CN113353074B - 一种车辆控制方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

一种车辆控制方法、装置、电子设备和存储介质 Download PDF

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CN113353074B CN202110910774.8A CN202110910774A CN113353074B CN 113353074 B CN113353074 B CN 113353074B CN 202110910774 A CN202110910774 A CN 202110910774A CN 113353074 B CN113353074 B CN 113353074B
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Abstract

本公开实施例公开了一种车辆控制方法、装置、电子设备和存储介质，该方法包括：在车辆行驶时确定所述车辆当前所处车道的车道线；根据所述车道线确定所述车道的中间线；基于所述中间线预测车辆行驶轨迹的相关曲率；基于所述相关曲率以及四轮转向车辆模型，获得车辆的前轮转角和后轮转角；根据所述前轮转角和后轮转角通过转向控制器对所述车辆进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶。实现了针对四轮转向车辆的车道保持辅助功能，可提高车辆的驾驶安全性。

Description

一种车辆控制方法、装置、电子设备和存储介质
技术领域
本公开涉及车辆辅助驾驶技术领域，尤其涉及一种车辆控制方法、装置、电子设备和存储介质。
背景技术
LKA（Lane Keep Assistance，车道保持辅助系统）可用于在驾驶员困倦、注意力不集中或驾驶经验不足等导致的操纵失误而引发车辆偏离实际道路时，控制车辆保持在车道线当中行驶。
LKA基于车辆与车道线的相对位置控制转向系统从而使车辆保持在车道线当中，是弥补驾驶员转向操纵失误、提高车辆道路行驶安全性的有效措施。
然而，目前大部分LKA是基于两轮转向车辆而设计的，适用于两轮转向车辆的LKA并无法很好地适用于四轮转向车辆，因此有必要设计一种针对四轮转向车辆的LKA。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开实施例提供了一种车辆控制方法、装置、电子设备和存储介质，实现了针对四轮转向车辆的车道保持辅助功能，可提高车辆的驾驶安全性。
第一方面，本公开实施例提供了一种车辆控制方法，包括：
在车辆行驶时确定所述车辆当前所处车道的车道线；
根据所述车道线确定所述车道的中间线；
基于所述中间线预测车辆行驶轨迹的相关曲率；
基于所述相关曲率以及四轮转向车辆模型，获得车辆的前轮转角和后轮转角；
根据所述前轮转角和后轮转角通过转向控制器对所述车辆进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶。
第二方面，本公开实施例还提供了一种车辆控制装置，包括：
第一确定模块，用于在车辆行驶时确定所述车辆当前所处车道的车道线；
第二确定模块，用于根据所述车道线确定所述车道的中间线；
预测模块，用于基于所述中间线预测车辆行驶轨迹的相关曲率；
第三确定模块，用于基于所述相关曲率以及四轮转向车辆模型，获得车辆的前轮转角和后轮转角；
第一控制模块，用于根据所述前轮转角和后轮转角通过转向控制器对所述车辆进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶。
本公开实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的方法。
本公开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，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
本公开实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现如上所述的方法。
本公开实施例提供的技术方案至少具有如下优点：
本公开实施例提供的车辆控制方法，包括：在车辆行驶时确定所述车辆当前所处车道的车道线；根据所述车道线确定所述车道的中间线；基于所述中间线预测车辆行驶轨迹的相关曲率；基于所述相关曲率以及四轮转向车辆模型，获得车辆的前轮转角和后轮转角；根据所述前轮转角和后轮转角通过转向控制器对所述车辆进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶，实现了针对四轮转向车辆的车道保持辅助功能，可提高车辆的驾驶安全性。
附图说明
结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。
图1为本公开实施例中的一种车辆控制方法的流程图；
图2为本公开实施例中的一种采集车道线的示意图；
图3为本公开实施例中的一种标识车道线宽度的示意图；
图4为本公开实施例中的一种对车辆的未来位置进行预测的示意图；
图5为本公开实施例中的一种车辆转向系统的结构示意图；
图6为本公开实施例中的一种车辆控制装置的结构示意图；
图7为本公开实施例中的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
