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simple_planning_simulator#

目的 / ユースケース#

このノードは、シンプルな車両モデルを使用して、2Dの車両コマンドにおける車両の運動をシミュレートします。

設計#

このシミュレータの目的は、PlanningモジュールおよびControlモジュールの統合テストを行うことです。センシングや認識はシミュレートせず、純粋なC++だけで実装され、GPUを使用しません。

仮定 / 制限事項#

  • 2Dの運動のみをシミュレートします。
  • 衝突やセンシングなどの物理的な操作は実行せず、車両ダイナミクスの積分結果のみを計算します。

入出力 / API#

入出力#

  • 入力/initialpose [geometry_msgs/msg/PoseWithCovarianceStamped]: 初期姿勢
  • 入力/ackermann_control_command [autoware_control_msgs/msg/Control]: 車両を誘導するターゲットコマンド
  • 入力/manual_ackermann_control_command [autoware_control_msgs/msg/Control]: 車両を誘導する手動ターゲットコマンド（control_mode_request = Manualの場合に使用）
  • 入力/gear_command [autoware_vehicle_msgs/msg/GearCommand]: ターゲットのギアコマンド
  • 入力/manual_gear_command [autoware_vehicle_msgs/msg/GearCommand]: ターゲットのギアコマンド（control_mode_request = Manualの場合に使用）
  • 入力/turn_indicators_command [autoware_vehicle_msgs/msg/TurnIndicatorsCommand]: ターゲットのターンインジケーターコマンド
  • 入力/hazard_lights_command [autoware_vehicle_msgs/msg/HazardLightsCommand]: ターゲットのハザードライトコマンド
  • 入力/control_mode_request [tier4_vehicle_msgs::srv::ControlModeRequest]: 自動運転/手動運転のモード変更

出力#

  • /tf [tf2_msgs/msg/TFMessage]: シミュレートされた車両姿勢（base_link）
  • /output/odometry [nav_msgs/msg/Odometry]: シミュレートされた車両姿勢とツイスト
  • /output/steering [autoware_vehicle_msgs/msg/SteeringReport]: シミュレートされたステアリング角度
  • /output/control_mode_report [autoware_vehicle_msgs/msg/ControlModeReport]: 現在の制御モード（自動運転/手動運転）
  • /output/gear_report [autoware_vehicle_msgs/msg/ControlModeReport]: シミュレートされたギア
  • /output/turn_indicators_report [autoware_vehicle_msgs/msg/ControlModeReport]: シミュレートされたターンインジケーターの状態
  • /output/hazard_lights_report [autoware_vehicle_msgs/msg/ControlModeReport]: シミュレートされたハザードライトの状態

内部動作 / アルゴリズム#

コモンパラメーター#

名称 タイプ 説明 デフォルト値
simulated_frame_id 文字列 出力tf内のchild_frame_idに設定 "base_link"
origin_frame_id 文字列 出力tf内のframe_idに設定 "odom"
initialize_source 文字列 "ORIGIN"の場合は、初期姿勢が(0, 0, 0)に設定され、"INITIAL_POSE_TOPIC"の場合は、ノードがinput/initialposeトピックが発行されるまで待機 "INITIAL_POSE_TOPIC"
add_measurement_noise ブール trueの場合、シミュレーション結果にガウスノイズが加えられる true
pos_noise_stddev double 位置ノイズの標準偏差 0.01
rpy_noise_stddev double オイラー角ノイズの標準偏差 0.0001
vel_noise_stddev double 速度ノイズの標準偏差 0.0
angvel_noise_stddev double 角速度ノイズの標準偏差 0.0
steer_noise_stddev double ステアリング角ノイズの標準偏差 0.0001

