Le contrôle global du châssis a fait récemment l'objet d'une attention particulière. Cela serait motivé surtout par l’approche des véhicules entièrement autonomes. Ces véhicules, en particulier le niveau 5 d’automatisation SAE (J3016), devraient remplacer le conducteur humain dans presque toutes les situations. Le véhicule automatisé devrait être capable de gérer en harmonie des situations couplées où sont intégrés le contrôle longitudinal, latéral et éventuellement vertical. Pour ce faire, le véhicule dispose de plusieurs systèmes intégrés par axe de contrôle. En effet, les équipementiers automobiles et les nouveaux acteurs de l'industrie automobile proposent continuellement de nouvelles solutions pour satisfaire des performances bien spécifiques. Le constructeur automobile doit quant à lui coordonner différents sous-systèmes provenant de différentes parties prenantes afin de garantir une expérience de conduite fiable et confortable. Jusqu'à présent, les constructeurs automobiles privilégiaient des solutions simples consistant à ajouter une couche de coordination en aval des sous-systèmes concurrents afin de limiter les potentiels conflits. La plupart des stratégies adoptées consistent à prioriser un système par rapport à un autre en fonction de certains scénarios conflictuels prévisibles. Les véhicules autonomes ont besoin de sous-systèmes supplémentaires pour fonctionner en toute sécurité. Ainsi, les interactions entre les sous-systèmes s'amplifieront au point de devenir imprévisibles. Cette thèse met l'accent sur l'approche de coordination qui devrait être adoptée par les véhicules du futur. En particulier, la couche de coordination est déplacée en amont des sous-systèmes autonomes pour assurer une distribution de commande optimale. Cette couche agit comme un superviseur basé sur des algorithmes d'allocation optimale du contrôle. La synthèse des correcteurs repose sur les théories du contrôle robuste permettant de faire face aux changements environnementaux et aux incertitudes paramétriques et dynamiques du véhicule. Les résultats ont d’abord montré que même en ce qui concerne les véhicules actuels, l’approche en amont peut offrir des avantages supplémentaires pour ce qui est de la résolution de problèmes à objectifs multiples. En outre, l’approche en amont permet de coordonner les sous-systèmes des véhicules présentant une sur-actionnement plus élevé. La tolérance aux pannes peut être assurée entre des systèmes de châssis complètement différents, et des objectifs qualitatifs, s'ils sont rigoureusement formalisés, peuvent être satisfaits. Plus les sous-systèmes seront nombreux à l'avenir, plus l'approche en amont deviendrait pertinente pour le contrôle du mouvement des véhicules. Nous espérons que les avantages conséquents présentés dans cette thèse grâce à une approche de coordination en amont optimale encourageraient les constructeurs automobiles et leurs équipementiers à opter pour des solutions plus ouvertes, à proposer ensemble les normalisations nécessaires et accélérer ainsi le développement des véhicules autonomes. / A large interest has been given recently to global chassis control. One of the main reasons for this would be the approach of fully autonomous vehicles. These vehicles, especially the SAE (J3016) level 5 of automation, are expected to replace the human driver in all situations. The automated vehicle should be able to manage coupled situations in harmony where longitudinal control, lateral control, and eventually vertical control are involved. To do so, the vehicle has more than one embedded system per control axis. Equipment suppliers and new entering automotive actors are continually proposing new solutions to satisfy a specific performance required from future passenger cars. Consequently, the car manufacturer has to coordinate different subsystems coming from different stakeholders to ensure a safe and comfortable driving experience. Until these days, car manufactures favoured simple solutions consisting on adding a coordination layer downstream the competing subsystems in order to mitigate eventual conflicts. Most of strategies adopted consist on prioritizing one system over another depending on predictable conflicting scenarios. Autonomous vehicles need additional subsystems to operate safely. Interactions between these subsystems will increase to the point of becoming unpredictable. This thesis focus on the coordination approach that should be adopted by future vehicles. Particularly, the coordination layer is moved upstream the standalone subsystems to ensure an optimal control distribution. This layer acts as a supervisor depending on optimization-based control allocation algorithms. The control synthesis is based on robust control theories to face environmental changes and the vehicle’s parameters and dynamics uncertainties. Results showed first that even regarding today’s vehicles, the upstream approach can offer additional advantages when it comes to multiple objectives problems solving. In addition, the upstream approach is able to coordinate subsystems of vehicles with a higher over-actuation. Fault-tolerance can be ensured between completely different chassis systems, and qualitative objectives, if rigorously formalized, can be satisfied. The more numerous subsystems will get in the future, the more relevant the upstream approach would become to vehicle motion control. We expect that the important benefits shown in this thesis thanks to an optimal upstream coordination approach would encourage car manufacturers and equipment to switch towards more open solutions, propose together the necessary standardizations, and accelerate the autonomous vehicles development.

