CN112537369A - 用于横向运动控制的方法和设备 - Google Patents

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CN112537369A CN202011008442.2A CN202011008442A CN112537369A CN 112537369 A CN112537369 A CN 112537369A CN 202011008442 A CN202011008442 A CN 202011008442A CN 112537369 A CN112537369 A CN 112537369A
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Abstract

提供了控制车辆的横向运动的方法和设备。所述方法包括：接收车辆信息和车辆的路径信息，根据车辆信息确定车辆旋转的中心，基于车辆的路径信息最小化路径跟踪误差，基于最小化的路径跟踪误差使用非线性优化确定车轮角度命令或转向扭矩命令，以及根据车轮角度命令或转向扭矩命令控制致动器。

Description

用于横向运动控制的方法和设备
技术领域
与示例性实施例一致的设备和方法涉及控制车辆的横向运动。更具体地，与示例性实施例一致的设备和方法涉及路径跟踪和横向控制。
发明内容
一个或多个示例性实施例提供了控制车辆的横向运动的方法和设备。更具体地，一个或多个示例性实施例提供了一种方法和设备，其使用平面车辆模型的动力学的准稳态近似来控制车辆在温和的横向加速运动期间的横向运动。
根据示例性实施例，提供了一种控制车辆的横向运动的方法。所述方法包括：接收车辆信息和车辆的路径信息，根据车辆信息确定车辆旋转的中心，基于车辆的路径信息最小化路径跟踪误差，通过使用非线性优化基于最小化的路径跟踪误差确定车轮角度命令或转向扭矩命令，以及根据确定的车轮角度命令或转向扭矩命令控制致动器。
车辆信息可以包括来自车辆长度、车辆宽度、车辆质量、车辆前进速度、转向不足梯度、车辆转弯刚度、悬架顺应性、当前车轮角度命令和当前转向扭矩命令之中的一个或多个。
路径信息可以包括在车辆前方预定距离内车辆要遵循的一个或多个航路点的坐标。其中确定车辆旋转的中心可以根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE002
基于准稳态近似来执行，其中，O是车辆旋转的中心，a是车辆长度，b是车辆宽度，M是车辆质量，V是车辆前进速度，L是a+ b，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
是转向不足梯度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
是对应于后部转弯刚度的常数，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE008
对应于车轮角度命令或转向扭矩命令。
转向不足梯度可以根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE010
确定，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE012
对应于前部转弯刚度。
最小化所述路径跟踪误差可以包括：根据成本函数
Figure DEST_PATH_IMAGE014
设置控制目标，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE016
对应于与径向距离误差相关联的成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
对应于与航向误差相关联的成本，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
对应于车轮角度命令或转向扭矩命令。
可以根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE020
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，其中N是航路点的总数目，j对应于航路点，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
对应于径向距离误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
对应于径向距离误差。
可以根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE028
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，其中N是航路点的总数目，j对应于航路点，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
对应于航向误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
对应于航向误差。
基于最小化的路径跟踪误差确定车轮角度命令或转向扭矩命令可以包括：使用一维标量函数最小化。
根据车轮角度命令或转向扭矩命令控制致动器可以包括：根据车轮角度命令或根据转向扭矩命令设置电子动力转向模块。
