CN112124295A - 无人驾驶车辆及其终点横向稳态控制方法、电子设备 - Google Patents

Abstract

一种无人驾驶车辆及其终点横向稳态控制方法、电子设备，上述方法包括：获取包含N个预瞄点的位置序列。根据无人驾驶车辆的实时车速和当前期望轨迹的曲率确定预瞄点个数N。然后，根据实时车速确定N个参考点的位置序列，N个参考点位于无人驾驶车辆的当前行驶方向上。在靠近无人驾驶车辆的当前期望轨迹的终点的预定距离内，在当前期望轨迹上确定距离前R个参考点中各个参考点的距离最近的点为横向控制的前R个预瞄点，剩余的K个参考点在当前期望轨迹上不存在预瞄点，通过在当前期望轨迹的终点后继续补充缺失的K个预瞄点，以得到包含N个预瞄点的位置序列，0≤R＜N，1≤K≤N，R+K＝N。保证了车辆在终点横向控制的稳定性。

Description

无人驾驶车辆及其终点横向稳态控制方法、电子设备

技术领域

本公开属于无人驾驶技术领域，涉及一种无人驾驶车辆及其终点横向稳态控制方法、电子设备。

背景技术

智能驾驶的关键技术涉及到环境感知、高精定位、决策规划以及执行控制等众多的技术领域，其中执行控制作为智能驾驶车辆系统的最底层，直接关系着智能驾驶功能的最终实现。车辆运动控制是执行控制中最核心的部分，一般分为车辆纵向控制和横向控制。

车辆的横向控制主要是根据预期的路径轨迹，控制车辆的转向角度，使得车辆跟随期望轨迹行驶。横向控制中应用比较广泛为预瞄跟踪控制。目前预瞄跟踪控制有着不同的控制逻辑。发明人在实现本公开技术构思的过程中发现现有技术存在以下问题：现有的预瞄点终点横向稳态控制方法在车辆行驶到接近轨迹终点附近的时候，随着离轨迹终点越来越近，有效的轨迹点数量会不断减少到零，这样会导致有效预瞄点数量不断衰减到零或者预瞄距离不断衰减到一个很小的值，由于预瞄点数量的不足或者预瞄距离的不足会导致终点附件横向控制发生振荡现象，影响终点停车的稳态性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种无人驾驶车辆及其终点横向稳态控制方法、电子设备，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

本公开的第一个方面提供了一种无人驾驶车辆的终点横向稳态控制方法。上述终点横向稳态控制方法包括：获取包含N个预瞄点的位置序列。获取包含N个预瞄点的位置序列，包括：根据无人驾驶车辆的实时车速和当前期望轨迹的曲率确定预瞄点个数N，N为正整数。然后，根据实时车速确定N个参考点的位置序列，N个参考点位于无人驾驶车辆的当前行驶方向上。在靠近无人驾驶车辆的当前期望轨迹的终点的预定距离内，在当前期望轨迹上确定距离前R个参考点(前R个参考点的含义是：按照距离无人驾驶车辆当前行驶方向由近及远依次排布的位置序列中的前R个参考点)中各个参考点的距离最近的点为横向控制的前R个预瞄点，剩余的K个参考点在当前期望轨迹上不存在预瞄点，通过在当前期望轨迹的终点后继续补充缺失的K个预瞄点，以得到包含N个预瞄点的位置序列，0≤R＜N，1≤K≤N，R+K＝N。上述终点横向稳态控制方法还包括：根据无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率来确定加权期望圆周曲率。上述终点横向稳态控制方法还包括：根据加权期望圆周曲率确定方向盘转角以及期望转角速度，以控制方向盘的转动，实现横向控制。

根据本公开的实施例，补充缺失的K个预瞄点的方法包括：根据当前期望轨迹的曲率来确定补充轨迹的曲率；将剩余的K个参考点的横坐标作为补充轨迹上K个预瞄点的横坐标；以及根据补充轨迹的曲率和K个预瞄点的横坐标确定K个预瞄点的纵坐标以及正切值，以得到缺失的K个预瞄点的位置。当所述当前期望轨迹的轨迹点数等于零时，不再补充缺失的预瞄点，给无人驾驶车辆发送停车信号。

根据本公开的实施例，根据当前期望轨迹的曲率来确定补充轨迹的曲率，包括：给定补充轨迹的长度L_set，上述补充轨迹在无人驾驶车辆的当前行驶方向上的投影涵盖K个参考点，以使得补充轨迹能够涵盖K个预瞄点；以及确定当前期望轨迹的终点前的预定距离内所有期望轨迹点的曲率平均值为补充轨迹的曲率，预定距离等于长度L_set。

根据本公开的实施例，补充轨迹的曲率满足以下表达式：

其中，Cur_补充表示补充轨迹的曲率；AverCur_当前表示预定距离内所有期望轨迹点的曲率平均值；size表示预定距离内所有期望轨迹点的数量；s_j-cur表示预定距离内第j个期望轨迹点的曲率。

根据本公开的实施例，K个预瞄点的纵坐标满足以下表达式：

其中，y_t表示补充轨迹上K个预瞄点中第t个预瞄点S_t的纵坐标；x_t表示补充轨迹上K个预瞄点中第t个预瞄点S_t的横坐标，t表示补充的缺失的K个预瞄点中各个预瞄点的序号，该序号是延续前R个预瞄点继续进行编号，t＝R+1，R+2，……，N。

根据本公开的实施例，K个预瞄点的正切值满足以下表达式：

根据本公开的实施例，根据无人驾驶车辆的实时车速和当前期望轨迹的曲率确定预瞄点个数N，包括：根据实时车速值和当前期望轨迹的最大曲率计算得到第一数量；预先设定预瞄点最少个数为第二数量，第二数量大于1；以及确定第一数量和第二数量中较大的一个为预瞄点个数N。

根据本公开的实施例，根据实时车速确定N个参考点的位置序列，包括：根据实时车速值计算得到参考点零点距离无人驾驶车辆的当前位置的距离，以得到参考点零点的位置；以及根据设定的时间段内无人驾驶车辆以实时车速行驶对应得到的距离按照第i个参考点占据总个数N的比值划分得到各个参考点距离参考点零点的位置，以得到N个参考点的位置，其中i＝1，2，……，N。

根据本公开的实施例，根据无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率来确定加权期望圆周曲率，包括：

确定N个预瞄点中各个预瞄点的期望圆周权重系数K_i，i＝1，2，……，N；其中，

根据期望圆周权重系数K_i和N个预瞄点中各个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率Row_i1、航向偏差期望圆周曲率Row_i2和轨迹曲率期望圆周曲率Row_i3确定加权位置偏差期望圆周曲率best_row1、加权航向偏差期望圆周曲率best_row2和加权轨迹曲率期望圆周曲率best_row3；

确定位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2和曲率圆周权重系数K_Share3，其中K_Share1+K_Share2+K_Share3＝1；以及

根据加权位置偏差期望圆周曲率best_row1、加权航向偏差期望圆周曲率best_row2、加权轨迹曲率期望圆周曲率best_row3、位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2和曲率圆周权重系数K_Share3确定加权期望圆周曲率best_row。

