具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

本公开的实施例提供了一种车辆的控制方法以及能够应用该方法的车辆的控制装置。该方法包括获取车辆的当前速率；从多个速率区间中确定当前速率所属的目标速率区间；确定与目标速率区间对应的周期预测规则；根据当前速率和周期预测规则，确定预测周期；根据预测周期执行路径预测，以得到预测结果；以及根据预测结果，控制车辆的行驶。

图1示意性示出了根据本公开实施例的可以应用车辆的控制方法的示例性应用场景100。需要注意的是，图1所示仅为可以应用本公开实施例的应用场景的示例，以帮助本领域技术人员理解本公开的技术内容，但并不意味着本公开实施例不可以用于其他设备、系统、环境或场景。

如图1所示，根据该实施例的应用场景100可以包括车辆10和车辆20，车辆10和车辆20分别沿箭头所示的方向沿车道行驶，在这两个车辆行驶的过程中，根据模型预测控制算法(mpc)对这两个车辆的行驶路径进行预测，并根据预测结果控制这两个车辆的行驶。其中，车辆10当前的车速为v1，与之对应地车辆10的预测距离为s1。车辆20当前的车速为v2，与之对应地车辆20的预测距离为s2。

根据本公开的实施例，在车辆以不同速率行驶时，对应的预测距离也不同，车辆的速率越快，则相应地将预测距离配置得越大。在应用场景100中，车辆20的车速v2大于车辆10的车速v1，因此车辆20的预测距离s2大于车辆10的预测距离s1。

在这车辆10和车辆20行驶的过程中，可以通过控制指令对车辆10和车辆20进行控制。本实施例中，为了保证控制指令的平滑性，对预测距离与车速进行了有效的关联，同时将预测周期与车速也进行了关联，从而得到以下公式：

s＝N_p*T*v

其中，s为预测距离，N_p为预测时域参数，T为预测周期，v为车辆当前速率。

进一步可以根据上述公式推导出预测周期的计算公式：

根据本公开的实施例，可以根据驾驶经验和实车调试经验估计在不同的速度下的预测距离s，并根据估计结果设定s的值。

根据本公开的实施例，可以通过对比在不同N_p和N_c值下，车辆的控制器的幅值特性、相位特性、控制器频率、控制器在车端的99分位求解时间等因素，设定N_p和N_c大小。除此之外，在设定参数N_p和N_c时，还可以考虑规划的轨迹、车辆的轴距、车辆底盘的电机性能、控制周期、工控机的计算性能等因素的影响。

在计算得到T之后，以T为预测周期，以N_p和N_c分别为预测时域和控制时域，基于车辆运动学或动力学模型进行了mpc滚动优化求解。最终输出N_p个预测点和N_c个控制指令。然后向车辆发生该N_c个控制指令，以控制车辆的行驶。

图2示意性示出了根据本公开的实施例的车辆的控制方法的流程图。

如图2所示，该方法包括以下操作S210～S260。

在操作S210，获取车辆的当前速率。

然后，在操作S220，从多个速率区间中确定当前速率所属的目标速率区间。

在操作S230，确定与目标速率区间对应的周期预测规则。

在操作S240，根据当前速率和周期预测规则，确定预测周期。

在操作S250，根据预测周期执行路径预测，以得到预测结果。

在操作S260，根据预测结果，控制车辆的行驶。

根据本公开的实施例，可以通过车辆内部的车速表传感器探测到的数据得到车辆的当前速率，或者也可以通过车辆外部的速度测量装置来测得车辆的当前速率。需要说明的是，在实际应用中，还可以采用任意其他手段获取车辆的当前速率，本公开对获取车辆当前速率的方式不作具体限定。

根据本公开的实施例，在车辆以不同速率行驶时，对应的预测距离是不同的，车辆的速率越快，则预测距离越大。因此，本实施例中，可以预先将速率分为多个速率区间，每个速率区间对应一种周期预测规则，从而使得根据周期预测规则确定的预测周期可以随车速的变化而变化，并一直保持着连续性。

根据本公开的实施例，可以根据预测时域参数N_p和预测周期，确定规划模型，然后利用规划模型，确定N_p个参考点的位置坐标、航向角和速率，作为预测结果。

示例性地，本实施例中，获取到T后，可以对要跟踪的轨迹以T为周期，以距离车辆最近的轨迹点为起点向后插值获取N_p个轨迹点，作为参考点，其中，该N_p个轨迹点均在轨迹上。

