具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明实施例提供的被控车辆横向控制的方法，可以适用于如图1所示的系统架构中，该系统架构包括车路模型100、控制器200、被控车辆300。

具体的，车路模型100用于获取被控车辆的轴距、轴中心横向偏差、车速以及道路曲率，根据被控车辆的轴距以及道路曲率确定第一转向角，根据轴中心横向偏差以及车速确定第二转向角，根据第一转向角以及第二转向角确定目标转向角。

控制器200用于根据车路模型100发送的目标转向角对被控车辆300进行横向控制。

需要说明的是，图1仅是本发明实施例系统架构的一种示例，本发明对此不做具体限定。

基于上述所示意的系统架构，图2为本发明实施例提供的一种车辆横向控制的方法所对应的流程示意图，如图2所示，该方法包括：

步骤201，获取被控车辆的轴距、轴中心横向偏差、车速以及道路曲率。

步骤202，根据被控车辆的轴距以及道路曲率确定第一转向角。

步骤203，根据轴中心横向偏差以及车速确定第二转向角。

步骤204，根据第一转向角以及第二转向角确定目标转向角。

步骤205，根据目标转向角对被控车辆进行横向控制。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例在步骤202中，第一转向角为第一运动转向角，根据被控车辆的轴距L以及道路曲率C确定第一运动转向角。

具体的，第一运动转向角的计算公式如下：

δ_a＝tan^-1(L*C)

需要说明的是，其中，δ_a表示第一运动转向角，L表示被控车辆的轴距，C表示道路曲率。

进一步地，被控车辆的轴距是通过车辆同一侧相邻两车轮的中点，并垂直于车辆纵向对称平面的二垂线之间的距离。简单的说，就是车辆前轴中心到后轴中心的距离。

需要说明的是，道路曲率是车辆在路径上投影点处曲率。如图3所示，被控车辆的后轴中心在R点，R点在路径上投影点为R’点，道路曲率为道路上R’点的曲率。

在另一种可能的实施方式中，在步骤201之后，在步骤203之前，步骤流程如图4所示，具体如下：

步骤401，获取被控车辆的不足转向斜率以及横向加速度。

步骤402，根据被控车辆的轴距、道路曲率、不足转向斜率以及横向加速度确定第一动力转向角。

具体的，第一动力转向角的计算公式如下：

δ_b＝tan^-1(L*C)+K*a_y

需要说明的是，其中，δ_b表示第一动力转向角，L表示被控车辆的轴距，C表示道路曲率，K表示不足转向斜率，a_y表示横向加速度。

需要说明的是，不足转向斜率K的具体计算公式如下：

K＝m_f/(2C_αf)-m_r/(2C_αr)

其中，m_f为作用在前轴上的车辆质量，m_r为作用在后轴上的车辆质量，C_αf为各前轮的侧偏刚度，C_αr为各后轮的侧偏刚度。

需要说明的是，当不足转向斜率K大于零时，车辆表现为转向不足，转向不足表现为被控车辆需要更多的转向角来保持所需行进线路，转向不足是前轮轮胎与地面接触面的偏滑角建立速度大于后轮轮胎与地面接触面的偏滑角建立速度造成的。

本发明实施例中，车辆进入衡定状态需要一定的速度，转向不足可以使车辆在较低的速度就能够进入衡定状态。一旦车辆进入衡定状态，车体扭转角度将无法随着转向角增加而继续增加。表现为方向盘变轻,即使增加转向角，车体仍旧按照原先的线路行进而车体扭转角度不会变化。

进一步地，本发明实施例中横向加速度a_y的具体计算公式如下：

a_y＝v²*C

其中，v为车速，C为道路曲率。

上述方案，在横向控制中考虑道路曲率前馈，以提高轨迹跟踪横向精度。

在一种可能的实施方式中，轴中心横向偏差为前轴中心横向偏差，需要说明的是，前轴中心横向偏差为车辆前轴中心到路径上投影点的距离。本发明实施例在步骤203中，步骤流程如图5所示，具体如下：

步骤501，获取转向系数。

步骤502，根据前轴中心横向偏差、转向系数以及车速确定第二转向角。

具体的，本发明实施例中第二转向角的计算公式如下：

δ_c＝tan^-1(k_p*e_f/v)

需要说明的是，其中，δ_c为第二转向角，e_f为前轴中心横向偏差，k_p为转向系数，v为车速。

需要说明的是，第二转向角δ_c具有指数收敛性质，半衰期为T_s秒对应的k_p有：k_p＝ln2/T_s。

具体的，当T_s为1秒时，k_p为0.69。基于此，δ_c可以为如下表达公式：

δ_c＝tan^-1(ln2*e_f/(v*T_s))

