CN115489550A - 车辆调头控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种车辆调头控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质；获取预设地图中目标调头路段的车道信息；根据车道信息构建目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，其中，初始调头路径中包含多个预测行驶状态点；按照反向递推算法依序计算初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据状态关联系数配置对应的路径曲率控制量；采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据行驶状态信息及路径曲率控制量按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息；基于目标行驶状态信息，控制车辆在行驶区域内进行调头行驶。以此，无需花费大量的人力成本，根据行驶实况来自适应调整车辆的行驶路径，提高行驶路径的平滑度。

Description

车辆调头控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，具体涉及一种车辆调头控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

电子地图的导航功能可根据实际路况作出路径指示，其在车辆导航过程中起着非常大的作用，促进了车辆自动驾驶技术的发展。在车辆的自动驾驶技术的应用中，城市道路的路况和车况较为复杂，其要求自动驾驶技术在有限区域内完成车辆的相关场景的行驶作业，如车辆调头场景。相关技术在针对车辆调头场景时，主要是基于电子地图中高精度的车道中心引导线，控制车辆沿着车道中心引导线自动行驶，以使得车辆能够在城市道路中完成各种场景的自动驾驶作业。

然而，现在技术在为了实现根据电子地图中道路中心引导线来控制车辆自动驾驶，需要在电子地图的中绘制出固定的车道中心引导线，需要预先花费大量人力成本，且无法根据实际路况来自适应调整行驶路径，导致车辆在调头行驶时的路径缺乏平滑，降低乘员的体验。

发明内容

本申请实施例提供一种车辆调头控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质，无需花费大量的人力成本，且可根据实际路况来自适应调整车辆的行驶路径，提高行驶路径的平滑度。

本申请实施例提供一种车辆调头控制方法，包括：

获取预设地图中目标调头路段的车道信息；

根据所述车道信息构建所述目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，其中，所述初始调头路径中包含多个预测行驶状态点；

按照反向递推算法依序计算所述初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据所述状态关联系数配置对应的路径曲率控制量；

采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据所述行驶状态信息及路径曲率控制量按照所述初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息；

基于所述目标行驶状态信息，控制所述车辆在所述行驶区域内进行调头行驶。

相应的，本申请实施例提供一种车辆调头控制装置，包括：

获取单元，用于获取预设地图中目标调头路段的车道信息；

构建单元，用于根据所述车道信息，构建所述目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，其中，所述初始调头路径中包含多个预测行驶状态点；

配置单元，用于按照反向递推算法依序计算所述初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据所述状态关联系数配置对应的路径曲率控制量；

生成单元，用于采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据所述行驶状态信息及路径曲率控制量按照所述初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息；

控制单元，用于基于所述目标行驶状态信息，控制所述车辆在所述行驶区域内进行调头行驶。

在一些实施例中，所述生成单元，还用于：

确定所述行驶状态信息关联的路径位置、路径曲率值和行驶速度；

根据所述路径曲率控制量和所述路径曲率值计算下一时刻的目标路径曲率值；

按照所述初始调头路径对应的路径方向，根据预设的状态更新时长、所述行驶速度和目标路径曲率值计算下一时刻的目标路径位置；

根据所述目标路径位置、行驶速度和目标路径曲率值确定下一时刻的目标行驶状态信息。

在一些实施例中，所述车辆调头控制装置还包括确定单元，用于：

从所述行驶区域中获取与所述目标路径位置关联的车道边界线段，所述车道边界线段携带有边界位置属性；

确定所述目标路径位置与所述车道边界线段之间的路径位置分布关系；

则所述控制单元，用于当检测到所述路径位置分布关系与所述边界位置属性对应的车道位置匹配时，按照所述目标行驶状态信息控制所述车辆在所述行驶区域内行驶。

在一些实施例中，所述控制单元，还用于：

当检测到所述路径位置分布关系与所述边界位置属性对应的车道位置不匹配时，确定所述目标路径位置与所述车道边界线段之间的边界垂直方向；

在直角坐标系构建所述车道边界线对应的边界直线方程，并根据所述边界直线方程对应的边界约束函数；

基于所述边界约束函数，根据所述行驶状态信息和路径曲率控制量在所述边界垂直方向生成待确认行驶状态信息；

若检测到所述待确认行驶状态信息对应的路径位置与所述边界位置属性对应的车道位置不匹配，则重复执行所述根据所述行驶状态信息和路径曲率控制量在所述边界垂直方向生成待确认行驶状态信息的步骤，直至生成的待确认行驶状态信息的路径位置属于所述边界位置属性对应的车道位置内，将所述路径位置属于所述边界位置属性对应的车道位置内的待确认行驶状态信息确定为约束后的目标行驶状态信息；

按照所述约束后的目标行驶状态信息控制所述车辆在所述行驶区域内行驶。

在一些实施方式中，所述确定单元，还用于：

对所述车道边界线段进行直角坐标系的线性变换，得到边界直线方程；

确定所述目标路径位置在所述直角坐标系中的路径位置坐标；

根据所述路径位置坐标和边界直线方程在所述直接坐标系中分布，确定所述目标路径位置与所述车道边界线段之间的路径位置分布关系。

在一些实施例中，所述车道信息包括车道方向和车道边界，所述构建单元，还用于：

确定车辆在目标调头路段的初始行驶状态信息；

根据所述车道方向和所述初始行驶状态信息，构建所述车辆在所述目标调头路段中的初始调头路径；

按照所述初始调头路径和车道边界，构建所述目标调头路段的行驶区域。

在一些实施方式中，所述构建单元，还用于：

根据所述初始行驶状态信息确定所述车辆在所述目标调头路段中的初始路径位置、其中，初始调头路径中可包含多个预测行驶状态点；

从所述预设地图中选取所述目标调头路段对应的末端路径位置；

确定预设的状态更新时长，根据所述预设的状态更新时长对所述初始路径曲率值进行求导计算，得到初始曲率变化率；

按照所述目标调头路段的车道方向，根据所述初始路径位置、末端路径位置、初始路径曲率值和初始曲率变化率构建所述车辆在所述目标调头路段中的初始调头路径。

在一些实施例中，所述构建单元，还用于：

针对每一预测行驶状态点，在与所述初始调头路径的垂直方向上绘制虚拟延伸线；

根据所述车道边界信息，确定每一虚拟延伸线与车道左边界的虚拟左边界点，以及确定所述每一虚拟延伸线与车道右边界的虚拟右边界点；

将所述虚拟左边界点进行连接，得到虚拟左边界，以及，将所述虚拟右边界点进行连接，得到虚拟右边界；

根据所述虚拟左边界与所述虚拟右边界，构建所述目标调头路段的行驶区域。

此外，本申请实施例还提供一种计算机设备，包括处理器和存储器，存储器存储有计算机程序，处理器用于运行存储器内的计算机程序实现本申请实施例提供的车辆调头控制方法中的步骤。

此外，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有多条指令，指令适于处理器进行加载，以执行本申请实施例所提供的任一种车辆调头控制方法中的步骤。

此外，本申请实施例还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机指令，计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行本申请实施例所提供的任一种车辆调头控制方法中的步骤。

本申请实施例可以获取预设地图中目标调头路段的车道信息；根据车道信息构建目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，其中，初始调头路径中包含多个预测行驶状态点；按照反向递推算法依序计算初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据状态关联系数配置对应的路径曲率控制量；采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据行驶状态信息及路径曲率控制量按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息；基于目标行驶状态信息，控制车辆在行驶区域内进行调头行驶。由此可得，本方案可根据目标调头路段在地图中的路况来粗略构建初始调头路径和该目标调头路段对应的行驶区域，以及，计算初始调头路径中相邻预测行驶状态点之间的状态关联系数，以用于配置后续相邻的行驶状态信息之间的路径曲率控制量，进而，通过实时采集待控制车辆的行驶状态信息，以结合配置的路径曲率控制量和实时的行驶状态信息计算待控制车辆在下一时刻的目标行驶状态信息，实现在初始调头路径基础上对相邻时刻的路径节点之间进行行驶状态的自适应调整，并根据目标行驶状态信息对待控制车辆进行，以充分利用可行驶的路径区域进行调头，无需按照车道中心线进行行驶；以此，无需花费大量的人力成本，可充分利用可行驶的路径区域，根据实际路况来自适应调整车辆的行驶路径，提高行驶路径的平滑度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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他的附图。

