Analysis and comparison of model-based and model-free side-slip angle estimators

This work is collocated in the vehicle chassis control context, in particular it regards the vehicle planar states estimation. The aim of this work is to obtain reliable vehicle side-slip angle estimations, vital for all the stability control applications. This is accomplished through the analysis of two different side-slip estimators, one built according to a Model-Based approach and the other obtained through a Black-Box approach. For both the estimators more tunings are produced to face different levels of tyre-road friction. The Model-Based side-slip angle estimator shows to be reliable in all the tested conditions and ensures satisfactory estimation performances. In particular, it is able to provide very good estimation results also in case of peaks of side-slip angle of 30 degrees. The Model-Free estimator is shown to reach estimation performances comparable to the Model-Based one. The Black-Box procedure exploits the same measures of the Model-Based estimator to build, through successive steps of numerical optimization, an estimator that is identified as a MISO LPV ARX model. The two estimators are compared in terms of estimation performance, tuning procedure, obtained models and reliability under unusual driving conditions. The Model-Based estimator is shown to be the most robust with respect to tyre-road adhesion condition variations, and also the most interesting from the approach point of view.

Questo lavoro si colloca nell’ambito del controllo dei veicoli, in particolare riguarda la stima dello stato di un veicolo nel piano. Lo scopo di questo lavoro quello di ottenere stime affidabili dell’angolo di slittamento laterale di un veicolo, quantità vitale per ogni controllo di stabilità per veicoli. Ciò è ottenuto tramite l’analisi di due differenti stimatori dell’angolo di slittamento, uno costruito seguendo l’approccio Model-Based e l’altro ottenuto attraverso un approccio Black-Box. Per entrambi gli stimatori sono prodotti più set di parametri allo scopo di fronteggiare livelli differenti di attrito gomma-asfalto. Lo stimatore Model-Based si mostra affidabile in tutte le condizioni testate e assicura performance di stima soddisfacenti. In particolare, è in grado di fornire risultati di stima molto buoni anche in caso di picchi di angolo di slittamento laterale di 30 gradi. Lo stimatore Model-Free dimostra di raggiungere performance di stima comparabili a quelle dello stimatore Model-Based. La procedura Black-Box con la quale è ottenuto sfrutta le stesse misure usate dallo stimatore Model-Based per costruire, attraverso successivi step di ottimizzazione numerica, uno stimatore del tipo MISO LPV ARX. I due stimatori sono paragonati in termini di performance di stima, procedura di tuning, tipo di modelli ottenuti ed affidabilità sotto condizioni di guida inusuali. Lo stimatore Model-Based risulta essere il più robusto rispetto a variazioni delle condizioni di adesione di gomma-asfalto, ma anche il più interessante dal punto di vista dell’approccio.