CN118210316A - 一种连续轨迹横向控制方法及其相关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种连续轨迹横向控制方法及其相关设备，所述控制方法用于依据规划轨迹对驾校内的目标车辆进行控制，控制方法包括：获取目标车辆当前规划轨迹的轨迹标识信息以及当前规划轨迹的当前轨迹曲率，若轨迹类型为科目外转移轨迹，则依据第一控制策略对目标车辆进行控制；若轨迹类型为科目内示教轨迹，则判断当前轨迹曲率是否在预设误差范围内；若当前轨迹曲率在预设误差范围内，则依据第一控制策略对目标车辆进行控制；若当前轨迹曲率不在预设误差范围内，则依据第二控制策略对目标车辆进行控制。本发明提供了一种连续轨迹横向控制方法，可以实现科目内示教轨迹以及科目间转移轨迹的连续横向控制。
Description
技术领域
本发明属于驾校自动驾驶教学技术领域，特别涉及一种连续轨迹横向控制方法及其相关设备。
背景技术
随着自动驾驶技术的发展，传统的驾驶培训也融入了新的教学手段和技术。例如，智能驾培系统结合了信息化和人工智能技术，推动了驾培示教的诞生。而目前驾校内的自动驾驶，大多是面向较大驾校场地内的学员的接驳任务，还需要继续向着全程自动示教的方向发展。因此现有技术中缺少针对驾校内的科目内示教轨迹以及科目间转移轨迹的连续横向控制手段。
因此，如何实现科目内示教轨迹以及科目间转移轨迹的连续横向控制是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种连续轨迹横向控制方法及其相关设备，以解决上述至少一种技术问题。
第一方面，本发明提供了一种连续轨迹横向控制方法，所述控制方法用于依据规划轨迹对驾校内的目标车辆进行控制，所述控制方法包括：
获取目标车辆当前规划轨迹的轨迹标识信息以及所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率，所述轨迹标识信息用于标识所述目标车辆的轨迹类型，所述轨迹类型包括科目外转移轨迹和科目内示教轨迹；
若所述轨迹类型为科目外转移轨迹，则依据第一控制策略对所述目标车辆进行控制；
若所述轨迹类型为科目内示教轨迹，则判断所述当前轨迹曲率是否在预设误差范围内；若所述当前轨迹曲率在预设误差范围内，则依据所述第一控制策略对所述目标车辆进行控制；若所述当前轨迹曲率不在预设误差范围内，则依据第二控制策略对所述目标车辆进行控制。
优选地，所述依据第一控制策略对所述目标车辆进行控制包括：
依据LQR反馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率在预设误差范围内时所述目标车辆的第一前轮转角控制量；
依据前馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率不在预设误差范围内时所述目标车辆的第二前轮转角控制量；
依据所述和所述/>计算所述目标车辆的方向盘转角控制量/>，所述，其中/>为所述目标车辆的转向系统的角传动比；
依据所述方向盘转角控制量对所述目标车辆进行控制。
优选地，所述依据LQR反馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率在预设误差范围内时所述目标车辆的第一前轮转角控制量，包括：
依据车辆动力学模型构建相对路径误差的状态空间转移方程，所述状态空间转移方程为：；
其中，是状态向量，/>是控制输入向量，A、B是常数矩阵，/>为状态向量/>的微分形式；
令，
，/>，/>；
得到约束函数：
；
其中，为所述目标车辆的当前位置与当前规划轨迹参考点的横向误差，/>为所述目标车辆的横向误差变化率，/>为所述目标车辆的当前航向角与规划轨迹参考点的航向角误差，/>为所述目标车辆的航向角误差变化率，/>为所述目标车辆的前轮转角，/>为所述目标车辆的前轮侧偏刚度，/>为所述目标车辆的后轮侧偏刚度，/>为所述目标车辆的前轴到质心的距离，/>为所述目标车辆的后轴到质心的距离，/>为所述目标车辆的转动惯量，/>为所述目标车辆的质量，/>为所述目标车辆的纵向速度，/>为采样时间；
指定LQR反馈控制算法的代价函数，所述代价函数为：，/>为总代价，/>为状态权重矩阵，/>为控制权重矩阵，将所述状态权重矩阵/>和所述控制权重矩阵/>分别配置为：
；/>；
其中，表示对所述横向误差/>的重视程度，所述/>表示对所述横向误差变化率的重视程度，所述/>表示对所述航向角误差/>的重视程度，所述/>表示对所述航向角误差变化率/>的重视程度，/>表示对所述前轮转角控制量的重视程度；
依据所述约束函数计算使所述代价函数达到最小的第一前轮转角控制量。
优选地，所述依据前馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率不在预设误差范围内时所述目标车辆的第二前轮转角控制量，包括：
构建前馈计算公式，所述前馈计算公式为：
；
依据所述前馈计算公式计算所述目标车辆的第二前轮转角控制量，以消除因横摆角速度产生的稳态误差；
