辆航向角偏差、控制目标控制量。

结合LQR优化问题，车辆的优化目标可以是考虑车辆稳定性的前提下，作为状态变量的车辆横向位置偏差y、车辆航向角偏差ψ最小，同时输入量为控制目标转角δ_{sw_cmd}(k)也较小。

通过根据LQR解决的问题来确定车辆的优化目标，便于确定车辆的LQR控制问题。

S206、于代价函数最小化时，确定车辆的最优控制增益矩阵。

为实现最小的控制目标转角δ_sw-cmd，需要令优化目标的代价函数最小化，即：

由步骤S205中公式U(k)＝-KX(k)+t_rR(k)，可确定δ_sw-cmd(k)＝-KX(k)+t_rR(k)，进一步的，可得：

X(k+1)＝A_d·X(k)+B_d·{-KX(k)+t_rR(k)}＝(A_d-B_dK)X(k)+B_dt_rR(k)

至此，可以将问题转化为优化目标的代价函数最小时，确定车辆的最优控制增益矩阵K，而此时需要默认控制系统为零输入响应，因此，更改表达式为：

δ_sw-cmd(k)＝-KX(k)

X(k+1)＝(A_d-B_dK)X(k)

基于上述公式及优化目标的最小代价函数，可以确定车辆的最优控制增益矩阵表达式为：

K＝[R+B_d ^TPB_d]^-1B_d ^TPA_d

可选的，所述于所述代价函数最小化时，确定所述车辆的最优控制增益矩阵之后，还包括：

于所述代价函数最小化时，将所述代价函数对所述控制目标控制量求偏导，得到偏导表达式；

令所述偏导表达式为零，确定所述车辆的所述控制目标控制量的表达式。

当代价函数最小化时，就代价函数的极小值问题可以转换成求J导数的极小值，将状态方程X(k+1)＝(A_d-B_dK)X(k)代入代价函数表达式后，对控制变量δ_{sw_cmd}(k)求偏导，使其偏导数为0，表达式为：

求解上式即可获得当前最优控制变量表达式为：

δ_{sw_cmd}(k)＝-KX(k)＝-[R+B_d ^TPB_d]^-1B_d ^TPA_dX(k)

S207、确定最优控制增益矩阵的参数矩阵，根据参数矩阵的变量确定车辆的车速与最优控制增益的关系。

上述最优控制增益矩阵中的P矩阵可通过求解如下代数黎卡提方程获得：

通过观察上述矩阵中的变量可以发现，同一车辆在控制参数目标权重确定的情况下，仅有车辆纵向速度u动态变化，至此，利用最优控制增益矩阵的表达式可以确定车速u与最优控制增益的关系。

S208、根据关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益。

上述步骤确定了车速u和最优控制增益的关系，然后在线控制时可以直接根据测得的车速确定当前车速对应下的最优控制增益，示例性的，可以通过查表获得当前车速对应的当前最优控制增益。

S209、更新车辆的优化目标的当前时刻对应的状态值，确定状态值更新后的状态矩阵。

由于离线优化部分已经确定了不同车速下的最优控制增益，在线实时控制部分仅需要根据当前车速查表插值获得当前最优控制增益K，然后根据当前车辆位姿状态、方向盘转角状态更新当前k时刻的状态矩阵X(k)中的状态值

车辆当前时刻的横向位置偏差、偏航角及方向盘转角都可以通过相关测量仪器测量得到，示例性的，车辆当前时刻的横向位置偏差可以通过安装在车辆的侧滑仪测量得到，车辆的偏航角可以通过偏航角传感器检测获得，而方向盘转角可以通过方向盘转角测试仪和/或方向盘转角传感器进行测量得到，本发明实施例对车辆当前时刻的横向位置偏差、偏航角及方向盘转角的获得的测量仪器不作具体限制。

