CN116022235B - 车辆转向控制方法、装置及车辆 - Google Patents

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CN116022235B CN202310320228.8A CN202310320228A CN116022235B CN 116022235 B CN116022235 B CN 116022235B CN 202310320228 A CN202310320228 A CN 202310320228A CN 116022235 B CN116022235 B CN 116022235B
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Abstract

本发明实施例公开了车辆转向控制方法、装置及车辆。该方法包括获取车辆的当前位姿和期望路径；根据车辆的当前位姿和初始预瞄距离在期望路径上搜索出预瞄点以及与车辆距离最短的最近路径点；基于车辆的当前位姿和预瞄点计算车辆的前轮转向角的初始控制量；计算车辆的路径点横向偏差和航向角偏差；根据横向偏差和分段PI反馈确定对应的横向比例系数和累积量，以及根据航向角偏差和分段P反馈确定对应的航向角比例系数；根据横向比例系数、累积量和航向角比例系数计算车辆的前轮转向角的补偿控制量；根据初始控制量和补偿控制量确定车辆的前轮转向角的最终期望控制量，并根据最终期望控制量控制车辆进行转向。该方法提高车辆转向控制的控制精度。

Description

车辆转向控制方法、装置及车辆
技术领域
本发明实施例涉及智能车辆技术领域，尤其涉及一种车辆转向控制方法、装置及车辆。
背景技术
近年来，智能无人驾驶车辆发展迅速，逐步在矿区、港口、园区等相对封闭场景中进行商业化应用，其车辆系统涉及定位导航、环境感知、决策规划、运动控制等关键技术。其中，路径跟踪属于运动控制技术，其是指在惯性坐标系中，无人驾驶车辆从一个给定的初始状态出发，跟随和到达理想的几何路径，而车辆的初始点不一定在该路径上。为实现对车辆的横向控制，即路径跟踪，使车辆在保证乘坐舒适性的情况下沿着参考轨迹自动转向，现阶段广泛采用纯跟踪算法（Pure Pursuit），基于运动学模型进行控制，建模简单且计算高效，同时鲁棒性好，在无人车路径跟踪领域应用非常广泛。纯跟踪算法是基于自行车模型所衍生的跟踪算法，其基本思想在每个更新周期内，选取预瞄距离、预瞄点，根据预瞄点和车辆当前位姿计算横向误差，再由横向误差计算出前轮转向角，使得后轮中心沿期望路径运动。
现有的已公开技术中，文件CN113311845A公开了一种基于路径曲率的纯跟踪控制误差补偿方法及装置，提出通过车辆当前的位置，计算规划路径上与车辆当前位置距离最近的路径点；根据车辆当前的位置以及与车辆当前位置距离最近的路径点的位置计算车辆的位置误差；确定车辆当前所处的规划路径的曲率类型，所述曲率类型包括定曲率路径和变曲率路径；根据位置误差以及对应的曲率类型采用预设的补偿算法计算车辆当前位置对应的误差补偿值；根据误差补偿值对车辆进行位置补偿；
文件CN114355924A公开了一种种改进型纯跟踪路径跟踪方法，包括确定预瞄点，计算预期路径的曲率，转化为前轮等效转向角，得到每个控制周期的方向盘转角；除第一个控制周期的方向盘转角直接输出外，此后的每一个控制周期方向盘转角的采样值都与上一个控制周期实际输出值进行加权，得到有效滤波值；计算当前待处理的方向盘转角与上一控制周期输出的方向盘转角的差值，超过阈值时更新转向信号数量；只有当待转向信号数量超过预设值且待转向信号与上一个控制周期中的差值大于预设步长时，才会进行转向；
文件CN115042818A公开了基于反馈纯跟踪的智能车辆路径跟随控制方法，提出根据车辆状态和期望路径确定最近路径点，并计算反馈横向偏差；根据车速和最近路径点的曲率确定前视距离；根据车辆状态、前视距离和期望路径确定目标点，并计算前馈横向偏差；根据上述前视距离和前馈横向偏差计算前馈控制量；根据上述车速和最近路径点的曲率确定系数，并根据上述前视距离和反馈横向偏差计算反馈控制量；上述前馈控制量和反馈控制量相加，得到前轮转向角控制量；
文件CN115489594A公开了一种纯跟踪智能车路径跟随控制方法，提出根据预瞄距离、期望路径、车辆状态，计算期望前轮转向角；计算车辆与期望路径的横向偏差、航向角偏差；根据上述横向偏差、航向角偏差，计算转向角补偿；将上述期望前轮转向角、转向角补偿相加，得到前轮转向角控制量。