根据示例性实施例，提供了一种控制车辆的横向运动的设备。所述设备包括：至少一个存储器，其包含计算机可执行指令；以及至少一个处理器，其被配置为读取和执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以使得所述至少一个处理器接收车辆信息和车辆的路径信息，根据车辆信息确定车辆旋转的中心，基于车辆的路径信息最小化路径跟踪误差，通过使用非线性优化基于最小化的路径跟踪误差确定车轮角度命令或转向扭矩命令，以及根据确定的车轮角度命令或转向扭矩命令控制致动器。
车辆信息可以包括来自车辆长度、车辆宽度、车辆质量、车辆前进速度、转向不足梯度、车辆转弯刚度、悬架顺应性、当前车轮角度命令和当前转向扭矩命令之中的一个或多个。
路径信息可以包括在车辆前方预定距离内车辆要遵循的一个或多个航路点的坐标。
计算机可执行指令可以使得所述至少一个处理器确定车辆旋转的中心，这是根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
基于准稳态近似来执行的，其中O是车辆旋转的中心，a是车辆重心和前轴之间的距离，b是车辆重心和后轴之间的距离，M是车辆质量，V是车辆前进速度，L是a+ b，
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
是转向不足梯度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
是对应于转弯刚度的常数，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
对应于车轮角度命令或转向扭矩命令。
可以根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE036
确定转向不足梯度，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
对应于前部转弯刚度。
计算机可执行指令可以使得至少一个处理器通过根据成本函数
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
设置控制目标来最小化路径跟踪误差，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
对应于与径向距离误差相关联的成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE018A
对应于与航向误差相关联的成本，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAA
对应于车轮角度命令或转向扭矩命令。
可以根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE020A
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE022A
，其中N是航路点的总数目，j对应于航路点，
Figure DEST_PATH_IMAGE024A
对应于径向距离误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE026A
对应于径向距离误差。
可以根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE028A
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE030A
，其中N是航路点的总数目，j对应于航路点，
Figure DEST_PATH_IMAGE032A
对应于航向误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE034A
对应于航向误差。
计算机可执行指令可以使得所述至少一个处理器通过使用一维标量函数最小化，基于最小化的路径跟踪误差来确定车轮角度命令或转向扭矩命令。
所述设备可以包括电子动力转向模块，并且计算机可执行指令可以使得所述至少一个处理器根据车轮角度命令或转向扭矩命令来设置电子动力转向模块。
本发明还包括以下技术方案：
技术方案1. 一种控制车辆的横向运动的方法，所述方法包括：
接收车辆信息和所述车辆的路径信息；
根据所述车辆信息确定车辆旋转的中心；
基于所述车辆的路径信息最小化路径跟踪误差；
通过使用非线性优化、基于最小化的路径跟踪误差来确定车轮角度命令或转向扭矩命令；和
根据确定的车轮角度命令或转向扭矩命令来控制致动器。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中所述车辆信息包括来自车辆长度、车辆宽度、车辆质量、车辆前进速度、转向不足梯度、车辆转弯刚度、悬架顺应性、当前车轮角度命令和当前转向扭矩命令之中的一个或多个。
技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述路径信息包括在所述车辆前方预定距离内所述车辆要遵循的一个或多个航路点的坐标。
技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，其中，确定车辆旋转的所述中心是根据以下方程基于准稳态近似来执行的：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
其中O是车辆旋转的中心，a是车辆长度，b是车辆宽度，M是车辆质量，V是车辆前进速度，L是a + b，
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
是转向不足梯度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006AA
是对应于后部转弯刚度的常数，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAA
对应于车轮角度命令或转向扭矩命令。
技术方案5. 根据技术方案4所述的方法，其中根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE037
确定所述转向不足梯度，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE012AA
对应于前部转弯刚度。
技术方案6. 根据技术方案1所述的方法，其中最小化所述路径跟踪误差包括：根据成本函数
Figure DEST_PATH_IMAGE014AA
设置控制目标，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE038
对应于与径向距离误差相关联的成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE018AA
对应于与航向误差相关联的成本，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAA
对应于车轮角度命令或转向扭矩命令。
技术方案7. 根据技术方案6所述的方法，其中根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE020AA
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE022AA
，其中N是航路点的总数目，j对应于航路点，
Figure DEST_PATH_IMAGE024AA
对应于径向距离误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE026AA
对应于径向距离误差。
技术方案8. 根据技术方案6所述的方法，其中根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE040
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE030AA
，其中N是航路点的总数目，j对应于航路点，
Figure DEST_PATH_IMAGE032AA
对应于所述航向误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE034AA
对应于所述航向误差。
技术方案9. 根据技术方案1所述的方法，其中，基于所述最小化的路径跟踪误差来确定所述车轮角度命令或所述转向扭矩命令包括：使用一维标量函数最小化。
技术方案10. 根据技术方案1所述的方法，其中根据所述车轮角度命令或所述转向扭矩命令控制所述致动器包括：根据所述车轮角度命令或根据所述转向扭矩命令设置电子动力转向模块。
技术方案11. 一种控制车辆的横向运动的设备，所述设备包括：
包括计算机可执行指令的至少一个存储器；和
至少一个处理器，其被配置为读取和执行所述计算机可执行指令，所述计算机可执行指令使得所述至少一个处理器：
接收车辆信息和所述车辆的路径信息；
根据所述车辆信息确定车辆旋转的中心；
基于所述车辆的路径信息最小化路径跟踪误差；
通过使用非线性优化、基于最小化的路径跟踪误差来确定车轮角度命令或转向扭矩命令；和
根据确定的车轮角度命令或转向扭矩命令控制致动器。
技术方案12. 根据技术方案11所述的设备，其中所述车辆信息包括来自车辆长度、车辆宽度、车辆质量、车辆前进速度、转向不足梯度、车辆转弯刚度、悬架顺应性、当前车轮角度命令和当前转向扭矩命令之中的一个或多个。
技术方案13. 根据技术方案11所述的设备，其中所述路径信息包括在所述车辆前方预定距离内所述车辆要遵循的一个或多个航路点的坐标。
技术方案14. 根据技术方案13所述的设备，其中所述计算机可执行指令使得所述至少一个处理器确定车辆旋转的中心是根据以下方程基于准稳态近似来执行的：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
其中O是车辆旋转的中心，a是车辆重心和前轴之间的距离，b是车辆重心和后轴之间的距离，M是车辆质量，V是车辆前进速度，L是a + b，
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAA
是转向不足梯度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAA
是对应于转弯刚度的常数，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAA
对应于车轮角度命令或转向扭矩命令。
技术方案15. 根据技术方案14所述的设备，其中根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE041
确定所述转向不足梯度，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAA
对应于前部转弯刚度。
技术方案16. 根据技术方案15所述的设备，其中所述计算机可执行指令使得所述至少一个处理器通过根据成本函数
Figure DEST_PATH_IMAGE014AAA
设置控制目标来最小化所述路径跟踪误差，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE016AA
对应于与径向距离误差相关联的成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAA
对应于与航向误差相关联的成本，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAA
对应于车轮角度命令或转向扭矩命令。
技术方案17. 根据技术方案16所述的设备，其中根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAA
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAA
，其中N是航路点的总数目，j对应于航路点，
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAA
对应于径向距离误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE026AAA
对应于径向距离误差。
技术方案18. 根据技术方案16所述的设备，其中根据方程
Figure 336788DEST_PATH_IMAGE040
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE030AAA
，其中N是航路点的总数目，j对应于航路点，
Figure DEST_PATH_IMAGE032AAA
对应于航向误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE034AAA
对应于航向误差。
技术方案19. 根据技术方案11所述的设备，其中所述计算机可执行指令使得所述至少一个处理器通过使用一维标量函数最小化、基于所述最小化的路径跟踪误差来确定所述车轮角度命令或所述转向扭矩命令。
技术方案20. 根据技术方案11所述的设备，还包括电子动力转向模块，
其中所述计算机可执行指令使得所述至少一个处理器根据所述车轮角度命令或所述转向扭矩命令来设置所述电子动力转向模块。
从以下对示例性实施例的详细描述和附图中，示例性实施例的其他目的、优点和新颖特征将变得更加显而易见。
附图说明
图1示出了根据示例性实施例的控制车辆的横向运动的设备的框图；
图2示出了根据示例性实施例的控制车辆的横向运动的方法的流程图；
图3示出了根据示例性实施例的一方面的车辆及其沿着航路点的路径的图示；和
图4示出了根据示例性实施例的一方面的车辆的旋转中心及其沿着航路点的路径的图示。
具体实施方式
现在将参照附图的图1-图4详细地描述控制横向运动的设备和方法，在附图中，相同的附图标记始终指代相同的元件。
以下公开将使得本领域技术人员能够实践本发明的构思。然而，本文中公开的示例性实施例仅仅是示例性的，并且不将本发明的构思限制于本文中描述的示例性实施例。此外，每个示例性实施例的特征或方面的描述通常应被认为可用于其他示例性实施例的方面。
还应当理解到，在本文中陈述第一元件“连接到”、“附接到”第二元件、“形成在”或“设置在”第二元件上的情况下，第一元件可以直接连接到第二元件、直接形成在或直接设置在第二元件上，或者在第一元件和第二元件之间可以存在中间元件，除非陈述第一元件“直接”连接到、附接到第二元件、形成在或设置在第二元件上。此外，如果第一元件被配置为从第二元件“发送”或“接收”信息，则第一元件可以直接向第二元件发送信息或从第二元件接收信息，经由总线发送或接收信息，经由网络发送或接收信息，或者经由中间元件发送或接收信息，除非第一元件被指示为“直接”向第二元件发送信息或从第二元件接收信息。
贯穿本公开，所公开的一个或多个元件可以组合成单个装置或者一个或多个装置。此外，可以在单独的装置上提供单独的元件。
车辆被配备有各种自动控制和传感器，其能够提供用于确定车辆位置或路径并且控制车辆跟随航路点抵达目的地或维持其在道路中的位置的信息。然而，控制车辆的方法当被扩展到温和的道路时可能不能提供足够的平滑度和准确性。此外，在低速下提供高准确性的路径跟踪的运动学模型对于在更高速下跟踪路径可能是不准确的。
诸如动态非线性圆形回归之类的非线性控制结构可以用于在包括车道居中、车道变换、转弯等的自动化机动期间执行温和的横向加速。所述控制结构允许在包括车道居中、车道变换、城市驾驶的所有速度下在温和的横向加速机动中进行准确的路径跟踪。所述控制结构可以应用运动学循环回归的形式来计及车辆运动期间车辆旋转移位的瞬时中心。
图1示出了控制横向运动的设备100的框图。如图1中所示，根据示例性实施例，控制横向运动的设备100包括控制器101、电源102、存储装置103、输出104、车辆控制器105、用户输入106、传感器107和通信装置108。然而，控制横向运动的设备100不限于前述配置，并且可以被配置为包括附加的元件和/或省略一个或多个前述元件。控制横向运动的设备100可以被实现为车辆的部分、独立部件、车载和非车载装置之间的混合或者被实现在另一计算装置中。
控制器101对控制横向运动的设备100的总体操作和功能进行控制。控制器101可以对控制横向运动的设备100的存储装置103、输出104、车辆控制器105、用户输入106、传感器107和通信装置108中的一个或多个进行控制。控制器101可以包括来自处理器、微处理器、中央处理单元（CPU）、图形处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、状态机、电路以及硬件、软件和固件部件的组合之中的一个或多个。
控制器101被配置为发送和/或接收来自控制横向运动的设备100的存储装置103、输出104、车辆控制器105、用户输入106、传感器107和通信装置108中的一个或多个的信息。所述信息可以经由总线或网络发送和接收，或者可以直接读取自或写入到控制横向运动的设备100的存储装置103、输出104、用户输入106、传感器107和通信装置108中的一个或多个。合适的网络连接的示例包括控制器局域网（CAN）、面向媒体的系统传输（MOST）、本地互连网络（LIN）、局域网（LAN）、诸如蓝牙和802.11的无线网络以及诸如以太网的其他适当的连接。