图1是本申请实施例提供的车辆调头控制系统的场景示意图；

图2为本申请实施例提供的车辆调头控制方法的步骤流程示意图；

图3是本申请实施例提供的车辆调头控制方法的另一步骤流程示意图；

图4是本申请实施例提供的行驶区域的示意图；

图5是本申请实施例提供的行驶状态信息的路径位置与边界直线方程的分布关系示意图；

图6是本申请实施例提供的车辆调头控制装置的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种车辆调头控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质。本申请实施例将从车辆调头控制装置的角度进行描述，该车辆调头控制装置具体可以集成在计算机设备中，该计算机设备可以是终端设备，具体可以是运输工具上所搭载的终端设备，即车载终端；此外，终端设备还可以是其他类型的设备，例如，该终端可以是电视、智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、智能音箱、智能手表、智能穿戴设备等设备；此外，但并不局限于此。

例如，参见图1，为本申请实施例提供的车辆调头控制系统的场景示意图。该场景包括终端或服务器。

具体的，该终端可以是车载终端，用于获取预设地图中目标调头路段的车道信息；根据车道信息构建目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，其中，初始调头路径中包含多个预测行驶状态点；按照反向递推算法依序计算初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据状态关联系数配置对应的路径曲率控制量；采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据行驶状态信息及路径曲率控制量按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息；基于目标行驶状态信息，控制车辆在行驶区域内进行调头行驶。

需要说明的是，当车辆调头控制系统包括服务器时，则可建立车载终端与服务器之间的通信连接。服务器可根据预设地图构建目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，并配置路径曲率控制量；接收车载终端发送实时的行驶状态信息，以根据当前的行驶状态信息及路径曲率控制量按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息，并将目标行驶状态信息发送至车载终端。使得车载终端根据该目标行驶状态信息控制车辆在行驶区域内进行调头行驶。

以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。

在本申请实施例中，将从车辆调头控制装置的角度进行描述，以该车辆调头控制装置具体可以集成在计算机设备如终端设备或服务器中。参见图2，图2为本申请实施例提供的一种车辆调头控制方法的步骤流程示意图，以终端设备为例，该终端设备为车辆上搭载的终端，终端设备上的处理器执行车辆调头控制方法对应的程序时，该车辆调头控制方法的具体流程如下：

101、获取预设地图中目标调头路段的车道信息。

在本申请实施例中，为了使得车辆在调头行驶过程中的调头路径平滑，可先规划该调头场景中相关调头路段的初始调头路径，进而，在该初始调头路径的基础上进行根据实际行驶状态的自适应调节，以使得后续车辆在调头过程中的调头行驶路径达到平滑效果。

其中，该预设地图可以是高精度的地图，其相对常规电子地图具有精细度更高、数据维度更丰富，如精度可精确至1米甚至厘米级别，可提供超感知距离周边信息。需要说明的是，该预设地图的数据可从相关地图数据库中获取。此外，该预设地图也可以是传统的导航地图，只要可获取车道的信息即可，此处不做限定。

其中，该目标调头路段可以是车辆在调头行驶过程中所处的实时调头路段。具体的，在车辆调头行驶过程中，将车辆当前进行调头行驶所在调头车道作为目标调头路径，该目标调头路段在结构上可呈“U”形结构。

其中，该车道信息可以是当前车辆在调头路段的车道信息，其不限于包括车道方向、车道边界、车道宽度、车道长度、车道弧度等信息。

为了预先规划该调头场景中相关调头路段的初始调头路径，本申请实施例可以从预设的高精度地图中获取相关路段的车道信息，具体的，以车道信息包括调头路段的车道方向和车道边界信息为例，可根据车辆当前的定位信息从预设高精度地图中确定目标调头路段，并从预设高精度地图或该地图关联数据库中获取目标调头路段对应的车道信息，以便后续根据该获取调头路段的车道信息来构建目标调头路段的初始调头路径，以完成车辆在当前目标调头路段的初始调头路径的规划。

通过以上方式，可从预设地图中获取车辆当前所行驶在的车道路段的车道信息，如调头路段的车道信息，以便后基于获取车道信息来粗略规划目标调头路段对应的初始调头路径。

102、根据车道信息构建目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域。

本申请实施例在获取目标调头路段对应的车道信息后，可根据该车道信息来粗略构建车辆在该调头路段的初始调头路径，以作为调头路径(路线)规划的基础；进一步的，由于本申请实施例主要是在初始调头路径的基础上进行车辆行驶状态的适应性调整，因此，还需要考虑车辆行驶状态在适应性调整过程中的行驶区域问题，对此，可结合车道信息和初始行驶路径生成目标调头路段对应的行驶区域，以使得后续车辆在行驶过程中的路径能够平滑，同时，使得车辆能够在合规的车道区域内进行调头行驶，提高车辆行驶安全性。

其中，该初始调头路径可以是根据车辆在目标调头路段中起始位置的车辆状态来粗略规划的调头行驶路径，该路径所呈现的轨迹较为粗糙，可能缺乏平滑性，假若车辆直接按照该初始调头路径进行调头行驶，可能会影响车辆调头行驶时的稳定性，如出现大曲率转弯等。

其中，该行驶区域可以是目标调头路段对应的合规区域，其可结合初始行驶路径、目标调头路段的车道边界信息生成的可行驶区域，可以理解的是，车辆在该区域内行驶可确保当前调头行驶时的安全和合规。

在一些实施方式中，该车道信息包括车道方向和车道边界，可结合车辆进入目标调头路段的初始行驶状态和车道方向来生成粗略的初始调头路径，并根据初始行驶路径和车道边界信息来构建行驶区域。如，步骤102“根据车道信息构建目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域”，可以包括：

(102.1)确定车辆在目标调头路段的初始行驶状态信息。

其中，该初始行驶状态信息可以是车辆在目标调头路段的起始位置时的行驶状态信息，其不限于包括车辆在当前位置的位置信息、行驶速度、初始的路径曲率。具体的，该初始行驶状态信息可以根据车辆自身的数据确定；例如，该初始的路径曲率可以根据车辆的转向角度、行驶速度等车辆数据确定，可以理解的是，当车辆方向盘在转动时，会控制车辆轮胎按照对应的方向盘转向指标进行转动，从而使得车辆本身按照对应的转向角度进行转向行驶，该行驶过程的路径具有对应的曲率；此外，位置信息和行驶速度也可通过车辆数据确定，此处不作一一赘述。

(102.2)根据车道方向和初始行驶状态信息，构建车辆在目标调头路段中的初始调头路径。

为了规划车辆在目标调头路段中的初始调头路径，本申请实施例在得到初始行驶状态信息后，可根据初始行驶状态信息和该目标调头路段的车道方向信息来构建初始调头路径。其中，在构建初始调头路径时，可以根据按照初始行驶状态信息中起始的路径曲率、路径位置和行驶速度来依序规划每一时间点对应的车辆行驶状态信息，从而根据多个车辆行驶状态信息构建初始调头路径，即初始调头路径中包含多个预测行驶状态点。

在一些实施方式中，根据按照初始行驶状态信息中起始的路径曲率、路径位置和行驶速度来一步构建初始调头路径，其主要是以相同的曲率变化率来构建车辆在目标调头路段中的初始调头路径。例如，步骤(102.2)可以包括：根据初始行驶状态信息确定车辆在目标调头路段中的初始路径位置、初始路径曲率值和行驶速度；从预设地图中选取目标调头路段对应的末端路径位置；确定预设的状态更新时长，根据预设的状态更新时长对初始路径曲率值进行求导计算，得到初始曲率变化率；按照目标调头路段的车道方向，根据初始路径位置、末端路径位置、初始路径曲率值和初始曲率变化率构建车辆在目标调头路段中的初始调头路径。

其中，该初始路径位置为车辆在目标调头路段中起始的路径位置，其可由初始行驶状态信息确定；而末端路径位置可以是目标调头路段的末端(即调头结束的路段末端)位置，其可根据预设地图中目标调头路段的相关数据信息确定；进而，在确定目标调头路段的起始路径位置和末端路径位置后，可在目标调头路段中起始路径位置至末端路径位置之间构建初始调头路径。

其中，该预设的状态更新时长可以是车辆在自动调头行驶过程中的行驶状态更新时长，该预设的状态更新时长可以是固定的时长，如0.5秒，即每间隔0.5秒记录一次车辆在调头过程中的路径位置、路径曲率、行驶速度等，需要说明的是，在车辆调头过程中，可以保持同一行驶速度进行调头行驶，但该路径位置和路径曲率是不同的。