根据本公开的实施例，上述终点横向稳态控制方法还包括：确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率。其中，确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率，包括：根据无人驾驶车辆的当前位置和第i个预瞄点的位置确定无人驾驶车辆相对于第i个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率Row_i1，i＝1，2，……，N。确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的航向偏差期望圆周曲率，包括：根据无人驾驶车辆的当前航向和第i个预瞄点的航向正切值确定无人驾驶车辆相对于第i个预瞄点的航向偏差期望圆周曲率Row_i2。确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的轨迹曲率期望圆周曲率，包括：根据无人驾驶车辆的当前位置和第i个预瞄点对应的轨迹曲率确定无人驾驶车辆相对于第i个预瞄点的轨迹曲率期望圆周曲率Row_i3。

根据本公开的实施例，上述位置偏差期望圆周曲率Row_i1满足以下表达式：

其中，x_i-path表示第i个预瞄点的位置的横坐标；y_i-path表示第i个预瞄点的位置的纵坐标；x_now表示无人驾驶车辆的当前位置的横坐标；y_now表示无人驾驶车辆的当前位置的纵坐标，A、B和C为系数。

根据本公开的实施例，上述航向偏差期望圆周曲率Row_i2满足以下表达式：

其中，Tan_i-path表示第i个预瞄点的正切值；ψ表示参数；E、F和G为系数。

根据本公开的实施例，上述轨迹曲率期望圆周曲率Row_i3满足以下表达式：

其中，ξ_i-path表示第i个预瞄点的轨迹曲率；M为系数。

根据本公开的实施例，确定位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2和曲率圆周权重系数K_Share3，包括：

根据预设的位置偏差速度下限、位置偏差速度上限、与位置偏差速度下限对应的位置偏差权重系数下限、与位置偏差速度上限对应的位置偏差权重系数上限以及无人驾驶车辆的实时车速确定位置偏差权重系数K_Share1，位置偏差权重系数K_Share1满足以下表达式：

其中，v_ShareLowl表示位置偏差速度下限；v_ShareUp1表示位置偏差速度上限；K_ShareLowl表示与位置偏差速度下限v_ShareLowl对应的位置偏差权重系数下限；K_ShareUp1表示与位置偏差速度上限v_ShareUp1对应的位置偏差权重系数上限；v_now表示无人驾驶车辆的实时车速；

根据预设的航向偏差速度下限、航向偏差速度上限、与航向偏差速度下限对应的航向偏差权重系数下限、与航向偏差速度上限对应的航向偏差权重系数上限以及无人驾驶车辆的实时车速确定位置偏差权重系数K_Share1，位置偏差权重系数K_Share1满足以下表达式：

其中，v_ShareLow2表示航向偏差速度下限；v_ShareUp2表示航向偏差速度上限；K_ShareLow2表示与航向偏差速度下限v_ShareLow2对应的航向偏差权重系数下限；K_ShareUp2表示与航向偏差速度上限v_ShareUp2对应的航向偏差权重系数上限；以及

基于得到的位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2确定曲率圆周权重系数K_Share3。

根据本公开的实施例，方向盘转角满足以下表达式：

其中，θ表示方向盘转角；α表示车轮转角；r_ratio表示转向传动比；L表示轴距；best_row表示加权期望圆周曲率；v_now表示无人驾驶车辆的实时车速；v_ch表示无人驾驶车辆的特征车速，特征车速用于表征车辆影响转向控制的非线性特性。

根据本公开的实施例，期望转角速度满足以下表达式：

其中，n表示期望转角速度；K_η表示系数，大于0；v_max表示无人驾驶车辆的最大行驶速度；n_max表示转向系统的最大转角速度。

根据本公开的实施例，在车辆距离当前期望轨迹的终点大于预定距离的情况下，所述获取包含N个预瞄点的位置序列，包括：根据无人驾驶车辆的实时车速和当前期望轨迹的曲率确定预瞄点个数N，N为正整数；根据实时车速确定N个参考点的位置序列，N个参考点位于无人驾驶车辆的当前行驶方向上；以及确定当前期望轨迹上距离N个参考点中各个参考点的距离最近的点为横向控制的预瞄点，得到包含N个预瞄点的位置序列。

本公开的第二个方面提供了一种无人驾驶车辆。上述无人驾驶车辆包括：控制器，该控制器用于执行本公开提及的任一种终点横向稳态控制方法。上述控制器包括：预瞄点位置序列获取模块、加权期望圆周曲率确定模块和执行参数确定模块。预瞄点位置序列获取模块用于获取包含N个预瞄点的位置序列。加权期望圆周曲率确定模块用于根据无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率来确定加权期望圆周曲率。执行参数确定模块用于根据加权期望圆周曲率确定方向盘转角以及期望转角速度，以控制方向盘的转动，实现横向控制。上述预瞄点位置序列获取模块包括：预瞄点个数确定子模块、参考点位置序列确定子模块以及预瞄点位置序列确定子模块。预瞄点个数确定子模块用于根据无人驾驶车辆的实时车速和当前期望轨迹的曲率确定预瞄点个数N，N为正整数。参考点位置序列确定子模块用于根据实时车速确定N个参考点的位置序列，N个参考点位于无人驾驶车辆的当前行驶方向上。预瞄点位置序列确定子模块用于在靠近无人驾驶车辆的当前期望轨迹的终点的预定距离内，在当前期望轨迹上确定距离前R个参考点中各个参考点的距离最近的点为横向控制的前R个预瞄点，剩余的K个参考点在当前期望轨迹上不存在预瞄点，通过在当前期望轨迹的终点后继续补充缺失的K个预瞄点，以得到包含N个预瞄点的位置序列，0≤R＜N，1≤K≤N，R+K＝N。

本公开的第三个方面提供了一种电子设备。上述电子设备包括：一个或多个处理器；用于存储一个或多个程序的存储装置。其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行如上所述的任一种无人驾驶车辆的终点横向稳态控制方法。上述电子设备独立于无人驾驶车辆，或者无人驾驶车辆包含上述电子设备。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的无人驾驶车辆及其终点横向稳态控制方法、电子设备，具有以下有益效果：

(1)通过在期望轨迹的终点后补偿预瞄点，从而在到达终点前的时刻能够基于N个预瞄点进行稳定的横向控制，解决了终点横向控制稳态性问题，提升了车辆控制性能。

(2)在获取包含N个预瞄点的位置序列时，能够实时根据当前车辆状态和预期轨迹状态来实时计算获取合适的预瞄点位置以及预瞄点的个数，缺失的预瞄点可以基于已有的期望轨迹信息和当前车辆速度确定，不需要额外的输入信息，简单，有效，适用性强。从而实现了自适应预瞄点计算，提升了预瞄点的适用性，基于上述预瞄点序列得到的横向控制参数具有较高的精确度和实时性。

(3)通过全面考虑位置、航向以及轨迹曲率的影响，得到加权位置偏差期望圆周曲率best_row1、加权航向偏差期望圆周曲率best_row2和加权轨迹曲率期望圆周曲率best_row3，并且根据车辆状态(例如无人驾驶车辆的实时车速、实时位置)来实时调节三者之间的权重，计算获取的用于实现横向控制的加权期望圆周曲率best_row更加符合各个时刻的具体场景工况，能够大大提升横向控制的实时精度。