需要注意，本公开中提及的“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。
需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
图1为本公开实施例中的一种车辆控制方法的流程图，本实施例可适用于自动驾驶或者辅助驾驶的场景中。该方法可以由车辆控制装置执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可配置于车辆中。
如图1所示，该方法具体可以包括如下步骤：
步骤110、在车辆行驶时确定所述车辆当前所处车道的车道线。
在一种实施方式中，如图2所示的一种采集车道线的示意图，通过车载摄像头获取车辆当前所处车道的车道线。可以理解的是，如果车辆没有在车道的中间位置行驶，车道一侧的车道线可能没有落入车载摄像头的拍摄范围，因此，此时通过车载摄像头采集的车道线可能只包括车道一侧的车道线。如图2所示，目前的车道包括左、右两侧的车道线，分别为左侧车道线210和右侧车道线220，车道线本身有一定的宽度，将靠近车辆的车道线的边界称为内边界线，如图2所示的左侧内边界线211和右侧内边界线221，将远离车辆的车道线的边界称为外边界线，如图2所示的左侧外边界线212和右侧外边界线222。需要说明的是，在确定左、右时，以车辆前进的方向为参考依据。
在另一种实施方式中，还可以通过车载雷达采集车辆所在车道的车道线。
进一步的，若所述车道线仅包括车道一侧的车道线，则通过车道线补偿算法对缺失的、车道另一侧的车道线进行补偿，获得车道两侧的车道线。
在一种实施方式中，所述通过车道线补偿算法将缺失的、车道另一侧的车道线进行补偿，包括：
获取缺失车道线缺失时刻之前至少两个预设时间段内的车道线宽度信息，每个所述预设时间段随着车辆速度的变化而变化，以在预设时间段内获取的车道线长度满足长度阈值为依据，结合车辆速度确定所述预设时间段，如此，车辆速度越快，所述预设时间段越短，车辆速度越慢，所述预设时间段越长；基于所述至少两个预设时间段内的车道线宽度信息、每个所述预设时间段分别对应的车道线宽度权重确定车道线平均宽度信息；基于所述车道线平均宽度信息确定所述缺失的、车道另一侧的车道线曲率信息以及横向偏移量。
具体的，可首先对车道线缺失状态进行检测，并对车道线缺失的不同状态进行标定。若车道两侧车道线（包括车道左侧的内、外两条边界线和右侧的内、外两条边界线）均存在时，标定车道线缺失状态为6；若只有车道左侧车道线（包括车道左侧的内、外两条边界线）存在时，标定车道线缺失状态为5；若只有车道右侧车道线（包括车道右侧的内、外两条边界线）存在时，标定车道线缺失状态为4；若仅外侧车道线（包括车道左侧的外边界线和车道右侧的外边界线）存在时，标定车道线缺失状态为3；若仅车道左侧外边界线（包括车道左侧的外边界线）存在时，标定车道线缺失状态为2；若仅车道右侧外边界线存在时，标定车道线缺失状态为1；若两侧车道线（包括左侧内、外两条边界线和右侧内、外两条边界线）都不存在时，标定车道线缺失状态为0。通过车载摄像头实时采集车道线宽度w1、w2和w3，w1、w2和w3分别代表车辆所在车道宽度、车辆左侧车道宽度和车辆右侧车道宽度。可参考如图3所示的一种标识车道线宽度的示意图，其中，车辆所在车道宽度为w1，车辆左侧车道宽度为w2，车辆右侧车道宽度为w3。车辆所在车道宽度w1指左侧内边界线320与右侧内边界线330之间的距离。车辆左侧车道宽度w2具体指车辆的中心线310与车道左侧内边界线320之间的距离，车辆左侧车道宽度w3具体指车辆的中心线310与车道右侧内边界线330之间的距离。
当通过车载摄像头检测到的车道线缺失状态为5、4、3、2或者1时，通过车道线补偿算法提取车道线丢失时刻之前预设时间段内的车道线宽度信息，预设时间段随着车速的变化而变化，基本满足在预设时间段内检测到的车道线长度为长度阈值（典型的例如40m），即车辆速度越快，所述预设时间段越短，车辆速度越慢，所述预设时间段越长。而后通过分段加权的方法确定车道线平均宽度信息，即基于所述至少两个预设时间段内的车道线宽度信息、每个所述预设时间段分别对应的车道线宽度权重确定车道线平均宽度信息：
Figure 845193DEST_PATH_IMAGE001
其中，a1表示预设时间段N内边界线宽度权重，a2表示预设时间段M内边界线宽度权重，a3表示预设时间段L内边界线宽度权重，W iN表示预设时间段N内检测到的车道线的平均宽度，W iM、表示预设时间段M内检测到的车道线的平均宽度，W iL表示预设时间段L内检测到的车道线的平均宽度。
得到车道线平均宽度信息之后，基于车道线平均宽度信息进行车道线补偿，即对车道线相关信息进行估计（例如曲率变化率、曲率、相对航向角、横向偏移量等），其中曲率变化率和相对航向角各车道线之间基本相同，因此只需要估计缺失车道线的曲率和横向偏移量即可。需要说明的是，各与车道线关联的物理量（例如曲率和横向偏移量）皆采取左正右负为参考。
具体的，当车道线缺失状态为5时，即通过车载摄像头采集到的所述车道线仅包括车道左侧的内、外两条边界线，则通过车道线补偿算法获得的车道右侧的内边界线曲率为：若车道左侧的内边界线曲率大于零，则车道右侧的内边界线曲率为车道左侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之和的倒数；若车道左侧的内边界线曲率小于零，则车道右侧的内边界线曲率为车道左侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之差的倒数。
