CN111273650A - 在向后运动期间进行指引侧向控制的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明题为“在向后运动期间进行指引侧向控制的方法和设备”。本发明提供一种控制车辆在向后运动期间的侧向移动的方法和设备。该方法包括：加载车辆的期望的向后路径，该向后路径包括在车辆向后运动期间要沿其行驶的路点；沿着垂直于从车辆的前部延伸到后部的纵向轴线的反射轴线反射路点，使得反射的路点限定虚拟向前路径；并且在车辆向后方向上行驶时控制车辆沿循沿着向前路径的路点的侧向移动。

Description

在向后运动期间进行指引侧向控制的方法和设备

背景技术

涉及控制车辆的符合示例性实施方案的设备和方法。更具体地讲，符合示例性实施方案的设备和方法涉及在自动向后运动期间控制车辆。

发明内容

一个或多个示例性实施方案提供一种控制车辆在向后运动期间的侧向移动的方法和设备。具体地讲，一个或多个示例性实施方案通过反射描绘向前和向后移动的轴线上反向或向后路径的路点来控制自主车辆在向后运动期间的侧向移动，以生成包括反射路点的虚拟向前路径。随后通过调节车轮角来控制车辆的侧向移动，以便仅指引车辆朝向虚拟向前路径的反射路点的侧向移动。

根据示例性实施方案的一个方面，提供一种控制车辆在向后运动期间的侧向移动的方法。该方法包括：加载车辆期望的向后路径，该向后路径包括在车辆向后运动期间要沿其行驶的路点；沿着垂直于从车辆的前部延伸到后部的纵向轴线的反射轴线反射路点，使得反射的路点限定虚拟向前路径；并且在车辆向后方向上行驶时控制车辆沿循沿着虚拟向前路径的路点侧向移动。

控制车辆的侧向移动可包括执行一维非线性优化，以通过来自虚拟向前路径的车辆的重心最小化侧向偏离来确定对应于虚拟向前路径的车轮角。

控制还可包括将所确定的车轮角命令输出到前轮致动器，以在车辆在向后方向上行驶时转动车辆的前轮。

将所确定的车轮角命令输出到前轮致动器还可包括确定当前车轮角并且基于当前车轮角与所确定车轮角之间的差值来输出车轮角命令。

控制车辆的侧向移动可包括最小化代价函数，该代价函数对应于代表车辆虚拟向前路径的路点与对应于车辆估计位置的坐标的反射之间的差值。

所确定的车轮角命令可为车辆速度函数与最小化代价函数的车轮角的乘积。

该方法还可包括检测车辆是否处于倒车模式，并且响应于检测到车辆处于倒车模式而加载车辆期望的向后路径。

车辆可包括以低于三十五英里/小时的速度在向后方向上行驶。

反射轴线可与车辆的中心、车辆的重心、车辆的前轮或车辆的后轮中的一者相交。

根据示例性实施方案的一个方面，提供一种在向后运动期间控制车辆侧向移动的设备。该设备包括：包括计算机可执行指令的至少一个存储器；和被配置成读取和执行计算机可执行指令的至少一个处理器。计算机可执行指令致使至少一个处理器：加载车辆期望的向后路径，该向后路径包括在车辆向后运动期间要沿其行驶的路点；沿着垂直于从车辆的前部延伸到后部的纵向轴线的反射轴线反射路点，使得反射的路点限定虚拟向前路径；并且在车辆向后方向上行驶时控制车辆沿循沿着虚拟向前路径的路点侧向移动。

