Identification and robust control of brake-by-wire actuator : a randomized approach

The automotive field is continously pushed to improve performance and safety guarantees. This direction is highlighted by braking systems, which are responsible of one of the most safety critical maneuver of a vehicle. In the last two decades a new braking technology has come into play, with the purpose to substitute the hydraulic architecture, which is equipped on almost all commercial vehicles. The new architecture is based on an electromechanical actuator, which produces the clamping force through an electric motor and a mechanical transmission. The advantages carried by this technology range among different aspects, from the achievable performance to the possibility to increase the system integration with other components of the vehicle and with safety control algorithms, like ABS and ESP. The clamping force control is one of the most important issues about this system. Despite the simple structure of the actuator, its behaviour is affected by many factors, like series production, temperature and aging phenomena, increasing the complexity of the control problem. In this thesis, a model of the actuator is computed from experimental data and an innovative solution is proposed to adress the robust control problem, accounting also a fixed controller structure. Indeed, a randomized method, named scenario approach, is employed to handle the effect of the uncertainty and the controller is tuned solving a convex optimization problem. These kind of approches represent new possibilities in the robust control framework for their important computational advantages. Moreover, the obtained solution is shown to behave satisfactorily, adressing the desired robustness requirements.

Performance e garanzie di sicurezza sono alla base dei continui miglioramenti tecnologici in ambito automobilistico. I sistemi frenanti, responsabili di una delle manovre più critiche per la sicurezza di un veicolo, rappresentano un esempio perfetto di questa tendenza. Infatti, a partire dai primi anni duemila una nuova tecnologia, basata su un attuatore elettromeccanico, è stata introdotta con l’obiettivo di sostituire la classica architettura idraulica montata sui veicoli attualmente in commercio. I vantaggi di questa tecnologia sono molteplici, dalle migliori performance ad una migliore integrabilità all’interno del veicolo e con i sistemi di sicurezza già presenti, come ABS ed ESP. Il controllo della forza frenante è uno dei principali problemi riguardanti questa nuova architettura. Infatti, produzione in serie, temperatura di funzionamento e fenomeni di usura influenzano notevolmente il comportamento dell’attuatore, rendendo il problema di controllo molto complesso, nonostante la relativa semplicità del sistema. In questa tesi, è stato sviluppato ed ottimizzato un modello dell’attuatore a partire da dati sperimentali, proponendo una soluzione al problema di taratura robusta dei parametri su un controllore a struttura fissata. La soluzione è basata su un approccio randomizzato, conosciuto come approccio a scenario, nel quale, attraverso una descrizione statistica dell’incertezza, i parametri del controllore sono ottenuti risolvendo un problema di ottimizzazione convessa. Questi approcci rappresentano una nuova frontiera nel campo del controllo robusto, garantendo importanti vantaggi computazionali a fronte di garanzie probabilistiche. La soluzione proposta si è dimostrata soddisfacente, garantendo il livello di robustezza richiesto.