CN114435470A

CN114435470A - 自动倒车控制方法、装置、车辆和存储介质

Info

Publication number: CN114435470A
Application number: CN202011223872.6A
Authority: CN
Inventors: 胡斯博; 姚丽; 黄露; 杨易
Original assignee: Changsha Intelligent Driving Research Institute Co Ltd
Current assignee: Changsha Intelligent Driving Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2040-11-05
Also published as: WO2022095814A1; CN114435470B

Abstract

本申请涉及一种自动倒车控制方法、装置、车辆和存储介质。所述方法以倒车的后轮速度方向为正方向建立倒车坐标系，获取车辆在倒车坐标系下的倒车目标轨迹信息，能够避免使用倒车可行驶区域位置信息进行坐标转换带来的误差，根据倒车目标行驶轨迹实时计算一定范围内最大曲率变化的数据点位置，根据该目标位置与车辆的误差值进行倒车控制，可实现控制系统的提前控制功能，弥补系统延迟等原因导致误差的累积，提升倒车尤其是泊车位控制精准度。该方法提高了自动倒车控制的精度。

Description

自动倒车控制方法、装置、车辆和存储介质

技术领域

本申请涉及自动驾驶控制技术领域，特别是涉及一种自动倒车控制方法、装置、车辆和存储介质。

背景技术

随着汽车智能化、网联化技术发展，我国的智能驾驶技术也在飞速发展当中，并且在特定园区物流及港口等特定区域自动驾驶已经陆续实现。

车辆的自动倒车属于自动驾驶中不可或缺的技术，尤其在辅助驾驶和部分无人车技术日渐成熟，应用场景越来越丰富去前提下，对自主倒车入库提出了需求，比如无人矿区矿卡的自主装/卸矿、带挂卡车的辅助倒车、轿车的自主泊车等。由于汽车转向系统普遍采用前轮驱动，这使得车辆在前向自动驾驶时能良好的跟随规划轨迹进行控制。而对于轴距较长的车辆采用前轮驱动进行倒车控制时，尤其如带挂卡车的倒车控制时，往往由于控制模型的不准确、传感器信号的误差、前轮驱动执行机构的响应延迟等原因，导致大型车辆的倒车控制效果不理想，倒车精度无法满足要求。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高倒车精度的自动倒车控制方法、装置、车辆和存储介质。

一种自动倒车控制方法，所述方法包括：

获取根据车辆位置和倒车位位置生成的车辆在倒车坐标系下的倒车目标轨迹信息；其中，以车辆质心位置为中心点，以倒车的后轮速度方向为正方向建立倒车坐标系；

根据所述倒车目标轨迹信息实时计算倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率，根据所述倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率与车辆实际曲率，得到所述倒车坐标系下的目标行驶轨迹点；

根据所述倒车坐标系下的所述目标行驶轨迹点，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的误差信息；

根据所述误差信息进行倒车控制。

一种自动倒车控制装置，所述装置包括：

目标轨迹获取模块，用于获取根据车辆位置和倒车位位置生成的车辆在倒车坐标系下的倒车目标轨迹信息；其中，以车辆质心位置为中心点，以倒车的后轮速度方向为正方向建立倒车坐标系；

目标行驶轨迹点确定模块，用于根据所述倒车目标轨迹信息实时计算倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率，根据所述倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率与车辆实际曲率，得到所述倒车坐标系下的目标行驶轨迹点；

误差计算模块，用于根据所述倒车坐标系下的所述目标行驶轨迹点，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的误差信息；

倒车控制模块，用于根据所述误差信息进行倒车控制。

一种车辆，包括车辆控制器，以及与所述车辆控制器连接的激光雷达、摄像头、雷达感应器和，所述存储器存储有计算机程序，所述车辆控制器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

根据所述误差信息进行倒车控制。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

根据所述误差信息进行倒车控制。

上述自动倒车控制方法、装置、车辆和存储介质，以倒车的后轮速度方向为正方向建立倒车坐标系，获取车辆在倒车坐标系下的倒车目标轨迹信息，能够避免使用倒车可行驶区域位置信息进行坐标转换带来的误差，根据倒车目标行驶轨迹实时计算一定范围内最大曲率变化的数据点位置，根据该目标位置与车辆的误差值进行倒车控制，可实现控制系统的提前控制功能，弥补系统延迟等原因导致误差的累积，提升倒车尤其是泊车位控制精准度。该方法提高了自动倒车控制的精度。

