Vývoj trakčního systému autonomního vozu

Abstract

Tato práce se zaměřuje na vývoj, implementaci a ověření algoritmů pro autonomní formuli vyvinutou týmem eForce Prague Formula, učastnící se závodů Formula Student. Cílem je vylepšit stávající systémy vedení po trati a řízení dynamiky vozu, a zvýšit tak konkurenceschopnost týmu v oblasti autonomního závodění. První část je věnována vývoji dvoustopého matematického modelu vozidla, který umožňuje detailní analýzu chování vozidla. Model předpokládá rovinný pohyb vozidla a zahrnuje nelineární charakteristiky vozidla, například modelování pneumatik pomocí vztahů odvozených Hansem B. Pacejkou, aby bylo možné simulovat přesné chování vozidla. Následující části popisují algoritmy řízení po trati a řízení dynamiky vozidla. Algoritmy vedení po trati využívají klíčové principy fungování většiny algoritmů vedení po trati, přičemž zahrnují odlišné strategie. Řízení dynamiky vozidla se skládá z kaskády regulátorů, přičemž nejnižší regulátor řídí rychlost otáčení každého kola. Využitím vztahu mezi rychlostí otáčení kola a poměrem prokluzu, je každé kolo řízeno na prokluz. Regulátory, které řídí rychlost a rychlost otáčivého pohybu vozidla, jsou laděny s ohledem na řízení prokluzu. Závěrečná část práce se zaměřuje na ověření navržených řídicích strategií a algoritmů v simulačním prostředí IPG Carmaker.

This thesis focuses on developing, implementing, and validating algorithms for the autonomous formula developed by eForce Prague Formula student team, attempting the Formula Student competition. The aim is to improve the current systems of path-tracking and vehicle dynamics controls to increase the competitiveness of the team in the field of autonomous racing. The first part is dedicated to developing a twin-track mathematical model of the vehicle that enables a detailed analysis of the vehicle’s behavior. The model assumes a planar motion of the vehicle and incorporates non-linear vehicle characteristics, such as tire modeling using equations derived by Hans B. Pacejka, to simulate the vehicle’s behavior accurately. The following sections describe the path-tracking control algorithms and vehicle dynamics controls. The path-tracking algorithms use the key working principles of most path-tracking algorithms while incorporating different strategies. The vehicle dynamics controls consist of a cascade of controllers, with the lowest controller controlling the rotational speed of each wheel. Utilizing the relationship between wheel rotational speed and slip ratio, each wheel is controlled on slip ratio. Controllers that control the velocity and yaw rate of the vehicle are tuned with respect to the slip control. The final part of the thesis focuses on the validation of the developed control strategies and algorithms in the IPG Carmaker simulation environment.