Control of a four in-wheel motor drive electric vehicle

The thesis deals with the direct yaw moment control of a four in-wheel motor independent drive electric vehicle. The advantages of this kind of vehicle are exploited by designing an optimal torque vectoring controller. The torque distribution computation coincides with the resolution of an optimization problem, which is carried out with the use of gradient method. Three different cost functions are taken into account to formulate the optimization problem, while the restrictions are always the same, since they come from physical limitations of the motors and imposed conditions to avoid tire slipping. Two type of controllers are implemented for the direct yaw moment control: a combined PID and sliding mode control, and a model reference adaptive control. The system is simulated in MATLAB/Simulink software, reproducing some common test scenarios like J-turn, single and double lane change. Simulations show that satisfying result are obtained in terms of yaw rate reference tracking and torque distribution curves. Finally, results obtained with the two controllers and the three cost function are compared and commented critically, highlighting points of strength and weaknesses of each solution.

In questo progetto è proposto un controllo diretto del momento di imbardata di un veicolo elettrico equipaggiato con quattro motori in-wheel. Grazie a questa configurazione è possibile fornire una coppia diversa ad ogni ruota, vantaggio sfruttabile attraverso l'implementazione di una vettorizzazione di coppia ottimale. Quest'ultima è stata affrontata come un problema di ottimizzazione vincolato, per il quale sono state scelte tre differenti funzioni di costo, e una serie di restrizioni dovute a limiti fisici e condizioni imposte per evitare il pattinamento delle ruote. Per risolvere il problema è stato utilizzato il metodo del gradiente. Per quanto riguarda il controllo del momento di imbardata, sono proposte due soluzioni: un controllo combinato PID e sliding-mode, e un controllo adattativo a modello di referenza (MRAC). Il sistema è stato simulato in Simulink riproducendo manovre tipiche quali il singolo cambio e il doppio cambio di corsia. Risultati soddisfacenti sono stati ottenuti sia in termini di tracking che di vettorizzazione di coppia. Infine, si presenta una comparativa tra le due strategie di controllo e le tre funzioni di costo utilizzate, evidenziando punti di forza, debolezze e peculiarità di ciascuna.