附图说明

图1为一个实施例中自动倒车控制方法的应用环境图；

图2为一个实施例中自动倒车控制方法的流程示意图；

图3为一个实施例中倒车坐标系和车辆倒车运动学模型的示意图；

图4为一个实施例中生成目标轨迹数据的步骤流程示意图；

图5为一个实施例中前轮驱动的倒车动力学模型的示意图；

图6为一个实施例中后轮速度方向角和车辆实际速度的关系示意图；

图7为一个实施例中带挂卡车的铰接信息在倒车坐标系的示意；

图8为一个实施例中误差信息的示意图；

图9为另一个实施例中误差信息的示意图；

图10为一个实施例中自动倒车控制装置的结构框图；

图11为一个实施例中车辆的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的自动倒车控制方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。

该应用环境包括车辆100，车辆配置有激光雷达101、摄像头102、雷达感应器103以及车辆控制器104。其中，激光雷达101、摄像头102、雷达感应器 103分别与控制器104连接。激光雷达101采集设备环境的三维地图，摄像头 102实时采集设备周围图像。基于图像识别技术可辅助识别信号灯各障碍物。雷达感应器可确定障碍物的距离。控制器104存储有高精度地图，利用发激光雷达101、摄像头102以及雷达感应器103的数据以及高精度地图进行设备控制实现自动行驶。车辆100可以为矿区的矿卡、重卡、公交车、轿车等自动驾驶汽车。可用于自动驾驶车辆实际应用中需要进行自主倒车才能完成车位泊车、卸矿点卸矿、路边侧方位停车等场景，同样可应用于辅助驾驶员自动控制车辆按照规划路径进行倒车行驶的场景。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种自动倒车控制方法，以该方法应用于图1中的车辆控制器为例进行说明，包括以下步骤：

步骤202，获取根据车辆位置和倒车位位置生成的车辆在倒车坐标系下的倒车目标轨迹信息；其中，以车辆质心位置为中心点，以倒车的后轮速度方向为正方向建立倒车坐标系。

其中，车辆位置是指车辆当前所处的位置。倒车位位置是指倒车的目标位置。以车辆位置为起点，以倒车位位置为终点，生成车辆在倒从坐标系下从车辆位置至到倒车位位置的倒车目标估计信息。

具体地，考虑倒车时车辆后轮运动方向为正方向，采用将车身实际前轮驱动定义为倒车时后轮驱动的车辆模型，即可理解为后轮驱动车辆正方向行驶的模型。倒车时，考虑倒车行驶方向为正方向，采用GPS全局定位或者基站的局部定位方式，建立基于车辆质心位置的倒车坐标系。坐标系和车辆倒车运动学模型如下如所图3所示。

图中，XOY为建立的倒车坐标系，V_X为倒车行驶的速度方向。XOY倒车坐标系可以准确描述倒车时车辆的运动学特性，采用倒车的行驶速度方向作为坐标系的正方向。基于该坐标系推导倒车的侧向动力学模型和纵向动力学模型，并代入该坐标系下的横向误差和纵向误差计算前轮转角控制量和气节门刹车控制量，实现车辆倒车到目标点的功能。

建立XOY倒车坐标系，相对于前向自动驾驶的采用的坐标系，存在以下几个优势：

(1)、前向自动驾驶坐标系的正方向为前轮行驶的速度方向，自动驾驶时规划的前向行驶轨迹x方向数据为正值，但是一般情况下由于自动驾驶需考虑车辆的行驶位置是否满足要求，需保留一段x方向为负值的数据(例如车辆位置超过规划的目标位置时，通过规划目标位置x方向为负值告诉车辆超过了目标位置)。而如果继续采用该坐标系生成倒车的规划目标位置，规划车辆向后方向行驶，生成的轨迹位置数据为负值，与前向自动驾驶的方案产生冲突。

(2)、规划模块倒车时生成前向自动驾驶坐标系下倒车轨迹，需进行特殊处理，例如倒车轨迹生成的加速度，位置数据为负，实际是要求倒车时加速行驶，不符合车辆运动学，控制方法使用目标数据计算控制量时需进行坐标转换和位置转换。基于倒车坐标系生成轨迹数据近似于前向自动驾驶的轨迹生成方式，控制方法上不用对目标数据进行任何处理，控制计算误差量的方式保持一致。

(3)、同样的，倒车时，感知障碍物的位置信息在前向自动驾驶坐标系下需进行坐标转换和位置信息转换。感知倒车的可行驶区域的位置信息同样需要进行坐标转换，而坐标转换受航向角影响很大，转换时容易产生误差。

(4)、采用前向自动驾驶坐标系计算的侧向动力学模型考虑的是前轮驱动，计算方向盘转角控制车辆按照前轮驱动进行倒车时，存在误差。

(5)、调整坐标系为倒车坐标系后，仅需要重新推导后轮驱动的倒车侧向动力学模型，而同一款车型的侧向动力学模型是不变的。且以上所述的所有模块坐标转换和位置信息转换，控制模块的特殊处理方式都不需要。

