CN112849127B - 车辆转向控制的方法、装置、存储介质和设备 - Google Patents

车辆转向控制的方法、装置、存储介质和设备 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种车辆转向控制的方法、装置、存储介质和设备，该方法包括，获取目标转向角；若受控车辆不位于期望行驶轨迹，通过主动前轮转向系统确定转向角修正量；检测车辆的实际横摆角速度和理想角速度的差值是否在偏差范围内；若差值不在偏差范围内，基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩；第一扭矩不等于第二扭矩。根据目标转向角和转向角修正量控制转向轮转向，并控制受控车辆的第一轮毂电机和第二轮毂电机分别输出第一扭矩和第二扭矩，以获得附加横摆力矩。当实际横摆角速度过大时，本方案进一步调节轮毂电机输出的扭矩，利用附加横摆力矩减小车辆的实际横摆角速度，达到在非线性工况下保持车辆的横向稳定性的效果。

Description

车辆转向控制的方法、装置、存储介质和设备
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，特别涉及一种车辆转向控制的方法、装置、存储介质和设备。
背景技术
主动前轮转向(AFS，active front steering)属于一种驾驶员辅助控制，当驾驶员操控方向盘时，AFS系统可根据传感器采集到的车速、横摆角速度、方向盘转角等信息，确定出转向角修正量，将转向角修正量与驾驶员提供的目标转向角叠加，得到最优的转向角控制量。AFS的优势在于不需要改变车速及驱、制动力大小，仅通过前轮转角控制实现稳定转向的目的，提高整车能量利用率的同时保证驾乘的舒适性，是一种非常有效的主动安全系统。
当车辆轮胎侧向力处于线性范围内时，AFS系统可以帮助驾驶员快速地干预车辆转向系统，以能量最小消耗及不影响车速的前提下实现横向稳定性控制。然而，当车辆处于某些极限工况时，轮胎的侧向力将处于非线性范围(这类极限工况可以称为非线性工况)，此时AFS系统就无法将车辆的横向稳定性控制在合适的范围内。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本申请提供一种车辆转向控制的方法、装置、存储介质和设备，以提供一种多种工况下均能够在转向时保持车辆的横向稳定性的转向控制方案。
本申请第一方面提供一种车辆转向控制的方法，包括：
获取用户输入的目标转向角；
判断受控车辆的当前位置是否属于预设的期望行驶轨迹；
若所述受控车辆的当前位置属于所述期望行驶轨迹，根据所述目标转向角控制所述受控车辆转向；
若所述受控车辆的当前位置不属于所述期望行驶轨迹，以受控车辆跟随所述期望行驶轨迹、且消耗能量最小为求解目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量；
检测所述车辆的实际横摆角速度和预设的理想角速度的差值是否在预设的偏差范围内；
若所述差值不在所述偏差范围内，基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩；其中，所述第一扭矩不等于所述第二扭矩；
根据所述目标转向角和所述转向角修正量控制所述受控车辆的转向轮进行转向，并控制所述受控车辆的第一轮毂电机输出第一扭矩，控制所述受控车辆的第二轮毂电机输出第二扭矩，以获得附加横摆力矩。
可选的，所述以受控车辆跟随所述期望行驶轨迹、且消耗能量最小为优化目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量，包括：
根据所述受控车辆的状态空间方程和所述车辆的当前状态值，建立目标函数；其中，所述目标函数的自变量包括当前时刻的转向角增量和预设的控制时域内多个时刻的转向角增量；所述目标函数的函数值表征所述受控车辆在预设的预测时域内实际行驶轨迹相对于所述期望行驶轨迹的偏离程度，以及表征在所述控制时域内所述受控车辆转向所消耗能量的额度；所述控制时域为当前时刻之后的第一时长；所述预测时域为当前时刻之后的第二时长；
在预设的约束条件下，以所述目标函数的函数值为求解目标，对所述目标函数进行二次规划求解，得到目标自变量值；其中，所述目标自变量值，为所述目标函数的函数值达到极小值时所述目标函数的自变量的数值；
根据所述目标自变量值中包含的当前时刻的转向角增量，以及前一时刻所述受控车辆的转向角控制量计算得到所述当前时刻的转向角控制量；其中，所述转向角控制量为对应时刻的目标转向角与转向角修正量之和；
根据所述当前时刻的转向角控制量和所述目标转向角计算得到所述当前时刻的转向角修正量。
可选的，所述判断受控车辆的当前位置是否属于预设的期望行驶轨迹，包括：
利用位置传感器采集所述受控车辆在世界坐标系中的横坐标和纵坐标；
根据所述受控车辆的所述横坐标和所述纵坐标判断所述受控车辆的当前位置是否属于所述期望行驶轨迹。
可选的，所述基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩，包括：
检测所述受控车辆的车辆状态信息，以及所述受控车辆当前位置的道路状态信息；
