Allocatore dinamico per il controllo della dinamica longitudinale in un motoveicolo a guida autonoma

In recent years, the proliferation of autonomous driving systems in the automotive sector has grown significantly, starting from simpler driver assistance systems, operating alongside a human user, up to full autonomy. However, the situation is different for motorcycles. Due to the intrinsic instability of two wheels and the greater complexity of their dynamics, the development of reliable systems is much more challenging. Additionally, the deep interaction between the rider's actions and movements and the vehicle's dynamic behavior creates further control and safety issues. This thesis focuses on the further development of a longitudinal control system for a high-performance electric motorcycle, primarily intended for fully autonomous driving but with potential applications for driver assistance (e.g., in synergy with Adaptive Cruise Control). The starting point is a speed controller developed on a linearized model of the vehicle, whose parameters were identified through experimental tests. To this, a feed-forward compensation of non-linearities is added. The torque request from the controller is subsequently passed to an allocator that distributes it between the motor, capable of limited braking action, and a Brake-By-Wire system, acting on the front wheel. The main innovative contribution of this thesis lies in the allocation logic, with the addition of a frequency-based torque distribution criterion to improve braking stability and the feeling for a potential rider. An analysis of the system's advantages and criticalities is also conducted, along with an empirical tuning of the new allocator's parameters through simulations and subsequent experimental tests on the track. In the final part, the integration of a previously developed slip controller with the new allocator, both in traction and braking, is proposed, with subsequent validation in simulation.

Negli ultimi anni la diffusione di sistemi di guida autonoma nel settore automobilistico è cresciuta notevolmente, a partire dai più semplici apparati di assistenza alla guida in parallelo ad un utente umano, fino ad arrivare alla totale autonomia. Tuttavia, per quanto riguarda i motoveicoli la situazione è differente. A causa dell'intrinseca instabilità data dalle due ruote e della maggiore complessità della dinamica, lo sviluppo di sistemi affidabili risulta molto più complesso. Inoltre, la profonda interazione tra le azioni e i movimenti del pilota e il comportamento dinamico del veicolo crea ulteriori problematiche di controllo e sicurezza. In questa tesi viene portato avanti lo sviluppo di un sistema di controllo longitudinale per una moto elettrica ad alte prestazioni, principalmente destinato alla guida completamente autonoma, ma con possibili applicazioni per l'assistenza alla guida (ad esempio in sinergia con l'Adaptive Cruise Control). La base di partenza è data da un controllore di velocità sviluppato su un modello linearizzato del veicolo, i cui parametri sono stati identificati tramite prove sperimentali. A questo si aggiunge una compensazione in feed-forward delle non linearità. La richiesta di coppia del controllore viene successivamente passata a un allocatore che la distribuisce tra il motore, capace di una limitata azione frenate, e un sistema di Brake-By-Wire che agisce sulla ruota anteriore. Il principale apporto innovativo di questa tesi è dato proprio alla logica di allocazione, con l'aggiunta di un criterio di ripartizione della coppia basato sulla frequenza, al fine di migliorare la stabilità in frenata e il feeling di un eventuale pilota. Viene inoltre condotta un'analisi sui vantaggi e criticità del sistema e una taratura empirica dei parametri del nuovo allocatore tramite simulazioni e prove sperimentali in pista. Nella parte finale viene proposta l'integrazione, sia in trazione che in frenata, di un controllore di slip precedentemente sviluppato, con il nuovo allocatore, con successiva validazione in simulazione.