CN116946252A - 车辆横向控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

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CN116946252A CN202310906548.1A CN202310906548A CN116946252A CN 116946252 A CN116946252 A CN 116946252A CN 202310906548 A CN202310906548 A CN 202310906548A CN 116946252 A CN116946252 A CN 116946252A
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Abstract

本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆横向控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质，方法包括：获取车辆的当前车速和所述车辆所处道路的道路曲率；通过所述当前车速和所述道路曲率调整车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵，并通过道路曲率调整横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵；根据目标状态权重矩阵和目标控制权重矩阵确定车辆的目标转向角，并基于目标转向角对车辆进行横向控制。本申请实现了提高车辆横向控制的准确度。

Description

车辆横向控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆横向控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
车辆的横向控制指在垂直于车辆前进方向的方向上对车辆进行控制。目前常用的横向控制方法有PID(Proportion Integral Differential，比例-积分-微分控制器)控制、MPC(Model Predictive Control，模型预测控制)控制、LQR(Linear QuadraticRegulator，线性二次型调节器)控制、基于神经网络控制以及基于深度学习方法控制等。
LQR控制方法因其模型参数物理意义清晰、相对通用性较好，且能够解决多目标优化问题，在车辆的横向运动控制中得到广泛的应用。然而，LQR控制器中的参数一般采用提前标定的固定值，使得车辆横向控制的准确度受到影响。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种车辆横向控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质，旨在以最小控制代价提高车辆横向控制的准确度。
为实现上述目的，本申请提供一种车辆横向控制方法，所述车辆横向控制方法包括以下步骤：
获取车辆的当前车速和所述车辆所处道路的道路曲率；
通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵，并通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵；
根据所述目标状态权重矩阵和所述目标控制权重矩阵确定所述车辆的目标转向角，并基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制。
可选地，所述通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵的步骤，包括：
基于所述当前车速确定第一比例因子，并基于所述当前车速和所述道路曲率确定第二比例因子；
通过所述第一比例因子调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵中横向跟踪误差权重，并通过所述第二比例因子调整所述基准状态权重矩阵的航向跟踪误差权重，以得到目标状态权重矩阵。
可选地，所述基于所述当前车速确定第一比例因子的步骤，包括：
若所述当前车速在第一预设范围内，则将预设常数作为第一比例因子；
若所述当前车速在第二预设范围内，则将所述当前车速作为第一预设公式的自变量以计算得到所述第一比例因子，其中，所述第二预设范围中的极小值等于所述第一预设范围中的极大值；
若所述当前车速在第三预设范围内，则将所述当前车速作为第二预设公式的自变量以计算得到所述第一比例因子，其中，所述第三预设范围中的极小值等于所述第二预设范围中的极大值。
可选地，所述基于所述当前车速和所述道路曲率确定第二比例因子的步骤，包括：
基于所述当前车速确定第三比例因子，并基于所述道路曲率确定第四比例因子；
计算所述第三比例因子和所述第四比例因子的乘积得到第二比例因子。
可选地，所述通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵的步骤，包括：
基于所述道路曲率确定第五比例因子；
通过所述第五比例因子调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵的转向权重得到目标控制权重矩阵。
可选地，所述目标转向角包括目标转向方向和目标角度值，所述基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制的步骤，包括：
基于所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度确定第一角度值，并检测所述目标角度值是否大于所述第一角度值，其中，所述第一角度值为当前速度下允许控制车轮转向的最大角度值；
若所述目标角度值小于或者等于所述第一角度值，则按照所述目标转向角对所述车辆进行横向控制；