在另一种可能的实施方式中，轴中心横向偏差为后轴中心横向偏差，需要说明的是，后轴中心横向偏差为车辆后轴中心到路径上投影点的距离。本发明实施例在步骤203中，步骤流程如图6所示，具体如下：

步骤601，获取转向系数以及航向角偏差。

步骤602，根据后轴中心横向偏差、转向系数、被控车辆的轴距、航向角偏差以及车速确定第二转向角。

需要说明的是，当道路曲率半径远大于被控车辆的轴距时，可以根据后轴中心横向偏差、被控车辆的轴距以及航向角偏差表示前轴中心横向偏差。

进一步地，前轴中心横向偏差的具体计算公式如下：

其中，e_f为前轴中心横向偏差，e为后轴中心横向偏差，是航向角偏差，L为被控车辆的轴距。

需要说明的是，航向角偏差为车辆航向角与道路航向角的差值。

具体的，如图3所示，被控车辆的后轴中心在R点，R点在路径上投影点为R’点，道路上R’点的曲率半径为R。被控车辆的前轴中心在F点，F点在路径上投影点为F’点，采用微分的思想，将R’F’近似看成直线，从而三角形RFJ近似为直角三角形，从而得到如下公式：

进一步地，本发明实施例中第二转向角的具体计算公式如下:

其中，e为后轴中心横向偏差，是航向角偏差，L为被控车辆的轴距，v为车速，k_p为转向系数。

需要说明的是，转向系数表征被控车辆横向偏差减小的速率，转向系数越大说明被控车辆横向偏差减小的速率越快，也就是说，被控车辆到目标位置所需要的时间越少，然而随着转向系数的增大，被控车辆的稳定性可能受影响。

进一步地，本发明实施例在步骤204中，将第一转向角以及第二转向角加权后得到目标转向角。

在一种可能的实施方式中，将第一转向角以及第二转向角的和作为目标转向角。

进一步地，本发明实施例在步骤205中，根据目标转向角对被控车辆进行横向控制。

具体的，在得到目标转向角后，将目标转向角与方向盘车轮传动比的乘积作为目标方向盘转角，可用于直接驱动方向盘转动，而方向盘实时的转向角可以与目标方向盘转角形成闭环反馈。

进一步地，被控车辆在横向的目标转向角和纵向的车速v的共同作用下，会发生位姿的更新，从而车载的卫星定位设备监测到这一更新，反馈被控车辆实时定位数据。

本发明实施例中，采用了曲率连续、平缓变化的道路离散点，轴中心距离道路离散点的距离e_f通过图7的计算原理来获取。

具体的，以被控车辆的前轮为例，如图7所示，首先，搜索距离前轴中心C点最近的离散道路上的点P，CP的距离记为e_p，点P处的道路单位切向量记为向量PC的单位向量记为记C在道路上的投影点为点Q，CQ即前轴中心横向偏差e_f。

进一步地，基于上述可以得到：

需要说明的是，其中为向量与的点积。前轴中心横向偏差e_f连同车速v共同作为被控车辆的反馈。

进一步地，如图8所示，将本发明实施例的轨迹跟踪结果与纯跟踪进行对比。其中，采用的离散道路是直线-回旋线-圆的道路组合，该跟踪试验示意了采用纯跟踪以及本发明实施例的弯道保持效果对比。其中，小圆圈代表离散道路，虚线代表纯跟踪的弯道保持效果，实线代表本发明实施例的弯道保持效果。

具体的，从图中可以看出纯跟踪切角的现象，对于这类曲率连续、平缓变化的道路，本发明实施例的跟踪精度几乎接近于0。

进一步地，如图9所示，将本发明实施例根据前轴中心横向偏差进行轨迹跟踪的结果与纯跟踪进行对比。具体描述了在起始位置距离路径偏差较大的情况下，采用纯跟踪以及本发明实施例加入弯道的效果对比。其中，小圆圈代表离散道路，虚线代表纯跟踪的加入弯道效果，实线代表本发明实施例的加入弯道效果。

