Contents
1 Introduction 1
1.1 Experimental Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Lane Change Course . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 Figure Eight Course . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.3 Road Course . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Geometric Path Tracking 8
2.1 Geometric Vehicle Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Pure Pursuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1 Tuning the Pure Pursuit Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Stanley Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.1 Tuning the Stanley Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 Path Tracking Using a Kinematic Model 18
3.1 Kinematic Bicycle Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1.1 Path Coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.2 Kinematic Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.1 Chained Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2.2 Smooth Time-Varying Feedback Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2.3 Input Scaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.4 Tuning the Kinematic Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4 Path Tracking Control Using a Dynamic Model 28
4.1 Dynamic Vehicle Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.1.1 Linearized Dynamic Bicycle Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.1.2 Path Coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.1.3 Model Parameter Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.2 Optimal Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.2.1 Tuning the Optimal Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.3 Optimal Control with Feed Forward Term . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.1 Tuning the Optimal Controller with Feed Forward Term . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
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2019-05-08
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sooAnderson2021-02-27Automatic Steering Methods for Autonomous Automobile Path Tracking Carnegie Mellon University February 2009