根据所述车辆状态信息和所述道路状态信息确定扭矩分配量；
根据所述扭矩分配量以及预设的总输出扭矩，确定第一扭矩和第二扭矩。
本申请第二方面提供一种车辆转向控制的装置，包括：
获取单元，用于获取用户输入的目标转向角；
判断单元，用于判断受控车辆的当前位置是否属于预设的期望行驶轨迹；
控制单元，用于若所述受控车辆的当前位置属于所述期望行驶轨迹，根据所述目标转向角控制所述受控车辆转向；
规划单元，用于若所述受控车辆的当前位置不属于所述期望行驶轨迹，以受控车辆跟随所述期望行驶轨迹、且消耗能量最小为求解目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量；
检测单元，用于检测所述车辆的实际横摆角速度和预设的理想角速度的差值是否在预设的偏差范围内；
扭矩单元，用于若所述差值不在所述偏差范围内，基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩；其中，所述第一扭矩不等于所述第二扭矩；
所述控制单元，用于根据所述目标转向角和所述转向角修正量控制所述受控车辆的转向轮进行转向，并控制所述受控车辆的第一轮毂电机输出第一扭矩，控制所述受控车辆的第二轮毂电机输出第二扭矩，以获得附加横摆力矩。
可选的，所述规划单元以受控车辆跟随所述期望行驶轨迹、且消耗能量最小为优化目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量时，具体用于：
根据所述受控车辆的状态空间方程和所述车辆的当前状态值，建立目标函数；其中，所述目标函数的自变量包括当前时刻的转向角增量和预设的控制时域内多个时刻的转向角增量；所述目标函数的函数值表征所述受控车辆在预设的预测时域内实际行驶轨迹相对于所述期望行驶轨迹的偏离程度，以及表征在所述控制时域内所述受控车辆转向所消耗能量的额度；所述控制时域为当前时刻之后的第一时长；所述预测时域为当前时刻之后的第二时长；
在预设的约束条件下，以所述目标函数的函数值为求解目标，对所述目标函数进行二次规划求解，得到目标自变量值；其中，所述目标自变量值，为所述目标函数的函数值达到极小值时所述目标函数的自变量的数值；
根据所述目标自变量值中包含的当前时刻的转向角增量，以及前一时刻所述受控车辆的转向角控制量计算得到所述当前时刻的转向角控制量；其中，所述转向角控制量为对应时刻的目标转向角与转向角修正量之和；
根据所述当前时刻的转向角控制量和所述目标转向角计算得到所述当前时刻的转向角修正量。
可选的，所述判断单元判断受控车辆的当前位置是否属于预设的期望行驶轨迹时，具体用于：
利用位置传感器采集所述受控车辆在世界坐标系中的横坐标和纵坐标；
根据所述受控车辆的所述横坐标和所述纵坐标判断所述受控车辆的当前位置是否属于所述期望行驶轨迹。
可选的，所述扭矩单元基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩时，具体用于：
检测所述受控车辆的车辆状态信息，以及所述受控车辆当前位置的道路状态信息；
根据所述车辆状态信息和所述道路状态信息确定扭矩分配量；
根据所述扭矩分配量以及预设的总输出扭矩，确定第一扭矩和第二扭矩。
本申请第三方面提供一种计算机存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序被执行时，具体用于实现本申请第一方面任意一项所提供的车辆转向控制的方法。
本申请第四方面提供一种电子设备，包括存储器和处理器；
其中，所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述计算机程序，具体用于实现本申请第一方面任意一项所提供的车辆转向控制的方法。
本申请提供一种车辆转向控制的方法、装置、存储介质和设备，该方法包括，获取目标转向角；若受控车辆不位于期望行驶轨迹，通过主动前轮转向系统确定转向角修正量；检测车辆的实际横摆角速度和理想角速度的差值是否在偏差范围内；若差值不在偏差范围内，基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩；第一扭矩不等于第二扭矩。根据目标转向角和转向角修正量控制转向轮转向，并控制受控车辆的第一轮毂电机和第二轮毂电机分别输出第一扭矩和第二扭矩，以获得附加横摆力矩。当实际横摆角速度过大时，本方案进一步调节轮毂电机输出的扭矩，利用附加横摆力矩减小车辆的实际横摆角速度，达到在非线性工况下保持车辆的横向稳定性的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种转向控制系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种转向控制方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的一种转向控制方法的仿真结果的示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种转向控制方法的仿真结果的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种转向控制装置的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本申请涉及一种车辆转向的控制方法，可以用于控制安装有双轮毂电机的前驱车辆的转向，其中，两个轮毂电机分别安装在车辆的两个前轮的轮毂位置。