计算机可执行指令可致使至少一个处理器执行一维非线性优化，以通过从虚拟向前路径的车辆重心最小化侧向偏离来确定对应于虚拟向前路径的车轮角，从而控制车辆的侧向移动。

计算机可执行指令可致使至少一个处理器将所确定的车轮角命令输出到前轮致动器，以在车辆在向后方向上行驶时转动车辆的前轮。

计算机可执行指令可通过确定当前车轮角并且基于当前车轮角与所确定的车轮角之间的差值来输出车轮角命令，从而致使至少一个处理器将所确定的车轮角命令输出到前轮致动器。

计算机可执行指令可通过最小化对应于代表车辆虚拟向前路径的路点与对应于车辆估计位置的坐标的反射之间的差值的代价函数，从而致使至少一个处理器控制车辆的侧向移动。

所确定的车轮角命令可为车辆速度函数与最小化代价函数的车轮角的乘积。

计算机可执行指令可致使至少一个处理器检测车辆是否处于倒车模式，并且响应于检测到车辆处于倒车模式而加载车辆期望的向后路径。

车辆可以低于三十五英里/小时的速度在向后方向上行驶。

反射轴线可与车辆的中心、车辆的重心、车辆的前轮或车辆的后轮中的一者相交。该轴线在车辆的前轮、车辆的后轮和车辆的重心中的一者处居中。

根据示例性实施方案的以下详细描述和附图，示例性实施方案的其它目的、优点和新特征将变得更加显而易见。

附图说明

图1示出了根据示例性实施方案控制车辆在向后运动期间的侧向移动的设备的框图；

图2示出了根据示例性实施方案的一个方面用于控制车辆在向后运动期间的侧向移动的反射路径的示例性示意图；以及

图3示出了根据示例性实施方案控制车辆在向后运动期间的侧向移动的方法的流程图。

具体实施方式

用于控制车辆在向后运动期间的侧向移动的设备和方法现在参考图1至3进行了详细描述，在所有附图中，类似的附图标号指示类似的元件。

以下公开内容将使得本领域的技术人员能够实践本发明的概念。然而，本文所公开的示例性实施方案仅是示例性的，并非将本发明的概念限制为本文所述的示例性实施方案。此外，对每个示例性实施方案的特征或方面的描述通常应被认为可用于其它示例性实施方案的方面。

还应当理解，如果在本文中陈述第一元件“连接到”、“附接到”、“形成于”或“设置在”第二元件上，则第一元件可直接连接到、直接形成于或直接设置在第二元件上，或者第一元件与第二元件之间可存在中间元件，除非陈述第一元件“直接”连接到、附接到、形成于或设置在第二元件上。此外，如果第一元件被配置成从第二元件“发送”或“接收”信息，则第一元件可向或从第二元件直接发送或接收信息，经由总线发送或接收信息，经由网络发送或接收信息，或经由中间元件发送或接收信息，除非指示第一元件向或从第二元件“直接”发送或接收信息。

在本公开全文中，所公开的元件中的一者或多者可组合成单个装置或组合成一个或多个装置。此外，可在单独的装置上提供单个元件。

车辆变得越来越自动化，并且能够在受控环境下进行操纵或自动驾驶。包括路点的车辆路径可限定期望的路径或操纵，并且用来控制致动器以调节车轮角，使得车辆的行驶路径尽可能接近期望的路径。然而，向后路径和反向操纵可能更复杂并且难以执行。向后路径和复杂反向操纵的示例可包括从车道退出到街道上，在道路意外关闭的道路情况下退出，或平行、垂直和/或倾斜地停车，并且能够对车辆后方的动态障碍作出响应。

当通过反向运动控制车辆沿循向后路径时，情况将变得复杂，因为系统的阶段性将更显著，例如车辆先离开路径，然后再更靠近路径。因此，解决这种复杂性的控制系统可有助于简化车辆操纵，并且更精确地在低于35英里/小时的反向运动速度下沿循向后路径。

图1示出了根据示例性实施方案控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备的框图；如图1所示，根据示例性实施方案，控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备包括控制器101、电源102、存储装置103、输出104、车辆设置和控制件105、用户输入106、传感器107和通信装置108。然而，控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备不限于上述构型并且可被构造成包括另外的元件和/或省略上述元件中的一者或多者。控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备可被实现为车辆的一部分、作为独立部件、作为车辆上设备与车辆外设备之间的混合体或在另一个计算装置中实现。

控制器101控制在向后运动100期间控制车辆的侧向移动的设备的总体操作和功能。控制器101可控制设备的存储装置103、输出104、车辆设置和控制件105、用户输入106、传感器107和通信装置108中的一者或多者，其中设备控制车辆在向后运动100期间的侧向移动。控制器101可包括处理器、微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、电路以及硬件、软件和固件组件的组合中的一者或多者。

控制器101被配置成发送和/或接收来自设备的存储装置103、输出104、车辆设置和控制件105、用户输入106、传感器107和通信装置108中的一者或多者的信息，其中设备控制车辆在向后运动100期间的侧向移动。信息可经由总线或网络发送和接收，或者可从设备的存储装置103、输出104、车辆设置和控制件105、用户输入106、传感器107和通信装置108中的一者或多者直接读取或写入到其上，其中设备控制车辆在向后运动100期间的侧向移动。合适的网络连接的示例包括控制器区域网络(CAN)、面向媒体的系统传输(MOST)、本地互连网络(LIN)、局域网(LAN)、无线网络(诸如蓝牙和802.11)以及其它适当的连接(诸如以太网)。

