Testowanie wybranych funkcji jazdy autonomicznej samochodu w warunkach laboratoryjnych, na przykładzie stanowiska dla czujnika kąta kierownicy w systemie Steer-by-Wire

Abstract

Niniejsza rozprawa doktorska porusza problem ograniczonej możliwości testów i walidacji funkcji automatyzacji jazdy kompletnego samochodu w ruchu drogowym. Dlatego jako etap pośredni zaproponowano testy i walidację kompletnego pojazdu w laboratorium. Do tego celu wymagana jest symulacja świata zewnętrznego w taki sposób, aby samochód miał wrażenie jazdy w rzeczywistych warunkach. Aby to osiągnąć, przeprowadzono kompleksowy i systematyczny przegląd czujników i systemów samochodu, w celu zidentyfikowania, które z nich i w jakim stopniu biorą udział w automatyzacji jazdy. Dodatkowo zostały zbadane zjawiska fizyczne wykorzystywane przez powyższe czujniki i systemy, w celu ewentualnego zaproponowania zasady działania urządzeń stymulujących. Następnie został wykonany przegląd dostępnych na rynku urządzeń oraz oprogramowania wykorzystywanego do bezprzewodowego stymulowania wyżej wymienionych czujników i systemów, w celu określenia aktualnego stanu wiedzy, możliwości technicznych i luki technologicznej, będącej przeszkodą w stworzeniu laboratoryjnego stanowiska testowego dojazdy autonomicznej. Zidentyfikowano najważniejsze składowe laboratoryjnego stanowiska testowego do pojazdu w pętli i opisano zasadę jego działania. Dodatkowo wykonano przegląd rodzajów i typów hamowni dynamometrycznych, pod kątem wybrania najlepszego rozwiązania do symulowania oporów ruchu, podczas wirtualnych jazd testowych. W części praktycznej, w oparciu o wirtualne jazdy testowe, zaprojektowano, stworzono i zweryfikowano, pierwsze tego typu stanowisko testowe, działające w pętli zamkniętej, do weryfikacji czujnika kąta kierownicy. Zbadano wpływ czujnika na samochód z układem kierowniczym typu Steer-by-Wire (SbW). This doctoral dissertation addresses the problem of the limited ability to test and validate the driving automation function of a complete car in traffic. Therefore, testing and validation of a complete vehicle in the laboratory has been proposed as an intermediate step. For this purpose, simulation of the outside world in the laboratory is required in such a way that the car has the impression of driving in real conditions. To achieve this goal, a comprehensive and systematic review of the car's sensors and systems was conducted to identify which of them are involved in driving automation and to what extent. In addition, the physical phenomena used by the above sensors and systems have been studied to propose a principle for stimulating devices. Next, a review of commercially available devices and software used for wireless stimulation of the sensors and systems was made, to determine the current state of knowledge, technical capabilities and the technological gap that is an obstacle to the creation of a laboratory test bed for autonomous driving. The most important components of a laboratory test bed for a vehicle-in-the-loop were identified and the principle of its operation was described. In addition, a review of dynamometer types was performed to select the best solution for simulating motion resistance during virtual test drives. In the practical part, based on virtual test drives, a first- of-its-kind closed-loop test stand was designed, created and verified for verification of the steering angle sensor. The effect of the sensor on a Steer-by-Wire (SbW) car was investigated.