若所述目标角度值大于所述第一角度值，则按照所述第一角度值和所述目标转向方向对所述车辆进行横向控制。
可选地，所述基于所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度确定第一角度值的步骤，包括：
根据所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度计算第二角度值，并检测所述第二角度值是否大于预设角度值，其中，所述预设角度值为车辆结构允许转向的最大角度值；
若所述第二角度值大于或者等于所述预设角度值，则将所述预设角度值确定为第一角度值；
若所述第二角度值小于所述预设角度值，则将所述第二角度值确定为所述第一角度值。
为实现上述目的，本申请还提供一种车辆横向控制装置，所述车辆横向控制装置包括：
获取模块，用于获取车辆的当前车速和所述车辆所处道路的道路曲率；
调整模块，用于通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵，并通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵；
控制模块，用于根据所述目标状态权重矩阵和所述目标控制权重矩阵确定所述车辆的目标转向角，并基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制。
为实现上述目的，本申请还提供一种车辆横向控制设备，所述车辆横向控制设备包括：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车辆横向控制程序，所述车辆横向控制程序被所述处理器执行时实现如上所述的车辆横向控制方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本申请还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有车辆横向控制程序，所述车辆横向控制程序被处理器执行时实现如上所述的车辆横向控制方法的步骤。
本申请中，通过获取车辆的当前车速和所述车辆所处道路的道路曲率；通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵，并通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵；根据所述目标状态权重矩阵和所述目标控制权重矩阵确定所述车辆的目标转向角，并基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制。
本申请通过根据当前车速和道路曲率确定LQR横向控制器的状态权重矩阵和控制权重矩阵，使得横向控制器可以基于不同车况和不同路况确定车辆的转向角度，实现了使得横向控制器可以适应不同车况和不同路况，从而提高车辆横向控制的准确度。
附图说明
图1为本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的结构示意图；
图2为本申请车辆横向控制方法第一实施例的流程示意图；
图3为本申请一实施方式涉及的第一比例因子和车速的相关关系示意图；
图4为本申请一实施方式涉及的第三比例因子和车速的相关关系示意图；
图5为本申请一实施方式涉及的第四比例因子和道路曲率的相关关系示意图；
图6为本申请一实施方式涉及的第五比例因子和道路曲率的相关关系示意图；
图7为本申请车辆横向控制方法一实施方式的流程示意图；
图8为本申请车辆横向控制方法一实施方式的流程示意图；
图9为本申请车辆横向控制装置较佳实施例的功能模块示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所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。
如图1所示，图1是本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图。
需要说明的是，本申请实施例车辆横向控制设备，所述车辆横向控制设备可以是整车控制器，也可以是与整车控制器建立通信连接的设备，例如智能手机、个人计算机、服务器等设备，在此不做具体限制。
如图1所示，该车辆横向控制设备可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的设备结构并不构成对车辆横向控制设备的限定，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。
如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及车辆横向控制程序。操作系统是管理和控制设备硬件和软件资源的程序，支持车辆横向控制程序以及其它软件或程序的运行。在图1所示的设备中，用户接口1003主要用于与客户端进行数据通信；网络接口1004主要用于与服务器建立通信连接；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的车辆横向控制程序，并执行以下操作：
获取车辆的当前车速和所述车辆所处道路的道路曲率；
通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵，并通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵；
根据所述目标状态权重矩阵和所述目标控制权重矩阵确定所述车辆的目标转向角，并基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制。
进一步地，所述通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵的操作，包括：
基于所述当前车速确定第一比例因子，并基于所述当前车速和所述道路曲率确定第二比例因子；