以上所公开的现有技术都发现了传统的纯跟踪算法所存在的不足之处：随着车辆模型复杂度的提高，求解难度和运算成本升高，采用纯跟踪算法进行车辆转向控制时，存在控制参数单一，无法灵活适用所有场景；且当车辆转向机构出现磨损，自由行程变大，转向特性发生一定改变时，难以快速消除稳态误差等问题；虽考虑了路径曲率的变化，但无法从根本上使车辆航向角与车辆在期望路径上最近点的切线方向角保持一致，控制精度无法达到预期要求。
发明内容
本发明实施例提供了车辆转向控制方法、装置及车辆，旨在解决现有技术中基于纯跟踪算法的车辆转向控制方法控制精度较差的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种车辆转向控制方法，其包括：
获取车辆的当前位姿和期望路径，所述位姿至少包括所述车辆的当前位置和姿态；
根据所述车辆的当前位姿和初始预瞄距离在所述期望路径上搜索出预瞄点，同时基于所述车辆的当前位姿在所述期望路径上搜索出与所述车辆距离最短的最近路径点；
基于所述车辆的当前位姿和所述预瞄点，根据纯跟踪算法计算所述车辆的前轮转向角的初始控制量；
计算所述车辆的当前位置和所述最近路径点的路径点横向偏差，以及计算所述车辆的车辆航向角和在所述期望路径上最近路径点的切线方向角的航向角偏差；
根据所述路径点横向偏差和分段PI反馈确定对应的横向比例系数和累积量，以及根据所述航向角偏差和分段P反馈确定对应的航向角比例系数；
根据所述横向比例系数、累积量和航向角比例系数计算所述车辆的前轮转向角的补偿控制量；
根据所述车辆的前轮转向角的初始控制量和补偿控制量确定所述车辆的前轮转向角的最终期望控制量，并根据所述最终期望控制量控制所述车辆进行转向。
第二方面，本发明实施例提供了一种车辆转向控制装置，其包括：
获取模块，用于获取车辆的当前位姿和期望路径，所述位姿至少包括所述车辆的当前位置和姿态；
搜索模块，用于根据所述车辆的当前位姿和初始预瞄距离在所述期望路径上搜索出预瞄点，同时基于所述车辆的当前位姿在所述期望路径上搜索出与所述车辆距离最短的最近路径点；
初始控制量计算模块，用于基于所述车辆的当前位姿和所述预瞄点，根据纯跟踪算法计算所述车辆的前轮转向角的初始控制量；
偏差计算模块，用于计算所述车辆的当前位置和所述最近路径点的路径点横向偏差，以及计算所述车辆的车辆航向角和在所述期望路径上最近路径点的切线方向角的航向角偏差；
分段反馈模块，用于根据所述路径点横向偏差和分段PI反馈确定对应的横向比例系数和累积量，以及根据所述航向角偏差和分段P反馈确定对应的航向角比例系数；
补偿控制量计算模块，用于根据所述横向比例系数、累积量和航向角比例系数计算所述车辆的前轮转向角的补偿控制量；
转向模块，用于根据所述车辆的前轮转向角的初始控制量和补偿控制量确定所述车辆的前轮转向角的最终期望控制量，并根据所述最终期望控制量控制所述车辆进行转向。
第三方面，本发明实施例又提供了一种车辆，其包括存储器、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车辆转向控制程序，所述处理器执行所述车辆转向控制程序时实现上述第一方面所述的车辆转向控制方法。
本发明实施例提供了一种车辆转向控制方法、装置及车辆。该方法基于车辆的当前位姿和预瞄点确定车辆的前轮转向角的初始控制量，然后引入分段PI反馈控制路径点横向偏差的横向比例系数和累积量，以及分段P反馈控制航向角偏差的航向角比例系数，基于分段PI反馈和分段P反馈确定的横向比例系数、累积量和航向角比例系数计算车辆的前轮转向角的补偿控制量，对车辆的前轮转向角控制量进行动态补偿，消除稳态误差，最终根据初始控制量和补偿控制量确定车辆的前轮转向角的最终期望控制量，增强应对不同状态的适用性，避免转向角超调，提高每一段路径的控制精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，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他的附图。
图1为本发明实施例提供的车辆转向控制方法一实施例的流程示意图；
图2为图1中步骤S120一实施例的子流程示意图；
