基于转向迟滞的车辆控制方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本技术实施例涉及信息处理领域，尤其涉及一种基于转向迟滞的车辆控制方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.目前，在无人车上应用的算法是完美数学微分方程模型，没有考虑真实车辆上的机械结构响应问题，如果车辆上的机械结构响应迟滞过大，则会导致车辆控制器的控制发散，无法达到预期的车辆运行状态。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种基于转向迟滞的车辆控制方法、装置、设备及存储介质，可以通过解耦后的横纵向模型对目标车辆进行综合平滑控制，并引入转向迟滞响应时间常数，保证对目标车辆的及时控制，提高车辆运行的稳定性和鲁棒性。
4.第一方面，本技术实施例还提供了一种基于转向迟滞的车辆控制方法，该方法包括：
5.获取目标车辆在当前时刻的横向运动状态量和目标车辆在当前时刻的纵向运动状态量；
6.基于横向运动状态量以及预设横向运动学模型，确定目标车辆在下一时刻的前轮转角角度；其中，预设横向运动学模型中包含转向迟滞响应时间常数；
7.基于纵向运动状态量以及预设纵向运动学模型，确定目标车辆在下一时刻的加速度；
8.根据前轮转角角度和加速度调整目标车辆在下一时刻的运行状态。
9.第二方面，本技术实施例还提供了一种基于转向迟滞的车辆控制装置，该装置包括：
10.获取模块，用于获取目标车辆在当前时刻的横向运动状态量和目标车辆在当前时刻的纵向运动状态量；
11.确定模块，用于基于横向运动状态量以及预设横向运动学模型，确定目标车辆在下一时刻的前轮转角角度；其中，预设横向运动学模型中包含转向迟滞响应时间常数；
12.确定模块，用于基于纵向运动状态量以及预设纵向运动学模型，确定目标车辆在下一时刻的加速度；
13.控制模块，用于根据前轮转角角度和加速度调整目标车辆在下一时刻的运行状态。
14.第三方面，本技术实施例还提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，当处理器执行计算机程序时，实现如本技术任意实施例提供的基于转向迟滞的车辆控制方法。
15.第四方面，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机
程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如本技术任意实施例提供的基于转向迟滞的车辆控制方法。
16.本技术实施例提供了一种基于转向迟滞的车辆控制方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：获取目标车辆在当前时刻的横向运动状态量和目标车辆在当前时刻的纵向运动状态量；基于横向运动状态量以及预设横向运动学模型，确定目标车辆在下一时刻的前轮转角角度；其中，预设横向运动学模型中包含转向迟滞响应时间常数；基于纵向运动状态量以及预设纵向运动学模型，确定目标车辆在下一时刻的加速度；根据前轮转角角度和加速度调整目标车辆在下一时刻的运行状态。这样可以通过解耦后的横纵向模型对目标车辆进行综合平滑控制，并引入转向迟滞响应时间常数，保证对目标车辆的及时控制，提高车辆运行的稳定性和鲁棒性。
附图说明
17.图1为本技术实施例中的横纵解耦运动学模型的控制原理图；
18.图2是本技术实施例中的一种基于转向迟滞的车辆控制方法的流程图；
19.图3是本技术实施例中的一种基于转向迟滞的车辆控制装置的结构示意图；
20.图3a是本技术实施例中的另一种基于转向迟滞的车辆控制装置的结构示意图；
21.图4是本技术实施例中的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本技术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技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。
23.另外，在本技术实施例中，“可选地”或者“示例性地”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“可选地”或者“示例性地”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“可选地”或者“示例性地”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
24.当前，物流无人车的传统误差模型为：
[0025][0026][0027][0028]
其中，和为车辆当前位置坐标，v为车辆当前行驶速度，heading_error为车辆的航向角误差，为车辆的航向角误差的变化量，steer为车辆的前轮转角角度，wheel_base为车辆的轴距。从上述模型中可以看出，传统的模型是横纵耦合的，且没有对系统迟滞做任何处理。这样会导致车辆控制器的控制发散，无法达到预期的车辆运行状态。
[0029]
基于此，本技术实施例提出了一种考虑转向迟滞的模型，该模型的控制原理如图1所示，即获取无人物流车的状态量，并输入至mpc控制器，由mpc控制器根据内部的模型处理逻辑对状态量进行处理，得到控制量，并根据该控制量对无人物流车进行处理。
[0030]
图2为本技术实施例提供的一种基于转向迟滞的车辆控制方法的流程图，该方法可以应用于无人驾驶车辆的模型反馈控制(model predict control，mpc)控制器，该mpc控制器如图1中的虚线框部分所示，如图2所示，该方法可以包括但不限于以下步骤：