其中，该初始曲率变化率可以是相邻预测行驶状态点的路径曲率之间的曲率变化率。具体的，由于车辆在目标调头路段中进行调头行驶时，该调头路径是具有曲率的，且调头路径中不同的路径位置之间的曲率可以是变化，即不同时刻对应的路径曲率不同。例如，在规划的整个初始调头路径时，以不同时刻(时间点)对应一个预测行驶状态点为例，每一预测行驶状态点具有对应的预测路径曲率，相邻预测行驶状态点之间的预测曲率值可以根据相应的初始曲率变化率确定。其中，该初始曲率变化率可以由预设的状态更新时长对初始路径曲率进行求导计算得到。

进而，在得到初始路径位置、末端路径位置、初始路径曲率值和初始曲率变化率之后，即可根据初始路径位置、末端路径位置、初始路径曲率值和初始曲率变化率构建车辆在目标调头路段中的初始调头路径。其中，在构建初始调头路径时，可以同一初始曲率变化率来计算每一预测行驶状态点对应的预测路径曲率。

具体的，首先，根据预设的状态更新时长和行驶速度确定目标调头路段中的多个预测车辆状态点，以及确定目标调头路段中的多个预测行驶状态点之间的状态点序列关系，并以初始行驶状态信息作为首个预测行驶状态点的形式状态信息。进而，针对路径起始位置至末端路径位置之间的下一预测行驶状态点，根据当前预测行驶状态点的路径曲率值和求导计算得到初始曲率变化率来计算下一预测行驶状态点的路径曲率值，根据状态更新时长、行驶速度、当前预测行驶状态点的路径位置和下一预测行驶状态点的路径曲率值计算下一预测行驶状态点的路径位置，并根据下一预测行驶状态点的路径位置、路径曲率值和行驶速度确定下一预测行驶状态点的行驶状态信息，直至末端路径位置的的预测行驶状态点的行驶状态信息计算完毕。进一步的，根据每一预测行驶状态点的行驶状态信息，按照车道方向的状态点序列关系构建车辆在目标调头路段中的初始调头路径，如将每一预测行驶状态点的行驶状态信息之间按照状态点序列关系进行串接，得到初始调头路径。

另一方面，在构建初始调头路径时，还可以不同的初始曲率变化率来计算每一预测行驶状态点对应的预测路径曲率。具体的，在确定目标调头路段中的多个预测行驶状态点之间的状态点序列关系之后，以初始行驶状态信息作为首个预测行驶状态点的形式状态信息；进而，针对路径起始位置至末端路径位置之间的下一预测行驶状态点，根据当前预测行驶状态点的路径曲率值进行求导计算，根据当前预测行驶状态点的路径曲率值和求导计算得到的曲率变化率来计算下一预测行驶状态点的路径曲率值，根据状态更新时长、行驶速度、当前预测行驶状态点的路径位置和下一预测行驶状态点的路径曲率值计算下一预测行驶状态点的路径位置，并根据下一预测行驶状态点的路径位置、路径曲率值和行驶速度确定下一预测行驶状态点的行驶状态信息；按照迭代计算方式，直至末端路径位置的的预测行驶状态点的行驶状态信息计算完毕。最后，按照车道方向的状态点序列关系构建车辆在目标调头路段中的初始调头路径。

(102.3)按照初始调头路径和车道边界，构建目标调头路段的行驶区域。

为了得到车辆在目标调头路段进行调头行驶时的可行驶区域，本申请实施例在得到初始调头路径后，可以根据该初始调头路径中的每一预测行驶状态点和车道边界来构建目标调头路段的行驶区域。具体的，构建目标调头路段的行驶区域可以包括：针对每一预测行驶状态点，在与初始调头路径的垂直方向上绘制虚拟延伸线；根据车道边界信息，确定每一虚拟延伸线与车道左边界的虚拟左边界点，以及确定每一虚拟延伸线与车道右边界的虚拟右边界点；将虚拟左边界点进行连接，得到虚拟左边界，以及，将虚拟右边界点进行连接，得到虚拟右边界；根据虚拟左边界与虚拟右边界，构建目标调头路段的行驶区域。以此，使得车辆能够在合规的车道区域内进行调头行驶，确保在调头行驶时的安全和合规，提高车辆行驶安全性。

通过以上方式，可根据该车道信息来粗略构建车辆在该调头路段的初始调头路径，以作为调头路径(路线)规划的基础，同时，使得车辆后续能够在合规的车道区域内进行调头行驶，提高车辆行驶安全性。

103、按照反向递推算法依序计算初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据状态关联系数配置对应的路径曲率控制量。

本申请实施例在得到初始调头路径和行驶区域后，即可开始对车辆在目标调头路段的实时调头路径规划。其中，在实时规划调头路径时，为了使得车辆的实际调头路径能够平滑，该实际调头路径在不同时刻的行驶状态点之间的路径曲率值可以不同，因此，需要考虑实际调头行驶过程中不同时刻的行驶状态点之间的路径曲率变化率，而用于生成不同时刻的行驶状态点的路径曲率值的路径曲率变化率是不同的，以便车辆后续在调头行驶过程中能够自适应调整。

需要说明的是，在实时规划调头路径时，为了使得车辆能够尽可能跟踪初始调头路径来行驶，在确定实际调头行驶过程中不同时刻的行驶状态点之间的路径曲率变化率时，可以根据初始调头路径中相邻预测行驶状态点之间的状态关联系数来确定。具体的，车辆在调头行驶过程中，所规划每一行驶状态点的状态更新时长是预先设定的，其与初始调头路径中预测行驶状态点之间的预设状态更新时长相同，为了使得车辆能够尽可能跟踪初始调头路径进行调头行驶，可根据初始调头路径中相邻预测行驶状态点之间的状态关联系数来确定对应相邻的行驶状态节点之间的路径曲率变化率。

其中，该状态关联系数可表示初始调头路径中相邻预测行驶状态点的行驶状态参数之间的关联性，其不限于表示相邻预测行驶状态点的路径位置、路径曲率之间的关联性。在本申请实施例中，当设定车辆在调头行驶过程中的行驶速度不变时，主要根据该状态关联系数来配置车辆在实际调头行驶过程中相邻的行驶状态节点之间的曲率变化率，即实际路径节点之间的路径曲率控制量。

为了确定初始调头路径中相邻的预测行驶状态点之间的状态关联系数，可按照反向递推算法来计算。具体的，该反向递推算法为反向传播(Backward)算法，其属于计算梯度的算法，可以用于计算相关函数的导数，该反向递推过程不限于包括损失函数约束、微分、一阶求导、二阶求导等；例如，初始调头路径中包括N个预测行驶状态点，这N个预测行驶状态点按照车道方向排序为1、2、3、......、N，在利用反向递推算法计算相邻的状态关联系数时，从预测行驶状态点N(即末端路径位置的状态点)开始，计算预测行驶状态点N与预测行驶状态点“N-1”之间的状态关联系数，具体的，基于预测行驶状态点“N”的行驶状态信息(如曲率参数、位置参数等)与预测行驶状态点“N-1”的行驶状态信息，进行损失函数(costfunction)的约束，并在约束后进行微分处理，进而进行一阶求导和二阶求导得到的预测行驶状态点“N”与“N-1”之间的状态关联系数，假设为“第n-1个系数”；进而，在计算得到“第n-1个系数”后，即可反向递推计算预测行驶状态点“N-1”与“N-2”之间的状态关联系数，即“第n-2个系数”，以此类推，直至计算出预测行驶状态点“2”与“1”之间的状态关联系数，即“第1个系数”。

进一步的，在计算得到相邻路径节点之间的状态关联系数之后，即可将计算得到的状态关联系数用于实际调头路径规划中对应相邻行驶状态节点之间的状态控制量的计算，如路径曲率变化率(路径曲率控制量)的计算。例如，在实际调头路径规划中，当车辆处于目标调头路段的起始路径位置时，视为第1个行驶状态点，为了计算第2个行驶状态点对应的行驶状态信息的相关参数(如路径曲率)，需要根据前述的“第1个系数”来配置“第1个行驶状态点”与“第2个行驶状态点”之间的路径曲率变化率，可视为第一个路径曲率变化率，在车辆运动学中，该路径曲率变化率可视为路径曲率控制量，其可以理解为车辆转向的控制参数；又如，根据前述的“第2个系数”来配置“第2个行驶状态点”与“第3个行驶状态点”之间的第二个路径曲率控制量，以此类推，直至根据“第N-1个系数”来配置“第N-1个行驶状态点”与“第N个行驶状态点”之间的第N-1个路径曲率控制量，以便于后续将计算得到的路径曲率控制量用于对应的形式状态点的路径曲率计算。

