# Toward Automated Vehicle Control Beyond the Stability Limits: Drifting Along a general Path ## 概要 ドリフト競技のプロドライバーは、オープンループの不安定な状態空間の中で、車の位置や横滑りを正確に制御している。 - この制御ができれば、自律走行車(AI Car)が安定したハンドリング限界を超えた際に、安全性を向上させるのに役立つのでは？ - 第一歩として、経路に沿った自動ドリフトのための新しいコントローラーフレームワークの提案 - 近くの平衡点を参照せず、一般的な場合のために導出されている。 - 車両の速度ベクトルの回転率を利用して経路を追跡し、同時にyaw加速度を利用して横滑りを安定化することができる。 - 非線形モデルの逆問題解析は、低レベルの車輪速度制御と協調して、幅広い条件でこれらの必要な状態導関数を求めるために使用される。 - 1981年のDMC DeLoreanをmodifiedした実験は、曲率、速度、横滑りが変化する軌道の優れた追従性が実証された。 - 車輪制御を行わない試験走行との比較によって、タイヤ後部の飽和車輪速ダイナミクスを考慮することが重要だとわかった。 ---- - オープンループは、制御理論において、現在の状態と制御システムのモデルのみを使って入力に対して計算を行う制御を指す。フィードバックを使わずに、入力が所定の目標値に達したかを判断することを特徴とする。 - 入力と出力としての状態の関係が明確で、数式として表せる場合は便利らしい。 - 軌道が決まっているけど、その軌道に対する力学系の微分方程式を解くことはしていない。 ## イントロ 車両のハンドリング限界を超えると、強い入力結合と不安定性が発生する可能性がある。 ドリフト競技ドライバーは、この状態空間の中で、横滑りと車両の進路の両方を正確に制御している。 - ドリフト競技用のコントローラーを開発することで、状態空間全体をフルに活用し、必要に応じてAI Carが可能な限り広い範囲の操縦を行うことができるようにするための一般的な問題点を知ることができる。 - Acostaらの研究[1] - この状態空間での運転支援システムが、砂利道での従来の方法より安定に制御できることを示唆している。 - ステアリング制御をもっと柔軟にできる可能性がある。 - 過剰に制限かけて制御する必要がなくなる。 - Velenisら[2]によるシミュレーションとHindiyeh[3]による実験 - 単一(一方向)ドリフト平衡に関する車両状態の安定化が実証されている。 典型的な入力セットであるステアリング、駆動トルク、ブレーキは問題を過小評価してしまうため、所望の経路を追跡するという目的を追加することは簡単ではない。 - Werlingら[4]のアプローチ - 横滑りと車両コースを追跡 - GohとGerdes[5]のアプローチ - 横滑りと指定されたパスを追跡 しかし、車両のモデリングやコントローラーの定式化に制約があるため、これらのアプローチをより複雑な軌道には簡単に拡張できない。 実際、これらの例やドリフト現象の他の研究では、広範囲の車両モデルが使用されている。 - Onoら[4]やVoserら[7] - ドリフトの不安定なダイナミクスを議論するために、2状態のシングルトラックモデルを使用 - [3]と[5] - 力を直接入力とした3状態のシングルトラックモデルを使用してコントローラーを構築 - [2] - 重量伝達と車輪速度/微分動的計画法を持つ4車輪モデルをa linear quadratic regulatorの単一ドリフト平衡について線型化している。 一般に、モデルの忠実度の適切なレベル、制御入力の選択は未解決問題 **本論文では**これまでのアプローチとは対照的に、 複雑な軌道を扱うために明示的に設計された自動ドリフト走行のためのコントローラーを開発し、実験的に実証した。 - 曲線経路座標系からの車両の横滑りと横誤差を目的とし、特定の車両力学モデルや車両が平衡点付近にあることを仮定せずに、まず目的とするコントロラーのダイナミクスを導出する。 - 車両の状態導関数で表現された物理的な洞察力に富んだ制御則が得られる。 - ドリフト時には、標準的な仮定が取り除かれ、車両の速度ベクトルの向きが車体の向きに追従しなくなる。 - コントローラーの導出により、車両の速度ベクトルの回転率が直接経路を追跡するために使用できることがわかった。 - 速度ベクトルよりも速く(遅く)車体をyawing(回転)させることで、車両の横滑りをシミュレートして制御できる。 - この制御を実現するためには、様々なレベルの忠実度のバランスをとりつつ、本質的な物理現象を捉えた車両モデルが必要。 - ドリフト走行と通常走行を区別する条件 - 後輪のタイヤが常に完全に飽和していればドリフト - アグレッシブなドライブ状況では短時間の一過性の現象 - これらの飽和タイヤダイナミクスを分析することで、力とスリップの関係を利用するために内側の車輪速度制御ループを使用する動機付けになった。 - 外側ループの3状態シングルトラックモデルのnonlinear model inversion の直接入力として後輪タイヤの力を扱うことが可能になった。 Fig 3 を参照 - このように、物理的に動機づけられたアプローチによって、一般的な軌道で遭遇する幅広い範囲の条件に渡って、コントローラーの必要な状態導関数を正確に表すことができた。 - 内輪速度制御ループを用いない試験走行との比較により、後輪速度ダイナミクスを考慮することの重要性を実証的に示した。