A survey on fractional order control techniques for unmanned aerial and ground vehicles

In recent years, numerous applications of science and engineering for modeling and control of unmanned aerial vehicles (UAVs) and unmanned ground vehicles (UGVs) systems based on fractional calculus have been realized. The extra fractional order derivative terms allow to optimizing the performance of the systems. The review presented in this paper focuses on the control problems of the UAVs and UGVs that have been addressed by the fractional order techniques over the last decade

Some remarks on wheeled autonomous vehicles and the evolution of their control design

Recent investigations on the longitudinal and lateral control of wheeled autonomous vehicles are reported. Flatness-based techniques are first introduced via a simplified model. It depends on some physical parameters, like cornering stiffness coefficients of the tires, friction coefficient of the road, ..., which are notoriously difficult to identify. Then a model-free control strategy, which exploits the flat outputs, is proposed. Those outputs also depend on physical parameters which are poorly known, i.e., the vehicle mass and inertia and the position of the center of gravity. A totally model-free control law is therefore adopted. It employs natural output variables, namely the longitudinal velocity and the lateral deviation of the vehicle. This last method, which is easily understandable and implementable, ensures a robust trajectory tracking problem in both longitudinal and lateral dynamics. Several convincing computer simulations are displayed.Comment: 9th IFAC Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles (Leipzig, Germany, 29.06.2016 - 01.07.2016

Lateral-Acceleration-Based Vehicle-Models-Blending for Automated Driving Controllers

Model-based trajectory tracking has become a widely used technique for automated driving system applications. A critical design decision is the proper selection of a vehicle model that achieves the best trade-off between real-time capability and robustness. Blending different types of vehicle models is a recent practice to increase the operating range of model-based trajectory tracking control applications. However, current approaches focus on the use of longitudinal speed as the blending parameter, with a formal procedure to tune and select its parameters still lacking. This work presents a novel approach based on lateral accelerations, along with a formal procedure and criteria to tune and select blending parameters, for its use on model-based predictive controllers for autonomous driving. An electric passenger bus traveling at different speeds over urban routes is proposed as a case study. Results demonstrate that the lateral acceleration, which is proportional to the lateral forces that differentiate kinematic and dynamic models, is a more appropriate model-switching enabler than the currently used longitudinal velocity. Moreover, the advanced procedure to define blending parameters is shown to be effective. Finally, a smooth blending method offers better tracking results versus sudden model switching ones and non-blending techniquesThis research was funded by AUTODRIVE within the Electronic Components and Systems for European Leadership Joint Undertaking (ECSEL JU) in collaboration with the European Union’s H2020 Framework Program (H2020/2014-2020) and National Authorities, under Grant No. 73746

A Systematic Survey of Control Techniques and Applications: From Autonomous Vehicles to Connected and Automated Vehicles

Vehicle control is one of the most critical challenges in autonomous vehicles (AVs) and connected and automated vehicles (CAVs), and it is paramount in vehicle safety, passenger comfort, transportation efficiency, and energy saving. This survey attempts to provide a comprehensive and thorough overview of the current state of vehicle control technology, focusing on the evolution from vehicle state estimation and trajectory tracking control in AVs at the microscopic level to collaborative control in CAVs at the macroscopic level. First, this review starts with vehicle key state estimation, specifically vehicle sideslip angle, which is the most pivotal state for vehicle trajectory control, to discuss representative approaches. Then, we present symbolic vehicle trajectory tracking control approaches for AVs. On top of that, we further review the collaborative control frameworks for CAVs and corresponding applications. Finally, this survey concludes with a discussion of future research directions and the challenges. This survey aims to provide a contextualized and in-depth look at state of the art in vehicle control for AVs and CAVs, identifying critical areas of focus and pointing out the potential areas for further exploration