其中，为所述当前规划轨迹的轨迹半径，/>为所述目标车辆的轴距，/>为与所述目标车辆的固有物理参数相关的常数。
优选地，所述依据第二控制策略对所述目标车辆进行控制，包括：
获取所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的拟合函数式；
依据所述拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角；
依据所述当前方向盘转角对所述目标车辆进行控制。
优选地，所述获取所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的拟合函数式，包括：
获取所述目标车辆在前进档位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式；
获取所述目标车辆在倒车挡位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式；
所述依据所述拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角，包括：
获取所述当前规划轨迹所对应的档位状态；
若所述档位状态为前进档位，则依据所述第一拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角；
若所述档位状态为倒车档位，则依据所述第二拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角。
优选地，所述获取所述目标车辆在前进档位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式，包括：
获取所述目标车辆在前进档位时的第一方向盘极限物理转角；
预设所述目标车辆的第一方向盘起始标定转角，所述第一方向盘起始标定转角小于所述第一方向盘极限物理转角；
在所述第一方向盘起始标定转角至所述第二方向盘极限物理转角之间，每转动第一预设转角获取一个第一方向盘转角值，得到第一方向盘转角序列；
计算与第一方向盘转角序列中的每一个所述第一方向盘转角所对应的第一轨迹半径值，得到第一轨迹半径序列；
对所述第一方向盘转角序列和与所述第一方向盘转角序列相对应的所述第一轨迹半径序列进行拟合，得到所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式；
其中，所述轨迹曲率和所述方向盘转角互为倒数，所述第一方向盘起始标定转角、所述第一方向盘极限物理转角和所述第一预设转角均为沿同一方向转动方向盘得到的角度值。
优选地，所述获取所述目标车辆在倒车挡位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式，包括：
获取所述目标车辆在倒车档位时的第二方向盘极限物理转角；
预设所述目标车辆的第二方向盘起始标定转角，所述第二方向盘起始标定转角小于所述第二方向盘极限物理转角；
在所述第二方向盘起始标定转角至所述第二方向盘极限物理转角之间，每转动第二预设转角获取一个第二方向盘转角值，得到第二方向盘转角序列；
计算与第二方向盘转角序列中的每一个所述第二方向盘转角所对应的第二轨迹半径值，得到第二轨迹半径序列；
对所述第二方向盘转角序列和与所述第二方向盘转角序列相对应的所述第二轨迹半径序列进行拟合，得到所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式；
其中，所述第二方向盘起始标定转角、所述第二方向盘极限物理转角和所述第二预设转角均为沿同一方向转动方向盘得到的角度值。
第二方面，本申请还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如第一方面中任一项所述的连续轨迹横向控制方法。
第三方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序：所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中任一项所述的连续轨迹横向控制方法。
有益效果：本发明提出了一种连续轨迹横向控制方法，所述控制方法用于依据规划轨迹对驾校内的目标车辆进行控制，通过获取目标车辆当前规划轨迹的轨迹标识信息以及当前规划轨迹的当前轨迹曲率，其中该轨迹标识信息用于标识目标车辆的轨迹类型，且轨迹类型包括科目外转移轨迹和科目内示教轨迹，若轨迹类型为科目外转移轨迹，则依据第一控制策略对目标车辆进行控制；若轨迹类型为科目内示教轨迹，则判断当前轨迹曲率是否在预设误差范围内；若当前轨迹曲率在预设误差范围内，则依据第一控制策略对所述目标车辆进行控制；若当前轨迹曲率不在预设误差范围内，则依据第二控制策略对所述目标车辆进行控制。本发明提供的连续轨迹横向控制方法，通过在科目间转移轨迹以及科目内直线段示教轨迹中对车辆采用第一控制策略进行控制，在科目内圆弧段示教轨迹中则对车辆采用第二控制策略进行控制，以满足不同规划轨迹的控制需求，进而实现科目内示教轨迹以及科目间转移轨迹的连续横向控制。因为科目内弧线段示教轨迹对方向盘在给定点位实现给定转动角度需要有较高的控制精准度，而科目间转移轨迹以及科目内直线段示教轨迹对方向盘在给定点位实现给定转动角度的要求则较低。其中，科目内直线段示教轨迹是表示科目内示教轨迹的轨迹曲率在预设误差范围内，科目内圆弧段示教轨迹是表示科目内示教轨迹的轨迹曲率不在预设误差范围内。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例中连续轨迹横向控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中所涉及的规划层与控制层的关系图；
