Sviluppo di un sistema di controllo laterale per la guida autonoma di un veicolo a due assi sterzanti indipendenti

Autonomous vehicles technology has the potential to completely revolutionize a wide variety of sectors, ranging from the production and extraction of raw materials to the civil transportation sector. The main advantages that this technology can provide are increased productivity and enhanced safety by reducing human error. One particular application, especially one of the first for commercial use, is the adoption of autonomous vehicles in the field of haulage systems in mining operations. The objective of this thesis, is to develop a lateral control module for the autonomous navigation, in a quarry, of a vehicle with two independently steerable axles. The lateral control module has the responsibility to generate suitable steering commands to allow for an accurate tracking of a reference path. The presence of two independently steerable axles allows to have path's segments defined as crab steering maneuvers. In these sections the vehicle follows the reference path keeping a different orientation from the tangent to the path. For this reason the lateral controllers implemented in this thesis are able to accurately follow such reference paths. The two lateral controllers developed in these thesis are based on PID regulators and MPC control. The performances of such control algorithms have been evaluated through simulations in Simulink. The analysis of the simulations' results shows that both the controller allows for an accurate path tracking of this type of reference paths.

La tecnologia della guida autonoma ha il potenziale di rivoluzionare completamente una grande varietà di settori, dall'estrazione e produzione di materie prime fino al trasporto civile. I principali vantaggi che tale tecnologia può portare sono un incremento della produttività e una maggiore sicurezza data dalla riduzione degli errori umani. Una particolare applicazione, e soprattutto una delle prime ad uso commerciale, è l'utilizzo di veicoli autonomi nel campo dell'estrazione di materiali in cava. L'obbiettivo di questa tesi consiste nello sviluppare un modulo di controllo laterale per la navigazione autonoma, all'interno di una cava, di un veicolo a due assi sterzanti indipendenti. Il modulo di controllo laterale si occupa di generare i comandi per gli angoli di sterzo necessari per seguire accuratamente un percorso di riferimento. Grazie alla presenza di due assi sterzanti indipendenti, si è introdotta la possibilità di avere tratti del percorso di riferimento pianificati come manovre di sterzata a granchio, in cui il veicolo segue il percorso con un orientamento differente dalla tangente alla traiettoria. Per questo motivo i controllori laterali sviluppati in questa tesi hanno la caratteristica fondamentale di poter seguire accuratamente anche questo tipo di manovre. In particolare, si sono sviluppati un controllore laterale basato su controllori PID e un controllore MPC. Le prestazioni di tali controllori sono state poi valutate attraverso delle simulazioni svolte su Simulink. Dall'analisi dei test effettuati in simulazione, risulta che entrambi i controllori laterali permettono un accurato inseguimento di tali percorsi di riferimento.