Method of Autonomous Vehicle Control Using Simplified Reference Models and Regulators

• Autorzy: Faryński Jakub , Żardecki Dariusz , Dębowski Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.1647

Warianty tytułu

PL

Metoda sterowania pojazdem autonomicznym z wykorzystaniem uproszczonych modeli referencyjnych oraz regulatorów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study contains a conceptual solution of the control method for an autonomous vehicle based on a simplified reference model and controllers. The whole issue is considered on the example of the execution phase of the lane change manoeuvre, in which the well-known 4WS (Four-Wheel-Steering) bicycle model and Kalman regulators based on the LQR (Linear-Quadratic Regulator) technique were used. The overall developed control mechatronic system was subjected to simulation studies in Matlab&Simulink. The simulation results showed correct functioning of the entire mechatronic control system and allowed us to determine further research directions. The developed control method can also find application in military vehicles.

PL

Niniejsze opracowanie zawiera rozwiązanie koncepcyjne metody sterowania pojazdem autonomicznym w oparciu o uproszczony model referencyjny oraz regulatory. Całe zagadnienie jest rozważane na przykładzie fazy wykonawczej manewru zmiany pasa ruchu, w którym to wykorzystano powszechnie znany model rowerowy 4WS (Four-Wheel Steering) oraz regulatory Kalmana oparte na technice LQR (Linear-Quadratic Regulator). Całościowo opracowany mechatroniczny układ sterowania poddano badaniom symulacyjnym w programie Matlab&Simulink. Wyniki symulacji pokazały poprawne funkcjonowanie całego mechatronicznego układu regulacji oraz pozwoliły na określenie dalszych kierunków badań. Opracowana metoda sterowania może również znaleźć zastosowanie w pojazdach wojskowych.

Słowa kluczowe

EN

mechanical engineering; autonomous vehicle; 4WS vehicle; lane change process; bicycle model

PL

inżynieria mechaniczna; pojazd autonomiczny; pojazd 4WS; zmiana pasa ruchu; model rowerowy

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 14, Nr 4 (54)
• Strony: 37--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Faryński Jakub

• Military University of Technology, Warsaw, Poland; Wojskowa Akademia Techniczna, ul. Sylwestra Kaliskiego 2 00-908 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0001-6515-0921

autor

Żardecki Dariusz

• Military University of Technology, Warsaw, Poland; Wojskowa Akademia Techniczna, ul. Sylwestra Kaliskiego 2 00-908 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-3934-2150

autor

Dębowski Andrzej

• Military University of Technology, Warsaw, Poland; Wojskowa Akademia Techniczna, ul. Sylwestra Kaliskiego 2 00-908 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0003-1446-4415

