两段式四轮转向横向控制方法、装置、介质及电子设备与流程

本技术属于车辆控制，尤其涉及一种两段式四轮转向横向控制方法、装置、介质及电子设备。

背景技术：

1、随着自动驾驶技术和线控底盘技术的发展，四轮转向系统在乘用车上的应用日益广泛。在四轮转向控制技术中，模型预测控制因其能够显式处理约束、多变量协调和预测优化能力，成为当前主流的控制方法之一。运动学模型预测控制由于模型简单、计算量小，在自动驾驶轨迹跟踪中得到了广泛应用。然而，现有的四轮转向控制方法存在以下技术问题：前后轮转角协调不足、高速工况下侧向运动失控风险大、换道工况下响应迟缓等，也就是控制不够精准。

2、因此，本技术提出一种可解决以上问题的两段式四轮转向横向控制方法。

技术实现思路

1、本技术的实施例提供了一种两段式四轮转向横向控制方法、装置、介质及电子设备，能够解决现有技术控制不够精准的问题。

2、本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。

3、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种两段式四轮转向横向控制方法，所述方法包括：

4、基于第一运动学预测模型，得到预设预测时域内的误差参数序列，其中，所述误差参数包括横向位置误差和航向角误差；

5、基于所述误差参数序列、预先构建的第一目标函数和速度参数预设约束范围，以得到所述第一目标函数的最优解为目标确定预设控制时域内的期望速度参数序列，其中，所述速度参数包括横向速度和横摆角速度；

6、基于第二运动学预测模型，得到所述预设预测时域内的预测速度参数序列；

7、基于所述预测速度参数序列、所述期望速度参数序列、预先构建的第二目标函数和角度参数预设约束范围，以得到所述第二目标函数的最优解为目标确定所述预设控制时域内的目标角度参数序列；其中，所述角度参数包括前轮转角和后轮转角；

8、基于所述目标角度参数序列对车辆进行控制。

9、在本技术的一些实施例中，所述第一目标函数的构建方式如下：

10、根据在所述预设预测时域内，多个时刻下所述横向位置误差平方与所述航向角误差平方的加权求和，得到所述第一目标函数的第一部分；

11、根据在所述预设控制时域内，多个时刻下期望横向速度平方、期望横摆角速度平方、期望横向速度变化率平方和期望横摆角速度变化率平方的加权求和，得到所述第一目标函数的第二部分；其中，所述期望横向速度变化率为当前时刻与上一时刻期望横向速度的差，所述期望横摆角速度变化率为当前时刻与上一时刻期望横摆角速度的差；

12、基于所述第一目标函数的第一部分和所述第一目标函数的第二部分，得到所述第一目标函数。

13、在本技术的一些实施例中，所述第二目标函数的构建方式如下：

14、根据在所述预设预测时域内，多个时刻下横向速度偏差平方与横摆角速度偏差平方的加权求和，得到所述第二目标函数的第一部分；其中，所述横向速度偏差为同一时刻预测横向速度与期望横向速度的差，所述横摆角速度偏差为同一时刻预测横摆角速度与期望横摆角速度的差；

15、根据在所述预设控制时域内，多个时刻下目标前轮转角平方、目标后轮转角平方、目标前轮转角变化率平方和目标后轮转角变化率平方的加权求和，得到所述第二目标函数的第二部分；其中，所述目标前轮转角变化率为当前时刻与上一时刻目标前轮转角的差，所述目标后轮转角变化率为当前时刻与上一时刻目标后轮转角的差；

16、基于所述第二目标函数的第一部分和所述第二目标函数的第二部分，得到所述第二目标函数。

17、在本技术的一些实施例中，所述速度参数预设约束范围包括期望横向速度的预设上/下限、期望横摆角速度的预设上/下限、期望横向速度变化率的预设上/下限和期望横摆角速度变化率的预设上/下限；

18、所述角度参数预设约束范围包括目标前轮转角的预设上/下限、目标后轮转角的预设上/下限、目标前轮转角变化率的预设上/下限、目标后轮转角变化率的预设上/下限、前轮轮胎侧偏角的预设上/下限和后轮轮胎侧偏角的预设上/下限；

19、其中，所述前轮轮胎侧偏角通过如下方式获得：基于预测横向速度、前轴轴距、预测横摆角速度和车辆纵向速度，得到第一参数；根据所述目标前轮转角与所述第一参数的差，得到所述前轮轮胎侧偏角；

20、所述后轮轮胎侧偏角通过如下方式获得：基于预测横向速度、后轴轴距、预测横摆角速度和车辆纵向速度，得到第二参数；根据所述目标后轮转角与所述第二参数的差，得到所述后轮轮胎侧偏角。

21、在本技术的一些实施例中，所述基于第一运动学预测模型，得到预设预测时域内的误差参数序列之前，所述方法还包括：

22、确定所述车辆当前的驾驶场景是否为特殊预设场景，若是则基于所述特殊预设场景和基础约束，确定所述速度参数预设约束范围和所述角度参数预设约束范围；其中，所述基础约束包括所述速度参数的基础约束范围和所述角度参数的基础约束范围；