通过算式对上述车道右侧的内边界线曲率进行表达为下述算式（1），其中，Q l 表示车道左侧的内边界线曲率，Q r 表示车道右侧的内边界线曲率，
Figure 416857DEST_PATH_IMAGE002
表示车辆所在车道的平均宽度。
Figure 964513DEST_PATH_IMAGE003
（1）
所述车道右侧的内边界线的横向偏移量为：车道左侧的内边界线的横向偏移量与车辆所在车道的平均宽度之差，具体为：
Figure 728070DEST_PATH_IMAGE004
，其中，L l 表示车道左侧的内边界线的横向偏移量，L r 表示车道右侧的内边界线的横向偏移量，
Figure 296454DEST_PATH_IMAGE002
表示车辆所在车道的平均宽度。
在一种可选实施方式中，在上述算式（1）的基础上，还可以通过乘以某一系数对所述车道右侧的内边界线曲率进行调整，以提高所获得的车道右侧的内边界线曲率的精准度。所述系数可以基于业务经验进行调整。同样的方式，所述车道右侧的内边界线的横向偏移量也可以通过乘以某一系数进行调整，以提高横向偏移量的计算精度。
当车道线缺失状态为4时，即通过车载摄像头采集到的所述车道线仅包括车道右侧的内、外两条边界线，则通过车道线补偿算法获得的车道左侧的内边界线曲率为左侧车道线曲率：
若车道右侧的内边界线曲率大于零，则车道左侧的内边界线曲率为车道右侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之差的倒数；若车道右侧的内边界线曲率小于零，则车道左侧的内边界线曲率为车道右侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之和的倒数。
通过算式对上述车道左侧的内边界线曲率进行表达为下述算式（2），其中，Q l 表示车道左侧的内边界线曲率，Q r 表示车道右侧的内边界线曲率，
Figure 512672DEST_PATH_IMAGE002
表示车辆所在车道的平均宽度。
Figure 739385DEST_PATH_IMAGE005
（2）
所述车道左侧的内边界线的横向偏移量为车道右侧的内边界线的横向偏移量与车辆所在车道的平均宽度之和，具体为：
Figure 560711DEST_PATH_IMAGE006
。其中，L l 表示车道左侧的内边界线的横向偏移量，L r 表示车道右侧的内边界线的横向偏移量，
Figure 831155DEST_PATH_IMAGE002
表示车辆所在车道的平均宽度。
当车道线缺失状态为3时，即通过车载摄像头采集到的所述车道线仅包括车道左侧的外边界线以及车道右侧的外边界线，则通过车道线补偿算法获得的车道左侧的内边界线以及车道右侧的内边界线曲率分别为：
若车道左侧的外边界线曲率大于零，车道左侧的内边界线曲率为车道左侧的外边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之和的倒数；若车道左侧的外边界线曲率小于零，车道左侧的内边界线曲率为车道左侧的外边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之差的倒数。
若车道右侧的外边界线曲率大于零，车道右侧的内边界线曲率为车道右侧的外边界线曲率的倒数与车辆右侧车道的平均宽度之和的倒数；若车道右侧的外边界线曲率小于零，车道右侧的内边界线曲率为车道右侧的外边界线曲率的倒数与车辆右侧车道的平均宽度之差的倒数。
通过算式对上述车道左侧的内边界线曲率进行表达为下述算式（3），通过算式对上述车道右侧的内边界线曲率进行表达为下述算式（4），其中，Q l 表示车道左侧的内边界线曲率，Q ll 表示车道左侧的外边界线曲率，
Figure 737931DEST_PATH_IMAGE007
表示车辆左侧车道的平均宽度，Q r 表示车道右侧的内边界线曲率，Q rr 表示车道右侧的外边界线曲率，
Figure 4221DEST_PATH_IMAGE008
表示车辆右侧车道的平均宽度。车道左侧的内边界线曲率：
Figure 945632DEST_PATH_IMAGE009
（3）
车道右侧的内边界线曲率：
Figure 324661DEST_PATH_IMAGE010
（4）
所述车道左侧的内边界线的横向偏移量为：车道右侧的外边界线的横向偏移量与车辆右侧车道的平均宽度之和，车道右侧的内边界线的横向偏移量为：车道左侧的外边界线的横向偏移量与车辆左侧车道的平均宽度之差。具体为：
Figure 843367DEST_PATH_IMAGE011
其中，L l 表示车道左侧的内边界线的横向偏移量，L r 表示车道右侧的内边界线的横向偏移量，L ll 表示车道左侧的外边界线的横向偏移量，L rr 表示车道右侧的外边界线的横向偏移量，
Figure 536516DEST_PATH_IMAGE012
表示车辆左侧车道的平均宽度，
Figure 942221DEST_PATH_IMAGE008
表示车辆右侧车道的平均宽度。
当车道线缺失状态为2时，即通过车载摄像头采集到的所述车道线仅包括车道左侧的外边界线，则通过车道线补偿算法获得的车道左侧的内边界线以及车道右侧的内边界线曲率分别为：
若车道左侧的外边界线曲率大于零，车道左侧的内边界线曲率为车道左侧的外边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之和的倒数；若车道左侧的外边界线曲率小于零，车道左侧的内边界线曲率为车道左侧的外边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之差的倒数。