(4)基于自行车模型作为基础，同时基于车辆特征车速的属性参数作为修正项来计算方向盘转角，对于较高速度的场景计算准确度和精度较高，上述属性参数较为容易获取，模型简单，适用于低速和高速运动场景。

附图说明

图1为根据本公开实施例所示的无人驾驶车辆的终点横向稳态控制方法的流程图。

图2为根据本公开实施例所示的无人驾驶车辆的终点横向稳态控制方法的应用场景示意图。

图3为根据本公开实施例所示的获取包含N个预瞄点的位置序列的场景示意图。

图4为根据本公开实施例所示的考虑位置、航向偏差的影响得到的位置偏差圆周和航向偏差圆周的场景示意图。

图5为根据本公开实施例所示的确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率的示意图。

图6为根据本公开实施例所示的确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的航向偏差期望圆周曲率的示意图。

图7为根据本公开实施例所示的低速下对车辆的转速进行估计的模型示意图。

图8为根据本公开实施例所示的无人驾驶车辆的结构框图。

具体实施方式

本公开的实施例提供了一种无人驾驶车辆及其终点横向稳态控制方法、电子设备，通过在期望轨迹的终点后补偿预瞄点，从而在到达终点前的时刻能够基于N个预瞄点进行稳定的横向控制，解决了终点横向控制稳态性问题，提升了车辆控制性能。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开的第一个示例性实施例提供了一种无人驾驶车辆的终点横向稳态控制方法。

图1为根据本公开实施例所示的无人驾驶车辆的终点横向稳态控制方法的流程图。

参照图1所示，本公开的横向控制方法包括以下操作：S11～S13。

在操作S11，获取包含N个预瞄点的位置序列。

无人驾驶车辆(可以简称为车辆)在实际行驶过程中，车速和道路曲率是影响横向控制的最关键的两个因素，对于预瞄跟踪控制来说，预瞄点的个数也直接关系到控制参数的计算。

相关技术中，在车辆行驶到接近轨迹终点附近的时候，随着离轨迹终点越来越近，有效的轨迹点数量会不断减少到零，这样会导致有效预瞄点数量不断衰减到零或者预瞄距离不断衰减到一个很小的值，由于预瞄点数量的不足或者预瞄距离的不足会导致终点附件横向控制发生振荡现象，影响终点停车的稳态性能。

因此本公开通过在期望轨迹的终点后补偿预瞄点(或者描述为补充预瞄点)，从而在到达终点前的时刻能够基于N个预瞄点进行稳定的横向控制，解决了终点横向控制稳态性问题，提升了车辆控制性能。在获取包含N个预瞄点的位置序列时，能够实时根据当前车辆状态和预期轨迹状态来实时计算获取合适的预瞄点位置以及预瞄点的个数，缺失的预瞄点可以基于已有的期望轨迹信息和当前车辆速度确定，不需要额外的输入信息，简单，有效，适用性强。从而实现了自适应预瞄点计算，提升了预瞄点的适用性，基于上述预瞄点序列得到的横向控制参数具有较高的精确度和实时性。

图2为根据本公开实施例所示的无人驾驶车辆的终点横向稳态控制方法的应用场景示意图。

参照图2来描述本公开实施例的无人驾驶车辆的终点横向稳态控制方法的应用场景，上述应用场景仅作为示例性描述，不应该理解为对保护范围的限制。

参照图2所示，涵盖A-B-C点的轨迹为一车辆行驶的期望轨迹，C点示意期望轨迹终点。车辆可以在第一行驶位置A和第二行驶位置B之间按照当前期望轨迹进行行驶，此时期望轨迹上的点的个数充足，同时获取的预瞄点的个数也是充分的。为了便于描述，预瞄点的总数例如为N个(后文会介绍N如何确定)。当车辆到达第二行驶位置B点的时候，在期望轨迹B-C之间的预瞄点个数不够N个，那么此时会在期望轨迹终点C后继续补偿(补充)一段轨迹，以便于补偿(补充)缺失的预瞄点，使得车辆在B-C段的运动依然可以保证有N个预瞄点，实现车辆靠近终点的稳定行驶。在期望轨迹后的补充轨迹在图2示意为C-D段，补充轨迹C-D段可以依据期望轨迹B-C段的平均曲率进行计算，此时各个补充的缺失的预瞄点可以根据本公开的S113a～S113c中示例的方法进行确定。在图2中以C₁、……、C_N来示意各个补充点。正常情况下，横向控制采用S₁～S_N预瞄点作为横向控制的计算输入，但是随着车辆继续向终点靠近，期望轨迹上的预瞄点可能会不足，此时则直接使用补偿点作为预瞄点，使得车辆在靠近终点行驶过程中可以时刻满足有充足的N个预瞄点(N是时间的变量，N与实时车速值以及当前期望轨迹的最大曲率相关，可以参照子操作S111所示)。例如，当前车辆计算需要5个预瞄点，但是根据预瞄点计算，在期望轨迹上只够找到3个预瞄点S₁、S₂和S₃，此时则向补偿轨迹方向顺延，在补偿点中顺位确定2个补偿点C₁和C₂作为第4个和第5个预瞄点，用于横向控制的计算。

在操作S12，根据无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率来确定加权期望圆周曲率。

在操作S13，根据加权期望圆周曲率确定方向盘转角以及期望转角速度，以控制方向盘的转动，实现横向控制。

根据本公开的实施例，参照图1所示，获取包含N个预瞄点的位置序列的操作S11包括以下子操作：S111～S113。

图3为根据本公开实施例所示的获取包含N个预瞄点的位置序列的场景示意图。为了示意补充的预瞄点如何确定的过程，图3示意了图2中无人驾驶车辆在期望轨迹B-C段进行行驶的过程。

在子操作S111，根据无人驾驶车辆的实时车速和当前期望轨迹的曲率确定预瞄点个数N，N为正整数。

根据本公开的实施例，在上述子操作S111中，根据实时车速值和当前期望轨迹的最大曲率计算得到第一数量。

参照图3所示，无人驾驶车辆在自动驾驶控制中，决策功能模块实时输出当前期望轨迹。当前期望轨迹中每个轨迹点均包含特定的物理信息，上述物理信息中包含有曲率的信息。可以实时读取当前期望轨迹上的期望轨迹点的曲率信息，以获取当前期望轨迹的最大曲率Curvature_max。

将无人驾驶车辆的实时车速v_now的实时车速值表示为v(v仅有数值，不带单位，数值对应的单位为国际单位m/s；v_now带有单位)计算时，采用无人驾驶车辆的实时车速的数值，不带单位(无量纲)，选用的数值对应的单位为国际单位m/s。