通过所述第一比例因子调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵中横向跟踪误差权重，并通过所述第二比例因子调整所述基准状态权重矩阵的航向跟踪误差权重，以得到目标状态权重矩阵。
进一步地，所述基于所述当前车速确定第一比例因子的操作，包括：
若所述当前车速在第一预设范围内，则将预设常数作为第一比例因子；
若所述当前车速在第二预设范围内，则将所述当前车速作为第一预设公式的自变量以计算得到所述第一比例因子，其中，所述第二预设范围中的极小值等于所述第一预设范围中的极大值；
若所述当前车速在第三预设范围内，则将所述当前车速作为第二预设公式的自变量以计算得到所述第一比例因子，其中，所述第三预设范围中的极小值等于所述第二预设范围中的极大值。
进一步地，所述基于所述当前车速和所述道路曲率确定第二比例因子的操作，包括：
基于所述当前车速确定第三比例因子，并基于所述道路曲率确定第四比例因子；
计算所述第三比例因子和所述第四比例因子的乘积得到第二比例因子。
进一步地，所述通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵的操作，包括：
基于所述道路曲率确定第五比例因子；
通过所述第五比例因子调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵的转向权重得到目标控制权重矩阵。
进一步地，所述目标转向角包括目标转向方向和目标角度值，所述基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制的操作，包括：
基于所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度确定第一角度值，并检测所述目标角度值是否大于所述第一角度值，其中，所述第一角度值为当前速度下允许控制车轮转向的最大角度值；
若所述目标角度值小于或者等于所述第一角度值，则按照所述目标转向角对所述车辆进行横向控制；
若所述目标角度值大于所述第一角度值，则按照所述第一角度值和所述目标转向方向对所述车辆进行横向控制。
进一步地，所述基于所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度确定第一角度值的操作，包括：
根据所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度计算第二角度值，并检测所述第二角度值是否大于预设角度值，其中，所述预设角度值为车辆结构允许转向的最大角度值；
若所述第二角度值大于或者等于所述预设角度值，则将所述预设角度值确定为第一角度值；
若所述第二角度值小于所述预设角度值，则将所述第二角度值确定为所述第一角度值。
基于上述的结构，提出车辆横向控制方法的各个实施例。
参照图2，图2为本申请车辆横向控制方法第一实施例的流程示意图。
本申请实施例提供了车辆横向控制方法的实施例，需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。在本实施例中，车辆横向控制方法的执行主体可以是整车控制器，也可以是与整车控制器建立通信连接的设备，例如智能手机、个人计算机、服务器等设备，在本实施例中并不做限制，以下为便于描述，省略执行主体进行各实施例的阐述。在本实施例中，所述车辆横向控制方法包括：
步骤S10，获取车辆的当前车速和所述车辆所处道路的道路曲率；
LQR控制器的目标为求解使得目标函数的值达到最小的状态反馈矩阵，LQR控制器的目标函数为：
其中，x(t)是t时刻的状态量，具体包括横向跟踪误差、横向跟踪误差变化率、航向跟踪误差、航向跟踪误差变化率。Q矩阵即为状态权重矩阵，是一个提前标定的对角矩阵，对角线上的元素分别为以上状态量的权重。
u(t)是t时刻相对于上一时刻的过程量，具体包括前轮的转向角度、横向加速度。R矩阵即为控制权重矩阵，是一个提前标定的对角矩阵，对角线上的元素分别为以上过程量的权重。
状态权重矩阵和控制权重矩阵需要提前标定，然而车辆在行驶过程中的车况和路况，与标定状态权重矩阵和控制权重矩阵时的标定路况和车况存在不同，使得车辆横向控制的准确度降低，本实施例中，基于车况和路况调整状态权重矩阵和控制权重矩阵，使得横向控制器可以基于不同车况和不同路况确定车辆的转向角度，从而提高车辆横向控制的准确度。
具体地，本实施例中，获取车辆的车速(以下称为当前车速以示区分)和道路曲率。在具体实施方式中，当前车速可以通过整车CAN(Controller Area Network，控制器局域网)总线网络从地盘控制器得到，道路曲率的具体计算方式可以参照常规技术，具体在此不做限制。
步骤S20，通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵，并通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵；
通过当前车速和道路曲率调整车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵。进一步地，在一可行实施方式中，可以是对状态权重矩阵中的所有权重都进行调整；在另一可行实施方式中，也可以是对状态权重矩阵中的至少一个权重进行调整。
本实施例中，通过道路曲率调整横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵。同理，在一可行实施方式中，可以是对控制权重矩阵中的所有权重都进行调整；在另一可行实施方式中，也可以是对控制权重矩阵中的至少一个权重进行调整。
步骤S30，根据所述目标状态权重矩阵和所述目标控制权重矩阵确定所述车辆的目标转向角，并基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制。
本实施例中，在得到目标状态权重矩阵和目标控制权重矩阵后，根据目标状态权重矩阵和目标控制权重矩阵确定车辆的目标转向角，具体地，将根据目标状态权重矩阵、目标控制权重矩阵、预设的求解精度和最大迭代次数，求解使得目标函数的值达到最小的状态反馈矩阵，根据状态反馈矩阵确定车辆的横向控制量，也即需要转向的角度(以下称为目标转向角度以示区分)。具体计算过程在此不做赘述。