为了便于理解本申请实施例提供的车辆转向的控制方法，首先结合图1对双轮毂电机的前驱车辆的转向控制系统的结构进行简要说明。
如图1所示，车辆的转向系统可以包括扭杆，行星齿轮机构，伺服机构和调节电机等设备，当驾驶员需要转向时，驾驶员会将方向盘转动一定角度，由此方向盘会向图1所示的扭杆传递一个目标转向角。
驾驶员输入上述目标转向角后，AFS系统的处理器会根据车辆的当前位置，目标转向角以及预先设定的期望行驶轨迹判断是否对目标转向角进行修正。
如果不需要修正，则图1所示的调节电机不输出转向电机调整角，驾驶员输入的目标转向角独立的作用于车轮的轮轴，也就是直接以目标转向角作为转向角控制量，控制车轮转向。
如果需要修正，则AFS系统的处理器会通过调节电机向图1所示的行星齿轮机构输出转向电机调整角，然后行星齿轮机构会向车轮的轮轴输出转向角修正量，此时，转向角修正量和伺服机构输出的目标转向角同时作用于轮轴，相当于用转向角修正量对驾驶员输入的目标转向角进行修正，将修正后的目标转向角作为转向角控制量，以此控制车轮转向。
结合图1所示的转向控制系统，本申请实施例提供一种车辆转向控制的方法，请参考图2，该方法可以包括如下步骤：
S201、获取用户输入的目标转向角。
用户，就是指受控车辆的驾驶员。如前文所述，驾驶员可以通过转动方向盘，输入目标转向角。
S202、判断车辆当前位置是否属于期望行驶轨迹。
具体的，可以利用位置传感器采集受控车辆在世界坐标系中的横坐标和纵坐标；
根据受控车辆的横坐标和纵坐标判断受控车辆的当前位置是否属于期望行驶轨迹。
受控车辆可以预先扫描车辆周围的环境信息，如路况，周围的其他车辆以及这些车辆和本车的间距等，然后利用预先配置的路径规划算法对这些环境信息进行处理，从而得到未来一段时间内(如未来5分钟内的期望行驶轨迹)，在设定好期望行驶轨迹的这段时间内，车载的处理器可以利用受控车辆的GPS(全球卫星定位)终端实时获得受控车辆的当前位置，并将当前位置和期望行驶轨迹比对，由此可以判断出受控车辆的当前位置是否在设定好的期望行驶轨迹上。
若受控车辆的当前位置属于预设的期望行驶轨迹，则执行步骤203。
若受控车辆的当前位置不属于预设的期望行驶轨迹，则执行步骤S204。
S203、根据目标转向角控制受控车辆转向。
S204、以受控车辆跟随期望行驶轨迹、且消耗能量最小为求解目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量。
受控车辆跟随期望行驶轨迹，可以理解为，未来一段时间内，车辆的所在位置和期望行驶轨迹之间的偏差值尽可能小。
每次控制车辆转向时，转向角控制量越大，意味着前轮转动的幅度越大，相应的驱动前轮转向的电机消耗的能量就越大，因此，消耗能量最小，可以理解为，在未来多个时刻输出的转向角控制量的总和尽可能小。
S205、检测实际横摆角速度和理想角速度的差值是否在偏差范围内。
其中，理想角速度可以根据临界横摆角速度，以及受控车辆的稳态横摆角速度增益确定，其中，临界横摆角速度，是指，在车辆转向过程中，轮胎和路面之间的附着能力的限制下，确保车辆不发生事故时所允许的最大的横摆角速度。
可选的，上述偏差范围可以设定为，实际横摆角速度不大于理想角速度，且理想角速度减去实际横摆角速度得到的差值大于或等于设定的偏差阈值。
若步骤S205中的差值不在偏差范围内，则执行步骤S206；反之，若步骤S205中的差值在偏差范围内，则执行步骤S208。
S206、基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩。
其中，第一扭矩不等于第二扭矩。
S207、根据目标转向角和转向角修正量控制受控车辆的转向轮进行转向，并控制受控车辆的第一轮毂电机和第二轮毂电机分别输出第一扭矩和第二扭矩。
请参考图1，通过控制第一轮毂电机和第二轮毂电机分别输出不同的扭矩，可以使车辆在转向过程中获得附加横摆力矩，通过控制第一扭矩和第二扭矩之间的大小关系，可以使附加横摆力矩的方向与车辆转向时的横摆角速度的方向相反，由此，可以在保持前轮的实际转角不变的前提下，减小车辆转向过程中的横摆角速度，达到提高车辆的横向稳定性的效果。
S208、根据目标转向角和转向角修正量控制受控车辆的转向轮进行转向。
本申请提供一种车辆转向控制的方法，该方法包括，获取目标转向角；若受控车辆不位于期望行驶轨迹，通过主动前轮转向系统确定转向角修正量；检测车辆的实际横摆角速度和理想角速度的差值是否在偏差范围内；若差值不在偏差范围内，基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩；第一扭矩不等于第二扭矩。根据目标转向角和转向角修正量控制转向轮转向，并控制受控车辆的第一轮毂电机和第二轮毂电机分别输出第一扭矩和第二扭矩，以获得附加横摆力矩。当实际横摆角速度过大时，本方案进一步调节轮毂电机输出的扭矩，利用附加横摆力矩减小车辆的实际横摆角速度，达到在非线性工况下保持车辆的横向稳定性的效果。
