智能驾驶车辆横向控制方法和模块与流程

1.本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种智能驾驶车辆横向控制方法，以及一种智能驾驶车辆横向控制模块。


背景技术：

2.智能驾驶(包括高级辅助驾驶及无人驾驶)产品中，横向功能的期望轨迹一般根据摄像头识别的车道线、行驶路径上最近车辆的历史轨迹或路径规划模块给出的全局和局部轨迹得到。横向控制模块根据车辆与期望轨迹的位置偏差或航向角偏差动态调整方向盘转角或扭矩，使车辆按照期望轨迹行驶。
3.对于不同车型，车辆轮胎、悬架和电动助力转向系统结构和特性均有差别，即使对同一车型，各系统也有可能由多家供应商提供，其性能存在差异。对一些车型，横向控制只使用一个点偏差或只使用一个点航向角偏差就可以使车辆较好的按照期望轨迹行驶。但对大多数车型来讲，控制方案需要不断调整适配。因此需要提出一套通用的横向控制方案，提升横向控制方案的适用性。


技术实现要素：

4.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
5.本发明要解决的技术问题是提供一种基于偏差、航向角和前馈的智能驾驶车辆横向控制方法。
6.以及，本发明还提供了一种基于偏差、航向角和前馈的智能驾驶车辆横向控制模块。
7.为解决上述技术问题，本发明提供的一种智能驾驶车辆横向控制方法，包括以下步骤：
8.s1，建立指定坐标系，形成车辆横向期望轨迹；
9.s2，近点位置偏差控制，将x1代入车辆横向期望轨迹计算得到y1，根据y1使用pid控制提供第一部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x1是第一指定近点x轴位置，y1是第一近点y轴位置偏差；
10.s3，远点位置偏差控制，将x2代入车辆横向期望轨迹计算得到y2，根据y2使用pid控制提供第二部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x2是第一指定远点x轴位置，y2是第一远点y轴位置偏差；
11.s4，近点航向角偏差控制，将x3代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a1，根据a1使用pid控制提供第三部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x3是第二指定近点x轴位置，a1是近点航向角偏差；
12.s5，单点曲率前馈控制，将x5代入车辆横向期望轨迹二阶导数计算得y
5”,根据y
5”动态提供第四部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x5是第一指定点；
13.可选择的，能根据y
5”查表提供第四部分控制扭矩或转角至电动助力转向，所述表是标定获得的y
5”与控制扭矩或转角关系的一维表格；
14.可选择的，能根据y
5”计算控制扭矩或转角，t＝k
×
y5，k为指定系数，t为输出控制扭矩或转角；
15.s6，根据第一部分～第四部分控制扭矩或转角之和作为最终输送电动助力转向的控制扭矩或转角。
16.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制方法，执行至步骤s5后先执行步骤s5’后再执行步骤s6；
17.s5’，远点航向角偏差p控制，将x4代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a2，根据a2使用pid控制提供第五部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x4是第二指定远点x轴位置，a2是远点航向角偏差；
18.s6’,根据第一部分～第五部分控制扭矩或转角之和作为最终输送电动助力转向的控制扭矩或转角。
19.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制方法，执行步骤s1时，以车辆后轴中心作为坐标系原点,车辆行驶方向为x轴，垂直车辆行驶方向为y轴建立指定坐标系。
20.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制方法，车辆横向期望轨迹表达式为：y＝c0+c1x+c2x2+c3x3；
21.车辆横向期望轨迹一阶导数为：y’＝c1+2c2x+3c3x2；
22.车辆横向期望轨迹二阶导数为：y”＝2c2+6c3x；
23.c0为坐标原点处车辆与期望轨迹之间的位置偏差，c1、c2和c3为指定系数。c1、c2和c3一般由摄像头供应商或车道线融合算法得到，
24.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制方法，x1可以选择任意点，例如x1选择坐标原点。
25.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制方法，x2根据c2或车速查询标定表获得。所述标定表为一维查表，是c2或车速与x2大小的标定表。
26.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制方法，近点航向角偏差a1＝atan(y3’
)*57.3。
27.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制方法，远点航向角偏差a2＝atan(y4’
)*57.3。
28.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制方法，第一部分～第四部分控制扭矩或转角能通过pid控制获得。
29.为解决上述技术问题，本发明提供一种智能驾驶车辆横向控制模块，包括：
30.期望轨迹生成单元，其用于建立指定坐标系，形成车辆横向期望轨迹；
