具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种避障控制方法的流程图，本发明实施例适用于动态交通场景中进行避障控制的情况。该方法可以由避障控制装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式来实现。可选的，该避障控制装置可配置于车辆中。如图1所述，该方法具体包括以下步骤：

步骤110、获取当前车辆行驶过程中的状态信息，并根据所述状态信息和参考轨迹确定轨迹跟踪误差。

其中，状态信息可以包括当前车辆的运行轨迹，参考轨迹可以为预存的车辆行驶的预测轨迹。

在车辆坐标系中，当前时刻的运行轨迹可以包括当前车辆在车辆坐标系中的当前纵轴坐标，参考轨迹可以包括预存的当前车辆在当前时刻的参考纵轴坐标。

具体地，在车辆行驶过程中，可以基于安装在当前车辆上的传感器获取各时刻的状态信息，并根据当前纵轴坐标和参考纵轴坐标的差值确定轨迹跟踪误差，该误差可以表明当前的运行轨迹与预测轨迹的偏差，轨迹跟踪误差越大，表明当前的运行轨迹与预测轨迹的偏差越大，进一步表明当前车辆可能偏航，因此，可以将轨迹跟踪误差作为避障控制目标函数的一个项。

本发明实施例中，可以根据获取到的当前车辆的运行轨迹以及预存的参考轨迹确定轨迹跟踪误差，并将轨迹跟踪误差添加至避障控制的目标函数。

步骤120、基于所述状态信息和障碍物信息对所述当前车辆进行障碍物约束，并确定障碍物惩罚，基于所述状态信息对所述当前车辆进行稳定性约束，并确定稳定性惩罚。

图2为本发明实施例一提供的一种避障控制方法中动态交通场景的示意图，如图2所示，障碍物可以包括周车和车道，周车可以包括车辆行驶过程中当前车辆的左前车、左后车、正前车、正后车、右前车和右后车，车道可以为当前车辆所行驶的单向三车道，当然，在实际应用中车道还可以为单向两车道、双向四车道或者双向六车道等。

障碍物约束可以包括车车约束和车路约束，稳定性约束可以包括角速度约束、前轮侧偏角约束和后轮侧偏角约束。

具体地，动态交通场景中当前车辆和周车可能产生碰撞，当前车辆和车道也可能产生碰撞，所以需要对当前车辆与周车的距离信息进行车车约束，对当前车辆与车道的距离信息进行车路约束，以防止车辆与周车产生碰撞。另外，在车辆的转向避障过程中转向控制不当容易导致车辆侧滑，所以还需要对车辆进行稳定性约束，以防止车辆在转向时失稳,保证车辆的安全性。

在实际应用中，状态信息还可以包括当前车辆的当前位置，根据当前位置和周车位置确定当前车辆和各周车的最小安全距离，并根据该最小安全距离进行车车约束；根据当前位置和车道位置确定当前车辆和车道边缘线的最小安全距离，并根据该最小安全距离进行车路约束，将车车约束和车路约束转换为目标函数中的障碍物惩罚；根据状态信息可以确定当前车辆的角速度范围、前轮最大侧偏角和后轮最大侧偏角，进而可以根据角速度范围进行角速度约束，根据前轮最大侧偏角进行前轮侧偏角约束，根据后轮最大侧偏角进行后轮侧偏角约束，将角速度约束、前轮侧偏角约束和后轮侧偏角约束转换为目标函数中的稳定性惩罚。

本发明实施例中，对当前车辆与障碍物位置进行障碍物约束可以确定障碍物惩罚，对当前车辆进行稳定性约束可以确定稳定性惩罚，障碍物惩罚和稳定性惩罚也可以添加至避障控制的目标函数。