Bibliografia

• [1] Czaplewski, Krzysztof, and Bartosz Czaplewski. 2022. „The Concept of Using the Decision-Robustness Function in Integrated Navigation Systems”. Sensors 22 (16) : 1-10.
• [2] Dębowski, Andrzej, Jakub J. Faryński, and Dariusz P. Żardecki. Reference models of 4WS vehicle lateral dynamics for the synthesis of steering algorithms. In book series Springer Proceedings in Mathematics & Statistics (in press).
• [3] Dębowski, Andrzej, Jakub J. Faryński, and Dariusz P. Żardecki. 2022. The bicycle model of a 4WS car lateral dynamics for lane change controller. In IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering.
• [4] Dębowski, Andrzej, Jakub J. Faryński, and Dariusz P. Żardecki. 2023. „The validity of sensors and model in the lane change controll process”. Sensors 23 (10) : 1-25.
• [5] Faryński, J. Jakub, Dariusz P. Żardecki, and Andrzej Dębowski. 2021. „Study of the problem and the idea of operation of four-wheel-steering cars”. The Archives of Automotive Engineering - Archiwum Motoryzacji 94 (4) : 39-59. [6] Faryński, J. Jakub, Andrzej Dębowski, Dariusz P. Żardecki. 2020. „Wstępne studium problematyki sterowania w samochodach 4WS,” Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej 69 (4) : 95-113.
• [7] Filipczyk, Jan. 2019. „Usterki samochodów w aspekcie zapewnienia bezpieczeństwa - wyniki badań prowadzonych w latach 1998 - 2018”. Autobusy 1 (2) : 195-198.
• [8] Furukawa, Yoshimi, Naohiro Yuhara, Shoichi Sano, Hideo Takeda, and Yoshinobu Matsushita. 1989. „A Review of Four-Wheel Steering Studies from the Viewpoint of Vehicle Dynamics and Control”. Vehicle System Dynamics: International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility 18 (1-3) : 151-186.
• [9] Gidlewski, Mirosław, Leszek Jemioł, Dariusz P. Żardecki. 2016. „Badania symulacyjne dynamiki procesu nagłego omijania przeszkody przez samochód”. The Archives of Automotive Engineering – Archiwum Motoryzacji 73 (3) : 31-46.
• [10] Gidlewski, Mirosław, Krzysztof Jankowski, Andrzej Muszyński, and Dariusz P. Żardecki. 2017. „Vehicle Lane Change Automation with Active Steering - Theoretical Studies and Numerical Investigations”. SAE Technical Papers 1555 : 1-11.
• [11] Russel, E.B. Holly, and J. Christian Gerdes. 2016. „Design of Variable Vehicle Handling Characteristics Using Four-Wheel Steer-by-Wire”. IEEE Transactions on Control Systems Technology 24 (5) : 1529-1540.
• [12] Safavi, Saeid, Mohammad Amin Safavi, Hossein Hamid, and Saber Fallah. 2021. „Multi-Sensor Fault Detection, Identification, Isolation and Health Forecasting for Autonomous Vehicles”. Sensors 21 (2547) : 1-23.
• [13] Spentzas, Konstantinos, Ibrahim Alkhazali, and Miroslav Demic. 2021. „Dynamics of four-wheel-steering vehicles”. Forschung im Ingenieurwesen 66 : 260-266.
• [14] Spentzas, Konstantinos, Ibrahim Alkhazali, and Miroslav Demic. 2021. „Kinematics of four-wheel-steering vehicles”. Forschung im Ingenieurwesen 66 : 211-216.
• [15] Stateczny, Andrzej, Witold Kazimierski, and Paweł Burdziakowski. 2022. „Sensors and System for Vehicle Navigation”. Sensors 22 (5) : 1723-1-6.
• [16] Stateczny, Andrzej Marta Włodarczyk-Sielicka, and Paweł Burdziakowski. 2021. „Sensors and Sensor's Fusion in Autonomous Vehicles”. Sensors 21 (19) : 6586-1-8.
• [17] Tourajizadeh, Hami, Mohsen Sarvari, and Sadegh Ordoo. 2020. „Modeling and Optimal Control of 4 Wheel Steering Vehicle Using LQR and its Comparison with 2 Wheel Steering Vehicle”. International Journal of Robotics 9 (1) : 20-32. [18] Wang, Yiyang, Neda Masoud, and Anahita Khojandi. 2021. „Real-Time Sensor Anomaly Detection and Recovery in Connected Automated Vehicle Sensors”. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems 22 (3) : 1411-1421.
• [19] Xia, Yuanqing, Min Lin, Jinhui Zhang, Mengyin Fu, Chunming Li, Shengfei Li, and Yi Yang. 2021. „Trajectory planning and tracking for four-wheel steering vehicle based on differential flatness and active disturbance rejection controller”. International Journal of Adaptive Control and Signal Processing 35 (11) : 2214-2244.
• [20] Żardecki P. Dariusz. 2007. Modelowanie luzu i tarcia oparte na odwzorowaniach luz(...) i tar(...) - podstawy teoretyczne i zastosowanie w symulacji drgań nieliniowych w układach kierowniczych samochodów (rozprawa habilitacyjna). Warszawa: Wojskowa Akademia Techniczna.
• [21] http://uncle-vova.com/card/jeffery-quad-nash-quad-log-trailer/. [Access: 31 October 2022].
• [22] https://motorgiga.com/fotos-de-coches/fotos-diccionario-cuatro-ruedas-directrices/gmx-niv186-con416947.htm. [Access: 04 November 2022].
• [23] https://www.edrmagazine.eu/the-scarabee-crawls-forward. [Access: 04 November 2022].

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).