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http://hdl.handle.net/1843/BUOS-99GG4S| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Modelagem longitudinal e controle de velocidade de um carro autônomo |
| Authors: | Jullierme Emiliano Alves Dias |
| First Advisor: | Guilherme Augusto Silva Pereira |
| First Referee: | Reinaldo Martinez Palhares |
| Second Referee: | Leonardo Antonio Borges Torres |
| Third Referee: | Fabricio Jose Pacheco Pujatti |
| Abstract: | Um carro autônomo é um tipo de veículo inteligente capaz de se locomover sem a necessidade de um motorista. Carros autônomos estão, certamente, inseridos no futuro da mobilidade, uma vez que sua utilização traz diversos benefícios para a sociedade, entre eles o aumento da segurança dos usuários e a melhor utilização das vias públicas. Assim, estes veículos tem sido o foco de atenção de diversos centros de pesquisa ao redor do mundo. O controle do movimento de carros autônomos é comumente dividido em controle lateral e controle longitudinal. O primeiro está relacionado com a atuação da direção,com o intuito de fazê-los seguir trajetórias predeterminadas; enquanto que o segundo se refere ao controle que envolve a aplicação de forças de aceleração e frenagem. Neste trabalho é tratado o segundo tipo, especificamente a regulação da velocidade longitudinal. Em geral, há duas formas comuns de se realizar o controle longitudinal. Uma se dáatravés da imitação da forma humana de dirigir, geralmente utilizando lógica nebulosa, em que não há necessidade de um conhecimento profundo da dinâmica do sistema a ser controlado. A outra forma, que é a utilizada neste trabalho, é a realização do controle com base em um modelo matemático da dinâmica do veículo. Esta dissertação apresenta os processos de modelagem e controle da dinâmica longitudinal do carro autônomo desenvolvido pelo Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento de Veículos Autônomos da UFMG. Os principais elementos que compõem esta dinâmica consistem no conjunto motor-transmissão e carroceria, cujo comportamento geral é não linear. A obtenção do modelo para a entrada de acelerador foi baseada na estrutura definida pelas equações da física do carro, cujos parâmetros foram estimados por meio de técnicas de identificação estocástica que utiliza dados experimentais de ensaios realizados exclusivamente para este fim. O modelo foi utilizado na concepção do controlador, como forma de compensar as não linearidades da dinâmica do carro. Além disso, o uso de uma ação proporcional e integrativa relacionado ao erro de velocidade teve o objetivo de amenizar as diversas perturbações que incidem sobre a planta. A atuação do freio é realizada mediante uma lógica de chaveamento, similar ao processo de dirigir realizado por humanos. Ainda neste trabalho é proposta uma forma de compensar as mudanças abruptas na dinâmica longitudinal causadas pelas trocas de marchas, que ocorrem quando a alavanca de câmbio está selecionada em modo automático. A validação, tanto do modelo quanto do controlador, foi realizada por meio de simulações computacionais e experimentos reais, partindo das situações simples e chegando a umcontexto mais completo. Discussões foram proferidas ao fim deste trabalho acerca dos resultados apresentados, apontando os sucessos e as deficiências dos modelos e controladores encontrados. |
| Abstract: | An autonomous car is an intelligent vehicle able to drive itself without human intervention. Autonomous cars are certainly inserted in the future of mobility, once its use brings several benefits to the human society, among them the increasing in safety and best use of public roads. Thus, these vehicles have been the focus of attention of several research centers around the world. The motion control of autonomous cars is usually divided into lateral and longitudinal control. The first one is related to the steering of vehicle to follow previously determined paths; whereas the second one refers to the application of acceleration and braking forces. This work is related to the second, specifically the regulation of the longitudinal velocity. Generally, there are two ways to perform the longitudinal control. One is through imitation of the human driving behavior; usually using fuzzy logic, where there is no need of a thorough understanding of the systems dynamics. The other way, which is used inthis work, is to perform control based on a mathematical model of the system. This master thesis presents the dynamic modeling and longitudinal control processes of the autonomous car developed by the PDVA (Group for Research and Development of Autonomous Vehicles at UFMG). The main elements composing the longitudinal dynamics are the powertrain and the body shell of the car, whose general behavior is nonlinear. The model for the accelerator input was based on the structure defined by the physical equations of the car, whose parameters were estimated through stochastic identification techniques. The model was used on the controller, as a way to compensate the nonlinearities of the car dynamics. Furthermore, the use of a proportional and integrativeactions related to the velocity error had the objective of attenuating the multiple disturbances that affect the plant. The brake and throttle actuations were performed through a switching logic, similar to the one in the human driving process. Also, in this work we propose a way to compensate for abrupt changes in the longitudinal dynamics caused bygear changes that occur when the gearshift lever is in automatic mode.The validation of both the model and controller were conducted by computer simulations and real experiments, starting from simple situations toward a more complete context. Discussions were made at the end of this text, pointing out the successes and shortcomings of models and designed controllers. |
| Subject: | Engenharia elétrica Veículos autônomos |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-99GG4S |
| Issue Date: | 22-Apr-2013 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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