根据无人驾驶车辆的实时车速值v和当前期望轨迹的最大曲率Curvature_max计算得到的第一数量N₁。

在一实例中，第一数量N₁满足以下表达式：

根据本公开的实施例，在上述子操作S111中，预先设定预瞄点最少个数为第二数量N₂，第二数量N₂大于1。

根据本公开的实施例，在上述子操作S111中，确定第一数量N₁和第二数量N₂中较大的一个为预瞄点个数N，N＝max(N₁，N₂)。

通常而言，计算出来的第一数量N₁的个数一般都大于第二数量N₂的个数。上述第二数量N₂的设置是为了确保预瞄点能够取到2个或2个以上，避免在第一数量的公式(1)计算出来的第一数量不合理的情况下限定出预瞄点的个数。

在子操作S112，根据实时车速确定N个参考点的位置序列，N个参考点位于无人驾驶车辆的当前行驶方向上。

根据本公开的实施例，参照图3所示，根据车辆的当前位置S作为起点，沿着无人驾驶车辆的当前行驶方向向前预瞄N个参考点，图3中采用箭头示意当前行驶方向。本公开中，参考点的个数与预瞄点的个数是相同的，均采用N表示。

根据本公开的实施例，参照图3所示，参考点零点为x₀，N个参考点对应的位置分别示意为x₁、x₂、……、x_N。在上述子操作S112中，根据实时车速值v计算得到参考点零点x₀距离无人驾驶车辆的当前位置S的距离，以得到参考点零点x₀的位置。

根据实时车速值v计算得到参考点零点x₀距离无人驾驶车辆的当前位置S的距离d₀，计算出来的值的单位是米，这里的计算为纯数字的计算，没有量纲。

上述距离d₀的计算公式如下：

通常而言，行驶中的车辆的速度计算出来的距离d₀的值大于2的。为了避免极端情况下车速过低时的参考点零点距离无人驾驶车辆的当前位置距离过短，如果计算出来的距离d₀小于2，可以采用设定的初始距离值d_0-set，d_0-set≥2。

在上述子操作S112中，根据设定的时间段内无人驾驶车辆以实时车速行驶对应得到的距离按照第i个参考点占据总个数N的比值划分得到各个参考点距离参考点零点的位置，以得到N个参考点的位置，其中i＝1，2，……，N。

参照图3所示，以无人驾驶车辆的当前位置为位置坐标的原点，则第i个参考点的位置x_i满足以下表达式：

其中，τ_max表示设定时间段的时间最大值，τ_min表示设定时间段的时间最小值，i＝1，2，……，N。

本公开中侧重于描述在到达当前期望轨迹的终点附近内时的处理方案，这种情况下的方案与在无人驾驶车辆的当前位置距离当前期望轨迹的终点较远的情况下的方案中，参考点的计算方式是一样的，可以根据实时车速来确定N个参考点的位置序列，上述根据实时车速值计算得到参考点零点距离无人驾驶车辆的当前位置的距离，以得到参考点零点的位置；以及根据设定的时间段内无人驾驶车辆以实时车速行驶对应得到的距离按照第i个参考点占据总个数N的比值划分得到各个参考点距离参考点零点的位置，以得到N个参考点的位置，其中i＝1，2，……，N。

在子操作S113，在靠近无人驾驶车辆的当前期望轨迹的终点的预定距离内，在当前期望轨迹上确定距离前R个参考点中各个参考点的距离最近的点为横向控制的前R个预瞄点，剩余的K个参考点在当前期望轨迹上不存在预瞄点，通过在当前期望轨迹的终点后继续补充缺失的K个预瞄点，以得到包含N个预瞄点的位置序列，0≤R＜N，1≤K≤N，R+K＝N。

本公开中，前R个参考点的含义是：按照距离无人驾驶车辆当前行驶方向由近及远依次排布的位置序列中的前R个参考点。结合图2和图3所示，当前期望轨迹为点的序列，采用实线示意当前期望轨迹点序列形成的轨迹，采用虚线示意补充轨迹。为了突出示意，将当前期望轨迹的终点采用六边形进行示意，当前期望轨迹上的其它点采用圆圈进行示意，将缺失的K个预瞄点采用五角星进行示意，补充的K个预瞄点位于补充轨迹上。

根据本公开的实施例，补充缺失的K个预瞄点的方法包括次子操作S113a：根据当前期望轨迹的曲率来确定补充轨迹的曲率。

结合图2和图3所示，根据当前期望轨迹的曲率来确定补充轨迹的曲率，包括：给定补充轨迹的长度L_set，上述补充轨迹在无人驾驶车辆的当前行驶方向上的投影涵盖K个参考点，以使得补充轨迹能够涵盖K个预瞄点；以及确定当前期望轨迹的终点前的预定距离内所有期望轨迹点的曲率平均值为补充轨迹的曲率，预定距离等于长度L_set。

补充轨迹的曲率Cur_补充满足以下表达式：

其中，AverCur_当前表示预定距离内所有期望轨迹点的曲率平均值；size表示预定距离内所有期望轨迹点的数量；s_j-cur表示预定距离内第j个期望轨迹点的曲率。

在靠近无人驾驶车辆的当前期望轨迹的终点的预定距离内，车辆的当前期望轨迹上会开始缺失N个预瞄点中的部分预瞄点，从该预定距离(例如图2中示例的B-C段的长度为预定距离)的起点到车辆继续行驶至当前期望轨迹的终点的过程中，补充轨迹是针对各个时刻进行适应性调整的，任意时刻下的补充轨迹和当前期望轨迹整体构成的轨迹上可以保证有N个预瞄点，以满足横向控制的需求。

为了避免车辆的运动超过当前期望轨迹的终点，当所述当前期望轨迹的轨迹点数等于零时，不再补充缺失的预瞄点，给无人驾驶车辆发送停车信号。

例如可以通过对车辆的实时位置进行监测，在监测当前期望轨迹的轨迹点数等于零时，给定补充轨迹的曲率为0，即，补充轨迹的曲率Cur补充满足以下表达式：

Cur_补充＝0 (5)。

上述补充缺失的K个预瞄点的方法还包括次子操作S113b：将剩余的K个参考点的横坐标作为补充轨迹上K个预瞄点的横坐标。

参照图3所示，剩余的K个参考点的横坐标作为补充轨迹上K个预瞄点的横坐标，补充轨迹上K个预瞄点中第t个预瞄点S_t的横坐标x_t满足以下表达式：

其中，t表示补充的缺失的K个预瞄点中各个预瞄点的序号，该序号是延续前R个预瞄点继续进行编号，t＝R+1，R+2，……，N。

上述补充缺失的K个预瞄点的方法还包括次子操作S113c：根据补充轨迹的曲率和K个预瞄点的横坐标确定K个预瞄点的纵坐标以及正切值，以得到缺失的K个预瞄点的位置。

在已知补充轨迹的曲率Cur_补充和K个预瞄点的横坐标的x_t情况下，可以计算得到补充轨迹上K个预瞄点中第t个预瞄点S_t的纵坐标y_r：

上述设定极小值可以等同于0，即在车辆直线行驶时，上述曲率没有意义，直接采用参考点作为预瞄点，对应预瞄点的纵坐标为零。

另外，还可以根据上述补充轨迹的曲率Cur_补充和K个预瞄点的横坐标的x_t来计算K个预瞄点中第t个预瞄点S_t的正切值Tan_t，这里为了便于区分是补充轨迹还是当前期望轨迹上的预瞄点进行了参数的区分表示，在得到上述N个预瞄点之后，后续将所有的预瞄点仅通过序号进行区分描述，例如后续的描述中，Tan_i-path表示第i个预瞄点的正切值，这里的角标中path既包括当前期望轨迹，还包括补充轨迹。Tan_i-path与这里的第t个预瞄点S_t的正切值Tan_t描述是不冲突的，二者是统一的。补充的缺失的K个预瞄点中第t个预瞄点S_t的正切值Tan_t满足以下表达式：

