Estimation of vehicle tire forces, sideslip angle and cornering stiffness by SMO & EKF

The purpose of this thesis is to propose a new process for the estimation of tire-road forces and vehicle sideslip angle. The method strictly uses measurements from sensors potentially integrated or already integrated in recent car (yaw rate, longitudinal/lateral accelerations, steering angle and angular wheel velocities). The estimation process is based on two blocks in series: the first block contains a Sliding Mode Observer whose principal role is to calculate tire-road forces, while in the second block an Extended Kalman filter estimates sideslip angle and cornering stiffness. More specifically, this study proposes an adaptive tire-force model that takes variations in road friction into account. The thesis also presents a study of convergence for the Sliding Mode Observer. The estimation process was applied and compared to Single-track dynamic model. Estimation results show the accuracy and potential of the estimation process.

Lo scopo di questa tesi è quello di proporre un nuovo procedimento per la stima delle forze agenti sui pneumatici e l'angolo di sbandamento del veicolo. Il metodo utilizza misurazioni ricavate rigorosamente da sensori integrati o potenzialmente già integrati nei veicoli recenti quali velocità d'imbardata, accelerazioni longitudinali/laterali, angolo di sterzata e velocità angolare dei pneumatici. Il processo di stima si basa su due analisi messe serie: la prima è costituita da uno “Sliding Mode Observer” il cui ruolo principale è quello di calcolare le forze pneumatico-strada, mentre la seconda sfrutta un “Extended Kalman Filter” per stimare l’angolo di deriva e la rigidità angolare. In particolare, questo studio propone un modello specifico pneumatici-forza che tiene in considerazione le variazioni dell’attrito sulla strada. La tesi presenta anche uno studio di convergenza per lo “Sliding Mode Observer”. Il processo di stima è stato applicato e confrontato con Single-track modello dinamico. I risultati stime dimostrano la precisione e la potenzialità del processo di stima proposto.