一种车辆路径跟踪控制方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本技术涉及车辆控制技术领域，尤其是涉及一种车辆路径跟踪控制方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.车辆路径跟踪是智能驾驶中车辆横向运动控制研究的核心问题之一，它反映的是一种控制无人驾驶车辆平稳、精确地沿着预定的期望轨迹行驶的能力。
3.现有的控制方法虽然可以满足一定的控制性能需求，但由于其控制过程与车辆动力学不符，使得控制器的参数整定困难；针对高速工况和弯道工况的鲁棒性不强，方向盘容易产生抖动甚至车辆蛇形，导致控制性能不佳。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种车辆路径跟踪控制方法、装置、电子设备及存储介质，通过对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，建立了包括至少三个串联的控制回路的控制模型，使得控制模型更加精细且符合车辆运动特性，有助于模型参数的整定，进而提高路径跟踪控制的性能。
5.本技术实施例提供了一种车辆路径跟踪控制方法，所述方法包括：
6.根据车辆执行机构接受的控制输入种类，对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，得到车辆路径跟踪的控制模型；其中，所述控制模型中包括至少三个串联的控制回路；每个控制回路对应所述人工操作下车辆横向运动过程中的一个运动环节；
7.确定目标车辆的当前状态信息和期望状态信息；
8.将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，并将所述输出参数作为所述车辆执行机构的控制输入，以对所述目标车辆进行路径跟踪控制。
9.进一步的，当所述控制输入种类为前轮转角时，所述控制模型包括依次串联的横向位置偏差控制回路、航向偏差控制回路、横摆角速度偏差控制回路；
10.其中，所述横向位置偏差控制回路根据所述当前状态信息和所述期望状态信息，输出横向偏移速度；所述航向偏差控制回路根据输入的横向偏移速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出横摆角速度；所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出前轮转角；由输出的前轮转角和所述期望状态信息确定的期望前轮转角作为所述控制模型的输出参数。
11.进一步的，当所述控制输入种类为扭矩时，所述控制模型包括依次串联的横向位置偏差控制回路、航向偏差控制回路、横摆角速度偏差控制回路和前轮转角偏差控制回路；
12.其中，所述横向位置偏差控制回路根据所述当前状态信息和所述期望状态信息，输出横向偏移速度；所述航向偏差控制回路根据输入的横向偏移速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出横摆角速度；所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速
度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出前轮转角；所述前轮转角偏差控制回路根据输入的前轮转角、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出扭矩，并将输出的扭矩作为所述控制模型的输出参数。
13.进一步的，所述当前状态信息包括当前位置点的坐标、当前航向角、当前纵向速度和当前横摆角速度；所述期望状态信息包括期望位置点的坐标、期望位置点处的切线角度、期望位置点处的横摆角速度、期望位置点处的前轮转角；所述将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，包括：
14.所述横向位置偏差控制回路根据当前位置点的坐标和期望位置点的坐标，确定输入的横向位置偏差；
15.所述横向位置偏差控制回路根据输入的横向位置偏差输出横向偏移速度；
16.所述航向偏差控制回路根据当前纵向速度和输入的横向偏移速度，确定横向偏移速度引起的偏移角；
17.所述航向偏差控制回路以横向偏移速度引起的偏移角为增益量，以期望位置点处的切线角度为前馈量，以当前航向角为反馈量，确定输入的航向偏差；
18.所述航向偏差控制回路根据输入的航向偏差输出横摆角速度；
19.所述横摆角速度偏差控制回路以输入的横摆角速度为增益量，以期望位置点处的横摆角速度为前馈量，以当前横摆角速度为反馈量，确定输入的横摆角速度偏差；
20.所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度偏差输出前轮转角；
21.将输出的前轮转角和期望位置点处的前轮转角相加，得到的期望前轮转角作为所述控制模型的输出参数。