Passenger safety and comfort are important aspects in the process of vehicle development. The world is heading towards developing the safest possible vehicle on the road. Using vehicle motion control functions is one of the ways to enhance vehicle stability. These motion control functions need to be developed in an energy optimised way. By complementing some of the development process with virtual models, both the development time and cost could be minimised. Hence, a sustainable way of control function development could be achieved. In order to verify, validate and calibrate vehicle motion control functions, an accurate model of the virtual vehicle is required. Hence, a research question on how good the virtual model needs to be for the purpose has been addressed. This report suggests a framework in order to determine the capabilities of a virtual vehicle.In this report, a comparison study has been carried out by exciting the real car and virtual model of a Volvo XC90 with a focus of covering the six degrees of freedom (Yaw, pitch, roll, longitudinal, lateral and vertical). A semi automated framework that possesses the capability of automating the testing in a virtual platform has been established. From the test results, the virtual vehicle capabilities were determined. Further, in the second part of the report, an example use case has been considered by taking two calibration sets of Electronic stability control (ESC) system in order to verify the previously established framework.The analysis includes various levels of plant and controller complexity such as Model-in-loop, Software-in-loop and Hardware-in-loop and on two different road surfaces, low friction and high friction. From the observations, the virtual models considered correlates well for the purpose of verification and validation. However, for the purpose of calibration, the models need to be fine-tuned in the virtual platform. Furthermore, the correlation on low friction road surface could be improved by simulating the tests using an advanced tyre model. Overall, this study helps in choosing the correct complexity of various subsystems in a vehicle for the purpose of verification, validation and calibration of vehicle motion control functions. / Passagerarsäkerhet och komfort är viktiga aspekter i utvecklingen av ett fordon. Världen är på väg mot att utveckla säkraste möjliga fordon på vägen. Användning av fordonetse rörelsekontrollfunktioner är ett av sätten att förbättra fordonets stabilitet. Dessa rörelsekontrollfunktioner måste utvecklas på ett energioptimerat sätt. Genom att komplettera en del av utvecklingsprocessen med virtuella modeller kan både utvecklingstid och kostnad minimeras. Därför kan ett hållbart sätt att utveckla funktionerna för kontrollfunktioner uppnås. För att verifiera, validera och kalibrera fordonets rörelsekontrollfunktioner krävs en detaljerad modell av ett virtuellt fordon. Därför har en forskningsfråga om hur bra den virtuella modellen måste vara för ändamålet behandlats. Denna rapport föreslår ett ramverk för att bestämma funktionerna hos virtuella fordon.I denna rapport har en jämförelsestudie genomförts genom att excitera den verkliga bilen och den virtuella modellen av en Volvo XC90 med fokus på att täcka de sex frihetsgraderna (gir, nick, roll, längs, lateral, vertikal). Ett semi-automatiserat ramverk som har förmågan att automatisera testningen i en virtuell plattform har skapats. Från testresultaten bestämdes de virtuella fordonsfunktionerna. Vidare har i den andra delen av rapporten ett exempel på användningsfall beaktats genom att man tar två kalibreringsuppsättningar av ESC-system (Electronic Stability Control) för att verifiera det tidigare etablerade ramverket.Analysen innefattar olika nivåer av modell- och styrenhetskomplexitet såsom Model-in-loop, Software-in-loop och Hardware-in-loop och på två olika vägytor, låg friktion och hög friktion. Enligt observationerna är de virtuella modellerna väl korrelerade för verifiering och validering. För kalibreringen måste dock modellerna finjusteras på den virtuella plattformen. Dessutom kunde korrelationen på lågfriktionsvägytan förbättras genom att simulera testerna med hjälp av en avancerad däckmodell. Sammantaget hjälper den här studien att välja rätt komplexitet hos olika delsystem i ett fordon för verifiering, validering och kalibrering av fordonets rörelsekontrollfunktioner.