本实施例中，参考点元素例如可以包括{x，y，θ，v}，其中，x，y为位置坐标，θ为航向角，v为速率。从而N_p个参考点可以构成一个大小为N_p*4的参考点阵，即作为预测结果。

根据本公开的实施例，规划模型例如可以包括车辆运动学或动力学模型。示例性地，规划模型如下面公式所示，

x(k+1)＝f1(x(k)，T)；

y(k+1)＝f2(y(k)，T)；

θ(k+1)＝f3(θ(k)，T)；

v(k+1)＝f4(v(k)，T)；

其中k∈[0，N_p]，f1、f2、f3和f4表示当前时刻的x、y、θ、v分别由前一时刻的x、y、θ、v和T计算得到。

根据本公开的实施例，可以获取控制时域参数N_c，其中，N_c为正整数，根据预测结果，生成N_c个控制指令，然后根据N_c个控制指令，在未来N_c个时刻调整车辆的行驶参数，从而实现对车辆的控制。

根据本公开的实施例，通过将预测周期与车速关联，使预测周期随车速而连续变化。在进行车辆控制时，根据当前速率所属的目标速率区间，确定与对应的周期预测规则，根据该周期预测规则，确定预测周期，使得该预测周期与车速相适应。根据该预测周期执行路径预测，并根据预测结果控制车辆的行驶时，能够保证对车辆控制的平滑性，效果更好。

下面对配置每个速率区间所对应的周期预测规则的方法进行进一步说明。

图3示意性示出了根据本公开的配置每个速率区间所对应的周期预测规则的方法的流程图。

如图3所示，该方法包括以下操作S310～S330。操作S310～S330例如可以在操作S210之前执行。

在操作S310，获取预测时域参数N_p，其中，N_p为正整数。

在操作S320，确定多个速率区间中每个速率区间内的速率与预测距离之间的函数关系。

在操作S330，根据速率与预测距离之间的函数关系和预测时域参数N_p，配置与每个速率区间对应的周期预测规则。

根据本公开的实施例，可以针对多个速率区间中每个速率区间，获取速率区间内的多个标准速率和与多个标准速率对应的标准预测距离。其中，标准速率和标准预测距离可以由人工根据驾驶经验和实车调试经验预设，作为计算的标准值。然后利用多个标准速率和对应的标准预测距离进行拟合处理，以得到速率区间内的速率与预测距离之间的函数关系。

示例性地，本实施例中，速率区间可以包括第一区间、第二区间、第三区间和第四区间。第一区间为[0，v1)、第二区间为[v1，v2)、第三区间为[v2，v3)，第四区间为[v3，v4)。

根据本公开的实施例，若速度处于第一区间，则周期预测规则包括根据第一公式计算预测周期，其中，第一公式为

其中，T为预测周期，N_p为预测时域参数，v为速度，v_min为预设的速度最小值，α为为防止v＝0时计算出错而设定的常数，A为常数。A的值可以利用第一区间内的多个标准速率和对应的标准预测距离进行拟合得到。

若速度处于第二区间，则周期预测规则包括根据第二公式计算预测周期，其中，第二公式为

T＝B。

其中，B为常数，B的值可以利用第二区间内的多个标准速率和对应的标准预测距离进行拟合得到。

若速度处于第三区间，则周期预测规则包括根据第三公式计算预测周期，其中，第三公式为

k1*(v-v2)+B。

其中，k1为常数，k1的值可以利用第三区间内的多个标准速率和对应的标准预测距离进行拟合得到。

若速度处于第四区间，则周期预测规则包括根据第四公式计算预测周期，其中，第四公式为

k2*(v-v3)+C。

其中，k2为常数，k2的值可以利用第三区间内的多个标准速率和对应的标准预测距离进行拟合得到，C＝k1*(v3-v2)+B。

需要说明的是，若速度不属于上述第一、第二、第三、第四区间中的任意一个，则报错，不再执行后续操作。

举例说明，第一区间为0-1m/s、第二区间为1.5-5m/s、第三区间为5-11m/s，第四区间为11-22m/s。各区间内标准速率和对应的标准预测距离如表1所示。图4示意性示出了各速率区间内的速率与预测距离之间的函数关系示意图，对表1中的数据进行拟合处理，可以得到例如图4所示的拟合图像。

