Laboratório Stanley — direção a partir do erro de trajetória cruzada e de rumo no eixo dianteiro

Verifique o sentido da direção em ambos os lados

Execute Reta · deslocamento de 1 m e salve como A. Recuperar da direita usa um deslocamento lateral negativo e inverte o sentido inicial da direção. O controle de deslocamento inicial posiciona o eixo traseiro. Alterar o rumo também altera o deslocamento lateral do eixo dianteiro; inspecione Rumo inicial de 30° para ver a diferença.

O Stanley avalia o deslocamento no eixo dianteiro. O segmento do eixo vai de trás para frente, a linha pontilhada conecta o ponto dianteiro à sua projeção mais próxima na trajetória, e o verde marca a tangente da trajetória nesse ponto. Além de um ponto final, o deslocamento também inclui o excesso longitudinal; o CTE com sinal usa apenas o componente normal. Os históricos de erro mostram a referência dianteira em verde e a referência traseira em azul (A usa traços laranja).

O pedido de direção é a soma de duas correções

Direção positiva vira à esquerda; CTE positivo está à esquerda da trajetória direcionada. Dada a posição traseira (x,y), guinada ψ e distância entre eixos L, a posição dianteira é (x+L cosψ, y+L sinψ). Projete-a no segmento mais próximo da polilinha aberta. Seja ψp sua tangente e ef o deslocamento normal-esquerdo com sinal.

O pedido é δ = wrap(ψp−ψ) − atan(k ef / (v+vs)). O ganho k tem unidades de 1/s, a velocidade atual v e a velocidade de suavização vs têm unidades de m/s. Quando à esquerda da trajetória com rumo alinhado, ef>0 resulta em direção à direita. Com o eixo dianteiro na trajetória, mas com a carroceria apontando para a esquerda, o termo de rumo também vira para a direita.

A velocidade de suavização positiva é uma extensão didática explícita da equação básica do artigo; ela evita a divisão por zero e é limitada a pelo menos 0,1 m/s aqui. Uma velocidade maior enfraquece a correção para o mesmo erro lateral. Um ganho alto a fortalece, mas o controle amostrado e os limites de taxa de variação da direção significam que um ganho maior não precisa melhorar o rastreamento.

Reproduza, pause e avance passo a passo para ler rumo + correção de trajetória cruzada = pedido → direção aplicada. A soma pedida é separada das restrições do atuador. Um limite de direção apertado demonstra direção insuficiente em uma curva fechada; execuções incompletas continuam sendo resultados visíveis.

Veículo compartilhado e métricas de comparação

A planta é a mesma bicicleta cinemática de eixo traseiro somente para frente usada pelo PP/APP/RPP. Os intervalos são de 0,05 s por no máximo 30 s. Os limites são 8 m/s, ±2 m/s² e 0,8 rad/s de taxa de variação da direção, com magnitude de direção padrão de ±0,6 rad. A velocidade desejada constante usa a=2(desejada−real), limitada pela planta. Cada intervalo mantém a direção e integra o movimento curvo. Nenhum deslizamento de pneu, ruído de sensor, obstáculo ou compensação de atraso é modelado.

O CTE, o erro de rumo e o RMS da tabela numérica compartilhada usam o eixo traseiro. Distinga-os das quantidades do eixo dianteiro usadas pelo Stanley. Os gráficos de erro de rumo mostram a guinada da carroceria menos a tangente da trajetória; a correção de rumo tem o sinal oposto. O RMS usa integração temporal trapezoidal de amostras ao quadrado dividida pelo tempo decorrido.

A passagem pelo ponto final exige que o comprimento de arco restante e a distância até o ponto final do eixo traseiro sejam ambos ≤0,25 m, além de um erro de rumo em relação à tangente final ≤0,15 rad. Isso não é parada ou estacionamento. Uma distância de trajetória superior a 10 m encerra como fora da trajetória; 30 s encerra como limite de tempo. Em curvas, o eixo traseiro pode cortar por dentro mesmo quando o dianteiro rastreia, então a regra compartilhada do ponto final do eixo traseiro pode permanecer não cumprida. O tempo de passagem incompleto é "—". Não classifique durações diferentes ou estados de conclusão apenas pelo RMS.

Sequência sugerida

1. Compare os deslocamentos iniciais à esquerda e à direita e inspecione os sinais de direção.
2. Altere o rumo inicial e distinga o erro lateral dianteiro do traseiro.
3. Altere o ganho e a velocidade separadamente e compare a magnitude e o histórico de direção.
4. Use a curva fechada e a direção restrita para ler o rastreamento dianteiro, as métricas traseiras e a conclusão separadamente.

A execução é no navegador, com reprodução, A/B, reinício, compartilhamento e download em JSON. O tempo de cálculo descreve esta implementação no navegador, não o tempo de controle de um veículo real. O atraso de direção completo do veículo Stanley, a taxa de guinada e a compensação de pneu ficam fora deste exercício.

Referências e Laboratórios relacionados

• Thrun et al., Stanley, §9.2 e Eq. 7
• Laboratório PP
• Laboratório RPP
• Código-fonte e notas do modelo