This thesis deals with the study and the design of a semi-active stability control of out-of-plane dynamics for two-wheeled vehicles. The thesis is divided in three parts: the first part is devoted to introduce two-wheeled vehicle dynamic, together with the actuators and sensors commonly installed on production motorcycle; the second part is focused on the implementation of a multi-body model, the design of semi-active stability control algorithm and the design of an optimal steering damping for handling purpose; the third part deals with the estimation of the side-slip angle for two-wheeled vehicles. The control design problem considered in the second part corresponds to two different problems: 1. stability control system based on semi-active steering damper, in particular based on an electro-hydraulic steering damper; 2. optimal steering damping design to enhance handling of the motorbike when the vehicle is not affected by stability issues. In the third part the side-slip estimation problem is carried out and two approaches are considered: a kinematic based estimator and a black-box approach, based on an artificial Neural Network, are analyzed and tested. Both the problems, the control design algorithm and the side-slip estimation, are firstly studied in a simulation environment and then their efficacy is tested with an equipped motorbike.

Questo lavoro presenta lo studio e la progettazione di un sistema di controllo per la stabilità delle dinamiche fuori dal piano di veicoli a due ruote. La tesi è divisa in tre parti: la prima parte è dedicata ad introdurre le dinamiche di un veicolo a due ruote e alla descrizione dei sensori ed attuatori comunemente usati su motoveicoli in produzione; la seconda parte è focalizzata sull’implementazione di un modello multi-body, la progettazione dell’algoritmo di controllo per la stabilità e la progettazione dell’ammortizzatore ottimo rispetto alla maneggevolezza del veicolo; la terza parte presenta la stima dell’angolo di side-slip di un veicolo a due ruote. Il controllo gestisce due aspetti fondamentali: stabilità dei modi fuori dal piano per mezzo di un ammortizzatore semi-attivo di sterzo e l’ammortizzamento ottimo dello stesso quando il veicolo non è soggetto a instabilità. L’ultima parte del lavoro è dedicata alla stima dell’angolo di side-slip per mezzo di due metodi: data-driven con l’uso di Reti Neurali e model-based. Entrambi i problemi, di controllo e di stima sono inizialmente analizzati in simulazione e testati sperimentalmente con un motoveicolo.

Stability control and analysis of two-wheeled vehicles out of plane dynamics

BUSNELLI, FABIO

Abstract

This thesis deals with the study and the design of a semi-active stability control of out-of-plane dynamics for two-wheeled vehicles. The thesis is divided in three parts: the first part is devoted to introduce two-wheeled vehicle dynamic, together with the actuators and sensors commonly installed on production motorcycle; the second part is focused on the implementation of a multi-body model, the design of semi-active stability control algorithm and the design of an optimal steering damping for handling purpose; the third part deals with the estimation of the side-slip angle for two-wheeled vehicles. The control design problem considered in the second part corresponds to two different problems: 1. stability control system based on semi-active steering damper, in particular based on an electro-hydraulic steering damper; 2. optimal steering damping design to enhance handling of the motorbike when the vehicle is not affected by stability issues. In the third part the side-slip estimation problem is carried out and two approaches are considered: a kinematic based estimator and a black-box approach, based on an artificial Neural Network, are analyzed and tested. Both the problems, the control design algorithm and the side-slip estimation, are firstly studied in a simulation environment and then their efficacy is tested with an equipped motorbike.
BONARINI, ANDREA
BOLZERN, PAOLO GIUSEPPE EMILIO
12-feb-2018
Questo lavoro presenta lo studio e la progettazione di un sistema di controllo per la stabilità delle dinamiche fuori dal piano di veicoli a due ruote. La tesi è divisa in tre parti: la prima parte è dedicata ad introdurre le dinamiche di un veicolo a due ruote e alla descrizione dei sensori ed attuatori comunemente usati su motoveicoli in produzione; la seconda parte è focalizzata sull’implementazione di un modello multi-body, la progettazione dell’algoritmo di controllo per la stabilità e la progettazione dell’ammortizzatore ottimo rispetto alla maneggevolezza del veicolo; la terza parte presenta la stima dell’angolo di side-slip di un veicolo a due ruote. Il controllo gestisce due aspetti fondamentali: stabilità dei modi fuori dal piano per mezzo di un ammortizzatore semi-attivo di sterzo e l’ammortizzamento ottimo dello stesso quando il veicolo non è soggetto a instabilità. L’ultima parte del lavoro è dedicata alla stima dell’angolo di side-slip per mezzo di due metodi: data-driven con l’uso di Reti Neurali e model-based. Entrambi i problemi, di controllo e di stima sono inizialmente analizzati in simulazione e testati sperimentalmente con un motoveicolo.
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