前述实施例中的步骤S204，即以受控车辆跟随期望行驶轨迹、且消耗能量最小为优化目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量的步骤，其具体实现方式可以是：
第一步，可以根据受控车辆的状态空间方程和车辆的当前状态值，建立目标函数。
其中，目标函数的自变量包括当前时刻的转向角增量和预设的控制时域内多个时刻的转向角增量；目标函数的函数值表征受控车辆在预设的预测时域内实际行驶轨迹相对于期望行驶轨迹的偏离程度，以及表征在控制时域内受控车辆转向所消耗能量的额度；控制时域为当前时刻之后的第一时长；预测时域为当前时刻之后的第二时长。
对于路面上行驶的受控车辆，可以将其简化为一个整车三自由度非线性动力学模型，三自由度具体是指纵向运动的自由度，侧向(或者说横向)运动的自由度，以及绕车辆自身的Z轴(即垂直于地面的轴)转动的自由度，上述模型由三个用于描述上述三个自由度的车辆运动的运动方程组成。其中：
描述车辆纵向运动的方程(1)为：
∑Fx＝m×(u-v×wr)＝(Fx1+Fx2)×cos(δf)-(Fy1+Fy2)×sin(δf)+Fx3+Fx4
描述车辆侧向运动的方程(2)为：
∑Fy＝m×(v+u×wr)＝(Fx1+Fx2)×sin(δf)+(Fy1+Fy2)×cos(δf)+Fy3+Fy4
描述车辆绕自身的Z轴转动(即横摆运动)的方程(3)为：
Figure BDA0002924149260000091
上述公式中，m为受控车辆的整车质量，l1和l2分别是车辆的质心到前轴(即车辆前轮的轮轴)和后轴(即车辆后轮的轮轴)的轴距，本申请中假设两个前轮之间的距离为B，并假设两个后轮之间的距离也等于B，δf为驾驶员输入的前轮转角，也就是前述步骤中的目标转向角，Fxi(i＝1、2、3、4)为各车轮所受纵向力；Fyi(i＝1、2、3、4)为各车轮所受的侧向力，wr为车辆横摆角速度；Iz为车辆绕z轴的转动惯量；u为车辆的纵向速度；v为车辆的侧向速度。w'r为车辆的横摆角加速度。
对上述方程(1)至方程(3)进行线性化处理，就可以得到受控车辆在线性连续时间下的状态空间方程(4)：
Figure BDA0002924149260000092
上述方程(4)中，Ac，Bc和Cc分别是根据前述方程(1)至方程(3)确定的系数，x(t)＝(v，u，q，q’，X，Y)T表示受控车辆在t时刻的状态变量，u(t)表示t时刻的转向角控制量，t时刻的转向角控制量等于该时刻的目标转向角δf与该时刻的转向角修正量Δδ之和，附加前轮转角。x(t)’表示状态变量x(t)随时间的变化率，或者说状态变量x(t)对时间的导数。
yc(t)＝[ΔY,ΔY’,Δq,Δq’]T
yc(t)表示状态空间方程的输出量。
X表示受控车辆的在路面上的横坐标，Y表示纵坐标，q表示车辆的偏航角，q’表示车辆的偏航角速度，ΔY表示t时刻车辆实际所在位置的纵坐标相对于车辆在期望行驶轨迹上的纵坐标的偏差，ΔY’表示前述偏差的变化率，Δq表示t时刻车辆实际的偏航角相对于车辆在期望行驶轨迹上的偏航角之间的偏差，Δq’表示前述偏航角的偏差的变化率。
为满足AFS系统的处理器的设计要求，可以将上述线性连续时间下的状态空间方程(4)，转化为如下离散时间下的状态空间方程(5)：
Figure BDA0002924149260000101
其中：
Figure BDA0002924149260000102
Figure BDA0002924149260000103
Ts表示转向控制系统的采样时间，例如，转向控制系统每经过20ms采样一次受控车辆当前的信息，则Ts为20ms。k表示受控车辆启动之后的第k个采样时刻，类似的，k+1表示第k+1个采样时刻。
x(k+1)则表示受控车辆在第k+1个采样时刻的状态变量，同理yc(k)表示第k个采样时刻状态空间方程的输出量。
为了避免上述状态空间方程(5)中各项变量的数值过大，导致计算机设备无法准确表示，将上述状态空间方程(5)改写为如下增量形式的状态空间方程(6)：
Figure BDA0002924149260000104
其中：
Δx(k)＝x(k)-x(k-1)
Δu(k)＝u(k)-u(k-1)
从上述状态空间方程(6)可以看出，假设当前处于第k个采样时刻，可以通过传感器采集得到第k个采样时刻的状态变量x(k)，以及当前采样时刻k时状态空间方程的输出量yc(k)，然后，在x(k)的基础上，只需要设定当前采样时刻k的转向角增量Δu(k)，以及未来的控制时域，也就是当前采样时刻k之后的第一时长内的每一个采样时刻的转向角增量Δu(i),i∈[k,k+Nc]，就可以计算得到未来的预测时域内每一个采样时刻的输出量：
Figure BDA0002924149260000111
其中，Nc表示控制时域，Np表示预测时域，具体是指当前时刻之后的第二时长。例如，若第一时长设定为5分钟，第二时长设定为7分钟，那么控制时域就是从当前采样时刻开始的未来5分钟的这段时间，预测时域则是从当前采样时刻开始的未来7分钟的这段时间。
具体的，预测时域内的任意一个采样时刻j的输出量yc(j)可以按下述公式计算：
yc(j)＝yc(k)+Δyc(j|k)
