CN112744293A - 方向盘零位偏差角度测量方法及车辆 - Google Patents

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    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
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Abstract

本发明涉及一种方向盘零位偏差角度测量方法及车辆，属于自动驾驶客车技术领域。其中测量方法包括：实时采集车辆轨迹，包括各轨迹点的车速和对应的方向盘转角；选取直线行驶段；在直线行驶段中，计算各轨迹点的权重因子，权重因子与车速正相关；在直线行驶段中，根据对应的权重因子对各轨迹点的方向盘转角进行修正，计算修正值的累加和，进而得到方向盘零位偏差角。本发明根据车辆横向运动遵循阿克曼转向原理，获取车辆直线行驶时的方向盘转角与车速，利用车速对方向盘转角进行修正，进而得到方向盘零位偏差角，该方法简单、准确的实现了方向盘零位偏差角的在线测量，为车辆横向偏差的补偿提供可靠的依据。

Description

方向盘零位偏差角度测量方法及车辆
技术领域
本发明涉及一种方向盘零位偏差角度测量方法及车辆，属于自动驾驶客车技术领域。
背景技术
目前，自动驾驶系统的横向控制算法普遍需要知道车辆直线行驶时的方向盘转角，当方向盘零位偏差角度不准时，会造成车辆出现横向偏差，进而导致在横向控制时也存在偏差，会对控制过程产生不良影响，例如抖动，延时等。
现有的测量方向盘零位偏差角度的方法通常在线下进行，即在车辆下线、保养、维修时，通过专业工台离线完成测量，耗时、耗力，特别对于自动驾驶车辆，将对行驶安全性产生恶劣影响。为此，有人提出在线测量横向偏差，例如申请公布号为CN 109795477 A的中国发明专利申请文件，该文件公开了一种消除稳态横向偏差的方法、装置及存储介质，其中通过根据在线测量的横向偏差实时补偿车辆稳态横向偏差，然而该在线测量横向偏差的方法是在车辆直线行驶时，根据车辆的行驶参数预计车辆行驶一个周期后的目标位置，车辆行驶一个周期后，确定车辆的当前位置，根据目标位置和当前位置的偏差，采集车辆的横向偏差值，这种方法中预计本身存在不稳定性，使得预计的准确度低，进而直接导致所采集偏差的准确性低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方向盘零位偏差角度测量方法，用以解决现有方法测量准确度低的问题；同时还提供一种车辆，用以解决现有车辆测量准确度低的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种方向盘零位偏差角度测量方法，包括以下步骤：
1)实时采集车辆轨迹，包括各轨迹点的车速和对应的方向盘转角；
2)选取直线行驶段；
3)在所述直线行驶段中，计算各轨迹点的权重因子，所述权重因子与车速正相关；
4)在所述直线行驶段中，根据对应的权重因子对各轨迹点的方向盘转角进行修正，计算修正值的累加和，进而得到方向盘零位偏差角。
另外，本发明还提出一种车辆，包括车辆本体，还包括设置在车辆本体内的车速采集单元，用于采集车辆的车速；
转角采集单元，用于采集车辆的方向盘转角；
轨迹采集单元，用于采集车辆轨迹；
控制器，所述控制器运行计算机程序以实现上述的方向盘零位偏差角度测量方法。
有益效果是：本发明根据车辆横向运动遵循阿克曼转向原理，获取车辆直线行驶时的方向盘转角与车速，利用车速对方向盘转角进行修正，进而得到方向盘零位偏差角，该方法简单、准确的实现了方向盘零位偏差角的在线测量，为车辆横向偏差的补偿提供可靠的依据。
进一步的，上述方向盘零位偏差角度测量方法及车辆中，为了实现方向盘转角的修正，所述根据对应的权重因子对各轨迹点的方向盘转角进行修正的方式为：各轨迹点的方向盘转角与对应的权重因子相乘得到修正值。
进一步的，上述方向盘零位偏差角度测量方法及车辆中，方向盘零位偏差角的计算过程为：
Figure BDA0002256653780000021
其中，δ′为方向盘零位偏差角，δi为轨迹点i对应的方向盘转角，wi为轨迹点i的方向盘转角对应的权重因子，N为轨迹点的总数。
进一步的，上述方向盘零位偏差角度测量方法及车辆中，根据速度越快，车辆行驶越远的原理，所述计算各轨迹点的权重因子的计算方法为：对车速求正比例函数，或者对车速求指数函数。
进一步的，上述方向盘零位偏差角度测量方法及车辆中，为了提高选取直线行驶段的可靠性，所述选取直线行驶段的方法为：选取轨迹点，通过最小二乘法对轨迹点进行线性拟合，若线性拟合的拟合度大于拟合度设定高值且所有轨迹点的拟合误差中的最大拟合误差小于误差设定低值时，选取为直线行驶段。
进一步的，上述方向盘零位偏差角度测量方法及车辆中，为了保证方向盘零位偏差角测量的准确度，所述选取轨迹点的规则为：被选取的各轨迹点连续，且每个轨迹点的车速大于设定车速阈值，同时对应的方向盘转角小于转角设定阈值。
进一步的，上述方向盘零位偏差角度测量方法及车辆中，为了进一步提高方向盘零位偏差角测量的准确度，连续的轨迹点的数量大于设定高值。
附图说明
图1为本发明车辆中实现方向盘零位偏差角度测量方法的原理框图；