步骤130、根据所述状态信息、所述轨迹跟踪误差、所述障碍物惩罚和所述稳定性惩罚构建目标函数。

为简化车辆运动控制器的设计，可以将车辆横向动力学模型简化为单轨模型，车辆左右轮的轮胎力集中在单侧车轮上，车辆的四轮模型可以简化为前后两轮模型；车辆纵向匀速行驶，v_x恒定不变；仅考虑侧向和横向运动，忽略俯仰及侧倾运动；忽略由于转向引起的左右车轮的载荷转移。图3为本发明实施例一提供的一种避障控制方法中车辆的单轨模型，如图3所示，图中a为车辆质心距前轴的距离，b为车辆质心距后轴的距离。当车辆未发生剧烈的载荷转移时，通常认为a和b为常数。m为车辆质量，v_x为车辆横向速度，v_y为车辆纵向速度，a_x为横向加速度，a_y为纵向加速度，I_zz为绕z轴的横摆惯性力矩，w_r为横摆角速度，F_yf为前轮侧偏力，F_yr为后轮侧偏力，δ为前轮转角。

在单轨模型中构建如图3所示的车辆坐标系，并对车辆在侧向即y轴进行受力分析得到ma_y＝F_yfcos(δ)+F_yr，在横摆方向即z轴进行受力分析得到根据平面刚体运动理论，可以确定车辆质心的横向加速度为进而可以得到纵向速度为横摆角速度为

因此，将车辆的状态方程离散化后可以得到离散状态方程：

其中，f为系统频率。

具体地，可以将参考轨迹点和障碍物位置离散化后输入至模型预测控制器(MPC，Model Predictive Control)中，假设预测时域内当前车辆按照上一时刻减速度进行匀减速运动，因此可以确定目标函数为：

其中，Q和R为预设系数，车辆状态为x＝[y,φ,v_y,w_r]^T，r_i为参考轨迹，下标i表示预测步数，I₁和I₂为障碍物惩罚，I₃、I₄和I₅为稳定性惩罚。

本发明实施例中，根据状态信息可以确定车辆的状态方程，进而根据前述受力分析和描述可以确定车辆状态方程所对应的离散状态方程，进而根据将车辆的状态方程作为约束项，根据状态信息、轨迹跟踪误差、障碍物惩罚和稳定性惩罚构建得到目标函数，该目标函数中引入惩罚函数处理障碍物约束和稳定性约束，将约束型问题转化为无约束控制问题，构建了主动避障控制问题，减少了约束项，进一步可以加快避障控制，进一步提高避障控制的实时性。

步骤140、基于所述目标函数的跟踪项调整所述当前车辆的前轮转角，并根据所述前轮转角控制所述当前车辆进行避障。

具体地，由于目标函数可以为线性函数，且存在约束项x_i+1＝f(x_i,u_i+1)，因此可以确定目标函数的跟踪项的最小值。基于目标函数的跟踪项的最小值，以及跟踪项各单元的表达式可以确定当前车辆的前轮转角，进而可以控制车辆的前轮转动该前轮转角，实现对当前车辆的避障控制。

本发明实施例一提供的一种避障控制方法，包括：获取当前车辆行驶过程中的状态信息，并根据所述状态信息和参考轨迹确定轨迹跟踪误差；基于所述状态信息和障碍物信息对所述当前车辆进行障碍物约束，并确定障碍物惩罚，基于所述状态信息对所述当前车辆进行稳定性约束，并确定稳定性惩罚；根据所述状态信息、所述轨迹跟踪误差、所述障碍物惩罚和所述稳定性惩罚构建目标函数；基于所述目标函数的跟踪项调整所述当前车辆的前轮转角，并根据所述前轮转角控制所述当前车辆进行避障。上述技术方案，在车辆行驶过程中实时获取车辆的状态信息，根据状态信息所包含的运行轨迹和参考轨迹确定轨迹跟踪误差，根据状态信息和当前环境中的障碍物位置确定障碍物惩罚，根据状态信息确定稳定性惩罚，基于状态信息、跟踪误差、障碍物惩罚和稳定性惩罚构建目标函数，并在目标函数的跟踪项最小时确定前轮转角，根据前轮转角控制当前车辆进行避障，实现根据目标函数描述动态交通场景中的障碍物，准确描述了真实的避障场景，且将动态交通场景中的障碍物对目标函数的约束转换至目标函数自身，减少约束的数量，减少在线优化目标函数的计算量，实现优化问题的快速求解，提升避障控制的实时性，进一步提升车辆驾驶的安全性。