其中，Δyc(j|k)表示采样时刻j的输出量相对于采样时刻k的输出量的差值。
Δyc(j|k)可以采用如下递推公式计算得到：
j＝k+1时，Δyc(k+1|k)＝CcΔx(k)+yc(k)
j＝k+2时，Δyc(k+2|k)＝(CcA2+CcA)Δx(k)+(CcAB+CcB)Δu(k)+CcBΔu(k+1)+yc(k)
……
……
j＝k+Np时，
Figure BDA0002924149260000112
Figure BDA0002924149260000113
结合当前采样时刻和控制时域内的多个采样时刻的转向角增量，以及上
结合
述递推控制，可以构建如下的目标函数表达式(7)：
Figure BDA0002924149260000114
其中，J为目标函数的函数值，Q和R是预先设定的系数矩阵，rref(k+i)表示采样时刻k+i时状态空间方程(6)的期望输出值，具体来说，若车辆在采样时刻k+i时处于期望行驶轨迹上，则状态空间方程(6)的输出值就是rref(k+i)，由此可以看出，目标函数表达式(7)的等号右侧的第一项的数值，表征车辆在预测时域Np内的多个采样时刻的所在位置相对于期望行驶轨迹的偏差量，第一项的数值越小，则车辆在预测时域Np内的多个采样时刻的所在位置越接近期望行驶轨迹，也就是车辆预测时域Np内跟随期望行驶轨迹的效果越好，相应的车辆就能越快的从当前偏离期望行驶轨迹的状态返回至期望行驶轨迹。
目标函数表达式(7)的等号右侧的第二项，表征未来的控制时域内在控制车辆转向上所要消耗的能量的多少，具体来说，第二项的数值越大，则控制时域内在控制车辆转向上所要消耗的能量越多，反之第二项的数值越小，则控制时域内在控制车辆转向上所要消耗的能量越少。
目标函数表达式(7)中Q和R所包含的数值的大小，可以根据跟随期望行驶轨迹的效果，和在控制车辆转向上所要消耗的能量两者的重要程度决定，若跟随期望行驶轨迹的效果更重要，则可以增大Q的数值，反之，若在控制车辆转向上所要消耗的能量更重要，则可以增大R的数值。
其中，目标函数的自变量包括当前时刻的转向角增量和预设的控制时域内多个时刻的转向角增量；目标函数的函数值表征受控车辆在预设的预测时域内实际行驶轨迹相对于期望行驶轨迹的偏离程度，以及表征在控制时域内受控车辆转向所消耗能量的额度；控制时域为当前时刻之后的第一时长；预测时域为当前时刻之后的第二时长。
在预设的约束条件下，以目标函数的函数值为求解目标，对目标函数进行二次规划求解，得到目标自变量值。
其中，目标自变量值，为目标函数的函数值达到极小值时目标函数的自变量的数值。
预设的约束条件主要包括：
转向角控制量约束：
umin(k+i)≤u(k+i)≤umax(k+i)，i＝0,1,......，Nc-1
其中，umin(k+i)和umax(k+i)分别预设的表示采样时刻k+i的最小转向角控制量和最大转向角控制量。
转向角增量约束：
Δumin(k+i)≤Δu(k+i)≤Δumax(k+i)，i＝0,1,......，Nc-1
其中，Δumin(k+i)和Δumax(k+i)分别预设的表示采样时刻k+i的最小转向角增量和最大转向角增量。
输出值约束：
ymin(k+i)≤y(k+i)≤ymax(k+i)，i＝0,1,......，Nc-1
其中，y(k+i)和y(k+i)分别预设的表示采样时刻k+i的最小输出值和最大输出值。
结合上述目标函数表达式和递推公式可以看出，只需要设定当前采样时刻k和未来的控制时域内的多个采样时刻的转向角增量，就可以计算得到一个目标函数值J，换言之，当前采样时刻k和未来的控制时域内的多个采样时刻的转向角增量为目标函数的目标函数表达式(7)的自变量，而函数值J为因变量。
并且，只需要确定出使J达到极小值的一组自变量的取值，基于这一组自变量在当前采样时刻k和未来的控制时域内的多个采样时刻控制车辆转向，就可以使受控车辆在尽快返回期望行驶轨迹的同时，尽可能少地在车辆转向上消耗能量。
综上所述，可以将目标函数值J达到最小值作为求解目标，利用二次规划求解方法对上述目标函数表达式(7)和相应的约束条件进行优化，得到使目标函数的函数值达到极小值的一组自变量的取值，其中就包括当前采样时刻的转向角增量Δu(k)。
二次规划求解是现有的一种函数优化的方法，针对上述目标函数表达式和相应的约束条件的二次规划求解过程，可以参考相关的现有技术，此处不再详述。
Δu(k)＝[Inu×nu,0,......0]1×Nc·ΔU*(k)
计算得到的当前时刻的转向角增量可以用上述公式表示，其中Inu×nu和ΔU*(k)是在二次规划求解时产生的系数。
根据目标自变量值中包含的当前时刻的转向角增量，以及前一时刻受控车辆的转向角控制量计算得到当前时刻的转向角控制量。
根据前述转向角增量的表达式，获得当前时刻k的转向角增量Δu(k)后，就可以结合前一时刻受控车辆的转向角控制量u(k-1)计算得到当前时刻k的转向角控制量u(k)：
u(k)＝Δu(k)+u(k-1)
根据当前时刻的转向角控制量和目标转向角计算得到当前时刻的转向角修正量。
计算公式如下：
Δδ＝u(k)-δf
δf为驾驶员输入的目标转向角，Δδ就是当前时刻的转向角修正量。
