CN115973273A - 车道居中控制方法、电子设备、存储介质及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动驾驶技术领域，具体提供一种车道居中控制方法、电子设备、存储介质及车辆，旨在解决现有的车道居中控制系统主要通过前馈模块和反馈模块对车辆进行控制从而导致在高动态工况下的控制误差较大的技术问题。为此目的，本发明的车道居中控制方法包括：获取车辆状态信息和环境感知信息；基于车辆状态信息确定动态转角指令控制值；基于环境感知信息分别确定前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值；基于动态转角指令控制值、前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值对车辆的执行器进行控制。如此，减小了控制误差，提高了控制精度，保证了车辆的稳定性和安全性。

Description

车道居中控制方法、电子设备、存储介质及车辆

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域，具体提供一种车道居中控制方法、电子设备、存储介质及车辆。

背景技术

目前，汽车越来越往智能化的方向发展，自动驾驶技术正逐渐兴起。自动驾驶技术能够控制车辆的速度和转向，不仅能够把驾驶员从开车的劳累中解脱出来，还能够减少或消除由于人的因素导致的交通事故，使汽车更加安全。

车道居中控制系统能够控制车辆自动沿车道居中行驶，是自动驾驶技术的一个重要组成部分。

现有的车道居中控制系统的方向盘转角指令一般由两部分构成：前馈部分和反馈部分。其中前馈部分和目标路径的曲率有关，反馈部分和车辆相对目标路径的位置偏差有关。现有的车道居中控制系统一般只适用于较平稳的驾驶工况，当道路曲率过大，或路面过于湿滑时，普通车道居中控制系统的控制误差就会很大，导致车辆滑出车道。

相应地，本领域需要一种新的车道居中控制方案来解决上述问题。

发明内容

为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决上述技术问题。本发明提供了一种车道居中控制方法、电子设备、存储介质及车辆。

在第一方面，本发明提供一种车道居中控制方法，所述方法包括：获取车辆状态信息和环境感知信息；基于所述车辆状态信息确定动态转角指令控制值，其中所述动态转角指令控制值用于提高车辆在动态工况下的循迹性能；基于所述环境感知信息分别确定前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值；基于所述动态转角指令控制值、所述前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值对所述车辆的执行器进行控制。

在一个实施方式中，所述基于所述车辆状态信息确定动态转角指令控制值，包括：基于所述车辆状态信息分别确定第一方向盘转角指令控制值和第二方向盘转角指令控制值；基于所述第一方向盘转角指令控制值和第二方向盘转角指令控制值之和确定所述动态转角指令控制值。

在一个实施方式中，所述基于所述车辆状态信息确定第一方向盘转角指令控制值，包括：基于所述车辆状态信息确定所述车辆的质心侧偏角；基于所述质心侧偏角确定所述第一方向盘转角指令控制值。

在一个实施方式中，所述基于所述车辆状态信息确定所述车辆的质心侧偏角，包括：判断定位系统和惯性导航仪是否正常工作；若是，基于所述车辆状态信息拟合所述车辆的运动轨迹，其中所述车辆状态信息包括所述定位系统采集的定位信息和所述惯性导航仪采集的IMU信息；基于所述运动轨迹确定所述车辆的运动方向；基于所述车辆的运动方向确定所述车辆的质心侧偏角；若否，基于所述车辆状态信息确定所述车辆的质心侧偏角，其中所述车辆状态信息包括所述车辆的轮速和方向盘转角。

在一个实施方式中，所述基于所述质心侧偏角确定所述第一方向盘转角指令控制值，包括：基于所述质心侧偏角和质心侧偏角系数的乘积确定所述第一方向盘转角指令控制值。

在一个实施方式中，所述车辆状态信息还包括车辆的横摆角速度；所述基于所述车辆状态信息确定第二方向盘转角指令控制值包括：基于所述车辆的横摆角速度和横摆角速度系数的乘积确定所述第二方向盘转角指令控制值。

在一个实施方式中，所述执行器包括电动助力转向系统；所述基于所述动态转角指令控制值、所述前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值对所述车辆的执行器进行控制，包括：基于所述动态转角指令控制值、所述前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值之和对所述电动助力转向系统的转角进行控制。

在第二方面，提供一种电子设备，该电子设备包括至少一个处理器和至少一个存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行前述任一项所述的车道居中控制方法。