31.近点位置偏差控制单元，其将x1代入车辆横向期望轨迹计算得到y1，根据y1使用pid控制提供第一部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x1是第一指定近点x轴位置，y1是第一近点y轴位置偏差；
32.远点位置偏差控制单元，将x2代入车辆横向期望轨迹计算得到y2，根据y2使用pid
控制提供第二部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x2是第一指定远点x轴位置，y2是第一远点y轴位置偏差；
33.近点航向角偏差控制单元，将x3代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a1，根据a1使用pid控制提供第三部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x3是第二指定近点x轴位置，a1是近点航向角偏差；
34.单点曲率前馈控制单元，将x5代入车辆横向期望轨迹二阶导数计算得y
5”,根据y
5”动态提供第四部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x5是第一指定点；
35.横向控制单元，其根据第一部分～第四部分控制扭矩或转角之和作为最终输送电动助力转向的控制扭矩或转角。
36.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制模块，还包括：
37.远点航向角偏差p控制单元，其将x4代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a2，根据a2使用pid控制提供第五部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x4是第二指定远点x轴位置，a2是远点航向角偏差；
38.横向控制单元，根据第一部分～第五部分控制扭矩或转角至电动助力转向(如何)进行横向控制。
39.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制模块，所述指定坐标系以车辆后轴中心作为坐标系原点,车辆行驶方向为x轴，垂直车辆行驶方向为y轴。
40.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制模块，车辆横向期望轨迹表达式为：y＝c0+c1x+c2x2+c3x3；
41.车辆横向期望轨迹一阶导数为：y’＝c1+2c2x+3c3x2；
42.车辆横向期望轨迹二阶导数为：y”＝2c2+6c3x；
43.c0为坐标原点处车辆与期望轨迹之间的位置偏差，c1、c2和c3为指定系数。
44.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制模块，x1选择坐标原点。
45.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制模块，x2根据c2或车速查询标定表获得。
46.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制模块，近点航向角偏差a1＝atan(y3’
)*57.3。
47.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制模块，远点航向角偏差a2＝atan(y4’
)*57.3。
48.可选择的，进一步改进所述的智能驾驶车辆横向控制模块，第一部分～第四部分控制扭矩或转角能通过pid控制获得。
49.本发明基于偏差、航向角和前馈，从近点位置偏差控制、远点位置偏差控制、近点航向角偏差控制、远点航向角偏差控制和单点曲率前馈控制五个维度对车辆横向位移进行控制，充分考虑了各维度对车辆横向位移的影响，能够扩大横向控制的适用性、准确性和安全性。
附图说明
50.本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意
图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
51.图1是本发明坐标系、期望轨迹与各点位置示意图。
具体实施方式
52.以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。
53.第一实施例；
54.本发明提供一种智能驾驶车辆横向控制方法，包括以下步骤：
55.s1，建立指定坐标系，形成车辆横向期望轨迹；
56.s2，近点位置偏差控制，将x1代入车辆横向期望轨迹计算得到y1，根据y1提供第一部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x1是第一指定近点x轴位置，y1是第一近点y轴位置偏差；
57.s3，远点位置偏差控制，将x2代入车辆横向期望轨迹计算得到y2，根据y2提供第二部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x2是第一指定远点x轴位置，y2是第一远点y轴位置偏差；
58.s4，近点航向角偏差控制，将x3代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a1，根据a1提供第三部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x3是第二指定近点x轴位置，a1是近点航向角偏差；
59.s5，单点曲率前馈控制，将x5代入车辆横向期望轨迹二阶导数计算得y
5”,根据y
5”动态提供第四部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x5是第一指定点；