22.进一步的，所述当前状态信息包括当前位置点的坐标、当前航向角、当前纵向速度、当前横摆角速度和当前前轮转角；所述期望状态信息包括期望位置点的坐标、期望位置点处的切线角度、期望位置点处的横摆角速度、期望位置点处的前轮转角；所述将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，包括：
23.所述横向位置偏差控制回路根据当前位置点的坐标和期望位置点的坐标，确定输入的横向位置偏差；
24.所述横向位置偏差控制回路根据输入的横向位置偏差输出横向偏移速度；
25.所述航向偏差控制回路根据当前纵向速度和输入的横向偏移速度，确定横向偏移速度引起的偏移角；
26.所述航向偏差控制回路以横向偏移速度引起的偏移角为增益量，以期望位置点处的切线角度为前馈量，以当前航向角为反馈量，确定输入的航向偏差；
27.所述航向偏差控制回路根据输入的航向偏差输出横摆角速度；
28.所述横摆角速度偏差控制回路以输入的横摆角速度为增益量，以期望位置点处的横摆角速度为前馈量，以当前横摆角速度为反馈量，确定输入的横摆角速度偏差；
29.所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度偏差输出前轮转角；
30.所述前轮转角偏差控制回路以输入的前轮转角为增益量，以期望位置点处的前轮转角为前馈量，以当前前轮转角为反馈量，确定输入的前轮转角偏差量；
31.所述前轮转角偏差控制回路根据输入的前轮转角偏差量输出扭矩增益量；
32.所述前轮转角偏差控制回路根据预先标定的在不同纵向速度下前轮转角与扭矩
量的映射关系，将当前纵向速度和当前前轮转角对应的扭矩量确定为扭矩前馈量；
33.所述前轮转角偏差控制回路将所述扭矩增益量和扭矩前馈量相加得到输出的扭矩，并将输出的扭矩作为所述控制模型的输出参数。
34.进一步的，所述控制模型中的控制回路执行的控制算法包括以下各项中的至少一项：pid控制算法、lqr控制算法和mpc控制算法。
35.本技术实施例还提供了一种车辆路径跟踪控制装置，所述装置包括：
36.建模模块，用于根据车辆执行机构接受的控制输入种类，对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，得到车辆路径跟踪的控制模型；其中，所述控制模型中包括至少三个串联的控制回路；每个控制回路对应所述人工操作下车辆横向运动过程中的一个运动环节；
37.确定模块，用于确定目标车辆的当前状态信息和期望状态信息；
38.控制模块，用于将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，并将所述输出参数作为所述车辆执行机构的控制输入，以对所述目标车辆进行路径跟踪控制。
39.本技术实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的一种车辆路径跟踪控制方法的步骤。
40.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述的一种车辆路径跟踪控制方法的步骤。
41.本技术实施例提供的一种车辆路径跟踪控制方法、装置、电子设备及存储介质，通过对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，建立了包括至少三个串联的控制回路的控制模型，使得控制模型更加精细且符合车辆运动特性，有助于模型参数的整定，进而提高路径跟踪控制的性能。
42.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
43.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
44.图1示出了本技术实施例所提供的一种车辆路径跟踪控制方法的流程图；
45.图2示出了本技术实施例所提供的一种控制模型的结构示意图之一；
46.图3示出了本技术实施例所提供的一种控制模型的结构示意图之二；
47.图4示出了本技术实施例所提供的一种路径跟踪的示意图；
48.图5示出了本技术实施例所提供的一种车辆路径跟踪控制装置的结构示意图；
49.图6示出了本技术实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
50.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本技术保护的范围。
51.经研究发现，车辆路径跟踪是智能驾驶中车辆横向运动控制研究的核心问题之一，它反映的是一种控制无人驾驶车辆平稳、精确地沿着预定的期望轨迹行驶的能力。
52.现有的控制方法虽然可以满足一定的控制性能需求，但由于其控制过程与车辆动力学不符，建模粗糙，使得控制器的参数整定困难；针对高速工况和弯道工况的鲁棒性不强，方向盘容易产生抖动甚至车辆蛇形，导致控制性能不佳。