通过以上方式，可根据初始调头路径中相邻预测行驶状态点之间的状态关联系数来确定相邻行驶状态点之间的路径曲率控制量，使得车辆能够尽可能跟踪初始调头路径来行驶，且后续针对不同时刻的行驶状态点，根据实际需求的路径曲率控制量来进行适应性调整，以使得车辆的实际调头路径能够达到平滑的效果。

104、采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据行驶状态信息及路径曲率控制量按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息。

在本申请实施例中，为了使得车辆在调头行驶过程中的路径能够平滑，主要是结合当前行驶状态节点的路径曲率值和路径曲率控制量来计算下一时刻的行驶状态点的路径曲率值和路径位置，以实现在调头行驶过程中的适应性调整。其中，该下一时刻的行驶状态点可理解为下一个预设的状态更新时长对应的行驶状态点，如，间隔预设的状态更新时长，根据第一个行驶状态点的行驶状态信息和对应的第一个路径曲率控制量来计算规划第二个行驶状态点的目标行驶状态信息，又如，当车辆在调头行驶过程中行驶至第二个行驶状态点时，根据第二行驶状态点的行驶状态信息和对应的第二路径曲率控制量来计算规划第三个行驶状态点的目标行驶状态信息，依序类推。

需要说明的是，在车辆的实际调头路径规划中，可实时获取车辆在当前行驶状态点的行驶状态信息，该获取方式可以是从计算规划得到的行驶状态信息记录中获取，还可以是根据车辆在当前时刻的车辆数据(如定位信息、方向盘转向系数、行驶速度等)来获取，以完成当前时刻的行驶状态信息的采集。进而，根据采集到的当前时刻的行驶状态信息结合对应的路径曲率控制量来计算下一时刻的目标行驶状态信息，以便根据目标行驶状态信息控制车辆进行调头行驶；按照迭代计算方式，直至计算规划出实际调头行驶路径中的最后一个行驶状态点的目标行驶状态信息，并控制车辆由上一个行驶状态点调头行驶至实际调头行驶路径中的最后一个行驶状态点的路径位置，以此，完成车辆在调头行驶中的路径规划和适应性调整。

在一些实施方式中，主要是按照车辆运动学约束条件，由当前时刻的行驶状态信息结合对应的路径曲率控制量来规划下一时刻的目标行驶状态信息，其不限于包括路径位置、路径曲率值和行驶速度的规划。例如，步骤104中的“根据行驶状态信息及路径曲率控制量按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息”，可以包括：(104.1)确定行驶状态信息关联的路径位置、路径曲率值和行驶速度；(104.2)根据路径曲率控制量和路径曲率值计算下一时刻的目标路径曲率值；(104.3)按照初始调头路径对应的路径方向，根据预设的状态更新时长、行驶速度和目标路径曲率值计算下一时刻的目标路径位置；(104.4)根据目标路径位置、行驶速度和目标路径曲率值确定下一时刻的目标行驶状态信息。

具体的，在规划下一时刻的目标行驶状态信息，需要符合车辆的运动学约束因素，该运动学约束条件可以理解为模型预测控制(Model Predictive Control)对应的原理因素，即考虑相邻时刻的行驶状态信息之间需要满足模型预测控制原理，以使得规划的路径能够符合车辆真实调头行驶场景的运动学。例如，在采集到车辆在当前时刻的行驶状态信息后，可确定该行驶状态信息对应的路径位置、路径曲率值和行驶速度，进而，按照当前行驶状态点与下一行驶状态点之间的状态控制量，计算下一时刻的目标行驶状态信息；示例性的，按照运动学约束，根据当前行驶状态点与下一行驶状态点之间的路径曲率控制量结合当前时刻的路径曲率值计算下一时刻的行驶状态点的目标路径曲率值，以及根据行驶速度、预设的状态更新时长、路径位置和路径曲率值来沿着车道方向计算下一时刻的目标路径位置，此外，还需要计算车辆的行驶速度，具体根据车辆在调头行驶过程中的加速度结合当前时刻的行驶速度来计算下一时刻的目标行驶速度，当加速度为零时，以当前时刻的行驶速度作为下一时刻的目标行驶速度，从而，根据目标路径位置、行驶速度和目标路径曲率值确定车辆在下一时刻的目标行驶状态信息。

通过以上方式，可基于迭代计算方式，根据实时的行驶状态信息和对应的路径曲率控制量来规划出满足运动学约束的下一时刻的目标行驶状态信息，以便后续控制车辆在调头行驶过程中进行适应性调整行驶路径，有利于车辆调头路径的平滑。

105、基于目标行驶状态信息，控制车辆在行驶区域内进行调头行驶。

为了使得车辆在调头行驶过程中的真实调头路径平滑，本申请实施例在按照迭代计算方式规划得到下一时刻的目标行驶状态信息后，可控制车辆按照规划的目标行驶状态信息进行调头行驶，实现控制车辆在调头路径中由当前时刻的行驶状态点向下一个行驶状态点前进；以此，实现在车辆调头行驶过程中进行适应性调整，使得真实的调头路径平滑，确保车辆调头行驶过程的稳定性。

需要说明的是，按照迭代规划的目标行驶状态信息，其在调头行驶过程中虽然达到平滑效果，但可能存在不符合行驶区域的要求，即可能存在目标行驶状态信息对应的路径位置位于行驶区域外。对此，本申请实施例为了提高调头行驶的安全性和合规，在控制车辆按照规划的下一时刻目标行驶状态信息进行调头行驶之前，可先确定该目标行驶状态信息对应的路径位置是否符合行驶区域的要求。

在一些实施方式中，按照迭代规划得到下一个目标行驶状态信息之后，可先确定该目标行驶状态信息是否满足行驶区域的车道属性，并在满足行驶区域的车道属性时按照该规划的目标行驶状态信息进行调头行驶，反之，若不满足行驶区域的车道属性时，则调整下一个目标行驶状态信息，以控制车辆进行调头行驶。例如，在步骤(105)之前，还可以包括：从行驶区域中获取与目标路径位置关联的车道边界线段，车道边界线段携带有边界位置属性；确定目标路径位置与车道边界线段之间的路径位置分布关系。

其中，该目标路径位置可以是规划得到的目标行驶状态信息对应的路径位置，即经过规划计算得到下一时刻的路径位置，该目标路径位置需要确认是否符合行驶区域的车道属性的需求。

其中，该车道边界线段可以是在该目标路径位置对目标调头路段的边界进行投影得到的线段，该线段具有边界位置属性，例如，线段位于行驶区域的左边时的边界位置属性为左边界属性，而线段位于行驶区域的右边时的边界位置属性为右边界属性。可以理解的是，当目标路径位置位于行驶区域中，可同时对目标调头路段的两侧车道边界进行投影，此时，可取任意一条投影得到的车道边界线段作为目标路径位置的合规性判断；当目标路径位置位于行驶区域之外，仅可对目标调头路段的其中一侧的车道边界进行投影，并将车道边界线段用于目标路径位置的合规性判断。

需要说明的是，在判断目标路径位置的合规性时，主要是根据目标路径位置与车道边界线段之间的位置关系来确定。例如，步骤“确定目标路径位置与车道边界线段之间的路径位置分布关系”，可以包括：对车道边界线段进行直角坐标系的线性变换，得到边界直线方程；确定目标路径位置在直角坐标系中的路径位置坐标；根据路径位置坐标和边界直线方程在直接坐标系中分布，确定目标路径位置与车道边界线段之间的路径位置分布关系。

具体的，在得到车道边界线段后，可针对该车道边界线段进行直角坐标系的线性变换，得到边界直线方程。进而，确定目标路径位置在同一直角坐标系中的路径位置坐标。根据路径位置坐标和边界直线方程在直角坐标系中的分布情况来确定目标路径位置与车道边界线段之间的路径位置分布关系；其中，该路径位置分布关系可以是：目标路径位置位于车道边界线段的左边，或，目标路径位置位于车道边界线段的右边。最后，基于该路径位置分布关系来判断目标路径位置是否合规；例如，以右边界属性的车道边界线段为例，当路径位置分布关系为车道边界线段位于目标路径位置的右边时，则表示目标路径位置位于行驶区域的车道内，则路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置匹配，反之，当路径位置分布关系为车道边界线段位于目标路径位置的左边时，则表示目标路径位置位于行驶区域的车道外，则路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置不匹配。