实施例二

图4为本发明实施例二提供的一种避障控制方法的流程图，本发明实施例适用于动态交通场景中进行避障控制的情况。本发明实施例在上述实施例的基础上进行具体化，，其中与上述各实施例相同或相应的术语的解释在此不再赘述。参见图4，本发明实施例提供的一种避障控制方法包括：

步骤410、获取当前车辆行驶过程中的状态信息，并根据所述状态信息和参考轨迹确定轨迹跟踪误差。

一种实施方式中，所述状态信息包括所述当前车辆的运行轨迹，相应地，根据所述状态信息和参考轨迹确定轨迹跟踪误差，包括：根据所述运行轨迹和所述参考轨迹，确定所述轨迹跟踪误差。

具体地，根据运行轨迹可以确定当前时刻当前车辆在车辆坐标系中的当前横轴坐标和当前纵轴坐标，根据参考轨迹可以确定当前时刻在车辆坐标系中的参考横轴坐标和参考纵轴坐标。因此，可以根据当前纵轴坐标和参考纵轴坐标的差值确定轨迹跟踪误差，可以将轨迹跟踪误差作为避障控制目标函数的一个项。

本发明实施例中，可以根据获取到的当前车辆的运行轨迹以及预存的参考轨迹确定轨迹跟踪误差，并将轨迹跟踪误差添加至避障控制的目标函数。

步骤420、根据所述当前车辆的重量、质心高度、前轮与质心的距离、前轮与后轮的距离以及纵向加速度确定所述前轮负荷；根据所述当前车辆的重量、质心高度、后轮与质心的距离、前轮与后轮的距离以及纵向加速度确定所述后轮负荷。

图5为发明实施例二提供的一种避障控制方法中车辆轮胎的侧偏特征曲线图，如图5所示，横轴表示侧偏角，纵轴表示侧偏力，当侧偏角较小时，侧偏力与侧偏角之间呈线性关系，驾驶员能够有效的施加控制；随着侧偏角的增大，侧偏力与侧偏角之间逐渐变成非线性的关系，在这种情况下车辆将难以控制；当轮胎工作点靠近饱和区，车辆可能出现甩尾、侧滑等失稳情况，无法保证车辆的安全性。因此，可以确定轮胎侧偏角与侧偏力的关系为公式3。

其中，#代表车轮，f代表前轮，r代表后轮，C_#为轮胎的侧偏刚度，α_#为轮胎侧偏角，F_z#为车轮所受的载荷，μ_#为轮胎横向附着系数。

假设车辆在转向过程中左右轮胎的载荷转移很小，可以忽略左右轮的载荷转移，仅考虑车辆制动时稳态过程中的前后轮载荷转移。如果车辆质心处在纵向上所受的惯性力为F_j，纵向加速度为α_x，质心离地高度为h，根据力矩平衡公式可以确定F_zr(a+b)+F_jh＝mga和F_zf(a+b)＝F_jh+mgb，由于惯性力与加速度的方向相反，即F_j＝-mα_x，因此可以确定制动过程中前轮胎负荷为后轮胎负荷为其中，g表示重力加速度。

本发明实施例中，可以根据获取到的当前车辆的重量、质心高度、前轮与质心的距离、前轮与后轮的距离以及纵向加速度确定前轮负荷；根据获取到的当前车辆的重量、质心高度、后轮与质心的距离、前轮与后轮的距离以及纵向加速度确定后轮负荷。