从而得到了如图3所示的各个预瞄点：S₁、S₂、……，S_N，即在操作S11得到了预瞄点的位置序列{S₁、S₂、……，S_N}。图3所示的N个预瞄点可以是部分处于当前期望轨迹上，其余部分处于补充轨迹上；上述N个预瞄点也可以是全都处于补充轨迹上，这种情况对应的是，车辆行驶特别靠近终点，此时当前期望轨迹上还有很少的轨迹点，但是按照与参考点寻找距离最近(直线距离在设定阈值内)进行寻找的方式无法找到预瞄点，因此需要在补充轨迹上得到N个预瞄点。

本公开的实施例中侧重于描述在到达当前期望轨迹的终点附近内时的处理方案，在无人驾驶车辆的当前位置距离当前期望轨迹的终点较远的情况下，可以在当前期望轨迹上确定距离N个参考点中各个参考点的距离最近的点为横向控制的N个预瞄点，无需进行补充预瞄点的操作。直接在当前期望轨迹上可以确定出N个预瞄点的方案在同一申请人的申请号为“202010998546.6”的专利申请中已经详细描述，其对应的实施例可以并入至本申请中，这里不再详述，上述专利申请与本申请的方案可以结合使用，在车辆距离当前期望轨迹的终点较远的情况下，确定所述当前期望轨迹上距离所述N个参考点中各个参考点的距离最近的点为横向控制的预瞄点，得到包含N个预瞄点的位置序列。在车辆距离当前期望轨迹的终点较近的情况下，存在以下情况：在当前期望轨迹上不存在距离某些参考在设定阈值(距离最近)的预瞄点的情况下，则需要采用本公开中的子操作S113(或包括子操作S113的操作S11)来获取包含N个预瞄点的位置序列。

根据本公开的实施例，根据无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率来确定加权期望圆周曲率的操作S12包括以下子操作：S121～S124。

在子操作S121，确定N个预瞄点中各个预瞄点的期望圆周权重系数K_i，i＝1，2，……，N；其中，各个预瞄点的期望圆周权重系数K_i满足：

在子操作S122，根据期望圆周权重系数Ki和N个预瞄点中各个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率Row_i1、航向偏差期望圆周曲率Row_i2和轨迹曲率期望圆周曲率Row_i3确定加权位置偏差期望圆周曲率best_row1、加权航向偏差期望圆周曲率best_row2和加权轨迹曲率期望圆周曲率best_row3。

各个预瞄点的期望圆周权重系数Ki可以是预设值，上述预设值是根据测试得到的值或者经验值，可以有效反映各个预瞄点占据的比重，以实现横向控制的实时精确性。

根据本公开的实施例，上述横向控制方法还包括子操作S121-1：确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率。上述子操作S121-1在子操作S122之前执行。

在操作S12中，考虑了位置、航向偏差以及轨迹曲率的变化对于横向控制的影响，将车辆的实际运动与当前期望轨迹的偏差分解为位置、航向偏差，同时考虑上轨迹曲率的变化因素，将上述因素导致的偏差进行加权处理，各自的权重根据无人驾驶车辆的实时状态而发生变化。

图4为根据本公开实施例所示的考虑位置、航向偏差的影响得到的位置偏差圆周和航向偏差圆周的场景示意图。

参照图4所示，当给定车辆的期望轨迹时，根据车辆的当前位置与当前期望轨迹的偏差，可以将其分为两种情况，第一种如图4中示意的A点到B点的情况，此时车辆实际的航向与期望轨迹一致，但是车辆实际位置与期望轨迹位置存在位置偏差；第二种如图4中示意的C点情况，此时车辆位置与期望轨迹一致，但是车辆实际位置与期望轨迹航向存在航向误差。在车辆实际行驶过程中，前述两种情况一般同时存在，故在横向控制中需要实时在位置误差和航向误差中进行平衡，保证轨迹跟随性能。

图5为根据本公开实施例所示的确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率的示意图。

参照图5所示，确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率包括：根据无人驾驶车辆的当前位置和第i个预瞄点的位置确定无人驾驶车辆相对于第i个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率Row_i1，i＝1，2，……，N。

在一实施例中，参照图4和图5所示，A点示意无人驾驶车辆的当前位置，B点示意操作S11确定的第i个预瞄点的位置。上述第i个预瞄点的位置可以根据决策发出的期望轨迹以及上述补充轨迹的计算方式而实时获取。无人驾驶车辆相对于第i个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率Row_i1满足以下表达式：

其中，x_i-path表示第i个预瞄点的位置的横坐标；y_i-path表示第i个预瞄点的位置的纵坐标；x_now表示无人驾驶车辆的当前位置的横坐标；y_now表示无人驾驶车辆的当前位置的纵坐标，A、B和C为系数。

图6为根据本公开实施例所示的确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的航向偏差期望圆周曲率的示意图。

参照图6所示，确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的航向偏差期望圆周曲率，包括：根据无人驾驶车辆的当前航向和第i个预瞄点的航向正切值确定无人驾驶车辆相对于第i个预瞄点的航向偏差期望圆周曲率Row_i2。第i个预瞄点可以是当前期望轨迹上的预瞄点，还可以是补充轨迹上的预瞄点，目前决策层发送的期望轨迹序列中将会包含每个点对应的正切值，故可直接使用；补充轨迹上的预瞄点的正切值可以通过执行子操作S113(例如可以执行次子操作S113a、S113b和S113c)获取。

参照图4和图6所示，C点为车辆当前位置和第i个预瞄点的位置重合，但是二者的航向存在偏差的示意。无人驾驶车辆相对于第i个预瞄点的航向偏差期望圆周曲率Row_i2满足以下表达式：

其中，Tan_i-path表示第i个预瞄点的正切值；ψ表示参数，是为了简化公式(14)的表示形式而给出的一个参数表示；E、F和G为系数。公式(15)可以直接代入至公式(14)中，上述参数ψ列出来是为了简化表示形式。

车辆在实际转向过程中，轨迹的曲率变化也会影响车辆的横向控制，本公开通过计算轨迹曲率对应的期望圆周曲率，将轨迹曲率考虑在内。目前决策层发送的期望轨迹序列中将会包含每个点对应的轨迹曲率，故可认为其已知直接使用即可。对应于车辆进行直线行驶的情形，上述轨迹的曲率变化的影响为0。

车辆在实际行驶过程中，决策层发送的轨迹序列一般为不规则的曲线，故实际控制中，一般不存在单独只考虑位置误差，或者航向误差的情况，正常工况中均一般为位置误差和航向误差的耦合。