一方面，当路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置匹配时，可直接按照规划计算得到的目标行驶状态信息控制车辆进行调头行驶。则步骤105，可以包括：(105.a)当检测到路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置匹配时，按照目标行驶状态信息控制车辆在行驶区域内行驶。

另一方面，当路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置不匹配时，则需要重新规划车辆在下一个时刻的目标行驶状态信息，以便按照重新规划的目标行驶状态信息控制车辆进行调头行驶。则步骤105可以包括：(105.b.1)当检测到路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置不匹配时，确定目标路径位置与车道边界线段之间的边界垂直方向；(105.b.2)在直角坐标系构建车道边界线对应的边界直线方程，并根据边界直线方程对应的边界约束函数；(105.b.3)基于边界约束函数，根据行驶状态信息和路径曲率控制量在边界垂直方向生成待确认行驶状态信息；(105.b.4)若检测到待确认行驶状态信息对应的路径位置与边界位置属性对应的车道位置不匹配，则重复执行根据行驶状态信息和路径曲率控制量在边界垂直方向生成待确认行驶状态信息的步骤，直至生成的待确认行驶状态信息的路径位置属于边界位置属性对应的车道位置内，将路径位置属于边界位置属性对应的车道位置内的待确认行驶状态信息确定为约束后的目标行驶状态信息；(105.b.5)按照约束后的目标行驶状态信息控制车辆在行驶区域内行驶。

具体的，当检测到路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置不匹配时，可先确定当前不合规的目标路径位置相对于车道边界线段的边界垂直方向，以供后续在该边界垂直方向上生成待确认行驶状态信息。进而，针对当前的车道边界线段，在直角坐标系中构建对应的边界直线方程，并确定该边界直线方程的平方函数和该平方函数对应的求导函数，联合该平方函数和求导函数作为边界约束函数，该边界约束函数可以理解为损失函数，用于约束在边界垂直方向上迭代生成待确认行驶状态信息，以使得生成的待确认行驶状态信息的路径位置向行驶区域内靠近，直至位于行驶区域内。接着，在根据边界约束函数在边界垂直方向上生成待确认行驶状态信息后，需要确定该待确认行驶状态信息关联的路径位置与边界位置属性对应的车道位置之间是否匹配；当待确认行驶状态信息对应的路径位置与边界位置属性对应的车道位置不匹配时，需要根据边界约束函数，按照迭代方式计算出新的待确认行驶状态信息，直至生成的待确认行驶状态信息的路径位置属于边界位置属性对应的车道位置内，确定当前的待确认行驶状态信息对应的路径位置与边界位置属性对应的车道位置匹配。最后，将与边界位置属性对应的车道位置匹配的待确认行驶状态信息确定为调整后的目标行驶状态信息，并按照约束后的目标行驶状态信息控制车辆在行驶区域内行驶。

通过以上方式，可根据规划计算得到的目标行驶状态信息来控制车辆进行调头行驶，以在车辆调头行驶过程中进行适应性调整，使得真实的调头路径平滑，确保车辆调头行驶过程的稳定性，同时，确保车辆在合规的调头行驶区域内进行调头行驶，提高车辆调头行驶过程中的安全性。

通过实施本申请实施例中任意一个实施方式或实施方式组合，可实现车辆调头控制过程的应用场景。

由上可知，本申请实施例可以获取预设地图中目标调头路段的车道信息；根据车道信息构建目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，其中，初始调头路径中包含多个预测行驶状态点；按照反向递推算法依序计算初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据状态关联系数配置对应的路径曲率控制量；采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据行驶状态信息及路径曲率控制量按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息；基于目标行驶状态信息，控制车辆在行驶区域内进行调头行驶。由此可得，本方案可根据目标调头路段在地图中的路况来粗略构建初始调头路径和该目标调头路段对应的行驶区域，以及，计算初始调头路径中相邻预测行驶状态点之间的状态关联系数，以用于配置后续相邻的行驶状态信息之间的路径曲率控制量，进而，通过实时采集待控制车辆的行驶状态信息，以结合配置的路径曲率控制量和实时的行驶状态信息计算待控制车辆在下一时刻的目标行驶状态信息，实现在初始调头路径基础上对相邻时刻的路径节点之间进行行驶状态的自适应调整，并根据目标行驶状态信息对待控制车辆进行，以充分利用可行驶的路径区域进行调头，无需按照车道中心线进行行驶；以此，无需花费大量的人力成本，可充分利用可行驶的路径区域，根据实际路况来自适应调整车辆的行驶路径，提高行驶路径的平滑度。

根据上面实施例所描述的方法，以下将举例作进一步详细说明。

本申请实施例以车辆调头控制装置为例，对本申请实施例提供的车辆调头控制方法作进一步叙述。其中，图3是本申请实施例提供的车辆调头控制方法的另一步骤流程示意图，图4是本申请实施例提供的行驶区域的示意图；图5是本申请实施例提供的行驶状态信息的路径位置与边界直线方程的分布关系示意图。为了便于理解，本申请实施例结合图3-5进行描述。

在本申请实施例中，将从车辆调头控制装置的角度进行描述，该车辆调头控制装置具体可以集成在计算机设备如车载终端中。当车载终端上的处理器执行数据传输方法对应的程序指令时，该车辆调头控制方法的具体流程如下：

201、获取预设地图中目标调头路段的车道方向和车道边界，以及确定车辆在目标调头路段的初始行驶状态信息。

其中，该预设地图可以是高精度的地图，其相对常规电子地图具有精细度更高、数据维度更丰富，如精度可精确至1米甚至厘米级别，可提供超感知距离周边信息。

其中，该初始行驶状态信息可以是车辆在目标调头路段的起始位置时的行驶状态信息，其不限于包括车辆在当前位置的位置信息、行驶速度、初始的路径曲率。

202、根据车道方向和初始行驶状态信息，构建车辆在目标调头路段中的初始调头路径。

其中，该初始调头路径可以是根据车辆在目标调头路段中起始位置的车辆状态来粗略规划的调头行驶路径，该初始调头路径中包含多个预测行驶状态点。

具体的，根据预设的状态更新时长和行驶速度确定目标调头路段中的多个预测车辆状态点，以及确定目标调头路段中的多个预测行驶状态点之间的状态点序列关系，并以初始行驶状态信息作为首个预测行驶状态点的形式状态信息。进而，针对路径起始位置至末端路径位置之间的下一预测行驶状态点，根据当前预测行驶状态点的路径曲率值和求导计算得到初始曲率变化率来计算下一预测行驶状态点的路径曲率值，根据状态更新时长、行驶速度、当前预测行驶状态点的路径位置和下一预测行驶状态点的路径曲率值计算下一预测行驶状态点的路径位置，并根据下一预测行驶状态点的路径位置、路径曲率值和行驶速度确定下一预测行驶状态点的行驶状态信息；按照迭代计算方式，直至末端路径位置的的预测行驶状态点的行驶状态信息计算完毕。进一步的，根据每一预测行驶状态点的行驶状态信息，按照车道方向的状态点序列关系，将每一预测行驶状态点的行驶状态信息之间进行串接，得到初始调头路径。

203、按照初始调头路径和车道边界，构建目标调头路段的行驶区域。

其中，该行驶区域可以是目标调头路段对应的合规区域，其可结合初始行驶路径、目标调头路段的车道边界信息生成的可行驶区域，可以理解的是，车辆在该区域内行驶可确保当前调头行驶时的安全和合规。

204、按照反向递推算法依序计算初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数。

其中，该反向递推算法为反向传播(Backward)算法，其属于计算梯度的算法，可以用于计算相关函数的导数。

其中，该状态关联系数可表示初始调头路径中相邻预测行驶状态点的行驶状态参数之间的关联性，其不限于表示相邻预测行驶状态点的路径位置、路径曲率之间的关联性。

205、根据状态关联系数配置对应的路径曲率控制量。

在计算得到相邻路径节点之间的状态关联系数之后，即可将计算得到的状态关联系数用于实际调头路径规划中对应相邻行驶状态节点之间的状态控制量的计算，如路径曲率变化率(路径曲率控制量)的计算。

206、采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据行驶状态信息及路径曲率控制量按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息。