图3为本发明实施例提供的车辆转向控制方法中纯跟踪算法的示意图；
图4为本发明实施例提供的车辆转向控制装置的示意性框图。
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和 “包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1为本发明实施例提供的车辆转向控制方法的流程示意图，该方法包括步骤S110~S170。
步骤S110、获取车辆的当前位姿和期望路径，所述位姿至少包括所述车辆的当前位置和姿态；
本实施例中，车辆实际行驶的当前位姿，包括车辆的当前位置和姿态。其中：可通过智能定位模块获取车辆当前的位置和姿态等车辆状态信息。以及，获取车辆期望的路径，该路径是车辆跟踪的对象。期望路径包括路径上所有路径点的横纵坐标及其属性，属性可以表示为道路类型、障碍物类型等。
步骤S120、根据所述车辆的当前位姿和初始预瞄距离在所述期望路径上搜索出预瞄点，同时基于所述车辆的当前位姿在所述期望路径上搜索出与所述车辆距离最短的最近路径点；
本实施例中，期望路径上的预瞄点为选取的车辆前方一定距离处的期望路径上的路径点；最近路径点为期望路径上距离车辆的当前位置最短的路径点。
如图2所示，在一实施例中，步骤S120包括：
步骤S210、根据所述车辆的当前车速和初始预瞄距离，计算得到目标预瞄距离；
步骤S220、根据所述车辆的当前位置和所述目标预瞄距离确定所述车辆的预瞄位置，计算所述预瞄位置与所述期望路径上各个路径点的距离，并根据所计算出的每一距离及预置的预瞄点筛选条件确定对应的路径点作为所述预瞄点；
步骤S230、计算所述车辆的当前位置与所述期望路径上各个路径点的距离，并从中筛选出最短的距离，将对应的路径点作为最近路径点。
本实施例中，基于车辆的当前车速和初始预瞄距离，按以下公式计算目标预瞄距离
Figure SMS_1
：
Figure SMS_2
，
其中，
Figure SMS_3
表示初始预瞄距离，/>
Figure SMS_4
表示比例系数，/>
Figure SMS_5
表示车辆的当前车速。
接着根据车辆的当前位置和目标预瞄距离，按以下公式计算车辆的预瞄位置
Figure SMS_6
：
Figure SMS_7
，
其中，
Figure SMS_8
表示车辆在大地坐标系下的坐标，/>
Figure SMS_9
表示车辆航向角。
接着，按以下公式计算预瞄位置与期望路径上各个路径点的距离
Figure SMS_10
：
Figure SMS_11
，
其中，
Figure SMS_12
表示期望路径上第/>
Figure SMS_13
个路径点的坐标；
进一步的，根据所计算出的每一距离及预置的预瞄点筛选条件确定对应的路径点作为预瞄点。其中，本实施例中，预瞄点筛选条件为：当预瞄位置与期望路径上第
Figure SMS_14
个路径点的距离满足/>
Figure SMS_15
时，则以第/>
Figure SMS_16
个路径点作为预瞄点。
最后，按以下公式计算车辆的当前位置与期望路径上各个路径点的距离，比较车辆的当前位置与所有路径点的距离，将距离车辆的当前位置最短的路径点作为最近路径点：
Figure SMS_17
，
Figure SMS_18
，
其中，
Figure SMS_19
表示车辆的当前位置与期望路径上第i/>
Figure SMS_20
个路径点的距离，min表示期望路径上与车辆当前位置距离最短的最近路径点。
步骤S130、基于所述车辆的当前位姿和所述预瞄 点，根据纯跟踪算法计算所述车辆的前轮转向角的初始控制量；
本实施例中，如图3为纯跟踪算法示意图，图中的
Figure SMS_22
表示预瞄点，/>
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表示车辆后轴中心，/>
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表示车辆的转向角，/>
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表示目标预瞄距离；/>
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表示车辆后轴中心和预瞄点连线与车辆纵轴的夹角，/>