电源102向控制横向运动的设备100的控制器101、存储装置103、输出104、车辆控制器105、用户输入106、传感器107和通信装置108中的一个或多个提供电力。电源102可以包括来自电池、插座、电容器、太阳能电池、发电机、风能装置和交流发电机等之中的一个或多个。
存储装置103被配置用于存储信息和检索由控制横向运动的设备100使用的信息。存储装置103可以由控制器101控制，以存储和检索从控制器101、车辆控制器105、传感器107和/或通信装置108接收的信息。所述信息可以包括路径信息和/或车辆信息。存储装置103还可以存储计算机指令，所述计算机指令被配置为由处理器执行以执行设备100的控制横向运动的功能。
存储装置103可以包括来自软盘、光盘、CD-ROM（光盘只读存储器）、磁光盘、ROM（只读存储器）、RAM（随机存取存储器）、EPROM（可擦除可编程只读存储器）、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、磁卡或光卡、闪存、高速缓冲存储器以及适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质之中的一个或多个。
车辆信息可以包括来自车辆长度、车辆宽度、车辆质量、车辆前进速度、转向不足梯度、车辆转弯刚度（例如前部和后部转弯刚度）、悬架顺应性、扭矩信息、车轮角度命令和转向扭矩命令之中的一个或多个。路径信息可以包括在车辆前方预定距离内车辆要遵循的一个或多个航路点的坐标。
在一个示例中，控制器101可以用于将车轮角度命令转换成转向扭矩命令。此外，可以通过计算前部和后部转弯顺应性的倒数并考虑前轮胎和后轮胎以及后部悬架顺应性来确定转弯刚度。在另一示例中，扭矩信息可以是电子动力转向装置的扭矩信息。
输出104以一种或多种形式输出信息，所述形式包括：视觉、听觉和/或触觉形式。输出104可以由控制器101控制，以向控制横向运动的设备100的用户提供输出。输出104可以包括来自扬声器、音频装置、显示器、位于中央的显示器、平视显示器、挡风玻璃显示器、触觉反馈装置、振动装置、触觉反馈装置、敲击反馈装置、全息显示器、仪器灯、指示灯等之中的一个或多个。输出104可以输出包括来自听觉通知、灯光通知和显示通知之中的一个或多个的通知。通知可以指示关于车辆位置或车辆定位的信息。
车辆控制器105可以包括呈电子硬件部件形式的车辆系统模块（VSM），其位于整个车辆中，并且通常接收来自一个或多个传感器的输入，并且使用感测到的输入来执行诊断监测、控制车辆执行机动、加速、制动、减速、报告和/或其他功能。每个VSM可以通过通信总线连接到其他VSM以及连接到控制器101，并且可以被编程为运行车辆系统和子系统诊断测试。控制器101可以被配置为发送和接收来自VSM的信息并且控制VSM执行车辆功能。
作为示例，一个VSM可以是控制发动机操作的各个方面（诸如燃料点火和点火正时）的发动机控制模块（ECM），另一VSM可以是被配置为从外部传感器107（诸如相机、雷达、LIDAR和激光器）接收信息的外部传感器模块，另一VSM可以是调节车辆动力系的一个或多个部件的操作的动力系控制模块，另一VSM可以是检测转向不足梯度、扭矩信息、车辆转弯刚度和悬架顺应性、方向盘角度参数、诸如车辆前进速度的速度参数、加速度参数或指令、横向加速度参数和/或车轮角度参数的车辆动力学传感器，以及另一VSM可以是调控位于整个车辆中的各种电气部件（如车辆的电动门锁和前灯）的车身控制模块。如本领域技术人员所理解的，上面提及的VSM仅仅是可以在车辆中使用的一些模块的示例，因为还有许多其他模块可用。
用户输入106被配置为向控制横向运动的设备100提供信息和命令。用户输入106可以用于向控制器101提供用户输入等。用户输入106可以包括来自触摸屏、键盘、软键盘、按钮、运动检测器、语音输入检测器、麦克风、相机、触控板、鼠标、方向盘、触摸板等之中的一个或多个。用户输入106可以被配置为接收用户输入以确认或消除由输出104输出的通知。
传感器107可以包括来自多个传感器之中的一个或多个，所述多个传感器包括相机、激光传感器、超声波传感器、红外相机、LIDAR（激光雷达）、雷达传感器、超短程雷达传感器、超宽带雷达传感器和微波传感器。传感器107可以被配置为扫描车辆周围的区域，以检测并且提供包括车辆周围区域的图像的成像信息。传感器107可以用于编译成像信息或映射信息或数据，其可以包括三维点云信息。
通信装置108可以由控制横向运动的设备100使用，以根据各种通信方法与各种类型的外部设备通信。通信装置108可以用于发送/接收信息，所述信息包括关于车辆定位的信息、全球导航信息、图像传感器信息和调整信息或调整值等。
通信装置108可以包括各种通信模块，诸如来自远程信息处理单元、广播接收模块、近场通信（NFC）模块、GNS接收器、有线通信模块或无线通信模块之中的一个或多个。广播接收模块可以包括地面广播接收模块，所述地面广播接收模块包括解调器、均衡器和用于接收地面广播信号的天线等。NFC模块是根据NFC方法与位于附近距离的外部设备通信的模块。GNS接收器是从GPS卫星或其他导航卫星或塔台接收GNS信号并且检测当前定位的模块。有线通信模块可以是通过诸如局域网、控制器局域网（CAN）或外部网络的有线网络接收信息的模块。无线通信模块是通过使用诸如IEEE 802.11协议、WiMAX、Wi-Fi或IEEE通信协议的无线通信协议连接到外部网络并且与外部网络通信的模块。无线通信模块还可以包括移动通信模块，所述移动通信模块接入移动通信网络并且根据各种移动通信标准执行通信，所述各种移动通信标准诸如第三代（3G）、第三代合作伙伴计划（3GPP）、长期演进（LTE）、蓝牙、EVDO、CDMA、GPRS、EDGE或ZigBee。
