一种连续轨迹横向控制方法及其相关设备与流程

本发明属于驾校自动驾驶教学，特别涉及一种连续轨迹横向控制方法及其相关设备。

背景技术：

1、随着自动驾驶技术的发展，传统的驾驶培训也融入了新的教学手段和技术。例如，智能驾培系统结合了信息化和人工智能技术，推动了驾培示教的诞生。而目前驾校内的自动驾驶，大多是面向较大驾校场地内的学员的接驳任务，还需要继续向着全程自动示教的方向发展。因此现有技术中缺少针对驾校内的科目内示教轨迹以及科目间转移轨迹的连续横向控制手段。

2、因此，如何实现科目内示教轨迹以及科目间转移轨迹的连续横向控制是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种连续轨迹横向控制方法及其相关设备，以解决上述至少一种技术问题。

2、第一方面，本发明提供了一种连续轨迹横向控制方法，所述控制方法用于依据规划轨迹对驾校内的目标车辆进行控制，所述控制方法包括：

3、获取目标车辆当前规划轨迹的轨迹标识信息以及所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率，所述轨迹标识信息用于标识所述目标车辆的轨迹类型，所述轨迹类型包括科目外转移轨迹和科目内示教轨迹；

4、若所述轨迹类型为科目外转移轨迹，则依据第一控制策略对所述目标车辆进行控制；

5、若所述轨迹类型为科目内示教轨迹，则判断所述当前轨迹曲率是否在预设误差范围内；若所述当前轨迹曲率在预设误差范围内，则依据所述第一控制策略对所述目标车辆进行控制；若所述当前轨迹曲率不在预设误差范围内，则依据第二控制策略对所述目标车辆进行控制。

6、优选地，所述依据第一控制策略对所述目标车辆进行控制包括：

7、依据lqr反馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率在预设误差范围内时所述目标车辆的第一前轮转角控制量；

8、依据前馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率不在预设误差范围内时所述目标车辆的第二前轮转角控制量；

9、依据所述和所述计算所述目标车辆的方向盘转角控制量，所述，其中为所述目标车辆的转向系统的角传动比；

10、依据所述方向盘转角控制量对所述目标车辆进行控制。

11、优选地，所述依据lqr反馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率在预设误差范围内时所述目标车辆的第一前轮转角控制量，包括：

12、依据车辆动力学模型构建相对路径误差的状态空间转移方程，所述状态空间转移方程为：；

13、其中，是状态向量，是控制输入向量，a、b是常数矩阵，为状态向量的微分形式；

14、令，

15、，，；

16、得到约束函数：

17、；

18、其中，为所述目标车辆的当前位置与当前规划轨迹参考点的横向误差，为所述目标车辆的横向误差变化率，为所述目标车辆的当前航向角与规划轨迹参考点的航向角误差，为所述目标车辆的航向角误差变化率，为所述目标车辆的前轮转角，为所述目标车辆的前轮侧偏刚度，为所述目标车辆的后轮侧偏刚度，为所述目标车辆的前轴到质心的距离，为所述目标车辆的后轴到质心的距离，为所述目标车辆的转动惯量，为所述目标车辆的质量，为所述目标车辆的纵向速度，为采样时间；

19、指定lqr反馈控制算法的代价函数，所述代价函数为：，为总代价，为状态权重矩阵，为控制权重矩阵，将所述状态权重矩阵和所述控制权重矩阵分别配置为：

20、；；

21、其中，表示对所述横向误差的重视程度，所述表示对所述横向误差变化率的重视程度，所述表示对所述航向角误差的重视程度，所述表示对所述航向角误差变化率的重视程度，表示对所述前轮转角控制量的重视程度；

