SURGE Mark.2 技術解説¶

自律走行ミニカー SURGE Mark.2 の制御・システム設計・自動運転アルゴリズムを、ソースコードを読み直して書いた解説サイトです。

「何が動いているか」だけでなく、なぜその形にしたかとうまくいかなかったことを残すことを重視しています。

車体の概要¶

項目	内容
サイズ・質量	約 0.37 m × 0.18 m、2.0 kg、ホイールベース 0.23 m、後輪トレッド 0.155 m
駆動	後輪左右独立のダイレクトドライブ BLDC。減速機なし、車輪直径 60 mm
操舵	BLDC 1 個の位置制御（サーボではない）。モータ角から路面舵角への換算は非線形
車速の計測	非駆動輪である前輪の絶対角エンコーダ
外界センサ	LiDAR（LD06）、前後 CSI カメラ 2 台、前後超音波 2 個、IMU（MPU6050）
計算機	Raspberry Pi 5（認識・計画）＋ STM32F446RE（リアルタイム制御）

車体寸法・質量・車輪径は config/vehicle.toml の実測値、後輪トレッドと車輪径はファームの drive.h の定数です。

3 つの層¶

flowchart LR
    subgraph PI["Raspberry Pi 5（10〜100 Hz）"]
        P1[知覚・SLAM] --> P2[経路計画<br/>レーシングライン]
        P2 --> P3[経路追従<br/>速度指令]
    end
    subgraph MCU["STM32F446RE（2 kHz）"]
        M1[車速 PI] --> M2[トルク配分<br/>TC / ABS / TV]
        M3[安全層]
    end
    subgraph MD["BLDC ドライバ ×3"]
        D1[電流ループ<br/>数 kHz]
    end
    P3 -- "UART 1 Mbps<br/>COMMAND 100 Hz" --> M1
    M2 -- "UART 1 Mbps<br/>トルク指令 2 kHz" --> D1
    MCU -- "TELEMETRY 100 Hz<br/>LiDAR" --> P1
    PI -. "GPIO 100 Hz 矩形波<br/>（生存信号）" .-> M3

上位（Pi）は「どこへ・どれだけの速さで」を決める。 自己位置推定、地図、レーシングライン、障害物回避。
下位（STM32）は「どうやってタイヤにトルクを伝えるか」を決める。 車速の閉ループ、スリップ制御、左右トルク配分、安全停止。
モータドライバ（MD）は電流ループだけを持つ。 MD のファームは別リポジトリで、このサイトでは扱いません。

上位が落ちても下位が単独で車を止められること、が設計の出発点です。

このサイトの読み方¶

知りたいこと	読むページ
全体を 10 分で掴みたい	システム構成 → 検証状況
TC・ABS・トルクベクタリングの作り方	スリップ制御、トルクベクタリング
安全設計（止め方・フェイルセーフ）	安全層、上位の安全設計
周回タイムを縮める仕組み	レーシングライン、経路追従
2D LiDAR SLAM の構成	地図と自己位置推定
開発・検証のやり方	検証の仕組み、設計上の教訓

数値と記述の信頼度¶

このサイトは、ソースコードを正として書いています。数値や挙動は、各ページの末尾にある参照先（ファイルと関数名）で確かめられます。それでも、次の区別は必ず見てください。

【実機確認】

実車の走行記録・計測で確かめられている。

【シム／ホスト検証】

シミュレータや、ファームをホストでコンパイルした閉ループで確かめている。実車では未確認。

【未検証】

計算や設計上の見積もり（机上値）。実車で確かめていない。

【設計の説明】

動作の優劣は主張せず、「こう作ってある」とその理由だけを述べている。

どの機能がどれに当たるかは検証状況にまとめています。

対象の版¶

リポジトリ	内容	確認したコミット
`AutonomousCar_RasPi`	Raspberry Pi 側（`surge_mk2/`）	`19291eb`（2026-10-14）
`AutonomousCar`	STM32 ファーム（`Program/MainF446RE_V3`、ブランチ `FW/MainBoard_V3`）	`2a2e9a8`（2026-10-13）

開発は続いているため、リンク先のコードはこのサイトより新しくなっていることがあります。 食い違いを見つけたらコードを信じてください。 直し方はこのサイトについてにあります。