图3为本发明实施例中的车辆转弯示意图；
图4为本发明实施例中自行车模型转弯示意图；
图5为本发明实施例中车辆转弯的轨迹半径与方向盘转角标定示意图；
图6为本发明实施例中某一车型车辆前进挡位时轨迹曲率与方向盘转角的拟合关系图；
图7为本申请提供的电子设备的一种结构示意图；
图8为本申请提供的计算机可读存储介质的一种结构示意图。
具体实施方式
本申请提供了一种连续轨迹横向控制方法及其相关设备，能够满足不同规划轨迹的控制需求，进而实现科目内示教轨迹以及科目间转移轨迹的连续横向控制。
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。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。在本申请中出现的对步骤进行的命名或者编号，并不意味着必须按照命名或者编号所指示的时间/逻辑先后顺序执行方法流程中的步骤，已经命名或者编号的流程步骤可以根据要实现的技术目的变更执行次序，只要能达到相同或者相类似的技术效果即可。
本申请中所出现的模块的划分，是一种逻辑上的划分，实际应用中实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合成或集成在另一个系统中，或一些特征可以忽略，或不执行，另外，所显示的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，模块之间的间接耦合或通信连接可以是电性或其他类似的形式，本申请中均不作限定。并且，作为分离部件说明的模块或子模块可以是也可以不是物理上的分离，可以是也可以不是物理模块，或者可以分布到多个电路模块中，可以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来实现本申请方案的目的。
在介绍本申请提供的连续轨迹横向控制方法之前，首先介绍本申请所涉及的背景内容。
本申请提供的连续轨迹横向控制方法，可应用于处理设备，用于通过获取目标车辆当前规划轨迹的轨迹标识信息以及所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率，以依据依据轨迹标识信息和当前轨迹曲率第一控制策略或第二控制策略对所述目标车辆进行控制。
本申请提及的连续轨迹横向控制方法，其执行主体可以为连续轨迹横向控制装置，或者集成了该连续轨迹横向控制装置的网络节点、服务器、物理主机或者用户设备（User Equipment，UE）等不同类型的处理设备。其中，连续轨迹横向控制装置可以采用硬件或者软件的方式实现，UE具体可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑或者个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）等终端设备，处理设备可以通过设备集群的方式设置。
可以理解的是，本申请如果涉及网关产品，其既可以是以软件服务的形式配置的应用服务，需要在网络架构中搭载到相应的设备上才能作为实际意义上的网关节点，或者，也可以是直接为在网络架构中以设备形式存在的网关节点，这是随灵活的部署需求/应用需求来灵活调整的。
如此，执行本申请所提供的连续轨迹横向控制的处理设备，具体可以为网络节点、服务器、物理主机或者UE等不同类型的设备，随实际需要进行灵活配置即可，本申请并不做具体限定。
如图1-6所示，本实施例一提供了一种连续轨迹横向控制方法，所述控制方法用于自动驾驶场景下依据规划轨迹对驾校内的目标车辆进行控制，规划轨迹是由目标车辆的规划层进行规划设计的，本发明所提供的连续轨迹横向控制方法可以配置于控制层，以依据规划层传输的规划轨迹执行本申请的连续轨迹横向控制方法来实现科目内示教轨迹以及科目间转移轨迹的连续横向控制。所述控制方法具体包括以下步骤S110至步骤S150：
步骤S110、获取目标车辆当前规划轨迹的轨迹标识信息以及所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率，所述轨迹标识信息用于标识所述目标车辆的轨迹类型，所述轨迹类型包括科目外转移轨迹和科目内示教轨迹；