Figure SMS_28
表示当前转角下的转向半径，/>
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表示轴距，/>
Figure SMS_21
表示坐标系x轴与车辆纵轴的夹角；其中，按以下公式计算车辆当前位置和预瞄点的预瞄点横向偏差
Figure SMS_24
：
Figure SMS_30
，
最后按以下公式计算初始控制量
Figure SMS_31
：
Figure SMS_32
。
步骤S140、计算所述车辆的当前位置和所述最近路径点的路径点横向偏差，以及计算所述车辆的车辆航向角和在所述期望路径上最近路径点的切线方向角的航向角偏差；
本实施例中，为了计算车辆的前轮转向角的补偿控制量，需先计算车辆的当前位置和最近路径点的路径点横向偏差，以及计算车辆的车辆航向角和在期望路径上最近路径点的切线方向角的航向角偏差。
在一实施例中，按以下步骤计算路径点横向偏差：先确定期望路径上与最近路径点相邻的两个路径点
Figure SMS_33
和/>
Figure SMS_34
；
接着按以下公式计算车辆的当前位置与相邻的两个路径点的距离，并从两个相邻路径点中选取距离车辆当前位置短的一个作为更近路径点，具体如下：
Figure SMS_35
其中，对于最近路径点为期望路径起点的情况，更近路径点为起点的下一个路径点；对于最近路径点为期望路径终点的情况，更近路径点为终点的上一个路径点。最后建立最近路径点和更近路径点之间的连接线，计算车辆的当前位置到连接线的距离，得到路径点横向偏差。同时，以同样的连接线作为期望路径上最近路径点的切线，计算车辆航向角与连接线的角度差，得到航向角偏差。
步骤S150、根据所述路径点横向偏差和分段PI反馈确定对应的横向比例系数和累积量，以及根据所述航向角偏差和分段P反馈确定对应的航向角比例系数；
步骤S160、根据所述横向比例系数、累积量和航向角比例系数计算所述车辆的前轮转向角的补偿控制量；
本实施例中，引入分段PI反馈控制横向偏差，根据路径点横向偏差和分段PI反馈确定对应的横向比例系数
Figure SMS_36
和累积量/>
Figure SMS_37
。
具体的，不同的路径点横向偏差有对应的比例系数，按以下公式确定横向比例系数
Figure SMS_38
：
Figure SMS_39
，
其中，
Figure SMS_40
分别表示不同的横向比例系数，/>
Figure SMS_41
且，/>
Figure SMS_42
和/>
Figure SMS_43
分别表示阈值。首先引入分段P控制，增强应对不同状态的适用性，对车辆的前轮转向角控制量进行动态补偿。
以及，按以下公式确定累积量
Figure SMS_44
：
Figure SMS_45
，
其中，
Figure SMS_47
表示第/>
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个路径点横向偏差，n+1表示路径点横向偏差的总个数，/>
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表示阈值。需要注意的是，/>
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与/>
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为不同的概念，所以当/>
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时，此时的/>
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虽也表示/>
Figure SMS_46
，但此时的仅表示第0个路径点横向偏差。进一步的，引入积分项I控制，在路径点横向偏差小于某一阈值时，令路径点横向偏差的累积量清零，快速消除稳态误差，同时能避免转向角超调，提高车辆跟踪每一段路径的控制精度。
进一步的，根据航向角偏差和分段P反馈确定对应的航向角比例系数
Figure SMS_54
，不同的航向角偏差/>
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有相对应的航向角比例系数/>
Figure SMS_56
