CN113682296A - 一种基于级联pid的车辆横向控制方法、装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于级联PID的车辆横向控制方法、装置及车辆，包括根据车辆的行驶状态获取第一变量；根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量；将所述第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在第一自适应参数的条件下，计算并输出期望航向角；将所述期望航向角作为航向角PID控制器的稳态，输入所述第二预测量，在第二自适应参数的条件下，计算并输出方向盘转角，对车辆进行横向控制。本发明通过两个PID控制器形成级联PID控制系统，根据实时变化的车速、车道曲率和方向盘转角形成闭环控制，能够实现在不同的车速、车道曲率的条件下，均达到优良的横向控制性能，稳定性与舒适度都高。

Description

一种基于级联PID的车辆横向控制方法、装置及车辆

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种基于级联PID的车辆横向控制方法、装置及车辆。

背景技术

在车辆的自主导航中，横向控制是指控制车辆在不同的车速、载荷、路况以及风阻等条件下自动跟踪行车路线，并保持一定的舒适性和平稳性要求，实际上也就是车辆的转向控制；而由于车辆在行驶过程中纵向速度较高，速度、载荷和轮胎侧偏刚度等因素的波动范围较大，导致横向控制的难度更大。

现有技术中，运用传统的PID控制系统进行控制，但是并不能兼顾不同车速和不同的车道曲率，因为在不同车速和不同车道曲率下，需要控制系统的动态响应与稳态响应不同，而现有的PID控制系统难以满足要求，具体表现为低速下方向盘无法稳定，高速下车身摇摆，而在较大的车道曲率下容易控制失效。

因此，需要一种基于级联PID的车辆横向控制方法、装置及车辆，能够实现在不同的车速、车道曲率的条件下，均达到优良的横向控制性能，稳定性与舒适度都高。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于级联PID的车辆横向控制方法、装置及车辆，能够实现在不同的车速、车道曲率的条件下，均达到优良的横向控制性能，稳定性与舒适度好，安全性高。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种基于级联PID的车辆横向控制方法，包括：

根据车辆的行驶状态获取第一变量；

根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量；

将所述第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在第一自适应参数的条件下，计算并输出期望航向角；

将所述期望航向角作为航向角PID控制器的稳态，输入所述第二预测量，在第二自适应参数的条件下，计算并输出方向盘转角，对车辆进行横向控制。

进一步地，所述根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量包括：

根据所述第一变量，计算所述横向误差PID控制器的第一自适应预测时间和所述第一自适应参数；

根据所述第一变量，计算所述航向角PID控制器的第二自适应预测时间和所述第二自适应参数；

根据所述第一自适应预测时间计算所述第一预测量，根据所述第二自适应预测时间计算所述第二预测量。

进一步地，在所述根据车辆的行驶状态获取第一变量之后，所述方法还包括：

对所述第一变量进行低通滤波；和

在所述根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量之后，所述方法还包括：

分别对所述第一预测量和所述第二预测量进行低通滤波。

进一步地，所述第一变量至少包括车速和车道曲率；所述第一变量还包括车辆的实时方向盘转角。

进一步地，所述将所述第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在第一自适应参数的条件下，计算并输出期望航向角包括：

自动调整设置所述第一自适应参数；

输入所述第一预测量；

通过所述横向误差PID控制器，得到期望横向速度；

根据所述横向速度计算所述期望航向角。

进一步地，所述根据所述横向速度计算所述期望航向角包括：

其中,

为所述期望航向角，v_c为车速,v_e为通过所述横向误差PID控制器得到所述期望横向速度。

进一步地，所述横向误差PID控制器的系统状态为横向误差，系统稳态为零，系统反馈为所述第一预测值。

进一步地，所述航向角PID控制器的系统状态为航向角，系统稳态为所述横向误差PID控制器输出的所述期望航向角，系统反馈为所述第二预测值，系统输出为所述方向盘转角。

另一方面，本发明提供了一种基于级联PID的车辆横向控制装置，至少包括：

获取模块，用于根据车辆的行驶状态获取第一变量；

计算模块，用于根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量；

横向误差PID控制器，用于将所述第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在第一自适应参数的条件下，计算并输出期望航向角；

