Design and Development of an Auto-Steering System Control for Off-Road Vehicles

Abstract

ABSTRACT: In this thesis, a control method is developed to enhance the path tracking accuracy of an agricultural vehicle steering system. Therefore, in order to boost the mean error value, the lateral error of a farm tractor at the curvature transitions is minimized by introducing a second look-ahead reference point (LARP) to the conventional lateral deviation controller. Since automation and precision have been significant objectives in the recent studies of land vehicle guidance controllers, a reasonable trade-off has been sought to come up with a steering control system approach with respect to the modern farming operation needs, recent industrial developments, sophistication degree of the approach, reliability, manoeuvrability, accuracy, computational cost, implementation feasibility and sensitivity to variation of system parameters. Present study develops a simple automatic path tracking system to satisfy the typical requirements of an unmanned agricultural tractor application based on properties of two look-ahead reference points (LARPs) on the desired path. The main objective of the proposed control system is to track the desired path within reasonable tolerances of a typical farming process including considerable slippage. Since the path shape of the farm field depends strongly on the terrain and surrounding environment such as crop rows pattern, the curvature of the reference path is subject to change. Thus, the employed look-ahead reference points provide compensation for centrifugal forces and reduction of the peak lateral deviation due to curvature transition, using only simple arithmetic operations. Extensive numerical tests were carried out on the computer simulation of the system dynamics driven by the proposed control method. Simulation results indicate enhancements in vehicle manoeuvrability and reduction of peak lateral displacement error at the curvature transitions to one fifth of single LARP error. The proposed 2-LARP control strategy performs exactly same as the conventional lateral deviation controller on the linear and circular paths but it outperforms the conventional controller at the curvature transitions where the second LARP behaves independent to the first LARP.

Keywords: look-ahead reference point (LARP) control, path tracking, automatic steering agricultural vehicle, curvature transition.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ÖZ: Bu çalışmada dairesel dönüş yapan tarımsal traktör aracının yanal hatalarının ikinci ileri görüş referans noktasının (LARP) konvansiyonel yatay sapma kontrolörüne ilave edilmesi ile en aza indirilmesi sağlanmıştır. Otomasyon ve hassasiyet son zamanlarda arazi araçları kontrolünde önemini artırdığından direksiyon kontrolünde hatırı sayılır ticari değer artışları gözlemlenmiştir. Modern tarım operasyonları olaya yaklaşım derecesi ve endüstrideki son gelişmeler da dikkate alınarak dayanıklılık, manevra kabiliyeti, doğruluk, bilsayar fiyatı, uygulanabilirlik fizibilitesi, ve hassasiyet parametrelerinin değişim derecesi bunu daha önemli kılmaktadır. Bu çalışmada insansız tarım aracından beklenen tipik uygulamaları sağlamak için iki ileri görüş referans noktasını (LARP) özelliklerini kullanarak basit otomatik yol takip sistemi geliştirilmiştir. Önerilen control sisteminin ana konusu, tipik tarımsal prosesler için arzu edilen yolun makul kaymalar ve kabul edilebilir tolerenslar dahilinde alınmasıdır. Bir tarım arazisinin yol şekli kuvvetle tarım arazisinin bölge ve çevresine bağlıdır, örneğin ürün sıra şekline, bu yüzden referans noktasın kavisi her harekette değişime uğramaktadır. Sadece basit aritmetik operasyonlar kullanarak atanmış ileri bakış referans noktalarının merkezkaç kuvvetlerin dengelenmesi ve pik yatay sapmaların azalması kavis geçiş ile sağlanmaktadır.System dinamikleri simülasyonu üzerine önerilen control metodu ile ilgili olarak çok miktarda bilgisayar destekli numerik çalışma yapılmıştır. Simülasyon neticeleri araç manevra kabiliyetinde artış olduğunu göstermiştir. Testler araç yanal kayma hata miktarının kavis taşıması sırasında tek ileri bakış açısına gore beş kez daha az olduğunu göstermistir. Önerilen çift ileri bakış referans noktası (2-LARP) control stratejisi kullanılan konvansıyonel yatay sapmalı kontroler ile düz ve virajlı yollarda tamamen ayni neticeyi vermiştir, fakat konvansiyonel kontroler kavis geçişlerinde daha az başarılıdır, ikinci ileri bakış referans noktası birinci ileri bakış referans noktasına göre daha bağımsız davmanktadır.

Anahtar Kelimeler: ileriye bakış referans noktası (LARP) kontrolü, yol takibi, otomatik direksiyon tarımsal araç, eğrilik geçiş.