60.s6，根据第一部分～第四部分控制扭矩或转角之和作为最终输送电动助力转向的控制扭矩或转角。
61.第二实施例；
62.本发明提供一种智能驾驶车辆横向控制方法，包括以下步骤：
63.s1，建立指定坐标系，形成车辆横向期望轨迹；
64.s2，近点位置偏差控制，将x1代入车辆横向期望轨迹计算得到y1，根据y1提供第一部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x1是第一指定近点x轴位置，y1是第一近点y轴位置偏差；
65.s3，远点位置偏差控制，将x2代入车辆横向期望轨迹计算得到y2，根据y2提供第二部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x2是第一指定远点x轴位置，y2是第一远点y轴位置偏差；
66.s4，近点航向角偏差控制，将x3代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a1，根据a1提供第三部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x3是第二指定近点x轴位置，a1是近点航向角偏差；
67.s5，单点曲率前馈控制，将x5代入车辆横向期望轨迹二阶导数计算得y
5”,根据y
5”动态提供第四部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x5是第一指定点；
68.s5’，远点航向角偏差p控制，将x4代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a2，根据a2提供第五部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x4是第二指定远点x轴位置，a2是远点航向角偏差；
69.s6’,根据第一部分～第五部分控制扭矩或转角之和作为最终输送电动助力转向的控制扭矩或转角。
70.第三实施例；
71.参考图1所示，本发明提供一种智能驾驶车辆横向控制方法，包括以下步骤：
72.s1，以车辆后轴中心作为坐标系原点,车辆行驶方向为x轴，垂直车辆行驶方向为y轴建立坐标系，形成车辆横向期望轨迹；
73.车辆横向期望轨迹表达式为：y＝c0+c1x+c2x2+c3x3；
74.c0为坐标原点处车辆与期望轨迹之间的位置偏差，c1、c2和c3为指定系数。
75.s2，近点位置偏差控制，将x1代入车辆横向期望轨迹计算得到y1，根据y1使用pid控制提供第一部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x1是第一指定近点x轴位置，x1选择坐标原点，y1是第一近点y轴位置偏差；
76.s3，远点位置偏差控制，将x2代入车辆横向期望轨迹计算得到y2，根据y2使用pid控制提供第二部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x2是第一指定远点x轴位置，x2根据c2或车速查询标定表获得，y2是第一远点y轴位置偏差；
77.s4，近点航向角偏差控制，将x3代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a1，根据a1使用pid控制提供第三部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x3是第二指定近点x轴位置，a1是近点航向角偏差，近点航向角偏差a1＝atan(y3’
)*57.3；车辆横向期望轨迹一阶导数为：y’＝c1+2c2x+3c3x2；
78.s5，单点曲率前馈控制，将x5代入车辆横向期望轨迹二阶导数计算得y
5”,根据y
5”动态提供第四部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x5是第一指定点；车辆横向期望轨迹二阶导数为：y”＝2c2+6c3x；
79.s5’，远点航向角偏差p控制，将x4代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a2，根据a2使用pid控制提供第五部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x4是第二指定远点x轴位置，a2是远点航向角偏差，远点航向角偏差a2＝atan(y4’
)*57.3；
80.s6’,根据第一部分～第五部分控制扭矩或转角之和作为最终输送电动助力转向的控制扭矩或转角。
81.其中，pid控制也可以通过对p值、i值和d值进行调整变为p控制、pi控制、pd控制。
82.此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的
元件、参数、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、参数、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、参数、组件、区域、层或部分与另一个元件、参数、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、参数、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、参数、组件、区域、层或部分。
83.第四实施例；
84.本发明提供一种智能驾驶车辆横向控制模块，包括：
85.期望轨迹生成单元，其用于建立指定坐标系，形成车辆横向期望轨迹；
86.近点位置偏差控制单元，其将x1代入车辆横向期望轨迹计算得到y1，根据y1提供第一部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x1是第一指定近点x轴位置，y1是第一近点y轴位置偏差；
