A pole placement-MPC strategy for autonomous steering and stabilization

The presented work aims at studying and developing a control strategy based on Model Predictive Control, to drive an autonomous vehicle in the path tracking problem, maintaining its stability at high speeds. The used approach is based on the AFI model of the car, which, differently from what typically employed in the study of the lateral dynamics of the vehicle, allows to uniquely define the physical constraints on the control variable, and does not need any linearization for the forces acting on the steering tires. The controller will be validated by means of simulations on a simple nonlinear single-track model, and successively on a more realistic multi-body system, available from the Vehicle Dynamics Library of the software Dymola. Finally, some preliminary considerations will be presented for the application of such a control on a real system, altogether with some hints about future developments.

Il lavoro di tesi presentato si pone come obiettivo lo studio e lo sviluppo di una strategia di controllo basata sulla tecnica MPC, che guidi un veicolo a guida autonoma nel problema di path tracking, mantenendone la stabilità alle alte velocità. L'approccio utilizzato si basa sul modello AFI della vettura, che, diversamente da quanto tipicamente impiegato nello studio della dinamica laterale del veicolo, permette di definire univocamente i vincoli fisici sulla variabile di controllo e non necessita di linearizzazioni per le forze agenti sulle ruote sterzanti. Il controllore verrà validato tramite simulazione su un semplice modello single-track non lineare, e successivamente su un sistema multi-body più realistico presente nella Vehicle Dynamics Library del software Dymola. Infine, verranno presentate alcune considerazioni preliminari per l'applicazione di tale controllo su un sistema reale, assieme ad alcuni suggerimenti per ulteriori sviluppi.