• pianificazione della traiettoria
• non linear model predictive control
• NMPC
• guida autonoma
• motion planning
• clotoidi
• controllo predittivo non linear
• autonomous driving
• clothoids
• Roborace

In questo lavoro di tesi si descrivono lo sviluppo, la prototipazione e la verifica sperimentale di un sistema di controllo di sterzo e forza (di trazione e di frenatura) per la guida autonoma di livello 5 di veicoli da competizione. Lo scenario considerato è quello delle piste da corsa, all’interno del quale è possibile sperimentare in sicurezza sistemi innovativi di controllo, come quello proposto, in condizioni limiti di aderenza per la ricerca delle prestazioni massime in fase di gara.
La tesi illustra il contributo offerto dal laureando per lo sviluppo e l'implementazione di un pilota autonomo nell'ambito del progetto Roborace, che ha coinvolto un Team dell'Università di Pisa nato all’interno del Centro di Ricerca E. Piaggio come primo in Italia e fra i primi al mondo a realizzare questo tipo di sperimentazioni nelle condizioni che saranno descritte.
Il lavoro presenta la descrizione del modello del veicolo monotraccia, ritenuto il più appropriato per essere utilizzato come modello di riferimento, nell'ottica dell'applicazione di un controllo model-based. Si propone inoltre una procedura che ha come obiettivo la ricerca di una traccia di riferimento, o racing line, in un tracciato noto; la procedura è basata sulla costruzione di un grafo topologico della pista ed è volta a trovare il percorso clotoidale in grado di ottimizzare il profilo di curvatura, in relazione alla velocità massima sostenibile dalla vettura, allo scopo di minimizzare il tempo sul giro.
Si introduce il problema della localizzazione e si illustra il progetto di uno stimatore, basato su un filtro di Kalman esteso, che integri le informazioni dei sensori inerziali e non inerziali per stimare la posizione della vettura in pista.
Si giunge infine alla parte centrale del lavoro di tesi che ha riguardato lo sviluppo, l'implementazione ed il test di un sistema di controllo predittivo basato su modello, adatto all’utilizzo in tempo reale. Il sistema, basato su una procedura di ottimizzazione non lineare, valuta un'azione combinata di sterzo e forza longitudinale per condurre il veicolo lungo una traiettoria di riferimento precedentemente calcolata.
Il lavoro si conclude con una descrizione dei risultati sperimentali ottenuti durante le sessioni di test e uno sguardo ai possibili sviluppi futuri.