车辆圆周蟹行车身方向稳定控制方法、设备及车辆与流程

本技术涉及车辆控制，尤其涉及一种车辆圆周蟹行车身方向稳定控制方法、设备及车辆。

背景技术：

1、随着汽车电动化与智能化技术的发展，具备四轮独立转向与四轮独立驱动的角模块车辆，通过四个车轮的独立控制，能够实现原地掉头、直线蟹行运动等传统车辆无法完成的特殊机动功能，显著提升了车辆在狭小空间内的机动灵活性。圆周蟹行运动作为其中一种特殊的运动模式，使车辆在绕公转圆心运动的同时保持车身方向恒定，在狭窄通道通行、自动泊车、展车展示等场景中具有独特的应用价值。

2、然而，车辆在圆周蟹行运动过程中，因四轮控制特性差异、路面摩擦力不均或外界干扰（如侧风、颠簸）的影响，车身方向易发生偏转，导致运动轨迹偏离预设路径，不仅降低驾驶员的操控体验，还可能引发安全风险。

3、因此，亟需一种车辆圆周蟹行车身方向稳定控制方案，以在圆周蟹行运动过程中维持车身方向的稳定性，保障车辆按照预设轨迹安全、准确地完成运动。

技术实现思路

1、本技术提供一种车辆圆周蟹行车身方向稳定控制方法、设备及车辆，用以解决车辆圆周蟹行过程中车身方向易偏转，导致轨迹跟踪精度不足、操控体验差、安全风险高的问题。

2、第一方面，本技术提供一种车辆圆周蟹行车身方向稳定控制方法，包括：

3、在车辆进行圆周蟹行运动的过程中，获取当前时刻各车轮的实际轮速和车辆的实际横摆角速度；

4、根据实际轮速和上一时刻各车轮的轮心至公转圆心的瞬时距离，确定当前时刻车辆的实际圆周蟹行公转转角，实际圆周蟹行公转转角表征车辆的车身方向与圆周蟹行轨迹切线方向的实际夹角；

5、基于实际横摆角速度，对实际圆周蟹行公转转角进行补偿，得到补偿后的实际圆周蟹行公转转角；

6、根据补偿后的实际圆周蟹行公转转角，确定当前时刻各车轮的目标圆周蟹行转角；

7、根据目标圆周蟹行转角，控制对应车轮的转向，以维持车辆的车身方向稳定。

8、在一个可能的实施例中，基于实际横摆角速度，对实际圆周蟹行公转转角进行补偿，得到补偿后的实际圆周蟹行公转转角，包括：

9、对实际横摆角速度进行时间积分，得到当前时刻车辆的车身实际偏转角度，其中，车身实际偏转角度表征从圆周蟹行运动功能激活至当前时刻，车身方向累计偏离初始方向的角度；