在第三方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行前述任一项所述的车道居中控制方法。

在第四方面，提供一种车辆，所述车辆包括前述的电子设备。

本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

本发明中的车道居中控制方法，获取车辆状态信息和环境感知信息；基于车辆状态信息确定动态转角指令控制值；基于环境感知信息分别确定前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值；基于动态转角指令控制值、前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值对车辆的执行器进行控制。如此，将基于车辆状态信息确定动态转角指令控制值与基于环境感知信息分别确定的前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值结合起来共同控制执行器，相比于现有的车道居中控制系统，本发明能够减小控制误差，相比于仅考虑了高动态工况所提供的方案(仅根据车辆状态信息而不是结合环境感知信息进行控制)，能够进一步提高控制精度，确保了车辆的稳定性和安全性。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的车道居中控制方法的主要步骤流程示意图；

图2是一个实施例中确定质心侧偏角的流程示意图；

图3是一个实施例中质心侧偏角系数与车速之间的关系示意图；

图4是一个实施例中横摆角速度系数与车速之间的关系示意图；

图5是一个实施例中车道居中控制方法的完整流程示意图；

图6是一个实施例中电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、图像处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。

目前传统的车道居中控制系统的方向盘转角指令一般由两部分构成：前馈部分和反馈部分。其中前馈部分和目标路径的曲率有关，反馈部分和车辆相对目标路径的位置偏差有关。现有的车道居中控制系统一般只适用于较平稳的驾驶工况，如普通高速公路工况。当道路曲率过大，或路面过于湿滑时，普通车道居中控制系统的控制误差就会很大，导致车辆滑出车道。

为此，本申请提出了一种车道居中控制方法、电子设备、存储介质及车辆，获取车辆状态信息和环境感知信息；基于车辆状态信息确定动态转角指令控制值；基于环境感知信息分别确定前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值；基于动态转角指令控制值、前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值对车辆的执行器进行控制。如此，将基于车辆状态信息确定动态转角指令控制值与基于环境感知信息分别确定的前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值结合起来共同控制执行器，减小了控制误差，提供了控制精度，保证了车辆的稳定性和安全性。

参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的车道居中控制方法的主要步骤流程示意图。

如图1所示，本发明实施例中的车道居中控制方法主要包括下列步骤S101-步骤S104。

步骤S101：获取车辆状态信息和环境感知信息。

在一个实施例中，在定位系统和惯性导航仪正常工作的情况下，所述车辆状态信息包括定位系统采集的定位信息和惯性导航仪(IMU)采集的IMU信息。在定位系统和惯性导航仪无法正常工作的情况下，所述车辆状态信息包括车辆的轮速和方向盘转角。

在一个实施例中，环境感知信息至少包括车道中心线的横向位置偏差、航向角偏差和道路曲率半径等，但不限于此。

步骤S102：基于所述车辆状态信息确定动态转角指令控制值，其中所述动态转角指令控制值用于提高车辆在动态工况下的循迹性能。

在一个具体实施方式中，所述基于所述车辆状态信息确定动态转角指令控制值的过程具体可以由下述步骤S1021-步骤S1022实现。

步骤S1021：基于所述车辆状态信息分别确定第一方向盘转角指令控制值和第二方向盘转角指令控制值。

具体来说，第一方向盘转角指令控制值用于减小质心侧偏角，其能够补偿质心侧偏角对车辆循迹性能的影响。第二方向盘转角指令控制值用于提高车辆在弯道内的循迹性能，其能够补偿车辆的不足转向特性对车辆循迹性能的影响。

在一个具体实施方式中，所述基于所述车辆状态信息确定第一方向盘转角指令控制值，包括：基于所述车辆状态信息确定所述车辆的质心侧偏角；基于所述质心侧偏角确定所述第一方向盘转角指令控制值。

在一个具体实施方式中，所述基于所述车辆状态信息确定所述车辆的质心侧偏角，包括：判断定位系统和惯性导航仪是否正常工作；若是，基于所述车辆状态信息拟合所述车辆的运动轨迹，其中所述车辆状态信息包括所述定位系统采集的定位信息和所述惯性导航仪采集的IMU信息；基于所述运动轨迹确定所述车辆的运动方向；基于所述车辆的运动方向确定所述车辆的质心侧偏角；若否，基于所述车辆状态信息确定所述车辆的质心侧偏角，其中所述车辆状态信息包括所述车辆的轮速和方向盘转角。

具体来说，当定位系统和惯性导航仪能够正常工作的情况下，可以通过定位系统采集的定位信息和所述惯性导航仪采集的IMU信息确定质心侧偏角。在一个实施例中，具体如图2所示，首先根据定位信息和IMU信息，拟合出车辆的运动轨迹，接着对所述车辆的运动轨迹进行求导，得到车辆当前运动方向，进而由车辆运动方向减去车辆纵轴方向，得到质心侧偏角。

在一个实施例中，以长方形车辆为例，以长方形的两条短边的中点连线作为车辆y轴(纵轴)方向，以垂直于地面方向为z轴方向以及以垂直于y轴和z轴所在平面且满足右手定则的方向为x轴方向。