若车道左侧的内边界线曲率大于零，车道右侧的内边界线曲率为车道左侧的内边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之和的倒数；若车道左侧的内边界线曲率小于零，车道右侧的内边界线曲率为车道左侧的内边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之差的倒数。
通过算式对上述车道左侧的内边界线曲率进行表达为下述算式（5），通过算式对上述车道右侧的内边界线曲率进行表达为下述算式（6）。
车道左侧的内边界线曲率：
Figure 429834DEST_PATH_IMAGE013
（5）
车道右侧的内边界线曲率：
Figure 435836DEST_PATH_IMAGE014
（6）
车道左侧的内边界线的横向偏移量为车道左侧外边界线的横向偏移量与车辆左侧车道线的平均宽度之差；车道右侧的内边界线横向偏移量为车道左侧内边界线的横向偏移与车辆所在车道的平均宽度之差：
Figure 932677DEST_PATH_IMAGE015
。
当车道线缺失状态为1时，即通过车载摄像头采集到的所述车道线仅包括车道右侧的外边界线，则通过车道线补偿算法获得的车道左侧的内边界线以及车道右侧的内边界线曲率分别为：
若车道右侧的内边界线曲率大于零，则车道左侧的内边界线曲率为车道右侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之差的倒数；若车道右侧的内边界线曲率小于零，则车道左侧的内边界线曲率为车道右侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之和的倒数。
若车道右侧的外边界线曲率大于零，车道右侧的内边界线曲率为车道右侧的外边界线曲率的倒数与车辆右侧车道的平均宽度之和的倒数；若车道右侧的外边界线曲率小于零，车道右侧的内边界线曲率为车道右侧的外边界线曲率的倒数与车辆右侧车道的平均宽度之差的倒数。
通过算式对上述车道左侧的内边界线曲率进行表达为下述算式（7），通过算式对上述车道右侧的内边界线曲率进行表达为下述算式（8）。
车道左侧的内边界线曲率：
Figure 379838DEST_PATH_IMAGE016
（7）
车道右侧的内边界线曲率：
Figure 412254DEST_PATH_IMAGE017
（8）
车道右侧的内边界线的横向偏移量为车道右侧的外边界线的横向偏移量与车辆右侧车道线的平均宽度之和；车道左侧的内边界线横向偏移量为车道右侧的内边界线的横向偏移量与车辆所在车道的平均宽度之和：
Figure 780919DEST_PATH_IMAGE018
。
其中，上述的Q l 表示车道左侧的内边界线曲率，Q r 表示车道右侧的内边界线曲率，Q ll 表示车道左侧的外边界线曲率，Q rr 表示车道右侧的外边界线曲率，L l 表示车道左侧的内边界线的横向偏移量，L r 表示车道右侧的内边界线的横向偏移量，L ll 表示车道左侧的外边界线的横向偏移量，L rr 表示车道右侧的外边界线的横向偏移量，
Figure 143767DEST_PATH_IMAGE019
分别表示车辆所在车道的平均宽度、车辆左侧车道的平均宽度和车辆右侧车道的平均宽度。
进一步的，在一种实施方式中，若通过车载摄像头没有获取到所述车辆当前所处车道的车道线，则选用与当前时刻相邻的上一次获取到的车道线对车辆进行车道保持辅助控制，并同时通过所述车载摄像头按照预设频率获取所述车辆当前所处车道的车道线；若设定时间之后仍没有获取到所述车辆当前所处车道的车道线，则进行故障预警，其中，当所述车辆的车速增大时，和/或方向盘的转角增大时，所述设定时间动态减小，以提高驾驶安全性。
步骤120、根据所述车道线确定所述车道的中间线。
在获得车道两侧的车道线之后，所述根据所述车道线确定所述车道的中间线，包括：基于车道两侧的车道线，选用三次拟合精度通过最小二乘法拟合出所述中间线。通过选用三次拟合精度，既能保证车道线的拟合结果的精准性，又不会给车载芯片带来很大的算力压力。
具体的，最小二乘拟合公式为：
Figure 711014DEST_PATH_IMAGE020
根据拟合公式可以得出车道中间线方程为：
Figure 619059DEST_PATH_IMAGE021
其中，车道线相关的四个物理量可以通过多次求导得出。车载摄像头中心线与车道中间线的横向偏移距离为C0，车载摄像头中心线与车道中间线的相对夹角为C1，车道中间线曲率为2C2，车道中间线曲率的变化率为6C3。因此，而后系统根据所估计的车道中间线信息对车辆进行居中控制。
概括性的，通过车载摄像头检测到车道线信息之后，将检测到的车道线信息以点的形式输入到车道线估计模块当中，利用最小二乘法拟合成一条虚拟中间线，并以此作为控制车辆车道保持的参照对象。若通过车载摄像头只检测到一侧车道线（左侧或右侧）时，将检测到的车道线的点输入到车道线估计模块中，先通过车道线补偿算法对缺失的车道线进行补偿，再根据车道线信息进行中间线估计。
步骤130、基于所述中间线预测车辆行驶轨迹的相关曲率。