确定目标转向角后，基于目标转向角对车辆进行横向控制，其中，目标转向角包括转向方向和转向角度。具体地，对车辆进行横向控制指的是基于目标转向角控制车辆的前轮偏转，从而使得车辆在横向上发生位移，在以下的描述中也将该过程描述为对车辆进行横向控制。
在一可行实施方式中，目标转向角可以是指车辆车轮的转向角度，此时，可以是在对目标转向角进行调整之后再对车辆进行横向控制；在另一可行实施方式中，目标转向角也可以是指车辆方向盘的转向角度，此时，可以是按照目标转向角对车辆进行横向控制。进一步地，在一可行实施方式中，目标转向角是指车辆车轮的转向角度时，按照目标转向角对车辆进行横向控制的具体控制过程可以是：根据目标转向角与车辆转向传动比计算得到方向盘的转向角度；按照方向盘的转向角度对车辆进行横向控制。具体地，车辆方向盘的转向角度为车轮的转向角度与车辆转向传动比之积，即：
δsteer＝δ*rsteer
其中，δsteer为求解得到的方向盘转角，δ为求解得到的车轮转角，rsteer为车辆的转向传动比。
本实施例中，通过获取车辆的当前车速和车辆所处道路的道路曲率；通过当前车速和道路曲率调整车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵，并通过道路曲率调整横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵；根据目标状态权重矩阵和目标控制权重矩阵确定车辆的目标转向角，并基于目标转向角对车辆进行横向控制。本实施例使得横向控制器可以基于不同车况和不同路况确定车辆的转向角度，实现了使得横向控制器可以适应不同车况和不同路况，从而提高车辆横向控制的准确度。
进一步地，基于上述第一实施例，提出本申请车辆横向控制方法第二实施例，在本实施例中，所述步骤S20：通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵的步骤，包括：
步骤S201，基于所述当前车速确定第一比例因子，并基于所述当前车速和所述道路曲率确定第二比例因子；
本实施例中，基准状态权重矩阵标定为对角线矩阵，对角线上的元素分别为：车辆横向跟踪误差的权重q1，车辆横向跟踪误差变化率的权重q2，车辆航向跟踪误差的权重q3，车辆航向跟踪误差变化率的权重q4。也即：
车辆的横向控制中，在横向跟踪误差和航向跟踪误差值较大时，横向跟踪误差变化率和航向跟踪误差变化率可能较小，也即，相较于横向跟踪误差变化率和航向跟踪误差变化率，横向跟踪误差和航向跟踪误差的波动更为明显，横向跟踪误差和航向跟踪误差对于车辆转向角度的影响更大，因此，本实施例中调整状态权重矩阵中横向跟踪误差权重和航向跟踪误差权重，以使得车辆的横向跟踪误差和航向跟踪误差适应于车辆的车况和路况，从而使得转向角可以适应于车辆的车况和路况，提高车辆横向控制的准确度。
具体地，基于当前车速确定用于调整横向跟踪误差权重的比例因子，以下称为第一比例因子以示区分。在一可行实施方式中，可以是建立车速和调整横向跟踪误差权重的比例因子的对应关系表，从对应关系表中确与当前车速对应的第一比例因子；在另一可行实施方式中，也可以是以车速为自变量，以调整横向跟踪误差权重的比例因子为因变量建立映射关系，根据当前车速和映射关系计算得到第一比例因子，具体可以根据实际需求进行设置，在此不进行限制。
基于当前车速和道路曲率确定用于调整航向跟踪误差权重的比例因子，以下称为第二比例因子以示区分。同理，确定第二比例因子的具体方式可以参照第一比例因子，在此不做赘述。
步骤S202，通过所述第一比例因子调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵中横向跟踪误差权重，并通过所述第二比例因子调整所述基准状态权重矩阵的航向跟踪误差权重，以得到目标状态权重矩阵。
本实施例中，确定第一比例因子和第二比例因子后，通过第一比例因子调整车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵中横向跟踪误差权重，并通过第二比例因子调整基准状态权重矩阵的航向跟踪误差权重，以得到目标状态权重矩阵。
进一步地，在一可行实施方式中，还可以在对横向跟踪误差权重和航向跟踪误差权重进行调整的同时，也对横向跟踪误差变化率权重和航向跟踪误差变化率权重进行调整，以使得横向跟踪误差变化率和航向跟踪误差变化率能够适应于车辆的车况和路况，进一步提高车辆横向控制的准确度。
进一步地，在一可行实施方式中，所述步骤S201：基于所述当前车速确定第一比例因子的步骤，包括：
步骤S2011，若所述当前车速在第一预设范围内，则将预设常数作为第一比例因子；
本实施方式中，以车速为自变量，以调整横向跟踪误差权重的比例因子为因变量建立映射关系，根据当前车速和映射关系计算得到第一比例因子，本实施方式中具体设置三段映射关系，各段映射关系分别对应不同的车速范围，以下将三个车速范围分别称为第一预设范围、第二预设范围和第三预设范围，其中，第一预设范围中的极大值等于第二预设范围中的极小值，第二预设范围中的较大值等于第三预设范围中的极小值。
在一可行实施方式中，映射关系和对应的车速范围可以是根据工程师经验设置；在另一可行实施方式中，映射关系和对应的车速范围可以是根据实验得到，具体在此不做限制。示例性地，在一可行实施方式中，根据实验得到映射关系和对应的车速范围的过程可以是：先将车辆允许的车速分成多段车速范围；计算不同车速下各个横向跟踪误差权重相对于标定的横向跟踪误差权重的比例因子；对每一段车速范围，基于车速范围中的各车速和各车速对应的比例因子进行拟合得到车速范围对应的映射关系，具体拟合方法在此不做赘述。
本实施方式中，确定第一比例因子的过程可以是：先确定当前车速所在的车速范围，根据该车速范围所对应的映射关系和当前车速确定第一比例因子。具体地，若当前车速在第一预设范围内，将预设常数作为第一比例因子，也即，车辆的车速较低时，横向跟踪误差权重不发生变化。