，按以下公式确定航向角比例系数/>
Figure SMS_57
：
Figure SMS_58
，
其中，
Figure SMS_59
分别表示不同的航向角比例系数，且
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，/>
Figure SMS_61
，/>
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和/>
Figure SMS_63
表示阈值。
最后，航向角偏差分段P反馈控制的引入，根据车辆的路径点横向偏差
Figure SMS_64
和航向角偏差/>
Figure SMS_65
的不同，采用分段P控制，使车辆航向角与车辆在期望路径上最近点的切线方向角保持一致。
最后，按以下公式计算补偿控制量
Figure SMS_66
：
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，
其中，
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表示横向比例系数，/>
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表示路径点横向偏差，/>
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表示积分系数，/>
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表示累积量，/>
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表示航向角比例系数，/>
Figure SMS_73
表示航向角偏差。
需要知道的是，分段PI反馈和分段P反馈是根据比例积分微分（PID）进行的。比例积分微分（PID）表示三种纠正算法，受控变数是三种算法（比例、积分、微分）相加后的结果，即为其输出，其输入为误差值（设定值减去测量值后的结果）或是由误差值衍生的信号。其中，比例（P）代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。微分（D）在信号变化时有超前控制作用，代表将来的信息；在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程。积分（I）代表了过去积累的信息，它能消除静差，改善系统的静态特性。此三种作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，收到良好的效果。比例积分微分（PID）算法简单明了，各个控制参数较为独立，参数较少，同时形成了完整的设计和参数调整方法，很容易为工程技术人员所掌握。
步骤S170、根据所述车辆的前轮转向角的初始控制量和补偿控制量确定所述车辆的前轮转向角的最终期望控制量，并根据所述最终期望控制量控制所述车辆进行转向。
本实施例中，基于车辆的前轮转向角的初始控制量
Figure SMS_74
和补偿控制量/>
Figure SMS_75
，按以下公式计算车辆的前轮转向角的最终期望控制量/>
Figure SMS_76
：
Figure SMS_77
，
最后将最终期望控制量
Figure SMS_78
输出到车辆的底盘控制系统，由底盘控制系统根据最终期望控制量/>
Figure SMS_79
控制车辆进行转向。
该方法基于车辆的当前位姿和预瞄点确定车辆的前轮转向角的初始控制量，然后引入分段PI反馈控制路径点横向偏差的横向比例系数和累积量，以及分段P反馈控制航向角偏差的航向角比例系数，基于分段PI反馈和分段P反馈确定的横向比例系数、累积量和航向角比例系数计算车辆的前轮转向角的补偿控制量，对车辆的前轮转向角控制量进行动态补偿，消除稳态误差，最终根据初始控制量和补偿控制量确定车辆的前轮转向角的最终期望控制量，当转向机构出现使用磨损，自由行程增加，转向特性改变等情况时，本申请的控制算法能快速消除误差，提高控制精度；精确控制车辆位置的同时，确保车辆航向角与车辆在期望路径上最近路径点的切线方向角保持一致。
本发明实施例还提供一种车辆转向控制装置，该车辆转向控制装置用于执行前述车辆转向控制方法的任一实施例。具体地，请参阅图4，图4是本发明实施例提供的车辆转向控制装置的示意性框图。该车辆转向控制装置100可以配置于服务器中。