可选的，在上述确定转向角修正量的方法中，为满足车辆在不同的附着系数的行驶路面上变速行驶的需求，设计多尺度预测时域Np，也就是说，下一个采样时刻的预测时域Np(k+1)，可以由当前的采样时刻k的预测时域Np(k)和经过二次规划求解后得到的目标函数J的极小值决定。即：
Np(k+1)＝Np(k)+J
步骤S205中，车辆的理想角速度可以通过如下方式确定：
一方面，当车辆等速行驶时，车辆处于稳态响应状态，此时可以用稳态横摆角速度增益来评价车辆的稳态响应，表达式如下：
Figure BDA0002924149260000141
上述表达式中，L为轴距，即车辆前轮轴中心到后轮轴中心的距离。a为质心到前轮轴的距离，b为质心到后轴的距离，k1为前轮侧偏刚度，k2为后轮侧偏刚度，其他符号参见前文。将当前时刻车辆前轮实际的转角δ代入上述表达式，就可以计算得到稳态理想角速度wrq。
车辆转向过程中，车辆所能承受的侧向力受到轮胎在路面上附着能力的限制，临界横摆角速度wrl的表达式为：
wrl＝μg/u
其中，μ为路面附着系数，g为重力加速度。
根据上述稳态理想角速度和临街横摆角速度，可以通过下述公式确定出理想横摆角速度wrd：
Figure BDA0002924149260000142
其中，sgn()为阶跃函数，用于确定括号内δ的正负，当δ小于0时，sgn()输出-1，当当δ大于0时sgn()输出1。
在步骤S206中，基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩的方法，具体可以包括：
首先检测受控车辆的车辆状态信息，以及受控车辆当前位置的道路状态信息。
车辆状态信息可以包括车辆的两个前轮的轮速，车辆的实际横摆角速度与理想横摆角速度的偏差Δwr，及偏差变化率Δwr’，前轮滑移率S1和S2，及滑移率的变化率S1’和S2’。
道路状态信息可以包括道路曲率C及曲率的变化率C’。
传感器采集两个前轮的轮速，分别是采集左前轮的轮速为w1，右前轮轮速为w2，纵向车速为u，由此可以计算得到两个前轮的滑移率，具体是左前轮的滑移率S1，右前轮的滑移率S2。
根据车辆状态信息和道路状态信息确定扭矩分配量ΔTc，ΔTwr，ΔTs1和ΔTs1。
其中：
ΔTc＝a×C+b×C’
ΔTwr＝c×Δwr+d×Δwr’
Figure BDA0002924149260000151
Figure BDA0002924149260000152
a,b,c,d,e,f为预设的等效系数。
根据扭矩分配量以及预设的总输出扭矩，确定第一扭矩和第二扭矩。
其中，第一扭矩T1为左前轮的扭矩，第二扭矩T2为右前轮的扭矩，具体的分配公式如下：
Figure BDA0002924149260000153
Figure BDA0002924149260000154
其中，λ1至λ6为预设的权重系数。T为预设的车辆两个前轮的总输出扭矩。
可选的，上述各项系数的数值可以根据如下的三个评价函数进行调整，为避免某项在评价函数中太占优势，下述评价函数采用归一化函数：
第一评价函数：
Figure BDA0002924149260000161
第二评价函数：
Figure BDA0002924149260000162
第三评价函数：
Figure BDA0002924149260000163
其中，j(j＝1,2，……n)表示过去的每一个采样时刻计算得到的扭矩分配量，i表示为待评价的当前采样时刻所确定的扭矩分配量。
根据ISO 3888—1:1999(E)标准规定，为验证本申请所提出的控制方法可提高高速紧急避障过程中的车辆转向机动性和横向稳定性，测试环境设为高速下的低附着路面。设定工况条件:恒定速度为110km/h、路面附着系数为0.5，仿真结果如图3和图4所示。
仿真结果的示意图中，横坐标X(m)表示车辆驶出的距离，图3中纵坐标表示车辆实际所在位置相对于期望行驶轨迹的偏移量，图4中纵坐标表示航向角。其中传统控制曲线表示按现有的转向控制方法控制的结果，协调转向控制曲线表示按本申请提供的转向控制方法控制的结果。
结合本申请实施例提供的车辆转向控制的方法，本申请实施例还提供一种车辆转向控制的装置，请参考图5，该装置可以包括如下单元：
获取单元501，用于获取用户输入的目标转向角。
判断单元502，用于判断受控车辆的当前位置是否属于预设的期望行驶轨迹。
控制单元503，用于若受控车辆的当前位置属于期望行驶轨迹，根据目标转向角控制受控车辆转向。
规划单元504，用于若受控车辆的当前位置不属于期望行驶轨迹，以受控车辆跟随期望行驶轨迹、且消耗能量最小为求解目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量。
检测单元505，用于检测车辆的实际横摆角速度和预设的理想角速度的差值是否在预设的偏差范围内。
扭矩单元506，用于若差值不在偏差范围内，基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩；其中，第一扭矩不等于第二扭矩。
控制单元503，用于根据目标转向角和转向角修正量控制受控车辆的转向轮进行转向，并控制受控车辆的第一轮毂电机输出第一扭矩，控制受控车辆的第二轮毂电机输出第二扭矩，以获得附加横摆力矩。