S210、基于控制目标控制量表达式及状态值更新后的状态矩阵，确定车辆的当前最优控制目标控制量

步骤S208确定了车辆的当前速度对应的当前最优控制增益K，步骤S209更新了当前时刻的状态矩阵X(k)，再由步骤S206推导出的控制目标控制量表达式δ_{sw_cmd}(k)＝-KX(k)＝-[R+B_d ^TPB_d]^-1B_d ^TPA_dX(k)，可以确定当前k时刻车辆的最优控制目标的控制量δ_{sw_cmd}，该控制量为控制系统控制目标的转角。

S211、基于一阶惯性模型及车辆的当前最优控制目标控制量，确定当前最优控制目标控制量对应的当前最优实际控制量。

对车辆进行实时控制是通过方向盘实际转角实现的，通过步骤S203已经在控制目标转角和控制系统执行的方向盘转角之间建立了一阶惯性模型，步骤S210确定了控制目标转角，因此，通过一阶惯性模型就可以确定该时刻控制目标转角对应的执行的方向盘实际转角，该方向盘实际转角为当前最优实际控制量。

S212、基于当前最优实际控制量，对车辆转向进行控制。

确定了当前最优实际控制量，即方向盘最优转角，就可以通过控制方向盘使方向盘转角达到最优转角，对车辆进行转向控制。示例性的，对方向盘转角进行控制时，可以通过观察转角测试仪显示的方向盘实时转角来改变其大小直至达到最优转角。

本发明实施例提供的一种车辆转向的控制方法，基于所述转向数据及所述整车质量，构建车辆动力学模型；基于所述车辆动力学模型及线性系统被控对象的状态方程确定所述车辆的第二状态方程；在控制目标转角与转向系统执行的实际转角之间建立一阶惯性模型；基于所述一阶惯性模型，将所述第二状态方程更新为所述第三状态方程，并进行离散化处理，得到所述第一状态方程；基于所述车辆的优化目标及线性二次型调节器的通用表达式，构建所述车辆的优化目标的代价函数；于所述代价函数最小化时，确定所述车辆的最优控制增益矩阵；确定所述最优控制增益矩阵的参数矩阵，根据所述参数矩阵的变量确定所述车辆的所述车速与所述最优控制增益的关系；根据所述关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益；更新所述车辆的优化目标的当前时刻对应的状态值，确定状态值更新后的状态矩阵；基于控制目标控制量表达式及所述状态值更新后的状态矩阵，确定所述车辆的当前最优控制目标控制量；基于所述一阶惯性模型及所述车辆的当前最优控制目标控制量，确定所述当前最优控制目标控制量对应的所述当前最优实际控制量；基于所述当前最优实际控制量，对所述车辆转向进行控制。更加细化了确定车辆的第一状态方程的过程、确定当前最优控制增益的过程及确定当前最优控制量的过程。

实施例三

图4是本发明实施例三提供的一种车辆转向的控制装置的结构框图，实施例可适用于车辆行驶过程中转弯的情况。应用车辆转向的控制装置可以实现本发明任一实施例所提供的车辆转向的控制方法。如图4所示，车辆转向的控制装置，包括：

第一状态方程确定模块310，用于基于车辆的转向数据及整车质量，确定车辆的第一状态方程；

当前最优控制增益确定模块320，用于基于车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益；

车辆转向控制模块330，用于基于第一状态方程及当前最优控制增益，确定车辆的当前最优实际控制量，根据当前最优实际控制量对车辆转向进行控制。

可选的，第一状态方程确定模块310，包括：车辆动力学模型构建单元、第二状态方程确定单元、一阶惯性模型建立单元、离散处理单元。

车辆动力学模型构建单元，用于基于所述转向数据及所述整车质量，构建车辆动力学模型；

可选的，所述车辆的转向数据包括下述至少一项：车辆横向位置偏差、车辆的质心到前轴的距离、车辆的质心到后轴的距离、车辆航向角偏差、所述车速、转向传动比、车辆前轴的侧偏刚度、车辆前轴的侧偏刚度、车辆绕z轴横摆的转动惯量。