图2为本发明方向盘零位偏差角度测量方法的流程图。
具体实施方式
车辆实施例：
本实施例提出的车辆如图1所示，包括车辆本体，还包括设置在车辆本体内的采集单元、轨迹采集单元和控制器，采集单元包括车速采集单元和转角采集单元，控制器运行计算机程序(即计算单元)以实现方向盘零位偏差角度测量方法。
轨迹采集单元用于采集车辆轨迹，具体为采用厘米级定位装置获取车辆行驶的位置点坐标序列(车辆轨迹的轨迹点的一种)，厘米级定位装置可以是差分GPS定位装置、车道线识别摄像头、SLAM定位装置中的一种或者几种的组合；车速采集单元用于采集车辆的车速；转角采集单元用于采集车辆的方向盘转角。
方向盘零位偏差角度测量方法是基于车辆横向运动遵循阿克曼转向原理，表达式如下：
tan(δ)＝L/R；
其中，δ为前轮偏角，L为轴距，R为转弯半径。可以发现当车辆零位偏差角度为零时，车辆将沿直线行驶(R为无穷大)，反过来分析，当车辆沿直线行驶时，对应的方向盘转角为零。
车辆直线行驶时，从S＝v*t(v为车速；t为时间；S为t时间内车辆行驶的距离)中可以发现v越快，t时间内，S越远，因此速度越快对直线的影响因子越大(也就是说，速度越高，单位时间内走的横向距离越大，对判断车辆是否走直线判断影响越大)，当速度较低时，位置点越集中，对直线的影响越小。
具体的，方向盘零位偏差角度测量方法具体如图2所示，包括以下步骤：
1)实时采集车辆轨迹，包括通过轨迹采集单元和采集单元所采集的各轨迹点，各轨迹点对应的车速和对应的方向盘转角。
本实施例中，所采集的车辆轨迹的轨迹点为通过厘米级定位装置所采集的车辆的位置点坐标，作为其他实施方式，本发明对轨迹点的获取方式以及具体形式并不做限制，只要可以体现出车辆的轨迹即可。
2)选取直线行驶段。
本实施例中，选取直线行驶段的方法为：选取轨迹点，通过最小二乘法对轨迹点进行线性拟合，若线性拟合的拟合度大于拟合度设定高值且所有轨迹点的拟合误差中的最大拟合误差小于误差设定低值时，选取为直线行驶段。
具体为：车辆的位置点坐标序列为：[x0、x1、…、xN]，[y0、y1、…、yN]；
拟合直线方程为：y＝ax+b；通过最小二乘法，可求得：
Figure BDA0002256653780000041
其中，Lxy为x、y的协方差；Lxx为x的方差；
Figure BDA0002256653780000042
为x的算术平均值；
Figure BDA0002256653780000043
为y的算术平均值；
线性拟合后得出，直线拟合度r：
Figure BDA0002256653780000044
其中，Lyy为y的方差；
位置点拟合误差l_err：l_err＝yi-y(xi)。
找出历史直线行驶轨迹的过程为：若线性拟合的拟合度r大于拟合度设定高值r0且所有位置点的拟合误差中的最大拟合误差l_errmax小于误差设定低值l_err0时，车辆为直线行驶状态。
当然，本发明对如何选取直线行驶段的方法并不做限制，只要可以准确的选取直线行驶段即可。
3)在直线行驶段中，计算各轨迹点的权重因子，权重因子与车速正相关。
上述分析可知，速度越快对直线拟合的影响因子越大，速度越小时，位置点越集中，对直线拟合影响越小，因此权重因子wi和速度v为正相关，具体的，wi可以先通过直线方程w＝kv或者指数方程w＝ekv(k为参数因子)计算，然后归一化后得出。
当然本发明对权重因子的计算方法并不做限制，只要保证权重因子与车速正相关即可。
4)在直线行驶段中，根据对应的权重因子对各轨迹点的方向盘转角进行修正，计算修正值的累加和，进而得到方向盘零位偏差角。
本实施例中，各轨迹点的方向盘转角与对应的权重因子相乘得到修正值，作为其他实施方式，本发明对修正值的计算过程并不做限制，只要可以合理修正即可。具体的，方向盘零位偏差角的计算过程为：
Figure BDA0002256653780000051
其中，δ′为方向盘零位偏差角，δi为轨迹点i对应的方向盘转角，wi为轨迹点i的方向盘转角对应的权重因子，N为轨迹点的总数。
进一步的，步骤2)中，对获取的位置点坐标进行存储，为了提高处理效率，首先删除不利于测量的场景数据，例如：车速v不大于设定车速阈值vh，或者方向盘的实际转角ang不小于转角设定阈值ang_h，当然还需要判断定位装置的定位质量是否良好，所选取的位置点还需要连续。也就是说，被选取的各位置点连续，且在定位质量良好、v＞vh且ang＜ang_h时(也即图2中所述的满足测量条件)，开始依次连续记录并存储所获取的数据，之前不满足条件的数据进行清空。
进一步的，为了更准确的得到方向盘偏差角，需要直线行驶达到一定的距离，也就是需要满足条件的连续的位置点的数量大于设定高值，如果达不到，那么通过FIFO方式存储最新的位置点坐标及对应的速度和方向盘实际转角。
方向盘零位偏差角度测量方法实施例：
本实施例提出的方向盘零位偏差角度测量方法，包括以下步骤：
1)实时采集车辆轨迹，包括各轨迹点的车速和对应的方向盘转角；
2)选取直线行驶段；
3)在直线行驶段中，计算各轨迹点的权重因子，权重因子与车速正相关；
4)在直线行驶段中，根据对应的权重因子对各轨迹点的方向盘转角进行修正，计算修正值的累加和，进而得到方向盘零位偏差角。
方向盘零位偏差角度测量方法的具体实施过程在上述车辆实施例中已经介绍，这里不做赘述。