如图4所示，车辆转向控制装置100包括获取模块110、搜索模块120、初始控制量计算模块130、偏差计算模块140、分段反馈模块150、补偿控制量计算模块160、转向模块170。
获取模块110，用于获取车辆的当前位姿和期望路径，所述位姿至少包括所述车辆的当前位置和姿态；
搜索模块120，用于根据所述车辆的当前位姿和初始预瞄距离在所述期望路径上搜索出预瞄点，同时基于所述车辆的当前位姿在所述期望路径上搜索出与所述车辆距离最短的最近路径点；
初始控制量计算模块130，用于基于所述车辆的当前位姿和所述预瞄点，根据纯跟踪算法计算所述车辆的前轮转向角的初始控制量；
偏差计算模块140，用于计算所述车辆的当前位置和所述最近路径点的路径点横向偏差，以及计算所述车辆的车辆航向角和在所述期望路径上最近路径点的切线方向角的航向角偏差；
分段反馈模块150，用于根据所述路径点横向偏差和分段PI反馈确定对应的横向比例系数和累积量，以及根据所述航向角偏差和分段P反馈确定对应的航向角比例系数；
补偿控制量计算模块160，用于根据所述横向比例系数、累积量和航向角比例系数计算所述车辆的前轮转向角的补偿控制量；
转向模块170，用于根据所述车辆的前轮转向角的初始控制量和补偿控制量确定所述车辆的前轮转向角的最终期望控制量，并根据所述最终期望控制量控制所述车辆进行转向。
在一实施例中，搜索模块120包括：
预瞄距离计算单元，用于根据所述车辆的当前车速和初始预瞄距离，计算得到目标预瞄距离；
预瞄点确定单元，用于根据所述车辆的当前位置和所述目标预瞄距离确定所述车辆的预瞄位置，计算所述预瞄位置与所述期望路径上各个路径点的距离，并根据所计算出的每一距离及预置的预瞄点筛选条件确定对应的路径点作为所述预瞄点；
筛选单元，用于计算所述车辆的当前位置与所述期望路径上各个路径点的距离，并从中筛选出最短的距离，将对应的路径点作为最近路径点。
在一实施例中，偏差计算模块140包括：
相邻路径点确定单元，确定所述期望路径上与所述最近路径点相邻的两个路径点；
更近距离计算单元，用于计算所述车辆的当前位置与相邻的两个路径点的距离，并从两个相邻路径点中选取距离所述车辆当前位置短的一个作为更近路径点；
横向偏差计算单元，用于建立所述最近路径点和更近路径点之间的连接线，计算所述车辆的当前位置到所述连接线的距离，得到所述路径点横向偏差。
在一实施例中，补偿控制量计算模块160包括：
补充控制计算单元，用于按以下公式计算所述补偿控制量
Figure SMS_80
：
Figure SMS_81
，
其中，
Figure SMS_82
表示横向比例系数，/>
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表示所述路径点横向偏差，/>
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表示积分系数，
Figure SMS_85
表示所述累积量，/>
Figure SMS_86
表示所述航向角比例系数，/>
Figure SMS_87
表示所述航向角偏差。
在一实施例中，分段反馈模块150包括：
第一分段P反馈单元，用于按以下公式确定所述横向比例系数
Figure SMS_88
：
Figure SMS_89
，
其中，
Figure SMS_90
分别表示不同的横向比例系数，且/>
Figure SMS_91
，/>
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和/>
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分别表示阈值。
在一实施例中，分段反馈模块150还包括：
分段I反馈单元，用于按以下公式确定所述累积量
Figure SMS_94
：
Figure SMS_95
，
其中，
Figure SMS_96
表示第/>
Figure SMS_97
个横向偏差，n+1表示横向偏差的总个数，/>
Figure SMS_98
表示阈值。
在一实施例中，分段反馈模块150还包括：
第二分段P反馈单元，用于按以下公式确定所述航向角比例系数
Figure SMS_99
：
Figure SMS_100
