一种车辆纵向速度控制方法、装置、车辆和可读存储介质与流程

1.本发明涉及车辆控制技术领域，具体而言，涉及一种车辆纵向速度控制方法、装置、车辆和可读存储介质。


背景技术：

2.车辆在行驶过程中行驶的地形复杂，路面状况多变，例如，车辆将可能在泥地、水泥地以及沥青路等地面进行行驶，而车辆通过轮胎直接与地面接触，因此，路面的状况直接影响车辆的行驶稳定性和行驶安全。目前，自动驾驶车辆在行驶过程中判断的路面状况可能与实际的路面状况存在区别，当估计的路面状况与实际路面状态存在较大差别时，将严重影响自动驾驶车辆的行驶安全性和舒适性，且可能导致车辆发生交通安全事故。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种车辆纵向速度控制方法、装置、车辆和可读存储介质。
4.第一方面，本发明提供一种车辆纵向速度控制方法，所述方法包括:
5.获取车辆的实时姿态信息，基于所述实时姿态信息确定所述车辆的摆动信息；
6.获取所述车辆的车轮振动信息；
7.获取所述车辆的车轮转动圈数和行驶距离，基于所述车轮转动圈数和所述行驶距离确定所述车辆的滑移率；
8.基于所述摆动信息、所述振动信息和所述滑移率，计算所述车辆的纵向速度，控制所述车辆按照所述纵向速度行驶。
9.在可选的实施方式中，所述实时姿态信息包括俯仰角和侧倾角，所述基于所述实时姿态信息确定所述车辆的摆动信息，包括：
10.对所述俯仰角和所述侧倾角进行求导得到相应的俯仰角速度和侧倾角速度；
11.基于所述俯仰角、所述侧倾角、所述俯仰角速度和所述侧倾角速度确定所述摆动信息。
12.在可选的实施方式中，所述车辆上设置有多个陀螺仪传感器，所述获取所述车辆的车轮振动信息，包括：
13.通过所述多个陀螺仪传感器分别检测对应车轮的振幅大小和振幅频率；
14.根据每个车轮的振幅大小和振幅频率确定全部车轮的振幅大小平均值和振幅频率平均值，所述车轮振动信息包括所述振幅大小平均值和所述振幅频率平均值。
15.在可选的实施方式中，通过纵向运动表达式计算所述纵向速度，所述纵向运动表达式为：
16.op＝p+r*(va+vc+vs)*v；
17.其中，op为所述纵向速度，r为总增益系数，p为预设纵向运动控制器的输出速度，v为所述车辆的实时速度，va为所述车辆的车身摆动系数，vc为所述车辆的车轮振动系数，vs为所述车辆的滑移系数，所述滑移系数通过所述滑移率计算得到。
18.在可选的实施方式中，所述车身摆动系数根据所述摆动信息通过第一预设公式计算得到，所述第一预设公式为：
[0019]va
＝k*(k1*pitch+k2*roll+k3*pitch_dot+k4*roll_dot)；
[0020]
其中，pitch为俯仰角，roll为侧倾角，pitch_dot为俯仰角速度，roll_dot为侧倾角速度，k1、k2、k3和k4分别为所述俯仰角、所述侧倾角、所述俯仰角速度和所述侧倾角速度的增益系数，k为车身纵向运动控制增益系数。
[0021]
在可选的实施方式中，所述车轮振动系数根据所述车轮振动信息通过第二预设公式计算得到，所述第二预设公式为：
[0022]
vc＝g*(g1*h+g2*w)；
[0023]
其中，h为车辆车轮的振幅大小平均值，w为所述车辆车轮的振幅频率平均值，g为车轮纵向运动控制总增益，g1和g2分别为车轮摆动大小和车轮摆动频率的增益系数。
[0024]
在可选的实施方式中，所述车身摆动系数、所述车轮振动系数和所述滑移系数的取值范围均为(-1，0)。
[0025]
第二方面，本发明提供一种车辆纵向速度控制装置，所述装置包括：
[0026]
第一获取模块，用于获取车辆的实时姿态信息，基于所述实时姿态信息确定所述车辆的摆动信息；
[0027]
第二获取模块，用于获取所述车辆的车轮振动信息；
[0028]
第三获取模块，用于获取所述车辆的车轮转动圈数和行驶距离，基于所述车轮转动圈数和所述行驶距离确定所述车辆的滑移率；
[0029]
确定模块，用于基于所述摆动信息、所述振动信息和所述滑移率，计算所述车辆的纵向速度，控制所述车辆按照所述纵向速度行驶。
[0030]
第三方面，本发明提供一种车辆，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行所述的车辆纵向速度控制方法。
[0031]
第四方面，本发明提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的车辆纵向速度控制方法。
[0032]
本发明实施例的有益效果是：
[0033]