具体的，为了使得车辆在调头行驶过程中的路径能够平滑，主要是结合当前行驶状态节点的行驶状态信息(如路径曲率值和路径曲率控制量)来计算下一时刻的行驶状态点的路径曲率值和路径位置，得到下一时刻的目标行驶状态信息，以实现在调头行驶过程中的适应性调整。

207、从行驶区域中获取与目标路径位置关联的车道边界线段，并检测目标路径位置与车道边界线段之间的路径位置分布关系。

在按照迭代规划得到下一个目标行驶状态信息之后，还需要考虑车辆调头行驶过程中的安全性和合规性，即需要确保车辆在行驶过程中的路径能够平滑，同时，使得车辆能够在合规的车道区域内进行调头行驶，以提高车辆行驶安全性。

因此，在控制车辆按照规划的下一时刻目标行驶状态信息进行调头行驶之前，可先确定该目标行驶状态信息对应的路径位置是否符合行驶区域的要求。具体的，一方面，当目标行驶状态信息满足行驶区域的车道属性时，可直接按照该规划的目标行驶状态信息进行调头行驶，即执行步骤208；反之，当目标行驶状态信息不满足行驶区域的车道属性时，则重新生成该下一时刻的目标行驶状态信息，以控制车辆进行调头行驶，具体执行步骤209-210。

208、当检测到路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置匹配时，按照目标行驶状态信息控制车辆在行驶区域内行驶。

209、当检测到路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置不匹配时，确定目标路径位置与车道边界线段之间的边界垂直方向。

具体的，检测到路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置不匹配时，可先确定当前不合规的目标路径位置相对于车道边界线段的边界垂直方向，以供后续在该边界垂直方向上生成待确认行驶状态信息。

210、在边界垂直方向上重新规划边界约束后的目标行驶状态信息，并按照边界约束后的目标行驶状态信息控制车辆在行驶区域内行驶。

具体的，可针对当前的车道边界线段构建边界直线方程，并根据边界直线方程来构建边界约束函数。具体的，假设该目标行驶状态信息的路径位置处于行驶区域内时，该边界直线方程的值为正，为了构建边界约束函数，首先，可针对目标行驶状态信息的路径位置处于行驶区域外的现象，对边界直线方程做负号处理，得到负号处理后的边界直线方程，进而，以该负号处理后的边界直线方程作为边界约束要素，并通过对该边界约束要素进行平方处理构建平方函数，以及对该平方函数进行求导处理构建求导函数，最后，联合该平方函数和求导函数作为边界约束函数。

进一步的，以该边界约束函数作为边界约束条件，对边界垂直方向上生成待确认行驶状态信息的过程进行约束，经过迭代，直至生成的待确认行驶状态信息的路径位置属于边界位置属性对应的车道位置内，将该路径位置属于边界位置属性对应的车道位置内的待确认形式状态信息确定为边界约束后的目标行驶状态信息。最后，按照该边界约束后的目标行驶状态信息控制车辆在行驶区域内行驶。

为了便于对本申请实施例的理解，将以具体的应用场景实例对本申请实施例进行描述。具体的，通过执行以上步骤201-210，以及结合图4-图5，对该应用场景实例进行描述。其中，以基于自动驾驶的车辆调头控制场景为例，该车辆调头控制的应用场景实例具体如下：

在该车辆调头控制的应用场景中，主要是通过非线性优化算法，实现对自动技术中的调头行驶路径的优化，如对180度的“U”形调头路段中的调头行驶路径的优化。具体的，在路径优化过程中，考虑了车辆在道路中实际行驶的现况，针对车辆在进入目标调头路段的实际行驶状态信息，如路径位置(坐标)、路径曲率、行驶速度等因素，按照车辆运动学约束，通过计算得到的状态控制量(如曲率变化率、和/或加速度)结合实际行驶状态信息来计算下一时刻的状态点的目标行驶状态信息；需要说明的是，该计算得到的目标行驶状态信息需要满足目标调头路段的车道边界约束，即计算得到的目标行驶状态信对应的路径位置需要位于目标调头路段对应的可行驶区域内。

其中，该车辆调头控制的应用场景在流程上可以包括四个步骤，具体如下：

(1)构建初始调头路径，其可以理解为粗糙的行驶引导线。

在构建该初始调头路径时，首先，从高精度地图中获取目标调头路段的车道方向和车道边界，以及，采集车辆在进入目标调头路段中初始的行驶状态信息，如路径位置(坐标)、路径曲率、行驶速度；进而，根据行驶状态更新时长对路径曲率进行求导处理，以得到初始曲率变化值；最后，按照路径位置(坐标)、路径曲率、行驶速度、行驶状态更新时长和该初始曲率变化值依序计算每一预测行驶状态点的预测行驶状态信息，直至末端路径位置的的预测行驶状态点的行驶状态信息计算完毕，完成粗略构建该目标调头路段对应的初始调头路径。

(2)构建目标调头路段的行驶区域，该行驶区域主要是通过结合粗糙的行驶引导线和调头路段中的车道情况来构建，以此，实现在粗糙的行驶引导线的两侧进行左右边界的构建，需要说明的是，该左右边界可呈现为离散线段。结合图4，该行驶区域的构建过程如下：

(2.1)按照粗糙的行驶引导线的方向，按照预先设定的步长生成垂直于该引导线的延伸线段，该延伸线段可同时向两端延伸。此外，该粗糙的行驶引导线由多个预测行驶状态点连接构建而成，还可针对每一预测行驶状态点生成垂直于该引导线的延伸线段，此处不作限定。

(2.2)确定延伸线段与车道边界信息之间的边界交点，并根据边界交点的属性来标记左边界点或右边界点，如当边界交点位于初始调头路径的左边时为左边界点，当边界交点位于初始调头路径的右边时为右边界点。

(2.3)针对分类的左边界点和右边界点，分别依序进行连接，得到左边界和右边界，并根据左边界和右边界所围合的区域作为行驶区域。

(3)在得到初始调头路径和形式区域后，可进行非线性(CILQR)优化，以获取平滑的调头路径。

(3.1)按照反向递推算法(Backward)对初始调头路径中相邻预测行驶状态点之间的状态关联系数。具体的，该初始调头路径中包括N个预测行驶状态点，这N个预测行驶状态点按照车道方向排序为1、2、3、......、N，从预测行驶状态点N(即末端路径位置的状态点)开始，利用反向递推算法计算预测行驶状态点“N”与预测行驶状态点“N-1”之间的状态关联系数，具体的，基于预测行驶状态点“N”的行驶状态信息(如曲率参数、位置参数等)与预测行驶状态点“N-1”的行驶状态信息，进行损失函数(cost function)的约束，并在约束后进行微分处理，进而进行一阶求导和二阶求导得到的预测行驶状态点“N”与“N-1”之间的状态关联系数，假设为“第n-1个系数”；进而，在计算得到“第n-1个系数”后，继续按照反向递推算法，计算预测行驶状态点“N-1”与“N-2”之间的状态关联系数，得到“第n-2个系数”，以此类推，直至计算出预测行驶状态点“2”与预测行驶状态点“1”之间的状态关联系数，即“第1个系数”。

(3.2)根据相应的状态关联系数配置对应状态点之间的路径曲率控制量，例如，以“第1个系数”来配置用于计算“第2个行驶状态点”对应的路径曲率的路径曲率控制量，以“第2个系数”来配置用于计算“第3个行驶状态点”对应的路径曲率的路径曲率控制量，以此类推。

(3.3)采集车辆当前的行驶状态信息，该行驶状态信息包括车辆的路径位置坐标(x,y,heading)、当前行驶状态点的路径曲率(Kappa)，行驶速度v；而状态控制量可包括加速度、路径曲率控制量(D_Kappa)。

(3.4)按照初始调头路径中状态关联系数配置得到的多个路径曲率控制量，以及按照车辆运动学约束(如自行车模型约束)，通过迭代方式计算下一时刻的行驶状态点的路径位置、路径曲率、行驶速度，从而得到下一时刻的行驶状态点的目标行驶状态信息。

需要说明的是，在实际的状态信息计算过程中，可结合当前时刻的行驶状态信息和状态控制量来构建目标函数，该目标函数符合对初始调头路径的跟踪，以及车辆运动学约束条件，其可使得后续规划出来的相邻的行驶状态点之间的角度变化量、曲率变化量、曲率变化率等尽量小，从而使得路径较为平滑。其中，该目标函数可表示为“J_total＝J_state+J_control”，该“J_total”表示目标函数计算的下一时刻的目标行驶状态信息，该“J_state”表示当前时刻的行驶状态信息，该“J_control”表示状态控制量。