步骤S2012，若所述当前车速在第二预设范围内，则将所述当前车速作为第一预设公式的自变量以计算得到所述第一比例因子，其中，所述第二预设范围中的极小值等于所述第一预设范围中的极大值；
若当前车速在第二预设范围内，则基于第二预设范围对应的映射关系(以下称为第一预设公式以示区分)计算得到第一比例因子，具体地，将当前车速作为第一预设公式的自变量计算得到第一比例因子。其中，第二预设范围中的极小值等于第一预设范围中的极大值。
步骤S2013，若所述当前车速在第三预设范围内，则将所述当前车速作为第二预设公式的自变量以计算得到所述第一比例因子，其中，所述第三预设范围中的极小值等于所述第二预设范围中的极大值。
若当前车速在第三预设范围内，则基于第三预设范围对应的映射关系(以下称为第二预设公式以示区分)计算得到第一比例因子，将当前车速作为第二预设公式的自变量计算得到第一比例因子。其中，第三预设范围中的极小值等于第二预设范围中的极大值。
示例性地，在一实施方式中，第一预设范围可以是(0，v0)，第二预设范围可以是(v0，v1)，第三预设范围可以是(v1，∞)。第一比例因子的计算公式可以是：
其中，A、a为系数，0、v0、v1分别为预设车速范围的端点值，v为当前车速。
基于第一比例因子kq1_v的计算公式可以看出，对于同一辆车而言，当前车速(也即图3中所示的车辆速度值|v|)在第一预设范围(也即图3中所示的(0，v0))或者当前车速在第三预设范围(也即图3中所示的(v1，∞))时，第一比例因子的取值为常数，但是当前车速在第三预设范围内时，第一比例因子的数值受到拟合过程中确定的系数A、a影响。并且参照图3可以看出，对于同一辆车而言，当前车速在第一预设范围内时，第一比例因子的取值最大；当前车速在第二预设范围内时，当前车速越大时，第一比例因子越小并且小于预设常数1；当车速在第三预设范围内时，第一比例因子的取值最小(也即图3中所示的kq1_v_min)。
本实施方式根据当前车速所对应的车速范围确定对应的映射关系，根据映射关系确定第一比例因子，使得第一比例因子适应于不同的车况，提高了第一比例因子的准确度，从而提高横向跟踪误差权重的准确度，提高横向控制的准确度。
进一步地，在一可行实施方式中，所述步骤S201：基于所述当前车速和所述道路曲率确定第二比例因子的步骤，包括：
步骤S2013，基于所述当前车速确定第三比例因子，并基于所述道路曲率确定第四比例因子；
车辆的航向跟踪误差受到车速和道路曲率的影响，因此，本实施方式中，基于当前车速确定用于调整航向跟踪误差权重的第三比例因子，并基于道路曲率确定用于调整航向跟踪误差权重的第四比例因子。
本实施方式中，确定第三比例因子和第四比例因子的具体过程可以参照步骤S2011，在此不做赘述。示例性地，在一可行实施方式中，第三比例因子的计算公式可以是：
其中，a、b为系数，0、v0、v1分别为预设车速范围的端点值、v为当前车速。
基于第三比例因子kq3_v的计算公式可以看出，对于同一辆车而言，当前车速(也即图4中所示的车辆速度值|v|)在第一预设范围(也即图4中所示的(0，v0))或者当前车速在第三预设范围(也即图4中所示的(v1，∞))时，第三比例因子的取值为常数，但是当前车速在第三预设范围内时，第三比例因子的数值受到拟合过程中确定的系数a、b影响。并且参照图4可以看出，对于同一辆车而言，当前车速在第一预设范围内时，第三比例因子的取值最大；当前车速在第二预设范围内时，当前车速越大时，第三比例因子越小并且小于预设常数；当车速在第三预设范围内时，第三比例因子的取值最小(也即图4中所示的kq3_v_min)。
第四比例因子的计算公式可以是：
其中，A、a为系数，c为道路曲率，c0为预设曲率范围的端点值。
基于第四比例因子kq3_c的计算公式可以看出，对于同一辆车而言，道路曲率(也即图5中所示的道路曲率值|c|)在第四预设范围(也即图5中所示的(0，c0))内时，道路曲率越大时，第四比例因子越大；当前车速在第五预设范围(也即图5中所示的(c0，∞))时，第四比例因子的取值最大并且为常数(也即图5中所示的kq3_c_max)，其具体数值受到拟合过程中确定的系数A、a影响。
步骤S2014，计算所述第三比例因子和所述第四比例因子的乘积得到第二比例因子。
确定第三比例因子和第四比例因子后，计算第三比例因子和第四比例因子的乘积得到第二比例因子。本实施方式考虑了车速和道路曲率对车辆的航向跟踪误差的影响，使得航向跟踪误差权重适应车辆的车况和路况，从而使得航向跟踪误差适应车辆的车况和路况，从而提高横向控制的准确度。
进一步地，在一可行实施方式中，所述步骤S20：通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵的步骤，包括：
步骤S203，基于所述道路曲率确定第五比例因子；
本实施方式中，基准控制权重矩阵标定为：R＝[r]，其中，r为车辆转向权重。
本实施方式中，基于道路曲率确定用于调整基准控制权重矩阵的第五比例因子。在一可行实施方式中，可以是建立曲率和调整转向权重的比例因子的对应关系表，从对应关系表中确与道路曲率对应的第五比例因子；在另一可行实施方式中，也可以是以曲率为自变量，以调整转向权重的比例因子为因变量建立映射关系，根据道路曲率和映射关系计算得到第五比例因子，本实施方式中，确定第五比例因子的具体实施方式可以参照步骤S2011，在此不做赘述。具体可以根据实际需求进行设置，在此不进行限制。
进一步地，在一可行实施方式中，可以是以曲率为自变量，以调整转向权重的比例因子为因变量建立映射关系，根据道路曲率和映射关系计算得到第五比例因子，具体地，第五比例因子的计算公式可以是：
其中，a、b为系数，c为道路曲率，c0为预设曲率范围的端点值。
基于第五比例因子kr_c的计算公式可以看出，对于同一辆车而言，道路曲率(也即图5中所示的道路曲率值|c|)在第四预设范围(也即图6中所示的(0，c0))内时，道路曲率越大时，第五比例因子越小；当前车速在第五预设范围(也即图6中所示的(c0，∞))时，第五比例因子的取值最小并且为常数(也即图5中所示的kr_c_min)，其具体数值受到拟合过程中确定的系数a、b、c0影响。