其中，轨迹类型是自动驾驶车辆在驾校场地内行驶的轨迹类型，该轨迹类型包括科目外转移轨迹和科目内示教轨迹，科目内示教轨迹是针对驾校场地内的科目二的示教轨迹，包括倒车入库、曲线行驶、侧方位停车、直角转弯等对应的示教轨迹，科目外转移轨迹是指驾校场地内相邻两个科目之间的行驶轨迹，以控制目标车辆依据科目内示教轨迹进行驾培训练，并在科目间进行轨迹切换时依据科目外转移轨迹对车辆进行控制。
步骤S120、若所述轨迹类型为科目外转移轨迹，则依据第一控制策略对所述目标车辆进行控制；
步骤S130、若所述轨迹类型为科目内示教轨迹，则判断所述当前轨迹曲率是否在预设误差范围内；
其中，本领域技术人员可以理解，理论情况下，当车辆在直线行驶时，车辆的直线行驶轨迹对应的轨迹半径为无穷大，由于轨迹曲率与轨迹半径互为倒数，因此，直线段行驶时对应的轨迹曲率则为0，而在实际情况下，车辆在直线段行驶时由于会存在一个横向偏移，其轨迹半径可以通过计算得到一个较大的值，因此对应的轨迹曲率并不为0，而是接近于0的数。因此本申请对直线段的轨迹曲率设置一个预设误差范围，并将该预设误差范围设置为[-0.0001,0.0001]。
因此，当轨迹曲率在预设误差范围内时，即轨迹曲率趋近于0时，此时科目内示教轨迹为直线段轨迹，当轨迹曲率不在预设误差范围内时，此时科目内示教轨迹为圆弧段轨迹。
步骤S140、若所述当前轨迹曲率在预设误差范围内，则依据所述第一控制策略对所述目标车辆进行控制；
作为一种可实现的方式，上述步骤S120以及上述步骤S140中的依据第一控制策略对所述目标车辆进行控制，具体包括以下子步骤：
（1）依据LQR反馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率在预设误差范围内时所述目标车辆的第一前轮转角控制量；
作为一种可实现的方式，上述子步骤（1）中所述依据LQR反馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率在预设误差范围内时所述目标车辆的第一前轮转角控制量，具体还包括以下子步骤：
依据车辆动力学模型构建相对路径误差的状态空间转移方程，所述状态空间转移方程为：；
其中，是状态向量，/>是控制输入向量，A、B是常数矩阵，/>为状态向量/>的微分形式；
令，
，/>，/>；
得到约束函数：
；
其中，为所述目标车辆的当前位置与当前规划轨迹参考点的横向误差，/>为所述目标车辆的横向误差变化率，/>为所述目标车辆的当前航向角与规划轨迹参考点的航向角误差，/>为所述目标车辆的航向角误差变化率，/>为所述目标车辆的前轮转角，/>为所述目标车辆的前轮侧偏刚度，/>为所述目标车辆的后轮侧偏刚度，/>为所述目标车辆的前轴到质心的距离，/>为所述目标车辆的后轴到质心的距离，/>为所述目标车辆的转动惯量，/>为所述目标车辆的质量，/>为所述目标车辆的纵向速度，/>为采样时间；
指定LQR反馈控制算法的代价函数，所述代价函数为：，为总代价，/>为状态权重矩阵，/>为控制权重矩阵，将所述状态权重矩阵/>和所述控制权重矩阵/>分别配置为：
；/>；
其中，表示对所述横向误差/>的重视程度，所述/>表示对所述横向误差变化率的重视程度，所述/>表示对所述航向角误差/>的重视程度，所述/>表示对所述航向角误差变化率/>的重视程度，/>表示对所述前轮转角控制量的重视程度；
依据所述约束函数计算使所述代价函数达到最小的第一前轮转角控制量。
具体的，依据所述约束函数计算得到的使所述代价函数达到最小的第一前轮转角控制量为，/>，/>为状态反馈矩阵，是通过反复迭代Riccati方程并进一步处理得到，进而求得第一前轮转角控制量/>，/>为假设参考轨迹为直线时计算出的车辆前轮转角。
（2）依据前馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率不在预设误差范围内时所述目标车辆的第二前轮转角控制量；
作为一种可实现的方式，上述子步骤（2）中所述依据前馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率不在预设误差范围内时所述目标车辆的第二前轮转角控制量，包括：
构建前馈计算公式，所述前馈计算公式为：
；
依据所述前馈计算公式计算所述目标车辆的第二前轮转角控制量，以消除因横摆角速度产生的稳态误差；
其中，为所述当前规划轨迹的轨迹半径，/>为所述目标车辆的轴距，/>为与所述目标车辆的固有物理参数相关的常数，/>为所述权重矩阵/>中的/>，表示对所述航向角误差/>的重视程度。
需要补充的是，可以依据下式计算求得：/>。
具体的，LQR反馈控制算法使控制系统趋于稳定，但是并没有考虑（/>为常数矩阵，/>为目标车辆的横摆角速度）带来的偏差，所以系统的稳定偏差并不为0，故在LQR反馈控制的基础上增加一个前馈控制，使得控制系统在趋于稳定的同时，系统的稳定偏差也为0。其中，常数矩阵/>，/>，基于此来构建前馈计算公式，从而通过前馈计算公式计算得到/>，以消除因横摆角速度产生的稳态误差。
（3）依据所述和所述/>计算所述目标车辆的方向盘转角控制量/>，所述，其中/>为所述目标车辆的转向系统的角传动比；
（4）依据所述方向盘转角控制量对所述目标车辆进行控制。
