A gain-scheduling approach for vehicle lateral dynamics stabilization based on the AFI model

The main goal of the presented work is to study and develop a control strategy to provide stability to autonomous vehicles in high speed manoeuvres. The proposed approach is based on the AFI model of the car, which provides a new formulation of the vehicle lateral dynamics that allows to easily define physical constraints on the control variables. Firstly, an approach based on the minimization of simulation errors will be used to identify the parameters of the system and the results of using a pole placement approach to solve the damping problem of the AFI model will be analysed. Then, a new control approach based on the use of gain-scheduling controllers will be studied and implemented on the AFI model. This approach will provide the possibility to design a controller whose structure is parameter-dependent, and therefore that can adapt to changes in the parameters. This will allow the controller to adapt to the velocity variations. The control solution will be tested on simulation models based on the dynamic equations. To get a better picture of the behaviour of the control system in real vehicles, the controller will also be tested considering the dynamic behaviour of the vehicle actuators. In the end, the discussion of the results and the proposal of some possible future developments will be presented

L’obiettivo principale di questo lavoro di tesi è lo studio e lo sviluppo di una strategia di controllo per garantire la stabilità di veicoli autonomi in manovre ad alta velocità. L’approccio proposto si basa sul modello AFI del veicolo, che introduce una nuova formulazione della dinamica laterale, permettendo di definire in modo semplice vincoli fisici sulle variabili di controllo. Preliminarmente, verranno presentati un metodo basato sulla minimizzazione degli errori di simulazione per l’identificazione dei parametri del veicolo, ed una analisi dei risultati ottenuti utilizzando un controllore basato sull’assegnamento degli autovalori per lo smorzamento delle dinamiche del modello AFI. Successivamente, sarà presentato un nuovo approccio di controllo basato sull’utilizzo di controllori “gain-scheduling”. Questo metodo permette di progettare un controllore le cui matrici dipendendono dai parametri tempo-varianti del modello AFI, e pertanto può adattarsi a variazioni della velocità del veicolo. I controllori così ottenuti saranno validati su un modello di simulazione basato sulle equazioni dinamiche del veicolo. Per comprendere le limitazioni del sistema di controllo applicato a veicoli reali, il controllore sarà anche validato considerando il comportamento dinamico degli attuatori del veicolo. Nella parte finale si presenteranno la discussione dei risultati e la proposta di eventuali sviluppi futuri.