87.远点位置偏差控制单元，将x2代入车辆横向期望轨迹计算得到y2，根据y2提供第二部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x2是第一指定远点x轴位置，y2是第一远点y轴位置偏差；
88.近点航向角偏差控制单元，将x3代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a1，根据a1提供第三部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x3是第二指定近点x轴位置，a1是近点航向角偏差，近点航向角偏差a1＝atan(y3’
)*57.3；
89.单点曲率前馈控制单元，将x5代入车辆横向期望轨迹二阶导数计算得y
5”,根据y
5”动态提供第四部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x5是第一指定点；
90.横向控制单元，其根据第一部分～第四部分控制扭矩或转角之和作为最终输送电动助力转向的控制扭矩或转角。
91.第五实施例；
92.本发明提供一种智能驾驶车辆横向控制模块，包括：
93.期望轨迹生成单元，其用于建立指定坐标系，形成车辆横向期望轨迹；
94.近点位置偏差控制单元，其将x1代入车辆横向期望轨迹计算得到y1，根据y1提供第一部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x1是第一指定近点x轴位置，y1是第一近点y轴位置偏差；
95.远点位置偏差控制单元，将x2代入车辆横向期望轨迹计算得到y2，根据y2提供第二部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x2是第一指定远点x轴位置，y2是第一远点y轴位置偏差；
96.近点航向角偏差控制单元，将x3代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a1，根据a1提供第三部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x3是第二指定近点x轴位置，a1是近点航向角偏差，近点航向角偏差a1＝atan(y3’
)*57.3；
97.单点曲率前馈控制单元，将x5代入车辆横向期望轨迹二阶导数计算得y
5”,根据y
5”动态提供第四部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x5是第一指定点；
98.远点航向角偏差p控制单元，其将x4代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a2，根据a2提供第五部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x4是第二指定远点x轴位置，a2是远点航向角偏差；
99.横向控制单元，根据第一部分～第五部分控制扭矩或转角之和作为最终输送电动
助力转向的控制扭矩或转角。
100.第六实施例；
101.本发明提供一种智能驾驶车辆横向控制模块，包括：
102.期望轨迹生成单元，以车辆后轴中心作为坐标系原点,车辆行驶方向为x轴，垂直车辆行驶方向为y轴，形成车辆横向期望轨迹；车辆横向期望轨迹表达式为：y＝c0+c1x+c2x2+c3x3；c0为坐标原点处车辆与期望轨迹之间的位置偏差，c1、c2和c3为指定系数；
103.近点位置偏差控制单元，其将x1代入车辆横向期望轨迹计算得到y1，根据y1使用pid控制提供第一部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x1是第一指定近点x轴位置，x1选择坐标原点，y1是第一近点y轴位置偏差；
104.远点位置偏差控制单元，将x2代入车辆横向期望轨迹计算得到y2，根据y2使用pid控制提供第二部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x2是第一指定远点x轴位置，x2根据c2或车速查询标定表获得，y2是第一远点y轴位置偏差；
105.近点航向角偏差控制单元，将x3代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a1，根据a1使用pid控制提供第三部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x3是第二指定近点x轴位置，a1是近点航向角偏差，近点航向角偏差a1＝atan(y3’
)*57.3；车辆横向期望轨迹一阶导数为：y’＝c1+2c2x+3c3x2；
106.单点曲率前馈控制单元，将x5代入车辆横向期望轨迹二阶导数计算得y
5”,根据y
5”动态提供第四部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x5是第一指定点；车辆横向期望轨迹二阶导数为：y”＝2c2+6c3x；
107.远点航向角偏差控制单元，其将x4代入车辆横向期望轨迹一阶导数计算得a2，根据a2使用pid控制提供第五部分控制扭矩或转角至电动助力转向，x4是第二指定远点x轴位置，远点航向角偏差a2＝atan(y4’
)*57.3，a2是远点航向角偏差；
108.横向控制单元，根据第一部分～第五部分控制扭矩或转角之和作为最终输送电动助力转向的控制扭矩或转角；
109.其中，pid控制也可以通过对p值、i值和d值进行调整变为p控制、pi控制、pd控制。
110.除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
111.以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。