Pure Pursuit 기반 조향·속도 제어: 순수 PP에 확장 모듈 얹기
Global planning이 만든 raceline을 실제 조향·속도 명령으로 바꾸는 런타임 추종 제어기. 기하학적 Pure Pursuit을 뼈대로, 그 위에 적응형 lookahead·understeer·헤딩 PID·마찰원 속도제어를 올려 고속에서도 라인을 붙입니다. (controller 패키지 · pp_node)
스택 위치: perception → tracking → prediction → planning → state machine → control(Pure Pursuit)
① 원리
추종기는 경로의 출처를 가리지 않습니다 — 평상시 global raceline, 장애물 시 회피 스플라인이 들어와도 동일하게 추종합니다.
flowchart LR
G["global raceline"] --> SM["state_machine"]
O["회피 스플라인"] --> SM
SM -->|/local_waypoints| PP["Pure Pursuit (50Hz)"]
PP -->|/ackermann_cmd| V["차량"]
메인: 기하학적 Pure Pursuit
경로 위 전방 일정 거리( $l_d$ )의 목표점을 잡고, 그 점을 지나는 원호를 그리는 조향각을 계산합니다.
\[\kappa_{pp} = \frac{2\, l_y}{l_d^{2}}, \qquad \delta_{geo} = \arctan(L\cdot \kappa_{pp})\]
확장 모듈
모듈 1 — Adaptive Lookahead: 고정 lookahead는 저속·고속을 동시 만족 못함 → 속도에 비례(time-headway).
\[l_d = \mathrm{clip}(t_{hw}\cdot v_x,\ l_{d,\min},\ l_{d,\max})\]
| 파라미터 | 값 | 의미 |
|---|---|---|
t_headway | 0.3 s | 앞을 보는 시간 |
ld_min / ld_max | 0.6 / 2.5 m | lookahead 하한/상한 |
모듈 2 — Understeer Feedforward: 고속 코너 언더스티어를 미리 보정. $\delta_{us}=k_{us}\,a_{lat}$ ( k_understeer=0.010 ).
모듈 3 — 잔차 헤딩 PID: 순수추종이 남긴 헤딩 오차 $e_h$ 만 PID 보정 ( Kp/Ki/Kd=0.4/0/0.05 ).
모듈 4 — 마찰원 속도·가속 제어: 전체 그립 $a_{total}$ 을 횡/종으로 분배 + 예측 제동 + 헤딩정렬 가속 게이트.
\[a_{long} = \min(a_{long,\max},\ \sqrt{a_{total,\max}^2 - a_{lat,ref}^2})\]마찰원은 global planning(오프라인, ggv로 라인 모양)과 Pure Pursuit(런타임, 매 50Hz 클램프) 둘 다 등장 — 시점·대상이 다릅니다. 컨트롤러의 마찰원은 현재 경로가 무엇이든 실시간 안전장치.
② 실행 (RoboStack)
RoboStack conda env(
unicorn)에서 시스템 ROS 없이 동작. Centerline 페이지의 구축 절차와 동일.
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unicorn # = source unicorn.sh (conda env + CycloneDDS + 워크스페이스)
cbuild # colcon 빌드 + 재-source
# 풀 자율주행(perception → tracking → prediction → planning → state machine → control) + 가상 상대
ros2 launch stack_master headtohead.launch.xml sim:=true map:=f
# Pure Pursuit 단독: ros2 run controller pp_node (또는 stack_master/ppc.launch.xml)
패키지/노드:
controller·pp_node구독:
/car_state/odom,/local_waypoints(state_machine 출력)발행:
/vesc/high_level/ackermann_cmd(조향+속도),/pp/lookahead(RViz)
③ 실행 결과
시뮬레이션에서 Pure Pursuit이 raceline을 추종하며 주행하는 실제 화면:
경로(global raceline 또는 회피 스플라인)가 무엇이든 동일한 추종 문제로 처리 — 빠른 주행과 안전한 우회를 같은 컨트롤러로.
마무리
Pure Pursuit은 raceline 위 전방 목표점을 향하는 원호로 조향을 만드는 기하 제어기이며, 여기에 적응형 lookahead · understeer FF · 잔차 헤딩 PID · 마찰원 속도제어 4개 모듈을 얹어 고속에서도 라인을 안정적으로 붙입니다.
- 경로의 출처(global raceline / 회피 스플라인)와 무관하게 동일한 추종 문제로 처리
- 마찰원으로 매 50Hz 실시간 속도·가속을 클램프해 안전 확보
추종 대상인 global raceline은 Global Trajectory Optimization에서, 상대 차량 회피의 근거가 되는 예측은 Gaussian Process 궤적 예측에서 만들어집니다.