CN115167469A - 一种路径跟踪控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路径跟踪控制方法及装置，涉及车辆自动控制技术领域，主要目的在于实现提升汽车横向控制的鲁棒性。本发明主要的技术方案为：获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率；基于所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度；根据所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶。本发明用于车辆路径跟踪。
Description
技术领域
本发明涉及车辆自动控制技术领域，尤其涉及一种路径跟踪控制方法及装置。
背景技术
车辆路径跟踪问题作为智能驾驶车辆运动控制研究的核心技术，它反映的是一种使无人驾驶车辆平稳、精确地沿着预定的期望轨迹行驶的能力。汽车的横向运动是一个强非线性系统，存在与纵向运动、轮胎、荷载存在着很强的耦合效应，导致汽车的横向控制性较差。
目前，采用基于动力学LQR控制方法去解决上述汽车横向控制性较差的问题，虽然该方法可以解决一些简单工况下的横向控制问题，但是该方法依赖精准的车辆动力学参数，控制鲁棒性不足，无法应对更为复杂的驾驶工况。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种路径跟踪控制及装置，主要目的是为了实现提升汽车横向控制的鲁棒性。
为解决上述技术问题，本发明提出以下方案：
第一方面，本发明提供一种路径跟踪控制方法，所述方法包括：
获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率；
基于所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度；
根据所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶。
优选地，所述基于所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度，包括：
根据车速和所述预瞄距离处的曲率计算所述目标车辆的前馈横摆角速度；
基于所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过预设算法得到所述目标车辆的反馈横摆角速度；
根据所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度计算所述目标车辆的目标横摆角速度。
优选地，所述基于所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过预设算法得到所述目标车辆的反馈横摆角速度，包括：
根据所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过车辆动力学方程得到第一矩阵；
将所述第一矩阵的状态变量进行离散化，得到离散化的状态变量；
基于所述离散化的状态变量，将所述第一矩阵转换成第二矩阵；
通过增量式控制表达式获取新的状态变量，且将所述新的状态变量加入所述第二矩阵，得到第三矩阵；
基于所述第三矩阵，通过求解黎卡提方程，得到目标向量；
根据所述目标向量和所述预瞄距离计算所述目标车辆的反馈横摆角速度。
优选地，所述根据所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度计算所述目标车辆的目标横摆角速度，包括：
将所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度相加计算得到所述目标车辆的目标横摆角速度。
优选地，在所述获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率之前，所述方法包括：
获取所述目标车辆的预设预瞄时间和车速，所述预设预瞄时间根据感知系统和执行系统的延迟时间确定；
根据所述预设预瞄时间和所述车速计算预瞄距离。
优选地，所述获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率，包括：
基于预瞄距离和瞬时转动圆周半径，通过预测轨迹函数得到预测位置数值；
基于预瞄距离，通过控制轨迹函数得到控制位置数值；
根据所述预测位置数值和控制位置数值计算所述横向位置偏差，且将所述横向位置偏差进行累加计算，得到所述横向位置偏差累积量；
基于预瞄距离，通过航向角函数得到所述航向角偏差，且将所述航向角偏差进行累加计算，得到所述航向角偏差累积量；
基于所述预瞄距离，通过曲率函数得到所述预瞄距离处的曲率。
优选地，在所述根据所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶之前，所述方法包括：
获取预设查询表，所述预设查询表至少包括车速、转弯半径和方向盘转向灵敏度；