对于不同的轨迹点，其位置误差和航向误差存在区别，轨迹的曲率也会不一样，而且位置误差，航向误差，轨迹曲率对于车辆转向的影响可能是冲突的。所以，在实际的控制过程中，需要同时考虑位置误差，航向误差和轨迹曲率，在这三者之间进行平衡，以达到车辆转向跟随的高精度。

确定无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的轨迹曲率期望圆周曲率，包括：根据无人驾驶车辆的当前位置和第i个预瞄点对应的轨迹曲率确定无人驾驶车辆相对于第i个预瞄点的轨迹曲率期望圆周曲率Row_i3。

轨迹曲率期望圆周曲率Row_i3满足以下表达式：

其中，ξ_i-path表示第i个预瞄点的轨迹曲率；M为系数。

在子操作S123，确定位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2和曲率圆周权重系数K_Share3，其中上述置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2和曲率圆周权重系数K_Share3满足：

K_Share1+K_Share2+K_Share3＝1 (17)。

根据本公开的实施例，确定位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2和曲率圆周权重系数K_Share3的子操作S23包括以下次子操作：S123a～S123c。

在次子操作S123a，根据预设的位置偏差速度下限、位置偏差速度上限、与位置偏差速度下限对应的位置偏差权重系数下限、与位置偏差速度上限对应的位置偏差权重系数上限以及无人驾驶车辆的实时车速确定位置偏差权重系数K_Share1，位置偏差权重系数K_Share1满足以下表达式：

其中，v_ShareLow1表示位置偏差速度下限；v_ShareUp1表示位置偏差速度上限；K_ShareLow1表示与位置偏差速度下限v_ShareLow1对应的位置偏差权重系数下限；K_ShareUp1表示与位置偏差速度上限v_ShareUp1对应的位置偏差权重系数上限；v_now表示无人驾驶车辆的实时车速。

在次子操作S123b，根据预设的航向偏差速度下限、航向偏差速度上限、与航向偏差速度下限对应的航向偏差权重系数下限、与航向偏差速度上限对应的航向偏差权重系数上限以及无人驾驶车辆的实时车速确定位置偏差权重系数K_Share1，位置偏差权重系数K_Share1满足以下表达式：

其中，v_ShareLow2表示航向偏差速度下限；v_ShareUp2表示航向偏差速度上限；K_ShareLow2表示与航向偏差速度下限v_ShareLow2对应的航向偏差权重系数下限；K_ShareUp2表示与航向偏差速度上限v_ShareUp2对应的航向偏差权重系数上限。

在次子操作S123c，基于得到的位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2确定曲率圆周权重系数K_Share3。由于K_Share1、K_Share2和K_Share3具有公式(17)所示的关系式，那么根据公式(18)和(19)计算得出的K_Share1、K_Share2可以求出K_Share3。

在操作S124，根据加权位置偏差期望圆周曲率best_row1、加权航向偏差期望圆周曲率best_row2、加权轨迹曲率期望圆周曲率best_row3、位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2和曲率圆周权重系数K_Share3确定加权期望圆周曲率best_row。

加权期望圆周曲率best_row满足以下表达式：

best_row＝best_row1×K_Share1+best_row2×K_Share2+best_row3×K_Share3 (20)。

在操作S13中，根据加权期望圆周曲率确定方向盘转角以及期望转角速度，以控制方向盘的转动，实现横向控制。

图7为根据本公开实施例所示的低速下对车辆的转速进行估计的模型示意图。

车辆的横向控制执行器控制的是方向盘的转角，根据前述计算获得的加权期望圆周曲率best_row为期望的转向圆周曲率，在实际控制中需要实时将计算获得的加权期望圆周曲率best_row转换为最终的执行器输出。

参照图7所示，将车辆简化为自行车模型，可以得到前轮转角和轴距与转向半径之间的关系式如下：

其中，α为车轮的转角；L为轴距；R为当前转角对应的转向半径，best_row为加权期望圆周曲率。在实施例中，上述车轮的转角可以是前轮的转角。

上述公式(21)能够在较低速的场景下对车辆的转向进行估计，但是当车速高于一定值后，由于轮胎等的非线性特性，上述公式将会有一定的偏差，故在本公开的横向控制方法中，引入车辆属性特征车速作为修正，则车轮的转角的表达式如下：

方向盘转角满足以下表达式：

其中，θ表示方向盘转角；α表示车轮转角；r_ratio表示转向传动比；L表示轴距；best_row表示加权期望圆周曲率；v_now表示无人驾驶车辆的实时车速；v_ch表示无人驾驶车辆的特征车速，特征车速用于表征车辆影响转向控制的非线性特性。

根据本公开的实施例，期望转角速度满足以下表达式：

其中，n表示期望转角速度；K_η表示系数，大于0；v_max表示无人驾驶车辆的最大行驶速度；v_now表示无人驾驶车辆的实时车速；n_max表示转向系统的最大转角速度。

将计算获得的方向盘转角，期望转角速度一并发送给转向控制器EPS，EPS根据转角和转角速度输入控制方向盘转动，实现车辆的横向控制。

本实施例的方法通过在期望轨迹的终点后补偿预瞄点，从而在到达终点前的时刻能够基于N个预瞄点进行稳定的横向控制，解决了终点横向控制稳态性问题，提升了车辆控制性能。在获取包含N个预瞄点的位置序列时，能够实时根据当前车辆状态和预期轨迹状态来实时计算获取合适的预瞄点位置以及预瞄点的个数，缺失的预瞄点可以基于已有的期望轨迹信息和当前车辆速度确定，不需要额外的输入信息，简单，有效，适用性强。从而实现了自适应预瞄点计算，提升了预瞄点的适用性，基于上述预瞄点序列得到的横向控制参数具有较高的精确度和实时性。通过全面考虑位置、航向以及轨迹曲率的影响，得到加权位置偏差期望圆周曲率best_row1、加权航向偏差期望圆周曲率best_row2和加权轨迹曲率期望圆周曲率best_row3，并且根据车辆状态(例如无人驾驶车辆的实时车速、实时位置)来实时调节三者之间的权重，计算获取的用于实现横向控制的加权期望圆周曲率best_row更加符合各个时刻的具体场景工况，能够大大提升横向控制的实时精度。基于自行车模型作为基础，同时基于车辆特征车速的属性参数作为修正项来计算方向盘转角，对于较高速度的场景计算准确度和精度较高，上述属性参数较为容易获取，模型简单，适用于低速和高速运动场景。

本公开的第二个示例性实施例提供了一种无人驾驶车辆，用于执行第一实施例提及的方法。

需要说明的是，这里的无人驾驶车辆指的是在执行上述控制方法时没有人为的操作，其他符合上述概念的车辆也在本公开的保护范围之内，例如有人驾驶的车辆处于自动驾驶的状态。

图8为根据本公开实施例所示的无人驾驶车辆的结构框图。

参照图8所示，上述无人驾驶车辆2包括：控制器20，该控制器20用于执行如上的任一种横向控制方法。控制器20包括：预瞄点位置序列获取模块201、加权期望圆周曲率确定模块202以及执行参数确定模块203。