，
其中，
Figure SMS_101
分别表示不同的航向角比例系数，且
Figure SMS_102
，/>
Figure SMS_103
，/>
Figure SMS_104
和/>
Figure SMS_105
表示阈值。
本发明实施例又提供了一种车辆，其包括存储器、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车辆转向控制程序，所述处理器执行所述车辆转向控制程序时实现如上所述的车辆转向控制方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的设备、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。本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，也可以将具有相同功能的单元集合成一个单元，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备 ( 可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等 ) 执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U 盘、移动硬盘、只读存储器 (ROM，Read-Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.车辆转向控制方法，其特征在于，包括：
获取车辆的当前位姿和期望路径，所述位姿至少包括所述车辆的当前位置和姿态；
根据所述车辆的当前位姿和初始预瞄距离在所述期望路径上搜索出预瞄点，同时基于所述车辆的当前位姿在所述期望路径上搜索出与所述车辆距离最短的最近路径点；
基于所述车辆的当前位姿和所述预瞄点，根据纯跟踪算法计算所述车辆的前轮转向角的初始控制量；
计算所述车辆的当前位置和所述最近路径点的路径点横向偏差，以及计算所述车辆的车辆航向角和在所述期望路径上最近路径点的切线方向角的航向角偏差；
根据所述路径点横向偏差和分段PI反馈确定对应的横向比例系数和累积量，以及根据所述航向角偏差和分段P反馈确定对应的航向角比例系数；
根据所述横向比例系数、累积量和航向角比例系数计算所述车辆的前轮转向角的补偿控制量；
根据所述车辆的前轮转向角的初始控制量和补偿控制量确定所述车辆的前轮转向角的最终期望控制量，并根据所述最终期望控制量控制所述车辆进行转向；
所述根据所述车辆的当前位姿和初始预瞄距离在所述期望路径上搜索出预瞄点，同时基于所述车辆的当前位姿在所述期望路径上搜索出与所述车辆距离最短的最近路径点，包括：
根据所述车辆的当前车速和初始预瞄距离，计算得到目标预瞄距离；
根据所述车辆的当前位置和所述目标预瞄距离确定所述车辆的预瞄位置，计算所述预瞄位置与所述期望路径上各个路径点的距离，并根据所计算出的每一距离及预置的预瞄点筛选条件确定对应的路径点作为所述预瞄点；
计算所述车辆的当前位置与所述期望路径上各个路径点的距离，并从中筛选出最短的距离，将对应的路径点作为最近路径点；
所述基于所述车辆的当前位姿和所述预瞄点，根据纯跟踪算法计算所述车辆的前轮转向角的初始控制量，包括：
按以下公式计算所述车辆当前位置和所述预瞄点的预瞄点横向偏差ef：
ef＝Lf·sinα，
其中，Lf表示目标预瞄距离；α表示车辆后轴中心和预瞄点连线与所述车辆纵轴的夹角；
按以下公式计算所述初始控制量δf：
Figure FDA0004198802190000021
其中，L表示轴距；
所述根据所述横向比例系数、累积量和航向角比例系数计算所述车辆的前轮转向角的补偿控制量，包括：
按以下公式计算所述补偿控制量δc：
δc＝Kp·e+Ki·esum+Kph·eh，
其中，Kp表示横向比例系数，e表示所述路径点横向偏差，Ki表示积分系数，esum表示所述累积量，Kph表示所述航向角比例系数，eh表示所述航向角偏差。
2.根据权利要求1所述的车辆转向控制方法，其特征在于，所述计算所述车辆的当前位置和所述最近路径点的路径点横向偏差，包括：
确定所述期望路径上与所述最近路径点相邻的两个路径点；
计算所述车辆的当前位置与相邻的两个路径点的距离，并从两个相邻路径点中选取距离所述车辆当前位置短的一个作为更近路径点；