53.基于此，本技术实施例提供了一种车辆路径跟踪控制方法、装置、电子设备及存储介质，以通过对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，建立了包括至少三个串联的控制回路的控制模型，使得控制模型更加精细且符合车辆运动特性，有助于模型参数的整定，进而提高路径跟踪控制的性能。
54.请参阅图1，图1为本技术实施例所提供的一种车辆路径跟踪控制方法的流程图。如图1中所示，本技术实施例提供的控制方法，包括：
55.s101、根据车辆执行机构接受的控制输入种类，对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，得到车辆路径跟踪的控制模型。
56.需要说明的是，在车辆路径跟踪控制中，上游的路径规划模块会给出期望路径信息；期望路径信息包括多个离散位置点的状态信息，其中一个或多个离散位置点被设置为期望位置点，通过对多个离散位置点的状态信息中的位置坐标进行拟合，可以得到期望路径。车辆路径跟踪控制的控制目标即是控制车辆从当前位置点p到达期望位置点p1，并快速而稳定地跟踪给定的期望路径运动。
57.这里，车辆执行机构包括转向执行机构，其可接受的控制输入种类包括前轮转角和/或扭矩；根据转向执行机构的执行逻辑，综合车辆动力学和运动学理论，得到人工操作下车辆横向运动过程，即从驾驶员给出扭矩(转动方向盘)到车辆发生横向位置移动的运动过程包括：驾驶员给出扭矩——方向盘转动——在车辆有纵向速度的情况下产生横摆角速度，车辆绕z轴转动——车辆的航向发生变化——车辆的横向位置发生变化。
58.由此，在不同控制输入种类下，通过对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，可得到车辆路径跟踪的控制模型。控制模型中包括至少三个串联的控制回路；每个控制回路对应所述人工操作下车辆横向运动过程中的一个运动环节，控制回路可执行的控制算法包括pid控制算法、lqr控制算法和mpc控制算法等。
59.在第一种可能的实施方式中，当车辆执行机构可接受的控制输入种类为前轮转角时，建立的控制模型包括依次串联的横向位置偏差控制回路、航向偏差控制回路、横摆角速度偏差控制回路；其中，所述横向位置偏差控制回路根据所述当前状态信息和所述期望状态信息，输出横向偏移速度；所述航向偏差控制回路根据输入的横向偏移速度、所述当前状
态信息和所述期望状态信息输出横摆角速度；所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出前轮转角；由输出的前轮转角和所述期望状态信息确定的期望前轮转角作为所述控制模型的输出参数。
60.在第二种可能的实施方式中，当所述控制输入种类为扭矩时，所述控制模型包括依次串联的横向位置偏差控制回路、航向偏差控制回路、横摆角速度偏差控制回路和前轮转角偏差控制回路；其中，所述横向位置偏差控制回路根据所述当前状态信息和所述期望状态信息，输出横向偏移速度；所述航向偏差控制回路根据输入的横向偏移速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出横摆角速度；所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出前轮转角；所述前轮转角偏差控制回路根据输入的前轮转角、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出扭矩，并将输出的扭矩作为所述控制模型的输出参数。
61.s102、确定目标车辆的当前状态信息和期望状态信息。
62.该步骤中，目标车辆的当前状态信息包括可使用传感器等仪器直接测量得到的当前状态信息，也包括需要根据直接测量得到的状态信息进行运算得到的当前状态信息；目标车辆的期望状态信息包括可直接从上游路径规划模块接收的期望状态信息，也包括需要根据直接接收到的状态信息进行运算得到的期望状态信息。
63.s103、将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，并将所述输出参数作为所述车辆执行机构的控制输入，以对所述目标车辆进行路径跟踪控制。
64.请参阅图2、图3和图4，图2为本技术实施例所提供的一种控制模型的结构示意图之一；图3为本技术实施例所提供的一种控制模型的结构示意图之二；图4为本技术实施例所提供的一种路径跟踪的示意图。
65.在第一种可能的实施方式中，如图2中所示，当车辆执行机构可接受的控制输入种类为前轮转角时，建立的控制模型包括依次串联的横向位置偏差控制回路、航向偏差控制回路、横摆角速度偏差控制回路；此时，需要输入控制模型中的当前状态信息包括当前位置点的坐标、当前航向角、当前纵向速度和当前横摆角速度；需要输入控制模型中的期望状态信息包括期望位置点的坐标、期望位置点处的切线角度、期望位置点处的横摆角速度、期望位置点处的前轮转角。
