Autonomous Drifting with 3 Minutes of Data via Learned Tire Models

非线性系统 计算 计算机科学 水准点(测量) 模型预测控制 控制理论(社会学) 非线性模型 高保真 控制工程 模拟 控制(管理) 工程类 人工智能 算法 物理 地理 电气工程 量子力学 大地测量学
作者
Franck Djeumou,Jonathan Y. M. Goh,Ufuk Topcu,Avinash Balachandran
标识
DOI:10.1109/icra48891.2023.10161370
摘要

Near the limits of adhesion, the forces generated by a tire are nonlinear and intricately coupled. Efficient and accurate modelling in this region could improve safety, especially in emergency situations where high forces are required. To this end, we propose a novel family of tire force models based on neural ordinary differential equations and a neural-ExpTanh parameterization. These models are designed to satisfy physically insightful assumptions while also having sufficient fidelity to capture higher-order effects directly from vehicle state measurements. They are used as drop-in replacements for an analytical brush tire model in an existing nonlinear model predictive control framework. Experiments with a customized Toyota Supra show that scarce amounts of driving data – less than three minutes – is sufficient to achieve high-performance autonomous drifting on various trajectories with speeds up to 45mph. Comparisons with the benchmark model show a 4x improvement in tracking performance, smoother control inputs, and faster and more consistent computation time.
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