A comparison between direct force feedback and wheel slip regulation in lateral vehicle dynamics control

As forces sensors become cheaper, the possibility of a fast and reliable knowledge of tire contact forces on production vehicles doesn’t seem far-fetched anymore. While most of the literature focuses on indirect uses of force measurements, like friction estimation, this thesis studies the advantages that could be gained from a direct force-feedback of the longitudinal forces. To this end, two control struc- tures sharing a common MPC, designed for high-performance path-tracking in an autonomous vehicle, are proposed. The two controllers differ at the lower layer, where the force requests of the MPC are tracked: the first controller implements a force feedback regulator, while the second performs an indirect force control through the longitudinal slips. The controllers are then compared under different road friction conditions to assess the robustness and performance consistency to modelling errors. The effect of realistic measurement noises and estimation biases is also analysed.

Grazie allo sviluppo di nuove e più economiche tipologie di sensori, la misura delle forze di contatto pneumatico-strada potrebbe non essere più relegata alla fase di ricerca e sviluppo di un veicolo, ma trovare applicazione anche in siste- mi di controllo di dinamica veicolo. Mentre molti lavori presenti in letteratura sfruttano indirettamente queste misurazioni (ad esempio stimando il coefficiente di attrito), questa tesi si concentra sui vantaggi ottenibili da un utilizzo diretto nell’azione di controllo, retroazionando le forze longitudinali. A questo scopo, due architetture di controllo basate sullo stesso controllore MPC sono proposte. L’MPC è progettato come layer di inseguimento di traiettoria su veicoli autono- mi, con un focus particolare sul raggiungimento della massima velocità possibile. Le due architetture si distinguono al livello inferiore, preposto all’inseguimento delle richieste di forza dell’MPC: mentre il primo utilizza il feedback diretto delle forze, il secondo va a controllarle indirettamente, tramite un controllo di slip. Le due strutture di controllo sono confrontate con diverse tipologie di incertezze sulle caratteristiche delle curve di attrito e quando soggette a rumori e bias di misura, così da valutare la robustezza e le variazioni di performance rispetto al caso nominale.