基于所述车速和所述转弯半径，通过所述预设查询表得到对应的所述方向盘转向灵敏度。
第二方面，本发明提供一种路径跟踪控制装置，所述装置包括：
第一获取单元，用于获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率；
第一计算单元，用于基于所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度；
第二计算单元，用于根据所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶。
优选地，所述第一计算单元，包括：
第一计算模块，用于根据车速和所述预瞄距离处的曲率计算所述目标车辆的前馈横摆角速度；
第二计算模块，用于基于所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过预设算法得到所述目标车辆的反馈横摆角速度；
第三计算模块，用于根据所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度计算所述目标车辆的目标横摆角速度。
优选地，所述第二计算模块，包括：
第一计算子模块，用于根据所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过车辆动力学方程得到第一矩阵；
离散子模块，用于将所述第一矩阵的状态变量进行离散化，得到离散化的状态变量；
第一转换子模块，用于基于所述离散化的状态变量，将所述第一矩阵转换成第二矩阵；
第二转换子模块，用于通过增量式控制表达式获取新的状态变量，且将所述新的状态变量加入所述第二矩阵，得到第三矩阵；
第二计算子模块，用于基于所述第三矩阵，通过求解黎卡提方程，得到目标向量；
第三计算子模块，用于根据所述目标向量和所述预瞄距离计算所述目标车辆的反馈横摆角速度。
优选地，所述第三计算模块，包括：
还用于将所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度相加计算得到所述目标车辆的目标横摆角速度。
优选地，所述装置包括：
第二获取单元，用于获取所述目标车辆的预设预瞄时间和车速，所述预设预瞄时间根据感知系统和执行系统的延迟时间确定；
第三计算单元，用于根据所述预设预瞄时间和所述车速计算预瞄距离。
优选地，所述第一获取单元，包括：
第一计算模块，用于基于预瞄距离和瞬时转动圆周半径，通过预测轨迹函数得到预测位置数值；
第二计算模块，用于基于预瞄距离，通过控制轨迹函数得到控制位置数值；
第三计算模块，用于根据所述预测位置数值和控制位置数值计算所述横向位置偏差，且将所述横向位置偏差进行累加计算，得到所述横向位置偏差累积量；
第四计算模块，用于基于预瞄距离，通过航向角函数得到所述航向角偏差，且将所述航向角偏差进行累加计算，得到所述航向角偏差累积量；
第五计算模块，用于基于所述预瞄距离，通过曲率函数得到所述预瞄距离处的曲率。
优选地，所述装置包括：
第三获取单元，用于获取预设查询表，所述预设查询表至少包括车速、转弯半径和方向盘转向灵敏度；
查询单元，用于基于所述车速和所述转弯半径，通过所述预设查询表得到对应的所述方向盘转向灵敏度。
为了实现上述目的，根据本发明的第三方面，提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述第一方面所述路径跟踪控制方法。
为了实现上述目的，根据本发明的第四方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述用于路径跟踪控制装置的全部或部分步骤。
借由上述技术方案，本发明提供的路径跟踪控制方法及装置，是由于目前采用的基于动力学LQR控制方法依赖精准的车辆动力学参数，控制鲁棒性不足，无法应对更为复杂的驾驶工况。为此，本发明通过获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率；基于所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度；根据所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶。本发明通过采用横向偏差和航向偏差的累加量，提升了横向控制的稳定性和精确性，再对转向灵敏度参数进行标定，提升了汽车横向控制的鲁棒性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种路径跟踪控制方法流程图；
图2示出了本发明实施例提供的另一种路径跟踪控制方法流程图；
图3示出了本发明实施例提供的一种路径跟踪控制装置的组成框图；
图4示出了本发明实施例提供的另一种路径跟踪控制装置的组成框图；
图5示出了本发明实施例提供的另一种路径跟踪控制的几何示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