Claims (8)

1.一种方向盘零位偏差角度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)实时采集车辆轨迹，包括各轨迹点的车速和对应的方向盘转角；
2)选取直线行驶段；
3)在所述直线行驶段中，计算各轨迹点的权重因子，所述权重因子与车速正相关；
4)在所述直线行驶段中，根据对应的权重因子对各轨迹点的方向盘转角进行修正，计算修正值的累加和，进而得到方向盘零位偏差角。
2.根据权利要求1所述的方向盘零位偏差角度测量方法，其特征在于，所述根据对应的权重因子对各轨迹点的方向盘转角进行修正的方式为：各轨迹点的方向盘转角与对应的权重因子相乘得到修正值。
3.根据权利要求2所述的方向盘零位偏差角度测量方法，其特征在于，方向盘零位偏差角的计算过程为：
Figure FDA0002256653770000011
其中，δ′为方向盘零位偏差角，δi为轨迹点i对应的方向盘转角，wi为轨迹点i的方向盘转角对应的权重因子，N为轨迹点的总数。
4.根据权利要求1或2或3所述的方向盘零位偏差角度测量方法，其特征在于，所述计算各轨迹点的权重因子的计算方法为：对车速求正比例函数，或者对车速求指数函数。
5.根据权利要求1所述的方向盘零位偏差角度测量方法，其特征在于，所述选取直线行驶段的方法为：选取轨迹点，通过最小二乘法对轨迹点进行线性拟合，若线性拟合的拟合度大于拟合度设定高值且所有轨迹点的拟合误差中的最大拟合误差小于误差设定低值时，选取为直线行驶段。
6.根据权利要求5所述的方向盘零位偏差角度测量方法，其特征在于，所述选取轨迹点的规则为：被选取的各轨迹点连续，且每个轨迹点的车速大于设定车速阈值，同时对应的方向盘转角小于转角设定阈值。
7.根据权利要求6所述的方向盘零位偏差角度测量方法，其特征在于，连续的轨迹点的数量大于设定高值。
8.一种车辆，包括车辆本体，其特征在于，还包括设置在车辆本体内的
车速采集单元，用于采集车辆的车速；
转角采集单元，用于采集车辆的方向盘转角；
轨迹采集单元，用于采集车辆轨迹；
控制器，所述控制器运行计算机程序以实现如权利要求1-7中任意一项所述的方向盘零位偏差角度测量方法。
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