当定位系统和惯性导航仪无法正常工作的情况下，基于所述车辆的轮速和方向盘转角确定所述车辆的质心侧偏角。具体地，在一个实施例中，通过下述公式计算质心侧偏角：

其中，beta为质心侧偏角，V为车辆的轮速，α为方向盘转角，k为稳定性因数，是表征车辆稳定响应的一个重要参数，其计算公式如下：

其中，m为整车质量，l为比例系数，l_f为质心至前轴距，l_r为质心至后轴距，k_r为后轮侧偏刚度，k_f为前轮侧偏刚度。

在一个具体实施方式中，所述基于所述质心侧偏角确定所述第一方向盘转角指令控制值，包括：基于所述质心侧偏角和质心侧偏角系数的乘积确定所述第一方向盘转角指令控制值。

在一个实施例中，将质心侧偏角与质心侧偏角系数的乘积作为所述第一方向盘转角指令控制值，具体计算公式如下式所示：

StrReq_beta＝k1*beta

其中，StrReq_beta为第一方向盘转角指令控制值，k1为质心侧偏角系数，beta为质心侧偏角。

在一个实施例中，质心侧偏角系数k1与车速的对应关系具体如图3所示，但不限于此。

在一个具体实施方式中，所述车辆状态信息还包括车辆的横摆角速度；所述基于所述车辆状态信息确定第二方向盘转角指令控制值包括：基于所述车辆的横摆角速度和横摆角速度系数的乘积确定所述第二方向盘转角指令控制值。

在一个实施例中，将车辆的横摆角速度与横摆角速度系数的乘积作为所述第二方向盘转角指令控制值，具体计算公式如下式所示：

StrReq_yawrate＝k2*yawrate

其中，StrReq_yawrate为第二方向盘转角指令控制值，k2为横摆角速度系数，yawrate为车辆的横摆角速度。

在一个实施例中，横摆角速度系数k2与车速的对应关系具体如图4所示，但不限于此。

步骤S1022：基于所述第一方向盘转角指令控制值和第二方向盘转角指令控制值之和确定所述动态转角指令控制值。

具体来说，在一个实施例中，将所述第一方向盘转角指令控制值和第二方向盘转角指令控制值之和作为所述动态转角指令控制值，其中动态转角指令控制值StrReq_dyne的具体计算公式如下所示：

StrReq_dyne＝StrReq_beta+StrReq_yawrate

具体地，第一方向盘转角指令控制值StrReq_beta和第二方向盘转角指令控制值SetReq_yawrate相加得到动态转角指令控制值StrReq_dyne，用于提高车辆在高动态工况下的循迹性能。在一个实施例中，急转弯可以作为所述高动态工况的一个示例，但不限于此。

步骤S103：基于所述环境感知信息分别确定前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值。

在一个实施例中，反馈方向盘转角指令控制值的计算公式如下式：

其中，StrReq_feedback为反馈方向盘转角指令控制值，a₁和a₂均为可调参数，θ_e为航向角偏差，d_e为横向位置偏差，v为车速。

在一个实施例中，前馈方向盘转角指令控制值的计算公式如下式：

其中，StrReq_feedforward为前馈方向盘转角指令控制值，a₁和a₂均为比例系数，L为车辆轴距，R为道路曲率半径，v为车速。

步骤S104：基于所述动态转角指令控制值、所述前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值对所述车辆的执行器进行控制。

在一个具体实施方式中，所述执行器包括电动助力转向系统；所述基于所述动态转角指令控制值、所述前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值对所述车辆的执行器进行控制，包括：基于所述动态转角指令控制值、所述前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值之和对所述电动助力转向系统的转角进行控制。

具体来说，可以先确定所述动态转角指令控制值StrReq_dyne、所述前馈方向盘转角指令控制值StrReq_feedforward和反馈方向盘转角指令控制值StrReq_feedback三者之和StrReq，进而将StrReq发送至电动助力转向系统，电动助力转向系统获取到转角指令控制值之和StrReq后，将转向轴转动至对应的位置。

基于上述步骤S101-步骤S104，获取车辆状态信息和环境感知信息；基于车辆状态信息确定动态转角指令控制值；基于环境感知信息分别确定前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值；基于动态转角指令控制值、前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值对车辆的执行器进行控制。如此，将基于车辆状态信息确定动态转角指令控制值与基于环境感知信息分别确定的前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值结合起来共同控制执行器，减小了控制误差，提高了控制精度，确保了车辆的稳定性和安全性。

在一个实施例中，具体如图5所示，具体由车道居中单元分别计算动态转角指令控制值StrReq_dyne、前馈方向盘转角指令控制值StrReq_feedforward和反馈方向盘转角指令控制值StrReq_feedback，进而通过三者之和StrReq控制执行器。