[0031]
s201、获取目标车辆在当前时刻的横向运动状态量和目标车辆在当前时刻的纵向运动状态量。
[0032]
本步骤中的目标车辆为上述mpc控制器控制的无人驾驶车辆，进一步地，相比于传统控制模型所需要的参数量，在本技术实施例中，对目标车辆的运动状态量进行了详细划分，具体划分为横向运动状态量和纵向运动状态量。示例性地，本步骤中获取的目标车辆的横向运动状态量可以包括航向角误差以及前轮转角角度，纵向运动状态量可以包括车辆纵向位置误差和车辆纵向速度误差。
[0033]
s202、基于横向运动状态量以及预设横向运动学模型，确定目标车辆在下一时刻的前轮转角角度。
[0034]
示例性地，本步骤中确定目标车辆在下一时刻的前轮转角角度的实现方式可以包括：将获取的目标车辆的横向运动状态量代入预设横向运动学模型，得到待解横向运动学模型；根据待解横向运动学模型和最优解库，确定目标车辆在下一时刻的前轮转角角度。
[0035]
上述最优解库为一种求解优化问题的数据库，示例性地，如图1所示，本技术实施例采用的最优解库为osqp库。
[0036]
进一步地，在本技术实施例中，设计的上述预设横向运动学模型中包含转向迟滞响应时间常数，这样可以考虑到车辆的真实转向响应，实现及时控制车辆转向。
[0037]
示例性地，上述预设横向运动学模型可以包括：横向位移误差方程、航向角误差方程和前轮转角方程。
[0038]
s203、基于纵向运动状态量以及预设纵向运动学模型，确定目标车辆在下一时刻的加速度。
[0039]
示例性地，本步骤中确定目标车辆在下一时刻的加速度的实现方式可以包括：将纵向运动状态量代入预设纵向运动学模型，得到待解纵向运动学模型，根据待解纵向运动学模型和最优解库，确定目标车辆在下一时刻的加速度。
[0040]
在本技术实施例中，设计的上述预设纵向运动学模型可以包括：纵向位置误差方程和纵向速度误差方程。
[0041]
s204、根据前轮转角角度和加速度调整目标车辆在下一时刻的运行状态。
[0042]
基于上述过程可以看出，在本技术实施例中，对无人驾驶车辆的横纵向控制进行解耦，分别设计预设横向运动学模型和预设纵向运动学模型，并且预设横向运动学模型中还包含转向迟滞响应时间常数，这样基于横向和纵向两个不同的模型可以分别确定出前轮转角角度和加速度两个控制量，并基于这两个控制量对目标车辆在下一时刻的运动状态进行控制与调整，可以实现对车辆运行状态进行及时控制，提高无人驾驶车辆在运行中的稳定性和鲁棒性。
[0043]
本技术实施例提供了一种基于转向迟滞的车辆控制方法，该方法包括：获取目标车辆在当前时刻的横向运动状态量和目标车辆在当前时刻的纵向运动状态量；基于横向运动状态量以及预设横向运动学模型，确定目标车辆在下一时刻的前轮转角角度；其中，预设横向运动学模型中包含转向迟滞响应时间常数；基于纵向运动状态量以及预设纵向运动学
模型，确定目标车辆在下一时刻的加速度；根据前轮转角角度和加速度调整目标车辆在下一时刻的运行状态。这样可以通过解耦后的横纵向模型对目标车辆进行综合平滑控制，并引入转向迟滞响应时间常数，保证对目标车辆的及时控制，提高车辆运行的稳定性和鲁棒性。
[0044]
在一种示例中，若上述步骤s201中获取的横向运动状态量和纵向运动状态量的数据格式不满足最优解库(例如，osqp库)的数据处理格式，那么本技术实施例还提供一种实现方式包括：根据最优解库的数据处理格式对横向运动状态量和纵向运动状态量的数据格式进行处理，将横向运动状态量和纵向运动状态量的数据格式调整为最优解库的数据处理格式，实现基于最优解库、调整后的横向运动状态量和纵向运动状态量，以及预设横向运动学模型和预设横向运动学模型进行数据处理，得到目标车辆的前轮转角角度和加速度调整。
[0045]
在一种示例中，上述横向运动学模型中的横向位移误差方程可以为：
[0046][0047]
航向误差方程为：
[0048][0049]
前轮转角方程为：
[0050][0051]
其中，表示横向位移误差，v表示车辆当前行驶速度，heading_error为车辆的航向角误差，为航向角误差的导数，也即航向角误差的变化量，steer为车辆的当前前轮转角角度，wheel_base为车辆的轴距，为前轮转角角度的导数，也即前轮转角的变化量，steer_cmd为车辆下一时刻的前轮转角角度，tau为转向迟滞响应时间常数，取值可以为230毫秒。
[0052]
由于无人驾驶车辆的生产批次不同，可能会导致不同批次的相同车辆的响应一致性也存在不同，因此可选地，可以针对每个车辆进行实车测试，通过转向激励，得到各车辆的转向迟滞响应时间，并将各车辆的平均响应时间或各转向迟滞响应时间的中位数作为该型号车辆的转向迟滞响应时间。
[0053]
在一种示例中，上述纵向运动学模型中的纵向位置误差方程可以为：
[0054][0055]
纵向速度误差方程可以为：
[0056][0057]
其中，为车辆纵向位置误差的导数，也即纵向位置误差的变化量，lon_speed为车辆纵向速度，为车辆纵向速度误差的导数，即纵向速度误差的变化量，lon_acc为车辆下一时刻的加速度。
[0058]
其中，横向运动学模型中的参数steer_cmd和纵向运动学模型中的参数lon_acc作为图1中的控制量，用于对车辆的运行状态进行控制。
[0059]
图3为本技术实施例提供的一种基于转向迟滞的车辆控制装置的结构示意图，如图3所示，该装置可以包括：获取模块301、确定模块302和控制模块303；
[0060]
其中，获取模块，用于获取目标车辆在当前时刻的横向运动状态量和目标车辆在当前时刻的纵向运动状态量；
[0061]
确定模块，用于基于横向运动状态量以及预设横向运动学模型，确定目标车辆在下一时刻的前轮转角角度；其中，预设横向运动学模型中包含转向迟滞响应时间常数；