23、若否则确定所述速度参数的基础约束范围为所述速度参数预设约束范围，以及所述角度参数的基础约束范围为所述角度参数预设约束范围。

24、在本技术的一些实施例中，所述基于所述特殊预设场景和基础约束，确定所述速度参数预设约束范围和所述角度参数预设约束范围，包括：

25、若所述特殊预设场景为换道场景，则根据期望横向速度的基础上限与第一系数的乘积得到所述期望横向速度的预设上限，根据期望横摆角速度的基础上限与第二系数的乘积得到所述期望横摆角速度的预设上限，根据目标后轮转角的基础上限与第三系数的乘积得到所述目标后轮转角的预设上限、目标后轮转角变化率的基础上限与第四系数的乘积得到所述目标后轮转角变化率的预设上限；其中，所述第一系数、所述第三系数和所述第四系数分别大于1，所述第二系数小于1；

26、若所述特殊预设场景为弯道场景，则根据期望横向速度的基础上限与第五系数的乘积得到所述期望横向速度的预设上限，根据期望横摆角速度的基础上限与第六系数的乘积得到所述期望横摆角速度的预设上限；其中，所述第五系数和所述第六系数分别小于1。

27、在本技术的一些实施例中，所述基于所述特殊预设场景和基础约束，确定所述速度参数预设约束范围和所述角度参数预设约束范围，包括：

28、若所述特殊预设场景为高速场景，则根据期望横向速度的基础上限与第七系数的乘积得到所述期望横向速度的预设上限，根据期望横摆角速度的基础上限与第八系数的乘积得到所述期望横摆角速度的预设上限，根据目标后轮转角的基础上限与第九系数的乘积得到所述目标后轮转角的预设上限，目标前轮转角和所述目标后轮转角的乘积大于或等于0；其中，所述第七系数、所述第八系数和所述第九系数分别小于1；

29、若所述特殊预设场景为低速场景，则根据期望横向速度的基础上限与第十系数的乘积得到所述期望横向速度的预设上限，根据期望横摆角速度的基础上限与第十一系数的乘积得到所述期望横摆角速度的预设上限，根据目标后轮转角的基础上限与第十二系数的乘积得到所述目标后轮转角的预设上限；其中，所述第十系数、所述第十一系数和所述第十二系数分别大于1。

30、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种两段式四轮转向横向控制装置，所述装置包括：

31、第一预测模块，用于基于第一运动学预测模型，得到预设预测时域内的误差参数序列，其中，所述误差参数包括横向位置误差和航向角误差；

32、第一处理模块，用于基于所述误差参数序列、预先构建的第一目标函数和速度参数预设约束范围，以得到所述第一目标函数的最优解为目标确定预设控制时域内的期望速度参数序列，其中，所述速度参数包括横向速度和横摆角速度；

33、第二预测模块，用于基于第二运动学预测模型，得到所述预设预测时域内的预测速度参数序列；

34、第二处理模块，用于基于所述预测速度参数序列、所述期望速度参数序列、预先构建的第二目标函数和角度参数预设约束范围，以得到所述第二目标函数的最优解为目标确定所述预设控制时域内的目标角度参数序列；其中，所述角度参数包括前轮转角和后轮转角；

35、控制模块，用于基于所述目标角度参数序列对车辆进行控制。

36、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条程序代码，所述至少一条程序代码由处理器加载并执行以实现如上所述的方法。

37、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括一个或多个处理器和一个或多个存储器，所述一个或多个存储器中存储有至少一条程序代码，所述至少一条程序代码由所述一个或多个处理器加载并执行以实现如上所述的方法。

38、基于上述方案，本技术提供的技术方案至少有以下优点和进步之处：

39、本技术基于第一运动学预测模型，得到预设预测时域内的误差参数序列，其中，误差参数包括横向位置误差和航向角误差；基于误差参数序列、预先构建的第一目标函数和速度参数预设约束范围，以得到第一目标函数的最优解为目标确定预设控制时域内的期望速度参数序列，其中，速度参数包括横向速度和横摆角速度；基于第二运动学预测模型，得到预设预测时域内的预测速度参数序列；基于预测速度参数序列、期望速度参数序列、预先构建的第二目标函数和角度参数预设约束范围，以得到第二目标函数的最优解为目标确定预设控制时域内的目标角度参数序列；其中，角度参数包括前轮转角和后轮转角；基于目标角度参数序列对车辆进行控制。

40、上述方案，通过两段式控制架构，将运动学规划与动力学转角分配解耦，将横向速度和横摆角速度作为模型预测控制的输出量，实现对车辆侧向运动特性的直接控制，便于将横向速度和横摆角速度作为显式控制目标，以便于后续根据实际场景进行相应的速度约束，提高控制灵活度、控制精度和场景适应性；且进一步通过建立横向速度、横摆角速度与前/后轮转角的映射关系，实现前后轮转角的协同优化分配，以便于动态调整前/后轮转角的分配比例实现精准横向控制。

41、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。