航向角PID控制器，用于将所述期望航向角作为航向角PID控制器的稳态，输入所述第二预测量，在第二自适应参数的条件下，计算并输出方向盘转角，对车辆进行横向控制。

另一方面，本发明提供了一种车辆，包括以上所述的基于级联PID的车辆横向控制装置。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明采用级联PID进行控制，将横向误差PID控制器的系统输出作为航向角PID控制器的一个系统输入，具体是作为航向角PID控制器的稳态输入，使得整个闭环控制的稳定性增强，也有利于进一步提升航向角PID控制器对方向盘转角的精确控制。

2、采用PID形成闭环控制，使得实时变化的车速、车道曲率与监测到的车辆的实时方向盘转角能够循环输入，响应速度快，控制平稳准确，提升车辆横向控制的整体稳定性，有效改善稳态特性。

3、控制过程中，两个PID控制器的自适应参数随着第一变量的实时变化而动态调整，有利于提升车辆横向控制的准确性，避免失控，安全性更高。

4、采用低通滤波器，对作为系统反馈量的第一变量(包括车速、车道曲率和实时方向盘转角)以及作为系统状态的两个预测量(第一预测量和第二预测量)均进行低通滤波，消除噪声，避免系统输出在稳态下对噪声做出响应，进而提升车辆横向控制的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于级联PID的车辆横向控制方法的逻辑结构图；

图2为本发明实施例提供的另一种基于级联PID的车辆横向控制方法的逻辑结构图；

图3为本发明的其他可能的实施方式中基于级联PID的车辆横向控制方法的逻辑结构图；

图4为本发明的一个可能的实施方式中期望航向角的计算方法示意图；

图5为本发明的一个可能的实施方式中基于级联PID的车辆横向控制方法的结构示意框图；

图6为本发明的一个可能的实施方式中车辆横向控制的PID曲线图；

图7为本发明的一个可能的实施方式中基于级联PID的车辆横向控制装置的示意图。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不能理解为对本发明的限制。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的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。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了下述图示或下述描述以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实施例针对现有技术中，传统PID控制器对车辆横向控制时，无法兼顾不同车速和不同车道曲率的问题，提供了一种基于级联PID的车辆横向控制方法，该基于级联PID的车辆横向控制方法可以应用于本发明实施例的基于级联PID的车辆横向控制装置，而该基于级联PID的车辆横向控制装置可以配置于车辆的中央控制器中，在车辆行驶过程中，会一直存在横向控制的需求，即在车辆启动后，中央控制器就会实时发送横向控制的指令，控制基于级联PID的车辆横向控制装置运行，根据车辆的行驶状态获取第一变量，再根据第一变量分别计算得到第一预测量与第二预测量，之后将第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在当前的第一自适应参数条件下，于横向误差PID控制器中计算并输出期望航向角；然后再将输出的期望航向角作为航向角PID控制器的稳态应用到航向角PID控制器，并且将第二预测值作为航向角PID控制器的输入，在当前的第二自适应参数条件下，于航向角PID控制器中计算并输出方向盘转角，从而实现对车辆的横向控制。

下面对本发明实施例的技术方案进行详细介绍，参考说明书附图1，该方法包括：

S101，根据车辆的行驶状态获取第一变量。

具体地，第一变量是与车辆运行状态有关的变量，可以通过传感元件直接进行检测获取；在本说明书的一个可能的实施方式中，该第一变量可以是车辆实时的车速，可以通过车辆中的车速传感器采集，并将采集到的车速信息发送至中央控制器备用；第一变量也可以是车辆实时监测到的车道曲率，可以通过GPS系统、电子地图、雷达传感器和车载摄像头等进行实时监测，并将车道的相关信息传输给中央控制器进行计算与处理，或者采用轮速传感器，通过测量不同车轮的转速差来获取车道曲率；还可以将车速与车道曲率并列作为第一变量，去执行后续控制步骤；而在本说明书的另一个可能的实施方式中，第一变量还可以包括车辆的实时方向盘转角，形成系统的闭环控制。

并且，以上所述的车速、车道曲率和实时方向盘转角均属于整车系统中的系统反馈量，是根据实时的行驶状态不断变化的，也即是说，作为整个装置初始输入的均是系统反馈量，也即是车辆横向控制是基于车辆实时的行驶状态进行的，因此能够快速响应，控制效率高，用户舒适性好。