根据倒车坐标系，计算一条满足倒车坐标系的目标轨迹信息。目标轨迹的起始点从驱动轮出发，以倒车坐标系正方向生成一条不少于1个数据点的轨迹，数据点主要包括基于倒车坐标系下的坐标、航向角、曲率、距坐标原点曲线长度 s、速度、加速度等数据。

一种方式中，基于高精度地图建立目标区域所有的停车位，停车位的位置信息在地图上已经明确。根据明确的停车位置信息，在高精度地图上离线制作停车位的倒车目标轨迹信息。制作方式采用实际倒车录制倒车的定位信息点，离线拟合出连续倒车曲线。车辆倒车时，根据车辆定位信息和拟合曲线计算出入库的倒车轨迹。因为目前的车位信息固定，且规范。同一区域下的泊车位置，倒车估计拟合曲线可以复用。

若采用离线拟合的连续倒车曲线，车辆控制器根据车辆自身位置信息计算出全局坐标系下的倒车轨迹，经过坐标转换后得到基于倒车坐标系下的倒车轨迹信息。

一种实施方式中，获取根据车辆位置和倒车位位置生成的车辆在倒车坐标系下的倒车目标轨迹信息，包括：获取地图信息和车辆位置信息，根据地图信息获取倒车位的位置信息；根据倒车位的位置信息，生成倒车位的目标点位置信息；根据所述车辆位置信息和所述倒车位的目标点位置信息拟合出在倒车坐标系下的倒车轨迹信息。

其中，车辆位置信息指的是车辆自身的位置信息，根据车辆的高精度定位装置获取车辆位置信息，包括车辆当前位置所在坐标以及航向角。

其中，接收高精度地图的地图信息，地图信息信息主要包括车辆需要倒车的倒车位的具体位置信息，包括倒车位的四个角的坐标，航向角。根据倒车位的四个角的坐标，生成倒车位的目标点位置信息。

具体地，根据所述车辆位置信息和所述倒车位的目标点位置信息拟合出在倒车坐标系下的倒车轨迹信息的方法，可以为采用前向行驶时记录车辆前向行驶时车辆中心位置的GPS坐标点，倒车时，基于倒车坐标系进行坐标转换，将记录的前向行驶GPS坐标点转换到倒车坐标系，在倒车坐标系下生成一条正方向的倒车轨迹，轨迹点的数据为倒车坐标系下的坐标点。以上可实现车辆按前向行驶的轨迹倒车返回的场景。

根据所述车辆位置信息和所述倒车位的目标点位置信息拟合出在倒车坐标系下的倒车轨迹信息的方法，还可以基于高精度地图和倒车目标停车点，根据倒车时车辆中心位置的GPS坐标，采用两点和曲线拟合的方式(如五次多项式)，计算出倒车坐标系原点到目标点的倒车轨迹数据，轨迹点的数据同样为倒车坐标系下的坐标点。以上可实现车辆侧方位倒车入库停车的场景。

其中，还可采用数字滤波器、均值滤波器等滤波算法对对定位装置和速度传感器反馈的信号进行信号降噪滤波处理，去除干扰信号。

步骤204，根据所述倒车目标轨迹信息实时计算倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率，根据所述倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率与车辆实际曲率，得到所述倒车坐标系下的目标行驶轨迹点。

预设轨迹为经验值，不同车辆的经验值可能不同，以卡车为例，倒车时的经验值5m。通过预测一段时距内横向控制的最大目标变化值，提前控制，减小系统延时导致的控制精度低问题。一般情况下，曲率越大对应的弯道越大，需要的目标方向盘控制量变化越大，而方向盘的转动到目标角度是有一定延时的，因此需要提前控制。

具体地，如图4所示，包括以下步骤：

S402，根据所述倒车目标轨迹信息，判断车身质心位置距离倒车轨迹终点是否大于预设距离；

若是，则执行S404，若否，则执行S405。

S404，遍历车辆位置到预设距离长度范围内的轨迹点的曲率数据，得到倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率。

S405，遍历车辆位置到轨迹终点范围内的轨迹点的曲率数据，得到倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率。

在步骤S404和S405之后，执行：

S406，获取倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率与车辆实际曲率的绝对差值；

S408，选择绝对差值最大的轨迹数据点，得到所述倒车坐标系下的目标行驶轨迹点。

在步骤S204之后，执行：

步骤S206，根据倒车坐标系下的所述目标行驶轨迹点，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的误差信息。

其中，误差信息可包括横向位置误差信息和航向角误差信息。横向位置误差可以包括横向位置误差、横向位置误差变化率，航向角误差可以包括航向角误差、航向角误差变化率。

具体地，根据倒车动力学模型和倒车坐标系，建立前轮驱动的倒车动力学模型；根据前轮驱动的倒车动力学模型，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息；计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的纵向位置误差和速度误差。