建立所述最近路径点和更近路径点之间的连接线，计算所述车辆的当前位置到所述连接线的距离，得到所述路径点横向偏差。
3.根据权利要求1所述的车辆转向控制方法，其特征在于，所述根据所述路径点横向偏差和分段PI反馈确定对应的横向比例系数和累积量，包括：
按以下公式确定所述横向比例系数Kp：
Figure FDA0004198802190000022
其中，Kp1、Kp2、Kp3分别表示不同的横向比例系数，且|Kp1|＜|Kp2|＜|Kp3|，e1和e2分别表示阈值。
4.根据权利要求1所述的车辆转向控制方法，其特征在于，所述根据所述路径点横向偏差和分段PI反馈确定对应的横向比例系数和累积量，还包括：
按以下公式确定所述累积量esum：
Figure FDA0004198802190000031
其中，ei表示第i个横向偏差，n+1表示横向偏差的总个数，e0表示阈值。
5.根据权利要求1所述的车辆转向控制方法，其特征在于，所述根据所述航向角偏差和分段P反馈确定对应的航向角比例系数，包括：
按以下公式确定所述航向角比例系数Kph：
Figure FDA0004198802190000032
其中，Kph1、Kph2、Kph3、Kph4分别表示不同的航向角比例系数，且|Kph1|＜|Kph2|，|Kph3|＜|Kph4|，eh1和eh2表示阈值。
6.一种车辆转向控制装置，可实现如权利要求1至5中任一项所述的车辆转向控制方法，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取车辆的当前位姿和期望路径，所述位姿至少包括所述车辆的当前位置和姿态；
搜索模块，用于根据所述车辆的当前位姿和初始预瞄距离在所述期望路径上搜索出预瞄点，同时基于所述车辆的当前位姿在所述期望路径上搜索出与所述车辆距离最短的最近路径点；
初始控制量计算模块，用于基于所述车辆的当前位姿和所述预瞄点，根据纯跟踪算法计算所述车辆的前轮转向角的初始控制量；
偏差计算模块，用于计算所述车辆的当前位置和所述最近路径点的路径点横向偏差，以及计算所述车辆的车辆航向角和在所述期望路径上最近路径点的切线方向角的航向角偏差；
分段反馈模块，用于根据所述路径点横向偏差和分段PI反馈确定对应的横向比例系数和累积量，以及根据所述航向角偏差和分段P反馈确定对应的航向角比例系数；
补偿控制量计算模块，用于根据所述横向比例系数、累积量和航向角比例系数计算所述车辆的前轮转向角的补偿控制量；
转向模块，用于根据所述车辆的前轮转向角的初始控制量和补偿控制量确定所述车辆的前轮转向角的最终期望控制量，并根据所述最终期望控制量控制所述车辆进行转向；
所述搜索模块，包括：
预瞄距离计算单元，用于根据所述车辆的当前车速和初始预瞄距离，计算得到目标预瞄距离；
预瞄点确定单元，用于根据所述车辆的当前位置和所述目标预瞄距离确定所述车辆的预瞄位置，计算所述预瞄位置与所述期望路径上各个路径点的距离，并根据所计算出的每一距离及预置的预瞄点筛选条件确定对应的路径点作为所述预瞄点；
筛选单元，用于计算所述车辆的当前位置与所述期望路径上各个路径点的距离，并从中筛选出最短的距离，将对应的路径点作为最近路径点；
所述初始控制量计算模块，包括：
预瞄点横向偏差计算单元，用于按以下公式计算所述车辆当前位置和所述预瞄点的预瞄点横向偏差ef：
ef＝Lf·sinα，
其中，Lf表示目标预瞄距离；α表示车辆后轴中心和预瞄点连线与所述车辆纵轴的夹角；
初始控制量计算单元，用于按以下公式计算所述初始控制量δf：
Figure FDA0004198802190000041
其中，L表示轴距；
所述补偿控制量计算模块，包括：
补充控制计算单元，用于按以下公式计算所述补偿控制量δc：
δc＝Kp·e+Ki·esum+Kph·eh，
其中，Kp表示横向比例系数，e表示所述路径点横向偏差，Ki表示积分系数，esum表示所述累积量，Kph表示所述航向角比例系数，eh表示所述航向角偏差。
7.一种车辆，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车辆转向控制程序，其特征在于，所述处理器执行所述车辆转向控制程序时实现如权利要求1至5中任一项所述的车辆转向控制方法。
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