S103，根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量。

在车辆的行驶控制中，横向控制是指路径跟踪，即通过自动转向控制使车辆始终沿着期望路径行驶，同时保证车辆的行驶安全性和乘坐舒适性；而在实际控制中，横向控制的控制目标主要有两个，车辆的位置和航向，其中，对于车辆的位置，横向误差越小，说明横向控制越精确，车辆行驶过程中的横向位置越精确，安全性更高；而对于航向偏差，则需要控制航向角偏差尽可能的小，使得航向角无限接近期望值，以实现安全有效、准确快速的横向控制；而在本实施例中，第一预测量可以为根据第一变量计算所得的预测横向误差，相对应地，第二预测量可以为根据第一变量所得的预测航向角。

S105，将所述第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在第一自适应参数的条件下，计算并输出期望航向角。

当横向误差为零时，说明横向控制的车辆位置刚好位于计算或者预测出来的横向位置，定位准确，控制效果好，也就是说，第一预测量、即预测横向误差经过横向误差PID控制器的反馈控制后，需要尽可能地接近零，以保证横向控制的精确性，提升响应速度；则该横向误差PID控制器的系统状态为横向误差，系统反馈为预测横向误差，而其系统稳态为零，说明在进行每一次PID反馈调节之后，经过一轮横向误差PID控制器和航向角PID控制器的调节之后，根据此时所监测到的新的第一变量所重新计算出的预测横向误差逐渐接近于零。

而通过预测横向误差的反馈调节，最终由横向误差PID控制器根据实时更新的预测横向误差，在该横向误差PID控制器的实时更新的第一自适应参数条件下，计算得到期望航向角，作为横向误差PID控制器的系统输出，用于参与下一级PID控制。

S107，将所述期望航向角作为航向角PID控制器的稳态，输入所述第二预测量，在第二自适应参数的条件下，计算并输出方向盘转角，对车辆进行横向控制。

具体地，航向角PID控制器的系统状态为航向角，系统稳态为横向误差PID控制器输出的期望航向角，系统反馈为第二预测值、即预测航向角，经过PID反馈控制使得预测航向角逐渐接近期望航向角，保证横向控制的精确性；而将横向误差PID控制器输出的期望航向角作为航向角PID控制器的系统稳态，相当于将形成两级串联控制系统，以第一级PID的输出作为第二级PID的其中一种输入(系统稳态)，两者相互关联协同反馈，进一步增强稳定性；而系统输出为方向盘转角，与车辆的横向控制直接相关，能够极大地保证横向控制的精确性；并且，经过横向控制之后，监测到的车辆的实时方向盘转角能够返回S101步骤，将该实时方向盘转角作为其中一个第一变量，重新作为第一级PID、也就是横向误差PID控制器的输入，完成整个横向控制的闭环，响应速度快，控制平稳，能够提升车辆横向控制的整体稳定性，有利于改善稳态特性；需要说明的是，航向角PID控制器输出的方向盘转角为车辆横向控制的一个输出量，是用于控制方向盘的，而实时方向盘转角是作为系统反馈量，是通过监测元件等采集到的车辆实时的状态，两者是不同的。

具体地，如说明书附图2所示，S103步骤中，即所述根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量包括：

S202，根据所述第一变量，计算所述横向误差PID控制器的第一自适应预测时间和所述第一自适应参数。

S204，根据所述第一变量，计算所述航向角PID控制器的第二自适应预测时间和所述第二自适应参数。

S206，根据所述第一自适应预测时间计算所述第一预测量，根据所述第二自适应预测时间计算所述第二预测量。

其中，第一自适应预测时间作为中间计算量用于进一步计算第一预测量，而第二自适应预测时间同样作为中间计算量用于进一步计算第二预测量。

而对于实时的控制过程，第一变量实时变化，则相对应的PID控制器的参数条件也不同，应当能够进行自适应调整，以与当前的第一变量相匹配，则根据实时的第一变量重新计算第一自适应参数，能够保证由预测横向误差计算出的期望航向角具有参考价值，同样地，根据实时的第一变量重新计算出的第二自适应参数，也能够符合航向角PID控制器，使得由航向角误差计算出的方向盘转角具有可靠的参考价值，使得控制准确可靠，响应及时有效。

具体地，如说明书附图3所示，在所述根据车辆的行驶状态获取第一变量之后，即S101与S103步骤之间，所述方法还包括：

S301，对所述第一变量进行低通滤波。

传统PID控制系统的系统状态与系统反馈量均存在噪声，而系统输出在稳态下会对这些噪声做出响应，导致横向控制稳定性变差，考虑到这一情形，在获取到第一变量后，首先采用低通滤波器，将作为系统反馈量的车速、车道曲率和实时方向盘转角进行低通滤波，消除噪声，之后才执行后续计算以及控制的步骤，大大提升稳定性。

