A geometric path tracking control of an autonomous vehicle for reduced sideslip effect

Abstract

This paper introduces a technique to complement the tracking limitations of the pure pursuit controller for autonomous vehicles. We introduce two limitations of pure pursuit. The first limitation is the lateral sideslip effect of tires. Since pure pursuit is based on a geometry bicycle model, lateral sideslip effects of tires are reflected as a tracking error without any consideration. The second limitation is cutting cor-ner effects. Pure pursuit describes the relation between the target point on the path and the rear wheel axis in terms of steering angle. Therefore, it does not consider the path's shape or the distance between the nearest path and the vehicle. To solve this problem and increase accuracy, the desired vehicle speed is adjusted by limiting the tire sideslip angle due to the curvature of the path. In addition, the tire side-slip effects are eliminated by adding a tire side slip compensator of a feedforward controller. The pro-posed technique was tested on a virtual DGIST campus track using Carmaker and Autoware. The result is faster and more accurate than existed works.|이 논문에서는 자율주행차용 순수 추적 경로 추종 제어기의 한계를 보완하는 기술을 소개한다. 순수 추적 경로 추종 제어기는 두가지 성능 상 한계를 가진다. 첫 번째는 타이어 사이드 슬립 효과를 고려하지 못하는 것이다. 순수 추적 경로 추적 제어기는 기하학 자전거 모델을 기반으로 하기 때문에 타이어 측면 슬립효과는 고려하지 않아 경로 추종을 저해하는 역할을 한다. 두 번째는 커팅 코너 효과이다. 순수 추적 경로 추종 제어기는 경로의 목표 지점과 뒷바퀴의 방향의 사이각을 제어에 활용한다. 따라서 목표지점 까지의 경로를 원으로 가정하기 때문에, 경로의 실제 모양이나 가장 가까운 경로와 차량 사이의 거리는 고려하지 않는다. 이러한 문제를 해결하고 정확도를 높이기 위해 경로의 곡률에 따라 타이어의 사이드 슬립 각도를 제한한다. 이는 곡률이 커짐에 따라 최대 속도를 줄이게 되면 목표거리도 줄어들어 커팅 코너 효과 또한 줄어든다. 또한 피드 포워드 컨트롤러의 타이어 사이드 슬립 각도 보상기를 구성하여 타이어 사이드 슬립 효과를 제거한다. 제안된 기법은 카메이커와 오토웨어를 사용하여 가상 캠퍼스 트랙에서 테스트하였다. 그 결과 기존 기술에 비해 주행 속도 및 경로 추종 정확도가 향상되었다.