22、依据所述约束函数计算使所述代价函数达到最小的第一前轮转角控制量。

23、优选地，所述依据前馈控制算法计算所述当前规划轨迹的当前轨迹曲率不在预设误差范围内时所述目标车辆的第二前轮转角控制量，包括：

24、构建前馈计算公式，所述前馈计算公式为：

25、；

26、依据所述前馈计算公式计算所述目标车辆的第二前轮转角控制量，以消除因横摆角速度产生的稳态误差；

27、其中，为所述当前规划轨迹的轨迹半径，为所述目标车辆的轴距，为与所述目标车辆的固有物理参数相关的常数。

28、优选地，所述依据第二控制策略对所述目标车辆进行控制，包括：

29、获取所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的拟合函数式；

30、依据所述拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角；

31、依据所述当前方向盘转角对所述目标车辆进行控制。

32、优选地，所述获取所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的拟合函数式，包括：

33、获取所述目标车辆在前进档位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式；

34、获取所述目标车辆在倒车挡位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式；

35、所述依据所述拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角，包括：

36、获取所述当前规划轨迹所对应的档位状态；

37、若所述档位状态为前进档位，则依据所述第一拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角；

38、若所述档位状态为倒车档位，则依据所述第二拟合函数式计算所述当前轨迹曲率所对应的当前方向盘转角。

39、优选地，所述获取所述目标车辆在前进档位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式，包括：

40、获取所述目标车辆在前进档位时的第一方向盘极限物理转角；

41、预设所述目标车辆的第一方向盘起始标定转角，所述第一方向盘起始标定转角小于所述第一方向盘极限物理转角；

42、在所述第一方向盘起始标定转角至所述第二方向盘极限物理转角之间，每转动第一预设转角获取一个第一方向盘转角值，得到第一方向盘转角序列；

43、计算与第一方向盘转角序列中的每一个所述第一方向盘转角所对应的第一轨迹半径值，得到第一轨迹半径序列；

44、对所述第一方向盘转角序列和与所述第一方向盘转角序列相对应的所述第一轨迹半径序列进行拟合，得到所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的第一拟合函数式；

45、其中，所述轨迹曲率和所述方向盘转角互为倒数，所述第一方向盘起始标定转角、所述第一方向盘极限物理转角和所述第一预设转角均为沿同一方向转动方向盘得到的角度值。

46、优选地，所述获取所述目标车辆在倒车挡位时的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式，包括：

47、获取所述目标车辆在倒车档位时的第二方向盘极限物理转角；

48、预设所述目标车辆的第二方向盘起始标定转角，所述第二方向盘起始标定转角小于所述第二方向盘极限物理转角；

49、在所述第二方向盘起始标定转角至所述第二方向盘极限物理转角之间，每转动第二预设转角获取一个第二方向盘转角值，得到第二方向盘转角序列；

50、计算与第二方向盘转角序列中的每一个所述第二方向盘转角所对应的第二轨迹半径值，得到第二轨迹半径序列；

51、对所述第二方向盘转角序列和与所述第二方向盘转角序列相对应的所述第二轨迹半径序列进行拟合，得到所述目标车辆的轨迹曲率与方向盘转角之间的第二拟合函数式；

52、其中，所述第二方向盘起始标定转角、所述第二方向盘极限物理转角和所述第二预设转角均为沿同一方向转动方向盘得到的角度值。

53、第二方面，本技术还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如第一方面中任一项所述的连续轨迹横向控制方法。

54、第三方面，本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序：所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中任一项所述的连续轨迹横向控制方法。

55、有益效果：本发明提出了一种连续轨迹横向控制方法，所述控制方法用于依据规划轨迹对驾校内的目标车辆进行控制，通过获取目标车辆当前规划轨迹的轨迹标识信息以及当前规划轨迹的当前轨迹曲率，其中该轨迹标识信息用于标识目标车辆的轨迹类型，且轨迹类型包括科目外转移轨迹和科目内示教轨迹，若轨迹类型为科目外转移轨迹，则依据第一控制策略对目标车辆进行控制；若轨迹类型为科目内示教轨迹，则判断当前轨迹曲率是否在预设误差范围内；若当前轨迹曲率在预设误差范围内，则依据第一控制策略对所述目标车辆进行控制；若当前轨迹曲率不在预设误差范围内，则依据第二控制策略对所述目标车辆进行控制。本发明提供的连续轨迹横向控制方法，通过在科目间转移轨迹以及科目内直线段示教轨迹中对车辆采用第一控制策略进行控制，在科目内圆弧段示教轨迹中则对车辆采用第二控制策略进行控制，以满足不同规划轨迹的控制需求，进而实现科目内示教轨迹以及科目间转移轨迹的连续横向控制。因为科目内弧线段示教轨迹对方向盘在给定点位实现给定转动角度需要有较高的控制精准度，而科目间转移轨迹以及科目内直线段示教轨迹对方向盘在给定点位实现给定转动角度的要求则较低。其中，科目内直线段示教轨迹是表示科目内示教轨迹的轨迹曲率在预设误差范围内，科目内圆弧段示教轨迹是表示科目内示教轨迹的轨迹曲率不在预设误差范围内。