步骤430、根据所述纵向速度和后轮负荷确定所述角速度范围，根据所述当前车辆和所述车道的摩擦系数、前轮负荷和前轮侧偏刚度确定所述最大前轮侧偏角，根据所述摩擦系数、所述后轮负荷和后轮侧偏刚度确定所述最大后轮侧偏角。

图6为本发明实施例二提供的一种避障控制方法中车辆摩擦圆示意图，如图6所示，车辆在运行过程中轮胎的附着能力由四个轮胎的摩擦力决定，所以作用于轮胎与地面接触面内的合力不能超过地面所能提供的最大摩擦力，由此可知由于纵向力会占用轮胎的附着能力，考虑纵向力的影响，可以确定前后轮横向附着系数其中，F_x#为前轮或后轮的驱动力。由于车辆在预测时域内做匀减速运动，因此纵向加速度a_x<0，前轮驱动力F_xf和后轮驱动力F_xr均为进而确定前轮横向附着系数后轮横向附着系数

在车辆坐标系中确定车辆在转向过程中横摆角速度应该满足现有车辆大多为后轮驱动，因此μ_r<μ_f，进而可以确定角速度范围为在车辆坐标系中确定前轮侧偏角应该满足-α_max,f≤α_f≤α_max,f，后轮侧偏角应该满足-α_max,r≤α_r≤α_max,r，且轮胎的最大侧偏角因此，根据轮胎的负荷F_z#、横向附着系数μ_#和侧偏刚度C_#可以确定最大前轮侧偏角最大后轮侧偏角

本发明实施例中，基于对车辆稳定性的考虑，可以确定角速度范围、最大前轮侧偏角和最大后轮侧偏角。

步骤440、基于所述状态信息和障碍物信息对所述当前车辆进行障碍物约束，并确定障碍物惩罚，基于所述状态信息对所述当前车辆进行稳定性约束，并确定稳定性惩罚。

图7为本发明实施例二提供的一种避障控制方法中确定障碍物惩罚的流程图，如图7所示，一种实施方式中，所述障碍物信息包括周车信息和车道信息，所述障碍物约束包括车车碰撞约束和车路碰撞约束，所述障碍物惩罚包括车车碰撞惩罚和车路碰撞惩罚，相应地，基于所述状态信息和障碍物信息对所述当前车辆进行障碍物约束，并确定障碍物惩罚，包括：

步骤4410、根据所述状态信息所包含的所述运行轨迹确定所述当前车辆的当前位置信息。

具体地，根据运行轨迹所包含的当前时刻当前车辆在车辆坐标系中的当前横轴坐标和当前纵轴坐标，可以确定当前车辆的当前位置信息。

步骤4420、基于双圆模型对所述当前车辆和所述周车的轮廓信息进行描述。

图8为本发明实施例二提供的一种避障控制方法中双圆模型的示意图，如图8所示，利用双圆模型对车辆的轮廓信息进行描述，将当前车辆和周车均用2个覆盖圆表示，半径分别记为r_vehicle和r_obstacle。覆盖圆的半径可以为车长的四分之一，即当前车辆覆盖圆的半径周车覆盖圆的半径其中，l_vehicle为当前车辆的车长，l_obstacle为周车的车长。本发明实施例中，r_vehicle和r_obstacle均为1米。

本发明实施例中，基于双圆模型对当前车辆和周车的轮廓信息进行描述，方便计算当前车辆和周车之间的距离，以及当前车辆和车道边缘的距离。

步骤4430、根据所述当前位置信息和所述周车位置信息进行车车碰撞约束，并确定车车碰撞惩罚，根据所述当前位置信息和所述车道位置信息进行车路碰撞约束，并确定车路碰撞惩罚。

优选地，根据所述当前位置信息和所述周车位置信息确定车车碰撞惩罚，包括：在所述双圆模型中确定各所述周车的各覆盖圆心与所述当前车辆的各覆盖圆心的第一圆心距离，并根据所述第一圆心距离与所述当前位置信息和所述周车位置信息确定所述车车碰撞惩罚；相应地，根据所述当前位置信息和所述车道位置信息确定车路碰撞惩罚，包括：在所述双圆模型中确定所述当前车辆的各覆盖圆心与车道的第二圆心距离，并根据第二圆心距离与所述当前位置信息和所述车道位置信息确定所述车路碰撞惩罚。