同时，在所述根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量之后，即在S103步骤之后与S105步骤之前，所述方法还包括：

S303，分别对所述第一预测量和所述第二预测量进行低通滤波。

即对系统状态进行低通滤波，在将预测横向误差输入横向误差PID控制器之前，先进行低通滤波消除噪声，之后再将滤波后的预测横向误差输入，进一步提升稳定性；同样地，对于预测航向角，也是将其低通滤波之后才作为系统输入输入到航向角PID控制器中，同样提升稳定性；而在本说明书的一个可能的实施方式中，对第一变量、预测横向误差和预测航向角进行低通滤波的低通滤波器可以设置为同一个，节省设备成本，也可以选用多个，对于每一个变量分别进行低通滤波，不易出现混乱的情况，可靠性高。

具体地，如说明书附图4所示，S105步骤中，即所述将所述第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在第一自适应参数的条件下，计算并输出期望航向角包括：

S402，自动调整设置所述第一自适应参数。

S404，输入所述第一预测量。

S406，通过所述横向误差PID控制器，得到期望横向速度。

S408，根据所述横向速度计算所述期望航向角。

也就是说，在本说明书的一个可能的实施方式中，横向误差PID控制器中，实际上作为系统输出的可以为期望横向速度，之后再通过期望横向速度与实时的车辆纵向速度计算得到期望航向角，以满足不同控制器的实际需求，适用范围广；而S408步骤中，通过横向速度计算期望航向角的公式为：

其中,

为所述期望航向角，v_c为车速,v_e为通过所述横向误差PID控制器得到的所述期望横向速度，即S406步骤所得的期望横向速度，通过实时变化的车速和横向误差PID控制器实时得到的期望横向速度，能够精确快速地得到期望航向角。

以具体的一个级联PID控制为例，如说明书附图5所示，以实时的车速、车道曲率和实时方向盘转角作为最初的第一变量，即将系统反馈量作为第一变量，首先将上述车速、车道曲率和实时方向盘转角经过低通滤波器进行低通滤波，消除噪声，防止系统输出在稳态下进行响应，危害稳定性；之后，根据低通滤波的系统反馈量，分别针对横向误差PID控制器和航向角PID控制器进行计算。

其中，对于横向误差PID控制器，由系统反馈量计算得到第一自适应参数，并将其输入横向误差PID控制器作为反馈调节的条件，同时还由系统反馈量计算第一自适应预测时间，进一步根据第一自适应预测时间计算预测横向误差(第一预测量)，同样为了消除噪声的影响，对预测横向误差进行低通滤波，再将滤波后的预测横向误差作为横向误差PID控制器的系统输入，在系统稳态为零和第一自适应参数的条件下，进行调节控制以及计算，得到一个系统输出为期望航向角。

类似地，对于航向角PID控制器，由系统反馈量计算得到第二自适应参数，并将其输入航向角PID控制器作为反馈调节的条件，同时还由系统反馈量计算第二自适应预测时间，进一步根据第二自适应预测时间计算预测航向角(第二预测量)，同样为了消除噪声的影响，对预测航向角进行低通滤波，再将滤波后的预测航向角作为航向角PID控制器的系统输入，在第二自适应参数的条件下，进行调节控制以及计算，得到一个系统输出为方向盘转角；而与横向误差PID控制器不同的是，作为航向角PID控制器系统稳态的是横向误差PID控制器的系统输出，即期望航向角，从而使得两个PID控制器形成级联，而非两个PID控制分别得到的系统输入的简单相加，级联PID使得控制过程的稳定性与准确性更好，大大提升行驶舒适性。

如说明书附图6所示，是本发明的一个可能的实施方式中车辆横向控制的PID曲线图，则由图中点状虚线可知，在初始时，预测横向误差较大，但经过级联PID控制后，预测横向误差迅速向零逼近，而在出现短暂超调之后，也能够迅速向零回归，并在之后的控制过程中，一直处于趋近于零的状态，即使出现波动，也是在很小的范围内出现轻微波动，也就是说系统进入稳态，横向误差控制性能优秀；同样地，对于航向角的控制，如图中线段型虚线所示，是航向角误差的曲线图，而此处的航向角误差指的是期望航向角与预测航向角之间的差值，在控制过程中始终维持在零附近，波动几乎可以忽略不计，可见经过级联PID控制之后，预测航向角无限趋近于期望航向角，使得横向控制准确可靠；类似地，图中实线所示为经过级联PID控制后最终输出的方向盘转角，是用于控制车辆的方向盘的，可以看到，在预测横向误差较大，向零逼近的过程中，以及在零附近波动的过程中，方向盘转角能够快速响应预测横向误差和航向角误差的变化，且方向盘转角变化过程平稳，没有出现大的抖动，能够满足对车辆横向控制稳定性的要求。

