Theoretical and experimental study of the driver steering action

The main aim of this thesis work is to build a numerical model able to describe the steering behaviour of a driver. The neuromuscular control action is included: the model can simulate the activation and the contraction of the muscles by the co-activation procedure; moreover, the muscular co-contraction is taken into account. The theoretical steering wheel angle is determined by the driver in order to follow an imposed path. Two numerical models are proposed to identify the steering angle: the first one minimizes the yaw rate error of the car while the second one minimizes the lateral error with respect to the desired path. A single-track model of the vehicle and a simplified implementation of the electronic power steering, employing linear boost curves, are adopted to close the control loop. The numerical results are compared with experimental data, obtained during tests performed on track, in order to validate the proposed model. The data are processed and analysed. A relevant post-processing effort is completed to compensate the inertial forces and the sensor weight measured by an instrumented steering wheel, used to monitor the driver activity.

Lo scopo principale di questo lavoro è quello di creare un modello numerico capace di descrivere l'azione di sterzo di un pilota automobilistico. Un "modello neuromuscolare" viene introdotto per simulare l'attivazione e la contrazione muscolare attraverso le procedure di "co-attivazione" e "co-contrazione". L'angolo di sterzo teorico è determinato dal pilota per seguire una traiettoria imposta. Sono proposti due modelli numerici in grado di definire tale angolo: il primo minimizza l'errore sulla velocità d'imbardata del veicolo, mentre il secondo minimizza l'errore laterale rispetto alla traiettoria desiderata. Allo scopo di completare il circuito di controllo, viene proposto un modello "single-track" del veicolo combinato con un sistema di servosterzo a curve di assistenza lineari. I risultati numerici sono confrontati con i dati sperimentali, acquisiti nei test in pista, per validare il modello proposto. I dati sperimentali sono analizzati e processati. Un'importante fase dell'elaborazione dei dati consiste nel compensare le forze di inerzia e le forze peso misurate dai sensori del volante strumentato, utilizzato per monitorare l'attività del pilota.