Innovative control strategies for 4WD hybrid and electric control

In recent years, the environmental concern has generated an high improvement in hybrid and electrical mobility technology. The use of electric motors to drive the vehicle allows to completely review the design of the vehicle in particular the powertrain layout. Several layouts are in fact available for the electric powertrain; the most interesting is the one with four electric motors, one per each wheel. The main interesting feature of this layout is the possibility of independently applying driving or braking torques on each wheel, i.e. torque vectoring control strategies can be fully exploited. In this doctoral dissertation thesis an innovative control strategy for IWM vehicles is developed. The proposed controller can increase vehicle performance and safety in cornering both on high and low friction conditions. The controller is made of two contributions: one, for steady-state cornering, is based on optimal control theory; the second, mainly for stability control, is based on a yaw index that does not need any vehicle model or friction coefficient/vehicle state estimation. This control strategy has been tested by means of numerical simulation both in transient and in steady-state conditions, in open and in close loop, on high and low friction road surface. The control strategy has also been applied to different powertrain layouts in order to highlight the possible improvement given by torque vectoring control strategy on the vehicle lateral dynamics behaviour even considering a reduced number of EMs (i.e. lower than four)

Negli ultimi anni, la necessità di trovare alternative ecologiche anche nel sistema dei trasporti e della modiblità ha portato a un notevole sviluppo dei veicoli elettrici ed ibridi. L'utilizzo di motori elettrici per la trazione permette di ridisegnare completamente la configurazione del veicolo sviluppando sistemi di trazione distribuiti che prevedano l'impiego di più motori. La soluzione che sembra essere la più interessante dal punto di vista del controllo della dinamica laterale del veicolo è rappresentata dall'utilizzo di motoruote, una per ciascuna ruota. L'aspetto più interessante è infatti quello di poter controllare in maniera indipendente le quattro ruote sia in trazione che in frenatura in modo da realizzare, senza complicazione alcuna, logiche di controllo basate sul torque vectoring. In questa dissertazione di dottorato viene presentata una logica di controllo innovativa aplicata a veicoli dotati di quattro motoruote (IWM). La logica di controllo proposta è in grado di incrementare le prestazioni e la sicurezza del veicolo in curva sia in manovre di transitorio che in manovre stazionarie. Il controllore è infatti basato su due contributi: uno, per le condizioni stazionarie, è basato sulla teoria del controllo ottimo; l'altro, per le manovre in transitorio, è basato su un indice che è legato alla condizione di sovra/sottosterzo del veicolo. Il vantaggio di questo indice è che non richiede alcuna stima dello stato del veicolo risultando pertanto molto robusto. L'efficacia della logica di controllo è stata valutata tramite simulazioni numeriche di manovre dinamiche e stazionarie sia in anello aperto che in anello chiuso e per diverse condizioni di attrito pneumatico-strada. La logica è stata poi adattata a diverse soluzioni di trazione con due, tre e quattro motori confrontanto l'incremento di prestazioni di ciascuna soluzione rispetto all'equivalente passivo.