步骤S150、若所述当前轨迹曲率不在预设误差范围内，则依据第二控制策略对所述目标车辆进行控制。
作为一种可实现的方式，上述步骤S150中依据第二控制策略对所述目标车辆进行控制，具体包括以下子步骤：
获取所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的拟合函数式；
依据所述拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角；
依据所述当前方向盘转角对所述目标车辆进行控制。
具体的，获取目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的拟合函数式的必要性为：附图3车辆转弯示意图，经过简化，可将车辆简化为自行车，通过构建图4的自行车模型转弯示意图，可知图4中车辆转弯半径与车辆前轮转角/>存在以下关系：，/>为车辆轴距，/>为转弯半径，方向盘转动角度则为车辆前轮转角/>与车辆传动比的乘积，可见在自行车模型中方向盘转动角度与车辆转弯半径之间呈线性关系。但是，经实车测试，车辆转弯半径与车辆前轮转角对应的一次线性关系式仅在一定小角度范围内成立，当超出给定小角度范围后，该一次线性关系式不再成立，故需要获取所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的拟合函数式。
作为一种可实现的方式，上述子步骤中的获取所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的拟合函数式，具体包括以下子步骤：
获取所述目标车辆在前进档位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式；
获取所述目标车辆在倒车挡位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式；
所述依据所述拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角，包括：
获取所述当前规划轨迹所对应的档位状态；
若所述档位状态为前进档位，则依据所述第一拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角；
若所述档位状态为倒车档位，则依据所述第二拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角。
作为一种可实现的方式，上述子步骤中所述获取所述目标车辆在前进档位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式，具体包括以下子步骤：
获取所述目标车辆在前进档位时的第一方向盘极限物理转角；
预设所述目标车辆的第一方向盘起始标定转角，所述第一方向盘起始标定转角小于所述第一方向盘极限物理转角；
在所述第一方向盘起始标定转角至所述第一方向盘极限物理转角之间，每转动第一预设转角获取一个第一方向盘转角值，得到第一方向盘转角序列；
计算与第一方向盘转角序列中的每一个所述第一方向盘转角所对应的第一轨迹半径值，得到第一轨迹半径序列；
对所述第一方向盘转角序列和与所述第一方向盘转角序列相对应的所述第一轨迹半径序列进行拟合，得到所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式；
其中，所述轨迹曲率和所述方向盘转角互为倒数，所述第一方向盘起始标定转角、所述第一方向盘极限物理转角和所述第一预设转角均为沿同一方向转动方向盘得到的角度值。
具体的，转动的第一预设转角可以设置为25°，若转动方向为向左转动，则在第一方向盘起始标定转角至第一方向盘极限物理转角之间，方向盘在第一方向盘起始标定转角的基础上每向左增加转动25度，则在该方向盘转角下使车辆行驶一段轨迹，在该段轨迹中分别选取目标车辆三个不同位置所对应的GPS点，通过选取的这三个GPS点来拟合一个圆，同步获得该圆弧轨迹的半径r。如图5所示，其中，计算与第一方向盘转角序列中的每一个所述第一方向盘转角所对应的第一轨迹半径值，所依据的数学原理是：
p1p2线段中点的x坐标：Pmid1.x = (p1.x+p2.x)/2;
p1p2线段中点的y坐标：Pmid1.y = (p1.y+p2.y)/2;
p1p2线段的斜率：K1=arctan((p1.y-p2.y)/(p1.x-p2.x));
其中，p1.x表示p1点X轴对应的横坐标，p1.y表示p1点Y轴对应的纵坐标，p2.x表示p2点X轴对应的横坐标，p2.y表示p2点Y轴对应的纵坐标，
故p1p2线段的中垂线的直线解析式为：y = -x/K1 + Pmid1.y + Pmid1.x/K1；
同理p2p3线段的中垂线的直线解析式为：y = -x/K2 + Pmid2.y + Pmid2.x/K2；
其中K2为p2p3线段的斜率，Pmid2为p2p3线段的中点。