66.如图4中所示，车辆所在当前位置点为p，车辆的期望位置点为p1；当前状态信息可包括车辆所在当前位置点p的坐标(x,y)、车辆在世界坐标系下车头方向的当前航向角θ、车辆当前纵向速度v
x
和当前横摆角速度w；期望状态信息可包括车辆所在期望位置点p1的坐标(x1,y1)、车辆在世界坐标系下期望位置点p1处的切线角度θ1、横摆角速度w1和前轮转角δ1。
67.则步骤s103中将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，可包括：
68.s1031、所述横向位置偏差控制回路根据当前位置点的坐标和期望位置点的坐标，确定输入的横向位置偏差。
69.该步骤中，可将从期望位置点p1的坐标到当前位置点p的坐标的向量与期望位置点的法向向量的数量积确定为横向位置偏差；公式可表示为：
[0070][0071]
公式的推导过程如下：
[0072][0073]
式中，e
l
表示横向位置偏差；表示从期望位置点p1的坐标到当前位置点p的坐标的向量；表示期望位置点的法向向量，法向向量与切线向量垂直，可通过右手定则确定方向。
[0074]
s1032、所述横向位置偏差控制回路根据输入的横向位置偏差输出横向偏移速度。
[0075]
该步骤中，横向位置偏差控制回路中的横向位置偏差控制器根据输入的横向位置偏差和控制算法，输出横向偏移速度。
[0076]
s1033、所述航向偏差控制回路根据当前纵向速度和输入的横向偏移速度，确定横向偏移速度引起的偏移角；
[0077][0078]
式中，表示横向偏移速度；v
x
表示当前纵向速度；θg表示横向偏移速度引起的偏移角。
[0079]
s1034、所述航向偏差控制回路以横向偏移速度引起的偏移角为增益量，以期望位置点处的切线角度为前馈量，以当前航向角为反馈量，确定输入的航向偏差。公式可表示为：
[0080]
δθ＝θ1+θg–
θ
[0081]
式中，θ1表示世界坐标系下期望位置点处的切线角度；θ表示当前航向角；δθ表示航向偏差。
[0082]
s1035、所述航向偏差控制回路根据输入的航向偏差输出横摆角速度。
[0083]
该步骤中，航向偏差控制回路中的航向偏差控制器根据输入的航向偏差和控制算法，输出横摆角速度。
[0084]
s1036、所述横摆角速度偏差控制回路以输入的横摆角速度为增益量，以期望位置点处的横摆角速度为前馈量，以当前横摆角速度为反馈量，确定输入的横摆角速度偏差。公式可表示为：
[0085]
δw＝w1+wg–
w＝v
x
×
k+wg–w[0086]
w1＝v
x
×k[0087]
式中，δw表示横摆角速度偏差；wg表示输入的横摆角速度；w1表示期望位置点处的横摆角速度，可直接从轨迹规划模块获取，也可由直接获取的轨迹曲率k和当前纵向速度v
x
确定；w表示当前横摆角速度；k表示期望位置点处的轨迹曲率。
[0088]
s1037、所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度偏差输出前轮转角。
[0089]
该步骤中，横摆角速度偏差控制回路中的横摆角速度偏差控制器根据输入的横摆角速度偏差和控制算法，输出前轮转角。
[0090]
s1038、将输出的前轮转角和期望位置点处的前轮转角相加，得到的期望前轮转角作为所述控制模型的输出参数。公式可表示为：
[0091]
δ
t
＝δ1+δg[0092]
δ1＝l
×
k+kv×ay
[0093]
式中，δ
t
表示期望前轮转角；δg表示横摆角速度偏差控制回路输出的前轮转角；δ1表示期望位置点处的前轮转角，可直接从轨迹规划模块获取，也可由轴距l、轨迹曲率k、转向不足梯度kv和实际侧向加速度ay确定；l表示目标车辆的轴距；kv表示目标车辆的转向不足梯度；ay表示目标车辆的实际侧向加速度，其中，转向不足梯度kv与车辆质心位置、侧偏刚度等因素有关，可预先测量得到。
[0094]
在第二种可能的实施方式中，如图3中所示，当车辆执行机构可接受的控制输入种类为前轮转角时，建立的控制模型包括依次串联的横向位置偏差控制回路、航向偏差控制回路、横摆角速度偏差控制回路；此时，需要输入控制模型中的当前状态信息包括当前位置点的坐标、当前航向角、当前纵向速度、当前横摆角速度和当前前轮转角；需要输入控制模型中的期望状态信息包括期望位置点的坐标、期望位置点处的切线角度、期望位置点处的横摆角速度、期望位置点处的前轮转角；
[0095]
类似的，如图4中所示，当前状态信息可包括车辆所在当前位置点p的坐标(x,y)、车辆在世界坐标系下车头方向的当前航向角θ、车辆当前纵向速度v
x
、当前横摆角速度w和当前前轮转角δ；期望状态信息可包括车辆所在期望位置点p1的坐标(x1,y1)、车辆在世界坐标系下期望位置点p1处的切线角度θ1、期望位置点p1处的横摆角速度w1和期望位置点p1处的前轮转角δ1。
[0096]
则步骤s103中将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，可包括：