本技术实施例提供一种车辆纵向速度控制方法，该车辆纵向速度控制方法通过获取车辆的实时姿态信息，基于实时姿态信息确定车辆的摆动信息，获取车辆的车轮振动信息，获取车辆的车轮转动圈数和行驶距离，基于车轮转动圈数和行驶距离确定车辆的滑移率，基于摆动信息、振动信息和滑移率计算车辆的纵向速度，控制车辆按照纵向速度行驶。本技术一方面减少了车辆损耗和车辆可能发生损坏的概率，另一方面避免或者减少发生交通安全事故的损失，提高了乘客的乘坐舒适性和安全性。
[0034]
为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
[0036]
图1示出了本技术实施例提出的一种车辆纵向速度控制方法的流程示意图；
[0037]
图2示出了本技术实施例提出的一种车辆纵向速度控制方法中确定车轮振动信息的流程示意图；
[0038]
图3示出了本技术实施例提出的一种车辆纵向速度控制装置的结构示意图。
[0039]
主要元件符号说明：
[0040]
10-车辆纵向速度控制装置；11-第一获取模块；12-第二获取模块；13-第三获取模块；14-确定模块。
具体实施方式
[0041]
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0042]
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
[0043]
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
[0044]
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0045]
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
[0046]
可以理解的是，车辆的运动控制不仅与地面上的复杂环境、交通法规和车辆动力学约束相关，还与路面状况有关。为了精确预测车辆对路面激励输入的响应，首先需要对路面本身进行恰当的测量，目前常用的测量方法有四种，第一种是经典测量技术，通过水平仪和标尺进行路面不平度测量，但是该方法费时费力，并不适用于自动驾驶汽车这种实时系统；第二种为使用路面不平度测量仪进行测量，路面不平度测量仪一般安装在车体或者拖车上，通过拖带的从动轮来测量路面不平度，该方法需要在车辆上增加机械结构，并不适用于自动驾驶汽车；第三种方法为使用倾斜测量装置进行测量，即使用一辆双轮小车并配合自立式陀螺仪来测量非路面的不平度，该方法将明显增加机械结构，并且不适用于平路的测量，此方案也不适用；第四种方法为使用非接触式路面测量装置，即通过激光或者超声波来测量路面不平度，且测量精度较高，但是将增加元器件，从而将增加车辆的成本。
[0047]
本技术通过一种不增加明显的车辆机械部件，不增加大额的车辆硬件成本的方式测量和估计路面不平度，通过路面状况为响应，不论在泥地、水泥地还是沥青等路面，都可
以自适应全部的路面状况来控制车辆运动。使得车辆的运动控制更加符合实际路面状况，不仅增加了自动驾驶车辆的行驶安全性和舒适性，还在一定层度上减少了车辆的磨损和降低了发生的损坏的可能性。
[0048]
实施例1
[0049]
请参考图1，本技术实施例提出一种车辆纵向速度控制方法，示范性地，该车辆纵向速度控制方法包括步骤s100～s400。
[0050]
步骤s100：获取车辆的实时姿态信息，基于实时姿态信息确定车辆的摆动信息。
[0051]
在本技术中，摆动信息包括摆动角度和角速度，摆动角度包括俯仰角和侧倾角，角速度包括俯仰角速度和侧倾角速度。车辆将通过ins(inertial navigation system，惯性导航系统)实时获取车辆的姿态和位置，即车辆的实时姿态信息。实时姿态信息包括车辆的pitch(俯仰角)、yaw(航向角)和roll(侧倾角)等信息，若以x轴正方向为车辆的前进方向，俯仰角是车辆绕车体坐标y轴的摆动，侧倾角是车辆绕车体坐标x轴摆动，俯仰角和侧倾角最能反映路面不平激励对车辆的影响，因此车辆的摆动角度，即俯仰角和侧倾角将用于评价车身摆动程度。
[0052]
通过对俯仰角和侧倾角进行求导计算，将得到俯仰角对应的俯仰角速度(pitch_dot)和侧倾角对应的侧倾角速度(roll_dot)，俯仰角速度和侧倾角速度也将作为车身对路面激励响应的频率指标，以此来确定车辆的行驶稳定性。因此，将根据俯仰角、侧倾角、俯仰角速度和侧倾角速度确定摆动信息。
[0053]
步骤s200：获取车辆的车轮振动信息。
[0054]