通过上述实施例可知，本发明实施例中的基于级联PID的车辆横向控制方法具有以下有益效果：

1、本发明采用级联PID进行控制，将横向误差PID控制器的系统输出作为航向角PID控制器的一个系统输入，具体是作为航向角PID控制器的稳态输入，使得整个闭环控制的稳定性增强，也有利于进一步提升航向角PID控制器对方向盘转角的精确控制；并且，采用车速、车道曲率和监测到的车辆的实时方向盘转角作为循环输入，能够满足不同车速和不同车道曲率下的控制需求，达到更加均衡且优良的横向误差控制性能。

2、采用PID形成闭环控制，使得实时变化的车速、车道曲率与实时方向盘转角能够循环输入，响应速度快，控制平稳准确，提升车辆横向控制的整体稳定性，有效改善稳态特性。

3、控制过程中，两个PID控制器的自适应参数实时随着第一变量的实时变化而动态调整的，有利于提升车辆横向控制的准确性，避免失控，安全性更高。

4、采用低通滤波器，对作为系统反馈量的第一变量(包括车速、车道曲率和实时方向盘转角)以及作为系统状态的两个预测量(第一预测量和第二预测量)均进行低通滤波，消除噪声，避免系统输出在稳态下对噪声做出响应，进而提升车辆横向控制的稳定性。

与上述本实施例提供的基于级联PID的车辆横向控制方法相对应，本发明实施例还提供一种基于级联PID的车辆横向控制装置，由于本发明实施例提供的基于级联PID的车辆横向控制装置与上述几种实施方式提供的基于级联PID的车辆横向控制方法相对应，因此前述基于级联PID的车辆横向控制方法的实施方式也适用于本实施例提供的基于级联PID的车辆横向控制装置，在本实施例中不再详细描述。

本发明实施例提供的基于级联PID的车辆横向控制装置能够实现上述方法实施例中的基于级联PID的车辆横向控制方法，如说明书附图7所示，该装置可以包括：

获取模块710，用于根据车辆的行驶状态获取第一变量；

计算模块720，用于根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量；

横向误差PID控制器730，用于将所述第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在第一自适应参数的条件下，计算并输出期望航向角；

航向角PID控制器740，用于将所述期望航向角作为航向角PID控制器的稳态，输入所述第二预测量，在第二自适应参数的条件下，计算并输出方向盘转角，对车辆进行横向控制。

在一个可能的实施方式中，该获取模块710还可以包括：

第一获取子模块，用于获取车辆实时的所述车速；

第二获取子模块，用于获取实时的所述车道曲率；

第三获取子模块，用于获取所述实时方向盘转角。

在一个可能的实施方式中，该计算模块720还可以包括：

第一计算子模块，用于根据所述第一变量，计算所述横向误差PID控制器的第一自适应预测时间和所述第一自适应参数；

第二计算子模块，用于计算所述航向角PID控制器的第二自适应预测时间和所述第二自适应参数；

第三计算子模块，用于根据所述第一自适应预测时间计算所述第一预测量，根据所述第二自适应预测时间计算所述第二预测量。

在一个可能的实施方式中，该基于级联PID的车辆横向控制装置还可以包括：

至少一个低通滤波器，用于对所述第一变量进行低通滤波；和

分别对所述第一预测量和所述第二预测量进行低通滤波。

需要说明的是，上述实施例提供的装置，在实现其功能时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的装置与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本发明实施例的基于级联PID的车辆横向控制装置能够根据车辆的行驶状态获取第一变量；根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量；将所述第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在第一自适应参数的条件下，计算并输出期望航向角；再将所述期望航向角作为航向角PID控制器的稳态，输入所述第二预测量，在第二自适应参数的条件下，计算并输出方向盘转角，从而实现对车辆的横向控制。通过将两个PID控制器串行连接，将横向误差PID控制器输出的期望航向角作为航向角PID控制器的稳态，从而实时、准确地对方向盘转角进行调节控制，保证车辆横向控制的可靠性、稳定性与舒适性，同时，对于多个系统反馈量和系统状态，在输入PID控制器之前进行低通滤波，有效消除噪声，进一步提升整体稳定性。