对于目前基于动力学LQR控制方法去解决上述汽车横向控制性较差的问题，虽然该方法可以解决一些简单工况下的横向控制问题，但是该方法依赖精准的车辆动力学参数，控制鲁棒性不足，无法应对更为复杂的驾驶工况。针对此问题，发明人想到通过采用横向偏差和航向偏差的累加量，提升了横向控制的稳定性和精确性，再对转向灵敏度参数进行标定，提升了汽车横向控制的鲁棒性。
为此，本发明实施例提供了一种路径跟踪控制方法，通过该方法实现提升汽车横向控制的鲁棒性，其具体执行步骤如图1所示，包括：
101、获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率。
其中，目标车辆通过地盘获取功能使能信号、车速、车辆当前横摆角速度；目标车辆通过感知模块和规划模块获取规划轨迹的三次多项式系数，基于所述系统可以生成所述规划行驶路径。基于所述规划行驶路径和目标车辆的实际运行路径计算横向位置偏差和航向角偏差，进而获得当前横向位置偏差和历史横向位置偏差以及当前航向角偏差和历史航向角偏差；基于所述前横向位置偏差和所述历史横向位置偏差进行累积计算，得到横向位置偏差累积量；同理，基于所述当前航向角偏差和所述历史航向角偏差进行累积计算，得到航向角位置偏差累积量。获取预瞄距离，基于所述预瞄距离通过现有的曲率公式得到所述预瞄距离处的曲率。
102、基于预瞄距离处的曲率、横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量，通过预设模型得到目标车辆的目标横摆角速度。
基于所述预瞄距离处的曲率计算求得前馈横摆角速度，计算方法为现有技术，具体计算方式本步骤不做具体限定；再将横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量作为LOR状态方程的状态变量计算得到反馈横摆角速度；再根据前馈横摆角速度和反馈横摆角速度计算得到所述目标车辆的目标横摆角速度，具体计算方式本步骤不做具体限定。
103、根据目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算目标车辆的方向盘转角度，根据方向盘转角度控制目标车辆行驶。
其中，所述方向盘转向灵敏度与目标横摆角速度成正比，与所述方向盘转角度成反比。根据方向盘转角度可以控制目标车辆行驶。
基于上述图1实施例的实现方式可以看出，本发明提供一种路径跟踪控制方法，是由于目前采用的基于动力学LQR控制方法依赖精准的车辆动力学参数，控制鲁棒性不足，无法应对更为复杂的驾驶工况。为此，本发明通过获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率；基于所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度；根据所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶。本发明通过采用横向偏差和航向偏差的累加量，提升了横向控制的稳定性和精确性，再对转向灵敏度参数进行标定，提升了汽车横向控制的鲁棒性。
进一步的，作为对图1所示实施例的细化及扩展，本发明实施例还提供了另一种路径跟踪控制方法，如图2所示，其具体步骤如下：
201、获取目标车辆的预设预瞄时间和车速。
其中，所述预设预瞄时间根据感知系统和执行系统的延迟时间确定，所述感知系统的延迟时间和所述执行系统的延迟时间都很难精确获取，以实车调试为主。所述车速是指目标车辆的线速度，是通过目标车辆的地盘获知的。
202、根据预设预瞄时间和车速计算预瞄距离。
根据步骤201可得所述预设预瞄时间和所述车速，预瞄距离＝预瞄时间*速度(即x0＝v·t0)，其中，x0表示预瞄距离；v表示车速；t0表示预瞄时间。例如：所述预设预瞄时间为5秒，所述车速为80km/h，将所述车速进行单位换算v＝80km/h≈22m/s，所述预瞄距离为5×22＝＝110m。
203、获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率。
本步骤结合上述方法中101步骤的描述，在此相同的内容不赘述。
根据步骤202可知所述预瞄距离，基于预瞄距离和瞬时转动圆周半径，通过预测轨迹函数得到预测位置数值，其中，所述瞬时转动圆周半径是目标车辆转弯时自动产生的数据，获取该数据的方式本发明不做具体限定；基于预瞄距离，通过控制轨迹函数得到控制位置数值；根据所述预测位置数值和控制位置数值计算所述横向位置偏差，且将所述横向位置偏差进行累加计算，得到所述横向位置偏差累积量；基于预瞄距离，通过航向角函数得到所述航向角偏差，且将所述航向角偏差进行累加计算，得到所述航向角偏差累积量；基于所述预瞄距离，通过曲率函数得到所述预瞄距离处的曲率。
其中，所述预测轨迹函数为
其中，R表示瞬时转动圆周半径；L表示目标车辆的当前位置与预瞄时间对应预测位置之间的距离，即为两点之间的弦长；x0表示预瞄距离；yA表示为预测位置数值；