基于倒车坐标系和倒车时前轮转向驱动的车辆模型，建立前轮驱动的倒车侧向动力学模型。模型示意图简化如图5所示。

图中，a为后轴到质心的距离，b为前轴到质心的距离，V_X为倒车行驶的纵向速度，V_y为倒车行驶的横向速度，δ为前轮转角，

为方向角速度。

根据倒车侧向动力学模型推导侧向动力学的过程如下：

根据牛顿第二定律，上述模型中的侧向动力学描述为：

ma＝F_f+F_r

绕z轴转矩的动力学方程为：

式中m为车质量，a为Y轴质心处的加速度，F_f为前轮的侧向力，F_r为后轮的侧向力。a为Y轴的运动加速度和向心加速度，I_z为绕z轴的

转动惯量。即

根据车辆动力学基本原理，即轮胎侧向力与侧偏角存在一定比例关系，F_f＝-C_fθ_f，F_r＝-C_rθ_r。θ_f为前轮的速度方向角，θ_r为后轮的速度方向角，δ为上文提到的前轮转角。C_f和C_r为前轮和后轮的轮胎刚度。

倒车时，对于后轮驱动的速度在倒车坐标系XOY下的车辆速度与速度方向角的关系如下：

后轮速度方向角和车辆实际速度的关系图6所示。

利用小角度近似法，得：

同理可得：

根据以上解析，得出运动学模型表示如下：

得出

形式的倒车侧向动力学状态方程如下：

上式中，y为倒车坐标系下横向位置误差值，

为倒车坐标系下横向位置误差变化率，ψ为倒车坐标系下航向角误差，

为倒车坐标系下航向角误差变化率。

同时，还得考虑倒车时倒车轨迹曲率的力学模型，确保车辆在一定曲率下倒车时良好跟踪轨迹曲率变化，不产生较大的横向位置误差。因倒车时的轨迹曲率力学模型与前向自动驾驶的模型一致，已经有大量文献推导证明，本专利技术方案仅仅引用。

以上为倒车坐标系下考虑后轮驱动正向行驶实现倒车的动力学模型推导过程，模型结构形式与前向自动驾驶一致，但模型的状态矩阵参数计算方式不同。因此在前向自动驾驶和倒车自动驾驶切换时，仅需调整模型的参数计算方式即可实现倒车功能，控制器选择和控制方式都可复用。

步骤208，根据所述误差信息进行倒车控制。

具体地，根据误差信息计算控制指令，以修正误差，实现倒车控制。

具体地，根据所述横向位置误差信息和航向角误差信息，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令；根据倒车时车辆与所述目标行驶轨迹点的纵向位置误差、速度误差以及加速度数据，计算控制车辆倒车的纵向行驶控制指令；根据所述横向方向盘控制指令和所述纵向行驶控制指令进行倒车控制；当车辆实际位置与目标位置的距离在误差范围内，且速度为0时，完成倒车。

其中，根据侧向动力学模型得到跟踪上述四个误差变量的状态方程模型，根据状态方程模型，设计倒车的误差状态反馈控制器，控制算法可采用LQR、PID 等，生成横向方向盘控制量。

其中，根据倒车时车辆与目标行驶轨迹点的纵向位置误差、速度误差，倒车坐标系下的倒车轨迹目标点的速度信息，包括时间、速度、加速度等信息，采用 PID控制算法计算车辆加减速的控制量，控制车辆倒车行驶和停车。

根据误差状态反馈控制器计算的方向盘角度，考虑状态方程中轨迹曲率产生稳态误差的曲率补偿和路面坡度角影响的补偿，得到控制的方向盘角度输出到方向盘控制系统控制车辆倒车。

根据所述横向方向盘控制指令和所述纵向行驶控制指令进行倒车控制，具体地，将所述横向方向盘控制指令转换为车辆底盘可识别的方向盘转向和转动百分比，即车辆电子转向器可识别方向盘转动信号，控制车辆横向动作；将所述纵向行驶控制指令转换为车辆底盘电子踏板可识别的气节门或刹车信息，控制车辆纵向动作。

考虑司机实际倒车入库时，先将方向盘达到一个预测的角度，再让车辆起步。主要原因是倒车的纵向行驶距离短，如要在短时距内精准入位，需提前控制。因此技术方案加入倒车起步横向控制。考虑的输入变量包括车辆速度vx、前轮实际转角δ、预测目标转角δ0。考虑实际速度以及前轮实际转角与预测目标转角的差值情况下，计算气节门输出的权重系数，实现纵向控制和横向控制协同配合。