图9为本发明实施例二提供的一种避障控制方法中车车碰撞约束的示意图，如图9所示，避障过程中周车的各覆盖圆圆心与当前车辆的各覆盖圆圆心之间的第一圆心距离均应大于临界碰撞距离，即d_j,k≥r_vehicle+r_obstacle,j＝{1,2},k＝{1,2,...,12}，其中，d_j,k表示当前车辆第j个覆盖圆到周车第k个覆盖圆的距离，r_vehicle+r_obstacle表示第一圆心距离。本发明实施例中动态交通场景包括6辆周车，因此存在周车的12个覆盖圆与当前车辆的2个覆盖圆之间的24个车车碰撞约束。

图10为本发明实施例二提供的一种避障控制方法中车路碰撞约束的示意图，如图10所示，避障过程中当前车辆的各覆盖圆圆心与车道左边缘和右边缘之前的第二圆心距离均应大于当前车辆覆盖圆半径，即d_j,r≥r_vehicle,j＝{1,2,3,4}，其中，当j＝{1，2}时，d_j,r分别为当前车辆第1个和第2个覆盖圆到车道左边缘的距离，当j＝{3，4}时，d_j,r分别为当前车辆第1个和第2个覆盖圆到车道右边缘的距离，r_vehicle表示第二圆心距离。

进而可以确定车车碰撞惩罚其中，d_j,k,i为预测步数为i时当前车辆第j个覆盖圆与周车第k个覆盖圆之间的距离，P₁为预设惩罚系数，ρ₁为预设松弛因子，relu(x)＝max(0,x)为线性整流函数。当d_j,k,i>ρ₁(r_vehicle+r_obstacle)时，未发生车辆碰撞，因此车车碰撞惩罚项I₁为0。当d_j,k,i<ρ₁(r_vehicle+r_obstacle)时，-d_j,k,i+ρ₁(r_vehicle+r_obstacle)越大，I₁也越大，使当前车辆可以避开障碍物。本发明实施例中为了加大对距离较近周车的车车碰撞惩罚并简化优化问题，可以将车车碰撞惩罚确定为其中，d_j,k,i越小当前车辆与周车之间的距离越小，车车碰撞惩罚I₁越大，可以使车辆避开障碍物。另外，r_vehicle和r_obstacle的大小可以影响参数P₁的确定。

还可以确定车路碰撞惩罚其中，d_j,r,i为预测步数为i时当前车辆第j个覆盖圆与最外侧车道边缘之间的距离。同样地，P₂也为预设惩罚系数，ρ₂也为预设松弛因子，d_j,r,i的正负取决于车辆与车道边缘的位置关系，若车辆超出车道边缘则d_j,r,i为负值，否则d_j,r,i为正值。

基于双圆模型对当前车辆和周车进行车车碰撞约束，可以确定车车碰撞惩罚，对当前位置信息和车道位置信息进行车路碰撞约束，可以确定车路碰撞惩罚。

一种实施方式中，所述稳定性约束包括角速度范围、最大前轮侧偏角和最大后轮侧偏角，所述稳定性惩罚包括角速度惩罚、前轮侧偏角惩罚和后轮侧偏角惩罚，相应地，基于所述状态信息对所述当前车辆进行稳定性约束，并确定稳定性惩罚，包括：

根据所述角速度范围确定所述角速度惩罚，根据所述最大前轮侧偏角确定所述前轮侧偏角惩罚，根据所述最大后轮侧偏角确定所述后轮侧偏角惩罚。

具体地，根据速度范围可以确定角速度惩罚根据最大前轮侧偏角可以确定前轮侧偏角惩罚根据最大后轮侧偏角可以确定后轮侧偏角惩罚其中，P₃、P₄和P₅为惩罚项系数，根据实际场景可以调整惩罚项系数，ρ₃、ρ₄和ρ₅为预设松弛因子。