其中，所述控制轨迹函数为yB＝A0+A1x+A2x2+A3x3，其中，系数“A0、A1、A2、A3”是通过目标车辆的规划模块获取而来；yB表示为控制位置数值。所述航向角函数是基于所述控制轨迹函数为yB＝A0+A1x+A2x2+A3x3的一阶导数，即为yB'＝A1+2A2x+3A3x2，所述yB'表示为航向角偏差。
其中，所述横向位置偏差的计算公式为ey＝yA-yB，所述ey表示横向位置偏差；yA表示预测位置数值；yB表示为控制位置数值。
举例说明：如图5所示，其中，A点为预瞄时间目标车辆的预测位置；B点为预瞄距离处的控制轨迹上的点；O点为目车辆当前位置，O’为目标车辆的瞬时转动中心。根据弦切角定义和性质，弦切角∠AOC＝1/2∠AO’O；计算出目标车辆的预测位置A点和控制轨迹上的B点两点之间的偏差量，包括横向位置偏差公式ey＝yA-yB；航向角偏差公式ephi＝phiA-phiB＝αA-αB；
(1)根据正弦定理
由
得到l＝2Rsinα ①
(2)根据几何关系
由yA＝lsinα得到
联立①②，得
(3)已知控制轨迹曲线函数yB＝A0+A1x+A2x2+A3x3(后轴中心为原点)，将预瞄距离x0代入即可得yB；
(4)根据目标车辆的车身定位设备获取αA；
(5)已知航向角函数yB’＝A1+2A2x+3A3x2，将预瞄距离x0代入即可得αB；
(6)将上述求得的yA和yB代入“横向位置偏差公式ey＝yA-yB”，即可求得横向距离偏差；将上述求得的αA和αB代入“航向角偏差公式ephi＝phiA-phiB＝αA-αB”即可求得航向角偏差。
204、基于预瞄距离处的曲率、横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量，通过预设模型得到目标车辆的目标横摆角速度。
本步骤结合上述方法中102步骤的描述，在此相同的内容不赘述。
根据步骤203可得目标车辆的车速和预瞄距离处的曲率；根据车速和所述预瞄距离处的曲率计算所述目标车辆的前馈横摆角速度；基于所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过预设算法得到所述目标车辆的反馈横摆角速度；根据所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度计算所述目标车辆的目标横摆角速度。其中，所述基于所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过预设算法得到所述目标车辆的反馈横摆角速，包括：根据所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过车辆动力学方程得到第一矩阵；将所述第一矩阵的状态变量进行离散化，得到离散化的状态变量；基于所述离散化的状态变量，将所述第一矩阵转换成第二矩阵；通过增量式控制表达式获取新的状态变量，且将所述新的状态变量加入所述第二矩阵，得到第三矩阵；基于所述第三矩阵，通过求解黎卡提方程，得到目标向量；根据所述目标向量和所述预瞄距离计算所述目标车辆的反馈横摆角速度。其中，所述根据所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度计算所述目标车辆的目标横摆角速度，包括：将所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度相加计算得到所述目标车辆的目标横摆角速度。
举例说明：
1、所述目标车辆的前馈横摆角速度的公式为Wff＝v/R＝v·K预瞄，式中K预瞄表示为预瞄距离处的曲率值，Wff表示为前馈横摆角速度，v表示为目标车辆的车速，R为瞬时转动圆周半径。
2、所述目标车辆的反馈横摆角速度的计算步骤如下所示：
(1)LQR反馈状态方程以车辆运动学方程为基础
转换成第一矩阵形式如下，
(2)离散化
以上LQR反馈状态方程组转换成第二矩阵，如下
(3)采用增量式控制表达式，即Δu(k)＝u(k)-u(k-1)，令u(k-1)为新的状态变量，带入上式
x4(k+1)＝x4(k)+Ts·u(k-1)+Ts·Δu(k)
u(k)＝u(k-1)+Δu(k)
表达成LQR反馈状态方程为：
其中，
4)设置状态量和控制量的权重，得到Q，R矩阵；其中，所述权重以实车调参获取；
5)通过求解黎卡提方程，得到K向量，
6)求得所述目标车辆的反馈横摆角速度uk＝-K·x，其中，uK表示为反馈横摆角速度。
3、将所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度相加计算得到所述目标车辆的目标横摆角速度：u＝-K·x+v·K预瞄，其中，u表示为目标横摆角速度。
205、根据目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算目标车辆的方向盘转角度，根据方向盘转角度控制目标车辆行驶。
本步骤结合上述方法中103步骤的描述，在此相同的内容不赘述。
在根据所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶之前，所述方法包括：获取预设查询表，所述预设查询表至少包括车速、转弯半径和方向盘转向灵敏度；基于所述车速和所述转弯半径，通过所述预设查询表得到对应的所述方向盘转向灵敏度。