具体地，当倒车且车辆未启动时，启动倒车起步横向控制；计算目标方向盘角度与实际方向盘角度差值的绝对值；根据所述绝对值与目标方向盘角度的比值计算气节门权重系统，所述权重系数用于控制气节门的开度进而控制倒时车车辆速度；当所述车辆速度达到一定值，或方向盘差值小于一定值时，退出倒车起步控制。

气节门权重系数计算方式如下：

Δδ＝|δ-δ₀|

进入倒车时，计算的气节门控制量T_out＝K_throttle*T_throttle。

在倒车过程中，计算车辆实际位置与目标位置的距离，达到目标位置一定误差范围，且速度为0时，判断车辆完成泊车倒车动作，倒车处理完成。倒车处理完成后，控制车辆拉起手刹进入驻车状态；控制挡位切换为空挡；控制方向盘位置归零。

上述自动倒车控制方法，以倒车的后轮速度方向为正方向建立倒车坐标系，获取车辆在倒车坐标系下的倒车目标轨迹信息，能够避免使用倒车可行驶区域位置信息进行坐标转换带来的误差，根据倒车目标行驶轨迹实时计算一定范围内最大曲率变化的数据点位置，根据该目标位置与车辆的误差值进行倒车控制，可实现控制系统的提前控制功能，弥补系统延迟等原因导致误差的累积，提升倒车尤其是泊车位控制精准度。该方法提高了自动倒车控制的精度。

进一步的，本申请还提供一种将该自动倒车控制方法应用于带挂卡车的应用场景，用于实现带挂卡车安装倒车轨迹实现倒车功能。在普通自动倒车控制方案的基础上，仅需要调整控制模型计算方法，整个系统中增加车头与挂车角度测量装置，然后在增加挂车与车头铰接角度的数据即可实现。

具体地：基于车头质心建立倒车坐标系，以车头后轮行驶方向为正方向。

获取所述带挂卡车的挂车与车头的铰接角度信息，进一步地，根据所述前轮驱动的倒车动力学模型，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息，包括：基于所述前轮驱动的倒车动力学模型和所述铰接角度信息，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息。

具体地，基于所述前轮驱动的倒车动力学模型和所述铰接角度信息，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息，包括：根据所述挂车与车头的铰接角度信息，当前车辆在倒车坐标系下的车头质心的坐标、车头的质心到铰接点处的长度、挂车质心到铰接点处长度，计算得到挂车质心的坐标，以及以挂车质心建立的圆弧的半径；基于所述前轮驱动的倒车动力学模型，在倒车轨迹上选择车头质心点的第一参考目标点，根据所述车头质心和第一参考点在倒车坐标系下的坐标值，计算车头的横向位置误差和航向角误差；基于所述前轮驱动的倒车动力学模型，在倒车轨迹上选择挂车质心点的第二参考目标点，根据所述挂车质心点和第二参考点在倒车坐标系下的坐标值，计算挂车的横向位置误差和航向角误差。

具体地，根据车头与挂车的铰接角度，计算当前车辆状态在倒车坐标系下的初始条件。初始条件包括：车头质心的坐标A、挂车质心的坐标B、以车头和挂车质心建立的圆弧的半径R，车头和挂车的夹角θ。L1为车头的质心到铰接点处的长度，L2为挂车质心到铰接点处长度。示意图描述如图7所示，.

推导过程如下：

在倒车轨迹上选择车头质心点A的参考目标点P1，以及挂车质心点B的参考目标点P2。根据A点和P1点在倒车坐标系下的坐标值计算横向误差e₁、航向角误差e₂。同理得到B点和P2点在倒车坐标系下的横向误差e₃、航向角误差e₄。根据P2点的曲率信息和初始状态计算的半径R计算曲率误差e_ρ，e_ρ＝ρ_P2-1/R。示意图如图8所示：

根据所述第二参考点的曲率信息和初始状态计算的半径，计算曲率误差；根据所述横向位置误差信息和航向角误差信息，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令，包括：以使所述车头和挂车的横向位置误差、航向角误差、和所述曲率误差为零，所述带挂卡车从初始位置变化到目标位置为目标，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令。

具体地，根据以上误差设计横向方向盘控制算法PI计算方向盘控制量，使得以上五个误差收敛到0。带挂卡车从姿态AB倒车变化到P1P2，跟踪倒车轨迹目标。PI控制算法设计思路如下：