The transport industry is experiencing a disruption as fully autonomous vehicles are introduced in traffic. The intelligent, driverless vehicles will reduce cost, liberate human effort and increase safety. Today, the hardware technology seems to have reached the required processing power, but the decision-making algorithm still has a long way to go until they’re proven to be road-safe. Among these is the problem of lateral path tracking control. This thesis will consider the lateral control problem with the goal to send the right signal to the steering actuators so that the vehicle follows a predetermined trajectory. The vehicle in question is a triaxial, rigid, electric truck with active steering on both front and rearmost wheels. With servo latency and large inertial parameters in mind, a highly accurate model of the lateral and yaw behavior must be identified in order to predict the vehicle dynamics for a given steering input. Then, the properties of an optimal lateral controller are iteratively improved until a sufficiently low tracking error is obtained. Lastly, the controller is tuned to guarantee robustness for a range of uncertain vehicle parameters. The derived triaxial model with servo actuation is proven to be better at predicting the vehicle dynamics compared to other models common in literature with only one active steering input. When constructing a lateral controller, the importance was shown of considering 1) state feedback control of the lateral error, 2) feedforward control operating on future road curvature, 3) integrating control which combats biases and model errors, 4) using a tailored triaxial model and 5) minimizing the control signal change. Lastly, the derived controller was shown to have a decent stability margin with respect to estimated uncertainties. / Transportbranschen är i ett skifte då helt autonoma fordon införs i trafiken. De intelligenta, förarlösa fordonen minskar kostnader, ökar säkerheten och låter oss människor syssla med annat. Idag verkar det som att hårdvarutekniken har den processorkraft som behövs men de beslutsfattande algoritmerna har fortfarande en lång väg att gå tills de har visat sig vara helt vägsäkra. Bland dessa är problemet med lateral styrningskontroll som kommer ses över i denna avhandling. Fordonet i fråga är en rigid lastbil med tre hjulaxlar och aktiv styrning på både de främre och bakersta hjulen. Med tanke på servofördröjningar och de stora tröghetsparametrarna måste en noggrann modell av dynamiken identifieras för att förutspå responsen för en viss styrvinkel. Därefter utvecklas en optimal lågnivåregulator iterativt tills ett tillräckligt lågt spårningsfel erhållits. Slutligen ställs regulatorn in för att garantera robusthet för ett set av osäkra fordonsparametrar Den härledda triaxialmodellen med servostyrning var bevisbart bättre på att förutspå fordonsdynamiken jämfört med andra modeller som återkommer frekvent i litteraturen. Vid regulatorkonstruktionen påvisades vikten av att överväga 1) återkoppling av laterala felet, 2) förhandsgranskning som tittar på den kommande vägkrökningen, 3) integrering av styrfelet som åtgärdar modellfel, 4) en skräddarsydd fordonsmodell med tre axlar och 5) minimering av ändringen utav kontrollsignalen. Slutligen visades den härledda regulatorn ha en skaplig stabilitetsmarginal gentemot uppskattade osäkerheter av parametrar.

The aim of the project is to design an active safety system forpassenger vehicles for mitigating secondary collisions after an initialimpact. The control objective is to minimize the lateral deviationfrom the known original path while achieving a safe heading angle afterthe initial collision. A hierarchical controller structure is proposed:the higher layer is formulated as a linear time varying model predictivecontroller that denes the virtual control moment input; the lowerlayer deploys a rule-based controller that realizes the requested moment.The designed control system is then tested and validated inSimulink as well as in IPG CarMaker, a high delity vehicle dynamicssimulator. / Syftet med projektet är att för personbilar designa ett aktivtsäkerhetssystem för att undvika följdkollisioner efter en första kollision.Målet är att minimera den laterala avvikelsen från den ursprungligafärdvägen och att samtidigt uppnå en säker kurs efter den första kollisionen.En hierarkisk regulatorstruktur föreslås. Det övre skiktet iregulatorn är formulerat som en linjär tidsvarierande modell prediktivkontroller som definierar den virtuella momentinmatningen. Det nedreskiktet använder en regelbaserad regulator som realiserar det begärdamomentet. Det konstruerade styrsystemet testades och validerades sedani Simulink samt i IPG CarMaker, en simulator med hög precisionför fordonsdynamik.