联立y =-x/K1+ Pmid1.y + Pmid1.x/K1与y = -x/K2 + Pmid2.y + Pmid2.x/K2便可以得到两中垂线的交点，即轨迹的圆心坐标点，圆心坐标点/>的x坐标为/>，圆心坐标点/>的y坐标为/>；
利用两点间距离公式，便得到此圆弧轨迹的半径r：
。
作为一种可实现的方式，上述子步骤中所述获取所述目标车辆在倒车挡位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式，具体包括以下子步骤：
获取所述目标车辆在倒车档位时的第二方向盘极限物理转角；
预设所述目标车辆的第二方向盘起始标定转角，所述第二方向盘起始标定转角小于所述第二方向盘极限物理转角；
在所述第二方向盘起始标定转角至所述第二方向盘极限物理转角之间，每转动第二预设转角获取一个第二方向盘转角值，得到第二方向盘转角序列；
计算与第二方向盘转角序列中的每一个所述第二方向盘转角所对应的第二轨迹半径值，得到第二轨迹半径序列；
对所述第二方向盘转角序列和与所述第二方向盘转角序列相对应的所述第二轨迹半径序列进行拟合，得到所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式；
其中，所述第二方向盘起始标定转角、所述第二方向盘极限物理转角和所述第二预设转角均为沿同一方向转动方向盘得到的角度值。
对应的，在获取目标车辆在倒车挡位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式中，在第二方向盘起始标定转角至第二方向盘极限物理转角之间，每转动第二预设转角获取一个第二方向盘转角值，得到第二方向盘转角序列以及计算与第二方向盘转角序列中的每一个第二方向盘转角所对应的第二轨迹半径值得到第二轨迹半径序列，具体的计算过程和原理与第一拟合函数式中的具体计算过程相同，此处不在赘述第二轨迹半径值的计算过程。第二预设转角也可以设置为25°。
具体的，基于车辆转弯半径与车辆方向盘转角标定的原理，对某一车型实车进行标定，由于车辆转弯半径与车辆前轮转角对应的一次线性关系在一定小角度范围内成立，故方向盘起始标定转角可以设计为从300度开始，步进25度，最大角度为方向盘极限物理转角，如果车辆的方向盘向左转动的方向盘极限物理转角与向右转动的方向盘极限最大物理转角不相同时，则可以分别对该车辆所对应的车型的左转前进、右转前进、左转后退、右转后退分别形成对应的拟合函数式。对标定后的数据进行拟合得到拟合函数式后，该拟合函数式为一元三次多项式，在轨迹曲率已知的情况下，将轨迹曲率带入相应的拟合函数式，便可以得到相应的方向盘转角，因科目内弧线段的路径点的曲率一致，故车辆在弧线段会按对应的方向盘转角持续输出，从而达到了科目内示教曲线段方向盘按教案方向盘角度保持的要求。
如附图6为某一车型车辆在前进挡位时轨迹曲率（转弯半径的倒数）与车辆方向盘转角的拟合曲线，通过三次多项式拟合获得两者的第一拟合函数式。同理可以获得在倒车挡位时相应轨迹曲率（转弯半径的倒数）与车辆方向盘转角的第一拟合函数式。
本发明实施例提出了一种连续轨迹横向控制方法，所述控制方法用于依据规划轨迹对驾校内的目标车辆进行控制，通过获取目标车辆当前规划轨迹的轨迹标识信息以及当前规划轨迹的当前轨迹曲率，其中该轨迹标识信息用于标识目标车辆的轨迹类型，且轨迹类型包括科目外转移轨迹和科目内示教轨迹，若轨迹类型为科目外转移轨迹，则依据第一控制策略对目标车辆进行控制；若轨迹类型为科目内示教轨迹，则判断当前轨迹曲率是否在预设误差范围内；若当前轨迹曲率在预设误差范围内，则依据第一控制策略对所述目标车辆进行控制；若当前轨迹曲率不在预设误差范围内，则依据第二控制策略对所述目标车辆进行控制。本发明实施例提供的连续轨迹横向控制方法，通过在科目间转移轨迹以及科目内直线段示教轨迹中对车辆采用第一控制策略进行控制，在科目内圆弧段示教轨迹中则对车辆采用第二控制策略进行控制，以满足不同规划轨迹的控制需求，进而实现科目内示教轨迹以及科目间转移轨迹的连续横向控制。因为科目内弧线段示教轨迹对方向盘在给定点位实现给定转动角度需要有较高的控制精准度，而科目间转移轨迹以及科目内直线段示教轨迹对方向盘在给定点位实现给定转动角度的要求则较低。其中，科目内直线段示教轨迹是表示科目内示教轨迹的轨迹曲率在预设误差范围内，科目内圆弧段示教轨迹是表示科目内示教轨迹的轨迹曲率不在预设误差范围内。
实施例二
请参阅图7，图7为本发明实施例中电子设备700的一个实施例示意图，包括：
存储器701、处理器702以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序703，其中，处理器执行存储器中存储的计算机程序703时实现上述连续轨迹横向控制方法。
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管道材料检测方法的部分。存储器701可用于存储计算机程序703，上述计算机程序包括软件程序、模块和数据，处理器702通过运行执行存储在存储器701的计算机程序703，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理。