(4)针对目标函数计算得到的下一时刻的目标行驶状态信息，还需要满足行驶区域的车道边界约束条件。

(4.1)针对计算得到下一时刻的行驶状态点的目标行驶状态信息，确定其对应的目标路径位置，并查找该目标路径位置周围的一定范围内的边界线段，如与其对应的一个或多个可投影的边界线段，并构建每一边界直线方程，如“ax1+by1+c＝0”。

(4.2)针对下一时刻的行驶状态点的目标行驶状态信息，考虑与其对应的一个或多个边界方程之间的分布关系。

(4.3)针对分布关系为目标行驶状态信息的目标路径位置落在行驶区域边界外，以该目标路径位置的坐标作为损失值，并构建相应的边界约束函数。

例如，参见图5，以车道右边界为例，该边界直线方程的右边为不合理区域(行驶区域边界外)，当目标路径位置落在边界直线方程右侧时，表示该对应的目标行驶状态信息被规划至不合理区域，处于行驶区域边界外，则将该不合理的目标路径位置坐标的x、y代入边界直线方程，则得到“ax1+by1+c>0”，其不符合预期的规划要求；为了目标行驶状态信息的状态点位置规划至合理区域(边界直线方程的左边)，则令G(X)＝X²，X＝-ax1-by1-c，从而可满足规划的状态点位置处于合理区域内，即位于边界直线方程的左边，进而构建边界约束函数为：“F＝X²”和“dF＝2*X”,以用于对下一时刻的目标行驶状态信息的路径位置约束。

通过以上应用场景实例，可实现如下效果：无需花费大量的人力成本，通过非线性优化方式，设定合理的目标函数和可行区域，按照边界约束能够自动绕开静态边界，产生平滑的调头路径。

由上可得，本方案可根据目标调头路段在地图中的路况来粗略构建初始调头路径和该目标调头路段对应的行驶区域，以及，计算初始调头路径中相邻预测行驶状态点之间的状态关联系数，以用于配置后续相邻的行驶状态信息之间的路径曲率控制量，进而，通过实时采集待控制车辆的行驶状态信息，以结合配置的路径曲率控制量和实时的行驶状态信息计算待控制车辆在下一时刻的目标行驶状态信息，实现在初始调头路径基础上对相邻时刻的路径节点之间进行行驶状态的自适应调整，并根据目标行驶状态信息对待控制车辆进行，以充分利用可行驶的路径区域进行调头，无需按照车道中心线进行行驶；以此，无需花费大量的人力成本，可充分利用可行驶的路径区域，根据实际路况来自适应调整车辆的行驶路径，提高行驶路径的平滑度。

为了更好地实施以上方法，本申请实施例还提供一种车辆调头控制装置，该车辆调头控制装置可以集成在计算机设备，比如车载终端等计算机设备中。

例如，如图6所示，该车辆调头控制装置可以包括获取单元301、构建单元302、配置单元303、生成单元304和控制单元305。

获取单元301，用于获取预设地图中目标调头路段的车道信息；

构建单元302，用于根据车道信息，构建目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，其中，初始调头路径中包含多个预测行驶状态点；

配置单元303，用于按照反向递推算法依序计算初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据状态关联系数配置对应的路径曲率控制量；

生成单元304，用于采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据行驶状态信息及路径曲率控制量按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息；

控制单元305，用于基于目标行驶状态信息，控制车辆在行驶区域内进行调头行驶。

在一些实施例中，生成单元304，还用于：确定行驶状态信息关联的路径位置、路径曲率值和行驶速度；根据路径曲率控制量和路径曲率值计算下一时刻的目标路径曲率值；按照初始调头路径对应的路径方向，根据预设的状态更新时长、行驶速度和目标路径曲率值计算下一时刻的目标路径位置；根据目标路径位置、行驶速度和目标路径曲率值确定下一时刻的目标行驶状态信息。

在一些实施例中，车辆调头控制装置还包括确定单元，用于：从行驶区域中获取与目标路径位置关联的车道边界线段，车道边界线段携带有边界位置属性；确定目标路径位置与车道边界线段之间的路径位置分布关系；

则控制单元305，用于当检测到路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置匹配时，按照目标行驶状态信息控制车辆在行驶区域内行驶。

在一些实施例中，控制单元305，还用于：当检测到路径位置分布关系与边界位置属性对应的车道位置不匹配时，确定目标路径位置与车道边界线段之间的边界垂直方向；在直角坐标系构建车道边界线对应的边界直线方程，并根据边界直线方程对应的边界约束函数；基于边界约束函数，根据行驶状态信息和路径曲率控制量在边界垂直方向生成待确认行驶状态信息；若检测到待确认行驶状态信息对应的路径位置与边界位置属性对应的车道位置不匹配，则重复执行根据行驶状态信息和路径曲率控制量在边界垂直方向生成待确认行驶状态信息的步骤，直至生成的待确认行驶状态信息的路径位置属于边界位置属性对应的车道位置内，将路径位置属于边界位置属性对应的车道位置内的待确认行驶状态信息确定为约束后的目标行驶状态信息；按照约束后的目标行驶状态信息控制车辆在行驶区域内行驶。

在一些实施方式中，确定单元，还用于：对车道边界线段进行直角坐标系的线性变换，得到边界直线方程；确定目标路径位置在直角坐标系中的路径位置坐标；根据路径位置坐标和边界直线方程在直接坐标系中分布，确定目标路径位置与车道边界线段之间的路径位置分布关系。

在一些实施例中，车道信息包括车道方向和车道边界，构建单元302，还用于：确定车辆在目标调头路段的初始行驶状态信息；根据车道方向和初始行驶状态信息，构建车辆在目标调头路段中的初始调头路径；按照初始调头路径和车道边界，构建目标调头路段的行驶区域。

在一些实施方式中，构建单元302，还用于：根据初始行驶状态信息确定车辆在目标调头路段中的初始路径位置、其中，初始调头路径中可包含多个预测行驶状态点；从预设地图中选取目标调头路段对应的末端路径位置；确定预设的状态更新时长，根据预设的状态更新时长对初始路径曲率值进行求导计算，得到初始曲率变化率；按照目标调头路段的车道方向，根据初始路径位置、末端路径位置、初始路径曲率值和初始曲率变化率构建车辆在目标调头路段中的初始调头路径。

在一些实施例中，构建单元302，还用于：针对每一预测行驶状态点，在与初始调头路径的垂直方向上绘制虚拟延伸线；根据车道边界信息，确定每一虚拟延伸线与车道左边界的虚拟左边界点，以及确定每一虚拟延伸线与车道右边界的虚拟右边界点；将虚拟左边界点进行连接，得到虚拟左边界，以及，将虚拟右边界点进行连接，得到虚拟右边界；根据虚拟左边界与虚拟右边界，构建目标调头路段的行驶区域。

由上可知，本申请实施例可根据目标调头路段在地图中的路况来粗略构建初始调头路径和该目标调头路段对应的行驶区域，以及，计算初始调头路径中相邻预测行驶状态点之间的状态关联系数，以用于配置后续相邻的行驶状态信息之间的路径曲率控制量，进而，通过实时采集待控制车辆的行驶状态信息，以结合配置的路径曲率控制量和实时的行驶状态信息计算待控制车辆在下一时刻的目标行驶状态信息，实现在初始调头路径基础上对相邻时刻的路径节点之间进行行驶状态的自适应调整，并根据目标行驶状态信息对待控制车辆进行，以充分利用可行驶的路径区域进行调头，无需按照车道中心线进行行驶；以此，无需花费大量的人力成本，可充分利用可行驶的路径区域，根据实际路况来自适应调整车辆的行驶路径，提高行驶路径的平滑度。

以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不作赘述。

本申请实施例还提供一种计算机设备，如图7所示，其示出了本申请实施例所涉及的计算机设备的结构示意图，具体来讲：

该计算机设备可以包括一个或者一个以上处理核心的处理器401、一个或一个以上计算机可读存储介质的存储器402、电源403和输入单元404等部件。本领域技术人员可以理解，图7中示出的计算机设备结构并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中：

处理器401是该计算机设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器402内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器402内的数据，执行计算机设备的各种功能和处理数据，从而对计算机设备进行整体监控。可选的，处理器401可包括一个或多个处理核心；优选的，处理器401可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器401中。

