Drive-by-wire control for the longitudinal motion of an autonomous electric vehicle
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2022-01-24
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
79+6
Series
Abstract
This thesis work aims to develop a drive-by-wire control system further by re-designing the longitudinal motion controller of the vehicle, which acts as a part of the autonomous driving system retrofitted to an electric vehicle. The system development is done in order to achieve a more accurate control behavior, especially on inclined roads, and to meet continuously higher desires and requirements in the field of passenger comfortability and safety. The low-level control system developed in this work is expected to be able to control longitudinal motion of an electric vehicle safely according to the driving commands given by the autonomous driving control unit. The development of the longitudinal motion control system is approached by creating a model of the vehicle dynamics considering longitudinal motive forces and resistive forces of driving. For the vehicle dynamic model, the vehicle characteristics are widely studied in this work. The dynamic model is then used in a simulation environment to test and develop the control system. A simulation model is built to achieve a possibility to study vehicle behavior widely in different driving situations during different phases of controller development. Two control systems are developed within this work and their performance is evaluated in comparison with a simple closed-loop speed PID control system. Three control systems are comprehensively tested in the simulation environment in order to evaluate their performance for autonomous driving in different driving environments. The evaluation is done in terms of control accuracy and drive comfortability. In the simulation environment, according to testing results, the control systems developed within this thesis work reached an improved control performance and drive comfortability in comparison to the speed PID control method. The development of the proposed control methods will be continued in real-world conditions with a real autonomous vehicle, which was beyond the scope in this thesis.Tämän diplomityön päämääränä on kehittää säädin autonomisen sähkökäyttöisen ajoneuvon pitkittäisliikettä hallinoivan järjestelmän ohjaukseen. Säädin toimii osana sähkökäyttöiseen ajoneuvoon asennettua autonomisen ajamisen mahdollistavaa drive-by-wire järjestelmää. Säätimen kehityksen tavoitteina on saavuttaa tarkempi ajoneuvon ohjauskäyttäytyminen niin kaltevissa tieolosuhteissa kuin myös turvallisuuden ja ajomukavuuden kannalta. Tässä työssä kehitetyn ohjaimen odotetaan kykenevän hallitsemaan sähkökäyttöisen ajoneuvon pitkittäissuuntaista liikettä turvallisesti autonomisen ajamisen ohjainyksikön komentojen mukaisesti. Säätimen kehitystä on lähestytty luomalla ajoneuvon dynaaminen malli, jo-ka ottaa huomioon sekä ajoneuvoon kohdistuvat vastavoimat että liikettä edistävät voimat. Mallin luonnin mahdollistamiseksi, on ajoneuvon ominaisuuksia tutkittu laajalti tämän työn puitteissa. Luotua ajoneuvon dynaamista mallia käytetään työssä simulointiympäristössä niin ajoneuvon käyttäytymisen kuin myös säätimen kehitykseen ja suorituskyvyn testaamiseen. Simulaatiomallin avulla voidaan mahdollistaa vaivaton ja kustannustehokas tapa säätöjärjestelmän sekä ajoneuvon käyttäytymisen testaamiseen erilaisissa ajo-olosuhteissa. Työssä on kehitetty kaksi erillistä säätöjärjestelmää, joiden suorituskykyä arvioidaan verraten yksinkertaisen takaisinkytketyn PID nopeussäätimen suorituskykyyn. Säätöjärjestelmän testaus suoritetaan simulointiympäristössä, jotta suorituskykyä autonomisen ajamisen kannalta voidaan arvioida laajasti erilaisissa ajo-olosuhteissa. Työssä kehitetyillä säätömenetelmillä saavutettiin simulointiympäristössä suoritettujen testaustulosten valossa tarkempi säädön tarkkuus, sekä korkeampi ajomukavuus kuin PID nopeussäätimen avulla. Tässä työssä ehdotettujen säätömenetelmien kehitystä tullaan jatkamaan reaaliolosuhteissa oikean autonomisen ajoneuvon kanssa, jota ei sisällytetty tämän työn laajuuteen.Description
Supervisor
Hinkkanen, MarkoThesis advisor
Suomela, JussiKangasrääsiö, Antti
Keywords
autonomous vehicle, autonomous driving, low-level control, speed control, drive-by-wire