Lateral grip estimation on a four-wheel vehicle for autonomous driving

This dissertation deals with the problem of grip estimation on a four-wheel vehicle for autonomous driving. The problem consists in estimating two quantities: the cornering stiffness and the lateral friction coefficient. The cornering stiffness is the slope of the slip-force characteristics of the tire in a neighbor of the origin, while the friction coefficient represents the maximum lateral acceleration (expressed in [g]) that the vehicle can bear during a curve without losing control. These two quantities are extremely important for the stability of the vehicle. The cornering stiffness has been estimated using a Recursive Least Square approach with activation thresholds to solve the problem of non-observability of the system during straight trajectories and introducing an adaptive logic to choose the forgetting factor depending on the level of excitation of the system to optimize the compromise between convergence rate and stability of the response. The friction coefficient has been estimated by designing a fitting algorithm of the Pacejka curve on the slip-acceleration data introducing a reset logic to make the algorithm extremely reactive to grip changes. Besides, two methods are proposed to tackle the problem of offset on the sensors. The cornering stiffness estimation algorithm and lateral friction coefficient estimation algorithm have been tested using experimental data.

Questo elaborato riguarda il problema di stima del grip su un veicolo a quattro ruote per guida autonoma. Il problema consiste nello stimare due quantità: il coefficiente di rigidezza dello pneumatico e il coefficient di attrito laterale. Il coefficient di rigidezza dello pneumatico è la pendenza in un intorno dell’origine della caratteristica slittamento-forza dello pneumatico, mentre il coefficiente di attrito laterale rappresenta la massima acceleratione laterale che il veicolo può sopportare durante una curva senza perdere il controllo. Queste due quantità sono estremamente importanti per la stabilità del veicolo. Il coefficiente di rigidezza dello pneumatico è stato stimato usando un approccio ai minimi quadrati ricorsivo con soglie di attivazione per risolvere il problema di non osservabilità del sistema durante traiettorie rettilinee e introducendo una logica adattiva per scegliere il coefficiente d’oblio in base all’eccitazione del sistema per ottimizzare il compromesso tra tasso di convergenza e stabilità della risposta. Il coefficiente di attrito è stato stimato progettando un algoritmo di adattamento di una curva di Pacejka sui dati slittamento-accelerazione introducento una logica di reset per rendere l’algoritmo estremamente reattivo a cambiamenti di grip. Inoltre, due metodi sono proposti per affrontare il problema dell’offset sui sensori. L’algoritmo di stima della rigidezza dello pneumatico e l’agoritmo di stima del coefficiente di attrito laterale sono stati testati usando dati sperimentali.