其中，可使用预瞄算法对车辆的未来位置进行预测，并根据车辆的未来位置来调整当前的控制量，以偏差的形式输入当前位置进行车辆行驶轨迹的相关曲率的估计。预瞄算法包括单点预瞄算法和多点预瞄算法。本实施例中通过单点预瞄算法，对车辆的未来位置处的车道线的航向偏差（也称为纵向偏差）和横向偏差进行预瞄，得出一个基础曲率加预测曲率的车辆行驶轨迹的相关曲率。如图4所示的一种对车辆的未来位置进行预测的示意图，其中，标号1表示车辆的当前位置，标号2表示车辆的未来位置，标号3表示车道的中间线。
步骤140、基于所述相关曲率以及四轮转向车辆模型，获得车辆的前轮转角和后轮转角。
其中，两轮转向车辆指仅在车辆的前轮设置转向装置的车辆，四轮转向车辆在两轮转向车辆的基础上，在车辆的后轮也设置转向装置。针对四轮转向车辆，在控制车辆转向时，需要分别获得车辆的前轮转角和车辆的后轮转角，所述四轮转向车辆模型指针对四轮转向车辆构建的车辆模型。
示例性的，所述四轮转向车辆模型具体可以通过如下方程进行表示：
Figure 599653DEST_PATH_IMAGE022
其中，P表示车辆的横向偏移量，vy表示车辆在车辆坐标系中y轴方向上的速度。φ代表车辆的横摆角速度，vx表示车辆在车辆坐标系中x轴方向上的速度，m表示车辆质量，k1代表车辆前轮轮胎的侧偏刚度，k2代表车辆后轮轮胎的侧偏刚度，a代表车辆质心到前轴的距离，b代表车辆质心到后轴的距离，δ1代表车辆的前轮转角、δ2代表车辆后轮转角，Iz代表车辆的转动惯量。
在一种实施方式中，所述基于所述相关曲率以及四轮转向车辆模型，获得车辆的前轮转角和后轮转角，包括：
通过与四轮转向车辆对应的MPC（Multiple Point Constraint，多点约束）控制器基于所述相关曲率确定所述车辆的前轮转角和后轮转角，其中，在车辆速度小于或等于车速阈值时，所述前轮转角与所述后轮转角的比例等于前轮转角范围与后轮转角范围之比，在车辆速度大于车速阈值时，所述前轮转角与所述后轮转角的比例随着车速的增大而增大。
在另一种实施方式中，可以根据各参量之间的关系，通过上述四轮转向车辆模型，获得车辆的前轮转角和后轮转角。具体的，可以将车辆行驶轨迹的相关曲率的倒数确定为车辆的转弯半径。车辆的转弯半径等于车辆的在车辆坐标系中y轴方向上的速度vy与车辆的横摆角速度φ之比，因此基于所述车辆行驶轨迹的相关曲率，结合上述四轮转向车辆模型可以获得车辆的前轮转角和后轮转角。
步骤150、根据所述前轮转角和后轮转角通过转向控制器对所述车辆进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶。
在一种实施方式中，所述根据所述前轮转角和后轮转角通过转向控制器对所述车辆进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶，包括：基于所述前轮转角和后轮转角确定方向盘转角；通过ESP（Electronic Stability Program，电子稳定程序）控制器根据所述方向盘转角对EPS（Electric Power Steering，电子助理转向）电机进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶。可参考如图5所示的一种车辆转向控制系统的结构示意图，其中，包括转向控制系统510、后轮转向电机520和前轮转向电机530。
具体的，在求出车辆的前轮转角和后轮转角之后，将车辆的前轮转角和后轮转角输入到转向系统控制器当中，由ESP控制器控制EPS电机工作。考虑到车辆四轮转向中，前轮的转向角范围为通常为-36°~36°，后轮的转向角范围通常为-6°~6°，因此在进行前、后轮转角控制时，按照前、后轮转角范围比例进行控制，低速时满足前轮转角与后轮转角之比为6：1，随着车速的增大，这个比例不断增大。当车速达到高车速时，前、后转向轮同方向转向，以保证汽车在高速时的转向性能。需要说明的是，道路曲率可以通过倒数形式转化成曲率半径，可以约等于车辆的转弯半径。车辆转弯半径为车辆纵向速度比横摆角速度。
图6为本公开实施例中的一种车辆控制装置的结构示意图。该装置具体包括：第一确定模块610、第二确定模块620、预测模块630、第三确定模块640和第一控制模块650。
其中，第一确定模块610，用于在车辆行驶时确定所述车辆当前所处车道的车道线；第二确定模块620，用于根据所述车道线确定所述车道的中间线；预测模块630，用于基于所述中间线预测车辆行驶轨迹的相关曲率；第三确定模块640，用于基于所述相关曲率以及四轮转向车辆模型，获得车辆的前轮转角和后轮转角；第一控制模块650，用于根据所述前轮转角和后轮转角通过转向控制器对所述车辆进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶。
可选的，第一确定模块610包括：获取单元，用于通过车载摄像头获取所述车辆当前所处车道的车道线；补偿单元，用于若所述车道线仅包括车道一侧的车道线，则通过车道线补偿算法对缺失的、车道另一侧的车道线进行补偿，获得车道两侧的车道线。
可选的，所述补偿单元包括：获取子单元，用于获取缺失车道线缺失时刻之前至少两个预设时间段内的车道线宽度信息，所述预设时间段随着车辆速度的变化而变化，以在所述预设时间段内获取的车道线长度满足长度阈值为依据，结合车辆速度确定所述预设时间段；第一确定子单元，用于基于所述至少两个预设时间段内的车道线宽度信息、每个所述预设时间段分别对应的车道线宽度权重确定车道线平均宽度信息；第二确定子单元，用于基于所述车道线平均宽度信息确定所述缺失的、车道另一侧的车道线曲率信息以及横向偏移量。