[0097]
步骤1、所述横向位置偏差控制回路根据当前位置点的坐标和期望位置点的坐标，确定输入的横向位置偏差。
[0098]
步骤2、所述横向位置偏差控制回路根据输入的横向位置偏差输出横向偏移速度。
[0099]
步骤3、所述航向偏差控制回路根据当前纵向速度和输入的横向偏移速度，确定横向偏移速度引起的偏移角。
[0100]
步骤4、所述航向偏差控制回路以横向偏移速度引起的偏移角为增益量，以期望位置点处的切线角度为前馈量，以当前航向角为反馈量，确定输入的航向偏差。
[0101]
步骤5、所述航向偏差控制回路根据输入的航向偏差输出横摆角速度。
[0102]
步骤6、所述横摆角速度偏差控制回路以输入的横摆角速度为增益量，以期望位置点处的横摆角速度为前馈量，以当前横摆角速度为反馈量，确定输入的横摆角速度偏差。
[0103]
步骤7、所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度偏差输出前轮转角。
[0104]
其中，步骤1到步骤7的描述可以参照s1031至s1037的描述，并且能达到相同的技术效果，对此不做赘述。
[0105]
步骤8、所述前轮转角偏差控制回路以输入的前轮转角为增益量，以期望位置点处的前轮转角为前馈量，以当前前轮转角为反馈量，确定输入的前轮转角偏差量。公式可表示为：
[0106]
δδ＝δ
t-δ＝δ1+δg–
δ＝l
×
k+kv×ay
+δ
g-δ
[0107]
式中，δ表示当前前轮转角；δδ表示输入的前轮转角偏差量。
[0108]
步骤9、所述前轮转角偏差控制回路根据输入的前轮转角偏差量输出扭矩增益量。
[0109]
该步骤中，前轮转角偏差控制回路中的前轮转角偏差控制器根据输入的前轮转角
偏差量和控制算法，输出扭矩增益量。
[0110]
步骤10、所述前轮转角偏差控制回路根据预先标定的在不同纵向速度下前轮转角与扭矩量的映射关系，将当前纵向速度和当前前轮转角对应的扭矩量确定为扭矩前馈量。公式可表示为：
[0111]
t1＝f(v
x
,δ
t
)
[0112]
式中，t1表示当前纵向速度v
x
和当前前轮转角确定出的期望前轮转角指令δ
t
对应的扭矩量；f表示预先标定的在不同纵向速度下前轮转角与扭矩量的映射关系。
[0113]
步骤11、所述前轮转角偏差控制回路将所述扭矩增益量和扭矩前馈量相加得到输出的扭矩，并将输出的扭矩作为所述控制模型的输出参数。
[0114]
t＝t1+tg＝f(v
x
,δ
t
)+tg[0115]
式中，tg表示前轮转角偏差控制回路输出的扭矩增益量；t表示输出的扭矩。
[0116]
这样，本技术实施例综合考虑了车辆运动学、车辆动力学和转向系统特性，计算或标定出前馈量，能够提升路径跟踪控制的效率和准确性；采用了反馈+前馈的控制方法，在反馈保证控制精度的基础上，通过前馈减轻pid等控制算法存在的滞后。
[0117]
请参阅图5，图5为本技术实施例所提供的一种车辆路径跟踪控制装置的结构示意图。如图5中所示，所述控制装置400包括：
[0118]
建模模块，用于根据车辆执行机构接受的控制输入种类，对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，得到车辆路径跟踪的控制模型；其中，所述控制模型中包括至少三个串联的控制回路；每个控制回路对应所述人工操作下车辆横向运动过程中的一个运动环节；
[0119]
确定模块，用于确定目标车辆的当前状态信息和期望状态信息；
[0120]
控制模块，用于将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，并将所述输出参数作为所述车辆执行机构的控制输入，以对所述目标车辆进行路径跟踪控制。
[0121]
进一步的，当所述控制输入种类为前轮转角时，所述控制模型包括依次串联的横向位置偏差控制回路、航向偏差控制回路、横摆角速度偏差控制回路；
[0122]
其中，所述横向位置偏差控制回路根据所述当前状态信息和所述期望状态信息，输出横向偏移速度；所述航向偏差控制回路根据输入的横向偏移速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出横摆角速度；所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出前轮转角；由所述横摆角速度偏差控制回路输出的前轮转角和所述期望状态信息确定的期望前轮转角作为所述控制模型的输出参数。
[0123]
进一步的，当所述控制输入种类为扭矩时，所述控制模型包括依次串联的横向位置偏差控制回路、航向偏差控制回路、横摆角速度偏差控制回路和前轮转角偏差控制回路；
[0124]
