Model of a tracked vehicle for agricultural applications

This thesis focuses on implementing a MATLAB/Simulink model of 2D tracked vehicle dynamics, based on the model presented in previous research, with a specific emphasis on agricultural applications. The second part of the work describes the development of a terrain model to complement the vehicle simulation. Together, they create a complete framework capable of simulating tracked vehicle dynamics and terrain-vehicle interaction in real-time. A modular approach was used to implement the vehicle dynamics. This method is particularly suitable because each effect, such as shear displacement and sinkage, is isolated into a unique lumped dynamic equation. The implemented model can estimate effects like average shear displacement under the tracks, tractive effort, and vehicle pose based on the torques applied to the left and right sprockets. Additionally, this thesis provides practical solutions for numerical oscillations detected in the original formulation, as the model proved to be stiff. The terrain model was implemented by discretizing the ground into many small cells, where each cell follows rigid body dynamics and the Bekker pressure-sinkage formulation. This discretization produced more than a million states, which is challenging for real-time simulation. To overcome this, a logic was developed to simulate only the cells whose state is changing at a given moment. A channel structure was introduced for parallel terrain dynamics, along with a management system for channel assignment and state preservation. Simulation results show that the model can maintain real-time performance despite its complexity, providing results similar to those in the source study. Finally, parameter tuning was performed, achieving a close match with the available reference data.

Questa tesi si concentra sull'implementazione in MATLAB/Simulink di un modello della dinamica di un veicolo cingolato 2D, basato sul modello presentato in precedenti ricerche, con un'enfasi specifica sulle applicazioni agricole. La seconda parte del lavoro descrive lo sviluppo di un modello del terreno per integrare la simulazione del veicolo. Insieme, essi creano un framework completo in grado di simulare in tempo reale la dinamica del veicolo cingolato e l'interazione terreno-veicolo. Per implementare la dinamica del veicolo è stato utilizzato un approccio modulare. Questo metodo risulta particolarmente adatto in quanto ogni effetto, come lo spostamento di taglio (shear displacement) e l'affondamento (sinkage), è isolato in una singola equazione dinamica a parametri concentrati. Il modello implementato è in grado di stimare effetti quali lo spostamento di taglio medio sotto i cingoli, lo sforzo di trazione e la posa del veicolo in base alle coppie applicate alle ruote motrici destra e sinistra. Inoltre, questa tesi fornisce soluzioni pratiche per le oscillazioni numeriche rilevate nella formulazione originale, poiché il modello si è dimostrato essere numericamente rigido (stiff). Il modello del terreno è stato implementato discretizzando il suolo in numerose celle di piccole dimensioni, dove ogni cella segue la dinamica del corpo rigido e la formulazione pressione-affondamento di Bekker. Questa discretizzazione ha prodotto più di un milione di stati, il che rappresenta una sfida per la simulazione in tempo reale. Per superare questo problema, è stata sviluppata una logica per simulare solo le celle il cui stato cambia in un dato momento. È stata introdotta una struttura a canali per la dinamica parallela del terreno, insieme a un sistema di gestione per l'assegnazione dei canali e la conservazione dello stato. I risultati della simulazione mostrano che il modello può mantenere prestazioni in tempo reale nonostante la sua complessità, fornendo risultati simili a quelli dello studio di riferimento. Infine, è stata eseguita la calibrazione dei parametri, ottenendo una stretta corrispondenza con i dati di riferimento disponibili.