本发明实施例还提供一种车辆，包括控制器与以上所述的基于级联PID的车辆横向控制装置，该基于级联PID的车辆横向控制装置由控制器控制，所述控制器包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或者至少一段程序，所述至少一条指令或者所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现上述的基于级联PID的车辆横向控制方法。

其中，处理器(或称CPU(Central Processing Unit，中央处理器))为基于级联PID的车辆横向控制装置的核心部件，其功能主要是解释存储器指令以及处理各个监测模块或者获取模块所反馈的数据；处理器的结构大致分为运算逻辑部件与寄存器部件等，运算逻辑部件主要进行相关的逻辑计算(如移位操作、逻辑操作、定点或浮点算术运算操作与地址运算等)，寄存器部件则用于暂存指令、数据与地址。

存储器为记忆设备，可用于存储软件程序以及模块，处理器通过运行存储在存储器的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据所述装置的使用所创建的数据等；相应地，存储器还可以包括存储器控制器，以提供处理器对存储器的访问。

需要说明的是，上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所描述的仅为本发明的一些实施例而已，并不用于限制本发明，本行业的技术人员应当了解，本发明还会有各种变化和改进，任何依照本发明所做的修改、等同替换和改进都落入本发明所要求的保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于级联PID的车辆横向控制方法，其特征在于，包括：

根据车辆的行驶状态获取第一变量；

根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量；

将所述第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在第一自适应参数的条件下，计算并输出期望航向角；

将所述期望航向角作为航向角PID控制器的稳态，输入所述第二预测量，在第二自适应参数的条件下，计算并输出方向盘转角，对车辆进行横向控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于级联PID的车辆横向控制方法，其特征在于，所述根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量包括：

根据所述第一变量，计算所述横向误差PID控制器的第一自适应预测时间和所述第一自适应参数；

根据所述第一变量，计算所述航向角PID控制器的第二自适应预测时间和所述第二自适应参数；

根据所述第一自适应预测时间计算所述第一预测量，根据所述第二自适应预测时间计算所述第二预测量。

3.根据权利要求1所述的一种基于级联PID的车辆横向控制方法，其特征在于，在所述根据车辆的行驶状态获取第一变量之后，所述方法还包括：

对所述第一变量进行低通滤波；和

在所述根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量之后，所述方法还包括：

分别对所述第一预测量和所述第二预测量进行低通滤波。

4.根据权利要求1所述的一种基于级联PID的车辆横向控制方法，其特征在于，所述第一变量至少包括车速和车道曲率；所述第一变量还包括车辆的实时方向盘转角。

5.根据权利要求1所述的一种基于级联PID的车辆横向控制方法，其特征在于，所述将所述第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在第一自适应参数的条件下，计算并输出期望航向角包括：

自动调整设置所述第一自适应参数；

输入所述第一预测量；

通过所述横向误差PID控制器，得到期望横向速度；

根据所述横向速度计算所述期望航向角。

6.根据权利要求5所述的一种基于级联PID的车辆横向控制方法，其特征在于，所述根据所述横向速度计算所述期望航向角包括：

其中,

为所述期望航向角，v_c为车速,v_e为通过所述横向误差PID控制器得到所述期望横向速度。

7.根据权利要求1所述的一种基于级联PID的车辆横向控制方法，其特征在于，所述横向误差PID控制器的系统状态为横向误差，系统稳态为零，系统反馈为所述第一预测值。

8.根据权利要求1所述的一种基于级联PID的车辆横向控制方法，其特征在于，所述航向角PID控制器的系统状态为航向角，系统稳态为所述横向误差PID控制器输出的所述期望航向角，系统反馈为所述第二预测值，系统输出为所述方向盘转角。

9.一种基于级联PID的车辆横向控制装置，其特征在于，至少包括：

获取模块，用于根据车辆的行驶状态获取第一变量；

计算模块，用于根据所述第一变量分别计算第一预测量与第二预测量；

横向误差PID控制器，用于将所述第一预测量作为横向误差PID控制器的输入，在第一自适应参数的条件下，计算并输出期望航向角；

航向角PID控制器，用于将所述期望航向角作为航向角PID控制器的稳态，输入所述第二预测量，在第二自适应参数的条件下，计算并输出方向盘转角，对车辆进行横向控制。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的基于级联PID的车辆横向控制装置。

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