式中

控制系统的稳定性分析，已有很成熟的方法，本文不做阐述。

在另一个实施例中，基于所述前轮驱动的倒车动力学模型和所述铰接角度信息，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息，包括：在倒车轨迹上选择车头质心点的第一参考目标点，基于所述前轮驱动的倒车动力学模型，根据所述车头质心和第一参考点在倒车坐标系下的坐标值计算横向位置误差和航向角误差；根据所述挂车与车头铰接角度，当前车辆在倒车坐标系下的车头质心坐标，车头的质心到铰接点处的长度，挂车质心到铰接点处长度参数，计算得到挂车质心的坐标；根据挂车质心坐标在倒车轨迹上选择挂车质心点的第二参考目标点，根据第一参考目标点和第二参考目标点的航向角信息计算目标铰接角度信息；根据所述目标铰接角度信息和实际铰接角度信息，计算铰接角误差。一种的带挂卡车姿态AB和目标姿态P1P2，考虑将前轮质心点 A控制到倒车轨迹点P1，同时考虑挂车与车头铰接角度和倒车轨迹目标点P1P2 的航向角度差。示意图图9所示。

当A点和P1点的横向位置误差和航向角误差等于0，实现车头良好控制到目标轨迹点。若铰接角误差同样满足为0，即可实现挂车控制到目标轨迹点P2。车头AP1的横向位置误差为e₁、航向角误差e₂，铰接角误差e_θ，

根据所述横向位置误差信息和航向角误差信息，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令，包括：以所述铰接角误差、车头质心到第一目标位置的横向位置误差和航向角误差为零为目标，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令。

根据以上误差设计横向方向盘控制算法PI计算方向盘控制量，使得以上三个误差收敛到0。带挂卡车从姿态AB倒车变化到P1P2，跟踪倒车轨迹目标。PI 控制算法设计思路如下：

式中

应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图10所示，提供了一种自动倒车控制装置，包括：

目标轨迹获取模块1002，用于获取根据车辆位置和倒车位位置生成的车辆在倒车坐标系下的倒车目标轨迹信息；其中，以车辆质心位置为中心点，以倒车的后轮速度方向为正方向建立倒车坐标系。

目标行驶轨迹点确定模块1004，用于根据所述倒车目标轨迹信息实时计算倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率，根据所述倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率与车辆实际曲率，得到所述倒车坐标系下的目标行驶轨迹点；

误差计算模块1006，用于根据所述倒车坐标系下的所述目标行驶轨迹点的误差信息；

倒车控制模块1008，用于根据所述误差信息进行倒车控制。

上述自动倒车控制装置，以倒车的后轮速度方向为正方向建立倒车坐标系，获取车辆在倒车坐标系下的倒车目标轨迹信息，能够避免使用倒车可行驶区域位置信息进行坐标转换带来的误差，根据倒车目标行驶轨迹实时计算一定范围内最大曲率变化的数据点位置，根据该目标位置与车辆的误差值进行倒车控制，可实现控制系统的提前控制功能，弥补系统延迟等原因导致误差的累积，提升倒车尤其是泊车位控制精准度。该方法提高了自动倒车控制的精度。

在另一个实施例中，目标轨迹获取模块，用于获取地图信息和车辆位置信息；根据地图信息获取倒车位的位置信息，根据所述倒车位的位置信息，生成倒车位的目标点位置信息；根据所述车辆位置信息和所述倒车位目标点位置信息，拟合出倒车坐标下系下的倒车目标轨迹信息。

在另一个实施例中，目标行驶轨迹点确定模块，包括：

判断模块，用于根据所述倒车目标轨迹信息，判断车身质心位置距离倒车轨迹终点是否大于预设距离。

曲率获取模块，用于在所述判断模块的判断结果为是时，遍历车辆位置到预设距离长度范围内的轨迹点的曲率数据，得到倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率。

差值获取模块，用于获取倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率与车辆实际曲率的绝对差值。

选择模块，用于选择绝对差值最大的轨迹数据点，得到所述倒车坐标系下的目标行驶轨迹点。

在另一个实施例中，误差计算模块，包括：

动力学模型，用于基于所述倒车坐标系和倒车时前轮转向驱动的车辆模型，建立前轮驱动的倒车动力学模型；

第一误差计算模块，用于根据所述前轮驱动的倒车动力学模型，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息；

第二误差计算模块，用于计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的纵向位置误差和速度误差。

在另一个实施例中，倒车控制模块，包括：

横向控制指令获取模块，用于根据所述横向位置误差信息和航向角误差信息，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令；

纵向控制指令获取模块，用于根据倒车时车辆与所述目标行驶轨迹点的纵向位置误差、速度误差以及加速度数据，计算控制车辆倒车的纵向行驶控制指令；

倒车模块，用于根据所述横向方向盘控制指令和所述纵向行驶控制指令进行倒车控制，当车辆实际位置与目标位置的距离在误差范围内，且速度为0时，完成倒车。

在另一个实施例中，倒车模块，用于将所述横向方向盘控制指令转换为车辆底盘可识别的方向盘转向和转动百分比，控制车辆横向动作；将所述纵向行驶控制指令转换为车辆底盘电子踏板可识别的气节门或刹车信息，控制车辆纵向动作。