第二状态方程确定单元，用于基于所述车辆动力学模型及线性系统被控对象的状态方程确定所述车辆的第二状态方程；

一阶惯性模型建立单元，用于在控制目标转角与转向系统执行的实际转角之间建立一阶惯性模型；

离散处理单元，用于基于所述一阶惯性模型，将所述第二状态方程更新为所述第三状态方程，并进行离散化处理，得到所述第一状态方程。

可选的，当前最优控制增益确定模块320，包括：代价函数构建单元、最优控制增益矩阵确定单元、参数矩阵确定单元、当前最优控制增益确定单元。

代价函数构建单元，用于基于所述车辆的优化目标及线性二次型调节器的通用表达式，构建所述车辆的优化目标的代价函数；

可选的，所述车辆的优化目标，包括：所述车辆横向位置偏差、所述车辆航向角偏差、控制目标控制量。

最优控制增益矩阵确定单元，用于于所述代价函数最小化时，确定所述车辆的最优控制增益矩阵；

可选的，所述于所述代价函数最小化时，确定所述车辆的最优控制增益矩阵之后，还包括：

于所述代价函数最小化时，将所述代价函数对所述控制目标控制量求偏导，得到偏导表达式；

令所述偏导表达式为零，确定所述车辆的所述控制目标控制量表达式。

参数矩阵确定单元，用于确定所述最优控制增益矩阵的参数矩阵，根据所述参数矩阵的变量确定所述车辆的所述车速与所述最优控制增益的关系；

当前最优控制增益确定单元，用于根据所述关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益。

可选的，车辆转向控制模块330，包括：状态值更新单元、当前最优控制目标控制量确定单元、当前最优实际控制量确定单元、控制单元。

状态值更新单元，用于更新所述车辆的优化目标的当前时刻对应的状态值，确定状态值更新后的状态矩阵；

当前最优控制目标控制量确定单元，用于基于控制目标控制量表达式及所述状态值更新后的状态矩阵，确定所述车辆的当前最优控制目标控制量；

当前最优实际控制量确定单元，用于基于所述一阶惯性模型及所述车辆的当前最优控制目标控制量，确定所述当前最优控制目标控制量对应的所述当前最优实际控制量；

控制单元，用于基于所述当前最优实际控制量，对所述车辆转向进行控制。

本发明实施例所提供的车辆转向的控制装置可执行本发明任一实施例所提供的车辆转向的控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未详尽描述的技术细节，可参见本发明任一实施例所提供的车辆转向的控制方法。

实施例四

图5是本发明实施例四提供的一种终端的结构示意图。图5示出了适于用来实现本发明任一实施方式的示例性终端12的框图。图5显示的终端12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。设备12典型的是安装应用的电脑终端。

如图5所示，终端12以通用计算设备的形式表现。终端12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，存储器28，连接不同组件(包括存储器28和处理单元16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(Industry StandardArchitecture，ISA)总线，微通道体系结构(Micro Channel Architecture，MCA)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association，VESA)局域总线以及外围组件互连(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线。

终端12典型地包括多种计算机可读介质。这些介质可以是任何能够被终端12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机装置可读介质，例如随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)30和/或高速缓存存储器32。终端12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图5未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图5中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如只读光盘(Compact Disc-Read Only Memory，CD-ROM)、数字视盘(Digital Video Disc-Read Only Memory，DVD-ROM)或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品40，该程序产品40具有一组程序模块42，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。程序产品40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

终端12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、鼠标、摄像头等和显示器)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该终端12交互的设备通信，和/或与使得该终端12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，终端12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(Local Area Network，LAN)，广域网Wide Area Network，WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与终端12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合终端12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、磁盘阵列(RedundantArrays of Independent Disks，RAID)装置、磁带驱动器以及数据备份存储装置等。

处理器16通过运行存储在存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明上述实施例所提供的车辆转向的控制方法，该方法包括：

