Design of the control system for a haptic driving interface

This master thesis proposes an alternative driving interface for ground vehicles. The proposed interface is built as a double lever. The designed interface provides the driver with a haptic feel. The design of the interface requires a specific control system which is developed according to the theory of robust motion control through DOb and according to the theory of the acceleration based bilateral control. To verify stability and performances of the developed control system, and to test the developed interface an experimental set-up is designed and built. The experimental set-up is designed as a quarter of car model. The power and speed provided by the actuators are considerably inferior than the ones in a real vehicle. Nevertheless, the experimental set-up is designed as module that can be reproduced 4 times to obtain a 4 wheels vehicle, and the actuators are connected to gears which can modify the power and speed. Both these 2 facts make it possible to install the developed haptic driving interface and its control system to a complete vehicle. The contribution of this master thesis is the development of a bilateral control between position and velocity, when the conventional method is implemented in either position-position or velocity-velocity architecture. This bilateral control implementation can be extended to other systems. This master thesis is divided in 7 chapters. In the Introduction an overview is given among the environment of drive-by-wire systems for which the interface is designed. In particular the steer-by-wire systems, all wheel steering and drive systems are presented as a possible advantage of this system that requires a new interface to control the new motion achievable. In chapters 2 and 3 the basic components of the developed control system are briefly described as their use was fundamental in the development of the proposed control method. This is explained in chapter 4. The experimental set-up is described in chapter 5. The design, the fabrication process and the utilised electronics are described. Finally results and conclusion are given in chapters 6 and 7.

Questa tesi propone un'interfaccia di guida alternativa per veicoli terrestri. L'interfaccia proposta è a doppia leva e trasmette al conducente una sensazione aptica. Il design dell'interfaccia richiede un sistema di controllo specifico, sviluppato secondo la teoria del controllo robusto tramite DOb e secondo la teoria del controllo bilaterale. La stabilità e le prestazioni del sistema di controllo sviluppato sono testate con un apparato sperimentale. Questo è stato progettato come un quarter of car model. La potenza e la velocità forniti dagli attuatori sono notevolmente inferiori a quelli di un veicolo reale. Tuttavia, il set-up sperimentale è progettato come modulo che può essere riprodotto 4 volte per ottenere un veicolo a 4 ruote e gli attuatori sono collegati a ingranaggi che possono modificare la potenza e la velocità. Il contributo di questa tesi di master è lo sviluppo di un controllo bilaterale tra la posizione e la velocità, mentre il metodo convenzionale viene implementato tra posizione e posizione o velocità e velocità. Questa implementazione del controllo bilaterale può essere estesa ad altri sistemi. Questa tesi è divisa in 7 capitoli. Nell'introduzione è fornita una panoramica dei sistemi Drive-by-Wire per i quali è stata progettata l'interfaccia. In particolare questi sistemi vengono presentati dal momento che sono un popolare argomento di ricerca, mentre i sistemi all-wheel sono presentati come un possibile vantaggio di questo sistema che richiede una nuova interfaccia per controllare il nuovo movimento ottenibile e che può essere realizzato con un design modulare come il set-up sperimentale qui usato. Nei capitoli 2 e 3 vengono descritti brevemente i componenti fondamentali del sistema di controllo sviluppato, poiché il loro utilizzo è stato fondamentale nello sviluppo del metodo di controllo proposto, esposto nel capitolo 4. La configurazione sperimentale è descritta nel capitolo 5 in cui sono descritti il progetto , il processo di fabbricazione e l'elettronica utilizzata. Infine i risultati e la conclusione sono riportati nei capitoli 6 e 7.