步骤S204，通过所述第五比例因子调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵的转向权重得到目标控制权重矩阵。
通过第五比例因子调整横向控制器的基准控制权重矩阵的转向权重得到目标控制权重矩阵。
本实施方式中，通过第五比例因子调整基准控制权重中的转向权重，使得车辆转向的权重可以适应道路的曲率，从而使得车辆的转向角度可以适应道路的曲率，使得车辆的转向控制可以适应道路的实际曲率，避免车辆的转向程度过大或者过小，提高车辆转向的准确度。
本实施例中，通过基于当前车速确定第一比例因子，并基于当前车速和道路曲率确定第二比例因子；通过第一比例因子调整车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵中横向跟踪误差权重，并通过第二比例因子调整基准状态权重矩阵的航向跟踪误差权重，以得到目标状态权重矩阵。本实施例实现了使得车辆的横向跟踪误差和航向跟踪误差适应于车辆的车况和路况，从而使得转向角可以适应于车辆的车况和路况，提高车辆横向控制的准确度。
进一步地，在一可行实施方式中，参照图7，通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的具体过程可以是：
本实施方式中，在车速v0下标定基础的状态控制权重矩阵Qbase(也即基准状态权重矩阵)和基础的控制权重矩阵Rbase(也即基准控制权重矩阵)：
Qbase＝diag[q1_base，q2_base，q3_base，q4_base]
Rbase＝[rbase]
获取当前车速v并获取当前道路曲率c。
更新横向跟踪误差的权重(也即横向跟踪误差权重)q1在当前速度下的比例因子(也即基于当前车速确定第一比例因子)，也即：
其中，A、a为系数，0、v0、v1分别为预设车速范围的端点值，v为当前车速。
更新车辆横向跟踪误差的权重q1，也即：
q1＝kq1_v·q1_base
其中，kq1_v为q1在当前速度下的比例因子，q1_base为基准状态权重矩阵Qbase中的横向跟踪误差的权重。
更新航向跟踪误差的权重(也即航向跟踪误差权重)q3在当前速度下的比例因子(也即基于当前车速确定第三比例因子)，也即：
其中，a、b为系数，0、v0、v1分别为预设车速范围的端点值、v为当前车速。
更新航向跟踪误差的权重(也即航向跟踪误差权重)q3在当前曲率(也即道路曲率c)下的比例因子(也即基于道路曲率确定第四比例因子)，也即：
其中，A、a、b为系数，0、v0、v1分别为预设车速范围的端点值、v为当前车速。
更新车辆航向跟踪误差的权重q3，也即：
q3＝kq3_c·kq3_v·q3_base
其中，kq3_v为q3在当前速度下的比例因子，kq3_c为q3在当前曲率下的比例因子，q3_base为基准状态权重矩阵Qbase中的航向跟踪误差的权重。
更新车辆转向权重r在当前曲率(也即道路曲率c)下的比例因子(也即基于道路曲率确定第五比例因子)，也即：
其中，a、b为系数，c为道路曲率，c0为预设曲率范围的端点值。
通过r在当前曲率下的比例因子，更新车辆转向权重r，也即：
r＝kr_c·rbase
其中，kr_c为r在当前曲率下的比例因子，rbase为基准控制权重矩阵Rbase中的车辆转向权重。
根据上述方法，获得更新后的状态权重矩阵Q(也即目标状态矩阵)和控制权重矩阵R(也即目标控制矩阵)：
Q＝diag[q1，q2_base，q3，q4_base]
R＝[r]
进一步地，基于上述第一和/或第二实施例，提出本申请车辆横向控制方法第三实施例，在本实施例中，所述目标转向角包括目标转向方向和目标角度值，所述步骤S30：基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制的步骤，包括：
步骤S301，基于所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度确定第一角度值，并检测所述目标角度值是否大于所述第一角度值，其中，所述第一角度值为当前速度下允许控制车轮转向的最大角度值；
本实施例中，基于当前车速和车辆的最大横向加速度确定第一角度值，其中，第一角度值为当前速度下允许控制车轮转向的最大角度值。
由牛顿第二定律等相关内容可得，车辆在当前车速下的横向加速度为：
其中，ay为横向加速度，v为当前车速，δ为第一角度值。因此可知第一角度值的计算公式为：其中，L为车辆的轴距。
检测目标角度值是否大于第一角度值，以确定横向控制器计算得到的目标角度值是否超出当前速度的控制范围。
步骤S302，若所述目标角度值小于或者等于所述第一角度值，则按照所述目标转向角对所述车辆进行横向控制；
若目标角度值小于或者等于第一角度值，则确定横向控制器计算得到的目标角度值没有超出当前速度的控制范围，此时按照目标转向角对车辆进行横向控制。
步骤S303，若所述目标角度值大于所述第一角度值，则按照所述第一角度值和所述目标转向方向对所述车辆进行横向控制。
若目标角度值大于第一角度值，则确定横向控制器计算得到的目标角度值超出当前速度的控制范围，此时按照第一角度值和目标转向方向对车辆进行横向控制。
本实施例中，通过限制横向控制过程中的车辆转向角度，降低了车辆侧翻的危险性，提高了整车行驶稳定性，提高了横向控制的安全性，并且提高了驾乘人员的乘车舒适性。
进一步地，在一实施方式中，所述步骤S301：基于所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度确定第一角度值的步骤，包括：
步骤S3011，根据所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度计算第二角度值，并检测所述第二角度值是否大于预设角度值，其中，所述预设角度值为车辆结构允许转向的最大角度值；
