In 2015 still too many road accidents happen. Most of them are caused by the inability of the driver to handle the car's behaviour at its friction limit. Although several devices are available to help the driver, e.g. ABS and ESP, further steps can be done. Recent advancement of sensors and image analysis have made possible to exploit the surrounding environment to enhance the driving security. Autonomous driving car can truly improve the vehicle safety. The purpose of this thesis is to design a controller for the lateral dynamics of a self-driving car in order to follow a desired know path. In particular the aim is to accomplish this task driving at the limits i.e. reaching lateral accelerations of 0.8g. The project is done in collaboration with Magneti Marelli and all the data have been collected from test on racetrack. In the first part of the thesis the setup and the signals involved are discussed. Afterwards the models that will be used in the control are introduced together with the description of lateral error and the concept of look-ahead distance. Furthermore the methodologies for the identification of the lateral dynamics and the key components of the system are presented. Three main control strategies have been studied in the second part. Firstly a controller based on lateral error have been synthetized following the loop shaping procedure. This regulator have been enhanced with a feedforward action in order to act instantaneously on the steering wheel. The second controller is based on the H-infinity theory and allows to consider two different errors for the computation of control action. Along with the lateral displacement the derivative of the look-ahead error is taken into account. The last strategy, strictly related to the previous one, is the self-scheduled H-infinity control. It permits to synthetize a parameter-varying regulator that guarantees the stability in the whole parameter space considered. Eventually all the controllers have been tested on two benchmark tracks, i.e. a detail of Rivalta track and a softened Double Lane Change, showing good performances. Furthermore the effect of the look-ahead distance on the car behaviour have been highlighted understanding some key concepts.
Nel 2015 avvengono ancora troppi incidenti stradali, la maggior parte causati dall'incapacità del guidatore di gestire il comportamento della macchina in situazioni al limite. Nonostante vari dispositivi siano disponibili per aiutare il conducente, ad esempio l'ABS e l'ESP, ulteriori passi avanti possono essere ancora fatti. I recenti sviluppi dei sensori e dell'analisi delle immagini hanno reso possibile l'uso delle informazioni dell'ambiente circostante per aumentare la sicurezza di guida. I veicoli autonomi possono veramente migliorare la sicurezza del veicolo. L'obiettivo di questa tesi è il design di un controllore della dinamica laterale di un veicolo a guida autonoma per l'inseguimento di un tracciato noto. In particolare, il contesto applicativo è quello della guida sportiva, ovvero con accelerazioni laterali fino a 0.8g. Il progetto di tesi è svolto in collaborazione con Magneti Marelli e tutti i dati analizzati sono ottenuti da prove in pista. Nella prima parte vengono illustrati il setup sperimentale e l'analisi dei segnali. Successivamente sono introdotti i modelli che verranno utilizzati per il controllo insieme all'errore laterale e al concetto di look-ahead. Inoltre sono presentati i metodi e i principali risultati dell'identificazione della dinamica laterale e dei componenti chiave del sistema. Tre principali controllori sono stati sintetizzati nella seconda parte. Il primo è basato sull'errore laterale e sulla funzione di trasferimento del processo. Viene completato da un'azione in feed-forward per agire istantaneamente sullo sterzo. Il secondo controllore è basato sulla tecnica H-infinito che permette di considerare più di un errore. Insieme allo spostamento laterale è stata considerata anche la derivata dell'errore di look-ahead. L'ultimo controllore, H-infinito self-scheduled, garantisce la stabilità del sistema al variare di alcuni sui parametri. Nella parte finale i principali controllori sono stati testati su due piste di riferimento, una curva di Rivalta e il Double Lane Change, mostrando buone performance. Inoltre è stato studiato l'effetto della distanza di look-ahead sul comportamento della macchina e ne sono state comprese alcune peculiarità.
Analisi e sviluppo di un sistema di controllo della dinamica laterale per un veicolo autonomo in condizioni di guida sportiva
GIMONDI, ALEX;TIRALONGO, BARTOLOMEO
2014/2015
Abstract
In 2015 still too many road accidents happen. Most of them are caused by the inability of the driver to handle the car's behaviour at its friction limit. Although several devices are available to help the driver, e.g. ABS and ESP, further steps can be done. Recent advancement of sensors and image analysis have made possible to exploit the surrounding environment to enhance the driving security. Autonomous driving car can truly improve the vehicle safety. The purpose of this thesis is to design a controller for the lateral dynamics of a self-driving car in order to follow a desired know path. In particular the aim is to accomplish this task driving at the limits i.e. reaching lateral accelerations of 0.8g. The project is done in collaboration with Magneti Marelli and all the data have been collected from test on racetrack. In the first part of the thesis the setup and the signals involved are discussed. Afterwards the models that will be used in the control are introduced together with the description of lateral error and the concept of look-ahead distance. Furthermore the methodologies for the identification of the lateral dynamics and the key components of the system are presented. Three main control strategies have been studied in the second part. Firstly a controller based on lateral error have been synthetized following the loop shaping procedure. This regulator have been enhanced with a feedforward action in order to act instantaneously on the steering wheel. The second controller is based on the H-infinity theory and allows to consider two different errors for the computation of control action. Along with the lateral displacement the derivative of the look-ahead error is taken into account. The last strategy, strictly related to the previous one, is the self-scheduled H-infinity control. It permits to synthetize a parameter-varying regulator that guarantees the stability in the whole parameter space considered. Eventually all the controllers have been tested on two benchmark tracks, i.e. a detail of Rivalta track and a softened Double Lane Change, showing good performances. Furthermore the effect of the look-ahead distance on the car behaviour have been highlighted understanding some key concepts.| File | Dimensione | Formato | |
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