需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时(并行)执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。

本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也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计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读存储介质不包括电载波信号和电信信号。

进一步，本发明还提供了一种电子设备。在根据本发明的一个电子设备实施例中，具体如图6所示，电子设备包括至少一个处理器61和至少一个存储装置62，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的车道居中控制方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储装置中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的车道居中控制方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。

在本发明实施例中电子设备可以是包括各种设备形成的控制装置设备。在一些可能的实施方式中，电子设备可以包括多个存储装置和多个处理器。而执行上述方法实施例的车道居中控制方法的程序可以被分割成多段子程序，每段子程序分别可以由处理器加载并运行以执行上述方法实施例的车道居中控制方法的不同步骤。具体地，每段子程序可以分别存储在不同的存储装置中，每个处理器可以被配置成用于执行一个或多个存储装置中的程序，以共同实现上述方法实施例的车道居中控制方法，即每个处理器分别执行上述方法实施例的车道居中控制方法的不同步骤，来共同实现上述方法实施例的车道居中控制方法。

上述多个处理器可以是部署于同一个设备上的处理器，例如上述电子设备可以是由多个处理器组成的高性能设备，上述多个处理器可以是该高性能设备上配置的处理器。此外，上述多个处理器也可以是部署于不同设备上的处理器，例如上述电子设备可以是服务器集群，上述多个处理器可以是服务器集群中不同服务器上的处理器。

进一步，本发明还提供了一种计算机可读存储介质。在根据本发明的一个计算机可读存储介质实施例中，计算机可读存储介质可以被配置成存储执行上述方法实施例的车道居中控制方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述车道居中控制方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机可读存储介质可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中计算机可读存储介质是非暂时性的计算机可读存储介质。

进一步，本发明还提供了一种车辆，所述车辆包括前述实施例的电子设备。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车道居中控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取车辆状态信息和环境感知信息；

基于所述车辆状态信息确定动态转角指令控制值，其中所述动态转角指令控制值用于提高车辆在动态工况下的循迹性能；

基于所述环境感知信息分别确定前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值；

基于所述动态转角指令控制值、所述前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值对所述车辆的执行器进行控制。

2.根据权利要求1所述的车道居中控制方法，其特征在于，所述基于所述车辆状态信息确定动态转角指令控制值，包括：

基于所述车辆状态信息分别确定第一方向盘转角指令控制值和第二方向盘转角指令控制值；

基于所述第一方向盘转角指令控制值和第二方向盘转角指令控制值之和确定所述动态转角指令控制值。

3.根据权利要求2所述的车道居中控制方法，其特征在于，所述基于所述车辆状态信息确定第一方向盘转角指令控制值，包括：

基于所述车辆状态信息确定所述车辆的质心侧偏角；

基于所述质心侧偏角确定所述第一方向盘转角指令控制值。

4.根据权利要求3所述的车道居中控制方法，其特征在于，所述基于所述车辆状态信息确定所述车辆的质心侧偏角，包括：

判断定位系统和惯性导航仪是否正常工作；

若是，基于所述车辆状态信息拟合所述车辆的运动轨迹，其中所述车辆状态信息包括所述定位系统采集的定位信息和所述惯性导航仪采集的IMU信息；

基于所述运动轨迹确定所述车辆的运动方向；

基于所述车辆的运动方向确定所述车辆的质心侧偏角；

若否，基于所述车辆状态信息确定所述车辆的质心侧偏角，其中所述车辆状态信息包括所述车辆的轮速和方向盘转角。

5.根据权利要求3或4所述的车道居中控制方法，其特征在于，所述基于所述质心侧偏角确定所述第一方向盘转角指令控制值，包括：基于所述质心侧偏角和质心侧偏角系数的乘积确定所述第一方向盘转角指令控制值。

6.根据权利要求2-4中任意一项所述的车道居中控制方法，其特征在于，所述车辆状态信息还包括车辆的横摆角速度；

所述基于所述车辆状态信息确定第二方向盘转角指令控制值包括：基于所述车辆的横摆角速度和横摆角速度系数的乘积确定所述第二方向盘转角指令控制值。

7.根据权利要求1所述的车道居中控制方法，其特征在于，所述执行器包括电动助力转向系统；所述基于所述动态转角指令控制值、所述前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值对所述车辆的执行器进行控制，包括：基于所述动态转角指令控制值、所述前馈方向盘转角指令控制值和反馈方向盘转角指令控制值之和对所述电动助力转向系统的转角进行控制。

8.一种电子设备，包括至少一个处理器和至少一个存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行权利要求1至7中任一项所述的车道居中控制方法。

9.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行权利要求1至7中任一项所述的车道居中控制方法。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求8所述的电子设备。

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