根据示例性实施例，控制横向运动的设备100的控制器101可以被配置为接收车辆信息和车辆的路径信息，根据车辆信息确定车辆旋转的中心，基于车辆的路径信息最小化路径跟踪误差，基于最小化的路径跟踪误差使用非线性优化确定车轮角度命令，以及根据车轮角度命令控制致动器。
控制横向运动的设备100的控制器101可以进一步被配置为根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE043
基于准稳态近似来执行确定车辆旋转的中心，其中O是车辆旋转的中心，a是车辆长度，b是车辆宽度，M是车辆质量，V是车辆前进速度，L是车辆轮基距L=a + b，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
是转向不足梯度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAA
是对应于后部转弯刚度的常数，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAA
对应于车轮角度命令。
控制横向运动的设备100的控制器101可以被配置为根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE046
确定转向不足梯度，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAA
对应于前部转弯刚度。
控制横向运动的设备100的控制器101可以被配置为根据
Figure DEST_PATH_IMAGE048
来控制确定横向速度增益
Figure DEST_PATH_IMAGE050
。此外，控制横向运动的设备100的控制器101可以被配置为根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE052
来控制确定车轮角度增益
Figure DEST_PATH_IMAGE054
。瞬时转弯半径
Figure DEST_PATH_IMAGE056
也可以由控制器根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE058
确定。
控制横向运动的设备100的控制器101可以被配置为通过根据成本函数
Figure DEST_PATH_IMAGE014AAAA
设置控制目标来最小化路径跟踪误差，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAA
对应于与径向距离误差相关联的成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAA
对应于与航向误差相关联的成本，并且
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAAA
对应于车轮角度命令。
可以根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE059
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAAA
，其中N对应于航路点的总数目，
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAAA
对应于第j个航路点处的径向距离误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE026AAAA
对应于第j个航路点处的径向距离误差。可以根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE028AA
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE030AAAA
，其中N对应于航路点的总数目，
Figure DEST_PATH_IMAGE032AAAA
对应于第j个航路点处的航向误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE034AAAA
对应于第j个航路点处的航向误差。
控制横向运动的设备100的控制器101可以被配置成通过使用一维标量函数最小化，基于最小化的路径跟踪误差，使用非线性优化来确定车轮角度命令。此外，控制横向运动的设备100的控制器101可以被配置为根据车轮角度命令来设置电子动力转向模块。
图2示出了根据示例性实施例的控制横向运动的方法的流程图。图2的方法可以由控制横向运动的设备100执行，或者可以作为可由计算机执行以执行所述方法的指令被编码到计算机可读介质中。
参考图2，在操作S210中检索或接收车辆信息和车辆的路径信息。在操作S220中，根据车辆信息确定车辆旋转的中心。在操作S230中，基于车辆的路径信息最小化路径跟踪误差。然后，在操作S240中，通过使用非线性优化、基于最小化的路径跟踪误差来确定车轮角度命令。最后，根据确定的车轮角度命令控制致动器。
图3示出了根据示例性实施例的一方面的车辆及其沿着航路点的路径的图示。参考图3，车辆301正沿着航路点302。当车辆301穿过航路点时，通过应用控制横向运动的方法和设备，行进的路径303可以更接近航路点地跟踪。
图4示出了根据示例性实施例的一方面的车辆的旋转中心及其沿着航路点的路径的图示。