可选的，规划单元504以受控车辆跟随期望行驶轨迹、且消耗能量最小为优化目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量时，具体用于：
根据受控车辆的状态空间方程和车辆的当前状态值，建立目标函数；其中，目标函数的自变量包括当前时刻的转向角增量和预设的控制时域内多个时刻的转向角增量；目标函数的函数值表征受控车辆在预设的预测时域内实际行驶轨迹相对于期望行驶轨迹的偏离程度，以及表征在控制时域内受控车辆转向所消耗能量的额度；控制时域为当前时刻之后的第一时长；预测时域为当前时刻之后的第二时长；
在预设的约束条件下，以目标函数的函数值为求解目标，对目标函数进行二次规划求解，得到目标自变量值；其中，目标自变量值，为目标函数的函数值达到极小值时目标函数的自变量的数值；
根据目标自变量值中包含的当前时刻的转向角增量，以及前一时刻受控车辆的转向角控制量计算得到当前时刻的转向角控制量；其中，转向角控制量为对应时刻的目标转向角与转向角修正量之和；
根据当前时刻的转向角控制量和目标转向角计算得到当前时刻的转向角修正量。
可选的，判断单元502判断受控车辆的当前位置是否属于预设的期望行驶轨迹时，具体用于：
利用位置传感器采集受控车辆在世界坐标系中的横坐标和纵坐标；
根据受控车辆的横坐标和纵坐标判断受控车辆的当前位置是否属于期望行驶轨迹。
可选的，扭矩单元506基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩时，具体用于：
检测受控车辆的车辆状态信息，以及受控车辆当前位置的道路状态信息；
根据车辆状态信息和道路状态信息确定扭矩分配量；
根据扭矩分配量以及预设的总输出扭矩，确定第一扭矩和第二扭矩。
本申请实施例提供的车辆转向控制的装置，其具体工作原理可以参考本申请任一实施例所提供的车辆转向控制的方法中的相关步骤，此处不再详述。
本申请提供一种车辆转向控制的方法、装置、存储介质和设备，该方法包括，获取单元501获取目标转向角；若判断单元502判断出受控车辆不位于期望行驶轨迹，规划单元504通过主动前轮转向系统确定转向角修正量；检测单元505检测车辆的实际横摆角速度和理想角速度的差值是否在偏差范围内；若差值不在偏差范围内，扭矩单元506基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩；第一扭矩不等于第二扭矩，控制单元503根据目标转向角和转向角修正量控制转向轮转向，并控制受控车辆的第一轮毂电机和第二轮毂电机分别输出第一扭矩和第二扭矩，以获得附加横摆力矩。当实际横摆角速度过大时，本方案进一步调节轮毂电机输出的扭矩，利用附加横摆力矩减小车辆的实际横摆角速度，达到在非线性工况下保持车辆的横向稳定性的效果。
本申请实施例提供一种计算机存储介质，用于存储计算机程序，计算机程序被执行时，具体用于实现本申请任一实施例提供的车辆转向控制的方法。
本申请实施例还提供一种电子设备，如图6所示，包括存储器601和处理器602。
其中，存储器601用于存储计算机程序。
处理器602用于执行计算机程序，具体用于实现本申请任一实施例所提供的车辆转向控制的方法。
最后，还需要说明的是，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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种车辆转向控制的方法，其特征在于，包括：
获取用户输入的目标转向角；
判断受控车辆的当前位置是否属于预设的期望行驶轨迹；
若所述受控车辆的当前位置属于所述期望行驶轨迹，根据所述目标转向角控制所述受控车辆转向；
若所述受控车辆的当前位置不属于所述期望行驶轨迹，以受控车辆跟随所述期望行驶轨迹、且消耗能量最小为求解目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量；
所述以受控车辆跟随所述期望行驶轨迹、且消耗能量最小为优化目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量，包括：
根据所述受控车辆的状态空间方程和所述车辆的当前状态值，建立目标函数；其中，所述目标函数的自变量包括当前时刻的转向角增量和预设的控制时域内多个时刻的转向角增量；所述目标函数的函数值表征所述受控车辆在预设的预测时域内实际行驶轨迹相对于所述期望行驶轨迹的偏离程度，以及表征在所述控制时域内所述受控车辆转向所消耗能量的额度；所述控制时域为当前时刻之后的第一时长；所述预测时域为当前时刻之后的第二时长；
在预设的约束条件下，以所述目标函数的函数值为求解目标，对所述目标函数进行二次规划求解，得到目标自变量值；其中，所述目标自变量值，为所述目标函数的函数值达到极小值时所述目标函数的自变量的数值；
根据所述目标自变量值中包含的当前时刻的转向角增量，以及前一时刻所述受控车辆的转向角控制量计算得到所述当前时刻的转向角控制量；其中，所述转向角控制量为对应时刻的目标转向角与转向角修正量之和；
根据所述当前时刻的转向角控制量和所述目标转向角计算得到所述当前时刻的转向角修正量；
检测所述车辆的实际横摆角速度和预设的理想角速度的差值是否在预设的偏差范围内；