存储器402可用于存储软件程序以及模块，处理器401通过运行存储在存储器402的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及车辆调头控制。存储器402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、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器402还可以包括存储器控制器，以提供处理器401对存储器402的访问。

计算机设备还包括给各个部件供电的电源403，优选的，电源403可以通过电源管理系统与处理器401逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源403还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。

该计算机设备还可包括输入单元404，该输入单元404可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入。

尽管未示出，计算机设备还可以包括显示单元等，在此不再赘述。具体在本实施例中，计算机设备中的处理器401会按照如下的指令，将一个或一个以上的应用程序的进程对应的可执行文件加载到存储器402中，并由处理器401来运行存储在存储器402中的应用程序，从而实现各种功能，如下：

获取预设地图中目标调头路段的车道信息；根据车道信息构建目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，其中，初始调头路径中包含多个预测行驶状态点；按照反向递推算法依序计算初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据状态关联系数配置对应的路径曲率控制量；采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据行驶状态信息及路径曲率控制量按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息；基于目标行驶状态信息，控制车辆在行驶区域内进行调头行驶。

以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不作赘述。

由以上可知，本申请实施例可根据目标调头路段在地图中的路况来粗略构建初始调头路径和该目标调头路段对应的行驶区域，以及，计算初始调头路径中相邻预测行驶状态点之间的状态关联系数，以用于配置后续相邻的行驶状态信息之间的路径曲率控制量，进而，通过实时采集待控制车辆的行驶状态信息，以结合配置的路径曲率控制量和实时的行驶状态信息计算待控制车辆在下一时刻的目标行驶状态信息，实现在初始调头路径基础上对相邻时刻的路径节点之间进行行驶状态的自适应调整，并根据目标行驶状态信息对待控制车辆进行，以充分利用可行驶的路径区域进行调头，无需按照车道中心线进行行驶；以此，无需花费大量的人力成本，可充分利用可行驶的路径区域，根据实际路况来自适应调整车辆的行驶路径，提高行驶路径的平滑度。

本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。

为此，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本申请实施例所提供的任一种车辆调头控制方法中的步骤。例如，该指令可以执行如下步骤：

获取预设地图中目标调头路段的车道信息；根据车道信息构建目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，其中，初始调头路径中包含多个预测行驶状态点；按照反向递推算法依序计算初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据状态关联系数配置对应的路径曲率控制量；采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据行驶状态信息及路径曲率控制量按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息；基于目标行驶状态信息，控制车辆在行驶区域内进行调头行驶。

以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。

其中，该计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

本申请还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述实施例中各种可选实现方式中提供的车辆调头控制方法。

由于该计算机可读存储介质中所存储的指令，可以执行本申请实施例所提供的任一种车辆调头控制方法中的步骤，因此，可以实现本申请实施例所提供的任一种车辆调头控制方法所能实现的有益效果，详见前面的实施例，在此不再赘述。

以上对本申请实施例所提供的一种车辆调头控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (11)

1.一种车辆调头控制方法，其特征在于，包括：

获取预设地图中目标调头路段的车道信息；

根据所述车道信息构建所述目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，其中，所述初始调头路径中包含多个预测行驶状态点；

按照反向递推算法依序计算所述初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据所述状态关联系数配置对应的路径曲率控制量；

采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据所述行驶状态信息及路径曲率控制量按照所述初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息；

基于所述目标行驶状态信息，控制所述车辆在所述行驶区域内进行调头行驶。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述行驶状态信息及路径曲率控制量按照所述初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息，包括：

确定所述行驶状态信息关联的路径位置、路径曲率值和行驶速度；

根据所述路径曲率控制量和所述路径曲率值计算下一时刻的目标路径曲率值；

按照所述初始调头路径对应的路径方向，根据预设的状态更新时长、所述行驶速度和目标路径曲率值计算下一时刻的目标路径位置；

根据所述目标路径位置、行驶速度和目标路径曲率值确定下一时刻的目标行驶状态信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标路径位置、行驶速度和目标路径曲率值确定下一时刻的目标行驶状态信息之后，还包括：

从所述行驶区域中获取与所述目标路径位置关联的车道边界线段，所述车道边界线段携带有边界位置属性；

确定所述目标路径位置与所述车道边界线段之间的路径位置分布关系；

则所述基于所述目标行驶状态信息，控制所述车辆在所述行驶区域内进行调头行驶，包括：

当检测到所述路径位置分布关系与所述边界位置属性对应的车道位置匹配时，按照所述目标行驶状态信息控制所述车辆在所述行驶区域内行驶。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

当检测到所述路径位置分布关系与所述边界位置属性对应的车道位置不匹配时，确定所述目标路径位置与所述车道边界线段之间的边界垂直方向；

在直角坐标系构建所述车道边界线对应的边界直线方程，并根据所述边界直线方程对应的边界约束函数；

基于所述边界约束函数，根据所述行驶状态信息和路径曲率控制量在所述边界垂直方向生成待确认行驶状态信息；

若检测到所述待确认行驶状态信息对应的路径位置与所述边界位置属性对应的车道位置不匹配，则重复执行所述根据所述行驶状态信息和路径曲率控制量在所述边界垂直方向生成待确认行驶状态信息的步骤，直至生成的待确认行驶状态信息的路径位置属于所述边界位置属性对应的车道位置内，将所述路径位置属于所述边界位置属性对应的车道位置内的待确认行驶状态信息确定为约束后的目标行驶状态信息；

按照所述约束后的目标行驶状态信息控制所述车辆在所述行驶区域内行驶。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述目标路径位置与所述车道边界线段之间的路径位置分布关系，包括：

对所述车道边界线段进行直角坐标系的线性变换，得到边界直线方程；

确定所述目标路径位置在所述直角坐标系中的路径位置坐标；

根据所述路径位置坐标和边界直线方程在所述直接坐标系中分布，确定所述目标路径位置与所述车道边界线段之间的路径位置分布关系。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车道信息包括车道方向和车道边界，所述根据所述车道信息构建所述目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，包括：

确定车辆在目标调头路段的初始行驶状态信息；

根据所述车道方向和所述初始行驶状态信息，构建所述车辆在所述目标调头路段中的初始调头路径；

按照所述初始调头路径和车道边界，构建所述目标调头路段的行驶区域。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述车道方向和所述初始行驶状态信息，构建所述车辆在所述目标调头路段中的初始调头路径，包括：

根据所述初始行驶状态信息确定所述车辆在所述目标调头路段中的初始路径位置、其中，初始调头路径中可包含多个预测行驶状态点；

从所述预设地图中选取所述目标调头路段对应的末端路径位置；

确定预设的状态更新时长，根据所述预设的状态更新时长对所述初始路径曲率值进行求导计算，得到初始曲率变化率；

按照所述目标调头路段的车道方向，根据所述初始路径位置、末端路径位置、初始路径曲率值和初始曲率变化率构建所述车辆在所述目标调头路段中的初始调头路径。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述按照所述初始调头路径及车道边界信息，构建所述目标调头路段的行驶区域，包括：

针对每一预测行驶状态点，在与所述初始调头路径的垂直方向上绘制虚拟延伸线；

根据所述车道边界信息，确定每一虚拟延伸线与车道左边界的虚拟左边界点，以及确定所述每一虚拟延伸线与车道右边界的虚拟右边界点；

将所述虚拟左边界点进行连接，得到虚拟左边界，以及，将所述虚拟右边界点进行连接，得到虚拟右边界；

根据所述虚拟左边界与所述虚拟右边界，构建所述目标调头路段的行驶区域。

9.一种车辆调头控制装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取预设地图中目标调头路段的车道信息；

构建单元，用于根据所述车道信息，构建所述目标调头路段对应的初始调头路径和行驶区域，其中，所述初始调头路径中包含多个预测行驶状态点；

配置单元，用于按照反向递推算法依序计算所述初始调头路径中相邻的两个预测行驶状态点之间的状态关联系数，并根据所述状态关联系数配置对应的路径曲率控制量；

生成单元，用于采集车辆当前时刻的行驶状态信息，并根据所述行驶状态信息及路径曲率控制量按照所述初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息；

控制单元，用于基于所述目标行驶状态信息，控制所述车辆在所述行驶区域内进行调头行驶。

10.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于运行所述存储器内的计算机程序实现权利要求1至8任一项所述的车辆调头控制方法中的步骤。

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质为计算机可读并存储有多条指令，所述指令适于处理器进行加载，以执行权利要求1至8任一项所述的车辆调头控制方法中的步骤。

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