上述预瞄点位置序列获取模块201用于获取预瞄点的位置序列。

上述加权期望圆周曲率确定模块202用于根据无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率来确定加权期望圆周曲率。

上述执行参数确定模块203用于根据加权期望圆周曲率确定方向盘转角以及期望转角速度，以控制方向盘的转动，实现横向控制。参照图7所示，上述执行参数确定模块203将确定的方向盘转角以及期望转角速度等控制参数发送给执行器21，以便于执行器21按照上述控制参数进行横向操作。

参照图8所示，预瞄点位置序列获取模块201包括：预瞄点个数确定子模块201a、参考点位置序列确定子模块201b和预瞄点位置序列确定子模块201c。上述预瞄点个数确定子模块201a用于根据无人驾驶车辆的实时车速和当前期望轨迹的曲率确定预瞄点个数N，N为正整数。参考点位置序列确定子模块201b用于根据实时车速确定N个参考点的位置序列，上述N个参考点位于无人驾驶车辆的当前行驶方向上。预瞄点位置序列确定子模块201c用于在靠近无人驾驶车辆的当前期望轨迹的终点的预定距离内，在当前期望轨迹上确定距离前R个参考点中各个参考点的距离最近的点为横向控制的前R个预瞄点，剩余的K个参考点在当前期望轨迹上不存在预瞄点，通过在当前期望轨迹的终点后继续补充缺失的K个预瞄点，以得到包含N个预瞄点的位置序列，0≤R＜N，1≤K≤N，R+K＝N。

根据本公开的实施例，在车辆距离当前期望轨迹的终点大于预定距离的情况下，预瞄点位置序列获取模块201中预瞄点位置序列确定子模块201c还用于确定当前期望轨迹上距离N个参考点中各个参考点的距离最近的点为横向控制的预瞄点，得到包含N个预瞄点的位置序列。

根据本公开的实施例的模块、子模块、次子模块中的任意多个、或其中任意多个的至少部分功能可以在一个模块中实现。根据本公开实施例的模块、子模块、次子模块中的任意一个或多个可以被拆分成多个模块来实现。例如，预瞄点位置序列获取模块201、加权期望圆周曲率确定模块202以及执行参数确定模块203中的一个或任意多个可以在一个模块中实现，或者将其中一个模块拆分为多个子模块实现。

根据本公开实施例的模块、子模块、次子模块中的任意一个或多个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式的硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，根据本公开实施例的模块、子模块、次子模块中的一个或多个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。例如，预瞄点个数确定子模块201a、参考点位置序列确定子模块201b和预瞄点位置序列确定子模块201c可以被实现为硬件电路或者以计算机程序的方式实现。

本公开的第三个示例性实施例提供了一种电子设备。上述电子设备包括：一个或多个处理器；用于存储一个或多个程序的存储装置。其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行如上所述的任一种无人驾驶车辆的横向控制方法。上述电子设备独立于无人驾驶车辆，例如电子设备为外部的远程控制平台。或者无人驾驶车辆包含上述电子设备，例如上述电子设备为无人驾驶车辆上车载的控制设备。

综上所述，本公开提供了一种无人驾驶车辆及其终点横向稳态控制方法、电子设备，通过在期望轨迹的终点后补偿预瞄点，从而在到达终点前的时刻能够基于N个预瞄点进行稳定的横向控制，解决了终点横向控制稳态性问题，提升了车辆控制性能。在获取包含N个预瞄点的位置序列时，能够实时根据当前车辆状态和预期轨迹状态来实时计算获取合适的预瞄点位置以及预瞄点的个数，缺失的预瞄点可以基于已有的期望轨迹信息和当前车辆速度确定，不需要额外的输入信息，简单，有效，适用性强。从而实现了自适应预瞄点计算，提升了预瞄点的适用性，基于上述预瞄点序列得到的横向控制参数具有较高的精确度和实时性。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、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。在这点上，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。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种无人驾驶车辆的终点横向稳态控制方法，其特征在于，包括：

获取包含N个预瞄点的位置序列，包括：

根据所述无人驾驶车辆的实时车速和当前期望轨迹的曲率确定预瞄点个数N，N为正整数；

根据所述实时车速确定N个参考点的位置序列，所述N个参考点位于所述无人驾驶车辆的当前行驶方向上；以及

在靠近无人驾驶车辆的当前期望轨迹的终点的预定距离内，在所述当前期望轨迹上确定距离前R个参考点中各个参考点的距离最近的点为横向控制的前R个预瞄点，剩余的K个参考点在当前期望轨迹上不存在预瞄点，通过在所述当前期望轨迹的终点后继续补充缺失的K个预瞄点，以得到包含N个预瞄点的位置序列，0≤R＜N，1≤K≤N，R+K＝N；

根据所述无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率来确定加权期望圆周曲率；以及

根据所述加权期望圆周曲率确定方向盘转角以及期望转角速度，以控制方向盘的转动，实现横向控制。

2.根据权利要求1所述的终点横向稳态控制方法，其特征在于，

补充所述缺失的K个预瞄点的方法包括：根据所述当前期望轨迹的曲率来确定补充轨迹的曲率；将剩余的K个参考点的横坐标作为补充轨迹上K个预瞄点的横坐标；根据所述补充轨迹的曲率和所述K个预瞄点的横坐标确定所述K个预瞄点的纵坐标以及正切值，以得到缺失的K个预瞄点的位置；以及

当所述当前期望轨迹的轨迹点数等于零时，不再补充缺失的预瞄点，给所述无人驾驶车辆发送停车信号。

3.根据权利要求2所述的终点横向稳态控制方法，其特征在于，所述根据所述当前期望轨迹的曲率来确定补充轨迹的曲率，包括：

给定补充轨迹的长度L_set，所述补充轨迹在所述无人驾驶车辆的当前行驶方向上的投影涵盖K个参考点，以使得所述补充轨迹能够涵盖K个预瞄点；

确定所述当前期望轨迹的终点前的预定距离内所有期望轨迹点的曲率平均值为所述补充轨迹的曲率，所述预定距离等于所述长度L_set；

其中，所述补充轨迹的曲率满足以下表达式：

其中，Cur_补充表示补充轨迹的曲率；AverCur_当前表示预定距离内所有期望轨迹点的曲率平均值；size表示预定距离内所有期望轨迹点的数量；s_j-cur表示预定距离内第j个期望轨迹点的曲率。

4.根据权利要求3所述的终点横向稳态控制方法，其特征在于，

所述K个预瞄点的纵坐标满足以下表达式：

其中，y_r表示补充轨迹上K个预瞄点中第t个预瞄点S_t的纵坐标；x_t表示补充轨迹上K个预瞄点中第t个预瞄点S_t的横坐标，t表示补充的缺失的K个预瞄点中各个预瞄点的序号，该序号是延续前R个预瞄点继续进行编号，t＝R+1，R+2，……，N；