举例说明：
根据动力学模型，方向盘转向灵敏度f为横摆角速度ωr与前轮转角δ之比，即为f＝ωr/δ，其比值的计算公式为
其中，ωr为横摆角速度，v为目标车辆的车速，δ为前轮转角，m为质量，L为轴距，a为质心到前轴的距离，b为质心到后轴的距离，k1为前轴侧偏刚度，k2为后轴侧偏刚度。
由于a，b，k1和k2等量随着车辆垂直载荷变化、道路条件的变化而发生变化，采用一个固定值会使得计算出来的方向盘转角不准确，导致控制鲁棒性下降。而本发明将横摆角速度转换成方向盘转角是利用车辆在等速圆周运动下进入稳态运动，方向盘转向灵敏度理论上保持不变；通过记录不同车速、不同方向盘转角测试工况数据，可以得到一个车速、转弯半径和转向灵敏度三维表格，通过输入量为车速和转弯半径查询该表格得到输出量为方向盘转向灵敏度f；根据步骤204可得为ωr横摆角速度＝目标横摆角速度；根据所述方向盘转向灵敏度的计算公式可知前轮转角δ＝ωr/f，由于目标车辆的方向盘转角度等于前轮转角，因此得到所述目标车辆的方向盘转角度为ωr/f。
进一步的，在本发明的另一优选实施例中，还可以通过串级PID控制器，设计横向位置偏差环、航向偏差环和横摆角速度环可以实现同等的效果。
基于上述图2的实现方式可以看出，本发明提供一种路径跟踪控制方法，根据车速和所述预瞄距离处的曲率计算所述目标车辆的前馈横摆角速度；获取所述目标车辆的预设预瞄时间和车速，所述预设预瞄时间根据感知系统和执行系统的延迟时间确定；根据所述预设预瞄时间和所述车速计算预瞄距离；再获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率；基于所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度；根据所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶。本发明对感知系统和执行系统的延迟时间对车辆位姿进行估算，考虑了横向偏差和航向偏差的累加量，提升了横向控制的稳定性和精确性。同时考虑了车辆特性，对方向盘转向灵敏度参数进行标定，进一步提升了横向控制的鲁棒性。
进一步的，作为对上述图1所示方法的实现，本发明实施例还提供了一种路径跟踪控制装置，用于对上述图1所示的方法进行实现。该装置实施例与前述方法实施例对应，为便于阅读，本装置实施例不再对前述方法实施例中的细节内容进行逐一赘述，但应当明确，本实施例中的装置能够对应实现前述方法实施例中的全部内容。如图3所示，该装置包括：
第一获取单元31，用于获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率；
第一计算单元32，用于基于从所述第一获取单元31得到的所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度；
第二计算单元33，用于根据从所述第一计算单元32得到的所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶。
进一步的，作为对上述图2所示方法的实现，本发明实施例还提供了另一种路径跟踪控制装置，用于对上述图2所示的方法进行实现。该装置实施例与前述方法实施例对应，为便于阅读，本装置实施例不再对前述方法实施例中的细节内容进行逐一赘述，但应当明确，本实施例中的装置能够对应实现前述方法实施例中的全部内容。如图4所示，该装置包括：
第一获取单元31，用于获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及从所述第三计算单元35得到的预瞄距离处的曲率；
第一计算单元32，用于基于从所述第一获取单元31得到的所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度；
第二计算单元33，用于根据从所述第一计算单元32得到的所述目标横摆角速度和从所述查询单元37得到的方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶；
第二获取单元34，用于获取所述目标车辆的预设预瞄时间和车速，所述预设预瞄时间根据感知系统和执行系统的延迟时间确定；
第三计算单元35，用于根据从所述第二获取单元34得到的所述预设预瞄时间和所述车速计算预瞄距离；
第三获取单元36，用于获取预设查询表，所述预设查询表至少包括车速、转弯半径和方向盘转向灵敏度；
查询单元37，用于基于从所述第三获取单元36得到的所述车速和所述转弯半径，通过所述预设查询表得到对应的所述方向盘转向灵敏度。
进一步的，所述第一计算单元32，包括：
第一计算模块321，用于根据车速和所述预瞄距离处的曲率计算所述目标车辆的前馈横摆角速度；
第二计算模块322，用于基于所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过预设算法得到所述目标车辆的反馈横摆角速度；