本实施方式中，基于当前车速和车辆的最大横向加速度确定第一角度值。具体地，根据当前车速和车辆的最大横向加速度计算第二角度值，其中，预设角度值为车辆结构允许转向的最大角度值。并检测第二角度值是否大于预设角度值，以确定第一角度值是否超过车辆结构允许的最大角度值。
步骤S3012，若所述第二角度值大于或者等于所述预设角度值，则将所述预设角度值确定为第一角度值；
若第二角度值大于或者等于预设角度值，则将预设角度值确定为第一角度值。
步骤S3013，若所述第二角度值小于所述预设角度值，则将所述第二角度值确定为所述第一角度值。
若第二角度值小于预设角度值，则将第二角度值确定为第一角度值。本实施方式实现了将第二角度值限制在车辆结构允许转向的最大角度值下，降低了车辆侧翻的危险性，提高了整车行驶稳定性，提高了横向控制的安全性，并且提高了驾乘人员的乘车舒适性。
本实施例中，通过基于当前车速和车辆的最大横向加速度确定第一角度值，并检测目标角度值是否大于第一角度值，其中，第一角度值为当前速度下允许控制车轮转向的最大角度值；若目标角度值小于或者等于第一角度值，则按照目标转向角对车辆进行横向控制；若目标角度值大于第一角度值，则按照第一角度值和目标转向方向对车辆进行横向控制。本实施例实现了在当前车速允许的范围内对车辆进行横向控制，实现了降低车辆侧翻的危险性，提高整车行驶稳定性，从而提高横向控制的安全性，并且提高驾乘人员的乘车舒适性。
进一步地，在一可行实施方式中，参照图8，基于目标转向角对车辆进行横向控制的过程可以是：
1)根据实车情况得到车轮(或方向盘)所能够旋转的最大角度δlimit(也即预设角度值)。
2)设定车辆横向加速度ay的最大值为ay_max(也即横向加速度)。
3)计算当前车速v所对应的车轮(或方向盘)转角的最大值(也即第一角度值)，也即：
4)LQR控制器求解得出目标车轮(或方向盘)角度δ(也即目标转向角)。
5)检测是否δlimit≤δmax。
若δlimit≤δmax，则令δmax＝δlimit后，检测是否|δ|＞δmax(也即若第二角度值大于或者等于预设角度值，则将预设角度值确定为第一角度值)。
若否，也即δlimit＞δmax，则检测是否|δ|＞δmax，其中，|δ|即为目标角度值(也即若第二角度值小于预设角度值，则将第二角度值确定为第一角度值)。
6)若|δ|＞δmax，则令后，横向控制模块将结果δ输出至执行机构(电动助力转向系统)(也即若目标角度值大于第一角度值，则按照第一角度值和目标转向方向对车辆进行横向控制)。
若否，也即|δ|≤δmax，则横向控制模块将结果δ输出至执行机构(电动助力转向系统)(也即若目标角度值小于或者等于第一角度值，则按照目标转向角对车辆进行横向控制)。
此外，本申请实施例还提出一种车辆横向控制装置，参照图9，所述车辆横向控制装置包括：
获取模块10，用于获取车辆的当前车速和所述车辆所处道路的道路曲率；
调整模块20，用于通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵，并通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵；
控制模块30，用于根据所述目标状态权重矩阵和所述目标控制权重矩阵确定所述车辆的目标转向角，并基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制。
进一步地，所述调整模块20还用于：
基于所述当前车速确定第一比例因子，并基于所述当前车速和所述道路曲率确定第二比例因子；
通过所述第一比例因子调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵中横向跟踪误差权重，并通过所述第二比例因子调整所述基准状态权重矩阵的航向跟踪误差权重，以得到目标状态权重矩阵。
进一步地，所述调整模块20还用于：
若所述当前车速在第一预设范围内，则将预设常数作为第一比例因子；
若所述当前车速在第二预设范围内，则将所述当前车速作为第一预设公式的自变量以计算得到所述第一比例因子，其中，所述第二预设范围中的极小值等于所述第一预设范围中的极大值；
若所述当前车速在第三预设范围内，则将所述当前车速作为第二预设公式的自变量以计算得到所述第一比例因子，其中，所述第三预设范围中的极小值等于所述第二预设范围中的极大值。
进一步地，所述调整模块20还用于：
基于所述当前车速确定第三比例因子，并基于所述道路曲率确定第四比例因子；
计算所述第三比例因子和所述第四比例因子的乘积得到第二比例因子。
进一步地，所述调整模块20还用于：
基于所述道路曲率确定第五比例因子；
通过所述第五比例因子调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵的转向权重得到目标控制权重矩阵。
进一步地，所述目标转向角包括目标转向方向和目标角度值，所述控制模块30还用于：
基于所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度确定第一角度值，并检测所述目标角度值是否大于所述第一角度值，其中，所述第一角度值为当前速度下允许控制车轮转向的最大角度值；
若所述目标角度值小于或者等于所述第一角度值，则按照所述目标转向角对所述车辆进行横向控制；
若所述目标角度值大于所述第一角度值，则按照所述第一角度值和所述目标转向方向对所述车辆进行横向控制。
进一步地，所述控制模块30还用于：
根据所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度计算第二角度值，并检测所述第二角度值是否大于预设角度值，其中，所述预设角度值为车辆结构允许转向的最大角度值；
若所述第二角度值大于或者等于所述预设角度值，则将所述预设角度值确定为第一角度值；
若所述第二角度值小于所述预设角度值，则将所述第二角度值确定为所述第一角度值。
本申请车辆横向控制装置各实施例，均可参照本申请车辆横向控制方法各个实施例，此处不再赘述。