基于车辆的转向数据及整车质量，确定所述车辆的第一状态方程；

基于所述车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益；

基于所述第一状态方程及所述当前最优控制增益，确定所述车辆的当前最优实际控制量，根据所述当前最优实际控制量对所述车辆转向进行控制。

实施例五

本发明实施例五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，该程序被处理器执行时实现如本申请任意实施例提供的车辆转向的控制方法，该方法包括：

基于车辆的转向数据及整车质量，确定所述车辆的第一状态方程；

基于所述车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益；

基于所述第一状态方程及所述当前最优控制增益，确定所述车辆的当前最优实际控制量，根据所述当前最优实际控制量对所述车辆转向进行控制。

当然，本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，其上存储的计算机程序不限于如上的方法指令，还可以执行本发明任一实施例所提供的车辆转向的控制方法。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。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。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的装置、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(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行装置、装置或者器件使用或者与其结合使用。

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程序代码。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装置、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程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明指令的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种车辆转向的控制方法，其特征在于，包括：

基于车辆的转向数据及整车质量，确定所述车辆的第一状态方程；

基于所述车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益；

基于所述第一状态方程及所述当前最优控制增益，确定所述车辆的当前最优实际控制量，根据所述当前最优实际控制量对所述车辆转向进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于车辆的转向数据及整车质量，确定所述车辆的第一状态方程，包括：

基于所述转向数据及所述整车质量，构建车辆动力学模型；

基于所述车辆动力学模型及线性系统被控对象的状态方程确定所述车辆的第二状态方程；

在控制目标转角与转向系统执行的实际转角之间建立一阶惯性模型；

基于所述一阶惯性模型，将所述第二状态方程更新为所述第三状态方程，并进行离散化处理，得到所述第一状态方程。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益，包括：

基于所述车辆的优化目标及线性二次型调节器的通用表达式，构建所述车辆的优化目标的代价函数；

于所述代价函数最小化时，确定所述车辆的最优控制增益矩阵；

确定所述最优控制增益矩阵的参数矩阵，根据所述参数矩阵的变量确定所述车辆的所述车速与所述最优控制增益的关系；

根据所述关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一状态方程及所述当前最优控制增益，确定所述车辆的当前最优实际控制量，根据所述当前最优实际控制量对所述车辆转向进行控制，包括：

更新所述车辆的优化目标的当前时刻对应的状态值，确定状态值更新后的状态矩阵；

基于控制目标控制量表达式及所述状态值更新后的状态矩阵，确定所述车辆的当前最优控制目标控制量；

基于所述一阶惯性模型及所述车辆的当前最优控制目标控制量，确定所述当前最优控制目标控制量对应的所述当前最优实际控制量；

基于所述当前最优实际控制量，对所述车辆转向进行控制。

5.根据权利要求1-2任一所述的方法，其特征在于，所述车辆的转向数据包括下述至少一项：车辆横向位置偏差、车辆的质心到前轴的距离、车辆的质心到后轴的距离、车辆航向角偏差、所述车速、转向传动比、车辆前轴的侧偏刚度、车辆前轴的侧偏刚度、车辆绕z轴横摆的转动惯量。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述车辆的优化目标，包括：

所述车辆横向位置偏差、所述车辆航向角偏差、控制目标控制量。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述于所述代价函数最小化时，确定所述车辆的最优控制增益矩阵之后，还包括：

于所述代价函数最小化时，将所述代价函数对所述控制目标控制量求偏导，得到偏导表达式；

令所述偏导表达式为零，确定所述车辆的所述控制目标控制量表达式。

8.一种车辆转向的控制装置，其特征在于，包括：

第一状态方程确定模块，用于基于车辆的转向数据及整车质量，确定所述车辆的第一状态方程；

当前最优控制增益确定模块，用于基于所述车辆的车速与最优控制增益的关系，确定当前车速对应的当前最优控制增益；

车辆转向控制模块，用于基于所述第一状态方程及所述当前最优控制增益，确定所述车辆的当前最优实际控制量，根据所述当前最优实际控制量对所述车辆转向进行控制。

9.一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一所述的车辆转向的控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的车辆转向的控制方法。

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