实施例三
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，请参阅图8，图8为本发明实施例中计算机可读存储介质的一个实施例示意图，其中，该计算机可读存储介质可存储有计算机程序，该程序执行时包括上述方法实施例中记载的连续轨迹横向控制方法的部分或全部步骤。
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，上述描述的装置、电子设备和计算机可读存储介质的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中管道材料检测方法的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，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。另一点，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，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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。
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，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。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连续轨迹横向控制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）、随机存取存储器（RAM，Random Access 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，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种连续轨迹横向控制方法，所述控制方法用于依据规划轨迹对驾校内的目标车辆进行控制，其特征在于，所述控制方法包括：
获取目标车辆当前规划轨迹的轨迹标识信息以及所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率，所述轨迹标识信息用于标识所述目标车辆的轨迹类型，所述轨迹类型包括科目外转移轨迹和科目内示教轨迹；
若所述轨迹类型为科目外转移轨迹，则依据第一控制策略对所述目标车辆进行控制；
若所述轨迹类型为科目内示教轨迹，则判断所述当前轨迹曲率是否在预设误差范围内；若所述当前轨迹曲率在预设误差范围内，则依据所述第一控制策略对所述目标车辆进行控制；若所述当前轨迹曲率不在预设误差范围内，则依据第二控制策略对所述目标车辆进行控制。
2.根据权利要求1所述的连续轨迹横向控制方法，其特征在于，所述依据第一控制策略对所述目标车辆进行控制包括：
依据LQR反馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率在预设误差范围内时所述目标车辆的第一前轮转角控制量；
依据前馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率不在预设误差范围内时所述目标车辆的第二前轮转角控制量；
依据所述和所述/>计算所述目标车辆的方向盘转角控制量/>，所述，其中/>为所述目标车辆的转向系统的角传动比；
依据所述方向盘转角控制量对所述目标车辆进行控制。
3.根据权利要求2所述的连续轨迹横向控制方法，其特征在于，所述依据LQR反馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率在预设误差范围内时所述目标车辆的第一前轮转角控制量，包括：
依据车辆动力学模型构建相对路径误差的状态空间转移方程，所述状态空间转移方程为：；
其中，是状态向量，/>是控制输入向量，A、B是常数矩阵，/>为状态向量/>的微分形式；
令，
，/>，/>；
得到约束函数：
；
其中，为所述目标车辆的当前位置与当前规划轨迹参考点的横向误差，/>为所述目标车辆的横向误差变化率，/>为所述目标车辆的当前航向角与规划轨迹参考点的航向角误差，/>为所述目标车辆的航向角误差变化率，/>为所述目标车辆的前轮转角，/>为所述目标车辆的前轮侧偏刚度，/>为所述目标车辆的后轮侧偏刚度，/>为所述目标车辆的前轴到质心的距离，/>为所述目标车辆的后轴到质心的距离，/>为所述目标车辆的转动惯量，为所述目标车辆的质量，/>为所述目标车辆的纵向速度，/>为采样时间；
指定LQR反馈控制算法的代价函数，所述代价函数为：，/>为总代价，/>为状态权重矩阵，/>为控制权重矩阵，将所述状态权重矩阵/>和所述控制权重矩阵分别配置为：
；/>；