此外，本申请实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有车辆横向控制程序，所述车辆横向控制程序被处理器执行时实现如下所述的车辆横向控制方法的步骤。
本申请车辆横向控制设备和计算机可读存储介质各实施例，均可参照本申请车辆横向控制方法各个实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的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(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种车辆横向控制方法，其特征在于，所述车辆横向控制方法包括以下步骤：
获取车辆的当前车速和所述车辆所处道路的道路曲率；
通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵，并通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵；
根据所述目标状态权重矩阵和所述目标控制权重矩阵确定所述车辆的目标转向角，并基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制。
2.如权利要求1所述的车辆横向控制方法，其特征在于，所述通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵的步骤，包括：
基于所述当前车速确定第一比例因子，并基于所述当前车速和所述道路曲率确定第二比例因子；
通过所述第一比例因子调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵中横向跟踪误差权重，并通过所述第二比例因子调整所述基准状态权重矩阵的航向跟踪误差权重，以得到目标状态权重矩阵。
3.如权利要求2所述的车辆横向控制方法，其特征在于，所述基于所述当前车速确定第一比例因子的步骤，包括：
若所述当前车速在第一预设范围内，则将预设常数作为第一比例因子；
若所述当前车速在第二预设范围内，则将所述当前车速作为第一预设公式的自变量以计算得到所述第一比例因子，其中，所述第二预设范围中的极小值等于所述第一预设范围中的极大值；
若所述当前车速在第三预设范围内，则将所述当前车速作为第二预设公式的自变量以计算得到所述第一比例因子，其中，所述第三预设范围中的极小值等于所述第二预设范围中的极大值。
4.如权利要求2所述的车辆横向控制方法，其特征在于，所述基于所述当前车速和所述道路曲率确定第二比例因子的步骤，包括：
基于所述当前车速确定第三比例因子，并基于所述道路曲率确定第四比例因子；
计算所述第三比例因子和所述第四比例因子的乘积得到第二比例因子。
5.如权利要求1所述的车辆横向控制方法，其特征在于，所述通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵的步骤，包括：
基于所述道路曲率确定第五比例因子；
通过所述第五比例因子调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵的转向权重得到目标控制权重矩阵。
6.如权利要求1至5中任一项所述的车辆横向控制方法，其特征在于，所述目标转向角包括目标转向方向和目标角度值，所述基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制的步骤，包括：
基于所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度确定第一角度值，并检测所述目标角度值是否大于所述第一角度值，其中，所述第一角度值为当前速度下允许控制车轮转向的最大角度值；
若所述目标角度值小于或者等于所述第一角度值，则按照所述目标转向角对所述车辆进行横向控制；
若所述目标角度值大于所述第一角度值，则按照所述第一角度值和所述目标转向方向对所述车辆进行横向控制。
7.如权利要求6中任一项所述的车辆横向控制方法，其特征在于，所述基于所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度确定第一角度值的步骤，包括：
根据所述当前车速和所述车辆的最大横向加速度计算第二角度值，并检测所述第二角度值是否大于预设角度值，其中，所述预设角度值为车辆结构允许转向的最大角度值；
若所述第二角度值大于或者等于所述预设角度值，则将所述预设角度值确定为第一角度值；
若所述第二角度值小于所述预设角度值，则将所述第二角度值确定为所述第一角度值。
8.一种车辆横向控制装置，其特征在于，所述车辆横向控制装置包括：
获取模块，用于获取车辆的当前车速和所述车辆所处道路的道路曲率；
调整模块，用于通过所述当前车速和所述道路曲率调整所述车辆的横向控制器的基准状态权重矩阵得到目标状态权重矩阵，并通过所述道路曲率调整所述横向控制器的基准控制权重矩阵得到目标控制权重矩阵；
控制模块，用于根据所述目标状态权重矩阵和所述目标控制权重矩阵确定所述车辆的目标转向角，并基于所述目标转向角对所述车辆进行横向控制。
9.一种车辆横向控制设备，其特征在于，所述车辆横向控制设备包括：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车辆横向控制程序，所述车辆横向控制程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的车辆横向控制方法的步骤。
10.一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上存储有车辆横向控制程序，所述车辆横向控制程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的车辆横向控制方法的步骤。
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