在另一个实施例中，倒车模块，还用于当倒车且车辆未启动时，启动倒车起步横向控制；计算目标方向盘角度与实际方向盘角度差值的绝对值；根据所述绝对值与目标方向盘角度的比值计算气节门权重系统，所述权重系数用于控制气节门的开度进而控制倒时车车辆速度；当所述车辆速度达到一定值，或方向盘差值小于一定值时，退出倒车起步控制。

在另一个实施例中，所述车辆包括带挂卡车；所述倒车坐标系以所述带挂卡车车头质心为中心，以车头后轮行驶方向为正方向。

自动倒车控制装置还包括：

铰接信息获取模块，用于获取所述带挂卡车的挂车与车头的铰接角度信息。

第一误差计算模块，用于基于所述前轮驱动的倒车动力学模型和所述铰接角度信息，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息。

在另一个实施例中，第一误差计算模块，用于根据所述挂车与车头的铰接角度信息，当前车辆在倒车坐标系下的车头质心的坐标、车头的质心到铰接点处的长度、挂车质心到铰接点处长度，计算得到挂车质心的坐标，以及以挂车质心建立的圆弧的半径；基于所述前轮驱动的倒车动力学模型，在倒车轨迹上选择车头质心点的第一参考目标点，根据所述车头质心和第一参考点在倒车坐标系下的坐标值，计算车头的横向位置误差和航向角误差；基于所述前轮驱动的倒车动力学模型，在倒车轨迹上选择挂车质心点的第二参考目标点，根据所述挂车质心点和第二参考点在倒车坐标系下的坐标值，计算挂车的横向位置误差和航向角误差；根据所述第二参考点的曲率信息和初始状态计算的半径，计算曲率误差。

横向控制指令获取模块，用于以使所述车头和挂车的横向位置误差、航向角误差、和所述曲率误差为零，所述带挂卡车从初始位置变化到目标位置为目标，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令。

在另一个实施例中，第一误差计算模块，用于在倒车轨迹上选择车头质心点的第一参考目标点，基于所述前轮驱动的倒车动力学模型，根据所述车头质心和第一参考点在倒车坐标系下的坐标值计算横向位置误差和航向角误差；根据所述挂车与车头铰接角度，当前车辆在倒车坐标系下的车头质心坐标，车头的质心到铰接点处的长度，挂车质心到铰接点处长度参数，计算得到挂车质心的坐标；根据挂车质心坐标在倒车轨迹上选择挂车质心点的第二参考目标点，根据第一参考目标点和第二参考目标点的航向角信息计算目标铰接角度信息；根据所述目标铰接角度信息和实际铰接角度信息，计算铰接角误差。

横向控制指令获取模块，用于以所述铰接角误差、车头质心到第一目标位置的横向位置误差和航向角误差为零为目标，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令。

关于自动倒车控制装置的具体限定可以参见上文中对于自动倒车控制方法的限定，在此不再赘述。上述自动倒车控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于车辆中的处理器中，也可以以软件形式存储于车辆中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种车辆，其内部结构图可以如图11所示。该车辆包括通过系统总线连接的车辆控制器、激光雷达、摄像头、雷达感应器和存储器。其中，该车辆控制器用于提供计算和控制能力。该车辆的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该车辆的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种自动倒车控制方法。

本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的车辆的限定，具体的车辆可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种车辆，包括车辆控制器，以及与所述车辆控制器连接的激光雷达、摄像头、雷达感应器和存储器，存储器中存储有计算机程序，该车辆控制器执行计算机程序时实现上述各实施例方法的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各实施例方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种自动倒车控制方法，所述方法包括：

根据所述误差信息进行倒车控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取根据车辆位置和倒车位位置生成的车辆在倒车坐标系下的倒车目标轨迹信息，包括：

获取地图信息和车辆位置信息；

根据地图信息获取倒车位的位置信息，

根据所述倒车位的位置信息，生成倒车位的目标点位置信息；

根据所述车辆位置信息和所述倒车位目标点位置信息，拟合出倒车坐标下系下的倒车目标轨迹信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述倒车目标轨迹信息实时计算倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率，根据所述倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率与车辆实际曲率，得到所述倒车坐标系下的目标行驶轨迹点

根据所述倒车目标轨迹信息，判断车身质心位置距离倒车轨迹终点是否大于预设距离；

若是，则遍历车辆位置到预设距离长度范围内的轨迹点的曲率数据，得到倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率；