步骤450、根据所述状态信息、所述轨迹跟踪误差、所述障碍物惩罚和所述稳定性惩罚构建目标函数。

一种实施方式中，所述目标函数包括约束项、跟踪项和控制项，相应地，步骤450具体可以包括：

在车辆坐标系中对所述当前车辆进行受力分析，确定所述当前车辆的受力情况；根据所述受力情况和所述状态信息确定所述运行轨迹的状态方程、所述运行角度的状态方程、所述纵向速度的状态方程和所述角速度的状态方程；基于所述状态信息构建所述约束项，并基于所述轨迹跟踪误差、所述障碍物惩罚和所述稳定性惩罚构建所述跟踪项和所述控制项。

优选地，根据所述受力情况和所述状态信息确定所述运行轨迹的状态方程、所述运行角度的状态方程、所述纵向速度的状态方程和所述角速度的状态方程，具体可以包括：

根据所述纵向速度和所述运行角度确定所述运行轨迹的状态方程；根据所述角速度确定所述运行角度的状态方程；根据所述运行轨迹、前轮侧偏力、后轮侧偏力、所述当前车辆的重量、所述纵向速度和所述角速度，确定所述纵向速度的状态方程；根据前轮与质心的距离、后轮与质心的距离、所述前轮侧偏力、所述运行轨迹和横摆惯性力矩，确定所述角速度的状态方程。

本发明实施例中可以确定运行轨迹的状态方程为确定运行角度的状态方程为确定纵向速度的状态方程为确定横摆角速度的状态方程为进而可以确定车辆的离散状态方程。根据公式1可以确定约束项为x_i+1＝f(x_i,u_i+1)，因此，可以确定目标函数为：

步骤460、基于所述目标函数的跟踪项调整所述当前车辆的前轮转角，并根据所述前轮转角控制所述当前车辆进行避障。

一种实施方式中，基于所述目标函数的跟踪项调整所述当前车辆的前轮转角，包括：

根据所述跟踪项的正负情况调整所述前轮转角的方向；根据所述跟踪项的大小情况调整所述前轮转角的角度。

具体地，可以根据当前车辆的当前状态确定跟踪项，如果跟踪项为正数，则左向调整前轮转角，如果跟踪项为负数，则右向调整前轮转角。当然，对前轮转角调整的角度，可以根据跟踪项的大小情况进行持续性调整，直至当前车辆实现避障控制。

本发明实施例提供的一种避障控制方法包括：获取当前车辆行驶过程中的状态信息，并根据所述状态信息和参考轨迹确定轨迹跟踪误差；基于所述状态信息和障碍物信息对所述当前车辆进行障碍物约束，并确定障碍物惩罚，基于所述状态信息对所述当前车辆进行稳定性约束，并确定稳定性惩罚；根据所述状态信息、所述轨迹跟踪误差、所述障碍物惩罚和所述稳定性惩罚构建目标函数；基于所述目标函数的跟踪项调整所述当前车辆的前轮转角，并根据所述前轮转角控制所述当前车辆进行避障。上述技术方案，在车辆行驶过程中实时获取车辆的状态信息，根据状态信息所包含的运行轨迹和参考轨迹确定轨迹跟踪误差，根据状态信息和当前环境中的障碍物位置确定障碍物惩罚，根据状态信息确定稳定性惩罚，基于状态信息、跟踪误差、障碍物惩罚和稳定性惩罚构建目标函数，并在目标函数的跟踪项最小时确定前轮转角，根据前轮转角控制当前车辆进行避障，实现根据目标函数描述动态交通场景中的障碍物，准确描述了真实的避障场景，且将动态交通场景中的障碍物对目标函数的约束转换至目标函数自身，减少约束的数量，减少在线优化目标函数的计算量，实现优化问题的快速求解，提升避障控制的实时性，进一步提升车辆驾驶的安全性。