車両モデルのパラメータ#

vehicle_model_type オプション#

  • IDEAL_STEER_VEL
  • IDEAL_STEER_ACC
  • IDEAL_STEER_ACC_GEARED
  • DELAY_STEER_VEL
  • DELAY_STEER_ACC
  • DELAY_STEER_ACC_GEARED
  • DELAY_STEER_ACC_GEARED_WO_FALL_GUARD
  • DELAY_STEER_MAP_ACC_GEARED: ステアリングおよびアクセラレーションコマンドに対して1次元ダイナミクスと時遅れを適用します。シミュレートされたアクセラレーションは、提供されたアクセラレーションマップを通して変換された値によって決定されます。このモデルは、実際の車両でのアクセラレーション逸脱量を用いた正確なシミュレーションに有益です。
  • LEARNED_STEER_VEL: 学習されたパイソンモデルを起動します。詳細はこちら here をご覧ください。
  • ACTUATION_CMD: ACTUATION_CMD を受け取るシミュレータモデル。この場合、raw_vehicle_cmd_converter も起動されます。

IDEAL モデルは命令通りに理想的に移動する一方、DELAY モデルは時遅れがある1次モデルに基づいて移動します。STEER は、モデルがステアリングコマンドを受け取る意味です。VEL は、モデルがターゲットの速度コマンドを受け取り、ACC モデルはターゲットのアクセラレーションコマンドを受け取ることを意味します。GEARED サフィックスは、モーションがギアコマンドを考慮することを意味します。車両はギアに従って1方向にのみ移動します。

次の表は、どのモデルがどのパラメータに対応するかを示しています。モデル名は省略形で書かれています（例: IDEAL_STEER_VEL = I_ST_V）。

名称 型 説明 I_ST_V I_ST_A I_ST_A_G D_ST_V D_ST_A D_ST_A_G D_ST_A_G_WO_FG D_ST_M_ACC_G L_S_V デフォルト値 単位
acc_time_delay double 加速度入力のデッドタイム x x x x o o o o x 0.1 [s]
steer_time_delay double ステアリング入力のデッドタイム x x x o o o o o x 0.24 [s]
vel_time_delay double 速度入力のデッドタイム x x x o x x x x x 0.25 [s]
acc_time_constant double 1次の加速度動特性の時間定数 x x x x o o o o x 0.1 [s]
steer_time_constant double 1次のステアリング動特性の時間定数 x x x o o o o o x 0.27 [s]
steer_dead_band double ステアリング角のデッドバンド x x x o o o o x x 0.0 [rad]
vel_time_constant double 1次の速度動特性の時間定数 x x x o x x x x x 0.5 [s]
vel_lim double 速度の上限 x x x o o o o o x 50.0 [m/s]
vel_rate_lim double 加速度の上限 x x x o o o o o x 7.0 [m/ss]
steer_lim double ステアリング角の上限 x x x o o o o o x 1.0 [rad]
steer_rate_lim double ステアリング角変化率の上限 x x x o o o o o x 5.0 [rad/s]
steer_bias double ステアリング角のバイアス x x x o o o o o x 0.0 [rad]
debug_acc_scaling_factor double 加速度コマンドのスケーリング係数 x x x x o o o x x 1.0 [-]
debug_steer_scaling_factor double ステアリングコマンドのスケーリング係数 x x x x o o o x x 1.0 [-]
acceleration_map_path string 速度と理想的な加速度を実際の加速度に変換するためのCSVファイルのパス x x x x x x x o x - [-]
model_module_paths string モデルを実装するPythonモジュールのパス x x x x x x x x o - [-]
model_param_paths string モデルパラメータが格納されているファイルのパス（パラメータファイルが必要ない場合は空文字列可） x x x x x x x x o - [-]
model_class_names string モデルを実装するクラスの名前 x x x x x x x x o - [-]

注意: パラメータmodel_module_paths、model_param_paths、およびmodel_class_namesは同じ長にする必要があります。

acceleration_mapはDELAY_STEER_MAP_ACC_GEAREDのみに使用され、垂直軸に加速コマンド、水平軸に自車速度を表示します。各セルはシミュレータの運動計算で実際に使用される変換された加速コマンドを表しています。中間値は線形補間されます。