其中，所述横向位置偏差控制回路根据所述当前状态信息和所述期望状态信息，输出横向偏移速度；所述航向偏差控制回路根据输入的横向偏移速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出横摆角速度；所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出前轮转角；所述前轮转角偏差控制回路根据输入的前轮转角、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出扭矩，并将输出的扭矩作
为所述控制模型的输出参数。
[0125]
进一步的，所述当前状态信息包括当前位置点的坐标、当前航向角、当前纵向速度和当前横摆角速度；所述期望状态信息包括期望位置点的坐标、期望位置点处的切线角度、期望位置点处的横摆角速度、期望位置点处的前轮转角；所述控制模块320用于：
[0126]
所述横向位置偏差控制回路根据当前位置点的坐标和期望位置点的坐标，确定输入的横向位置偏差；
[0127]
所述横向位置偏差控制回路根据输入的横向位置偏差输出横向偏移速度；
[0128]
所述航向偏差控制回路根据当前纵向速度和输入的横向偏移速度，确定横向偏移速度引起的偏移角；
[0129]
所述航向偏差控制回路以横向偏移速度引起的偏移角为增益量，以期望位置点处的切线角度为前馈量，以当前航向角为反馈量，确定输入的航向偏差；
[0130]
所述航向偏差控制回路根据输入的航向偏差输出横摆角速度；
[0131]
所述横摆角速度偏差控制回路以输入的横摆角速度为增益量，以期望位置点处的横摆角速度为前馈量，以当前横摆角速度为反馈量，确定输入的横摆角速度偏差；
[0132]
所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度偏差输出前轮转角；
[0133]
将输出的前轮转角和期望位置点处的前轮转角相加，得到的期望前轮转角作为所述控制模型的输出参数。
[0134]
进一步的，所述当前状态信息包括当前位置点的坐标、当前航向角、当前纵向速度、当前横摆角速度和当前前轮转角；所述期望状态信息包括期望位置点的坐标、期望位置点处的切线角度、期望位置点处的横摆角速度、期望位置点处的前轮转角；所述控制模块320用于：
[0135]
所述横向位置偏差控制回路根据当前位置点的坐标和期望位置点的坐标，确定输入的横向位置偏差；
[0136]
所述横向位置偏差控制回路根据输入的横向位置偏差输出横向偏移速度；
[0137]
所述航向偏差控制回路根据当前纵向速度和输入的横向偏移速度，确定横向偏移速度引起的偏移角；
[0138]
所述航向偏差控制回路以横向偏移速度引起的偏移角为增益量，以期望位置点处的切线角度为前馈量，以当前航向角为反馈量，确定输入的航向偏差；
[0139]
所述航向偏差控制回路根据输入的航向偏差输出横摆角速度；
[0140]
所述横摆角速度偏差控制回路以输入的横摆角速度为增益量，以期望位置点处的横摆角速度为前馈量，以当前横摆角速度为反馈量，确定输入的横摆角速度偏差；
[0141]
所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度偏差输出前轮转角；
[0142]
所述前轮转角偏差控制回路以输入的前轮转角为增益量，以期望位置点处的前轮转角为前馈量，以当前前轮转角为反馈量，确定输入的前轮转角偏差量；
[0143]
所述前轮转角偏差控制回路根据输入的前轮转角偏差量输出扭矩增益量；
[0144]
所述前轮转角偏差控制回路根据预先标定的在不同纵向速度下前轮转角与扭矩量的映射关系，将当前纵向速度和当前前轮转角对应的扭矩量确定为扭矩前馈量；
[0145]
所述前轮转角偏差控制回路将所述扭矩增益量和扭矩前馈量相加得到输出的扭矩，并将输出的扭矩作为所述控制模型的输出参数。
[0146]
进一步的，所述控制模型中的控制回路执行的控制算法包括以下各项中的至少一项：pid控制算法、lqr控制算法和mpc控制算法。
[0147]
请参阅图6，图6为本技术实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图6中所示，所述电子设备500包括处理器510、存储器520和总线530。
[0148]
所述存储器520存储有所述处理器510可执行的机器可读指令，当电子设备500运行时，所述处理器510与所述存储器520之间通过总线530通信，所述机器可读指令被所述处理器510执行时，可以执行如上述图1所示方法实施例中的一种车辆路径跟踪控制方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
[0149]
本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图1所示方法实施例中的一种车辆路径跟踪控制方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