可以理解的是，车辆的悬架具有缓冲、减振和传递力矩的作用，可以减轻大部分的车身摆动，使得通过ins获取的摆动信息，即摆动角度和角速度来估计的路面状况和实际的路面状况有所差别。因此，本技术中还将获取车辆的车轮振动信息，根据车轮振动信息来评测路面响应激励对车辆底盘的摆动情况，其中，车轮振动信息包括车辆多个车轮的振幅大小平均值和振幅频率平均值。
[0055]
在一种实施方式中，如图2所示，步骤s200包括子步骤s210～s220。
[0056]
子步骤s210：通过多个陀螺仪传感器分别检测对应车轮的振幅大小和振幅频率。
[0057]
在本技术中，将在车辆上设置多个陀螺仪传感器，每个车轮上设置有至少一个陀螺仪传感器，例如，可以在车辆的四个车轮上均设置有相应的一个陀螺仪传感器。通过车辆上设置多个陀螺仪传感器检测对应车轮的振幅大小和振幅频率。
[0058]
子步骤s220：根据每个车轮的振幅大小和振幅频率确定全部车轮的振幅大小平均值和振幅频率平均值，车轮振动信息包括振幅大小平均值和振幅频率平均值。
[0059]
在检测到每个车轮的振幅大小和振幅频率后，将计算检测到全部车轮对应的多个振幅大小和多个振幅频率的平均值，即计算振幅大小平均值和振幅频率平均值，将计算到的振幅大小平均值和振幅频率平均值作为评价路面状况的依据，以此来评测路面响应激励对车辆底盘冲击的影响。
[0060]
步骤300：获取车辆的车轮转动圈数和行驶距离，基于车轮转动圈数和行驶距离确定车辆的滑移率。
[0061]
可以理解的是，除了用路面不平度判断路面状况外，还将通过车辆的滑移率评价路面状况。本技术中将通过传感器获取车轮转动圈数和车辆的行驶距离，示范性地，可以通
过车辆的can线读取车辆从起始点行驶当前位置时车轮的转动圈数，或是也可以通过车辆自身的传感器获取。例如，车辆上装有abs(antilock brake system，防抱死系统)时，将通过车轮转速传感器实时读取四个车轮的转速和转动圈数，一般前轮传感器装在转向节上，后轮装在固定支架上，车辆行驶距离可通过车辆纵向速度积分获取。本技术中通过车辆的车轮转动圈数和车辆实际行驶距离计算得到车辆的滑移率。
[0062]
在路面状况良好时，车辆的车轮转动圈数乘以车轮的周长应该约等于车辆行驶的距离，公式为：s≈n*l，其中，式中s为车辆的实际行驶距离，n为车轮转动圈数，l为车轮的外半径，即车轮的周长。通过相应的滑移率计算公式计算车辆的滑移率，滑移率计算公式为：f＝s/(n*l)，f为车辆的实际行驶距离和车辆期望行驶距离的比值，即车辆的滑移率。
[0063]
步骤400：基于摆动信息、振动信息和滑移率，计算车辆的纵向速度，控制车辆按照纵向速度行驶。
[0064]
可以理解的是，在获取到车辆的摆动信息、振动信息和滑移率后，根据摆动信息、振动信息和滑移率通过纵向表达式计算得到车辆的纵向速度，将控制自动驾驶车辆按照得到的纵向速度进行行驶。在自动驾驶车辆中将设置有纵向运动控制器，本技术中，车辆的纵向运动控制器中的纵向运动表达式为：
[0065]
op＝p+r*(va+vc+vs)*v；
[0066]
其中，op为该纵向运动控制器输出的纵向速度，r为va、vc和vs的总增益系数，p为预设纵向运动控制器的输出速度，预设纵向运动控制器包括但不限于pid(proportional integral derivative)控制器和mpc(modle predictive contro)控制器等，v为车辆的实时速度，va为车辆的车身摆动系数，vc为车辆的车轮振动系数，vs为车辆的滑移系数，滑移系数通过所述滑移率计算得到。其中，总增益系数r使纵向运动表达式的取值范围为(-1,0)。
[0067]
在本技术中，根据摆动信息通过第一预设公式进行计算得到车辆的车身摆动系数，第一预设公式为：
[0068]va
＝k*(k1*pitch+k2*roll+k3*pitch_dot+k4*roll_dot)；
[0069]
其中，k1、k2、k3和k4分别为俯仰角、侧倾角、俯仰角速度和侧倾角速度的增益系数，k为车身纵向运动控制增益系数，pitch为俯仰角，roll为侧倾角，pitch_dot为俯仰角速度，roll_dot为侧倾角速度。
[0070]
可以理解的是，在第一预设公式主要考虑了车辆的摆动信息，即车身摆动冲击和摆动频率，即摆动角度和角速度对乘客的影响。一般，当车身摆动角度和摆动频率较大时，则需要降低车辆行驶速度，从而达到减少车身摆动冲击和摆动频率对乘客的影响，因此，k系数固定为负数，k1、k2、k3和k4通常为正值，总体的车身摆动系数va的取值范围应为(-1，0)。
[0071]