实施例三

图11为本发明实施例三提供的一种避障控制装置的结构示意图。该装置与上述各实施例的避障控制方法属于同一个发明构思，在避障控制装置的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述避障控制方法的实施例。

该避障控制装置的具体结构如图11所示，包括：

获取模块1110，用于获取当前车辆行驶过程中的状态信息，并根据所述状态信息和参考轨迹确定轨迹跟踪误差；

确定模块1120，用于基于所述状态信息和障碍物信息对所述当前车辆进行障碍物约束，并确定障碍物惩罚，基于所述状态信息对所述当前车辆进行稳定性约束，并确定稳定性惩罚；

构建模块1130，用于根据所述状态信息、所述轨迹跟踪误差、所述障碍物惩罚和所述稳定性惩罚构建目标函数；

执行模块1140，用于基于所述目标函数的跟踪项调整所述当前车辆的前轮转角，并根据所述前轮转角控制所述当前车辆进行避障。

在上述实施例的基础上，所述状态信息包括所述当前车辆的运行轨迹，相应地，获取模块1110，具体用于：

获取当前车辆行驶过程中的状态信息，并根据所述运行轨迹和所述参考轨迹，确定所述轨迹跟踪误差。

一种实施方式中，所述障碍物信息包括周车位置信息和车道位置信息，所述障碍物约束包括车车碰撞约束和车路碰撞约束，所述障碍物惩罚包括车车碰撞惩罚和车路碰撞惩罚，相应地，基于所述状态信息和障碍物信息对所述当前车辆进行障碍物约束，并确定障碍物惩罚，包括：

根据所述状态信息所包含的所述运行轨迹确定所述当前车辆的当前位置信息；基于双圆模型对所述当前车辆和所述周车的轮廓信息进行描述；根据所述当前位置信息和所述周车位置信息进行车车碰撞约束，并确定车车碰撞惩罚，根据所述当前位置信息和所述车道位置信息进行车路碰撞约束，并确定车路碰撞惩罚。

可选的，根据所述当前位置信息和所述周车位置信息确定车车碰撞惩罚，包括：

在所述双圆模型中确定各所述周车的各覆盖圆心与所述当前车辆的各覆盖圆心的第一圆心距离，并根据所述第一圆心距离与所述当前位置信息和所述周车位置信息确定所述车车碰撞惩罚；

可选的，根据所述当前位置信息和所述车道位置信息确定车路碰撞惩罚，包括：

在所述双圆模型中确定所述当前车辆的各覆盖圆心与车道的第二圆心距离，并根据第二圆心距离与所述当前位置信息和所述车道位置信息确定所述车路碰撞惩罚。

一种实施方式中，所述状态信息还包括纵向速度，所述稳定性约束包括角速度范围、最大前轮侧偏角和最大后轮侧偏角，所述稳定性惩罚包括角速度惩罚、前轮侧偏角惩罚和后轮侧偏角惩罚，相应地，基于所述状态信息对所述当前车辆进行稳定性约束，并确定稳定性惩罚，包括：

根据所述当前车辆的重量、质心高度、前轮与质心的距离、前轮与后轮的距离以及纵向加速度确定所述前轮负荷；根据所述当前车辆的重量、质心高度、后轮与质心的距离、前轮与后轮的距离以及纵向加速度确定所述后轮负荷；根据所述纵向速度和后轮负荷确定所述角速度范围，根据所述当前车辆和所述车道的摩擦系数、前轮负荷和前轮侧偏刚度确定所述最大前轮侧偏角，根据所述摩擦系数、所述后轮负荷和后轮侧偏刚度确定所述最大后轮侧偏角；根据所述角速度范围确定所述角速度惩罚，根据所述最大前轮侧偏角确定所述前轮侧偏角惩罚，根据所述最大后轮侧偏角确定所述后轮侧偏角惩罚。