[0150]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0151]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0152]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0153]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0154]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。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或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0155]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本技术的保护
范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种车辆路径跟踪控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据车辆执行机构接受的控制输入种类，对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，得到车辆路径跟踪的控制模型；其中，所述控制模型中包括至少三个串联的控制回路；每个控制回路对应所述人工操作下车辆横向运动过程中的一个运动环节；确定目标车辆的当前状态信息和期望状态信息；将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，并将所述输出参数作为所述车辆执行机构的控制输入，以对所述目标车辆进行路径跟踪控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述控制输入种类为前轮转角时，所述控制模型包括依次串联的横向位置偏差控制回路、航向偏差控制回路、横摆角速度偏差控制回路；其中，所述横向位置偏差控制回路根据所述当前状态信息和所述期望状态信息，输出横向偏移速度；所述航向偏差控制回路根据输入的横向偏移速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出横摆角速度；所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出前轮转角；由输出的前轮转角和所述期望状态信息确定的期望前轮转角作为所述控制模型的输出参数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述控制输入种类为扭矩时，所述控制模型包括依次串联的横向位置偏差控制回路、航向偏差控制回路、横摆角速度偏差控制回路和前轮转角偏差控制回路；其中，所述横向位置偏差控制回路根据所述当前状态信息和所述期望状态信息，输出横向偏移速度；所述航向偏差控制回路根据输入的横向偏移速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出横摆角速度；所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出前轮转角；所述前轮转角偏差控制回路根据输入的前轮转角、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出扭矩，并将输出的扭矩作为所述控制模型的输出参数。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当前状态信息包括当前位置点的坐标、当前航向角、当前纵向速度和当前横摆角速度；所述期望状态信息包括期望位置点的坐标、期望位置点处的切线角度、期望位置点处的横摆角速度、期望位置点处的前轮转角；所述将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，包括：所述横向位置偏差控制回路根据当前位置点的坐标和期望位置点的坐标，确定输入的横向位置偏差；所述横向位置偏差控制回路根据输入的横向位置偏差输出横向偏移速度；所述航向偏差控制回路根据当前纵向速度和输入的横向偏移速度，确定横向偏移速度引起的偏移角；所述航向偏差控制回路以横向偏移速度引起的偏移角为增益量，以期望位置点处的切线角度为前馈量，以当前航向角为反馈量，确定输入的航向偏差；所述航向偏差控制回路根据输入的航向偏差输出横摆角速度；所述横摆角速度偏差控制回路以输入的横摆角速度为增益量，以期望位置点处的横摆
