Controllo di un impianto frenante brake-by-wire (BBW) per automobili da competizione

This thesis has the ultimate target of controlling the pressure of internal fluid of a modern braking system Brake-by-Wire, which is designed for installation on racing cars. After an introductory part concerning the actuators BBW in general, where they are also specified the advantages that this type of systems enclose, the actuator's architecture is described. The project's initial phase is to control the actuator's engine: a three-phase Brushless DC motor. This kind of motor provides high power density, which allows to satisfy the performance required for this type of application. Is thus presented a control architecture able to adjust the requested mechanical torque and the direction of the rotation of the motor. In particular, the motor control is based on the technique of the trapezoidal control, suitable for this type of engines. In order to control the pressure in the system, is chosen the technique of the cascade control, where an inner ring has the task of controlling the piston's position inside the master cylinder, while an outer one the pressure of the braking fluid. The advantage of the internal control ring, is that allows to control the piston's position in the deadzone, peculiarity very important for this application. The position controller's project was made from a Control Oriented actuator's model. Finally, the external pressure regulator is validated using Real Pressure's Profiles, which are the result of the effective demand for braking torque of a professional driver, recorded during a car race. The control logic obtained is implemented and tested experimentally; the gained performances are really satisfactory for the application, both in terms of bandwidth that robustness.

Questo lavoro di tesi ha come obbiettivo finale quello di controllare la pressione del fluido interno ad un impianto frenante Brake-by-Wire ibrido, il quale è stato progettato per l'installazione su automobili da competizione. Dopo una parte introduttiva riguardante gli attuatori BBW in generale, dove vengono specificati anche i vantaggi che questa tipologia di sistemi racchiudono, viene descritta l'architettura dell'attuatore in esame. La fase iniziale di progetto consiste nel controllo del motore di cui l'attuatore dispone: un motore trifase DC Brushless. Tale motore garantisce un'elevata densità di potenza, il che permette di soddisfare le performance richieste per questo tipo di applicazione. Viene quindi presentata un'architettura di controllo in grado di regolare la coppia meccanica richiesta e il verso di rotazione del motore. In particolare, il controllo motore viene risolto mediante la tecnica del controllo trapezoidale, particolarmente adatta a motori di questo tipo. Al fine di controllare la pressione nell'impianto, si è scelta una strategia di controllo di tipo annidato, in cui l'anello interno ha il compito di controllare la posizione del pistone interno al master cylinder, mentre l'anello esterno ha il compito di controllare la pressione. Il vantaggio rilevante dell'anello di controllo interno è che permette di controllare la posizione del master cylinder nella deadzone, peculiarità particolamente importante per questa applicazione. Il progetto del controllore è stato effettuato a partire dal modello Control-Oriented dell'attuatore. Infine, il controllore esterno di pressione, è stato validato utilizzando dei Profili di Pressione Reali, che sono cioè frutto dell'effettiva richiesta di coppia frenante da parte di un pilota professionista, registrati durante una competizione automobilistica. La logica di controllo ottenuta è stata implementata e testata a banco; le prestazioni ottenute sono soddisfacenti per l'applicazione, sia in termini di banda passante che di robustezza.