若所述差值不在所述偏差范围内，基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩；其中，所述第一扭矩不等于所述第二扭矩；
根据所述目标转向角和所述转向角修正量控制所述受控车辆的转向轮进行转向，并控制所述受控车辆的第一轮毂电机输出第一扭矩，控制所述受控车辆的第二轮毂电机输出第二扭矩，以获得附加横摆力矩，两个轮毂电机位于前轮左右两边。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断受控车辆的当前位置是否属于预设的期望行驶轨迹，包括：
利用位置传感器采集所述受控车辆在世界坐标系中的横坐标和纵坐标；
根据所述受控车辆的所述横坐标和所述纵坐标判断所述受控车辆的当前位置是否属于所述期望行驶轨迹。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩，包括：
检测所述受控车辆的车辆状态信息，以及所述受控车辆当前位置的道路状态信息；
根据所述车辆状态信息和所述道路状态信息确定扭矩分配量；
根据所述扭矩分配量以及预设的总输出扭矩，确定第一扭矩和第二扭矩。
4.一种车辆转向控制的装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取用户输入的目标转向角；
判断单元，用于判断受控车辆的当前位置是否属于预设的期望行驶轨迹；
控制单元，用于若所述受控车辆的当前位置属于所述期望行驶轨迹，根据所述目标转向角控制所述受控车辆转向；
规划单元，用于若所述受控车辆的当前位置不属于所述期望行驶轨迹，以受控车辆跟随所述期望行驶轨迹、且消耗能量最小为求解目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量；
所述规划单元以受控车辆跟随所述期望行驶轨迹、且消耗能量最小为优化目标进行二次规划求解，得到当前时刻的转向角修正量时，具体用于：
根据所述受控车辆的状态空间方程和所述车辆的当前状态值，建立目标函数；其中，所述目标函数的自变量包括当前时刻的转向角增量和预设的控制时域内多个时刻的转向角增量；所述目标函数的函数值表征所述受控车辆在预设的预测时域内实际行驶轨迹相对于所述期望行驶轨迹的偏离程度，以及表征在所述控制时域内所述受控车辆转向所消耗能量的额度；所述控制时域为当前时刻之后的第一时长；所述预测时域为当前时刻之后的第二时长；
在预设的约束条件下，以所述目标函数的函数值为求解目标，对所述目标函数进行二次规划求解，得到目标自变量值；其中，所述目标自变量值，为所述目标函数的函数值达到极小值时所述目标函数的自变量的数值；
根据所述目标自变量值中包含的当前时刻的转向角增量，以及前一时刻所述受控车辆的转向角控制量计算得到所述当前时刻的转向角控制量；其中，所述转向角控制量为对应时刻的目标转向角与转向角修正量之和；
根据所述当前时刻的转向角控制量和所述目标转向角计算得到所述当前时刻的转向角修正量；
检测单元，用于检测所述车辆的实际横摆角速度和预设的理想角速度的差值是否在预设的偏差范围内；
扭矩单元，用于若所述差值不在所述偏差范围内，基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩；其中，所述第一扭矩不等于所述第二扭矩；
所述控制单元，用于根据所述目标转向角和所述转向角修正量控制所述受控车辆的转向轮进行转向，并控制所述受控车辆的第一轮毂电机输出第一扭矩，控制所述受控车辆的第二轮毂电机输出第二扭矩，以获得附加横摆力矩，两个轮毂电机位于前轮左右两边。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述判断单元判断受控车辆的当前位置是否属于预设的期望行驶轨迹时，具体用于：
利用位置传感器采集所述受控车辆在世界坐标系中的横坐标和纵坐标；
根据所述受控车辆的所述横坐标和所述纵坐标判断所述受控车辆的当前位置是否属于所述期望行驶轨迹。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述扭矩单元基于差扭矩控制策略确定第一扭矩和第二扭矩时，具体用于：
检测所述受控车辆的车辆状态信息，以及所述受控车辆当前位置的道路状态信息；
根据所述车辆状态信息和所述道路状态信息确定扭矩分配量；
根据所述扭矩分配量以及预设的总输出扭矩，确定第一扭矩和第二扭矩。
7.一种计算机存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序，所述计算机程序被执行时，具体用于实现如权利要求1至3任意一项所述的车辆转向控制的方法。
8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器；
其中，所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述计算机程序，具体用于实现如权利要求1至3任意一项所述的车辆转向控制的方法。
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