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コントロールパフォーマンス分析#
目的#
control_performance_analysisは、制御モジュールの追従性能を分析し、車両の走行状況を監視するためのパッケージです。
このパッケージは、制御モジュールの結果を定量化するためのツールとして使用されます。 そのため、自動運転のコアロジックに干渉しません。
プランニング、制御、車両からのさまざまな入力に基づいて、このパッケージで定義されたcontrol_performance_analysis::msg::ErrorStampedとして分析の結果を公開します。
ErrorStampedメッセージのすべての結果は、曲線のフレネフレームで計算されます。エラーと速度エラーは、次の論文を使用して計算されます。
Werling, Moritz & Groell, Lutz & Bretthauer, Georg. (2010). Invariant Trajectory Tracking With a Full-Size Autonomous Road Vehicle. IEEE Transactions on Robotics. 26. 758 - 765. 10.1109/TRO.2010.2052325.
計算に興味がある場合は、「C. Asymptotical Trajectory Tracking With Orientation Control」セクションでエラーと速度エラーの計算を参照できます。
エラー加速度の計算は、上記の速度の計算に基づいて行われます。次のエラー加速度の計算を参照できます。
入出力#
入力トピック#
| 名前 | タイプ | 説明 |
|---|---|---|
/planning/scenario_planning/trajectory |
autoware_planning_msgs::msg::Trajectory |
Planningモジュールからの出力軌道 |
/control/command/control_cmd |
autoware_control_msgs::msg::Control |
Controlモジュールからの出力制御コマンド |
/vehicle/status/steering_status |
autoware_vehicle_msgs::msg::SteeringReport |
車両からのステアリング情報 |
/localization/kinematic_state |
nav_msgs::msg::Odometry |
オドメトリからツイストを使用 |
/tf |
tf2_msgs::msg::TFMessage |
TFから自車位置を抽出 |
出力トピック#
AutowareのAPIバージョン： 1.16.0-rc0
| トピック | データタイプ | 説明 |
|---|---|---|
/vehicle/localization/current_pose |
geometry_msgs/PoseStamped |
自車位置の現在の推定値。このトピックにパブリッシュされるデータは、誤差を軽減するために、センサーデータから後処理やフィルタリングを経て得られたものです。 |
/trajectory/planning/lane_waypoints |
autoware_planning_msgs/Lane |
計画されたパス内のウェイポイントを格納します。 |
/trajectory/planning/lattice_waypoints |
autoware_planning_msgs/Lattice |
速度と横方向位置（逸脱量）の組み合わせに対する、計画されたパスのウェイポイントを格納します。 |
/trajectory/planning/optimized_trajectory |
autoware_planning_msgs/OptimizedTrajectory |
経路最適化モジュールによって最適化された経路のウェイポイントを格納します。 |
/planning/planning_flag |
autoware_planning_msgs/PlanningFlag |
計画状態に関するフラグを格納します。0：停止、1：フォロー、2：計画中です。 |
/planning/velocity_plan |
autoware_planning_msgs/VelocityPlan |
速度計画モジュールによって計算された車速と加速度の値を格納します。 |
/control_command |
autoware_msgs/ControlCommandStamped |
制御モジュールへ送信される、モーターとステアリングの制御コマンドを格納します。 |
/localization/odometry |
nav_msgs/Odometry |
オドメトリ情報。 |
/localization/estimation |
geometry_msgs/PoseWithCovarianceStamped |
オドメトリ推定値。 |
/velodyne_points |
sensor_msgs/PointCloud2 |
Velodyneセンサーからの点群。 |
/image/front_camera/image_raw |
sensor_msgs/Image |
フロントカメラからの生の画像データ。 |
/image/rear_camera/image_raw |
sensor_msgs/Image |
リアカメラからの生の画像データ。 |
| 名称 | タイプ | 説明 |
|---|---|---|
/control_performance/performance_vars |
control_performance_analysis::msg::ErrorStamped | パフォーマンス解析の結果 |
/control_performance/driving_status |
control_performance_analysis::msg::DrivingMonitorStamped | 走行ステータス（加速度、ジャークなど）のモニタリング |
出力#
control_performance_analysis::msg::DrivingMonitorStamped#
| 名称 | タイプ | 説明 |
|---|---|---|
longitudinal_acceleration |
float | [m/s^2] |
longitudinal_jerk |
float | [m/s^3] |
lateral_acceleration |
float | [m/s^2] |
lateral_jerk |
float | [m/s^3] |
desired_steering_angle |
float | [rad] |
controller_processing_time |
float | 2つの制御コマンドメッセージ間のタイムスタンプ [ms] |
control_performance_analysis::msg::ErrorStamped#
| 名称 | タイプ | 説明 |
|---|---|---|
lateral_error |
float | [m] |
lateral_error_velocity |
float | [m/s] |
lateral_error_acceleration |
float | [m/s^2] |
longitudinal_error |
float | [m] |
longitudinal_error_velocity |
float | [m/s] |
longitudinal_error_acceleration |
float | [m/s^2] |
heading_error |
float | [rad] |
heading_error_velocity |
float | [rad/s] |
control_effort_energy |
float | [u * R * u^T] |
error_energy |
float | lateral_error^2 + heading_error^2 |
value_approximation |
float | V = xPx' ; 自車位置に基づく状態空間のパフォーマンス指数を近似した値 |
curvature_estimate |
float | [1/m] |
curvature_estimate_pp |
float | [1/m] |
vehicle_velocity_error |
float | [m/s] |
tracking_curvature_discontinuity_ability |
float | 曲率変化を追従する能力を測定 [abs(delta(curvature)) / (1 + abs(delta(lateral_error))] |
パラメータ#
| 名称 | 型 | 説明 |
|---|---|---|
curvature_interval_length |
double | current curvature 推定に使用 |
prevent_zero_division_value |
double | ゼロ除算を回避するための値（デフォルトは 0.001） |
odom_interval |
unsigned integer | odom メッセージ間のインターバル（より滑らかな曲線には大きくする） |
acceptable_max_distance_to_waypoint |
double | 軌道ポイントと車両の最大距離 [m] |
acceptable_max_yaw_difference_rad |
double | 軌道ポイントと車両の最大ヨー角差 [rad] |
low_pass_filter_gain |
double | ローパスフィルタのゲイン |
操作方法#
- シミュレーションと制御モジュールを起動した後、
control_performance_analysis.launch.xmlを起動します。 - 走行モニタとエラー変数がトピックに表示されます。
- 結果を視覚化するには、
Plotjugglerを使用し、レイアウトとしてconfig/controller_monitor.xmlを使用します。 - レイアウトをインポートした後、以下のトピックを指定します。
- /localization/kinematic_state
- /vehicle/status/steering_status
- /control_performance/driving_status
- /control_performance/performance_vars
Plotjugglerでは、統計情報（最大、最小、平均）値を csv ファイルとしてエクスポートできます。この統計情報を使用して、制御モジュールを比較します。
今後の改善#
- カットオフ周波数、微分方程式、離散状態空間の更新を使用して LPF を実装します。