10、在车身实际偏转角度大于或等于偏转角阈值时，根据车身实际偏转角度，对实际圆周蟹行公转转角进行补偿，得到补偿后的实际圆周蟹行公转转角。

11、在一个可能的实施例中，根据车身实际偏转角度，对实际圆周蟹行公转转角进行补偿，得到补偿后的实际圆周蟹行公转转角，包括：

12、将车身实际偏转角度确定为初始补偿量；

13、根据预设的衰减速率和初始补偿量，确定当前时刻的目标补偿量，目标补偿量随时间的增加以衰减速率逐渐减小；

14、将实际圆周蟹行公转转角减去目标补偿量，得到补偿后的实际圆周蟹行公转转角。

15、在一个可能的实施例中，车辆圆周蟹行车身方向稳定控制方法，还包括：

16、当目标补偿量减小至零时，终止对实际圆周蟹行公转转角的补偿。

17、在一个可能的实施例中，根据补偿后的实际圆周蟹行公转转角，确定当前时刻各车轮的目标圆周蟹行转角，包括：

18、获取当前时刻的目标补偿量；

19、确定目标补偿量与车身实际偏转角度的偏差；

20、基于比例-积分-微分（proportional-integral-derivative，pid）控制算法，根据偏差，确定车辆的车轮总圆周蟹行转角修正量；

21、基于车轮总圆周蟹行转角修正量，确定各车轮对应的圆周蟹行转角修正量；

22、根据补偿后的实际圆周蟹行公转转角、车辆的几何参数、预设圆周蟹行半径和各车轮对应的圆周蟹行转角修正量，确定当前时刻各车轮的目标圆周蟹行转角。

23、在一个可能的实施例中，基于车轮总圆周蟹行转角修正量，确定各车轮对应的圆周蟹行转角修正量，包括：

24、根据补偿后的实际圆周蟹行公转转角所处的角度区间，确定当前时刻车辆的质心速度方向所对应的工况，工况表征车辆的质心速度方向在车辆坐标系中的指向角度；

25、根据车轮总圆周蟹行转角修正量的符号，确定车辆的目标偏转方向；

26、根据工况和目标偏转方向，确定各车轮的圆周蟹行转角修正量的方向；

27、根据各车轮的圆周蟹行转角修正量的方向和车轮总圆周蟹行转角修正量，确定各车轮对应的圆周蟹行转角修正量。

28、在一个可能的实施例中，根据补偿后的实际圆周蟹行公转转角所处的角度区间，确定当前时刻车辆的质心速度方向所对应的工况，包括：

29、当补偿后的实际圆周蟹行公转转角处于第一角度区间时，确定质心速度方向在车辆坐标系中指向车辆前轴方向；

30、当补偿后的实际圆周蟹行公转转角处于第二角度区间时，确定质心速度方向在车辆坐标系中指向车辆左侧车轮连线方向；

31、当补偿后的实际圆周蟹行公转转角处于第三角度区间时，确定质心速度方向在车辆坐标系中指向车辆后轴方向；

32、当补偿后的实际圆周蟹行公转转角处于第四角度区间时，确定质心速度方向在车辆坐标系中指向车辆右侧车轮连线方向。

33、在一个可能的实施例中，第一角度区间、第二角度区间、第三角度区间和第四角度区间根据车辆的几何参数确定。

34、在一个可能的实施例中，根据工况和目标偏转方向，确定各车轮的圆周蟹行转角修正量的方向，包括：

35、根据工况，确定各车轮中属于相对车辆前进方向的前轮组和后轮组；

36、根据目标偏转方向，确定前轮组中各车轮的圆周蟹行转角修正量的方向与目标偏转方向一致，确定后轮组中各车轮的圆周蟹行转角修正量的方向与目标偏转方向相反。

37、在一个可能的实施例中，根据实际轮速和上一时刻各车轮的轮心至公转圆心的瞬时距离，确定当前时刻车辆的实际圆周蟹行公转转角，包括：

38、基于轮速与圆周蟹行角速度的物理几何关系，根据当前时刻各车轮的实际轮速和对应的上一时刻的瞬时距离，确定各车轮当前时刻的实际圆周蟹行角速度；

39、根据各车轮分别对应的实际圆周蟹行角速度，确定当前时刻车辆的实际圆周蟹行角速度；

40、根据车辆的实际圆周蟹行角速度和上一时刻车辆的实际圆周蟹行公转转角，确定当前时刻车辆的实际圆周蟹行公转转角。

41、在一个可能的实施例中，根据补偿后的实际圆周蟹行公转转角，确定当前时刻各车轮的目标圆周蟹行转角，包括：

42、基于阿克曼转向几何，根据车辆的几何参数、预设圆周蟹行半径和补偿后的实际圆周蟹行公转转角，确定当前时刻各车轮的目标圆周蟹行转角。

43、第二方面，本技术提供一种车辆圆周蟹行车身方向稳定控制装置，包括：

44、获取模块，用于在车辆进行圆周蟹行运动的过程中，获取当前时刻各车轮的实际轮速和车辆的实际横摆角速度；

45、第一确定模块，用于根据实际轮速和上一时刻各车轮的轮心至公转圆心的瞬时距离，确定当前时刻车辆的实际圆周蟹行公转转角，实际圆周蟹行公转转角表征车辆的车身方向与圆周蟹行轨迹切线方向的实际夹角；

46、补偿模块，用于基于实际横摆角速度，对实际圆周蟹行公转转角进行补偿，得到补偿后的实际圆周蟹行公转转角；

47、第二确定模块，用于根据补偿后的实际圆周蟹行公转转角，确定当前时刻各车轮的目标圆周蟹行转角；

48、控制模块，用于根据目标圆周蟹行转角，控制对应车轮的转向，以维持车辆的车身方向稳定。

49、在一个可能的实施例中，补偿模块，具体用于：对实际横摆角速度进行时间积分，得到当前时刻车辆的车身实际偏转角度，其中，车身实际偏转角度表征从圆周蟹行运动功能激活至当前时刻，车身方向累计偏离初始方向的角度；在车身实际偏转角度大于或等于偏转角阈值时，根据车身实际偏转角度，对实际圆周蟹行公转转角进行补偿，得到补偿后的实际圆周蟹行公转转角。

50、在一个可能的实施例中，补偿模块还用于：将车身实际偏转角度确定为初始补偿量；根据预设的衰减速率和初始补偿量，确定当前时刻的目标补偿量，目标补偿量随时间的增加以衰减速率逐渐减小；将实际圆周蟹行公转转角减去目标补偿量，得到补偿后的实际圆周蟹行公转转角。

51、在一个可能的实施例中，补偿模块还用于：当目标补偿量减小至零时，终止对实际圆周蟹行公转转角的补偿。

52、在一个可能的实施例中，第二确定模块具体用于：获取当前时刻的目标补偿量；确定目标补偿量与车身实际偏转角度的偏差；基于pid控制算法，根据偏差，确定车辆的车轮总圆周蟹行转角修正量；基于车轮总圆周蟹行转角修正量，确定各车轮对应的圆周蟹行转角修正量；根据补偿后的实际圆周蟹行公转转角、车辆的几何参数、预设圆周蟹行半径和各车轮对应的圆周蟹行转角修正量，确定当前时刻各车轮的目标圆周蟹行转角。