第三计算模块323，用于根据从所述第一计算模块321得到的所述前馈横摆角速度和从所述第二计算模块322得到的所述反馈横摆角速度计算所述目标车辆的目标横摆角速度。
进一步的，所述第二计算模块322，包括：
第一计算子模块3221，用于根据所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过车辆动力学方程得到第一矩阵；
离散子模块3222，用于将从所述第一计算子模块3221得到的所述第一矩阵的状态变量进行离散化，得到离散化的状态变量；
第一转换子模块3223，用于基于从所述离散子模块3222得到的所述离散化的状态变量，将所述第一矩阵转换成第二矩阵；
第二转换子模块3224，用于通过增量式控制表达式获取新的状态变量，且将所述新的状态变量加入从所述第一转换子模块3223得到的所述第二矩阵，得到第三矩阵；
第二计算子模块3225，用于基于从所述第二转换子模块3224得到的所述第三矩阵，通过求解黎卡提方程，得到目标向量；
第三计算子模块3226，用于根据从所述第二计算子模块3225得到的所述目标向量和所述预瞄距离计算所述目标车辆的反馈横摆角速度。
进一步的，所述第三计算模块323，包括：
还用于将所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度相加计算得到所述目标车辆的目标横摆角速度。
进一步的，所述第一获取单元31，包括：
第一计算模块311，用于基于预瞄距离和瞬时转动圆周半径，通过预测轨迹函数得到预测位置数值；
第二计算模块312，用于基于预瞄距离，通过控制轨迹函数得到控制位置数值；
第三计算模块313，用于根据从所述第一计算模块311得到的所述预测位置数值和从所述第二计算模块312得到的控制位置数值计算所述横向位置偏差，且将所述横向位置偏差进行累加计算，得到所述横向位置偏差累积量；
第四计算模块314，用于基于预瞄距离，通过航向角函数得到所述航向角偏差，且将所述航向角偏差进行累加计算，得到所述航向角偏差累积量；
第五计算模块315，用于基于所述预瞄距离，通过曲率函数得到所述预瞄距离处的曲率。
进一步的，本发明实施例还提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述图1-2中所述的路径跟踪控制方法。
进一步的，本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述图1-2中所述的路径跟踪控制方法。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
可以理解的是，上述方法及装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
此外，存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，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、商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、商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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种路径跟踪控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率；
基于所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度；
根据所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度，包括：
根据车速和所述预瞄距离处的曲率计算所述目标车辆的前馈横摆角速度；
基于所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过预设算法得到所述目标车辆的反馈横摆角速度；
根据所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度计算所述目标车辆的目标横摆角速度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过预设算法得到所述目标车辆的反馈横摆角速度，包括：
根据所述横向位置偏差累积量和所述航向偏差累积量，通过车辆动力学方程得到第一矩阵；
将所述第一矩阵的状态变量进行离散化，得到离散化的状态变量；
基于所述离散化的状态变量，将所述第一矩阵转换成第二矩阵；
通过增量式控制表达式获取新的状态变量，且将所述新的状态变量加入所述第二矩阵，得到第三矩阵；
基于所述第三矩阵，通过求解黎卡提方程，得到目标向量；
