Development of a friction detection algorithm for emergency manoeuvres

As demonstrated in many research papers and by the keen attention given to this subject by automotive industry, the tire-road friction is of paramount importance in the definition of the dynamics of wheeled vehicles. It has significant impacts on driveability, stability and, above all, on the development of active vehicle dynamics control systems. This thesis work deals with a particular aspect of this topic and aims at proposing the estimation of road friction to allow a controller, mounted on a car, to be able to evaluate the best strategy for preventing a crash against an obstacle in an emergency situation. The controller evaluates two possible strategies to avoid the hurdle: to brake until the complete stop of the vehicle, or perform a lane change manoeuvre keeping the car running. The two strategies are highly dependent on road friction; therefore, the implementation of a performant friction estimator is necessary to evaluate which of the two is the best possible choice. A challenge is to develop the estimator relying on standard sensors as much as possible, so to avoid unaffordable cost increase to have this controller installed in a car of normal market segments. The implementation of the friction estimate is achieved by means of two different approaches. The first method exploits the relationship between the friction used by the vehicle instantly and the real value of the road friction. The second method faces and solves a classification problem, where inertial measurements are used to discriminate between high and low friction regimes. Based on that, this method finally develops a classification algorithm on the sliding acceleration characteristic. Both methods represent only longitudinal dynamics and are tested on experimental data. A selected set of data belonging to specific significant road conditions and car speeds are then presented, analyzed and discussed.

Come dimostrato in numerosi articoli di ricerca e dalla profonda attenzione data a questo argomento dall'industria automobilistica, l'attrito pneumatico-strada è di fondamentale importanza nella definizione della dinamica dei veicoli a ruote. Esso ha un impatto significativo sulla guidabilità, stabilità e, soprattutto, sullo sviluppo di sistemi attivi di controllo della dinamica dei veicoli. Questo lavoro di tesi affronta un aspetto particolare di questo argomento e mira a proporre la stima dell'attrito stradale per consentire a un controllore, montato su un'auto, di essere in grado di valutare la migliore strategia per prevenire un incidente contro un ostacolo in una situazione di emergenza. Il controllore valuta due possibili strategie per evitare l'ostacolo: frenare fino all'arresto completo del veicolo o eseguire una manovra di cambio corsia mantenendo l'auto in marcia. Le due strategie dipendono fortemente dall'attrito stradale; pertanto, l'implementazione di uno stimatore ad attrito performante è necessaria per valutare quale delle due sia la migliore scelta possibile. Una sfida è quella di sviluppare lo stimatore basandosi il più possibile su sensori standard in modo da evitare un aumento dei costi insostenibile per avere questo controllore installato in un'auto del normale segmento di mercato. L'implementazione della stima dell'attrito si ottiene mediante due diversi approcci. Il primo metodo sfrutta istantaneamente la relazione tra l'attrito utilizzato dal veicolo e il valore reale dell'attrito stradale. Il secondo metodo affronta e risolve un problema di classificazione, in cui le misure inerziali vengono utilizzate per discriminare tra regimi di attrito alto e basso. Sulla base di questo, il metodo sviluppa quindi un algoritmo di classificazione sulla accelerazione di scorrimento caratteristica. Entrambi i metodi rappresentano solo la dinamica longitudinale e sono testati su dati sperimentali. Viene quindi presentato, analizzato e discusso un insieme selezionato di dati appartenenti a specifiche condizioni stradali e velocità della vettura.