可选的，所述装置还包括：第二控制模块，用于若通过车载摄像头没有获取到所述车辆当前所处车道的车道线，则选用与当前时刻相邻的上一次获取到的车道线对车辆进行车道保持辅助控制，并同时通过所述车载摄像头按照预设频率获取所述车辆当前所处车道的车道线；预警模块，用于若设定时间之后仍没有获取到所述车辆当前所处车道的车道线，则进行故障预警，其中，当所述车辆的车速增大时，和/或方向盘的转角增大时，所述设定时间动态减小。
可选的，第二确定模块620具体用于：基于车道两侧的车道线，选用三次拟合精度通过最小二乘法拟合出所述中间线。
可选的，第三确定模块640包括：确定单元，用于通过与四轮转向车辆对应的多点约束MPC控制器基于所述相关曲率确定所述车辆的前轮转角和后轮转角，其中，在车辆速度小于或等于车速阈值时，所述前轮转角与所述后轮转角的比例等于前轮转角范围与后轮转角范围之比，在车辆速度大于车速阈值时，所述前轮转角与所述后轮转角的比例随着车速的增大而增大。
可选的，第一控制模块650包括：确定单元，用于基于所述前轮转角和后轮转角确定方向盘转角；控制单元，用于通过电子稳定程序ESP控制器根据所述方向盘转角对电子助理转向EPS电机进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶。
本公开实施例提供的装置，可执行本公开方法实施例所提供的方法中的步骤，具备执行步骤和有益效果此处不再赘述。
图7为本公开实施例中的一种电子设备的结构示意图。下面具体参考图7，其示出了适于用来实现本公开实施例中的电子设备500的结构示意图。本公开实施例中的电子设备500可以包括但不限于车载终端。图7示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图7所示，电子设备500可以包括处理装置（例如中央处理器、图形处理器等）501，其可以根据存储在只读存储器（ROM）502中的程序或者从存储装置508加载到随机访问存储器（RAM）503中的程序而执行各种适当的动作和处理以实现如本公开所述的实施例的车辆控制方法。在RAM 503中，还存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理装置501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出（I/O）接口505也连接至总线504。
通常，以下装置可以连接至I/O接口505：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置506；包括例如液晶显示器（LCD）、扬声器、振动器等的输出装置507；包括例如磁带、硬盘等的存储装置508；以及通信装置509。通信装置509可以允许电子设备500与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图7示出了具有各种装置的电子设备500，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码，从而实现如上所述的方法。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置509从网络上被下载和安装，或者从存储装置508被安装，或者从ROM 502被安装。在该计算机程序被处理装置501执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。
需要说明的是，本公开上述的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或者是上述两者的任意组合。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、或半导体的系统、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可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（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。在本公开中，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系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读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，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、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：电线、光缆、RF（射频）等等，或者上述的任意合适的组合。
在一些实施方式中，客户端、服务器可以利用诸如HTTP（HyperText TransferProtocol，超文本传输协议）之类的任何当前已知或未来研发的网络协议进行通信，并且可以与任意形式或介质的数字数据通信（例如，通信网络）互连。通信网络的示例包括局域网（“LAN”），广域网（“WAN”），网际网（例如，互联网）以及端对端网络（例如，ad hoc端对端网络），以及任何当前已知或未来研发的网络。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。