电源102向设备的控制器101、存储装置103、输出104、车辆设置和控制件105、用户输入106、传感器107和通信装置108中的一者或多者提供电力，其中设备控制车辆在向后运动100期间的侧向移动。电源102可包括电池、插座、电容器、太阳能电池、发电机、风能装置、交流发电机等中的一者或多者。

存储装置103被配置成存储和检索由控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备使用的信息。存储装置103可由控制器101控制以存储和检索信息，该信息包括期望的路径信息、虚拟向前路径信息、车轮角信息、车辆动态信息以及估计位置信息。可从用户输入106、通信装置108或一个或多个传感器107收集和接收信息。存储装置103还可包括计算机指令，该计算机指令被配置成由处理器执行以执行用于控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备的功能。

路径信息可包括路点，路点包括x坐标和y坐标。x坐标是相对于纵向(即车辆的前后)穿过车辆的中心或车辆的质心的轴线的坐标。y坐标是相对于垂直于穿过车辆的中心或车辆的质心的纵向轴线的轴线的坐标。车辆的中心或质心仅仅是轴线可相交的位置的示例，并且轴线可在车辆的前轮或后轮处居中。路点可构成向前路径或向后路径。

车轮角信息可包括车轮的角度和/或车辆的行驶方向。估计位置信息可包括车辆的当前位置(例如车辆的重心、车辆的中心、车辆的前轮或车辆的后轮)或预测或估计的位置，并且可包括GPS坐标和/或偏移信息。车轮角信息可由传感器107提供或由车辆设置和控制件105提供的读数信息提供。

车辆动态信息可包括侧向加速度、纵向加速度、速度信息、转向角度信息或车轮角信息中的一者或多者。车辆动态信息可由传感器107提供或由车辆设置和控制件105提供的读数信息提供。

存储装置103可包括软盘、光盘、CD-ROM(紧凑型光盘只读储存器)、磁光盘、ROM(只读储存器)、RAM(随机存取存储器、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、缓存以及适合存储机器可执行指令的其它类型介质/机器可读介质。

输出104以包括视觉、听觉和/或触觉形式的一种或多种形式输出信息。输出104可由控制器101控制以向控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备的使用者提供输出。输出104可包括来自扬声器、音频、显示器、居中设置的显示器、平视显示器、挡风玻璃显示器、触觉反馈装置、振动装置、触觉反馈装置、触摸反馈装置、全息显示器、仪器灯、指示灯等中的一者或多者。

输出104可输出通知，包括可听通知、灯光通知和显示通知中的一者或多者。通知可包括通知车辆设置的值或通知正在调整车辆设置的信息。此外，输出104可在车辆上的适当位置显示人员的消息。

车辆设置和控制件105可包括车辆系统模块(VSM)，该模块为电子硬件部件的形式，位于车辆中各处，通常从一个或多个传感器接收输入并使用感测到的输入来执行诊断、监测、控制、报告和/或其它功能。每个VSM可通过通信总线连接到其它VSM以及连接到控制器101，并且可被编程以运行车辆系统和子系统诊断测试。控制器101可被配置成发送和接收来自VSM的信息并且控制VSM以执行车辆功能。

例如，一个VSM可为控制发动机操作的各个方面诸如燃料点火和点火正时的发动机控制模块(ECM)，另一个VSM可为被配置成接收来自外部传感器诸如相机、雷达、LIDAR和激光器的信息的外部传感器模块，另一个VSM可为控制转向角的电动转向模块，另一个VSM可为调节车辆传动系统的一个或多个部件的操作的传动系控制模块，另一个VSM可为检测方向盘角度参数、速度参数、加速度参数、侧向加速度参数和/或车轮角参数的车辆动态传感器，并且另一个VSM可为管理位于车辆中各处的各种电子部件如车辆的电动车门锁和大灯的车身控制模块。如本领域的技术人员所理解的那样，上述VSM仅是可用于车辆中的一些模块的示例，因为也可使用许多其它模块。

用户输入106被配置成向控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备提供信息和命令。用户输入106可用于向控制器101提供用户输入等。用户输入106可包括触摸屏、键盘、软键盘、按钮、运动检测器、语音输入检测器、麦克风、相机、触控板、鼠标、触摸板等中的一者或多者。