在上述实施例的基础上，所述目标函数包括约束项、跟踪项和控制项，相应地，构建模块1130，具体用于：

基于所述状态信息构建所述约束项，并基于所述轨迹跟踪误差、所述障碍物惩罚和所述稳定性惩罚构建所述跟踪项和所述控制项。

一种实施方式中，所述状态信息还包括运行角度和角速度，相应地，基于所述状态信息构建所述约束项，包括：

在车辆坐标系中对所述当前车辆进行受力分析，确定所述当前车辆的受力情况；根据所述受力情况和所述状态信息确定所述运行轨迹的状态方程、所述运行角度的状态方程、所述纵向速度的状态方程和所述角速度的状态方程；将所述运行轨迹的状态方程、所述运行角度的状态方程、所述纵向速度的状态方程和所述角速度的状态方程确定为所述约束项。

可选的，根据所述受力情况和所述状态信息确定所述运行轨迹的状态方程、所述运行角度的状态方程、所述纵向速度的状态方程和所述角速度的状态方程，包括：

根据所述纵向速度和所述运行角度确定所述运行轨迹的状态方程；根据所述角速度确定所述运行角度的状态方程；根据所述运行轨迹、前轮侧偏力、后轮侧偏力、所述当前车辆的重量、所述纵向速度和所述角速度，确定所述纵向速度的状态方程；根据前轮与质心的距离、后轮与质心的距离、所述前轮侧偏力、所述运行轨迹和横摆惯性力矩，确定所述角速度的状态方程。

在上述实施例的基础上，执行模块1140，具体用于：

根据所述跟踪项的正负情况调整所述前轮转角的方向；根据所述跟踪项的大小情况调整所述前轮转角的角度。

本发明实施例所提供的避障控制装置可执行本发明任意实施例所提供的避障控制方法，具备执行避障控制方法相应的功能模块和有益效果。

值得注意的是，上述避障控制装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

实施例四

图12为本发明实施例四提供的一种车辆的结构示意图。图12示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性车辆12的框图。图12显示的车辆12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图12所示，车辆12以通用计算电子设备的形式表现。车辆12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

车辆12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被车辆12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。车辆12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图12未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图12中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。系统存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如系统存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

车辆12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该车辆12交互的设备通信，和/或与使得该车辆12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，车辆12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图12所示，网络适配器20通过总线18与车辆12的其它模块通信。应当明白，尽管图12中未示出，可以结合车辆12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及页面显示，例如实现本发实施例所提供的避障控制方法，该方法包括：

获取当前车辆行驶过程中的状态信息，并根据所述状态信息和参考轨迹确定轨迹跟踪误差；

基于所述状态信息和障碍物信息对所述当前车辆进行障碍物约束，并确定障碍物惩罚，基于所述状态信息对所述当前车辆进行稳定性约束，并确定稳定性惩罚；

根据所述状态信息、所述轨迹跟踪误差、所述障碍物惩罚和所述稳定性惩罚构建目标函数；

基于所述目标函数的跟踪项调整所述当前车辆的前轮转角，并根据所述前轮转角控制所述当前车辆进行避障。

当然，本领域技术人员可以理解，处理器还可以实现本发明任意实施例所提供的避障控制方法的技术方案。

实施例五

本发明实施例五提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现例如本发实施例所提供的避障控制方法，该方法包括：

获取当前车辆行驶过程中的状态信息，并根据所述状态信息和参考轨迹确定轨迹跟踪误差；

基于所述状态信息和障碍物信息对所述当前车辆进行障碍物约束，并确定障碍物惩罚，基于所述状态信息对所述当前车辆进行稳定性约束，并确定稳定性惩罚；

根据所述状态信息、所述轨迹跟踪误差、所述障碍物惩罚和所述稳定性惩罚构建目标函数；

基于所述目标函数的跟踪项调整所述当前车辆的前轮转角，并根据所述前轮转角控制所述当前车辆进行避障。

本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于：电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本领域普通技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。