表1

示例性地，以N_p＝15为例，针对上表1中的数据进行插值处理，求解出车辆速率与预测距离之间的函数关系，结合上面公式即可得出T与v的关系如下所示：

其中，车辆处于低速阶段时，如在1.0m/s以下时，锁定预测距离为1.5m，同时锁定预测周期最大为0.5s。车辆速率在1.0m/s至5.0m/s范围时，保持预测周期为0.1s恒定不变。车辆速率在5.Om/s至11.0m/s范围时，预测周期T＝0.013333*(v-5.0)+0.1。车辆速率在11.0m/s至22.0m/s范围时，预测周期T＝0.010909*(v-11.0)+0.18。

不难发现以上策略虽然将速率范围进行了切分，但通过保证车辆预测距离的连续性，从根本上保证了控制指令的平滑性，有效的阻止了控制指令发生突变等现象的发生，同时也保证了不同的车速下控制系统的跟踪精度。

图5示意性示出了根据本公开的实施例的车辆的控制装置的框图。

如图5所示，装置500包括速率获取模块510、区间确定模块520、规则确定模块530、周期确定模块540、预测模块550和控制模块560。

速率获取模块510，用于获取车辆的当前速率。

区间确定模块520，用于从多个速率区间中确定当前速率所属的目标速率区间。

规则确定模块530，用于确定与目标速率区间对应的周期预测规则。

周期确定模块540，用于根据当前速率和周期预测规则，确定预测周期。

预测模块550，用于根据预测周期执行路径预测，以得到预测结果。

控制模块560，用于根据预测结果，控制车辆的行驶。

根据本公开的实施例，通过将预测周期与车速关联，使预测周期随车速而连续变化。在进行车辆控制时，根据当前速率所属的目标速率区间，确定与对应的周期预测规则，根据该周期预测规则，确定预测周期，使得该预测周期与车速相适应。根据该预测周期执行路径预测，并根据预测结果控制车辆的行驶时，能够保证对车辆控制的平滑性，效果更好。

根据本公开的另一实施例，装置还可以包括预测时域获取模块、函数关系确定模块和规则配置模块。其中，预测时域获取模块，用于获取预测时域参数N_p，其中，N_p为正整数。函数关系确定模块，用于确定多个速率区间中每个速率区间内的速率与预测距离之间的函数关系。规则配置模块，用于根据速率与预测距离之间的函数关系和预测时域参数N_p，配置与每个速率区间对应的周期预测规则。

根据本公开的另一实施例，预测模块可以包括模型建立子模块和模型求解子模块。其中，模型建立子模块，用于根据预测时域参数N_p和预测周期，确定规划模型。模型求解子模块，用于利用规划模型，确定N_p个参考点的位置坐标、航向角和速率，作为预测结果。

根据本公开的实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意多个、或其中任意多个的至少部分功能可以在一个模块中实现。根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以被拆分成多个模块来实现。根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的任意一个或多个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式的硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，根据本公开实施例的模块、子模块、单元、子单元中的一个或多个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

例如，速率获取模块510、区间确定模块520、规则确定模块530、周期确定模块540、预测模块550和控制模块560中的任意多个可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本公开的实施例，速率获取模块510、区间确定模块520、规则确定模块530、周期确定模块540、预测模块550和控制模块560中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，速率获取模块510、区间确定模块520、规则确定模块530、周期确定模块540、预测模块550和控制模块560中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

图6示意性示出了根据本公开实施例的适于实现上文描述的方法的计算机系统的方框图。图6示出的计算机系统仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图6所示，根据本公开实施例的计算机系统600包括处理器601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器601例如可以包括通用微处理器(例如CPU)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))，等等。处理器601还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器601可以包括用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

在RAM 603中，存储有系统600操作所需的各种程序和数据。处理器601、ROM 602以及RAM 603通过总线604彼此相连。处理器601通过执行ROM 602和/或RAM 603中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除ROM 602和RAM 603以外的一个或多个存储器中。处理器601也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。

根据本公开的实施例，系统600还可以包括输入/输出(I/O)接口605，输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。系统600还可以包括连接至I/O接口605的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。

根据本公开的实施例，根据本公开实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。在该计算机程序被处理器601执行时，执行本公开实施例的系统中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。

本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。

根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、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。在本公开中，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。例如，根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 602和/或RAM 603和/或ROM 602和RAM 603以外的一个或多个存储器。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、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，上述模块、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，在有些作为替换的实现中，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，两个接连地表示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，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操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。

本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。