53、在一个可能的实施例中，第二确定模块还用于：根据补偿后的实际圆周蟹行公转转角所处的角度区间，确定当前时刻车辆的质心速度方向所对应的工况，工况表征车辆的质心速度方向在车辆坐标系中的指向角度；根据车轮总圆周蟹行转角修正量的符号，确定车辆的目标偏转方向；根据工况和目标偏转方向，确定各车轮的圆周蟹行转角修正量的方向；根据各车轮的圆周蟹行转角修正量的方向和车轮总圆周蟹行转角修正量，确定各车轮对应的圆周蟹行转角修正量。

54、在一个可能的实施例中，第二确定模块还用于：当补偿后的实际圆周蟹行公转转角处于第一角度区间时，确定质心速度方向在车辆坐标系中指向车辆前轴方向；当补偿后的实际圆周蟹行公转转角处于第二角度区间时，确定质心速度方向在车辆坐标系中指向车辆左侧车轮连线方向；当补偿后的实际圆周蟹行公转转角处于第三角度区间时，确定质心速度方向在车辆坐标系中指向车辆后轴方向；当补偿后的实际圆周蟹行公转转角处于第四角度区间时，确定质心速度方向在车辆坐标系中指向车辆右侧车轮连线方向。

55、在一个可能的实施例中，第一角度区间、第二角度区间、第三角度区间和第四角度区间根据车辆的几何参数确定。

56、在一个可能的实施例中，第二确定模块还用于：根据工况，确定各车轮中属于相对车辆前进方向的前轮组和后轮组；根据目标偏转方向，确定前轮组中各车轮的圆周蟹行转角修正量的方向与目标偏转方向一致，确定后轮组中各车轮的圆周蟹行转角修正量的方向与目标偏转方向相反。

57、在一个可能的实施例中，第一确定模块还用于：基于轮速与圆周蟹行角速度的物理几何关系，根据当前时刻各车轮的实际轮速和对应的上一时刻的瞬时距离，确定各车轮当前时刻的实际圆周蟹行角速度；根据各车轮分别对应的实际圆周蟹行角速度，确定当前时刻车辆的实际圆周蟹行角速度；根据车辆的实际圆周蟹行角速度和上一时刻车辆的实际圆周蟹行公转转角，确定当前时刻车辆的实际圆周蟹行公转转角。

58、在一个可能的实施例中，第二确定模块还用于：基于阿克曼转向几何，根据车辆的几何参数、预设圆周蟹行半径和补偿后的实际圆周蟹行公转转角，确定当前时刻各车轮的目标圆周蟹行转角。

59、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括：存储器，处理器；

60、存储器存储计算机执行指令；

61、处理器执行存储器存储的计算机执行指令，使得处理器执行如上第一方面和/或第一方面各种可能的实施方式。

62、第四方面，本技术提供一种车辆，包括车辆本体和第三方面的电子设备。

63、第五方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现如上第一方面和/或第一方面各种可能的实施方式。

64、第六方面，本技术提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面和/或第一方面各种可能的实施方式。

65、本技术提供的车辆圆周蟹行车身方向稳定控制方法、设备及车辆，包括：在车辆进行圆周蟹行运动的过程中，获取当前时刻各车轮的实际轮速和车辆的实际横摆角速度，并根据实际轮速和上一时刻各车轮的轮心至公转圆心的瞬时距离，确定当前时刻车辆的实际圆周蟹行公转转角，且基于实际横摆角速度对实际圆周蟹行公转转角进行补偿，得到补偿后的实际圆周蟹行公转转角，再根据补偿后的实际圆周蟹行公转转角确定当前时刻各车轮的目标圆周蟹行转角，并控制对应车轮的转向。本技术通过轮速估计实际圆周蟹行公转转角，并基于实际横摆角速度对该实际圆周蟹行公转转角进行动态补偿，使实际圆周蟹行公转转角估计能够依据车辆的实际姿态变化实时调整，改善因四轮控制特性差异或路面干扰等导致的圆周蟹行公转转角计算偏差；在此基础上，根据补偿后的实际圆周蟹行公转转角确定各车轮的目标圆周蟹行转角并控制车轮转向，形成圆周蟹行公转转角估计、横摆角速度反馈补偿、目标圆周蟹行转角驱动转向的控制链路，能够及时抑制车身方向偏离预设轨迹的趋势，持续修正车身偏转，从而有效改善了圆周蟹行过程中因外界干扰导致车身方向偏转、轨迹偏移的技术问题，提升了车身方向稳定性、轨迹跟踪精度和车辆在扰动工况下的回正能力，保障了作业安全性、控制可靠性和驾乘体验。