Analisi e controllo della dinamica longitudinale di un veicolo autonomo

In the last few years, a lot of companies have started to develop the first prototypes of self-driving cars. Even though nowadays there still are some legal and technical obstacles that prevent this technology to be available on the market, a lot of progress in this direction have been done. The main advantages would be related to road safety and practicability and to the performance of the vehicle. In this thesis the problem of controlling the longitudinal dynamics of a vehicle is studied, using as inputs of the system the brake and throttle pedals. The end is the tracking of a velocity profile. At first two models which describe the dynamics of the two actuators and the car are identified, using experimental data measured during some tests done on the track. The identification is performed splitting the two systems into simpler subsystems and applying a black box approach to manage each block. In this way the physical meaning of the models is not lost and they result accurate enough to describe the main dynamics of the vehicle and simple enough to be used to perform a tuning of the controller. The identified models are then validated using the simulation software CarSim. The second part of the thesis concerns the project of the control system, consisting of two regulators for the brake and throttle pedal and of a switch logic which must be able to coordinate the two inputs in a proper way. To this aim, a mechanism with two priority levels is used: the low priority logic is based on the reference acceleration required, the high priority one in based on the error between reference and measured velocity. In the last part of the dissertation the validation of the closed loop system is done using CarSim and considering as a reference some speed profiles performed by a real pilot.

Negli ultimi anni, numerose grandi aziende hanno cominciato a studiare e sviluppare i primi prototipi di veicoli a guida autonoma. Nonostante vi siano ancora diversi ostacoli, legali e tecnici, che impediscono la commercializzazione su larga scala di questo prodotto, si stanno compiendo importanti progressi in questa direzione. I vantaggi principali legati a questa tecnologia sono legati alla sicurezza e agibilità stradale e alle performance del veicolo. In questa tesi viene affrontato il problema del controllo della dinamica longitudinale del veicolo, agendo dunque sui pedali di freno e acceleratore, col fine di seguire un determinato profilo di velocità. Inizialmente vengono identificati i modelli che descrivono il comportamento dei due attuatori di interesse e dell’auto utilizzando delle prove sperimentali effettuate in pista. L’identificazione viene effettuata scomponendo i due sistemi in sottosistemi pi`u semplici e applicando una tecnica di tipo black box per ogni blocco. In questo modo non viene perso il senso fisico dei modelli ricavati ed essi rispondo ai requisiti di sufficiente accuratezza per descrivere le dinamiche dominanti del sistema e per la taratura del software CarSim e di semplicità per la taratura del controllo. Vengono quindi validati i modelli identificati. Si `e poi progettato il sistema di controllo, costituito da due regolatori per i pedali di freno e acceleratore e da una logica di switch che permette di coordinare i due ingressi in maniera intelligente, tramite un meccanismo a due gradi di priorità, uno basato sull’accelerazione di riferimento (priorità bassa) e uno basato sull’errore tra la velocità di riferimento e quella misurata (priorità alta). Si `e infine validato il sistema in anello chiuso in CarSim utilizzando come riferimento dei profili di velocità reali seguiti da un pilota.