Control tuning of autonomous vehicles considering performance-comfort trade-offs

A wide range of studies and companies are focusing on autonomous vehicles these days. They strive to provide vehicles that are safe and reliable. Safety and reliability play a crucial role in the acceptance of self-driving cars by customers. In addition, passenger comfort is another crucial aspect that affects the acceptance of autonomous vehicles. In order for autonomous vehicles to follow the road, different aspects such as perception, path planning, and control can be studied. The control part of autonomous vehicles is vital to ensuring passengers' comfort. This thesis focuses on the development of control systems for autonomous vehicles that consider comfort-performance trade-offs. Vehicles are considered in a static environment, and roads are predefined. In the first step, the mathematical model of the vehicle is adopted, then the longitudinal and lateral controllers for the vehicle are developed. The controllers for the vehicle are developed in such a way as to ensure the comfort of passengers. Initially, the lateral controller has a cascade loop design and uses Frenet-Serret formula in conjunction with the Linear Quadratic Regulator (LQR) approach to design the outer loop and a yaw rate controller in the inner loop. After that, the longitudinal controller is developed, which is composed of reference speed generation and cruise controller. Several key parameters of the controllers were then optimized using the Gridding approach in favor of passenger comfort and vehicle performance. Considering that these objectives conflict, a multi-objective analysis is performed to find the Pareto Front and then the appropriate solution. In addition, To evaluate the performance of the closed-loop system, real-world roads are tested. Simulink and MATLAB were used to implement the whole system.

Una vasta gamma di studi e aziende si sta concentrando sui veicoli autonomi in questi giorni. Si sforzano di fornire veicoli sicuri e affidabili. La sicurezza e l'affidabilità giocano un ruolo cruciale nell'accettazione delle auto a guida autonoma da parte dei clienti. Inoltre, il comfort dei passeggeri è un altro aspetto cruciale che influisce sull'accettazione dei veicoli autonomi. Affinché i veicoli autonomi seguano la strada, è possibile studiare diversi aspetti come la percezione, la pianificazione del percorso e il controllo. La parte di controllo dei veicoli autonomi è vitale per garantire il comfort dei passeggeri. Questa tesi si concentra sullo sviluppo di sistemi di controllo per veicoli autonomi che considerano i compromessi comfort-prestazioni. I veicoli sono considerati in un ambiente statico e le strade sono predefinite. Nella prima fase viene adottato il modello matematico del veicolo, quindi vengono sviluppati i controller longitudinali e laterali per il veicolo. I controller per il veicolo sono sviluppati in modo tale da garantire il comfort dei passeggeri. Inizialmente, il controller laterale ha un design ad anello in cascata e utilizza la formula Frenet-Serret in combinazione con l'approccio del regolatore quadratico lineare (LQR) per progettare l'anello esterno, e un controller della velocità di imbardata nell'anello interno. Successivamente, viene sviluppato il controller longitudinale, composto dalla generazione della velocità di riferimento e dal regolatore di velocità. Diversi parametri chiave dei controller sono stati quindi ottimizzati utilizzando l'approccio Gridding a favore del comfort dei passeggeri e delle prestazioni del veicolo. Considerando che questi obiettivi sono in conflitto, viene eseguita un'analisi multi-obiettivo per trovare il fronte di Pareto e quindi la soluzione appropriata. Inoltre, per valutare le prestazioni del sistema a circuito chiuso, vengono testate strade del mondo reale. Simulink e MATLAB sono stati utilizzati per implementare l'intero sistema.