[0062]
确定模块，用于基于纵向运动状态量以及预设纵向运动学模型，确定目标车辆在下一时刻的加速度；
[0063]
控制模块，用于根据前轮转角角度和加速度调整目标车辆在下一时刻的运行状态。
[0064]
在一种示例中，上述确定模块，用于将横向运动状态量代入预设横向运动学模型，得到待解横向运动学模型；根据待解横向运动学模型和最优解库，确定目标车辆在下一时刻的前轮转角角度。
[0065]
以及，将纵向运动状态量代入预设纵向运动学模型，得到待解纵向运动学模型；根据待解纵向运动学模型和最优解库，确定目标车辆在下一时刻的加速度。
[0066]
示例性地，预设横向运动学模型包括：横向位移误差方程、航向角误差方程和前轮转角方程；
[0067]
其中，前轮转角方程中包含转向迟滞响应时间常数；
[0068]
横向运动状态量包括：航向角误差以及前轮转角角度。
[0069]
示例性地，预设纵向运动学模型包括：纵向位置误差方程和纵向速度误差方程；
[0070]
其中，纵向运动状态量包括：车辆纵向位置误差和车辆纵向速度误差。
[0071]
在一种示例中，如图3a所示，上述装置还可以包括处理模块304；
[0072]
处理模块，用于在横向运动状态量和纵向运动状态量的数据格式不满足最优解库的数据处理格式的情况下，根据最优解库的数据处理格式对横向运动状态量和纵向运动状态量的数据格式进行处理，将横向运动状态量和纵向运动状态量的数据格式调整为最优解库的数据处理格式。
[0073]
上述基于转向迟滞的车辆控制装置可以执行图2所提供的基于转向迟滞的车辆控制方法，具备该方法中相应的器件和有益效果。
[0074]
图4为本发明实施例4提供的一种计算机设备的结构示意图，如图4所示，该计算机设备包括控制器401、存储器402、输入装置403、输出装置404；计算机设备中控制器401的数量可以是一个或多个，图4中以一个控制器401为例；计算机设备中的控制器401、存储器402、输入装置403和输出装置404可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
[0075]
存储器402作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如图2实施例中的基于转向迟滞的车辆控制方法对应的程序指令/模块(例如，基于转向迟滞的车辆控制装置中的获取模块301、确定模块302和控制模块303)。控制器401通过运行存储在存储器402中的软件程序、指令以及模块，从而执行计算机设备的各种功能以及数据处理，即实现上述的基于转向迟滞的车辆控制方法。
[0076]
存储器402可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个
磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器402可进一步包括相对于控制器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端/服务器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0077]
输入装置403可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与计算机设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置404可包括显示屏等显示装置。
[0078]
本技术实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，该计算机可执行指令在由计算机控制器执行时用于执行一种基于转向迟滞的车辆控制方法，该方法包括图2所示的步骤。
[0079]
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本技术可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本技术的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，如计算机的软盘、只读存储器(read
‑
only memory,rom)、随机存取存储器(random access memory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，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，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述的方法。
[0080]
值得注意的是，上述基于转向迟滞的车辆控制装置中所包括的模块只是按照功能逻辑进行划分，但并不局限于上述的划分方式，只要能够实现相应的功能即可，不用于限制本技术的保护范围。
[0081]
注意，上述仅为本技术的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本技术不限于这里所述的特定实施例，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技术的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本技术进行了较为详细的说明，但是本技术不仅仅限于以上实施例，在不脱离本技术构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本技术的范围由所附的权利要求范围决定。