Modelling and control techniques for driving simulators

This thesis focuses on two main topics of driving simulators: vehicle dynamic modelling and motion platform control. For the first topic, the attention is placed on the suspension system, as this represents one of the most complicated vehicle subsystem. Three different simplified models are developed in order to reproduce the vehicle behaviour in a computational efficient way and compared in terms of accuracy and performance with respect to a reference multibody simulation model. The second topic is the design of a control algorithm for the motion platform used to simulate motions in the driving simulator. In particular a Model Predictive Controller (MPC) is developed in order to translate the outputs from the vehicle model simulations into commands to the platform actuators able to reproduce an equivalent motion for an immersive feeling to the driver. The two arguments of motion cueing and trajectory tracking are investigated both with classical and MPC control strategies.

Il lavoro di tesi affronta due aspetti principali dei simulatori di guida: le strategie di modellazione della dinamica del veicolo e il controllo della piattaforma mobile del simulatore. Per quanto riguarda il primo argomento, l'attenzione viene data alla modellazione del sistema di sospensione, in quanto questo e uno dei sotto sistemi più complessi da modellare. Sono stati sviluppati tre diversi modelli semplificati che riproducono fedelmente il modello complesso in maniera più efficiente dal punto di vista computazionale e sono stati confrontati in termini di accuratezza e prestazioni con il modello multibody. Il secondo argomento riguarda l'algoritmo di controllo della piattaforma usata per riprodurre il movimento del veicolo nel simulatore di guida. In particolare e stato sviluppato un Model Predictive Control (MPC) al fine di tradurre i segnali di uscita dal modello simulato in azioni di controllo per gli attuatori della piattaforma, in modo da riprodurre un movimento equivalente per fornire al guidatore una sensazione di guida coinvolgente. Gli argomenti di generazione e inseguimento di traiettoria verranno trattati entrambi secondo la logica di controllo classica e quella di tipo MPC.