上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：在车辆行驶时确定所述车辆当前所处车道的车道线；根据所述车道线确定所述车道的中间线；基于所述中间线预测车辆行驶轨迹的相关曲率；基于所述相关曲率以及四轮转向车辆模型，获得车辆的前轮转角和后轮转角；根据所述前轮转角和后轮转角通过转向控制器对所述车辆进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶。
可选的，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，该电子设备还可以执行上述实施例所述的其他步骤。
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公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于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）。
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，该模块、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，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/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。
描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、专用标准产品（ASSP）、片上系统（SOC）、复杂可编程逻辑设备（CPLD）等等。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (9)

1.一种车辆控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在车辆行驶时确定所述车辆当前所处车道的车道线；
根据所述车道线确定所述车道的中间线；
基于所述中间线预测车辆行驶轨迹的相关曲率；
通过与四轮转向车辆对应的多点约束MPC控制器基于所述相关曲率确定所述车辆的前轮转角和后轮转角，其中，在车辆速度小于或等于车速阈值时，所述前轮转角与所述后轮转角的比例等于前轮转角范围与后轮转角范围之比，在车辆速度大于车速阈值时，所述前轮转角与所述后轮转角的比例随着车速的增大而增大；
根据所述前轮转角和后轮转角通过转向控制器对所述车辆进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶；
所述在车辆行驶时确定所述车辆当前所处车道的车道线，包括：
通过车载摄像头获取所述车辆当前所处车道的车道线；
若所述车道线仅包括车道一侧的车道线，则通过车道线补偿算法对缺失的、车道另一侧的车道线进行补偿，获得车道两侧的车道线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过车道线补偿算法将缺失的、车道另一侧的车道线进行补偿，包括：
获取缺失车道线缺失时刻之前至少两个预设时间段内的车道线宽度信息，所述预设时间段随着车辆速度的变化而变化，以在所述预设时间段内获取的车道线长度满足长度阈值为依据，结合车辆速度确定所述预设时间段；
基于所述至少两个预设时间段内的车道线宽度信息、每个所述预设时间段分别对应的车道线宽度权重确定车道线平均宽度信息；
基于所述车道线平均宽度信息确定所述缺失的、车道另一侧的车道线曲率信息以及横向偏移量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
若所述车道线仅包括车道左侧的内、外两条边界线，则通过车道线补偿算法获得的车道右侧的内边界线曲率为：
若车道左侧的内边界线曲率大于零，则车道右侧的内边界线曲率为车道左侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之和的倒数；若车道左侧的内边界线曲率小于零，则车道右侧的内边界线曲率为车道左侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之差的倒数；
所述车道右侧的内边界线的横向偏移量为：车道左侧的内边界线的横向偏移量与车辆所在车道的平均宽度之差；
若所述车道线仅包括车道右侧的内、外两条边界线，则通过车道线补偿算法获得的车道左侧的内边界线曲率为：
若车道右侧的内边界线曲率大于零，则车道左侧的内边界线曲率为车道右侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之差的倒数；若车道右侧的内边界线曲率小于零，则车道左侧的内边界线曲率为车道右侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之和的倒数；
所述车道左侧的内边界线的横向偏移量为：车道右侧的内边界线的横向偏移量与车辆所在车道的平均宽度之和；
若所述车道线仅包括车道左侧的外边界线以及车道右侧的外边界线，则通过车道线补偿算法获得的车道左侧的内边界线以及车道右侧的内边界线曲率分别为：
若车道左侧的外边界线曲率大于零，车道左侧的内边界线曲率为车道左侧的外边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之和的倒数；若车道左侧的外边界线曲率小于零，车道左侧的内边界线曲率为车道左侧的外边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之差的倒数；