用户输入106可被配置成接收用户输入以通过输出104确认或撤销通知输出。用户输入106还可被配置成接收用户输入以调整车辆设置。调整过的车辆设置可随后存储在存储装置103中。

传感器107可包括相机、红外热相机、加速度计、气压计、仰角传感器、光传感器、测高仪、速度计、陀螺仪和制动压力传感器中的一个或多个传感器。在一个示例中，相机可为车载相机、红外相机和移动装置相机中的一者或多者。

通信装置108可由控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备使用，以根据各种通信方法与若干类型的外部设备进行通信。通信装置108可用于从移动装置发送/接收信息。通信装置108可通过在执行类似于输出104的功能的移动装置处的输出发送要由移动装置输出的信息和通知。

通信装置108可包括各种通信模块，诸如远程信息处理单元、广播接收模块、近场通信(NFC)模块、GPS接收器、有线通信模块或无线通信模块中的一者或多者。广播接收模块可包括地面广播接收模块，包括用于接收地面广播信号的天线、解调器和均衡器等。NFC模块是根据NFC方法与位于附近距离处的外部设备通信的模块。GPS接收器是从GPS卫星接收GPS信号并检测当前位置的模块。有线通信模块可以是经由有线网络(诸如局域网、控制器区域网络(CAN)或外部网络)接收信息的模块。无线通信模块是通过使用无线通信协议(诸如IEEE 802.11协议、WiMAX、Wi-Fi或IEEE通信协议)连接到外部网络并与外部网络通信的模块。无线通信模块还可包括移动通信模块，该移动通信模块访问移动通信网络并根据各种移动通信标准(诸如第3代(3G)、第3代合作伙伴计划(3GPP)、长期演进(LTE)、蓝牙、EVDO、CDMA、GPRS、EDGE或ZigBee)执行通信。

根据一个示例性实施方案，控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备的控制器101可被配置成：加载车辆期望的向后路径，该向后路径包括在车辆向后运动期间要沿其行驶的路点；沿着垂直于从车辆的前部延伸到后部的纵向轴线的反射轴线反射路点，使得反射的路点限定虚拟向前路径；以及控制车辆的侧向移动，以在车辆在向后行方向上驶时沿循沿着虚拟向前路径的路点。

控制器101可响应于检测到车辆处于倒车模式而加载车辆期望的向后路径。车辆可以低于三十五英里/小时的速度在向后方向上行驶。反射轴线可与车辆的中心、车辆的重心、车辆的前轮或车辆的后轮相交。纵向轴线和反射轴线可在车辆的前轮、车辆的后轮和车辆的重心中的一者处居中。

此外，控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备的控制器101可被配置成执行一维非线性优化，以通过最小化来自虚拟向前路径的车辆的重心的侧向偏离来确定对应于虚拟向前路径的车轮角，从而控制车辆的侧向移动。

另外，控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备的控制器101可被配置成将所确定的车轮角命令输出到前轮致动器，以在车辆在向后方向上行驶时转动车辆的前轮。

此外，控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备的控制器101可被配置成控制将所确定的车轮角命令输出到前轮致动器，以在车辆在向后方向上行驶时转动车辆的前轮。

控制器101可通过确定当前车轮角并且基于当前车轮角与所确定车轮角之间的差值来输出车轮角命令，从而控制将所确定的车轮角命令输出到前轮致动器。所确定的车轮角命令可为车辆速度函数与最小代价函数的乘积。

控制器101可通过最小化对应于代表车辆虚拟向前路径的路点与对应于车辆估计位置的坐标的反射之间的差值的代价函数来控制车辆的侧向移动。

图2示出了根据示例性实施方案的一个方面用于控制车辆在向后运动期间的侧向移动的反射路径的示例性示意图。参见图2，车辆201计划沿着由路点203组成的期望路径202行驶。路点203可包括x、y坐标，其中x坐标表示在纵向轴线上从车辆的前部延伸到后部的位置，y坐标表示在垂直于车辆的纵向轴线206的轴线205上的位置。纵向轴线和垂直轴线可在车辆的前轮、后轮、中心或重心处居中。

需要控制车辆的车轮角或侧向移动，以指引车辆的侧向移动201朝向沿着期望路径202的路点203。为了降低该过程的复杂性，期望路径202的路点在整个轴205上被反射，以形成假想的反射虚拟向前路径204。控制车辆的车轮角或侧向移动，以便在车辆向后行驶时沿循反射的虚拟向前路径204。