acceleration_map.csvの例

default,  0.00,  1.39,  2.78,  4.17,  5.56,  6.94,  8.33,  9.72, 11.11, 12.50, 13.89, 15.28, 16.67
-4.0,    -4.40, -4.36, -4.38, -4.12, -4.20, -3.94, -3.98, -3.80, -3.77, -3.76, -3.59, -3.50, -3.40
-3.5,    -4.00, -3.91, -3.85, -3.64, -3.68, -3.55, -3.42, -3.24, -3.25, -3.00, -3.04, -2.93, -2.80
-3.0,    -3.40, -3.37, -3.33, -3.00, -3.00, -2.90, -2.88, -2.65, -2.43, -2.44, -2.43, -2.39, -2.30
-2.5,    -2.80, -2.72, -2.72, -2.62, -2.41, -2.43, -2.26, -2.18, -2.11, -2.03, -1.96, -1.91, -1.85
-2.0,    -2.30, -2.24, -2.12, -2.02, -1.92, -1.81, -1.67, -1.58, -1.51, -1.49, -1.40, -1.35, -1.30
-1.5,    -1.70, -1.61, -1.47, -1.46, -1.40, -1.37, -1.29, -1.24, -1.10, -0.99, -0.83, -0.80, -0.78
-1.0,    -1.30, -1.28, -1.10, -1.09, -1.04, -1.02, -0.98, -0.89, -0.82, -0.61, -0.52, -0.54, -0.56
-0.8,    -0.96, -0.90, -0.82, -0.74, -0.70, -0.65, -0.63, -0.59, -0.55, -0.44, -0.39, -0.39, -0.35
-0.6,    -0.77, -0.71, -0.67, -0.65, -0.58, -0.52, -0.51, -0.50, -0.40, -0.33, -0.30, -0.31, -0.30
-0.4,    -0.45, -0.40, -0.45, -0.44, -0.38, -0.35, -0.31, -0.30, -0.26, -0.30, -0.29, -0.31, -0.25
-0.2,    -0.24, -0.24, -0.25, -0.22, -0.23, -0.25, -0.27, -0.29, -0.24, -0.22, -0.17, -0.18, -0.12
 0.0,     0.00,  0.00, -0.05, -0.05, -0.05, -0.05, -0.08, -0.08, -0.08, -0.08, -0.10, -0.10, -0.10
 0.2,     0.16,  0.12,  0.02,  0.02,  0.00,  0.00, -0.05, -0.05, -0.05, -0.05, -0.08, -0.08, -0.08
 0.4,     0.38,  0.30,  0.22,  0.25,  0.24,  0.23,  0.20,  0.16,  0.16,  0.14,  0.10,  0.05,  0.05
 0.6,     0.52,  0.52,  0.51,  0.49,  0.43,  0.40,  0.35,  0.33,  0.33,  0.33,  0.32,  0.34,  0.34
 0.8,     0.82,  0.81,  0.78,  0.68,  0.63,  0.56,  0.53,  0.48,  0.43,  0.41,  0.37,  0.38,  0.40
 1.0,     1.00,  1.08,  1.01,  0.88,  0.76,  0.69,  0.66,  0.58,  0.54,  0.49,  0.45,  0.40,  0.40
 1.5,     1.52,  1.50,  1.38,  1.26,  1.14,  1.03,  0.91,  0.82,  0.67,  0.61,  0.51,  0.41,  0.41
 2.0,     1.80,  1.80,  1.64,  1.43,  1.25,  1.11,  0.96,  0.81,  0.70,  0.59,  0.51,  0.42,  0.42
ACTUATION_CMD モデル#

通常、simple_planning_simulator は Control コマンドを受信して動作しますが、ACTUATION_CMD モデルを選択すると、Control コマンドの代わりに Actuation コマンドを受信します。このモデルでは、実際の車両に送信される車両コマンドを使用して運動をシミュレートできます。したがって、このモデルを選択すると、raw_vehicle_cmd_converter も立ち上がります。

convert_steer_cmd_method には、「vgr」と「steer_map」の 2 つのオプションがあります。「vgr」（可変ギアレシオ）を選択すると、ステアリングホイール角度がアクチュエーションコマンドとして送信され、その値がモデルを動かすためのステアリングタイヤ角度に変換されるものとみなされます。「steer_map」を選択すると、任意の値がアクチュエーションコマンドとして送信され、その値がモデルを動かすためのステアリングタイヤ速度に変換されるものとみなされます。任意の値というのは、EPS（電子パワーステアリング）電圧のようなものです。enable_pub_steer は、ステアリングタイヤ角度をパブリッシュするかどうかを決定します。false の場合は、アクチュエーションステータスから他のノード（例：raw_vehicle_cmd_converter）に変換されてパブリッシュされると予想されます。

