Off-road path tracking control for autonomous driving

Nel contesto odierno, la guida autonoma in ambito militare ha un ruolo sempre più centrale per diverse ragioni. In primo luogo, vi è la considerevole riduzione del rischio per il personale: i veicoli militari autonomi possono sostituire i soldati nelle missioni di trasporto, sorveglianza e individuazione di ordigni esplosivi improvvisati, riducendo così l'esposizione dei militari a situazioni pericolose. Inoltre, si verifica un notevole miglioramento delle capacità operative poiché i veicoli militari con guida autonoma possono essere utilizzati ininterrottamente, senza la necessità di turni per il personale. Considerato tale scenario, nel presente lavoro di tesi si propone lo sviluppo di una logica di controllo di tipo LQR (Linear Quadratic Regulator ) per il path tracking di un veicolo militare autonomo. Infatti, il path tracking gioca un ruolo di primo piano nella guida autonoma, fornendo al veicolo la capacità di inseguire un percorso definito in precedenza da una logica di path planning. La tecnica di controllo scelta è ampiamente utilizzata nell'ambito dell'ingegneria dei sistemi e ha come obiettivo principale la gestione di sistemi dinamici, tipicamente sotto forma di equazioni differenziali, in modo da minimizzare un costo associato al controllo del sistema. Questo "costo" può rappresentare varie grandezze, nel nostro caso rappresenta gli stati connessi all'errore di posizione del veicolo rispetto ad una traiettoria di riferimento. Il primo passo ha riguardato l'analisi del modello di VTLM, nella sua versione 1.0, sul software IPG CarMaker con l'estrazione delle sue caratteristiche attraverso delle prove effettuate sul software stesso. Una volta eseguite le prove si è sviluppato un modello matematico della dinamica laterale del veicolo, poi linearizzato, e si sono formulate le quattro equazioni nello spazio degli stati tali da descrivere il comportamento laterale e l'errore rispetto ad una traiettoria di riferimento. Dalla formulazione matematica si è costruito un modello in Simulink al fine di assicurarsi del corretto funzionamento. La sua validazione è partita dal test di un modello a due equazioni, capace di descrivere solamente la dinamica laterale, e si è conclusa col test del modello completo a quattro stati. Una volta appurato il funzionamento si è iniziato lo sviluppo del controllo vero e proprio, che necessita di tre sottosistemi che devono definire: ˆ - le coordinate del veicolo; ˆ - i riferimenti; ˆ - gli stati. Il controllo è stato poi testato e tarato su Simulink e successivamente implementato su IPG CarMaker. Al termine del lavoro sono riportati i risultati ottenuti e le dovute considerazioni in merito, inserendo al termine dei possibili sviluppi futuri ritenuti utili al miglioramento di questa logica.