换句话讲，车辆的估计的实际或当前位置在车辆反向行驶时被捕获，并且估计的实际或当前位置随后反射在垂直于车辆纵向轴线的轴线上。反射的估计当前位置随后被用来调节车辆的侧向移动或车轮角，以指引车辆朝向虚拟向前路径204上的下一个路点。然而，车辆以反向或向后的方式继续其运动。

图3示出了根据示例性实施方案控制车辆在向后运动期间的侧向移动的方法的流程图。图3的方法可由控制车辆在向后运动100期间的侧向移动的设备执行，或者可作为可由计算机执行以执行该方法的指令而被编码到计算机可读介质中。

参见图3，车辆的期望的向后路径，包括在车辆的向后运动期间要沿其行驶的路点，被加载到操作S310中。在操作S320中，路点沿着垂直于从车辆的前部到后部延伸的纵向轴线的轴线被反射，反射的路点限定虚拟向前路径的路点。纵向轴线和垂直轴线可在车辆的前轮、后轮、中心或重心处居中。

在操作S330中控制车辆的侧向移动，以在车辆向后行驶时沿循沿着向前路径的路点。在一个示例中，可通过确定当前车轮角并且基于当前车轮角与所确定或目标车轮角之间的差值来输出车轮角命令，从而将所确定的车轮角命令输出到前轮致动器，由此控制侧向移动。

本文所公开的过程、方法或算法可传送到处理设备、控制器或计算机或由它们实现，所述处理设备、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制装置或专用电子控制装置。类似地，该过程、方法或算法可以多种形式存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，包括但不限于永久存储在诸如ROM装置的不可写存储介质上的信息以及可更改地存储在诸如软盘、磁带、CD、RAM装置和其它磁性和光学介质上的可写存储介质上的信息。该过程、方法或算法还可在软件可执行对象中实现。另选地，该过程、方法或算法可使用合适的硬件部件，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件部件或装置、或者硬件、软件和固件部件的组合，来整体或部分地实施。

上文结合附图描述了一个或多个示例性实施方案。上述示例性实施方案应仅被视为具有描述性意义而不是为了进行限制。此外，在不脱离由以下权利要求书限定的本发明概念的实质和范围的情况下，可对示例性实施方案进行修改。

Claims (10)

1.一种控制车辆在向后运动期间的侧向移动的设备，所述设备包括：

至少一个存储器，所述至少一个存储器包括计算机可执行指令；和

至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置成读取和执行所述计算机可执行指令，所述计算机可执行指令致使所述至少一个处理器：

加载车辆的期望的向后路径，所述向后路径包括在所述车辆向后运动期间要沿其行驶的路点；

沿着垂直于从所述车辆的前部延伸到后部的纵向轴线的反射轴线反射所述路点，使得所述反射的路点限定虚拟向前路径；以及

控制所述车辆的侧向移动，以在所述车辆在向后方向上行驶时沿循沿着所述虚拟向前路径的路点。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述计算机可执行指令致使所述至少一个处理器通过执行一维非线性优化控制所述车辆的所述侧向移动，以通过最小化来自所述虚拟向前路径的所述车辆的重心的侧向偏离来确定对应于所述虚拟向前路径的车轮角。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述计算机可执行指令致使所述至少一个处理器将所述确定的车轮角命令输出到前轮致动器，以在所述车辆在所述向后方向上行驶时转动所述车辆的所述前轮。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述计算机可执行指令通过确定当前车轮角并且基于所述当前车轮角与所述确定的车轮角之间的差值来输出所述车轮角命令，从而致使所述至少一个处理器将所述确定的车轮角命令输出到所述前轮致动器。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述计算机可执行指令通过最小化对应于代表所述车辆的所述虚拟向前路径的路点与对应于所述车辆的估计位置的坐标的反射之间的差值的代价函数，从而致使所述至少一个处理器控制所述车辆的所述侧向移动。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述确定的车轮角命令是所述车辆的速度的函数与最小化所述代价函数的车轮角的乘积。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述计算机可执行指令致使所述至少一个处理器检测所述车辆处于倒车模式，并且响应于检测到所述车辆处于倒车模式而加载所述车辆的所述期望的向后路径。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述车辆以低于三十五英里/小时的速度在向后方向上行驶。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述反射轴线与所述车辆的中心、所述车辆的重心、所述车辆的前轮或所述车辆的后轮相交。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述轴线在所述车辆的前轮、所述车辆的后轮和所述车辆的重心中的一者处居中。

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