Road vehicle stability under crosswinds using a driving-simulator-calibrated driver controller

Adverse weather phenomena such as thunderstorms and downbursts generate non-synoptic wind conditions characterised by localised, high-intensity and rapidly varying gusts. Although these events pose a significant threat to road safety, most studies investigating wind–vehicle interaction focus on synoptic or moderate wind scenarios, leaving a gap in the assessment of vehicle stability under extreme, highly directional wind disturbances. This thesis is part of the CROSS-STORM project that aims at developing a numerical-experimental procedure for evaluating the risk of a road accident due to crosswind generated by a thunderstorm. In particular the contribution of this thesis is to calibrate a driver controller using experimental tests and to analyse the influence of diverse parameters in the stability of the vehicle. The study combines experimental and numerical approaches. Data collected from a driving simulator campaign were used to quantify vehicle response through selected risk indices describing lateral stability and load transfer. Based on these results, the vehicle control system was calibrated to ensure realistic dynamic behaviour. A systematic sensitivity analysis was then conducted to evaluate the influence of wind magnitude and direction across multiple operating conditions. The outcomes of the analysis allowed the identification of relevant parameters influencing vehicle stability under crosswind conditions. The results showed that the risk level does not depend solely on wind intensity, but is also strongly affected by the vehicle trajectory and the dynamic interaction between driver and vehicle. A key outcome of this work is the validation and calibration of a driver controller capable of reliably reproducing vehicle behaviour under diverse wind and operating conditions. This validated simulation framework represents a consistent and robust tool for evaluating vehicle stability and crosswind response in different scenarios.

Fenomeni meteorologici avversi come temporali e downburst generano condizioni di vento non sinottiche caratterizzate da raffiche localizzate, di elevata intensità e rapidamente variabili. Sebbene tali eventi rappresentino una minaccia significativa per la sicurezza stradale, la maggior parte degli studi sull’interazione vento–veicolo si concentra su scenari sinottici o su venti moderati, lasciando un vuoto nella valutazione della stabilità del veicolo in presenza di disturbi di vento estremi e fortemente direzionali. La presente tesi si inserisce nel progetto CROSS-STORM, che mira a sviluppare una procedura numerico-sperimentale per la valutazione del rischio di incidente stradale dovuto a vento laterale generato da un temporale. In particolare, il contributo di questa tesi consiste nella calibrazione di un controllore del conducente mediante prove sperimentali e nell’analisi dell’influenza di diversi parametri sulla stabilità del veicolo. Lo studio combina approcci sperimentali e numerici. I dati raccolti durante una campagna con simulatore di guida sono stati utilizzati per quantificare la risposta del veicolo attraverso indici di rischio selezionati, descrittivi della stabilità laterale e del trasferimento di carico. Sulla base di tali risultati, il sistema di controllo del veicolo è stato calibrato al fine di garantire un comportamento dinamico realistico. È stata quindi condotta un’analisi di sensibilità sistematica per valutare l’influenza dell’intensità e della direzione del vento in diverse condizioni operative. I risultati dell’analisi hanno consentito di individuare parametri rilevanti che influenzano la stabilità del veicolo in condizioni di vento laterale. È emerso che il livello di rischio non dipende esclusivamente dall’intensità del vento, ma è fortemente influenzato anche dalla traiettoria del veicolo e dall’interazione dinamica tra conducente e veicolo. Un risultato fondamentale di questo lavoro è la validazione e calibrazione di un controllore del conducente in grado di riprodurre in modo affidabile il comportamento del veicolo in diverse condizioni di vento e di esercizio. Il framework di simulazione così validato rappresenta uno strumento coerente e robusto per la valutazione della stabilità del veicolo e della risposta al vento laterale in differenti scenari.