参考图4，车辆401具有长度407和宽度406以及与车辆相关联的当前车轮角度405。当车辆穿过航路点402时，路径403可以用圆弧来近似。基于该信息，可以确定车辆的旋转中心404以及距旋转中心的距离408。旋转中心404和距旋转中心的距离然后可以用于调整车轮角度405，以更好地将车辆路径拟合到航路点402。
本文中公开的过程、方法或算法可以被可传送到处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制装置或专用电子控制装置。类似地，所述过程、方法或算法可以以多种形式存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，所述形式包括但不限于永久存储在不可写存储介质（诸如ROM装置）上的信息和可变地存储在可写存储介质（诸如软盘、磁带、CD、RAM装置和其他磁和光介质）上的信息。所述过程、方法或算法也可以在软件可执行对象中实现。替代性地，可以使用合适的硬件部件、诸如专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、状态机、控制器或其他硬件部件或装置、或者硬件、软件和固件部件的组合，来整体或部分地实施所述过程、方法或算法。
上面已经参考附图描述了一个或多个示例性实施例。以上描述的示例性实施例应当仅仅以描述的意义来考虑，而不是为了限制的目的。此外，示例性实施例可以在不脱离由以下权利要求限定的本发明构思的精神和范围的情况下进行修改。

Claims (10)

1.一种控制车辆的横向运动的方法，所述方法包括：
接收车辆信息和所述车辆的路径信息；
根据所述车辆信息确定车辆旋转的中心；
基于所述车辆的路径信息最小化路径跟踪误差；
通过使用非线性优化、基于最小化的路径跟踪误差来确定车轮角度命令或转向扭矩命令；和
根据确定的车轮角度命令或转向扭矩命令来控制致动器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述车辆信息包括来自车辆长度、车辆宽度、车辆质量、车辆前进速度、转向不足梯度、车辆转弯刚度、悬架顺应性、当前车轮角度命令和当前转向扭矩命令之中的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述路径信息包括在所述车辆前方预定距离内所述车辆要遵循的一个或多个航路点的坐标。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定车辆旋转的所述中心是根据以下方程基于准稳态近似来执行的：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中O是车辆旋转的中心，a是车辆长度，b是车辆宽度，M是车辆质量，V是车辆前进速度，L是a + b，
Figure 981213DEST_PATH_IMAGE002
是转向不足梯度，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
是对应于后部转弯刚度的常数，并且
Figure 795585DEST_PATH_IMAGE004
对应于车轮角度命令或转向扭矩命令。
5.根据权利要求4所述的方法，其中根据方程
Figure DEST_PATH_IMAGE005
确定所述转向不足梯度，其中
Figure 618048DEST_PATH_IMAGE006
对应于前部转弯刚度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中最小化所述路径跟踪误差包括：根据成本函数
Figure DEST_PATH_IMAGE007
设置控制目标，其中
Figure 822764DEST_PATH_IMAGE008
对应于与径向距离误差相关联的成本，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
对应于与航向误差相关联的成本，并且
Figure 21664DEST_PATH_IMAGE004
对应于车轮角度命令或转向扭矩命令。
7.根据权利要求6所述的方法，其中根据方程
Figure 628226DEST_PATH_IMAGE010
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，其中N是航路点的总数目，j对应于航路点，
Figure 621590DEST_PATH_IMAGE012
对应于径向距离误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
对应于径向距离误差。
8.根据权利要求6所述的方法，其中根据方程
Figure 328251DEST_PATH_IMAGE014
来确定
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，其中N是航路点的总数目，j对应于航路点，
Figure 65263DEST_PATH_IMAGE016
对应于所述航向误差的权重，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
对应于所述航向误差。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述最小化的路径跟踪误差来确定所述车轮角度命令或所述转向扭矩命令包括：使用一维标量函数最小化。
10.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述车轮角度命令或所述转向扭矩命令控制所述致动器包括：根据所述车轮角度命令或根据所述转向扭矩命令设置电子动力转向模块。
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