In this paper, a steering control system for the path tracking of autonomous vehicles is described. The steering control system consists of a path tracker and primitive driver. The path tracker generates the desired steering angle by using the look-ahead distance, vehicle heading, and a lateral offset. A method for applying an autonomous vehicle to path tracking is an advanced pure pursuit method that can reduce cutting corners, which is a weakness of the pure pursuit method. The steering controller controls the steering actuator to follow the desired steering angle. A servo motor is installed to control the steering handle, and it can transmit the steering force using a belt and pulley. We designed a steering controller that is applied to a proportional integral differential controller. However, because of a dead band, the path tracking performance and stability of autonomous vehicles are reduced. To overcome the dead band, a dead band compensator was developed. As a result of the compensator, the path tracking performance and stability are improved.
To design an automatic steering controller with high performance for autonomous vehicle, it is necessary to have a precise model of the lateral dynamics with respect to the steering command input. This paper presents an empirical modeling of the steering system for an autonomous vehicle. The steering system here is represented by three individual transfer function models: a steering wheel actuator model from the steering command input to the steering angle of the shaft, a dynamic model between the steering angle and the yaw rate of the vehicle, and a dynamic model between the steering command and the lateral deviation of vehicle. These models are identified using frequency response data. Experiments were performed using a real vehicle. It is shown that the resulting identified models have been well fitted to the experimental data.
기존의 횡 방향제어 알고리즘은 도로에서 발생할 수 있는 변수를 고려하여 알고리즘을 작성해야 했다. 이러한 제어 알고리즘을 작성하기 위해서는 주행해야 하는 도로에 따라 파라미터를 재조정해야 하는 문제와 대량의 계산이 요구되는 모델링 문제가 있었다. 본 논문에서는 지능적 횡 방향제어가 가능한 학습알고리즘에 관해 연구하였다. 학습알고리즘은 인공지능 알고리즘 중 자기구성 알고리즘을 사용하였으며 학습데이터는 도로의 특징점을 이용하였다. 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 결과 본 논문의 학습알고리즘에 의한 조향제어가 가능한 것을 알 수 있었고 실제로 주행이 가능한 자율이동로봇에 적용하여 학습에 의한 횡 방향제어가 가능한 것을 확인하였다.
A steering control system based on CAN(Controller Area Network) for autonomous tractor was developed to reduce duty of a central processing computer and to improve performance of steering control in terms of reduced control interval and error. The steering control system consisted of a SCU (Steering Control Unit), an EHPS system, and a potentiometer. The SCU consisted of an MCU (Micro Controller unit), an A/D converter, and a DC-DC converter, and a PID controller was used to control steering angle. The steering control system was communicated with the computer by CAN-bus. Each actuator and implement was connected to a multi-function board interfacing with the computer through a USB cable. Without CAN, control interval of the autonomous tractor was 1.5 seconds. When the CAN-based steering control system was combined with the autonomous tractor, however, control interval of the integrated system was reduced to those less than 0.05 seconds. When the autonomous tractor was operated with 1.5-s and 0.05-s control cycles at a 0.63-m/s travelling speed, the trajectories were close to straight lines for both of the control cycles. For a 1.34-m/s traveling speed, tractor trajectory was close to sine wave with a 1.5-s control cycle, but was straight line with a 0.05-s control cycle.
Autonomous agricultural machines that are operated in small-scale farmland frequently experience turning and changes in direction. Thus, unlike when they are operated in large-scale farmland, the steering control systems need to be controlled precisely so that travel errors can be minimized. This study aims to develop a control algorithm for improving the path tracking performance of a steering system by analyzing the effect of the setting of the waypoint, which serves as the reference point for steering when an autonomous agricultural machine moves along a path or a coordinate, on control errors. A simulation was performed by modeling a 26-hp tractor steering system and by applying the equations of motion of a tractor, with the use of a computer. Path tracking errors could be reduced using an algorithm which sets the waypoint for steering on a travel path depending on the radius of curvature of the path and which then controls the speed and steering angle of the vehicle, rather than by changing the steering speed or steering ratio which are dependent on mechanical performance.
This paper presents steering system requirements to ensure the stabilized lateral control of autonomous driving vehicles. The two main objectives of a lateral controller in autonomous vehicles are maintenance of vehicle stability and tracking of the desired path. Even if the desired steering angle is immediately determined by the upper level controller, the overall controller performance is greatly influenced by the specification of steering system actuators. Since one of the major inescapable traits that affects controller performance is the time delay of the steering actuator, our work is mainly focused on finding adequate parameters of high level control algorithm to compensate these response characteristics and guarantee vehicle stability. Actual vehicle steering angle response was obtained with Electric Power Steering (EPS) actuator test subject to various longitudinal velocity. Steering input and output response analysis was performed via MATLAB system identification toolbox. The use of system identification is advantageous since the transfer function of the system is conveniently obtained compared with methods that require actual mathematical modeling of the system. Simulation results of full vehicle model suggest that the obtained tuning parameter yields reduced oscillation and lateral error compared with other cases, thus enhancing path tracking performance.
In this paper, as a research on autonomous steering for agriculture, a sensor module for furrow recognition was developed through a low-cost distance sensor combination. The developed sensor module was applied to the vehicle, and when driving in a furrow curve, the autonomous steering success rate was 100% at a curvature of 20 m or more, and 70% at a curvature of 15 m or less. The self-steering success rate according to the ground condition showed a 100% success rate regardless of soil, weeds, or mulching film.
Chemical application is very hazardous in confined spaces under the canopy ceiling in Korean vineyard. For a small orchard sprayer adaptable to such a working condition, a low-cost autonomous steering control system was developed using two ultrasonic sensors, two electrically-operated cylinders and 80196kc microprocessor. A distance ranging system timed the round-trip for each ultrasonic wave to travel against parallel targets, placed every 1.5m spacing along both sides of a desired path. A steering control algorithm of the autonomous operation began with ranging left and right targets and the heading was decided using difference between the distances. Electrically-operated cylinders actuated steering clutches to guide the sprayer. Evaluation tests showed that the orchard sprayer could travel within RMS value of 5cm along the desired path. Ground speed did not affect the performance of the autonomous guidance system at the speed ranges of 0.29~0.52m/sec.
An autonomous vehicle control algorithm based on Ackerman Geometry is known to be reliable in low tire slip situation. However, vehicles at high speed make lateral errors due to high tire slip. In this paper, considering the tire slip of vehicles, the steering angle is determined based on the Ackerman Geometry and is supplemented tire slip angle by the Stanley steering algorithm. In addition, to prevent the tire slip, the algorithm, which restricts steering if a certain level of slip occurs, is used to reduce the lateral error. While many studies have been extended to include vehicle slip, studies also need to be carried out on the tire slip depending on hardware performance. The control algorithm of autonomous vehicles is compensated considering the sensor noise and the performance of steering actuator. Through the various simulations, it was found that the performance of steering actuator was the key factor affecting the performance of autonomous driving. Also, it was verified that the usefulness of steering algorithm considering the tire slip and performance of steering actuator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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