Stanley 연구실 — 전륜차축 횡방향 오차와 방위각 오차로부터의 조향

양쪽 방향의 조향 방향을 확인하세요

Straight · 1m offset을 실행하여 A로 저장하세요. Recover from right는 음의 횡방향 오프셋을 사용하며 초기 조향 방향을 반전시킵니다. 초기 오프셋 제어는 후륜차축의 위치를 지정합니다. 방위각을 변경하면 전륜차축의 횡방향 변위도 변합니다. Initial heading 30°를 확인하여 그 차이를 살펴보세요.

Stanley는 전륜차축에서 변위를 평가합니다. 차축 선분은 후륜에서 전륜까지 이어지며, 점선은 전륜 지점을 가장 가까운 경로 투영점에 연결하고, 녹색은 그 지점에서의 경로 접선을 표시합니다. 종점을 넘어서면 변위에는 종방향 초과분도 포함되지만, 부호 있는 CTE는 법선 성분만 사용합니다. 오차 이력은 전륜 기준을 녹색으로, 후륜 기준을 파란색으로 표시합니다(A는 주황색 점선을 사용).

조향 요청값은 두 보정값의 합입니다

양의 조향은 왼쪽으로 회전하며, 양의 CTE는 지정된 경로의 왼쪽입니다. 후륜 위치 (x,y), 요(yaw) ψ, 휠베이스 L이 주어지면, 전륜 위치는 (x+L cosψ, y+L sinψ)입니다. 이를 열린 폴리라인의 가장 가까운 구간에 투영합니다. 그 접선을 ψp, 부호 있는 왼쪽 법선 변위를 ef라고 합니다.

요청값은 δ = wrap(ψp−ψ) − atan(k ef / (v+vs))입니다. 게인 k의 단위는 1/s이며, 현재 속도 v와 완화 속도 vs의 단위는 m/s입니다. 경로 왼쪽에 있고 방위각이 정렬되어 있을 때, ef>0이면 오른쪽 조향이 발생합니다. 전륜차축이 경로 위에 있지만 차체가 왼쪽을 향하고 있을 때는, 방위각 항 역시 오른쪽으로 조향합니다.

양의 완화 속도는 원 논문의 기본 방정식에 대한 명시적인 교육적 확장으로, 0으로 나누는 것을 방지하며 여기서는 최소 0.1m/s로 제한됩니다. 속도가 빠를수록 동일한 횡방향 오차에 대한 보정은 약해집니다. 높은 게인은 보정을 강화하지만, 샘플링된 제어와 조향 슬루 제한으로 인해 게인이 높다고 반드시 추종 성능이 향상되지는 않습니다.

재생, 일시정지, 단계 이동을 통해 방위각 보정 + 횡방향 보정 = 요청값 → 적용된 조향을 확인하세요. 요청된 합은 액추에이터 제약과는 별개입니다. 좁은 조향 한계는 급격한 곡선에서 조향이 부족한 상황을 보여줍니다. 미완료 실행도 눈에 보이는 결과로 남습니다.

공유 차량과 비교 지표

플랜트는 PP/APP/RPP가 사용하는 것과 동일한, 전진 전용 후륜차축 운동학적 자전거 모델입니다. 구간은 최대 30초 동안 0.05초입니다. 제한값은 8m/s, ±2m/s², 조향 슬루 0.8rad/s이며, 기본 조향 크기는 ±0.6rad입니다. 일정한 목표 속도는 a=2(desired−actual)를 사용하며, 플랜트에 의해 제한됩니다. 각 구간은 조향을 고정하고 곡선 운동을 적분합니다. 타이어 슬립, 센서 잡음, 장애물, 지연 보상은 모델링되지 않습니다.

공유되는 수치 표의 CTE, 방위각 오차, RMS는 후륜차축을 사용합니다. 이를 Stanley가 사용하는 전륜차축 값과 구분하십시오. 방위각 오차 그래프는 차체 요에서 경로 접선을 뺀 값을 보여주며, 방위각 보정은 부호가 반대입니다. RMS는 제곱 샘플의 사다리꼴 시간 적분을 경과 시간으로 나눈 값을 사용합니다.

종점 통과는 남은 호길이와 후륜차축 종점 거리가 모두 0.25m 이하이고, 최종 접선 방위각 오차가 0.15rad 이하일 때 요구됩니다. 이는 정지나 주차가 아닙니다. 경로 거리가 10m를 초과하면 경로 이탈로 종료되며, 30초가 시간 제한입니다. 곡선에서는 전륜이 추종하고 있어도 후륜차축이 안쪽으로 파고들 수 있으므로, 공유되는 후륜차축 종점 규칙이 충족되지 않을 수 있습니다. 미완료 통과 시간은 "—"로 표시됩니다. 서로 다른 지속 시간이나 완료 상태를 RMS만으로 순위 매기지 마십시오.

권장 순서

1. 왼쪽과 오른쪽 초기 오프셋을 비교하고 조향 부호를 확인합니다.
2. 초기 방위각을 변경하여 전륜과 후륜의 횡방향 오차 차이를 확인합니다.
3. 게인과 속도를 각각 변경하여 조향 크기와 이력을 비교합니다.
4. 급격한 곡선과 제한된 조향을 사용하여 전륜 추종, 후륜 지표, 완료 여부를 각각 확인합니다.

실행은 브라우저에서 이루어지며, 재생, A/B, 리셋, 공유, JSON 다운로드가 가능합니다. 계산 시간은 이 브라우저 구현을 설명하는 것이며, 실제 차량 제어의 타이밍을 나타내지 않습니다. 완전한 Stanley 차량의 조향 지연, 요 레이트, 타이어 보상은 이 연습의 범위를 벗어납니다.

참고 자료 및 관련 연구실

• Thrun et al., Stanley, §9.2 and Eq. 7
• PP 연구실
• RPP 연구실
• 소스 및 모델 노트