具体的，从图中可以看出纯跟踪在道路末端才加入弯道，本发明实施例快速加入弯道，经过一小段调整，保持了高精度的弯道续航。

进一步地，如图10所示，将本发明实施例根据后轴中心横向偏差进行轨迹跟踪的结果与纯跟踪进行对比。具体描述了在起始位置距离路径偏差较大的情况下，采用纯跟踪以及本发明实施例加入弯道的效果对比。其中，小圆圈代表离散道路，虚线代表纯跟踪的加入弯道效果，实线代表本发明实施例的加入弯道效果。

具体的，从图中可以看出本发明实施例根据前轴中心横向偏差进行轨迹跟踪的结果与本发明实施例根据后轴中心横向偏差进行轨迹跟踪的结果是非常接近的。

本发明实施例中，采用路径最近点曲率圆弧对横向控制进行补偿。

具体的，如图11所示，假设被控车辆从P点沿原路径和曲率圆以速度v行进Δt，距离均为Δs，分别到达Q和Q_C，可以得到如下公式：

|QQ_C|≈(C-C²)/6*Δs³

具体的，当车速v为10m/s，定位时间Δt为0.1s，道路曲率C为0.1时，得到：|QQ_C|约为1.5cm。

上述方案，在横向控制中考虑道路曲率前馈，以提高轨迹跟踪横向精度，采用前馈与反馈结合的方式，同时反馈部分只需要调节转向系数，简单高效。

基于同一发明构思，图12示例性的示出了本发明实施例提供的一种车辆横向控制的装置，该装置可以为一种车辆横向控制的方法的流程。

所述装置，包括：

获取模块1201，用于获取被控车辆的轴距、轴中心横向偏差、车速以及道路曲率；

处理模块1202，用于根据所述被控车辆的轴距以及所述道路曲率确定第一转向角；根据所述轴中心横向偏差以及所述车速确定第二转向角；根据所述第一转向角以及所述第二转向角确定目标转向角；根据所述目标转向角对所述被控车辆进行横向控制。

进一步地，所述处理模块1202具体用于：

获取所述被控车辆的不足转向斜率以及横向加速度；

根据所述被控车辆的轴距、所述道路曲率、所述不足转向斜率以及所述横向加速度确定所述第一动力转向角。

进一步地，所述处理模块1202具体用于：

所述第一转向角为第一运动转向角，所述第一运动转向角的具体计算公式如下：

δ_a＝tan^-1(L*C)

其中，δ_a表示所述第一运动转向角，L表示所述被控车辆的轴距，C表示所述道路曲率。

进一步地，所述处理模块1202具体用于：

获取转向系数；

根据所述前轴中心横向偏差、所述转向系数以及所述车速确定所述第二转向角。

进一步地，所述处理模块1202具体用于：

获取所述转向系数以及航向角偏差；

根据所述后轴中心横向偏差、所述转向系数、所述被控车辆的轴距、所述航向角偏差以及所述车速确定所述第二转向角。

进一步地，所述处理模块1202具体用于：

将所述第一转向角以及所述第二转向角加权后得到所述目标转向角。

进一步地，所述处理模块1202具体用于：

δ_b＝tan^-1(L*C)+K*a_y

其中，δ_b表示所述第一动力转向角，L表示所述被控车辆的轴距，C表示所述道路曲率，K表示所述不足转向斜率，a_y表示所述横向加速度。

基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种电子设备，参见图13，所述电子设备具体包括如下内容：处理器1301、存储器1302、通信接口1303和通信总线1304；

其中，所述处理器1301、存储器1302、通信接口1303通过所述通信总线1304完成相互间的通信；所述通信接口1303用于实现各设备之间的信息传输；

所述处理器1301用于调用所述存储器1302中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述多通道通信的方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：获取被控车辆的轴距、轴中心横向偏差、车速以及道路曲率；根据所述被控车辆的轴距以及所述道路曲率确定第一转向角；根据所述轴中心横向偏差以及所述车速确定第二转向角；根据所述第一转向角以及所述第二转向角确定目标转向角；根据所述目标转向角对所述被控车辆进行横向控制。

基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述多通道通信的方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：获取被控车辆的轴距、轴中心横向偏差、车速以及道路曲率；根据所述被控车辆的轴距以及所述道路曲率确定第一转向角；根据所述轴中心横向偏差以及所述车速确定第二转向角；根据所述第一转向角以及所述第二转向角确定目标转向角；根据所述目标转向角对所述被控车辆进行横向控制。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过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，用户生活模式预测装置，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。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本发明实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

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各实施方式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。基于这样的理解，上述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，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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，用户生活模式预测装置，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的用户生活模式预测方法。

此外，在本发明中，诸如“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

此外，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：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。