角速度为前馈量，以当前横摆角速度为反馈量，确定输入的横摆角速度偏差；所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度偏差输出前轮转角；将输出的前轮转角和期望位置点处的前轮转角相加，得到的期望前轮转角作为所述控制模型的输出参数。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当前状态信息包括当前位置点的坐标、当前航向角、当前纵向速度、当前横摆角速度和当前前轮转角；所述期望状态信息包括期望位置点的坐标、期望位置点处的切线角度、期望位置点处的横摆角速度、期望位置点处的前轮转角；所述将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，包括：所述横向位置偏差控制回路根据当前位置点的坐标和期望位置点的坐标，确定输入的横向位置偏差；所述横向位置偏差控制回路根据输入的横向位置偏差输出横向偏移速度；所述航向偏差控制回路根据当前纵向速度和输入的横向偏移速度，确定横向偏移速度引起的偏移角；所述航向偏差控制回路以横向偏移速度引起的偏移角为增益量，以期望位置点处的切线角度为前馈量，以当前航向角为反馈量，确定输入的航向偏差；所述航向偏差控制回路根据输入的航向偏差输出横摆角速度；所述横摆角速度偏差控制回路以输入的横摆角速度为增益量，以期望位置点处的横摆角速度为前馈量，以当前横摆角速度为反馈量，确定输入的横摆角速度偏差；所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度偏差输出前轮转角；所述前轮转角偏差控制回路以输入的前轮转角为增益量，以期望位置点处的前轮转角为前馈量，以当前前轮转角为反馈量，确定输入的前轮转角偏差量；所述前轮转角偏差控制回路根据输入的前轮转角偏差量输出扭矩增益量；所述前轮转角偏差控制回路根据预先标定的在不同纵向速度下前轮转角与扭矩量的映射关系，将当前纵向速度和当前前轮转角对应的扭矩量确定为扭矩前馈量；所述前轮转角偏差控制回路将所述扭矩增益量和扭矩前馈量相加得到输出的扭矩，并将输出的扭矩作为所述控制模型的输出参数。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制模型中的控制回路执行的控制算法包括以下各项中的至少一项：pid控制算法、lqr控制算法和mpc控制算法。7.一种车辆路径跟踪控制装置，其特征在于，所述装置包括：建模模块，用于根据车辆执行机构接受的控制输入种类，对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，得到车辆路径跟踪的控制模型；其中，所述控制模型中包括至少三个串联的控制回路；每个控制回路对应所述人工操作下车辆横向运动过程中的一个运动环节；确定模块，用于确定目标车辆的当前状态信息和期望状态信息；控制模块，用于将所述当前状态信息和所述期望状态信息输入所述控制模型，得到所述控制模型的输出参数，并将所述输出参数作为所述车辆执行机构的控制输入，以对所述目标车辆进行路径跟踪控制。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，当所述控制输入种类为前轮转角时，所述控制模型包括依次串联的横向位置偏差控制回路、航向偏差控制回路、横摆角速度偏差控
制回路；其中，所述横向位置偏差控制回路根据所述当前状态信息和所述期望状态信息，输出横向偏移速度；所述航向偏差控制回路根据输入的横向偏移速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出横摆角速度；所述横摆角速度偏差控制回路根据输入的横摆角速度、所述当前状态信息和所述期望状态信息输出前轮转角；由所述横摆角速度偏差控制回路输出的前轮转角和所述期望状态信息确定的期望前轮转角作为所述控制模型的输出参数。9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如权利要求1至6任一所述的一种车辆路径跟踪控制方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至6任一所述的一种车辆路径跟踪控制方法的步骤。

技术总结
本申请提供了一种车辆路径跟踪控制方法、装置、电子设备及存储介质，包括：根据车辆执行机构接受的控制输入种类，对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，得到车辆路径跟踪的控制模型；确定目标车辆的当前状态信息和期望状态信息；将当前状态信息和期望状态信息输入控制模型，得到控制模型的输出参数，并将输出参数作为车辆执行机构的控制输入，以对目标车辆进行路径跟踪控制。这样，通过对人工操作下车辆横向运动过程进行逆向建模，建立了包括至少三个串联的控制回路的控制模型，使得控制模型更加精细且符合车辆运动特性，有助于模型参数的整定，进而提高路径跟踪控制的性能。进而提高路径跟踪控制的性能。进而提高路径跟踪控制的性能。


技术研发人员：骆俊凯 李洁辰
受保护的技术使用者：上海洛轲智能科技有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/13