Vehicles advanced integrated control strategies

Over the years, driving safety has become more and more important. With the aim to reduce the injuries and the deaths of car accidents, two advanced control strategies have been recently introduced on the market: torque vectoring and four wheel steering. Their purpose is to avoid the vehicle to incur instability, activating or deactivating without the driver knowledge. However, nowadays there are no standard vehicles that feature both of these technologies. Therefore, the target of this dissertation is to design a control system capable of combining both torque vectoring and four wheel steering trying to enhance as much as possible the stability and the safety of the vehicle. In addition, two other traditional control logics are added: ABS (Anti-lock Brake System) and TCS (Traction Control System). At first, a passive vehicle (i.e. without control logics) is tested. Then it is investigated how each control logic is capable of affecting the states of the vehicle by means of two different methods: partial derivatives and phase plots. Finally, the integrated control logic is applied to the vehicle and the outputs of the simulations are compared. In literature, a tendency has emerged in using LQR (Linear Quadratic Regulator) control logics for both toque vectoring and four wheel steering. The integrated control system here designed instead, will feature an MPC (Model Predictive Control) logic which is capable of gaining the control actions required to improve the safety of the vehicle by minimizing a cost function that is obtained studying the behavior of the vehicle in a specific time horizon.

Nel corso degli anni, la sicurezza di guida è diventata sempre più oggetto di studio nella continua ricerca di riduzione di infortuni e morti provocate da incidenti stradali. Recentemente, due avanzati sistemi di controllo hanno fatto la loro comparsa sul mercato: torque vectoring e quattro ruote sterzanti. Il loro scopo è quello di evitare che il veicolo incorri in instabilità attivandosi e disattivandosi all’insaputa del pilota. Oggigiorno però, nessun veicolo di serie monta entrambe le tecnologie. L’obbiettivo di questa tesi è quindi la realizzazione di un sistema di controllo che sia in grado di combinare torque vectoring e quattro ruote sterzanti nel tentativo di incrementare ulteriormente la stabilità e la sicurezza di un’autovettura. Verranno inoltre affiancati anche alcuni dei classici sistemi di controllo quali ABS (Anti-lock Brake System) e TCS (Traction Control System). Si testerà inizialmente il modello di un veicolo passivo (i.e. privo di alcun controllo). Con- seguirà quindi uno studio mediante l’utilizzo di derivate parziali e, successivamente, di dia- grammi delle fasi per capire come i singoli controlli possano essere in grado di migliorarne le prestazioni. Infine si applicherà al veicolo il sistema di controllo integrato e si confronteranno i risultati ottenuti. Dalla letteratura è emersa una tendenza nell’utilizzo di sistemi di controllo LQR (Linear Quadratic Regulator) per quanto concerne i singoli controlli di torque vectoring e quattro ruote sterzanti. Il sistema di controllo integrato invece, sarà caratterizzato da una logica MPC (Model Predictive Control) la quale ottiene le azioni necessarie a migliorare la sicurezza del veicolo minimizzando una funzione di costo che viene ricavata studiando il comportamento del veicolo in uno specifico orizzonte temporale.