在本技术中，车轮振动系数根据车轮振动信息通过第二预设公式进行计算得到，第二预设公式为：
[0072]
vc＝g*(g1*h+g2*w)；
[0073]
其中，h为车辆车轮的振幅大小平均值，w为车辆车轮的振幅频率平均值，g为车轮纵向运动控制总增益，g1和g2分别为车轮摆动大小和车轮摆动频率的增益系数。第二预设公式考虑了路面响应激励对车辆底盘的影响，通常情况下，当车轮上下摆动幅度和摆动频
率较大时，将通过降低车辆速度，来减少对车辆底盘的冲击和冲击频率，故g固定为负值，g1和g2一般为正值，车轮振动系数vc取值范围为(-1，0)。
[0074]
在本技术中，滑移系数通过第三预设公式进行计算，第三预设公式为：
[0075]
vs＝j*(|1-f|)；
[0076]
其中，j为车辆滑移率的增益系数，当车辆发生滑移时，通过降低车辆速度来达到避免或者减少发生交通安全事故的损失，因此j为负值，滑移系数vs的取值范围为(-1，0)。
[0077]
由此可知，op＝p+r*(k*(k1*pitch+k2*roll+k3*pitch_dot+k4*roll_dot)+g*(g1*h+g2*w)+j*(|1-f|))*v；换言之，通过车辆的俯仰角、侧倾角、俯仰角速度、侧倾角速度、滑移率、振幅大小平均值和振幅频率平均值将计算得到车辆的纵向速度行驶。
[0078]
可以理解的是，上述参数k、k1、k2、k3、k4、j、g、g1和g2等增益系数可以先按照公式搭建仿真模型，并给上述增益系数赋一个初值，通过仿真得出每个参数的范围，而后在车辆上进行实际调试。
[0079]
在本技术中，以实时的路面状况为响应，不论在泥地、水泥地还是沥青等路面，都可以自适应全部的路面状况来控制车辆运动，不仅考虑了车身摆动角度和摆动频率对乘客的影响，车轮的摆动冲击和摆动频率对车辆底盘的影响，还考虑了车辆滑移对车辆行驶安全的影响，使得车辆的运动控制更加符合实际路面状况，通过控制车速，一方面减少了车辆损耗和车辆可能发生损坏的概率，另一方面避免或者减少发生交通安全事故的损失，提高了乘客的乘坐舒适性和安全性。并且本技术利用车辆上原有的传感器，不需要对传感器进行加装，避免了车辆硬件成本的增加。
[0080]
基于上述实施例的车辆纵向速度控制方法，图3示出了本技术实施例提供的一种车辆纵向速度控制装置10的结构示意图。该车辆纵向速度控制装置10包括：
[0081]
第一获取模块11，用于获取车辆的实时姿态信息，基于实时姿态信息确定车辆的摆动信息；
[0082]
第二获取模块12，用于获取车辆的车轮振动信息；
[0083]
第三获取模块13，用于获取车辆的车轮转动圈数和行驶距离，基于车轮转动圈数和行驶距离确定车辆的滑移率；
[0084]
确定模块14，用于基于摆动信息、振动信息和滑移率，计算车辆的纵向速度，控制车辆按照纵向速度行驶。
[0085]
本实施例的车辆纵向速度控制装置10用于执行上述实施例的车辆纵向速度控制方法，上述实施例所涉及的实施方案以及有益效果在本实施例中同样适用，在此不再赘述。
[0086]
本技术实施例还提供一种车辆，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序在处理器上运行时执行上述的车辆纵向速度控制方法。
[0087]
本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序在处理器上执行时，实施上述的车辆纵向速度控制方法。
[0088]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的
可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0089]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
[0090]
所述功能如果以软件功能模块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(可以是智能手机、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)、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。
[0091]
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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。