vgr_sim

ACTUATION_CMDで使用するパラメータは次のとおりです。

名前 型 説明 単位
accel_time_delay double 加速度入力のデッドタイム [秒]
accel_time_constant double 1 次加速度動特性のタイムコンスタント [秒]
brake_time_delay double ブレーキ入力のデッドタイム [秒]
brake_time_constant double 1 次ブレーキ動特性のタイムコンスタント [秒]
convert_accel_cmd bool true の場合、コマンドは加速度作動値に変換されて送信されると想定され、シミュレータ内で加速度値に戻されます。 [-]
convert_brake_cmd bool true の場合、コマンドはブレーキ作動値に変換されて送信されると想定され、シミュレータ内で加速度値に戻されます。 [-]
convert_steer_cmd bool true の場合、コマンドは操舵作動値に変換されて送信されると想定され、シミュレータ内で操舵速度値に戻されます。 [-]
convert_steer_cmd_method bool 操舵コマンドを変換する方法。「vgr」と「steer_map」から選択できます。 [-]
vgr_coef_a double 可変ギア比の係数 a の値 [-]
vgr_coef_b double 可変ギア比の係数 b の値 [-]
vgr_coef_c double 可変ギア比の係数 c の値 [-]
enable_pub_steer bool ステアリングタイヤ角を公開するかどうか。false の場合、actuation_status から他のノード（例: raw_vehicle_cmd_converter）で変換され、公開される必要があります。 [-]

注意: ステアリング・ダイナミクス/速度・加速度ダイナミクスは、遅延モデルにおけるデッドタイムを持った1次システムでモデリングされています。時定数の定義は、ステップ応答が最終値の63%に上昇するまでの時間です。デッドタイムは、制御入力に対する応答の遅延です。

LEARNED_STEER_VELモデルの例#

LEARNED_STEER_VELの仕組みを示すために、いくつかの基本モデルを作成しました。

  1. 基本的なPythonモデルを含むライブラリをインストールします (ブランチ: v0.1_autoware)

  2. src/vehicle/sample_vehicle_launch/sample_vehicle_description/config/simulator_model.param.yamlファイルのvehicle_model_typeをLEARNED_STEER_VELに設定します。同じファイルで、次のパラメータを設定します。これらのモデルはテスト用であり、パラメータファイルは必要ありません。

model_module_paths:
  [
    "control_analysis_pipeline.autoware_models.vehicle.kinematic",
    "control_analysis_pipeline.autoware_models.steering.steer_example",
    "control_analysis_pipeline.autoware_models.drive.drive_example",
  ]
model_param_paths: ["", "", ""]
model_class_names: ["KinematicModel", "SteerExample", "DriveExample"]

デフォルトの TF 設定#

車両が odom->base_link tf を出力するため、このシミュレータは同フレーム ID 設定の tf を出力します。 simple_planning_simulator.launch.py では、通常はローカリゼーションモジュール (例: NDT) で推定される map->odom tf を出力するノードも起動されます。このシミュレータモジュールによって出力される tf は理想的な値であるため、odom->map は常に 0 になります。

(注意点) ピッチ角計算#

車両のピッチ角は次の方法で計算されます。

ピッチ角計算

注意: 画像の最下行に示されているようにライン方向に対して運転することはサポートされておらず、説明目的のみを示しています。

エラー検出と処理#

入力の検証は車両モデルタイプの有効性テストのみです。

セキュリティに関する考慮事項#

参照/外部リンク#

Autoware.AI で最初に開発されました。以下のリンクを参照してください。

https://github.com/Autoware-AI/simulation/tree/master/wf_simulator

今後の拡張/未実装の部分#

  • 車両モデルの精度の向上 (例: ステアリングデッドゾーンとスリップ挙動の追加)
  • 擬似点群または擬似認識結果を出力するモジュールとの連携