Integrated Path-tracking and Control Allocation Controller for Autonomous Electric Vehicle under Limit Handling Condition

In current literature, a number of studies have separately considered path-tracking (PT) control and control allocation (CA) method, but few of studies have integrated them together. This study proposes an integrated PT and CA method for autonomous electric vehicle with independent steering and driving actuators in the limit handling scenario. The high-level feedback PT controller can determine the desired total tire forces and yaw moment, and is designed to guarantee yaw angle error and lateral deviation converge to zero simultaneously. The low-level CA method is formulated as a compact quadratic programming (QP) optimization formulation to optimally allocate individual control actuator. This CA method is designed for a prototype experiment electric vehicle with particularly steering and driving actuator arrangement. The proposed integrated PT controller is validate through numerical simulation based on a high-fidelity CarMaker model on highspeed limit handling scenario

A Computationally Efficient Path Following Control Strategy of Autonomous Electric Vehicles with Yaw Motion Stabilization

his paper proposes a computationally efficient path following control strategy of autonomous electric vehicles (AEVs) with yaw motion stabilization. First, the nonlinear control-oriented model including path following model, single track vehicle model, and Magic Formula tire model, are constructed. To handle the stability constraints with ease, the nonlinear model predictive control (NMPC) technique is applied for path following issue. Here NMPC control problem is reasonably established with the constraints of vehicle sideslip angle, yaw rate, steering angle, lateral position error, and Lyapunov stability. To mitigate the online calculation burden, the continuation/ generalized minimal residual (C/GMRES) algorithm is adopted. The deadzone penalty functions are employed for handling the inequality constraints and holding the smoothness of solution. Moreover, the varying predictive duration is utilized in this paper so as to fast gain the good initial solution by numerical algorithm. Finally, the simulation validations are carried out, which yields that the proposed strategy can achieve desirable path following and vehicle stability efficacy, while greatly reducing the computational burden compared with the NMPC controllers by active set algorithm or interior point algorithm

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