若车道右侧的外边界线曲率大于零，车道右侧的内边界线曲率为车道右侧的外边界线曲率的倒数与车辆右侧车道的平均宽度之和的倒数；若车道右侧的外边界线曲率小于零，车道右侧的内边界线曲率为车道右侧的外边界线曲率的倒数与车辆右侧车道的平均宽度之差的倒数；
若所述车道线仅包括车道左侧的外边界线，则通过车道线补偿算法获得的车道左侧的内边界线以及车道右侧的内边界线曲率分别为：
若车道左侧的外边界线曲率大于零，车道左侧的内边界线曲率为车道左侧的外边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之和的倒数；若车道左侧的外边界线曲率小于零，车道左侧的内边界线曲率为车道左侧的外边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之差的倒数；
若车道左侧的内边界线曲率大于零，车道右侧的内边界线曲率为车道左侧的内边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之和的倒数；若车道左侧的内边界线曲率小于零，车道右侧的内边界线曲率为车道左侧的内边界线曲率的倒数与车辆左侧车道的平均宽度之差的倒数；
所述车道左侧的内边界线的横向偏移量为车道左侧外边界线的横向偏移量与车辆左侧车道线的平均宽度之差；所述车道右侧的内边界线的横向偏移量为车道左侧内边界线的横向偏移与车辆所在车道的平均宽度之差；
若所述车道线仅包括车道右侧的外边界线，则通过车道线补偿算法获得的车道左侧的内边界线以及车道右侧的内边界线曲率分别为：
若车道右侧的内边界线曲率大于零，则车道左侧的内边界线曲率为车道右侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之差的倒数；若车道右侧的内边界线曲率小于零，则车道左侧的内边界线曲率为车道右侧的内边界线曲率的倒数与车辆所在车道的平均宽度之和的倒数；
若车道右侧的外边界线曲率大于零，车道右侧的内边界线曲率为车道右侧的外边界线曲率的倒数与车辆右侧车道的平均宽度之和的倒数；若车道右侧的外边界线曲率小于零，车道右侧的内边界线曲率为车道右侧的外边界线曲率的倒数与车辆右侧车道的平均宽度之差的倒数；
所述车道左侧的内边界线的横向偏移量为：车道右侧的内边界线的横向偏移量与车辆所在车道的平均宽度之和；车道右侧的内边界线的横向偏移量为车道右侧的外边界线的横向偏移量与车辆右侧车道线的平均宽度之和。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若通过车载摄像头没有获取到所述车辆当前所处车道的车道线，则选用与当前时刻相邻的上一次获取到的车道线对车辆进行车道保持辅助控制，并同时通过所述车载摄像头按照预设频率获取所述车辆当前所处车道的车道线；
若设定时间之后仍没有获取到所述车辆当前所处车道的车道线，则进行故障预警，其中，当所述车辆的车速增大时，和/或方向盘的转角增大时，所述设定时间动态减小。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，若所述车道线包括车道两侧的车道线，所述根据所述车道线确定所述车道的中间线，包括：
基于车道两侧的车道线，选用三次拟合精度通过最小二乘法拟合出所述中间线。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，
所述根据所述前轮转角和后轮转角通过转向控制器对所述车辆进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶，包括：
基于所述前轮转角和后轮转角确定方向盘转角；
通过电子稳定程序ESP控制器根据所述方向盘转角对电子助理转向EPS电机进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶。
7.一种车辆控制装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于在车辆行驶时确定所述车辆当前所处车道的车道线；
第二确定模块，用于根据所述车道线确定所述车道的中间线；
预测模块，用于基于所述中间线预测车辆行驶轨迹的相关曲率；
第三确定模块，用于通过与四轮转向车辆对应的多点约束MPC控制器基于所述相关曲率确定所述车辆的前轮转角和后轮转角，其中，在车辆速度小于或等于车速阈值时，所述前轮转角与所述后轮转角的比例等于前轮转角范围与后轮转角范围之比，在车辆速度大于车速阈值时，所述前轮转角与所述后轮转角的比例随着车速的增大而增大；
第一控制模块，用于根据所述前轮转角和后轮转角通过转向控制器对所述车辆进行控制，以使所述车辆在所述车道内保持行驶；
所述第一确定模块包括：获取单元，用于通过车载摄像头获取所述车辆当前所处车道的车道线；补偿单元，用于若所述车道线仅包括车道一侧的车道线，则通过车道线补偿算法对缺失的、车道另一侧的车道线进行补偿，获得车道两侧的车道线。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
9.一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1-6中任一项所述的方法。
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