根据所述目标向量和所述预瞄距离计算所述目标车辆的反馈横摆角速度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度计算所述目标车辆的目标横摆角速度，包括：
将所述前馈横摆角速度和所述反馈横摆角速度相加计算得到所述目标车辆的目标横摆角速度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率之前，所述方法包括：
获取所述目标车辆的预设预瞄时间和车速，所述预设预瞄时间根据感知系统和执行系统的延迟时间确定；
根据所述预设预瞄时间和所述车速计算预瞄距离。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率，包括：
基于预瞄距离和瞬时转动圆周半径，通过预测轨迹函数得到预测位置数值；
基于预瞄距离，通过控制轨迹函数得到控制位置数值；
根据所述预测位置数值和控制位置数值计算所述横向位置偏差，且将所述横向位置偏差进行累加计算，得到所述横向位置偏差累积量；
基于预瞄距离，通过航向角函数得到所述航向角偏差，且将所述航向角偏差进行累加计算，得到所述航向角偏差累积量；
基于所述预瞄距离，通过曲率函数得到所述预瞄距离处的曲率。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述根据所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶之前，所述方法包括：
获取预设查询表，所述预设查询表至少包括车速、转弯半径和方向盘转向灵敏度；
基于所述车速和所述转弯半径，通过所述预设查询表得到对应的所述方向盘转向灵敏度。
8.一种路径跟踪控制装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取目标车辆相对于规划行驶路径的横向位置偏差累积量和航向角偏差累积量以及预瞄距离处的曲率；
第一计算单元，用于基于所述预瞄距离处的曲率、所述横向位置偏差累积量和所述航向角偏差累积量，通过预设模型得到所述目标车辆的目标横摆角速度；
第二计算单元，用于根据所述目标横摆角速度和方向盘转向灵敏度计算所述目标车辆的方向盘转角度，根据所述方向盘转角度控制所述目标车辆行驶。
9.一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其特征在于，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至权利要求7中任一项所述路径跟踪控制方法。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至权利要求7中任一项所述路径跟踪控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210980002.6A CN115167469A (zh) | 2022-08-16 | 2022-08-16 | 一种路径跟踪控制方法及装置 |
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| CN202210980002.6A CN115167469A (zh) | 2022-08-16 | 2022-08-16 | 一种路径跟踪控制方法及装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116461499A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-07-21 | 合众新能源汽车股份有限公司 | 一种泊车控制方法及装置 |
| CN117519190A (zh) * | 2023-11-30 | 2024-02-06 | 上海联适导航技术股份有限公司 | 一种新的铰接车辆控制方法 |
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2022
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116461499A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-07-21 | 合众新能源汽车股份有限公司 | 一种泊车控制方法及装置 |
| CN116461499B (zh) * | 2023-03-02 | 2024-01-02 | 合众新能源汽车股份有限公司 | 一种泊车控制方法及装置 |
| CN117519190A (zh) * | 2023-11-30 | 2024-02-06 | 上海联适导航技术股份有限公司 | 一种新的铰接车辆控制方法 |
| CN117519190B (zh) * | 2023-11-30 | 2024-04-26 | 上海联适导航技术股份有限公司 | 一种新的铰接车辆控制方法 |
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