获取倒车目标轨迹范围内轨迹点的曲率与车辆实际曲率的绝对差值；

选择绝对差值最大的轨迹数据点，得到所述倒车坐标系下的目标行驶轨迹点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述倒车坐标系下的所述目标行驶轨迹点，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的误差信息，包括：

基于所述倒车坐标系和倒车时前轮转向驱动的车辆模型，建立前轮驱动的倒车动力学模型；

根据所述前轮驱动的倒车动力学模型，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息；

计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的纵向位置误差和速度误差。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述误差信息进行倒车控制，包括：

根据所述横向位置误差信息和航向角误差信息，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令；

根据倒车时车辆与所述目标行驶轨迹点的纵向位置误差、速度误差以及加速度数据，计算控制车辆倒车的纵向行驶控制指令；

根据所述横向方向盘控制指令和所述纵向行驶控制指令进行倒车控制；

当车辆实际位置与目标位置的距离在误差范围内，且速度为0时，完成倒车。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述横向方向盘控制指令和所述纵向行驶控制指令进行倒车控制，包括：

将所述横向方向盘控制指令转换为车辆底盘可识别的方向盘转向和转动百分比，控制车辆横向动作；

将所述纵向行驶控制指令转换为车辆底盘电子踏板可识别的气节门或刹车信息，控制车辆纵向动作。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述纵向行驶控制指令转换为车辆底盘电子踏板可识别的气节门或刹车信息，控制车辆纵向动作之前，包括：

当倒车且车辆未启动时，启动倒车起步横向控制；

计算目标方向盘角度与实际方向盘角度差值的绝对值；

根据所述绝对值与目标方向盘角度的比值计算气节门权重系统，所述权重系数用于控制气节门的开度进而控制倒时车车辆速度；

当所述车辆速度达到一定值，或方向盘差值小于一定值时，退出倒车起步控制。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述车辆包括带挂卡车；所述倒车坐标系以所述带挂卡车车头质心为中心，以车头后轮行驶方向为正方向；

所述方法还包括：

获取所述带挂卡车的挂车与车头的铰接角度信息；

根据所述前轮驱动的倒车动力学模型，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息，包括：

基于所述前轮驱动的倒车动力学模型和所述铰接角度信息，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，基于所述前轮驱动的倒车动力学模型和所述铰接角度信息，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息，包括：

根据所述挂车与车头的铰接角度信息，当前车辆在倒车坐标系下的车头质心的坐标、车头的质心到铰接点处的长度、挂车质心到铰接点处长度，计算得到挂车质心的坐标，以及以挂车质心建立的圆弧的半径；

基于所述前轮驱动的倒车动力学模型，在倒车轨迹上选择车头质心点的第一参考目标点，根据所述车头质心和第一参考点在倒车坐标系下的坐标值，计算车头的横向位置误差和航向角误差；

基于所述前轮驱动的倒车动力学模型，在倒车轨迹上选择挂车质心点的第二参考目标点，根据所述挂车质心点和第二参考点在倒车坐标系下的坐标值，计算挂车的横向位置误差和航向角误差；

根据所述第二参考点的曲率信息和初始状态计算的半径，计算曲率误差；

根据所述横向位置误差信息和航向角误差信息，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令，包括：

以使所述车头和挂车的横向位置误差、航向角误差、和所述曲率误差为零，所述带挂卡车从初始位置变化到目标位置为目标，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，基于所述前轮驱动的倒车动力学模型和所述铰接角度信息，计算倒车时车辆与目标行驶轨迹点的横向位置误差信息和航向角误差信息，包括：

在倒车轨迹上选择车头质心点的第一参考目标点，基于所述前轮驱动的倒车动力学模型，根据所述车头质心和第一参考点在倒车坐标系下的坐标值计算横向位置误差和航向角误差；

根据所述挂车与车头铰接角度，当前车辆在倒车坐标系下的车头质心坐标，车头的质心到铰接点处的长度，挂车质心到铰接点处长度参数，计算得到挂车质心的坐标；根据挂车质心坐标在倒车轨迹上选择挂车质心点的第二参考目标点，根据第一参考目标点和第二参考目标点的航向角信息计算目标铰接角度信息；

根据所述目标铰接角度信息和实际铰接角度信息，计算铰接角误差；

以所述铰接角误差、车头质心到第一目标位置的横向位置误差和航向角误差为零为目标，计算横向方向盘控制量，得到横向方向盘控制指令。

11.一种自动倒车控制装置，其特征在于，所述装置包括：

倒车控制模块，用于根据所述误差信息进行倒车控制。

12.一种车辆，包括车辆控制器，以及与所述车辆控制器连接的激光雷达、摄像头、雷达感应器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述车辆控制器执行所述计算机程序时实现权利要求1至10中任一项所述方法的步骤。

13.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10中任一项所述方法的步骤。