Trajectory planning and control for high-performance autonomous vehicles

The problem of high-performance autonomous driving has gained significant attention in recent years, driven by advancements in vehicle technology and the increasing demand for autonomous systems. The real-world applications of high-performance autonomous vehicles are often found in racing scenarios, where vehicles are required to operate at the limits of their capabilities while maintaining safety and reliability. The ability of autonomous vehicles to behave correctly in these challenging conditions is the perfect proving ground for the development of safe and efficient autonomous driving technologies that can later be transferred to everyday driving scenarios. In this work, we focus on the trajectory planning and control aspects of high-performance autonomous driving for both fourwheeled and two-wheeled vehicles. The trajectory planning and tracking challenges are strictly related with respect to one another: the planned trajectory must be feasible and trackable by the vehicle, while the control strategy can not be expected to work properly if the planned trajectory is not suitable for the vehicle dynamics. Therefore, the theme of codesigning planning and control is addressed, to assess its advantages with respect to classical decoupled approaches. Furthermore, solutions to both the planning and control problems are proposed on four-wheeled vehicles and twowheeled vehicles, highlighting the specific challenges of each development platform.

Il problema della guida autonoma ad alte prestazioni ha ricevuto notevole attenzione negli ultimi anni, grazie ai progressi nella tecnologia dei veicoli e alla crescente domanda di sistemi autonomi. Le applicazioni reali dei veicoli autonomi ad alte prestazioni si trovano spesso in scenari di gara, nei quali i veicoli devono operare al limite delle proprie capacità mantenendo al tempo stesso sicurezza e affidabilità. La capacità dei veicoli autonomi di comportarsi correttamente in queste condizioni impegnative rappresenta il banco di prova ideale per lo sviluppo di tecnologie di guida autonoma sicure ed efficienti, che possano successivamente essere trasferite agli scenari di guida quotidiana. In questo lavoro ci concentriamo sugli aspetti di pianificazione della traiettoria e di controllo nella guida autonoma ad alte prestazioni, sia per veicoli a quattro ruote sia per veicoli a due ruote. Le sfide legate alla pianificazione e all’inseguimento della traiettoria sono strettamente correlate tra loro: la traiettoria pianificata deve essere realizzabile e inseguibile dal veicolo, mentre non ci si può aspettare che la strategia di controllo funzioni correttamente se la traiettoria pianificata non è adatta alla dinamica del veicolo. Pertanto, viene affrontato il tema della co-progettazione di pianificazione e controllo, al fine di valutarne i vantaggi rispetto agli approcci classici disaccoppiati. Inoltre, vengono proposte soluzioni sia ai problemi di pianificazione sia a quelli di controllo per veicoli a quattro ruote e a due ruote, evidenziando le sfide specifiche di ciascuna piattaforma di sviluppo.