其中，表示对所述横向误差/>的重视程度，所述/>表示对所述横向误差变化率/>的重视程度，所述/>表示对所述航向角误差/>的重视程度，所述/>表示对所述航向角误差变化率/>的重视程度，/>表示对所述前轮转角控制量的重视程度；
依据所述约束函数计算使所述代价函数达到最小的第一前轮转角控制量。
4.根据权利要求3所述的连续轨迹横向控制方法，其特征在于，所述依据前馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率不在预设误差范围内时所述目标车辆的第二前轮转角控制量，包括：
构建前馈计算公式，所述前馈计算公式为：
；
依据所述前馈计算公式计算所述目标车辆的第二前轮转角控制量，以消除因横摆角速度产生的稳态误差；
其中，为所述当前规划轨迹的轨迹半径，/>为所述目标车辆的轴距，/>为与所述目标车辆的固有物理参数相关的常数。
5.根据权利要求4所述的连续轨迹横向控制方法，其特征在于，所述依据第二控制策略对所述目标车辆进行控制，包括：
获取所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的拟合函数式；
依据所述拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角；
依据所述当前方向盘转角对所述目标车辆进行控制。
6.根据权利要求5所述的连续轨迹横向控制方法，其特征在于，所述获取所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的拟合函数式，包括：
获取所述目标车辆在前进档位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式；
获取所述目标车辆在倒车挡位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式；
所述依据所述拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角，包括：
获取所述当前规划轨迹所对应的档位状态；
若所述档位状态为前进档位，则依据所述第一拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角；
若所述档位状态为倒车档位，则依据所述第二拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角。
7.根据权利要求6所述的连续轨迹横向控制方法，其特征在于，所述获取所述目标车辆在前进档位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式，包括：
获取所述目标车辆在前进档位时的第一方向盘极限物理转角；
预设所述目标车辆的第一方向盘起始标定转角，所述第一方向盘起始标定转角小于所述第一方向盘极限物理转角；
在所述第一方向盘起始标定转角至所述第二方向盘极限物理转角之间，每转动第一预设转角获取一个第一方向盘转角值，得到第一方向盘转角序列；
计算与第一方向盘转角序列中的每一个所述第一方向盘转角所对应的第一轨迹半径值，得到第一轨迹半径序列；
对所述第一方向盘转角序列和与所述第一方向盘转角序列相对应的所述第一轨迹半径序列进行拟合，得到所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式；
其中，所述轨迹曲率和所述方向盘转角互为倒数，所述第一方向盘起始标定转角、所述第一方向盘极限物理转角和所述第一预设转角均为沿同一方向转动方向盘得到的角度值。
8.根据权利要求7所述的连续轨迹横向控制方法，其特征在于，所述获取所述目标车辆在倒车挡位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式，包括：
获取所述目标车辆在倒车档位时的第二方向盘极限物理转角；
预设所述目标车辆的第二方向盘起始标定转角，所述第二方向盘起始标定转角小于所述第二方向盘极限物理转角；
在所述第二方向盘起始标定转角至所述第二方向盘极限物理转角之间，每转动第二预设转角获取一个第二方向盘转角值，得到第二方向盘转角序列；
计算与第二方向盘转角序列中的每一个所述第二方向盘转角所对应的第二轨迹半径值，得到第二轨迹半径序列；
对所述第二方向盘转角序列和与所述第二方向盘转角序列相对应的所述第二轨迹半径序列进行拟合，得到所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式；
其中，所述第二方向盘起始标定转角、所述第二方向盘极限物理转角和所述第二预设转角均为沿同一方向转动方向盘得到的角度值。
9.一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1~8中任一项所述的连续轨迹横向控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1~8中任一项所述的连续轨迹横向控制方法。
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