Design and validation of decision and control systems in automated driving

xxvi, 148 p.En la última década ha surgido una tendencia creciente hacia la automatización de los vehículos, generando un cambio significativo en la movilidad, que afectará profundamente el modo de vida de las personas, la logística de mercancías y otros sectores dependientes del transporte. En el desarrollo de la conducción automatizada en entornos estructurados, la seguridad y el confort, como parte de las nuevas funcionalidades de la conducción, aún no se describen de forma estandarizada. Dado que los métodos de prueba utilizan cada vez más las técnicas de simulación, los desarrollos existentes deben adaptarse a este proceso. Por ejemplo, dado que las tecnologías de seguimiento de trayectorias son habilitadores esenciales, se deben aplicar verificaciones exhaustivas en aplicaciones relacionadas como el control de movimiento del vehículo y la estimación de parámetros. Además, las tecnologías en el vehículo deben ser lo suficientemente robustas para cumplir con los requisitos de seguridad, mejorando la redundancia y respaldar una operación a prueba de fallos. Considerando las premisas mencionadas, esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el diseño y la implementación de un marco para lograr Sistemas de Conducción Automatizados (ADS) considerando aspectos cruciales, como la ejecución en tiempo real, la robustez, el rango operativo y el ajuste sencillo de parámetros. Para desarrollar las aportaciones relacionadas con este trabajo, se lleva a cabo un estudio del estado del arte actual en tecnologías de alta automatización de conducción. Luego, se propone un método de dos pasos que aborda la validación de ambos modelos de vehículos de simulación y ADS. Se introducen nuevas formulaciones predictivas basadas en modelos para mejorar la seguridad y el confort en el proceso de seguimiento de trayectorias. Por último, se evalúan escenarios de mal funcionamiento para mejorar la seguridad en entornos urbanos, proponiendo una estrategia alternativa de estimación de posicionamiento para minimizar las condiciones de riesgo

Design and validation of decision and control systems in automated driving

xxvi, 148 p.En la última década ha surgido una tendencia creciente hacia la automatización de los vehículos, generando un cambio significativo en la movilidad, que afectará profundamente el modo de vida de las personas, la logística de mercancías y otros sectores dependientes del transporte. En el desarrollo de la conducción automatizada en entornos estructurados, la seguridad y el confort, como parte de las nuevas funcionalidades de la conducción, aún no se describen de forma estandarizada. Dado que los métodos de prueba utilizan cada vez más las técnicas de simulación, los desarrollos existentes deben adaptarse a este proceso. Por ejemplo, dado que las tecnologías de seguimiento de trayectorias son habilitadores esenciales, se deben aplicar verificaciones exhaustivas en aplicaciones relacionadas como el control de movimiento del vehículo y la estimación de parámetros. Además, las tecnologías en el vehículo deben ser lo suficientemente robustas para cumplir con los requisitos de seguridad, mejorando la redundancia y respaldar una operación a prueba de fallos. Considerando las premisas mencionadas, esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el diseño y la implementación de un marco para lograr Sistemas de Conducción Automatizados (ADS) considerando aspectos cruciales, como la ejecución en tiempo real, la robustez, el rango operativo y el ajuste sencillo de parámetros. Para desarrollar las aportaciones relacionadas con este trabajo, se lleva a cabo un estudio del estado del arte actual en tecnologías de alta automatización de conducción. Luego, se propone un método de dos pasos que aborda la validación de ambos modelos de vehículos de simulación y ADS. Se introducen nuevas formulaciones predictivas basadas en modelos para mejorar la seguridad y el confort en el proceso de seguimiento de trayectorias. Por último, se evalúan escenarios de mal funcionamiento para mejorar la seguridad en entornos urbanos, proponiendo una estrategia alternativa de estimación de posicionamiento para minimizar las condiciones de riesgo

A new model-free design for vehicle control and its validation through an advanced simulation platform

A new model-free setting and the corresponding "intelligent" P and PD controllers are employed for the longitudinal and lateral motions of a vehicle. This new approach has been developed and used in order to ensure simultaneously a best profile tracking for the longitudinal and lateral behaviors. The longitudinal speed and the derivative of the lateral deviation, on one hand, the driving/braking torque and the steering angle, on the other hand, are respectively the output and the input variables. Let us emphasize that a "good" mathematical modeling, which is quite difficult, if not impossible to obtain, is not needed for such a design. An important part of this publication is focused on the presentation of simulation results with actual and virtual data. The actual data, used in Matlab as reference trajectories, have been obtained from a properly instrumented car (Peugeot 406). Other virtual sets of data have been generated through the interconnected platform SiVIC/RTMaps. It is a dedicated virtual simulation platform for prototyping and validation of advanced driving assistance systems. Keywords- Longitudinal and lateral vehicle control, model-free control, intelligent P controller (i-P controller), algebraic estimation, ADAS (Advanced Driving Assistance Systems).Comment: in 14th European Control Conference, Jul 2015, Linz, Austria. 201