所述K个预瞄点的正切值满足以下表达式：

5.根据权利要求1所述的终点横向稳态控制方法，其特征在于，所述根据所述无人驾驶车辆的实时车速和当前期望轨迹的曲率确定预瞄点个数N，包括：

根据实时车速值和当前期望轨迹的最大曲率计算得到第一数量；

预先设定预瞄点最少个数为第二数量，所述第二数量大于1；以及

确定所述第一数量和所述第二数量中较大的一个为所述预瞄点个数N。

6.根据权利要求1所述的终点横向稳态控制方法，其特征在于，所述根据所述实时车速确定N个参考点的位置序列，包括：

根据所述实时车速值计算得到参考点零点距离所述无人驾驶车辆的当前位置的距离，以得到参考点零点的位置；以及

根据设定的时间段内所述无人驾驶车辆以实时车速行驶对应得到的距离按照第i个参考点占据总个数N的比值划分得到各个参考点距离参考点零点的位置，以得到N个参考点的位置，其中i＝1，2，……，N。

7.根据权利要求1所述的终点横向稳态控制方法，其特征在于，所述根据所述无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率来确定加权期望圆周曲率，包括：

确定N个预瞄点中各个预瞄点的期望圆周权重系数K_i，i＝1，2，……，N；其中，

根据所述期望圆周权重系数Ki和N个预瞄点中各个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率Row_i1、航向偏差期望圆周曲率Row_i2和轨迹曲率期望圆周曲率Row_i3确定加权位置偏差期望圆周曲率best_row1、加权航向偏差期望圆周曲率best_row2和加权轨迹曲率期望圆周曲率best_row3；

确定位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2和曲率圆周权重系数K_Share3，其中K_Share1+K_Share2+K_Share3＝1；以及

根据加权位置偏差期望圆周曲率best_row1、加权航向偏差期望圆周曲率best_row2、加权轨迹曲率期望圆周曲率best_row3、位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2和曲率圆周权重系数K_Share3确定加权期望圆周曲率best_row。

8.根据权利要求1或7所述的终点横向稳态控制方法，其特征在于，还包括：确定所述无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率；

所述位置偏差期望圆周曲率Row_i1满足以下表达式：

其中，x_i-path表示第i个预瞄点的位置的横坐标；y_i-path表示第i个预瞄点的位置的纵坐标；x_now表示无人驾驶车辆的当前位置的横坐标；y_now表示无人驾驶车辆的当前位置的纵坐标，A、B和C为系数；

所述航向偏差期望圆周曲率Row_i2满足以下表达式：

其中，Tan_i-path表示第i个预瞄点的正切值；ψ表示参数；E、F和G为系数；

所述轨迹曲率期望圆周曲率Row_i3满足以下表达式：

其中，ξ_i-path表示第i个预瞄点的轨迹曲率；M为系数。

9.根据权利要求7所述的终点横向稳态控制方法，其特征在于，所述确定位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2和曲率圆周权重系数K_Share3，包括：

根据预设的位置偏差速度下限、位置偏差速度上限、与所述位置偏差速度下限对应的位置偏差权重系数下限、与所述位置偏差速度上限对应的位置偏差权重系数上限以及无人驾驶车辆的实时车速确定位置偏差权重系数K_Share1，所述位置偏差权重系数K_Share1满足以下表达式：

其中，v_ShareLow1表示位置偏差速度下限；v_ShareUp1表示位置偏差速度上限；K_ShareLow1表示与所述位置偏差速度下限v_ShareLow1对应的位置偏差权重系数下限；K_ShareUp1表示与所述位置偏差速度上限v_ShareUp1对应的位置偏差权重系数上限；v_now表示无人驾驶车辆的实时车速；

根据预设的航向偏差速度下限、航向偏差速度上限、与所述航向偏差速度下限对应的航向偏差权重系数下限、与所述航向偏差速度上限对应的航向偏差权重系数上限以及无人驾驶车辆的实时车速确定位置偏差权重系数K_Share1，所述位置偏差权重系数K_Share1满足以下表达式：

其中，v_ShareLow2表示航向偏差速度下限；v_ShareUp2表示航向偏差速度上限；K_ShareLow2表示与所述航向偏差速度下限v_ShareLow2对应的航向偏差权重系数下限；K_ShareUp2表示与所述航向偏差速度上限v_ShareUp2对应的航向偏差权重系数上限；以及

基于得到的所述位置偏差权重系数K_Share1、航向偏差权重系数K_Share2确定曲率圆周权重系数K_Share3。

10.根据权利要求1所述的终点横向稳态控制方法，其特征在于，

所述方向盘转角满足以下表达式：

其中，θ表示方向盘转角；α表示车轮转角；r_ratio表示转向传动比；L表示轴距；best_row表示加权期望圆周曲率；v_now表示无人驾驶车辆的实时车速；v_ch表示无人驾驶车辆的特征车速，特征车速用于表征车辆影响转向控制的非线性特性；

所述期望转角速度满足以下表达式：

其中，n表示期望转角速度；K_η表示系数，大于0；v_max表示无人驾驶车辆的最大行驶速度；n_max表示转向系统的最大转角速度。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在车辆距离当前期望轨迹的终点大于预定距离的情况下，所述获取包含N个预瞄点的位置序列，包括：

根据所述无人驾驶车辆的实时车速和当前期望轨迹的曲率确定预瞄点个数N，N为正整数；

根据所述实时车速确定N个参考点的位置序列，所述N个参考点位于所述无人驾驶车辆的当前行驶方向上；以及

确定所述当前期望轨迹上距离所述N个参考点中各个参考点的距离最近的点为横向控制的预瞄点，得到包含N个预瞄点的位置序列。

12.一种无人驾驶车辆，其特征在于，包括：控制器，所述控制器用于执行权利要求1-11中任一项所述的终点横向稳态控制方法；

其中，所述控制器包括：

预瞄点位置序列获取模块，用于获取包含N个预瞄点的位置序列；所述预瞄点位置序列获取模块包括：

预瞄点个数确定子模块，用于根据所述无人驾驶车辆的实时车速和当前期望轨迹的曲率确定预瞄点个数N，N为正整数；

参考点位置序列确定子模块，用于根据所述实时车速确定N个参考点的位置序列，所述N个参考点位于所述无人驾驶车辆的当前行驶方向上；

预瞄点位置序列确定子模块，用于在靠近无人驾驶车辆的当前期望轨迹的终点的预定距离内，在所述当前期望轨迹上确定距离前R个参考点中各个参考点的距离最近的点为横向控制的前R个预瞄点，剩余的K个参考点在当前期望轨迹上不存在预瞄点，通过在所述当前期望轨迹的终点后继续补充缺失的K个预瞄点，以得到包含N个预瞄点的位置序列，0≤R＜N，1≤K≤N，R+K＝N；

加权期望圆周曲率确定模块，用于根据所述无人驾驶车辆相对于N个预瞄点中每个预瞄点的位置偏差期望圆周曲率、航向偏差期望圆周曲率和轨迹曲率期望圆周曲率来确定加权期望圆周曲率；以及

执行参数确定模块，用于根据所述加权期望圆周曲率确定方向盘转角以及期望转角速度，以控制方向盘的转动，实现横向控制。

13.一种电子设备，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，

其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行权利要求1-11中任一项所述的终点横向稳态控制方法；所述电子设备独立于所述无人驾驶车辆，或者所述无人驾驶车辆包含所述电子设备。

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